FR2753783A1 - Heat exchanger collection box, especially for automobile air-conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
Boîte collectrice pour échangeur de chaleur, en particulier nour circuit de climatisation de véhicule automobile
L'invention concerne une boîte collectrice pour un échangeur de chaleur, en particulier pour un circuit de climatisation de véhicule automobile.Collector box for heat exchanger, in particular a motor vehicle air conditioning circuit
The invention relates to a manifold for a heat exchanger, in particular for a motor vehicle air conditioning circuit.
Un circuit de climatisation de véhicule automobile comprend deux échangeurs de chaleur, à savoir un condenseur et un évaporateur, parcourus tous deux par un fluide frigorigène.A motor vehicle air conditioning circuit includes two heat exchangers, namely a condenser and an evaporator, both traversed by a refrigerant.
Dans le condenseur, le fluide frigorigène passe de l'état de vapeur à l'état de liquide tandis que, dans l'évaporateur, il passe de l'état de liquide à l'état de vapeur.In the condenser, the refrigerant changes from the vapor state to the liquid state while, in the evaporator, it changes from the liquid state to the vapor state.
Les échangeurs de chaleur de ce type comprennent une multiplicité de tubes parallèles séparés par des intercalaires pour former un faisceau, dont les deux extrémités sont reliées respectivement à deux boîtes collectrices, ou boîtes à fluide. Des cloisons sont présentes dans l'une et/ou l'autre des boîtes collectrices pour permettre une circulation du fluide frigorigène en plusieurs passes dans le faisceau.Heat exchangers of this type include a multiplicity of parallel tubes separated by spacers to form a bundle, the two ends of which are connected respectively to two manifolds, or fluid boxes. Partitions are present in one and / or the other of the manifolds to allow a circulation of the refrigerant in several passes in the bundle.
La boîte collectrice peut être réalisée en une seule pièce, sous la forme d'une boîte tubulaire, généralement de section circulaire, dans laquelle sont ménagés des trous pour recevoir les extrémités des tubes.The manifold can be made in one piece, in the form of a tubular box, generally of circular section, in which holes are made to receive the ends of the tubes.
Il est connu aussi de réaliser une telle boîte collectrice en deux parties, la boîte ayant le plus souvent une section elliptique.It is also known to produce such a manifold in two parts, the box most often having an elliptical section.
En pareil cas, la boîte collectrice comprend une plaque collectrice et une plaque de fond qui sont assemblées mutuellement par brasage, la plaque collectrice étant munie de trous propres à recevoir les extrémités des tubes d'un faisceau. In such a case, the manifold comprises a manifold plate and a bottom plate which are joined together by brazing, the manifold plate being provided with holes suitable for receiving the ends of the tubes of a bundle.
Ces boîtes collectrices connues ont pour inconvénient d'être encombrantes. En effet, la dimension d'une telle boîte collectrice dans le plan du faisceau est sensiblement égale à celle dans la direction de profondeur du faisceau, cette dernière étant égale au moins à la largeur des tubes augmentée du double de l'épaisseur de la boîte collectrice.These known manifolds have the drawback of being bulky. Indeed, the dimension of such a manifold in the beam plane is substantially equal to that in the beam depth direction, the latter being at least equal to the width of the tubes increased by twice the thickness of the box collector.
L'invention a notamment pour but de diminuer l'encombrement de telles boîtes collectrices dans le plan du faisceau.The invention particularly aims to reduce the size of such manifolds in the beam plane.
Elle a également pour but de faciliter la fabrication de ces boîtes collectrices.It also aims to facilitate the manufacture of these manifolds.
L'invention propose à cet effet une boîte collectrice, du type comprenant une plaque collectrice et une plaque de fond, comme défini en introduction, dans laquelle la plaque collectrice a une configuration ondulée comportant des ondulations extérieures dans lesquelles sont formés les trous de réception des tubes et des ondulations intérieures situées vers la plaque de fond, et dans laquelle la plaque de fond comprend une paroi de fond qui relie deux parois longitudinales opposées sensiblement parallèles, entre lesquelles s'étend la plaque collectrice.The invention provides for this purpose a manifold, of the type comprising a manifold plate and a bottom plate, as defined in the introduction, in which the manifold plate has a corrugated configuration comprising external corrugations in which the receiving holes for the tubes and internal corrugations situated towards the bottom plate, and in which the bottom plate comprises a bottom wall which connects two opposite substantially parallel longitudinal walls, between which the collector plate extends.
