FR2726076A1 - HEAT EXCHANGER WITH TUBULAR COLLECTOR BOXES - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un échangeur de chaleur à boîtes collectrices tubulaires. La boîte collectrice (12) est formée de deux parties complémentaires (56, 58) comprenant chacune une paroi semi-cylindrique (60, 64) prolongée par deux bords longitudinaux d'assemblage (62, 66) décalés radialement par rapport à la paroi et ayant des formes conjuguées, l'une des deux parties complémentaires étant pourvue de fentes (22) pour l'introduction des extrémités de tubes (18) faisant partie d'un faisceau reliant la boîte collectrice (12) à une boîte collectrice analogue. Application aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles.The invention relates to a heat exchanger with tubular manifolds. The manifold (12) is formed of two complementary parts (56, 58) each comprising a semi-cylindrical wall (60, 64) extended by two longitudinal assembly edges (62, 66) offset radially with respect to the wall and having conjugate shapes, one of the two complementary parts being provided with slots (22) for the introduction of the ends of tubes (18) forming part of a bundle connecting the header box (12) to a similar header box. Application to heat exchangers for motor vehicles.
Description
M Echangeur de chaleur à boites collectrices tubulaires L'inventionM Heat exchanger with tubular collecting boxes The invention
concerne un échangeur de chaleur à boites collectrices tubulaires, en -artculier r our véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant deux boites collectrices à paroi tubulaire et à faisceau de tubes plats dont les extrémités sont engagées à étanchéité dans des fentes pratiquées dans la paroi de chaque boîte collectrice, et dans lequel chaque boîte collectrice est formée de deux parties complémentaires de forme générale semi-cylindrique, réunies entre elles par relates to a heat exchanger with tubular manifold boxes, in-classc motor vehicle. It relates more particularly to a heat exchanger of the type comprising two tubular wall and flat tube bundle collecting boxes whose ends are engaged in sealing in slots in the wall of each manifold, and in which each manifold is formed two complementary parts of generally semi-cylindrical shape, joined together by
des bords longitudinaux d'assemblage de formes conjuguées. longitudinal edges of assembly of conjugate forms.
On connaît déjà, par exemple d'après le Brevet US 5 125 454, It is already known, for example from US Pat. No. 5,125,454,
des échanaeurs de chaleur de ce type. heat exchangers of this type.
Dans ce type d'échangeur de chaleur, le faisceau comprend en In this type of heat exchanger, the beam comprises in
outre des intercalaires ondulés formant ailettes de refroi- in addition to corrugated spacers forming cooling fins
dissement et disposés entre les tubes du faisceau, l'ensemble and arranged between the tubes of the bundle, the assembly
étant habituellement brasé aux deux boîtes collectrices. being usually soldered to the two manifolds.
L'utilisation de parois tubulaires, notamment de parois cylindriques circulaires, permet d'obtenir des boîtes collectrices résistant à des pressions internes élevées, telles que celles produites par certains fluides dans le cas d'un véhicule automobile. Comme fluides à oression élevée, on peut citer notamment l'air de suralimentation d'un moteur turbocompressé, l'huile de lubrification du moteur, etc. Dans un échangeur de chaleur selon Le Brevet US 5 125 454, The use of tubular walls, in particular circular cylindrical walls, makes it possible to obtain manifolds that withstand high internal pressures, such as those produced by certain fluids in the case of a motor vehicle. Examples of high-pressure fluids are the charge air of a turbocharged engine, the engine lubricating oil, and the like. In a heat exchanger according to US Pat. No. 5,125,454,
les deux parties complémentaires de forme générale semi- the two complementary parts of semi-general form
cylindrique de chaque boîte collectrice ont des diamètres cylindrical of each manifold have diameters
différents, si bien que l'une des deux parties complémentai- different, so that one of the two complementary parts
res vient s'adapter à 'intérieur de l'autre partie complé- to adapt to the other part of the
mentaire. Il en résulte une difficulté pour positionner et maintenir les deux parties complémentaires l'une avec l'autre avant les mentary. This results in a difficulty in positioning and maintaining the two complementary parts with each other before
opérations de brasage.brazing operations.
