FR2764054A1 - Heat exchanger, esp for supercharged vehicle engine air cooler - Google Patents
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Abstract
Description
Echanaeur de chaleur, en particulier refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicule automobile, et procédé de fabrication
L'invention concerne un échangeur de chaleur propre à être réalisé en particulier sous la forme d'un refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicule automobile. Elle concerne également un procédé de fabrication de cet échangeur de chaleur.Heat exchanger, in particular charge air cooler for motor vehicle, and manufacturing method
The invention relates to a heat exchanger capable of being produced in particular in the form of a charge air cooler for a motor vehicle. It also relates to a method of manufacturing this heat exchanger.
L'échangeur de chaleur de l'invention est du type comprenant un faisceau de tubes à ailettes et une plaque collectrice dans laquelle sont ménagés des trous entourés chacun par un collet propre à recevoir une extrémité de tube en vue d'une liaison par brasage, et dans lequel chaque collet présente un bord annulaire tourné du côté des ailettes.The heat exchanger of the invention is of the type comprising a bundle of finned tubes and a collecting plate in which holes are formed each surrounded by a collar suitable for receiving one end of the tube for connection by soldering, and in which each collar has an annular edge turned towards the side of the fins.
Dans les échangeurs de chaleur connus de ce type, la plaque collectrice est coiffée par une boîte collectrice de manière à procurer une chambre propre à être parcourue par un fluide qui circule également dans les tubes du faisceau.In known heat exchangers of this type, the collecting plate is capped by a collecting box so as to provide a chamber suitable for being traversed by a fluid which also circulates in the tubes of the bundle.
Dans le cas particulier d'un refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicule automobile, ces tubes sont parcourus par un fluide chaud constitué par les gaz d'échappement du moteur du véhicule. Ces gaz chauds sont refroidis par échange thermique avec un autre flux d'air à température ambiante qui balaye le faisceau.In the particular case of a charge air cooler for a motor vehicle, these tubes are traversed by a hot fluid constituted by the exhaust gases from the vehicle engine. These hot gases are cooled by heat exchange with another air flow at room temperature which scans the beam.
Les extrémités des tubes du faisceau sont reliées par brasage aux collets de la plaque collectrice.The ends of the bundle tubes are connected by brazing to the collars of the collector plate.
Il est connu pour cela d'évaser les extrémités des tubes de manière à pouvoir y introduire les collets correspondants de la plaque collectrice. Cette solution nécessite par conséquent une opération d'évasage des extrémités des tubes. It is known for this to flare the ends of the tubes so as to be able to introduce the corresponding collars of the collector plate. This solution therefore requires a flaring operation of the ends of the tubes.
Une autre solution consiste à introduire les extrémités des tubes à l'intérieur des collets.Another solution is to introduce the ends of the tubes inside the collars.
Toutefois, pour réaliser une bonne liaison par brasage entre les extrémités des tubes et les collets correspondants, il est généralement nécessaire d'introduire les extrémités des tubes au-delà du plan de la plaque collectrice, ce qui crée des pertes de charge à la circulation du fluide.However, to achieve a good connection by brazing between the ends of the tubes and the corresponding collars, it is generally necessary to introduce the ends of the tubes beyond the plane of the collector plate, which creates pressure losses in circulation. fluid.
En outre, il est difficile de contrôler le degré d'introduction des extrémités des tubes à l'intérieur des collets pour permettre une bonne liaison par brasage.In addition, it is difficult to control the degree of insertion of the ends of the tubes inside the collars to allow a good connection by brazing.
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités.The object of the invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks.
Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel le collet est conformé intérieurement de manière à présenter une partie conique d'entrée qui s'étend à partir du bord annulaire pour faciliter l'introduction de l'extrémité de tube, ainsi que des moyens de butée propres à servir d'appui à ladite extrémité de tube afin de limiter son introduction dans le collet.To this end, it offers a heat exchanger of the type defined in the introduction, in which the collar is internally shaped so as to have a conical inlet portion which extends from the annular edge to facilitate the introduction of the end. tube, as well as own stop means to serve as support for said tube end to limit its introduction into the collar.
