FR2786559A1 - Heat exchanger for motor vehicle has parallel tubes each formed of folded and brazed metal sheets forming flanges for contact between tubes - Google Patents

Heat exchanger for motor vehicle has parallel tubes each formed of folded and brazed metal sheets forming flanges for contact between tubes Download PDF

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Abstract

The motor vehicle radiator has a parallel tube (12) bundle (10) with a manifold (14). The tubes are each made of folded and brazed metal sheets defining a flange when assembled to allow thermal contact between the tubes while allowing air flow between them. The flanges can be formed on opposed faces of the tubes.

Description

Echangeur de chaleur dépourvu d'ailettes, en particulier pour véhicule automobile
L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, en particulier pour les véhicules automobiles.Heat exchanger without fins, in particular for a motor vehicle
The invention relates to heat exchangers, in particular for motor vehicles.

Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur comprenant un faisceau formé exclusivement de tubes parallèles, ainsi qu'au moins une boite collectrice reliée à une extrémité du faisceau.It relates more particularly to a heat exchanger comprising a bundle formed exclusively of parallel tubes, as well as at least one manifold connected to one end of the bundle.

Un tel échangeur de chaleur est ainsi dépourvu d'ailettes, le terme"ailettes"étant pris au sens large pour définir aussi bien de fines feuilles métalliques traversées par les tubes du faisceau, que par des intercalaires ondulés placés entre de tels tubes.Such a heat exchanger is thus devoid of fins, the term "fins" being taken in the broad sense to define both fine metallic sheets traversed by the tubes of the bundle, as by corrugated inserts placed between such tubes.

Dans un échangeur de chaleur sans ailettes, les surfaces réalisant l'échange thermique sont constituées uniquement par les parois des tubes, si bien qu'il est nécessaire de prévoir davantage de tubes que dans un échangeur classique à ailettes pour obtenir des performances thermiques acceptables.In a heat exchanger without fins, the surfaces performing the heat exchange consist only of the walls of the tubes, so that it is necessary to provide more tubes than in a conventional fin exchanger to obtain acceptable thermal performance.

On a déjà proposé des échangeurs de chaleur dépourvus d'ailettes, mais ceux-ci présentent un certain nombre d'inconvénients.Heat exchangers without fins have already been proposed, but these have a certain number of drawbacks.

Dans ces échangeurs connus, les tubes sont habituellement maintenus seulement à leurs extrémités, ce qui, du fait de la proximité des tubes, pose souvent des problèmes de vibrations.In these known exchangers, the tubes are usually held only at their ends, which, due to the proximity of the tubes, often poses vibration problems.

De plus, la conception de moyens espaceurs propres à maintenir les tubes à intervalles réguliers n'a pu jusqu'à présent trouver de solution acceptable.
Par ailleurs, à performances thermiques égales, un échangeur de chaleur sans ailettes est plus encombrant qu'un échangeur de chaleur classique à ailettes.In addition, the design of spacers capable of maintaining the tubes at regular intervals has so far been unable to find an acceptable solution.
Furthermore, for equal thermal performance, a heat exchanger without fins is more bulky than a conventional heat exchanger with fins.

L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités.The object of the invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks.

Elle vise en particulier à procurer un échangeur de chaleur du type sans ailettes dont les tubes peuvent tre maintenus espacés, sans engendrer de vibrations, et dont les performances thermiques sont supérieures aux échangeurs de chaleur sans ailettes connus jusqu'à présent.It aims in particular to provide a heat exchanger of the type without fins, the tubes of which can be kept spaced, without generating vibrations, and whose thermal performance is superior to heat exchangers without fins known up to now.

L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur dépourvu d'ailettes, dans lequel les tubes sont formés chacun à partir d'une feuille métallique pliée et brasée qui comporte des reliefs en saillie de formes choisies, ces reliefs étant propres à assurer un contact mécanique et thermique entre les tubes, tout en ménageant un espacement entre les tubes pour la circulation d'un flux d'air à balayer le faisceau.To this end, the invention provides a heat exchanger devoid of fins, in which the tubes are each formed from a folded and brazed metal sheet which has protruding reliefs of selected shapes, these reliefs being capable of ensuring a mechanical and thermal contact between the tubes, while providing a space between the tubes for the circulation of an air flow to sweep the beam.