Cette solution nécessite en conséquence un outillage complexe This solution therefore requires complex tools
et des opérations délicates à mettre en oeuvre. and delicate operations to implement.
L'invention a notamment pour but de surmonter ces inconvé- The object of the invention is in particular to overcome these drawbacks.
nients. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel chacune des deux parties complémentaires comprend une paroi semi-cylindrique prolongée par deux bords longitudinaux d'assemblage décalés radialement vantages. To this end, it proposes a heat exchanger of the type defined in the introduction, in which each of the two complementary parts comprises a semicylindrical wall extended by two longitudinal radially offset assembly edges.
par rapport à la paroi.relative to the wall.
Ainsi, la position et le maintien des deux parties complémen- Thus, the position and the maintenance of the two complementary parts
tdirb peuvent être obtenus LauiieuLL du lait du décalage de leurs bords d'assemblage, ce qui permet de fournir un appui tdirb can be obtained LauiieuLL lag milk from their assembly edges, which allows to provide support
pour les opérations de brasage ultérieures. for subsequent soldering operations.
La boite collectrice ainsi réalisée possède une paroi The collector box thus produced has a wall
cylindrique au sens large, c'est-à-dire une paroi à généra- cylindrical in the broad sense, that is to say a wall generally
trices parallèles s'appuyant sur une courbe fermée qui a de parallel lines based on a closed curve that has
préférence la forme d'un cercle ou une forme approchante. preferably the shape of a circle or a similar shape.
Avantageusement, les bords d'assemblage respectifs des deux parties complémentaires de la boite collectrice s'étendent parallèlement aux directrices du cylindre formé par la Advantageously, the respective assembly edges of the two complementary parts of the manifold box extend parallel to the directions of the cylinder formed by the
réunion de ces deux parties complémentaires. meeting of these two complementary parts.
De préférence, les deux parties complémentaires sont à Preferably, the two complementary parts are
section semi-circulaire.semicircular section.
Dans ce cas, les deux parties complémentaires de section In this case, the two complementary parts of section
circulaire ont sensiblement le même rayon. circular have substantially the same radius.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, According to an advantageous characteristic of the invention,
l'échangeur de chaleur comprend une première partie complé- the heat exchanger comprises a first part completed
mentaire présentant des bords longitudinaux internes décalés radialement vers l'intérieur pour venir en appui contre la face interne de la paroi semi-cylindrique d'une seconde partie complémentaire, tandis que cette seconde partie complémentaire comporte des bords longitudinaux externes décalés radialement vers l'extérieur pour venir en appui contre la face externe de la paroi semi-cylindrique de la elementary having internal longitudinal edges offset radially inwardly to bear against the inner face of the semi-cylindrical wall of a second complementary part, while this second complementary part has external longitudinal edges offset radially outwards to bear against the outer face of the semi-cylindrical wall of the
première partie complémentaire.first complementary part.
On obtient ainsi une excellente coopération de formes au niveau de l'assemblage des deux parties complémentaires de la This gives an excellent cooperation of shapes at the level of the assembly of the two complementary parts of the
boite collectrice.collector box.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les In a preferred embodiment of the invention, the
bords longitudinaux externes de la seconde partie complémen- outer longitudinal edges of the second complementary part
taire sont munis de pattes de maintien repliées radialement vers l'intérieur pour assurer le maintien provisoire des deux are provided with retaining lugs folded radially inwards to ensure the temporary retention of both
pdrzies complémentaires avant leur assemblage dérinitii. Complementary pdrzies before assembly derinitii.
