FR2766265A1 - Brazed vehicle heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
Echanaeur de chaleur brasé pour véhicule automobile, et son procédé de fabrication
L'invention concerne la technologie des échangeurs de chaleur pour les véhicules automobiles.Brazed heat exchanger for a motor vehicle, and its manufacturing process
The invention relates to the technology of heat exchangers for motor vehicles.
L'invention s'applique aux différents types d'échangeurs de chaleur que l'on peut rencontrer dans un véhicule, qu'il s'agisse du radiateur de chauffage de l'habitacle, du radiateur de refroidissement du moteur, ou encore du condenseur du circuit de climatisation.The invention applies to the different types of heat exchangers that can be encountered in a vehicle, whether it is the radiator for heating the passenger compartment, the radiator for cooling the engine, or even the condenser. of the air conditioning circuit.
Ces échangeurs sont constitués d'un faisceau de tubes à ailettes réalisant l'échange thermique avec le milieu extérieur, et les tubes du faisceau sont reliés de part et d'autre par deux blocs d'extrémité définissant le sens de circulation du fluide dans les tubes et permettant d'introduire le fluide dans l'échangeur et l'en extraire.These exchangers consist of a bundle of finned tubes performing heat exchange with the external environment, and the bundle tubes are connected on either side by two end blocks defining the direction of circulation of the fluid in the tubes and allowing to introduce the fluid into the exchanger and extract it.
Chacun des blocs d'extrémité comporte une plaque collectrice ou "plaque à trous" métallique dans laquelle débouchent les tubes du faisceau, brasés à cette plaque à l'endroit de leur débouché. A cette plaque, généralement désignée "collecteur est associé un capot de fermeture ou "boîte à fluide" de manière que collecteur et boîte définissent un volume commun dans lequel débouchent toutes les extrémités des tubes du faisceau. Ce volume peut éventuellement être subdivisé par des cloisons transversales en sous-volumes distincts permettant de définir la circulation du fluide dans des groupes de tubes particuliers, débouchant dans un même sous-volume.Each of the end blocks comprises a metal collecting plate or "hole plate" into which the tubes of the bundle open, brazed to this plate at the place of their opening. This plate, generally designated "manifold, is associated with a closure cover or" fluid box "so that the manifold and box define a common volume into which open all the ends of the bundle tubes. This volume can optionally be subdivided by partitions transverse into separate sub-volumes allowing the circulation of the fluid in particular groups of tubes to be defined, opening into the same sub-volume.
C'est également par la boîte à fluide que sont opérées l'entrée et la sortie du fluide.It is also through the fluid box that the fluid inlet and outlet are operated.
Un bloc d'extrémité comprend donc un collecteur, une boîte à fluide et une ou plusieurs cloisons transversales séparatrices, qu'il y a lieu d'assembler ensemble. An end block therefore comprises a manifold, a fluid box and one or more dividing transverse partitions, which must be assembled together.
Cet assemblage est habituellement réalisé selon l'une ou l'autre de deux techniques : l'assemblage mécanique, par sertissage de la boîte sur le collecteur avec interposition d'un joint entre ces éléments, ou l'assemblage brasé, où l'ensemble des éléments de l'échangeur technique est passé dans un four de brasage permettant à un métal d'apport d'assurer à la fois la solidarisation des divers éléments et leur étanchéité.This assembly is usually carried out according to one or the other of two techniques: mechanical assembly, by crimping the box on the collector with interposition of a joint between these elements, or brazed assembly, where the assembly elements of the technical exchanger is passed through a brazing furnace allowing a filler metal to ensure both the joining of the various elements and their sealing.
Dans cette dernière technique, à laquelle se rapporte l'invention, on comprendra qu'avant passage au four les éléments du bloc d'extrémité - collecteur, boîte et cloison(s) - doivent être mécaniquement préassemblés afin d'assurer un maintien provisoire.In the latter technique, to which the invention relates, it will be understood that before passage to the oven the elements of the end block - manifold, box and partition (s) - must be mechanically preassembled in order to ensure provisional retention.
