FR2789169A1 - Echangeur de chaleur a tubes plats pour vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un échangeur de chaleur à tubes plats pour véhicule automobile, dans lequel le faisceau de tubes plats est relié à au moins une boîte collectrice comportant une plaque collectrice (25) ayant une pluralité de fentes pour la fixation des extrémités du tube (21) et un couvercle (40) ayant des rebords fixés aux bords de la plaque collectrice. Les fentes (24) sont entourées par des collets (26) qui s'étendent vers l'intérieur de la boîte. Les bords longitudinaux (31, 32) s'étendent sensiblement dans la direction des tubes à partir des parois d'extrémité (29, 30) des collets (26). Les bords transversaux (34, 35) forment avec les bords longitudinaux (31, 32) une jupe évasée de forme quadrangulaire.
Description
L'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment pour une
installation de chauffage ventilation et/ou climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, du type comportant un faisceau de tubes plats espacés et reliés à au moins une boîte collectrice, ladite boîte collectrice comprenant une plaque collectrice présentant deux bords longitudinaux et deux bords transversaux, et un couvercle présentant des rebords longitudinaux et transversaux fixés respectivement sur les bords longitudinaux et transversaux de ladite plaque collectrice, cette dernière présentant entre lesdits bords transversaux une pluralité de fentes parallèles auxdits bords et régulièrement espacées, dans chacune
desquelles est fixée l'extrémité d'un tube plat.
Ce type d'échangeur de chaleur permet des échanges thermiques entre l'air traversant l'installation et un fluide réfrigérant ou de l'eau chaude circulant dans les tubes. Ces échangeurs sont dénommés radiateurs, lorsque les tubes véhiculent de l'eau chaude servant au refroidissement du moteur à combustion interne, évaporateurs, lorsqu'un fluide frigorigène à l'état liquide s'évapore dans les tubes et refroidit l'air circulant entre les tubes, et condenseurs, lorsque du fluide frigorigène à l'état de vapeur chaude sous pression circule dans les tubes o il est refroidi par de l'air extérieur et passe de l'état vapeur à l'état liquide. Dans les radiateurs et les évaporateurs actuels, les plaques collectrices comportent une surface quasiment plane avec des rebords emboutis sur les côtés. Cette surface plane présente des fentes entourées de collets qui permettent d'insérer des tubes. La fixation des tubes aux collets est réalisée par brasage. Les rebords emboutis sur les côtés permettent de positionner le couvercle. La fixation du couvercle sur la
plaque collectrice peut être réalisée par brasage ou par tout autre moyen.
L'inconvénient de cette technique est de nécessiter des épaisseurs de feuillard assez épaisses, de l'ordre du millimètre, pour réaliser la plaque collectrice par emboutissage, afin que cette dernière maintienne le couvercle lorsque la boîte collectrice est sous pression. En effet, la plaque collectrice comporte une distance non négligeable entre les extrémités des fentes et les bords longitudinaux de la plaque collectrice, cette distance étant nécessaire pour l'emboutissage. Mais cette distance est néfaste lors du fonctionnement de l'échangeur par suite des flexions dans ces zones, flexions dues aux forces de pression dans la boîte collectrice. Dans les condenseurs, en revanche, les plaques collectrices se présentent sous la forme d'un demi-cylindre et le couvercle est fixé sur les bords de la plaque collectrice dans des régions voisines des tubes. Cette forme cylindrique permet de bien résister aux pressions qui peuvent atteindre 80 bars dans les condenseurs, mais, par contre, elle est encombrante, car pour avoir une forme semi-cylindrique, la hauteur de la plaque collectrice est sensiblement égale au rayon du cylindre, soit au
moins la moitié de la profondeur des tubes.
Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients, et de proposer un échangeur de la chaleur tel que mentionné en introduction, dans lequel le fléchissement des bords longitudinaux de la plaque collectrice est supprimé, et dans lequel l'encombrement de la boîte
collectrice est réduit.
L'échangeur de chaleur selon l'invention est caractérisé par le fait que les fentes sont délimitées par des collets qui s'étendent vers l'intérieur de la boîte collectrice afin de permettre la fixation par brasage des extrémités des tubes plats, chaque collet présentant deux parois transversales reliées par deux parois d'extrémité, - les bords longitudinaux de la plaque collectrice s'étendent à partir des parois d'extrémité des collets sensiblement dans la direction des tubes et à faible distance des bords de ces derniers, - les bords transversaux de la plaque collectrice s'étendent à partir des parois transversales externes des deux collets extrêmes de manière à former avec les bords longitudinaux une jupe évasée de section quadrangulaire, et - le couvercle se présente sous la forme d'une cloche de section quadrangulaire dont les rebords sont fixés aux bords de la plaque
collectrice par brasage.
De préférence, les parois transversales en vis-à-vis de deux collets adjacents sont constituées par les bords d'une paroi de liaison ayant la forme d'un demi-cylindre ou d'une demi-ellipse, et par le fait que les bords transversaux forment avec les parois externes des collets
extrêmes une paroi en forme de quart de cylindre ou de quart d'ellipse.
La plaque collectrice est avantageusement fabriquée par emboutissage d'un feuillard. Cet emboutissage est réalisé par exemple
par un outil à suivre.
De préférence, la plaque collectrice est obtenue par découpe à longueur désirée, d'un plaque collectrice de grande longueur réalisée par
emboutissage en continu d'un feuillard au moyen d'un outil à suivre.