Il en résulte que les deux parties complémentaires de la boite collectrice sont maintenues en position en vue de leur assemblage ultérieure, lequel s'effectue avantageusement par brasage. Il suffit alors de réaliser les deux parties complémentaires à partir d'une tôle revêtue, de préférence sur ses deux As a result, the two complementary parts of the manifold are held in position for their subsequent assembly, which is advantageously carried out by soldering. It is then sufficient to make the two complementary parts from a coated sheet, preferably on both
faces, d'un alliage de brasure approprié. faces, of a suitable solder alloy.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les fentes According to another characteristic of the invention, the slots
sont pratiquées dans l'une des deux parties complémentaires. are practiced in one of the two complementary parts.
Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque boîte collectrice est munie de deux parois d'extrémité réunies aux According to another characteristic of the invention, each collecting box is provided with two end walls joined to the
deux parties complémentaires.two complementary parts.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre In the description that follows, made only as a
d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation d'un échangeur de chaleur à boîtes collectrices tubulaires selon l'invention; for example, reference is made to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is an elevational view of a tubular manifold heat exchanger according to the invention;
- la figure 2 est une vue en élévation, et à échelle agran- FIG. 2 is an elevational view and on an enlarged scale
die, d'une boite collectrice de l'échangeur de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; et - la figure 4 est une vue en coupe axiale, et à échelle agrandie, de l'une des boites collectrices de l'échangeur de die, a collector box of the exchanger of Figure 1; - Figure 3 is a sectional view along the line III-III of Figure 2; and FIG. 4 is an axial sectional view, on an enlarged scale, of one of the collector boxes of the heat exchanger.
chaleur de la figure 1.heat of Figure 1.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un premier échangeur de chaleur 10 et un second échangeur de chaleur 30 selon l'invention disposés accolés ou jumelés et Referring firstly to Figure 1 which shows a first heat exchanger 10 and a second heat exchanger 30 according to the invention arranged contiguous or twinned and
comportant tous deux une structure analogue. both having a similar structure.
L'échangeur de chaleur 10 comprend deux boîtes collectrices tubulaires 12 et 14 d'axes respectifs XX et YY. Entre les deux boîtes collectrices 12 et 14 est monté un faisceau 16 formé d'une multiplicité de tubes plats 18, parallèles entre eux, et d'une multiplicité d'intercalaires ondulés 20 formant ailettes et disposés entre les tubes 18. Ces derniers ont, The heat exchanger 10 comprises two tubular manifolds 12 and 14 with respective axes XX and YY. Between the two manifolds 12 and 14 is mounted a beam 16 formed of a multiplicity of flat tubes 18, parallel to each other, and a multiplicity of corrugated tabs 20 forming fins and disposed between the tubes 18. These have,
dans l'exemple, une section transversale rectangulaire. in the example, a rectangular cross section.
Les extrémités des tubes 18 du faisceau sont engagées, d'un côté, dans des fentes 22 pratiquées dans la paroi de la boîte collectrice 12 et, du côté opposé, dans des fentes analogues The ends of the tubes 18 of the bundle are engaged, on one side, in slots 22 formed in the wall of the manifold 12 and, on the opposite side, in similar slots
24 pratiquées dans la paroi de la boîte collectrice 14. 24 made in the wall of the manifold 14.
Les boîtes collectrices 12 et 14 sont munies de deux tubulu- The manifolds 12 and 14 are provided with two tubulars
res 26 et 28 servant respectivement à l'entrée et à la sortie 26 and 28 serving respectively the entry and the exit
d'un premier fluide, comme montré par les flèches F1 et F2. of a first fluid, as shown by arrows F1 and F2.
Par exemple, le premier fluide est de l'air de suralimen- For example, the first fluid is overflow air
tation d'un moteur turbocompressé qu'il convient de refroidir par un flux d'air balayant extérieurement les tubes 18 et les turbocharged engine to be cooled by a flow of air sweeping outside the tubes 18 and the
intercalaires 20 du faisceau 16.spacers 20 of the beam 16.
