FR2770633A1 - Dispositif a deux faisceaux d'echange de chaleur, notamment pour vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

Un dispositif d'échange de chaleur comprend deux faisceaux (12, 16) de tubes d'échange de chaleur distincts, propres à être parcourus respectivement par deux fluides différents. Il comprend une plaque support (10), commune aux deux faisceaux et ayant une première partie (30) munie de trous (28) pour servir de collecteur à un premier faisceau (12) de tubes (14) et une deuxième partie (46) munie d'ouvertures (44) pour le frettage des tubes (18) d'un deuxième faisceau (16) avec des raccords coudés (38). Dans une application de l'invention, le faisceau (12) est parcouru par un liquide de refroidissement d'un moteur et le faisceau (16) par un fluide réfrigérant d'un circuit de climatisation.

Description

Dispositif à deux faisceaux d'échange de chaleur, notamment
Pour véhicule automobile, et procédé Pour sa fabrication
L'invention concerne un dispositif d'échange de chaleur, notamment pour véhicule automobile, et un procédé pour sa fabrication.
Elle concerne plus particulièrement un dispositif d'échange de chaleur comprenant deux faisceaux de tubes d'échange de chaleur distincts, propres à être parcourus respectivement par deux fluides différents.
On connaît déjà, en particulier d'après la publication DE 195 36 116, un dispositif de ce type comprenant une rangée de tubes plats dont les extrémités sont assemblées à deux boites collectrices tubulaires s'étendant parallèlement entre elles.
Chacune des boîtes collectrices est divisée intérieurement par au moins une cloison de manière à définir un circuit de fluide comprenant une partie des tubes du faisceau et un autre circuit de fluide comprenant une autre partie des tubes du faisceau.
La fabrication de ce dispositif connu nécessite des opérations complexes d'assemblage, notamment par brasage. En outre, il ne peut être réalisé qu'avec une seule rangée de tubes, ce qui limite ses performances thermiques.
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités.
Elle vise notamment à procurer un dispositif d'échange de chaleur à deux faisceaux de tubes qui peut être obtenu par des opérations mécaniques d'assemblage, sans brasage.
Elle propose à cet effet un dispositif du type défini en introduction, lequel comprend une plaque support, commune aux deux faisceaux et ayant une première partie munie de trous pour servir de collecteur à un premier faisceau et une deuxième partie munie d'ouvertures pour le frettage des tubes d'un deuxième faisceau avec des raccords coudés.
Le dispositif de l'invention permet ainsi de combiner deux faisceaux d'échange de chaleur, assemblés de manière purement mécanique, grâce à une plaque support qui sert à la fois de collecteur à un premier faisceau et de moyen de frettage pour un deuxième faisceau.
Ce dispositif peut être obtenu par un assemblage totalement mécanique, sans brasage, en une seule opération.
Il en résulte un dispositif compact pouvant comporter une ou plusieurs rangées de tubes.
De façon avantageuse, les tubes du premier faisceau et les tubes du deuxième faisceau sont parallèles entre eux.
Dans une forme de réalisation de l'invention, les tubes du premier faisceau et les tubes du deuxième faisceau traversent respectivement un premier jeu d'ailettes et un deuxième jeu d'ailettes séparés l'un de l'autre.
En variante, les tubes du premier faisceau et les tubes du deuxième faisceau traversent un même jeu d'ailettes pour constituer un ensemble monobloc.
De manière préférentielle, les tubes du premier faisceau sont assemblés mécaniquement à la première partie de la plaque support par l'intermédiaire de joints compressibles.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les tubes du premier faisceau débouchent dans une bote à fluide présentant un bord périphérique assemblé à la première partie de la plaque support.
La plaque support est avantageusement formée en matière plastique.
On peut également réaliser la boîte à fluide en matière plastique, en sorte que celle-ci peut être alors assemblée à la plaque support par soudage par friction.
De préférence, les raccords coudés ont des extrémités introduites dans des extrémités des tubes du premier faisceau.