Ainsi, il est possible d'introduire facilement les extrémités de tubes dans les collets correspondants, tout en maîtrisant le degré d'introduction des extrémités de tubes dans les collets.Thus, it is possible to easily introduce the ends of the tubes into the corresponding collars, while controlling the degree of introduction of the ends of the tubes into the collars.
En effet, les moyens de butée permettent de servir d'appui aux extrémités de tubes en fin d'introduction.Indeed, the stop means allow to serve as support for the tube ends at the end of introduction.
Dans la présente description, l'expression "partie conique" entend désigner de façon générale une partie ayant sensiblement la forme d'un cône, d'un tronc de cône ou analogue, pour faciliter l'introduction et le guidage de l'extrémité de tube à l'intérieur du collet. In the present description, the expression "conical part" intends to designate generally a part having substantially the shape of a cone, a truncated cone or the like, to facilitate the introduction and the guidance of the end of tube inside the collar.
Dans une première forme de réalisation de l'invention, les moyens de butée comprennent une saillie annulaire formée à l'intérieur du collet entre une partie amont du collet qui se raccorde à la partie conique et une partie aval du collet qui se raccorde à une face intérieure de la plaque collectrice.In a first embodiment of the invention, the abutment means comprise an annular projection formed inside the collar between an upstream part of the collar which connects to the conical part and a downstream part of the collar which connects to a inner face of the collector plate.
Cette saillie annulaire formée à la jonction de la partie amont et de la partie aval du collet forme un anneau de butée, continu ou discontinu, servant d'arrêt à l'extrémité de tube lors de son introduction dans le collet.This annular projection formed at the junction of the upstream part and the downstream part of the collar forms a stop ring, continuous or discontinuous, serving as a stop at the end of the tube during its introduction into the collar.
Dans cette forme de réalisation, la partie amont et la partie aval ont de préférence des dimensions intérieures égales au niveau de la saillie annulaire.In this embodiment, the upstream part and the downstream part preferably have internal dimensions equal to the level of the annular projection.
En d'autres termes, cela signifie que la partie amont et la partie aval ont pratiquement la même section transversale au niveau de la saillie annulaire.In other words, this means that the upstream part and the downstream part have practically the same cross section at the level of the annular projection.
Dans cette forme de réalisation, la saillie annulaire est de préférence formée par une bavure obtenue lors de la conformation intérieure du collet, par poinçonnage et matriçage.In this embodiment, the annular projection is preferably formed by a burr obtained during the internal conformation of the collar, by punching and stamping.
Dans une deuxième forme de réalisation de l'invention, la partie amont a des dimensions intérieures supérieures aux dimensions intérieures de la partie aval de manière à procurer un étagement formant la saillie annulaire.In a second embodiment of the invention, the upstream part has internal dimensions greater than the internal dimensions of the downstream part so as to provide a stage forming the annular projection.
De préférence, cette saillie annulaire formée par étagement est obtenue lors de la conformation intérieure du collet par poinçonnage et matriçage.Preferably, this annular projection formed by staggering is obtained during the internal conformation of the collar by punching and stamping.
Quelle que soit la forme de réalisation de l'invention, il est préférable que la partie aval s'évase progressivement vers la face intérieure de la plaque collectrice.Whatever the embodiment of the invention, it is preferable that the downstream part widens progressively towards the internal face of the collector plate.
Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur tel que défini précédemment, dans lequel on soumet la plaque collectrice à une opération d'emboutissage pour former les trous et les collets et à une opération de poinçonnage pour former intérieurement le collet.In another aspect, the invention relates to a method of manufacturing a heat exchanger as defined above, in which the collecting plate is subjected to a stamping operation to form the holes and the collars and to a punching operation to form the collar internally.