L'invention permet ainsi de réaliser un échangeur de chaleur comportant un nombre élevé de tubes, qui sont en contact mécanique et thermique entre eux par des reliefs des tubes, ce qui garantit une tenue mécanique des tubes, exempte de vibrations, et permet en outre d'augmenter les capacités d'échange de chaleur.The invention thus makes it possible to produce a heat exchanger comprising a high number of tubes, which are in mechanical and thermal contact with each other by reliefs of the tubes, which guarantees mechanical resistance of the tubes, free of vibrations, and also allows to increase the heat exchange capacities.

De plus, ces reliefs permettent de ménager entre les tubes des espacements de dimension contrôlée pour la circulation d'un flux d'air, sans générer de pertes de charge élevées.In addition, these reliefs allow space between the tubes of controlled size for the circulation of an air flow, without generating high pressure drops.

Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les reliefs en saillie sont formés sur des faces planes opposées de chaque tube.In a preferred embodiment of the invention, the projecting reliefs are formed on opposite flat faces of each tube.

Il est avantageux d'utiliser des tubes plats qui délimitent chacun au moins deux canaux parallèles de circulation. It is advantageous to use flat tubes which each delimit at least two parallel circulation channels.

Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les reliefs comprennent des bossages espacés et des nervures espacées, agencés de telle sorte que les bossages d'un tube viennent au contact des nervures d'un tube adjacent, et inversement.In a preferred embodiment of the invention, the reliefs comprise spaced bosses and spaced ribs, arranged so that the bosses of a tube come into contact with the ribs of an adjacent tube, and vice versa.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les bossages sont disposés suivant des rangées parallèles qui alternent avec les nervures, lesquelles sont également parallèles.According to another characteristic of the invention, the bosses are arranged in parallel rows which alternate with the ribs, which are also parallel.

De préférence, les rangées de bossages et les nervures s'étendent dans des directions parallèles à l'axe du tube.Preferably, the rows of bosses and the ribs extend in directions parallel to the axis of the tube.

Dans une forme de réalisation préférée, les bossages ont sensiblement la forme d'une calotte sphérique.In a preferred embodiment, the bosses have substantially the shape of a spherical cap.

Egalement, on préfère que les nervures aient un profil ayant sensiblement la forme d'un arc de cercle.Also, it is preferred that the ribs have a profile having substantially the shape of an arc of a circle.

Les reliefs des tubes sont de préférence formés par emboutissage de la feuille métallique avant pliage.The reliefs of the tubes are preferably formed by stamping the metal sheet before folding.

Il est possible aussi de prévoir que les reliefs des tubes sont formés par moletage lors du pliage de la feuille métallique.It is also possible to provide that the reliefs of the tubes are formed by knurling during the folding of the metal sheet.

La feuille métallique utilisée est avantageusement à base d'aluminium.The metal sheet used is advantageously based on aluminum.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la feuille métallique est revtue d'un placage de brasure, au moins du côté extérieur, pour permettre une solidarisation des tubes entre eux par brasage.According to yet another characteristic of the invention, the metal sheet is coated with a solder plating, at least on the outside, to allow the tubes to be joined together by brazing.

Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : -la figure 1 est une vue en perspective partielle d'un échangeur de chaleur selon l'invention ; -la figure 2 est une vue en perspective partielle d'un tube de l'échangeur de la chaleur de la figure 1 ; -la figure 3 est une vue en coupe transversale partielle du faisceau de l'échangeur de chaleur de la figure 1 ; et -la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3.In the description which follows, given by way of example, reference is made to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a partial perspective view of a heat exchanger according to the invention; FIG. 2 is a partial perspective view of a tube of the heat exchanger of FIG. 1; FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the bundle of the heat exchanger of FIG. 1; and FIG. 4 is a sectional view along the line IV-IV of FIG. 3.

L'échangeur de chaleur représenté à la figure 1 est destiné à tre utilisé, dans 1'exemple, dans un véhicule automobile pour constituer soit un radiateur de refroidissement du moteur, soit un radiateur de chauffage de l'habitacle.The heat exchanger shown in FIG. 1 is intended to be used, in the example, in a motor vehicle to constitute either a radiator for cooling the engine, or a radiator for heating the passenger compartment.