L'échangeur de chaleur 30 comprend deux boîtes collectrices 32 et 34 accolées respectivement aux boîtes collectrices 12 The heat exchanger 30 comprises two manifolds 32 and 34 respectively contiguous to the manifolds 12
et 14 et alignées avec ces dernières. and 14 and aligned with them.
Ainsi, la boîte collectrice 32 est alignée axialement avec la boite collectrice 12, tandis que la boîte collectrice 34 est Thus, the manifold 32 is aligned axially with the manifold 12, while the manifold 34 is
alignée axialement avec la boîte collectrice 14. aligned axially with the manifold 14.
Les boîtes collectrices 32 et 34 sont réunies également par le faisceau 16, les extrémités des tubes 18 étant engagées, d'un côté, dans des fentes 36 de la boîte collectrice 32 et, The manifolds 32 and 34 are also joined by the bundle 16, the ends of the tubes 18 being engaged, on one side, in slots 36 of the manifold 32 and,
du côté opposé, dans des fentes 38 de la boîte collectri- on the opposite side, in slots 38 in the collector box.
ce 34.this 34.
En outre, les boîtes collectrices 32 et 34 sont munies d'une tubulure d'entrée 40 et d'une tubulure de sortie 42 servant respectivement à l'entrée et à la sortie d'un second fluide, In addition, the manifolds 32 and 34 are provided with an inlet pipe 40 and an outlet pipe 42 serving respectively to the inlet and the outlet of a second fluid,
coL-.. montré par les flèches r. e..4. highlighted by the arrows r. e..4.
A titre d'exemple, ce second fluide peut être de l'huile de lubrification d'un moteur, qu'il convient de refroidir par By way of example, this second fluid may be lubricating oil of an engine, which must be cooled by
échange thermique avec un flux d'air. heat exchange with a flow of air.
On comprendra que c'est le même flux d'air qui peut ainsi It will be understood that it is the same airflow that can
refroidir le premier fluide et le second fluide qui traver- cool the first fluid and the second fluid that passes through
sent respectivement le premier échangeur de chaleur 10 et le respectively the first heat exchanger 10 and the
second échangeur de chaleur 30.second heat exchanger 30.
Comme on le voit sur la figure 1, les tubulures 26 et 28 sont solidaires de deux parois d'extrémité 44 et 46 faisant partie des boîtes collectrices 12 et 14, tandis que les tubulures 40 et 42 sont solidaires de deux parois d'extrémité 48 et 50 As seen in Figure 1, the pipes 26 and 28 are secured to two end walls 44 and 46 forming part of the manifolds 12 and 14, while the pipes 40 and 42 are integral with two end walls 48 and 50
faisant partie des boîtes collectrices 32 et 34. forming part of manifolds 32 and 34.
En outre, deux parois 52 et 54, formant cloisons, sont interposées respectivement entre les boîtes collectrices 12 In addition, two walls 52 and 54, forming partitions, are respectively interposed between the manifolds 12
et 32 et entre les boîtes collectrices 14 et 34. and 32 and between the manifolds 14 and 34.
Ainsi, les circuits de circulation du premier fluide et du Thus, the circulation circuits of the first fluid and the
second fluide sont complètement séparés. second fluid are completely separated.
On se réfère maintenant aux figures 2 et 3 pour décrire plus particulièrement la structure de la boîte collectrice 12, remarque étant faite que la structure des autres boites Referring now to Figures 2 and 3 to describe more particularly the structure of the manifold 12, note being made that the structure of the other boxes
collectrices 14, 32 et 34 est analogue. collectors 14, 32 and 34 is similar.
La boîte collectrice 12 est formée de deux parties complémen- The manifold 12 is formed of two complementary parts
taires 56 et 58 de forme générale semi-cylindrique qui, une fois réunies, ont sensiblement la forme d'un cylindre 56 and 58 of generally semi-cylindrical shape which, when combined, have substantially the shape of a cylinder
circulaire d'axe XX.circular axis XX.