L'opération de poinçonnage comprend avantageusement la conformation de la partie conique, de la partie amont, de la partie aval et de la saillie annulaire du collet.The punching operation advantageously comprises the conformation of the conical part, the upstream part, the downstream part and the annular projection of the collar.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'opération de poinçonnage comprend aussi une opération de matriçage.In a preferred embodiment of the invention, the punching operation also includes a stamping operation.
Pour cela, il est prévu avantageusement que l'opération de poinçonnage comprenne l'utilisation d'un poinçon et d'un contre-poinçon déplacés axialement l'un vers l'autre, le poinçon étant propre à conformer la partie conique et la partie amont à l'intérieur du collet et le contre-poinçon étant propre à conformer la partie aval du collet.For this, it is advantageously provided that the punching operation includes the use of a punch and a counter-punch moved axially towards each other, the punch being adapted to conform the conical part and the part upstream inside the collar and the counter-punch being suitable for conforming the downstream part of the collar.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la saillie annulaire est alors obtenue par coopération du poinçon et du contre-poinçon.According to another characteristic of the invention, the annular projection is then obtained by cooperation of the punch and the counter-punch.
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 partielle en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon l'invention - la figure 2 est une vue en coupe partielle de la plaque collectrice de l'échangeur de chaleur de la figure 1 après formation d'un trou par emboutissage - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 dans une opération subséquente avant poinçonnage - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 en fin de poinçonnage - la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4 après poinçonnage - la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 5 après mise en place d'une extrémité de tube venant en butée - la figure 7 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 4 dans une autre forme de réalisation de l'invention utilisant un poinçon et un contre-poinçon de structure différente - la figure 8 est une vue analogue à celle de la figure 7 après enlèvement du poinçon et du contre-poinçon ; et - la figure 9 est une vue analogue à celle de la figure 8 après introduction d'une extrémité de tube.In the following description, given solely by way of example, reference is made to the appended drawings, in which - FIG. 1 is a partial view in cross section of a heat exchanger according to the invention - FIG. 2 is a partial section view of the header plate of the heat exchanger of FIG. 1 after forming a hole by stamping - FIG. 3 is a view similar to that of FIG. 2 in a subsequent operation before punching - FIG. 4 is a view similar to that of Figure 3 at the end of punching - Figure 5 is a view similar to that of Figure 4 after punching - Figure 6 is a view similar to that of Figure 5 after placement of one end of the tube abutting - FIG. 7 is a sectional view similar to that of FIG. 4 in another embodiment of the invention using a punch and a counter-punch of different structure - FIG. 8 is a view similar to c it of Figure 7 after removal of the punch and the counter-punch; and - Figure 9 is a view similar to that of Figure 8 after introduction of a tube end.
L'échangeur de chaleur représenté à la figure 1 comprend un faisceau 10 formé d'une multiplicité de tubes plats 12 disposés parallèlement entre eux. Le faisceau comprend aussi des ailettes 14 réalisées sous la forme d'intercalaires ondulés et disposées entre les tubes. Les tubes 12 et les ailettes 14 sont avantageusement réalisés en aluminium ou en alliage à base d'aluminium et solidarisés entre eux par brasage.The heat exchanger shown in Figure 1 comprises a bundle 10 formed of a multiplicity of flat tubes 12 arranged parallel to each other. The bundle also includes fins 14 produced in the form of corrugated spacers and arranged between the tubes. The tubes 12 and the fins 14 are advantageously made of aluminum or an aluminum-based alloy and joined together by brazing.
Les tubes 12 ont des extrémités respectives 16 introduites dans des trous 18 d'une plaque collectrice 20. Les trous 18 sont entourés par des collets 22 dirigés du côté des ailettes 14 et présentant chacun un bord annulaire 24.The tubes 12 have respective ends 16 introduced into holes 18 of a collecting plate 20. The holes 18 are surrounded by collars 22 directed towards the side of the fins 14 and each having an annular edge 24.