L'échangeur de chaleur comprend un faisceau 10 formé exclusivement de tubes parallèles 12. Ce faisceau est relié, à l'une au moins de ses extrémités, à une boite collectrice 14, encore appelée"boite à eau", par l'intermédiaire d'une plaque collectrice 16 qui ménage des ouvertures 18 dans lesquelles sont introduites les extrémités des tubes 12. La plaque collectrice 16 comporte des pattes de sertissage 20 qui sont rabattues sur un rebord périphérique 22 de la boite collectrice 14.The heat exchanger comprises a bundle 10 formed exclusively of parallel tubes 12. This bundle is connected, at at least one of its ends, to a manifold 14, also called "water box", by means of a collecting plate 16 which provides openings 18 into which the ends of the tubes 12 are introduced. The collecting plate 16 comprises crimping lugs 20 which are folded over a peripheral flange 22 of the collecting box 14.

Les tubes 12 sont formés chacun à partir d'une feuille métallique pliée, avantageusement une feuille à base d'aluminium, laquelle est revtue d'un placage de brasure, au moins du côté extérieur.The tubes 12 are each formed from a folded metal sheet, advantageously an aluminum-based sheet, which is coated with a solder plating, at least on the outside.

Chacun des tubes 12 (figure 2) constitue ce que l'on appelle un"tube plat"qui comprend une face plane 24 reliée à deux demi-faces planes 26 par des faces arrondies 28, à profil en demi-cercle. Les demi-faces planes 26 sont coplanaires et se poursuivent par des rebords 30 à angle droit qui sont réunis l'un contre l'autre et aboutissent à l'intérieur de la face plane 24.Each of the tubes 12 (FIG. 2) constitutes what is called a "flat tube" which comprises a planar face 24 connected to two planar half-faces 26 by rounded faces 28, with a semicircle profile. The planar half-faces 26 are coplanar and continue with flanges 30 at right angles which are joined together and terminate inside the planar face 24.

On forme ainsi un tube du type"bi-canaux"comprenant deux canaux intérieurs 32 pour la circulation d'un fluide. Ce tube comprend donc deux faces planes parallèles et opposées : la face 24 et la face composée par les deux demi-faces 26 qui sont coplanaires.A tube of the "two-channel" type is thus formed comprising two interior channels 32 for the circulation of a fluid. This tube therefore comprises two parallel and opposite plane faces: the face 24 and the face composed by the two half-faces 26 which are coplanar.

Conformément à l'invention, chacun des tubes 12 comporte des reliefs en saillie formés sur les faces 24 et 26. Ces reliefs sont de deux types et ils comprennent d'une part des bossages espacés 34, et d'autre part des nervures espacées 36. Les bossages 34 sont disposés suivant des rangées parallèles qui alternent avec les nervures 36, lesquelles sont également parallèles. Plus particulièrement, les rangées de bossages 34 et les nervures 36 s'étendent dans des directions parallèles à l'axe des tubes, c'est-à-dire parallèles aux génératrices des tubes.According to the invention, each of the tubes 12 has protruding reliefs formed on the faces 24 and 26. These reliefs are of two types and they comprise, on the one hand, spaced bosses 34, and on the other hand spaced ribs 36 The bosses 34 are arranged in parallel rows which alternate with the ribs 36, which are also parallel. More particularly, the rows of bosses 34 and the ribs 36 extend in directions parallel to the axis of the tubes, that is to say parallel to the generatrices of the tubes.

Comme on peut le voir en particulier sur la figure 2, les bossages 34 sont disposés à intervalles réguliers et sont également alignés entre eux dans une direction perpendiculaire à l'axe des tubes. Dans l'exemple (voir figure 3) les bossages 34 ont chacun sensiblement la forme d'une calotte sphérique, tandis que les nervures 36 ont chacune un profil qui a sensiblement la forme d'un arc de cercle.As can be seen in particular in Figure 2, the bosses 34 are arranged at regular intervals and are also aligned with each other in a direction perpendicular to the axis of the tubes. In the example (see FIG. 3) the bosses 34 each have substantially the shape of a spherical cap, while the ribs 36 each have a profile which has substantially the shape of an arc of a circle.