Ainsi, la plaque collectrice est réalisée sous la forme d'une plaque ondulée qui présente des bords longitudinaux ondulés venant prendre appui intérieurement contre les deux parois longitudinales opposées de la plaque de fond, la plaque collectrice et la plaque de fond étant assemblées entre elles par brasage.Thus, the collector plate is produced in the form of a corrugated plate which has corrugated longitudinal edges coming to bear internally against the two opposite longitudinal walls of the bottom plate, the collector plate and the bottom plate being assembled together by soldering.
La plaque collectrice comprend des ondulations extérieures dans lesquelles sont formés les trous de réception des tubes et des ondulations intérieures qui sont situées du côté de la plaque de fond et qui peuvent coopérer avec cette dernière, comme on le verra plus loin.The collector plate comprises external corrugations in which the holes for receiving the tubes are formed and internal corrugations which are situated on the side of the bottom plate and which can cooperate with the latter, as will be seen below.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les ondulations de la plaque collectrice présentent des généra trices parallèles qui s'étendent dans une direction sensiblement perpendiculaire aux parois longitudinales de la plaque de fond.In a preferred embodiment of the invention, the corrugations of the collector plate have parallel generators which extend in a direction substantially perpendicular to the longitudinal walls of the bottom plate.
De façon avantageuse, la boîte collectrice comprend au moins une butée propre à assurer un positionnement correct de la plaque collectrice et de la plaque de fond.Advantageously, the manifold includes at least one stop capable of ensuring correct positioning of the manifold plate and the bottom plate.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, cette butée est réalisée sous la forme d'une nervure longitudinale qui s'étend sur une partie au moins de la longueur de la plaque de fond et contre laquelle viennent en contact une partie des ondulations intérieures de la plaque collectrice.In a preferred embodiment of the invention, this stop is produced in the form of a longitudinal rib which extends over at least part of the length of the bottom plate and against which part of the corrugations come into contact inside the collector plate.
Cette nervure longitudinale est de préférence obtenue par une déformation localisée de la paroi de fond de la plaque de fond, laquelle affecte localement une section transversale ayant sensiblement la forme d'un w.This longitudinal rib is preferably obtained by a localized deformation of the bottom wall of the bottom plate, which locally affects a cross section having substantially the shape of a w.
Il en résulte que, sur une partie au moins de la longueur de la boîte collectrice, les ondulations intérieures de la plaque collectrice viennent en appui contre la nervure longitudinale précitée, ce qui permet d'assurer un positionnement mutuel correct.As a result, over at least part of the length of the manifold, the internal corrugations of the manifold plate bear against the aforementioned longitudinal rib, which ensures correct mutual positioning.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi de fond de la plaque de fond comporte localement au moins une nervure transversale propre à servir d'appui à une ondulation intérieure de la plaque collectrice pour former une cloison intermédiaire délimitant deux chambres adjacentes.According to another characteristic of the invention, the bottom wall of the bottom plate locally has at least one transverse rib suitable for serving as a support for an internal corrugation of the collector plate to form an intermediate partition delimiting two adjacent chambers.
Ainsi, lorsque la plaque collectrice et la plaque de fond sont brasées mutuellement, la nervure transversale et l'ondulation intérieure précitées forment ensemble une cloison étanche.Thus, when the manifold plate and the bottom plate are brazed mutually, the aforementioned transverse rib and internal corrugation together form a watertight partition.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la paroi de fond de la plaque de fond comporte deux bords transversaux, c'est-à-dire deux bords d'extrémité, formant chacun une nervure transversale propre à servir d'appui à une ondulation intérieure de la plaque collectrice pour former à chaque fois une cloison d'extrémité.According to yet another characteristic of the invention, the bottom wall of the bottom plate has two transverse edges, that is to say two end edges, each forming a transverse rib suitable for serving as a support for a internal corrugation of the collector plate to form an end partition each time.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la boîte collectrice comprend avantageusement au moins une chambre d'entrée ou de sortie dans laquelle débouche une tubulure traversant une ouverture ménagée dans la paroi de fond de la plaque de fond.According to another characteristic of the invention, the manifold advantageously comprises at least one inlet or outlet chamber into which opens a tube passing through an opening formed in the bottom wall of the bottom plate.
Cette paroi de fond est sensiblement plane dans la région de cette ouverture.This bottom wall is substantially flat in the region of this opening.
La plaque collectrice et la plaque de fond sont avantageusement formées à partir d'une tôle métallique, avantageusement en aluminium ou alliage à base d'aluminium, et revêtues d'un alliage de brasure.The collector plate and the bottom plate are advantageously formed from a metal sheet, advantageously of aluminum or aluminum-based alloy, and coated with a brazing alloy.
Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes munis d'intercalaires, ce faisceau étant monté entre deux boîtes collectrices, comme défini ci-dessus.In another aspect, the invention relates to a heat exchanger comprising a bundle of tubes provided with spacers, this bundle being mounted between two manifolds, as defined above.
L'échangeur de chaleur de l'invention est avantageusement réalisé sous la forme d'un condenseur propre à être parcouru par un fluide frigorigène.The heat exchanger of the invention is advantageously produced in the form of a condenser capable of being traversed by a refrigerant.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en élévation, avec arrachement partiel, d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 2 est un détail, à échelle agrandie, de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2; et - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 2.In the description which follows, given only by way of example, reference is made to the appended drawings, in which - FIG. 1 is an elevation view, partially broken away, of a heat exchanger according to the invention; - Figure 2 is a detail, on an enlarged scale, of Figure 1; - Figure 3 is a sectional view along line III-III of Figure 2; - Figure 4 is a sectional view along the line IV-IV of Figure 2; and - Figure 5 is a sectional view along the line V-V of Figure 2.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un échangeur de chaleur constitué, dans l'exemple, d'un condenseur propre à faire partie d'un circuit de réfrigération de véhicule automobile.Firstly, reference is made to FIG. 1 which represents a heat exchanger constituted, in the example, of a condenser capable of forming part of a refrigeration circuit of a motor vehicle.
L'échangeur de chaleur comprend un faisceau 10 formé d'une multiplicité de tubes 12 parallèles, entre lesquels sont disposés des intercalaires ondulés i4. Les tubes 12 sont des tubes plats" et ont leurs extrémités respectives assemblées à deux boîtes collectrices 16 et 18. La boîte collectrice 18 comporte une tubulure d'entrée 20 communiquant avec une chambre d'entrée 22 et une tubulure de sortie 24 communiquant avec une chambre de sortie 26. La boîte collectrice 18 comporte en outre une chambre intermédiaire 28 située entre la chambre d'entrée 22 et la chambre de sortie 26.The heat exchanger comprises a bundle 10 formed from a multiplicity of parallel tubes 12, between which are arranged corrugated spacers i4. The tubes 12 are flat tubes "and have their respective ends assembled with two manifolds 16 and 18. The manifold 18 has an inlet manifold 20 communicating with an inlet chamber 22 and an outlet manifold 24 communicating with a outlet chamber 26. The manifold 18 further comprises an intermediate chamber 28 located between the inlet chamber 22 and the outlet chamber 26.
Par ailleurs, la boîte collectrice 16 comporte deux chambres 30 et 32 séparées l'une de l'autre. L'échangeur de chaleur de la figure 1 peut être ainsi parcouru par un fluide frigorigène de la façon suivante. Le fluide frigorigène entre dans la chambre d'entrée 22 par la tubulure 20, comme montré par la flèche F1. Il gagne ensuite la chambre 30 par une partie inférieure du faisceau, comme montré par les flèches F2.Furthermore, the manifold 16 has two chambers 30 and 32 separated from each other. The heat exchanger of FIG. 1 can thus be traversed by a refrigerant in the following manner. The refrigerant enters the inlet chamber 22 through the pipe 20, as shown by the arrow F1. It then reaches the chamber 30 through a lower part of the beam, as shown by the arrows F2.
Ensuite, le fluide frigorigène gagne la chambre intermédiaire 28 par une circulation en sens inverse dans une autre partie du faisceau, comme montré par les flèches F3. Puis, le fluide frigorigène gagne la chambre 32 par une circulation en sens inverse dans une autre partie du faisceau, comme montré par les flèches F4 et, de là, il gagne la chambre de sortie 26 par une circulation en sens inverse, comme montré par les flèches F5. Ensuite, le fluide frigorigène quitte l'échangeur de chaleur par la tubulure 24. Then, the refrigerant reaches the intermediate chamber 28 by circulation in the opposite direction in another part of the beam, as shown by the arrows F3. Then, the refrigerant reaches the chamber 32 by circulation in the opposite direction in another part of the beam, as shown by the arrows F4 and, from there, it gains the outlet chamber 26 by a circulation in the opposite direction, as shown by arrows F5. Then, the refrigerant leaves the heat exchanger through the pipe 24.
Dans l'exemple, l'échangeur de chaleur étant un condenseur, le fluide frigorigène pénètre dans l'échangeur sous forme de vapeur et il est progressivement condensé sous forme de phase liquide par échange de chaleur avec un flux d'air qui balaie le faisceau.In the example, the heat exchanger being a condenser, the refrigerant enters the exchanger in the form of vapor and it is gradually condensed in the form of liquid phase by heat exchange with an air flow which scans the beam .