La plaque collectrice 20 est coiffée par une boîte collectrice 26 de manière à définir conjointement une chambre interne 28 qui communique avec les tubes 12 du faisceau.The collector plate 20 is capped by a collector box 26 so as to jointly define an internal chamber 28 which communicates with the tubes 12 of the bundle.
Dans le cas d'un refroidisseur d'air de suralimentation pour un moteur de véhicule, la chambre 28 est alimentée par l'air de suralimentation comprimé par le turbo compresseur et cet air parcourt ensuite les tubes 12 pour être refroidi par échange thermique avec un flux d'air balayant le faisceau 10.In the case of a charge air cooler for a vehicle engine, the chamber 28 is supplied with charge air compressed by the turbo compressor and this air then travels through the tubes 12 to be cooled by heat exchange with a air flow sweeping the beam 10.
Les extrémités 16 des tubes 12 sont introduites dans les collets 22 puis solidarisées à ces derniers par brasage.The ends 16 of the tubes 12 are introduced into the collars 22 and then secured to the latter by brazing.
I1 est à noter que les tubes 12 ont des extrémités opposées (non représentées) reliées à une autre boîte collectrice similaire, également non représentée. It should be noted that the tubes 12 have opposite ends (not shown) connected to another similar manifold, also not shown.
On se réfère maintenant aux figures 2 à 6 pour décrire plus particulièrement la fabrication de la plaque colleatrice et la mise en place des extrémités des tubes.Reference is now made to FIGS. 2 to 6 to describe more particularly the manufacture of the pickup plate and the positioning of the ends of the tubes.
Comme montré à la figure 2, la plaque collectrice 20 est tout d'abord soumise à une opération d'emboutissage de manière à former des bossages 30 et des avant-trous 32 à paroi généralement cylindrique (circulaire ou non circulaire) dirigée suivant un axe XX. La réalisation des avant-trous 32 peut se faire en même temps ou après celle des bossages 30 par des outils appropriés.As shown in FIG. 2, the collector plate 20 is first of all subjected to a stamping operation so as to form bosses 30 and pilot holes 32 with a generally cylindrical wall (circular or non-circular) directed along an axis XX. The pre-holes 32 can be produced at the same time or after that of the bosses 30 by suitable tools.
Ensuite, on utilise un poinçon 34 et un contre-poinçon 36 déplaçables axialement et en opposition suivant la direction de l'axe XX (figure 3). Le poinçon 34 et le contre-poinçon 36 sont disposés respectivement du côté convexe et du côté concave de la plaque collectrice 20, c'est-à-dire respectivement du côté d'une face extérieure 38 et d'une face intérieure 40 de la plaque collectrice.Then, a punch 34 and a counter-punch 36 are used which can be moved axially and in opposition in the direction of the axis XX (FIG. 3). The punch 34 and the counter punch 36 are disposed respectively on the convex side and on the concave side of the collecting plate 20, that is to say respectively on the side of an outer face 38 and an inner face 40 of the collector plate.
Le poinçon 34 comporte un corps 42 prolongé par une partie tronconique 44 et par une partie terminale 46 dont les parois sont sensiblement parallèles à l'axe XX. Cette partie terminale aboutit à une face d'extrémité 48 de forme conique évasée.The punch 34 comprises a body 42 extended by a frustoconical part 44 and by an end part 46 whose walls are substantially parallel to the axis XX. This end portion leads to an end face 48 of flared conical shape.
Le contre-poinçon 36 comporte un corps 50 muni d'une partie évasée 52 aboutissant à une face d'extrémité 54 dont les dimensions correspondent approximativement à celles de la face d'extrémité 48.The counter-punch 36 comprises a body 50 provided with a flared part 52 leading to an end face 54, the dimensions of which correspond approximately to those of the end face 48.