Les bossages et les nervures des tubes sont agencés de telle sorte que, lorsque deux tubes sont disposés adjacents avec leurs faces planes parallèles (figures 3 et 4), les bossages 34 d'une face d'un tube viennent au contact des nervures 36 de la face adjacente du tube adjacent, et inversement.The bosses and the ribs of the tubes are arranged so that, when two tubes are arranged adjacent with their parallel flat faces (FIGS. 3 and 4), the bosses 34 on one face of a tube come into contact with the ribs 36 of the adjacent face of the adjacent tube, and vice versa.

Il en résulte que, lorsque les tubes sont assemblés entre eux pour former le faisceau 10, ils sont en contact mutuel par leurs reliefs respectifs. En outre, les tubes sont solidarisés entre eux par brasage, si bien que les bossages et les nervures sont solidarisés entre eux par un joint de brasure, ce qui assure un bon contact mécanique et thermique entre les tubes.As a result, when the tubes are assembled together to form the bundle 10, they are in mutual contact through their respective reliefs. In addition, the tubes are joined together by brazing, so that the bosses and the ribs are joined together by a brazing joint, which ensures good mechanical and thermal contact between the tubes.

De ce fait, le faisceau est constitué d'un ensemble solidaire de tubes qui ne risque pas d'tre soumis à des vibrations. Therefore, the beam consists of an integral assembly of tubes which is not likely to be subjected to vibrations.

Les extrémités des tubes du faisceau sont en outre réunies par brasage à la plaque collectrice 16.The ends of the bundle tubes are also joined by brazing to the collector plate 16.

Dans l'exemple de réalisation, les canaux 32 des tubes sont parcourus par le liquide de refroidissement du moteur (eau et antigel), comme représenté par la flèche FI, alors qu'un flux d'air balaye les tubes du faisceau, comme représenté par la flèche F2. Ce flux d'air circule entre les tubes dans les passages délimités entre les parois des tubes et les reliefs qui sont réunis entre eux par brasage.In the embodiment, the channels 32 of the tubes are traversed by the engine coolant (water and antifreeze), as represented by the arrow FI, while an air flow scans the tubes of the bundle, as represented by arrow F2. This air flow circulates between the tubes in the passages delimited between the walls of the tubes and the reliefs which are joined together by brazing.

Ainsi, l'échangeur de l'invention possède un faisceau comportant une densité importante de tubes, ce qui permet d'obtenir une capacité d'échange thermique élevée par rapport aux échangeurs de chaleur dépourvus d'ailettes de la technique antérieure.Thus, the exchanger of the invention has a bundle comprising a high density of tubes, which makes it possible to obtain a high heat exchange capacity compared to heat exchangers without fins of the prior art.

Les tubes du faisceau peuvent tre conformés selon des techniques en elles-mme connues.The tubes of the bundle can be shaped according to techniques which are known per se.

Ainsi, il est envisageable de former d'abord les reliefs d'un tube par emboutissage de la feuille métallique, puis de plier ensuite la feuille, par exemple par des molettes, pour lui donner sa forme définitive.Thus, it is conceivable to first form the reliefs of a tube by stamping the metal sheet, then to fold the sheet, for example by wheels, to give it its final shape.

En variante, il est possible de former les reliefs d'un tube par moletage de la feuille métallique lors du pliage. Dans ce cas, la conformation des reliefs et le pliage de la feuille s'effectuent par un jeu de molettes appropriées, en une seule opération.Alternatively, it is possible to form the reliefs of a tube by knurling the metal sheet during folding. In this case, the shaping of the reliefs and the folding of the sheet are carried out by a set of suitable knobs, in a single operation.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes.Of course, the invention is not limited to the embodiment described above by way of example and extends to other variants.

Ainsi, la structure des reliefs des tubes et la forme des tubes elle-mme est susceptible de nombreuses variantes.
En outre, bien que l'invention ait été décrite en référence particulière à un échangeur de chaleur de véhicule automobile dont les tubes sont parcourus par le liquide de refroidissement du moteur, elle peut tre appliquée à d'autres types d'échangeurs de chaleur.Thus, the structure of the reliefs of the tubes and the shape of the tubes itself is susceptible of numerous variants.
In addition, although the invention has been described with particular reference to a heat exchanger of a motor vehicle, the tubes of which are traversed by the engine coolant, it can be applied to other types of heat exchangers.