On se réfère maintenant à la figure 2 pour décrire la structure de la boîte collectrice 18.Reference is now made to FIG. 2 to describe the structure of the manifold 18.
Cette dernière est formée de deux parties principales assemblées entre elles par brasage, à savoir une plaque collectrice 34 et une plaque de fond 36.The latter is formed of two main parts assembled together by brazing, namely a collecting plate 34 and a bottom plate 36.
La plaque collectrice 34 est une plaque métallique, avantageusement en aluminium ou en alliage d'aluminium, revêtue sur l'une au moins de ses faces d'un placage de brasure. La plaque collectrice 34 présente une configuration ondulée et elle comporte des ondulations extérieures 38 qui alternent avec des ondulations intérieures 40. Ces ondulations ont des génératrices parallèles qui s'étendent perpendiculairement au plan du dessin (figure 2). Les ondulations extérieures 38 comportent chacune un trou 42 pour la réception d'une extrémité 44 d'un tube 12. Les ondulations intérieures 40 sont situées proches de la plaque de fond 36 et sont dépourvues de trous.The collector plate 34 is a metal plate, advantageously made of aluminum or an aluminum alloy, coated on at least one of its faces with a solder plating. The collector plate 34 has a corrugated configuration and it has external corrugations 38 which alternate with internal corrugations 40. These corrugations have parallel generatrices which extend perpendicular to the plane of the drawing (Figure 2). The outer corrugations 38 each have a hole 42 for receiving one end 44 of a tube 12. The inner corrugations 40 are located close to the bottom plate 36 and are devoid of holes.
La plaque de fond 36 est, comme la plaque collectrice 34, réalisée par emboutissage à partir d'une tôle métallique, avantageusement en aluminium ou à base d'aluminium, revêtue sur l'une au moins de ses faces d'un placage de brasure.The bottom plate 36 is, like the collector plate 34, produced by stamping from a metal sheet, advantageously made of aluminum or based on aluminum, coated on at least one of its faces with a solder plating. .
La plaque de fond 36 est une plaque bombée qui possède, en section transversale, la forme générale d'un U (figures 3 à 5). La plaque de fond 36 comporte une paroi de fond 46 de forme évolutive qui relie deux parois longitudinales opposées 48 sensiblement parallèles, et entre lesquelles s'étend la plaque collectrice. The bottom plate 36 is a curved plate which has, in cross section, the general shape of a U (Figures 3 to 5). The bottom plate 36 has a bottom wall 46 of progressive shape which connects two opposite longitudinal walls 48 which are substantially parallel, and between which the collecting plate extends.
Les parois longitudinales 48 délimitent entre elles un espace de largeur L qui correspond à la largeur de la plaque collectrice 24, c'est-à-dire à l'étendue des génératrices de cette dernière (figure 3).The longitudinal walls 48 delimit between them a space of width L which corresponds to the width of the collector plate 24, that is to say to the extent of the generators of the latter (FIG. 3).
Ainsi, la plaque collectrice 34 peut être reçue à l'intérieur de la plaque de fond 36, de forme bombée, en sorte que les deux bords longitudinaux 50, de forme crénelée, de la plaque collectrice 34, viennent en butée contre les faces intérieures respectives des parois longitudinales 48 (figures 3 à 5).Thus, the collector plate 34 can be received inside the bottom plate 36, of convex shape, so that the two longitudinal edges 50, of crenellated shape, of the collector plate 34, abut against the interior faces. respective longitudinal walls 48 (Figures 3 to 5).
Comme on le voit sur les figures 2 et 4, la plaque de fond 36 comporte localement une nervure transversale 52 qui est propre à servir d'appui à une ondulation extérieure 40 de la plaque collectrice. Lorsque la plaque de fond et la plaque collectrice sont assemblées entre elles par brasage, la nervure transversale 52 et l'ondulation intérieure 40 qui lui correspond forment toutes les deux une cloison intérieure 54 qui permet de délimiter la chambre intermédiaire 28 et la chambre de sortie 26 précitée.As seen in Figures 2 and 4, the bottom plate 36 has locally a transverse rib 52 which is adapted to serve as a support for an external corrugation 40 of the collector plate. When the bottom plate and the collector plate are joined together by brazing, the transverse rib 52 and the internal corrugation 40 which corresponds to it both form an internal partition 54 which makes it possible to delimit the intermediate chamber 28 and the outlet chamber. 26 cited above.
Bien entendu, une cloison similaire est formée pour séparer la chambre intermédiaire 28 et la chambre d'entrée 22.Of course, a similar partition is formed to separate the intermediate chamber 28 and the inlet chamber 22.