Le poinçon 34 et le contre-poinçon 36 sont rapprochés l'un de l'autre dans la direction de l'axe XX ce qui permet d'aboutir à une position de butée des faces 48 et 54, comme montré à la figure 4.The punch 34 and the counter-punch 36 are brought towards each other in the direction of the axis XX, which makes it possible to achieve a stop position for the faces 48 and 54, as shown in FIG. 4.
La partie tronconique 44 du poinçon 34 permet de former une partie conique 56, ou plus exactement tronconique, qui s'étend à partir du bord annulaire 24. La partie terminale 46 permet de conformer une partie amont 58 qui prolonge la partie conique 56 (figure 5).The frustoconical part 44 of the punch 34 makes it possible to form a conical part 56, or more precisely frustoconical, which extends from the annular edge 24. The terminal part 46 makes it possible to conform an upstream part 58 which extends the conical part 56 (figure 5).
Par ailleurs, la partie évasée 52 du contre-poinçon 36 permet de former une partie aval évasée 60 du côté de la face intérieure 40 de la plaque collectrice 20.Furthermore, the flared part 52 of the counter-punch 36 makes it possible to form a flared downstream part 60 on the side of the internal face 40 of the collector plate 20.
Du fait que la face d'extrémité 48 du poinçon 34 se termine par une pointe évasée, alors que la face d'extrémité 54 du contre-poinçon 50 est généralement plane, les deux faces d'extrémités 48 et 54 ne peuvent venir au contact que dans une partie centrale, et non pas à la périphérie.Because the end face 48 of the punch 34 ends in a flared point, while the end face 54 of the counter-punch 50 is generally planar, the two end faces 48 and 54 cannot come into contact only in a central part, not at the periphery.
I1 en résulte la formation d'une saillie annulaire 62 que l'on voit mieux sur la figure 5, qui est constituée en fait par une bavure formée par matriçage lors du poinçonnage. I1 results in the formation of an annular projection 62 that is best seen in Figure 5, which is in fact constituted by a burr formed by stamping during punching.
Cette saillie annulaire 62 constitue une butée intérieure du collet.This annular projection 62 constitutes an internal stop of the collar.
Pour assembler le tube à la plaque collectrice, l'extrémité 16 est présentée axialement en face du collet. La partie conique 56 permet de guider l'extrémité du tube qui est ensuite reçue dans la partie amont 58 jusqu'à ce que l'extré- mité proprement dite vienne en butée contre la saillie annulaire 62.To assemble the tube to the collector plate, the end 16 is presented axially opposite the collar. The conical part 56 makes it possible to guide the end of the tube which is then received in the upstream part 58 until the end proper comes into abutment against the annular projection 62.
Ainsi, l'introduction de l'extrémité du tube à l'intérieur du collet est parfaitement maîtrisée, ce qui empêche aussi le tube de dépasser exagérément dans la chambre 28 et de créer des pertes de charge.Thus, the introduction of the end of the tube inside the collar is perfectly controlled, which also prevents the tube from protruding excessively into the chamber 28 and creating pressure losses.
Il suffit ensuite de procéder à une opération de brasage pour réaliser la liaison entre l'extrémité du tube et l'intérieur du collet.It then suffices to carry out a brazing operation to make the connection between the end of the tube and the inside of the collar.
L'opération de brasage est généralement effectuée dans un four pour braser, éventuellement en une seule opération, tous les composants de l'échangeur de chaleur.The brazing operation is generally carried out in an oven to braze, possibly in a single operation, all the components of the heat exchanger.
On se réfère maintenant aux figures 7 à 9 pour déorire une variante de réalisation de l'invention.Reference is now made to FIGS. 7 to 9 to illustrate an alternative embodiment of the invention.
Dans cette variante, on utilise également un poinçon 134 et un contre-poinçon 136 qui s'apparentent au poinçon 34 et au contre-poinçon 36 de la figure 3.In this variant, a punch 134 and a counter punch 136 are also used which are similar to the punch 34 and the counter punch 36 of FIG. 3.