Dans une application préférentielle de l'invention, le premier faisceau fait partie d'un radiateur de refroidissement d'un moteur, en particulier de véhicule automobile, tandis que le deuxième faisceau fait partie d'un condenseur d'un appareil de climatisation.
Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur tel que défini precé- demment, lequel comprend les étapes suivantes
a) équiper la plaque support des raccords coudés de manière que ces raccords présentent chacun deux extrémités engagées dans les ouvertures de sertissage de la plaque support
b) disposer les tubes du premier faisceau de manière qu'ils présentent des extrémités en regard des trous de la plaque support
c) disposer les tubes du deuxième faisceau de manière qu'ils présentent des extrémités en regard des raccords coudés
d) rapprocher la plaque support du premier et du deuxième faisceau suivant un déplacement parallèle à la direction des tubes de manière que les extrémités des tubes du premier faisceau s'engagent dans les trous de la plaque support et que les extrémités des tubes du deuxième faisceau s'emboîtent mutuellement avec les raccords coudés ; et
e) exercer une poussée relative entre la plaque support et les tubes du deuxième faisceau de manière à provoquer le frettage des extrémités des tubes du deuxième faisceau et des raccords coudés.
De façon avantageuse, on équipe au préalable la plaque support d'une boîte à fluide propre à communiquer ultérieurement avec les tubes du premier faisceau.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, à l'opération d), les extrémités des tubes du premier faisceau sont introduites dans des joints entourant les trous de la plaque support.
Dans une autre forme de réalisation préférée de l'invention, à l'opération a) et à l'opération d), les extrémités des raccords coudés dépassent d'une face de la plaque support tournée vers le premier et le deuxième faisceau, de manière que les extrémités emboîtées résultant de l'opération d) se trouvent espacées des ouvertures de frettage. Il en résulte que, lors de l'opération e), les extrémités emboîtées sont frettées par les ouvertures de frettage.
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 coupe transversale partielle d'un dispositif d'échange de chaleur selon une première forme de réalisation de l'invention - la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 1 - les figures 4, 5, 6 et 7 montrent différentes étapes d'assemblage du dispositif de la figure 1 - la figure 8 est une vue analogue à celle de la figure 1 montrant un dispositif selon une deuxième forme de réalisation de l'invention ; et - la figure 9 est une vue en coupe suivant la ligne IX-IX de la figure 8.
Le dispositif représenté à la figure 1 comprend une plaque support 10 commune à un premier faisceau 12 de tubes 14 et à un deuxième faisceau 16 de tubes 18.
Les tubes 14 ont une section ovale et sont disposés suivant deux rangées parallèles qui traversent un jeu d'ailettes 20 parallèles entre elles (figures 1 et 3).
Les tubes 18 ont une section circulaire et sont disposés suivant deux rangées parallèles qui traversent un jeu d'ailettes 22 (figures 1 et 3).
Les tubes 14 et les tubes 16 sont parallèles entre eux, et les ailettes 20 et 22 sont séparées l'une de l'autre par un intervalle 24 (figures 1 et 3) pour éviter tout transfert de chaleur entre les faisceaux 12 et 16.
Les tubes 14 ont des extrémités 26 de forme circulaire ou ovale reçues dans des trous 28, disposés suivant deux rangées, ménagés au travers d'une première partie 30 de la plaque support 10. Cette première partie 30 fait office de collecteur pour le faisceau 12, les extrémités 26 des tubes étant assemblées mécaniquement avec la partie 30 par l'intermédiaire de joints compressibles 32. Ces joints 32 sont disposés à l'intérieur des trous et font partie d'une pièce commune, réalisée en caoutchouc ou analogue, selon une technique bien connue dans le domaine des échangeurs de chaleur.
Les tubes 14 du premier faisceau débouchent dans une boîte à fluide 34 qui présente un bord périphérique 36 assemblé à la partie 30 de la plaque support, à l'opposé du faisceau.
Dans l'exemple, la plaque support 10 et la boîte à fluide 34 sont formées toutes deux en matière plastique, par exemple du type polypropylène, et l'assemblage est effectué par soudage par friction.