Ainsi, dans le FR-A-2 712 968, qui décrit un échangeur de chaleur assemblé par brasage, le préassemblage mécanique est obtenu par des coups de poinçon à la jonction collecteur/boîte, ces coups de poinçon étant donnés au droit de la cloison pour éviter de déformer ailleurs que localement le collecteur et la boîte, la cloison constituant un contre-appui intérieur à l'endroit du coup de poinçon.Thus, in FR-A-2 712 968, which describes a heat exchanger assembled by brazing, the mechanical pre-assembly is obtained by punching punches at the collector / box junction, these punching strokes being given at the right of the partition to avoid deforming elsewhere than locally the collector and the box, the partition constituting an internal counter-support at the location of the punch.
La difficulté, dans un assemblage brasé, est d'assurer en toute circonstance une étanchéité parfaite entre cloison, collecteur et boîte, afin de réduire la sensibilité de l'échangeur à l'érosion et à la corrosion et de conserver le maximum de ses performances techniques.The difficulty, in a brazed assembly, is to ensure in all circumstances a perfect seal between partition, collector and box, in order to reduce the sensitivity of the exchanger to erosion and corrosion and to maintain its maximum performance techniques.
Jusqu'à présent, cet objectif était difficile à atteindre en raison des dispersions dimensionnelles des pièces, auxquelles venaient s'ajouter les microdéplacements entre boîte et collecteur au moment de la fusion du métal d'apport. I1 était ainsi jusqu'à présent très difficile de braser correctement la cloison à la fois sur le collecteur et sur la boîte, c'est-à-dire qu'il n'était pas possible de garantir avec quasi-certitude l'absence de fuite de part et d'autre des sous-volumes définis à l'intérieur de la boîte à fluide par la cloison. Until now, this objective was difficult to achieve because of the dimensional dispersions of the parts, to which were added microdisplacements between box and collector at the time of the fusion of the filler metal. It has thus far been very difficult to correctly braze the bulkhead both on the manifold and on the box, that is to say it was not possible to guarantee with almost certainty the absence of leakage on either side of the sub-volumes defined inside the fluid box by the partition.
L'invention se propose de remédier à ces inconvénients, grâce à une technique d'assemblage permettant d'atteindre l'objectif recherché, c'est-à-dire la certitude d'un brasage parfait entre les divers éléments constitutifs du bloc d'extrémité, tout particulièrement sur la totalité du contour de la cloison transversale, garantissant donc une étanchéité parfaite entre les différents sous-volumes de circulation de fluide.The invention proposes to remedy these drawbacks, by means of an assembly technique making it possible to achieve the desired objective, that is to say the certainty of perfect soldering between the various constituent elements of the block. end, especially over the entire contour of the transverse partition, thus guaranteeing a perfect seal between the various sub-volumes of fluid circulation.
L'échangeur de l'invention est du type général connu comprenant un faisceau de tubes parallèles et deux blocs d'extrémité joignant ces tubes, chaque bloc d'extrémité comportant, brasés ensemble : un collecteur en forme de plaque, réunissant les extrémités des tubes du faisceau ; une boîte à fluide, fermant de manière étanche le collecteur de manière à définir avec celui-ci un volume intérieur ; au moins une cloison transversale divisant ledit volume en une pluralité de sous-volumes distincts de circulation de fluide. Selon l'invention, il comporte, outre les liaisons brasées : une première liaison mécanique solidarisant la boîte à la cloison, et une seconde liaison mécanique solidarisant la cloison au collecteur.The exchanger of the invention is of the known general type comprising a bundle of parallel tubes and two end blocks joining these tubes, each end block comprising, brazed together: a collector in the form of a plate, joining the ends of the tubes beam; a fluid box, sealingly closing the manifold so as to define an interior volume therewith; at least one transverse partition dividing said volume into a plurality of separate sub-volumes of fluid circulation. According to the invention, it comprises, in addition to the brazed connections: a first mechanical connection securing the box to the partition, and a second mechanical connection securing the partition to the manifold.
Le procédé correspondant comporte les étapes consistant à a) assembler un faisceau de tubes parallèles et un collecteur en forme de plaque, réunissant les extrémités des tubes du faisceau ; b) solidariser mécaniquement une boîte à fluide, destinée à fermer de manière étanche le collecteur de manière à définir avec celui-ci un volume intérieur, avec au moins une cloison transversale divisant ledit volume en une pluralité de sous-volumes distincts de circulation de fluide c) solidariser mécaniquement la cloison, ainsi solidarisée à la boîte, au collecteur ; et d) braser ensemble collecteur, boîte et cloison.The corresponding method includes the steps of a) assembling a bundle of parallel tubes and a plate-shaped manifold, joining the ends of the bundle tubes; b) mechanically securing a fluid box, intended to seal the collector in a sealed manner so as to define therewith an interior volume, with at least one transverse partition dividing said volume into a plurality of separate sub-volumes of fluid circulation c) mechanically securing the partition, thus secured to the box, to the manifold; and d) braze the manifold, box and bulkhead assembly.