Ces deux poinçons comportent des composants analogues à ceux des poinçons 34 et 36, les éléments analogues étant désignés par la même référence numérique augmentée de 100.These two punches comprise components analogous to those of punches 34 and 36, the analogous elements being designated by the same reference numeral increased by 100.
Le poinçon 134 possède ainsi un corps 142 prolongé par une partie tronconique 144 et une partie terminale 146 terminée par une face d'extrémité 148, laquelle est plane (figure 7).The punch 134 thus has a body 142 extended by a frustoconical part 144 and an end part 146 terminated by an end face 148, which is planar (FIG. 7).
Le contre-poinçon 136 possède un corps 150 terminé par une partie évasée 152 aboutissant à une face d'extrémité 154. La face d'extrémité 154 est plane et possède des dimensions inférieures à celles de la face d'extrémité 148 du poinçon.The counter-punch 136 has a body 150 terminated by a flared part 152 leading to an end face 154. The end face 154 is planar and has dimensions smaller than those of the end face 148 of the punch.
Il en résulte que, lorsque le poinçon 134 et le contrepoinçon 136 sont rapprochés l'un de l'autre, il se forme une saillie annulaire 162 constituée ici par un épaulement ou étagement, et non par une bavure comme dans la forme de réalisation précédente. As a result, when the punch 134 and the counter-punch 136 are brought together, an annular projection 162 is formed here constituted by a shoulder or step, and not by a burr as in the previous embodiment .
Cet épaulement 162 est mieux visible sur la figure 8. I1 forme une transition entre la partie amont 58 et la partie aval 160.This shoulder 162 is better visible in FIG. 8. It forms a transition between the upstream part 58 and the downstream part 160.
L'introduction de l'extrémité du tube s'effectue ensuite de la même manière que dans la forme de réalisation précédente, jusqu'à ce que l'extrémité du tube vienne en appui ou en butée contre la saillie annulaire 162 comme montré à la figure 9.The insertion of the end of the tube is then carried out in the same manner as in the previous embodiment, until the end of the tube comes to bear or abut against the annular projection 162 as shown in the figure 9.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitées aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et est susceptible de nombreuses variantes.Of course, the invention is not limited to the embodiments described above by way of example and is capable of numerous variants.
Ainsi, on comprendra qu'il est possible d'utiliser d'autres types de poinçons, du moment que la conformation intérieure du collet, notamment celle des moyens de butée, s'effectue par poinçonnage et matriçage.Thus, it will be understood that it is possible to use other types of punches, as long as the internal conformation of the collar, in particular that of the stop means, is effected by punching and stamping.
En outre, l'invention peut s'appliquer à d'autres types d'échangeurs de chaleur que des refroidisseurs d'air de suralimentation pour moteur de véhicule automobile. In addition, the invention can be applied to other types of heat exchangers than charge air coolers for a motor vehicle engine.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9706537A FR2764054B1 (en) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | HEAT EXCHANGER, PARTICULARLY CHARGING AIR COOLER FOR MOTOR VEHICLE, AND MANUFACTURING METHOD |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9706537A FR2764054B1 (en) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | HEAT EXCHANGER, PARTICULARLY CHARGING AIR COOLER FOR MOTOR VEHICLE, AND MANUFACTURING METHOD |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR2764054A1 true FR2764054A1 (en) | 1998-12-04 |
| FR2764054B1 FR2764054B1 (en) | 1999-08-06 |
Family
ID=9507328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR9706537A Expired - Lifetime FR2764054B1 (en) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | HEAT EXCHANGER, PARTICULARLY CHARGING AIR COOLER FOR MOTOR VEHICLE, AND MANUFACTURING METHOD |
Country Status (1)
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| FR (1) | FR2764054B1 (en) |
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