La partie 56 comprend une paroi semi-cylindrique circulaire 60 d'axe XX et de rayon interne R, qui s'étend sur un peu plus de 180 (figure 3). La paroi 60 se prolonge par deux bords longitudinaux d'assemblage 62, formant deux bandes ftroites, et décalQ radialement vers l'intérieur par rzrt à la paroi 60. Les deux bords longitudinaux 62 s'étendent dans des directions parallèles aux génératrices du cylindre Part 56 comprises a circular semi-cylindrical wall 60 of axis XX and inner radius R, which extends over a little more than 180 (FIG. 3). The wall 60 is extended by two longitudinal assembly edges 62, forming two narrow strips, and decal radially inwards by rzrt to the wall 60. The two longitudinal edges 62 extend in directions parallel to the generatrices of the cylinder
d'axe XX et présentent chacun une face externe de configura- of axis XX and each have an external face of
tion cylindrique et ayant sensiblement le rayon R. Les deux bords d'assemblage 62 sont destinés à coopérer avec la partie complémentaire 58 et servent en même temps de butée cylindrical and substantially having the radius R. The two assembly edges 62 are intended to cooperate with the complementary portion 58 and serve at the same time abutment
en translation pour les tubes 18.in translation for the tubes 18.
La partie 58 comprend une paroi semi-cylindrique 64 de section circulaire et de rayon R qui s'étend sur un peu moins Part 58 comprises a semicylindrical wall 64 of circular section and radius R which extends over a little less
de 180 (figure 3).180 (Figure 3).
Dans la paroi 64 sont formées les fentes 22 destinées à recevoir les extrémités des tubes 18, alors que la paroi 60 In the wall 64 are formed the slots 22 for receiving the ends of the tubes 18, while the wall 60
de la partie 56 n'est pas ajourée.of part 56 is not perforated.
La paroi 64 se prolonge par deux bords longitudinaux d'assem- The wall 64 is extended by two longitudinal edges of assembly.
blage 66 décalés radialement vers l'extérieur et réalisés 66 offset radially outward and realized
sous la forme de deux bandes étroites s'étendant parallèle- in the form of two narrow bands running parallel-
ment aux directrices du cylindre d'axe XX. the direction of the cylinder of axis XX.
La face interne des bords d'assemblage 66 est propre à venir en appui contre la face externe de la paroi 60, dans la région de cette paroi qui est immédiatement adjacente aux The inner face of the assembly edges 66 is able to bear against the external face of the wall 60, in the region of this wall which is immediately adjacent to the
bords d'assemblage 62.assembly edges 62.
Les bords longitudinaux 66 de la partie 58 sont munis chacun de deux pattes de maintien 70 (figures 2 et 3) qui sont repliées radialement vers l'intérieur pour assurer le maintien provisoire des deux parties complémentaires 56 et 58 The longitudinal edges 66 of the portion 58 are each provided with two retaining tabs 70 (FIGS. 2 and 3) which are folded radially inwards to provide provisional retention of the two complementary parts 56 and 58.
une fois assemblées.once assembled.
Les pattes 70 sont légèrement repliées vers l'intérieur et assurent ainsi une force d'appui élastique qui tend à maintenir un contact entre les bords d'assemblage 62 et la The tabs 70 are slightly folded inwards and thus provide an elastic bearing force which tends to maintain contact between the assembly edges 62 and the
paroi 64 et entre les bords d'assemblage 66 et la paroi 60. wall 64 and between the assembly edges 66 and the wall 60.
Les parties complémentaires 56 et 58 sont formées avantageu- The complementary parts 56 and 58 are formed advantageously
sement 3 - -'une tal! métallique usur chacune de 3 - -a tal! metal usur each of
ses faces, d'un alliage de brasure.its faces, an alloy of solder.