De préférence, la solidarisation de la boîte à la cloison est réalisée par sertissage, rivetage ou clinchage de la cloison avec la boîte dans une région centrale de cette dernière. Preferably, the connection of the box to the partition is carried out by crimping, riveting or clinching the partition with the box in a central region of the latter.
Avantageusement, la solidarisation de la cloison, solidarisée à la boîte, au collecteur est réalisée par déformation locale, à l'endroit de la cloison, d'un rebord du collecteur de manière à repousser la matière de ce dernier dans un intervalle ménagé entre, d'une part, un talon de la cloison faisant saillie transversalement vers l'extérieur et, d'autre part, le rebord périphérique de la boîte en cet endroit.Advantageously, the fastening of the partition, which is fastened to the box, to the collector is carried out by local deformation, at the location of the partition, of a flange of the collector so as to repel the material of the latter in a space formed between, on the one hand, a heel of the partition projecting transversely towards the outside and, on the other hand, the peripheral rim of the box at this location.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée cidessous d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description below of an exemplary embodiment, with reference to the accompanying drawings.
La figure 1 est une vue générale en élévation d'un échangeur de chaleur de véhicule automobile du type concerné par l'invention.Figure 1 is a general elevational view of a motor vehicle heat exchanger of the type concerned by the invention.
La figure 2 est une coupe, selon II-II de la figure 1, montrant les différents éléments constitutifs du bloc d'extrémité et la manière dont ceux-ci sont assemblés selon l'invention.Figure 2 is a section along II-II of Figure 1 showing the various components of the end block and how they are assembled according to the invention.
Les figures 3a et 3b illustrent une variante de l'assemblage de la cloison à la boîte selon la technique dite du "clinchage".Figures 3a and 3b illustrate a variant of the assembly of the partition to the box according to the technique known as "clinching".
La figure 1 représente un échangeur de chaleur dans lequel sont mis en oeuvre les enseignements de l'invention. I1 comporte un faisceau de tube parallèles 10 séparés par des ailettes 12, et il est prévu de part et d'autre du faisceau de tube deux blocs d'extrémité 14, 16 joignant ensemble les tubes.FIG. 1 represents a heat exchanger in which the teachings of the invention are implemented. I1 comprises a parallel tube bundle 10 separated by fins 12, and there are provided on either side of the tube bundle two end blocks 14, 16 joining the tubes together.
Chaque bloc d'extrémité 14, 16 comporte, comme on peut également le voir sur la coupe de la figure 2, une plaque métallique 18, généralement appelée "collecteur", réunissant les extrémités des tubes du faisceau, plaque à laquelle est associé un élément 20 en forme de couvercle généralement désigné "boîte à fluide" ou "boîte collectrice", relié de manière étanche au collecteur 18 par son rebord périphérique.Each end block 14, 16 comprises, as can also be seen in the section of FIG. 2, a metal plate 18, generally called a "collector", joining the ends of the tubes of the bundle, a plate with which an element is associated 20 in the form of a cover generally designated "fluid box" or "manifold box", tightly connected to the manifold 18 by its peripheral rim.
L'ensemble constitué par le collecteur 18 et la boîte 20 définit un volume dans lequel débouchent les tubes du faisceau. L'un des blocs d'extrémité, dans l'exemple illustré le bloc 14, comporte en outre au moins une cloison transversale 22 divisant le volume intérieur précité en sous-volumes distincts 24, 26 indépendants, à savoir un sous-volume 24 pour l'admission du fluide (par un orifice 28 formé dans la boîte 20) et un sous-volume 26 pour la collecte du fluide et son extraction (par un orifice 30 formé également dans la boîte 20).The assembly constituted by the manifold 18 and the box 20 defines a volume into which the tubes of the bundle open. One of the end blocks, in the example illustrated in block 14, further comprises at least one transverse partition 22 dividing the abovementioned interior volume into separate sub-volumes 24, 26 independent, namely a sub-volume 24 for the fluid intake (through an orifice 28 formed in the box 20) and a sub-volume 26 for collecting the fluid and its extraction (through an orifice 30 also formed in the box 20).