Les tubes 18 sont raccordés deux à deux par des raccords coudés 38 en forme de U. Les raccords 38 possèdent deux extrémités 40 introduites chacune dans des extrémités 42 des tubes 18. L'assemblage entre les extrémités 40 et 42 se fait par une technique de frettage, cest-à-dire une opération purement mécanique par compression radiale, grâce à des ouvertures de passage 44, disposées suivant deux rangées, que comporte une deuxième partie 46 de la plaque support 10.
Les ouvertures 44 ont une forme précise à entrée conique, propre à assurer une compression radiale progressive des extrémités 40 et 42 préalablement emboîtées afin de réaliser un frettage, procurant un assemblage mécanique solide et étanche, sans nécessiter de brasage, selon une technique connue aussi dans le domaine des échangeurs de chaleur.
On se réfère maintenant aux figures 4 à 7 pour décrire la fabrication du dispositif de la figure 1.
La plaque support 10 est équipée au préalable de la boîte à fluide 34 grâce à une opération de soudage par friction. Ensuite, on présente les raccords coudés 38 en regard des ouvertures 44 de la plaque support et on introduit les raccords 38 dans la direction de la flèche F1 (figure 4) de sorte que leurs extrémités 40 dépassent de la plaque support 10.
Ensuite, les faisceaux 12 et 16 sont disposés en vis-à-vis de la plaque support 10, de manière que les extrémités 26 des tubes 14 soient en regard des trous 28 et que les extrémités 42 des tubes 18 soient en regard des extrémités 40 des raccords 38.
Par la suite, on rapproche la plaque support 10 des faisceaux 12 et 16 par un déplacement parallèle à la direction des tubes. En pratique, il est préférable de maintenir les faisceaux fixes et de déplacer uniquement la plaque support dans la direction des flèches F2 comme montré à la figure 5.
Dans une première phase de ce rapprochement, les extrémités 26 des tubes 14 s'engagent dans les joints 32 tandis que les extrémités 42 des tubes 18 s'emboîtent avec les extrémités 40 des raccords coudés 38. Il est à noter que, à l'issue de cette opération, les extrémités 40 des raccords coudés dépassent encore de la plaque support, l'opération de sertissage n'étant pas encore réalisée.
Ensuite, dans une phase ultérieure comme montré à la figure 6, on exerce une nouvelle poussée dans la direction des flèches F3, ce qui provoque l'introduction complète des extrémités 26 des tubes 14 dans les joints 32, qui se trouvent comprimés.
Parallèlement, la plaque support 16 se déplace axialement par rapport aux extrémités 40 et 42 préalablement emboîtées deux à deux. Il en résulte un frettage des extrémités emboîtées grâce à la forme spécifique des ouvertures de frettage 44.
Cette opération étant terminée, on obtient (figure 7) un dispositif complètement assemblé, semblable à celui représenté à la figure 1..
Bien entendu, il est possible de réaliser une opération similaire sur les autres extrémités des tubes grâce à une autre plaque support. Il en résulte alors que les tubes du faisceau 14 sont coiffés par deux boîtes à fluide et que les tubes du faisceau 16 sont reliés par des raccords coudés à leurs deux extrémités.
Dans la variante de réalisation des figures 8 et 9, on utilise un seul jeu d'ailettes 48 au lieu de deux jeux d'ailettes séparées comme dans la forme de réalisation précédente.
Si l'on veut éviter un transfert thermique entre les faisceaux 12 et 16, il est possible de prévoir des découpes dans chacune des ailettes 48 dans la région correspondant à l'intervalle 24 décrit précédemment en référence aux figures 1 et 3.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le faisceau 12 fait partie d'un radiateur de refroidissement d'un moteur, notamment de véhicule automobile. Les tubes 14 sont alors parcourus par le liquide de refroidissement du moteur.
Dans cette application particulière, le faisceau 16 fait partie d'un appareil de climatisation, les tubes 18 étant alors parcourus par un fluide réfrigérant.
On comprendra que le dispositif de l'invention peut être réalisé de manière simple par assemblage mécanique, donc sans brasage. I1 peut être réalisé de façon particulièrement compacte en différentes dimensions, avec une ou plusieurs rangées de tubes pour l'un ou l'autre des faisceaux.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment et s'étend à d'autres variantes.