Par ailleurs, la plaque de fond 36 comporte, à chacune de ses extrémités, deux bords transversaux 56 (figures 1 et 2) et 58 (figure 1) propres à coopérer chacun avec une ondulation intérieure 40, ce qui permet de fermer la chambre d'entrée 22 et la chambre de sortie 26.Furthermore, the bottom plate 36 has, at each of its ends, two transverse edges 56 (FIGS. 1 and 2) and 58 (FIG. 1) capable of cooperating each with an internal corrugation 40, which makes it possible to close the chamber d inlet 22 and outlet chamber 26.
Dans la région correspondant à la chambre de sortie 26, la paroi de fond 46 est sensiblement plane, comme on peut le voir sur les figures 1 et 3. Cette paroi comporte une ouverture circulaire 60 pour la réception de la tubulure de sortie 24.In the region corresponding to the outlet chamber 26, the bottom wall 46 is substantially flat, as can be seen in FIGS. 1 and 3. This wall has a circular opening 60 for receiving the outlet tubing 24.
Dans la région qui correspond à la chambre d'entrée 22 et à la chambre intermédiaire 28, la paroi de fond 46 comporte une forme différente, comme on peut le voir sur la figure 2 (à droite) et sur les figures 4 et 5.In the region which corresponds to the inlet chamber 22 and to the intermediate chamber 28, the bottom wall 46 has a different shape, as can be seen in FIG. 2 (on the right) and in FIGS. 4 and 5.
En effet, cette paroi de fond possède ici une section transversale qui s'apparente à la forme de la lettre w. Indeed, this bottom wall here has a cross section which is similar to the shape of the letter w.
La paroi de fond 46 comporte une nervure longitudinale 62 qui s'étend sur une partie de la longueur de ia paroi de fond 46 et qui est dirigée du côté de la face ouverte, de forme rectangulaire, que délimite la plaque de fond 36. Cette nervure longitudinale est située à mi-distance des parois longitudinales 48 et elle se raccorde à cette dernière par deux portions de paroi 64 de forme sensiblement semi-circulaire (figures 4 et 5).The bottom wall 46 has a longitudinal rib 62 which extends over a part of the length of the bottom wall 46 and which is directed towards the side of the open face, of rectangular shape, which delimits the bottom plate 36. This longitudinal rib is located midway between the longitudinal walls 48 and it is connected to the latter by two wall portions 64 of substantially semi-circular shape (Figures 4 and 5).
La nervure longitudinale 62 sert de butée à l'introduction de la plaque collectrice 34 pour assurer un positionnement mutuel correct.The longitudinal rib 62 serves as a stop for the introduction of the collector plate 34 to ensure correct mutual positioning.
En effet, lorsque la plaque collectrice 34 est introduite dans l'ouverture formée par la plaque de fond 36, une partie au moins des ondulations intérieures 40 vient en appui contre la nervure longitudinale 62.In fact, when the collector plate 34 is introduced into the opening formed by the bottom plate 36, at least part of the internal corrugations 40 abuts against the longitudinal rib 62.
Bien entendu, la boîte collectrice 16 est réalisée suivant la même technique de fabrication, à partir d'une plaque collectrice de forme ondulée et d'une plaque de fond de forme bombée, assemblées entre elles par brasage. La différence principale réside dans la forme de la plaque de fond de la boîte collectrice 16, puisque cette dernière ne comporte pas de tubulures et délimite seulement deux chambres dans la boîte collectrice correspondante.Of course, the manifold 16 is produced according to the same manufacturing technique, from a corrugated collector plate and a domed bottom plate, assembled together by brazing. The main difference lies in the shape of the bottom plate of the manifold 16, since the latter has no pipes and delimits only two chambers in the corresponding manifold.
L'invention permet de diminuer l'encombrement de la boîte collectrice dans le plan du faisceau de tubes.The invention makes it possible to reduce the size of the manifold in the plane of the tube bundle.
Elle a aussi pour avantage de permettre la suppression de cloisons qui étaient jusqu'à présent nécessaires pour délimiter les chambres internes de la boîte collectrice. It also has the advantage of allowing the removal of partitions which were hitherto necessary to delimit the internal chambers of the manifold.
Bien que l'invention ait été décrite plus particulièrement en référence à un condenseur pour un circuit de climatisation de véhicule automobile, elle peut être appliquée à d'autres types d'échangeurs de chaleur, notamment à des évaporateurs pour circuits de climatisation. Although the invention has been described more particularly with reference to a condenser for a motor vehicle air conditioning circuit, it can be applied to other types of heat exchangers, in particular to evaporators for air conditioning circuits.
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