Le bloc d'extrémité opposé 16, en revanche, ne comporte pas de cloison, afin de diriger le fluide circulant dans un sens dans la moitié des tubes du faisceau reliée au sous-volume 24 vers l'autre moitié des tubes reliée au sous-volume 26, en sens inverse.The opposite end block 16, on the other hand, does not have a partition, in order to direct the fluid flowing in one direction in half of the tubes of the bundle connected to the sub-volume 24 towards the other half of the tubes connected to the sub- volume 26, in reverse.
Dans la configuration illustrée, on a prévu une unique cloison 22, qui permet de diviser le faisceau de tubes en deux groupes de tubes avec des circulations en sens inverses.In the illustrated configuration, a single partition 22 is provided, which makes it possible to divide the bundle of tubes into two groups of tubes with circulations in opposite directions.
Cette configuration n'est cependant pas limitative, et l'on peut prévoir une pluralité de cloisons pour réaliser plusieurs allers et retours de fluide dans le faisceau de tubes, par exemple deux cloisons transversales dans le bloc d'extrémité 14 et une cloison transversale centrale dans le bloc d'extrémité 16 pour imposer au fluide une circulation avec deux allers et retours dans le faisceau, etc. L'invention s'applique bien évidemment à de telles variantes, dès lors que l'échangeur de chaleur comporte au moins une cloison séparatrice dans l'un des blocs d'extrémité.This configuration is not, however, limiting, and a plurality of partitions can be provided for making several round trips of fluid in the tube bundle, for example two transverse partitions in the end block 14 and a central transverse partition. in the end block 16 to impose on the fluid a circulation with two back and forth in the beam, etc. The invention obviously applies to such variants, since the heat exchanger comprises at least one separating partition in one of the end blocks.
Comme on l'a indiqué plus haut, l'invention s'applique au cas où collecteur, boîte et cloison sont assemblés par brasage, c'est-à-dire par la fusion contrôlée d'un métal d'apport pendant une étape de passage dans un four de brasage. As indicated above, the invention applies to the case where the collector, box and partition are assembled by brazing, that is to say by the controlled melting of a filler metal during a step of passage through a brazing furnace.
Mais avant passage au four il est nécessaire d'opérer un préassemblage des éléments, pour les ajuster à leurs positions définitives respectives.But before going to the oven it is necessary to operate a pre-assembly of the elements, to adjust them to their respective final positions.
La technique connue consistant à assembler mécaniquement le collecteur à la boîte par des coups de poinçon présente cependant l'inconvénient de ne pas prendre en compte totalement les tolérances dimensionnelles des pièces et les risques de microdéplacements pendant le préassemblage et le passage au four ; elle ne permet donc pas de garantir de façon absolue l'étanchéité finale de l'assemblage après brasage.The known technique of mechanically assembling the collector to the box by punching, however, has the drawback of not taking fully into account the dimensional tolerances of the parts and the risks of micro-displacements during pre-assembly and passage through the oven; it therefore does not absolutely guarantee the final tightness of the assembly after brazing.
L'invention propose d'opérer ce préassemblage de manière différente, en deux étapes, à savoir - une première solidarisation mécanique de la cloison à la boîte, et - une seconde solidarisation mécanique de la cloison, ainsi solidarisée à la boîte, au collecteur.The invention proposes to operate this preassembly in a different way, in two stages, namely - a first mechanical connection of the partition to the box, and - a second mechanical connection of the partition, thus secured to the box, to the collector.
Ainsi, boîte et collecteur ne sont pas directement solidarisés entre eux, mais par l'intermédiaire de la cloison, ce qui permet de compenser sans difficulté les tolérances dimensionnelles notamment entre hauteur de cloison et profondeur de boîte sans nuire à l'étanchéité finale de l'assemblage.Thus, the box and collector are not directly joined together, but through the partition, which makes it possible to easily compensate for dimensional tolerances, in particular between the height of the partition and the depth of the box without harming the final tightness of the 'assembly.