En particulier, l'invention n'est pas limitée aux cas particuliers décrits précédemment pour le refroidissement d'un moteur et la condensation d'un fluide réfrigérant.

Claims (14)

  1. Revendications 1. Dispositif d'échange de chaleur comprenant deux faisceaux de tubes d'échange de chaleur distincts, propres à être parcourus respectivement par deux fluides différents, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque support (10), commune aux deux faisceaux (12, 16) et ayant une première partie (30) munie de trous (28) pour servir de collecteur à un premier faisceau (12) et une deuxième partie (46) munie d'ouvertures (44) pour le frettage des tubes (18) d'un deuxième faisceau (16) avec des raccords coudés (38).
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes (14) du premier faisceau (12) et les tubes (18) du deuxième faisceau (16) sont parallèles entre eux.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tubes (14) du premier faisceau (12) et les tubes (18) du deuxième faisceau (16) traversent respectivement un premier jeu d'ailettes (20) et un deuxième jeu d'ailettes (22) séparés l'un de l'autre.
  4. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tubes (14) du premier faisceau (12) et les tubes (18) du deuxième faisceau (16) traversent un même jeu d'ailettes (48) pour constituer un ensemble monobloc.
  5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tubes (14) du premier faisceau sont assemblés mécaniquement à la première partie (30) de la plaque support (10) par l'intermédiaire de joints compressibles (32).
  6. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les tubes (14) du premier faisceau (12) débouchent dans une boîte à fluide (34) présentant un bord périphérique (36) assemblé à la première partie (30) de la plaque support.
  7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la plaque support (10) est en matière plastique.
  8. 8. Dispositif selon la revendication 6, prise en combinaison avec la revendication 7, caractérisé en ce que la boîte à fluide (34) est en matière plastique et est assemblée à la plaque support (10) par soudage par friction.
  9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les raccords coudés (38) ont des extrémités (40) introduites dans des extrémités (42) des tubes (18) du premier faisceau.
  10. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le premier faisceau (12) fait partie d'une radiateur de refroidissement d'un moteur, tandis que le deuxième faisceau (16) fait partie d'un condenseur d'un appareil de climatisation.
  11. 11. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes
    a) équiper la plaque support (10) des raccords coudés (38) de manière que ces raccords présentent chacun deux extrémités (40) engagées dans les ouvertures de sertissage (44) de la plaque support
    b) disposer les tubes (14) du premier faisceau de manière qu'ils présentent des extrémités (26) en regard des trous (28) de la plaque support
    c) disposer les tubes (18) du deuxième faisceau de manière qu'ils présentent des extrémités (42) en regard des extrémités (40) des raccords coudés (38)
    d) rapprocher la plaque support (10) du premier et du deuxième faisceau suivant un déplacement parallèle à la direction des tubes de manière que les extrémités (26) des tubes du premier faisceau s'engagent dans les trous (28) de la plaque support et que les extrémités (42) des tubes du deuxième faisceau s'emboîtent mutuellement avec les raccords coudés (38) ; et
    e) exercer une poussée relative entre la plaque support (10) et les tubes du deuxième faisceau de manière à provoquer le frettage des extrémités (42) des tubes du deuxième faisceau et des raccords coudés (38).
  12. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on équipe au préalable la plaque support (10) d'une boîte à fluide (34) propre à communiquer ultérieurement avec les tubes du premier faisceau (12).
  13. 13. Procédé selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce qu'à l'opération d), les extrémités (26) des tubes du premier faisceau sont introduites dans des joints compressibles (32) disposés dans les trous (28) de la plaque support.
  14. 14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'à l'étape a) et à l'étape d) les extrémités (40) des raccords coudés dépassent d'une face de la plaque support tournée vers le premier et le deuxième faisceau, de manière que les extrémités emboîtées (40, 42) résultant de l'opération d) se trouvent espacées des trous de frettage (44) ; et en ce que, lors de l'étape e), lesdites extrémités emboîtées sont frettées par les ouvertures de frettage.
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