Ainsi, un tel échangeur de chaleur peut constituer aussi, par exemple, un évaporateur de climatisation, un condenseur de climatisation, un refroidisseur d'huile, un refroidisseur d'air de suralimentation, etc. Thus, such a heat exchanger can also constitute, for example, an air conditioning evaporator, an air conditioning condenser, an oil cooler, a charge air cooler, etc.

Claims (12)

Revendications 1. Echangeur de chaleur comprenant un faisceau (10) formé exclusivement de tubes parallèles (12), ainsi qu'au moins une boite collectrice (14) reliée à une extrémité du faisceau, caractérisé en ce que les tubes (12) sont formés chacun à partir d'une feuille métallique pliée et brasée qui comporte des reliefs en saillie (34,36) de formes choisies, ces reliefs étant propres à assurer un contact mécanique et thermique entre les tubes (12), tout en ménageant un espacement entre les tubes pour la circulation d'un flux d'air (F2) propre à balayer le faisceau.Claims 1. Heat exchanger comprising a bundle (10) formed exclusively of parallel tubes (12), as well as at least one manifold (14) connected to one end of the bundle, characterized in that the tubes (12) are formed each from a folded and brazed metal sheet which has protruding reliefs (34,36) of selected shapes, these reliefs being suitable for ensuring mechanical and thermal contact between the tubes (12), while providing a spacing between the tubes for the circulation of an air flow (F2) suitable for sweeping the beam. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les reliefs en saillie (34,36) sont formés sur des faces planes opposées (24,26) de chaque tube.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the projecting reliefs (34,36) are formed on opposite planar faces (24,26) of each tube. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tubes (12) sont plats et délimitent chacun au moins deux canaux parallèles (32) pour la circulation d'un fluide (F1). 3. Heat exchanger according to one of claims 1 and 2, characterized in that the tubes (12) are flat and each delimit at least two parallel channels (32) for the circulation of a fluid (F1). 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications à 3, caractérisé en ce que les reliefs comprennent des bossages espacés (34) et des nervures espacées (36), agencés de telle sorte que les bossages (34) d'un tube (12) viennent au contact des nervures (36) d'un tube adjacent, et inversement.4. Heat exchanger according to one of claims to 3, characterized in that the reliefs include spaced bosses (34) and spaced ribs (36), arranged so that the bosses (34) of a tube ( 12) come into contact with the ribs (36) of an adjacent tube, and vice versa. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caracté- risé en ce que les bossages sont disposés suivant des rangées parallèles qui alternent avec les nervures (36), lesquelles sont également parallèles.5. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the bosses are arranged in parallel rows which alternate with the ribs (36), which are also parallel. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caracté- risé en ce que les rangées de bossages (34) et les nervures (36) s'étendent dans des directions parallèles à l'axe des tubes. 6. Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the rows of bosses (34) and the ribs (36) extend in directions parallel to the axis of the tubes. 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les bossages (34) ont sensiblement la forme d'une calotte sphérique.7. Heat exchanger according to one of claims 2 to 6, characterized in that the bosses (34) have substantially the shape of a spherical cap. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les nervures (36) ont un profil ayant sensiblement la forme d'un arc de cercle.8. Heat exchanger according to one of claims 2 to 7, characterized in that the ribs (36) have a profile having substantially the shape of an arc of a circle. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les reliefs (34,36) des tubes sont formés par emboutissage de la feuille métallique avant pliage.9. Heat exchanger according to one of claims 1 to 8, characterized in that the reliefs (34,36) of the tubes are formed by stamping the metal sheet before folding. 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les reliefs (34,36) des tubes sont formés par moletage de la feuille métallique lors du pliage.10. Heat exchanger according to one of claims 1 to 8, characterized in that the reliefs (34,36) of the tubes are formed by knurling the metal sheet during folding. 11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la feuille métallique est à base d'aluminium.11. Heat exchanger according to one of claims 1 to 10, characterized in that the metal sheet is based on aluminum. 12. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications à 11, caractérisé en ce que la feuille métallique est revtue d'un placage de brasure, au moins du côté extérieur, pour permettre une solidarisation des tubes (12) entre eux par brasage. 12. Heat exchanger according to one of claims to 11, characterized in that the metal foil is coated with a solder plating, at least on the outside, to allow the tubes (12) to be joined together by brazing.
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