La figure 2 illustre un exemple d'un tel préassemblage de ces trois éléments.FIG. 2 illustrates an example of such a pre-assembly of these three elements.
Le collecteur 18 comporte une plaque de base 34, dans laquelle débouchent les tubes du faisceau, prolongés par un rebord périphérique 36. La boîte 20, quant à elle, comporte une partie centrale 38 et un rebord périphérique 40 dont une face externe vient s'appliquer contre une face interne du rebord périphérique 36 du collecteur 18 (ou l'inverse). The manifold 18 comprises a base plate 34, into which the tubes of the bundle open, extended by a peripheral rim 36. The box 20, for its part, comprises a central part 38 and a peripheral rim 40, an external face of which comes apply against an internal face of the peripheral rim 36 of the manifold 18 (or the reverse).
Le premier assemblage mécanique de la cloison 22 à la boîte 20 est réalisé par exemple par sertissage d'une languette 42 pénétrant dans un orifice homologue du corps 38 de la boîte 20. L'extrémité 44 de cette languette est par exemple écrasée au moyen d'une bouterolle 46.The first mechanical assembly of the partition 22 with the box 20 is carried out for example by crimping a tongue 42 penetrating into a homologous orifice of the body 38 of the box 20. The end 44 of this tongue is for example crushed by means of 'a dies 46.
L'ensemble boîte-cloison ainsi assemblé mécaniquement est dans un deuxième temps assemblé au collecteur 18 et, de façon caractéristique de l'invention, cet assemblage mécanique est réalisé entre le collecteur et la cloison. A cet effet, le rebord 36 est par exemple déformé en 48 dans un intervalle 50 défini par un talon 52, saillant transversalement vers l'extérieur, de la cloison 22. Cette déformation est par exemple obtenue au moyen d'un poinçon 54.The box-bulkhead assembly thus mechanically assembled is subsequently assembled to the manifold 18 and, typically, this mechanical assembly is carried out between the manifold and the bulkhead. To this end, the rim 36 is for example deformed at 48 in an interval 50 defined by a heel 52, projecting transversely outwards, from the partition 22. This deformation is for example obtained by means of a punch 54.
On comprendra que ce mode d'assemblage assure un ajustement parfait de la boîte à la cloison et de la cloison au collecteur, et permet de compenser éventuellement les tolérances dimensionnelles de hauteur de cloison et de profondeur de boîte grâce à l'intervalle 50. La cloison est en effet plaquée contre le fond de la boîte grâce au premier assemblage mécanique et plaqué contre le collecteur grâce au second assemblage mécanique ; on est ainsi certain d'obtenir une étanchéité parfaite à l'endroit de la cloison après fusion du métal d'apport dans le four de brasage.It will be understood that this method of assembly ensures perfect adjustment of the box to the partition and of the partition to the manifold, and makes it possible to possibly compensate for the dimensional tolerances of height of partition and depth of box thanks to the interval 50. The partition is indeed pressed against the bottom of the box thanks to the first mechanical assembly and pressed against the collector thanks to the second mechanical assembly; it is thus certain to obtain a perfect seal at the location of the partition after melting the filler metal in the brazing furnace.
Diverses variantes sont envisageables, notamment pour les modes d'assemblage mécanique entre les divers éléments.Various variants can be envisaged, in particular for the modes of mechanical assembly between the various elements.
Par exemple, le sertissage de la cloison à la boîte peut être remplacé par un rivetage ou encore, comme illustré figures 3a et 3b, par un assemblage connu dans la technique sous le terme de "clinchage" : on prévoit dans ce cas au centre de la cloison 22 une découpe 56 en forme de queue d'aronde qui sera remplie par repoussage (en 58) du fond 38 de la boîte 20 cette technique, qui permet d'éviter toute solution de continuité dans le fond de la boîte, évite tout risque de défaut d'étanchéité à l'endroit de la liaison mécanique entre cloison et boîte. For example, the crimping of the partition to the box can be replaced by riveting or, as illustrated in FIGS. 3a and 3b, by an assembly known in the art under the term "clinching": in this case provision is made in the center of the partition 22 a cutout 56 in the form of a dovetail which will be filled by pushing back (at 58) the bottom 38 of the box 20 this technique, which makes it possible to avoid any solution of continuity in the bottom of the box, avoids all risk of leakage at the place of the mechanical connection between partition and box.
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Family Applications (1)
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