Les fentes 22 sont de préférence réalisées dans l'épaisseur de la paroi de la partie 58 préalablement mise à la forme voulue. Du fait que les parties complémentaires 56 et 58 peuvent être The slots 22 are preferably made in the thickness of the wall of the portion 58 previously shaped to the desired shape. Because the complementary parts 56 and 58 can be
maintenues entre elles, dans leur position correcte d'assem- between them, in their correct position of assem-
blage, il suffit ensuite de passer l'échangeur de chaleur au then simply switch the heat exchanger
four pour assurer la liaison entre les deux parties complé- furnishing the liaison between the two complementary parties
mentaires 56 et 58 et assurer également la liaison des boîtes collectrices au faisceau 16, c'est-à-dire aux tubes 18 et aux 56 and 58 and also ensure the connection of the manifolds to the bundle 16, i.e. to the tubes 18 and
intercalaires 20.inserts 20.
On se réfère maintenant à la figure 4 qui montre plus particulièrement la structure des deux boites collectrices 12 Referring now to Figure 4 which shows more particularly the structure of the two collector boxes 12
et 32 alignées suivant l'axe XX.and 32 aligned along the axis XX.
La paroi d'extrémité 44 est de forme générale circulaire et elle est doublée intérieurement d'une contre-plaque 72 de forme circulaire, et de diamètre inférieur. Ces structures facilitent le maintien en place provisoire de la paroi The end wall 44 is generally circular in shape and is internally lined with a counter-plate 72 of circular shape, and of smaller diameter. These structures facilitate the temporary retention of the wall
d'extrémité 44 avant brasage.end 44 before soldering.
Comme on le voit sur la figure 4, la tubulure 26 traverse deux trous alignés 74 et 76 pratiqués respectivement au travers de la paroi 44 et de la contre-plaque 72. La tubulure 26 comporte deux bourrelets espacés 78 et 80 s'étendant respectivement de part et d'autre de la cloison 44 et de la contre-plaque 72 pour assurer le maintien de ces trois As can be seen in FIG. 4, the tubing 26 passes through two aligned holes 74 and 76 made respectively through the wall 44 and against the plate 72. The tubing 26 comprises two spaced beads 78 and 80 extending respectively from both sides of the partition 44 and against the plate 72 to ensure the maintenance of these three
éléments entre eux.elements between them.
La paroi d'extrémité 48 est munie intérieurement d'une The end wall 48 is provided internally with a
contre-plaque 82 analogue à la contre-plaque 72. against-plate 82 similar to the counterplate 72.
En outre, la paroi intermédiaire 52 formant cloison est munie In addition, the intermediate partition wall 52 is provided with
de deux contre-plaques opposées 84 et 86 facilitant l'assem- two opposing counter-plates 84 and 86 facilitating the assembly.
blage des deux boîtes collectrices 12 et 32 dans le prolonge- two collecting boxes 12 and 32 in the extension
ment l'une de l'autre.from each other.
L'échangeur de la figure 1 peut être facilement réalisé par brasage, ses pièces constitutives étant maintenues entre The exchanger of FIG. 1 can easily be made by brazing, its constituent parts being maintained between
elles lors du passage au four de brasage. they during the passage to the brazing furnace.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à un échangeur de chaleur, de type double, comme représenté seulement à titre Of course, the invention is not limited to a heat exchanger, of the double type, as represented only as a
d'exemple à la figure 1.example in Figure 1.
Grâce à l'invention, les fentes pratiquées dans les parois des boîtes collectrices peuvent être réalisées facilement avec un outillage simplifié, puisque l'usinage des fentes s'effectue sur une pièce semicylindrique et non pas sur une Thanks to the invention, the slots made in the walls of the manifolds can be easily made with a simplified tool, since the machining of the slots takes place on a semicylindrical part and not on a
pièce cylindrique.cylindrical piece.
L'invention trouve une application toute particulière aux The invention finds particular application to
échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles. heat exchangers for motor vehicles.
Claims (9)
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