Du fait que les rebords du couvercle sont brasés sur les bords de la plaque collectrice à faible distance des bords des tubes, le feuillard utilisé pour l'emboutissage peut avoir une épaisseur comprise entre 0,3 et 0,8 mm, ce qui se traduit par un avantage économique et une diminution de poids. Cette faible épaisseur permet d'emboutir la plaque collectrice avec des rayons plus faibles. Cela permet de faire des fentes très fines pour insérer des tubes plus fins que ce qui était possible auparavant. Les fentes ont de préférence une largeur comprise entre 1,0
etl,8mm.
La boîte collectrice peut comporter plusieurs chambres alignées longitudinalement et communiquant chacune avec plusieurs tubes plats consécutifs. Selon une première variante de réalisation, chaque chambre est délimitée par une section de la plaque collectrice et par un couvercle séparé réalisé par emboutissage et dont les rebords transversaux ont le même rayon de courbure et sont liés par brasage sur les faces externes
des collets disposés aux extrémités de ladite chambre.
Selon une deuxième variante de réalisation, les chambres sont délimitées par la plaque collectrice et un couvercle monobloc réalisé par emboutissage et mis en forme pour présenter entre les fentes voisines de deux chambres adjacentes une paroi dont la face externe présente une surface ayant une forme complémentaire à celle de la surface interne de la plaque collectrice entre lesdites fentes, ladite paroi étant liée par
brasage à la plaque collectrice au niveau de cette surface.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à
la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en
référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de la face intérieure d'une plaque collectrice d'un radiateur ou évaporateur selon l'état de la technique; la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 montre à plus grande échelle et en coupe le rebord transversal de la plaque collectrice de la figure 1; la figure 4 est une vue éclatée en perspective d'une boîte collectrice multi chambres d'un condenseur selon l'état de la technique; la figure 5 est une vue éclatée et en perspective d'une extrémité d'un échangeur de chaleur selon la présente invention; la figure 6 est une coupe transversale de l'échangeur de chaleur de la figure 5 selon un plan passant par l'axe d'un tube; la figure 7 est une coupe du même échangeur de chaleur selon le plan de symétrie contenant les axes des tubes, la boîte collectrice étant formée d'un seul tenant; la figure 8 est semblable à la figure 7 et montre à plus grande échelle un échangeur recouvert de deux couvercles indépendants; et la figure 9 est semblable à la figure 8 et montre un échangeur
recouvert par un seul couvercle séparant deux chambres voisines.
Les figures 1 à 3 montrent une plaque collectrice 1 d'un radiateur ou évaporateur selon l'état de la technique, réalisée par emboutissage
d'un feuillard.
Cette plaque collectrice 1 de forme globalement rectangulaire, comporte un fond 2 pratiquement plan et quatre bords 3a, 3b, 3c, 3d qui s'étendent perpendiculairement à partir des quatre côtés du fond 2 et qui servent à la fixation des rebords inférieurs d'un couvercle non représenté, par brasage par exemple. Le fond 2 présente entre les bords transversaux 3a, 3c, une pluralité de fentes 4 parallèles et régulièrement espacées, entourées chacune par un collet 5 servant à la fixation par brasage de l'extrémité d'un tube plat. Chaque collet 5 comporte deux parois transversales 6a, 6b parallèles aux bords transversaux 3a, 3c, et reliées à leurs extrémités par deux parois d'extrémité 7a, 7b de forme semi-circulaire. Pour permettre la réalisation des rebords 3a, 3b, 3c, 3d et des collets 5 par emboutissage, les parois d'extrémité 7a, 7b des collets sont à une distance non négligeable des bords longitudinaux 3b, 3d, et les bords transversaux 3a, 3c sont éloignés de la paroi transversale 6a la plus proche, d'une distance sensiblement égale à l'intervalle entre deux fentes 4 consécutives. Pour éviter une déformation excessive de la plaque collectrice 1 par suite des efforts dus à la pression régnant dans la boîte collectrice, la plaque collectrice 1 est réalisée à partir d'un feuillard épais. Les parois d'extrémité 7a, 7b de chaque collet 5 ont donc un rayon de courbure non négligeable, qui règle la distance entre les parois transversales 6a, 6b d'un collet 5 et
l'épaisseur d'une fente 4.
La figure 4 montre une boîte collectrice 10 d'un condenseur selon
l'état de la technique, qui comporte une plaque collectrice 11 demi-
cylindrique présentant une pluralité de fentes 12 pour recevoir les
extrémités 13 de tubes plat 14, et un couvercle 15 de forme demi-
cylindrique. Des plaques circulaires 16 sont interposées entre la plaque collectrice 11 et le couvercle 15 afin de réaliser plusieurs chambres, chaque chambre étant en communication avec une pluralité de tubes consécutifs. Ce type de boîte collectrice de forme cylindrique résiste bien aux pressions. L'inconvénient de cette construction est que la boîte
collectrice 10 est volumineuse.
Les figures 5 à 9 montrent un échangeur de chaleur 20 conforme à l'invention. Cet échangeur de chaleur 20 comporte une pluralité de
tubes plats 21 d'axe X, parallèles entre eux et régulièrement espacés.
Les faces en vis-à-vis des tubes plats 21 sont reliées entre elles par des ailettes 22. Les extrémités ouvertes 23 des tubes plats 21 sont disposées dans des fentes 24 d'une plaque collectrice 25 et sont fixées par brasage
sur les surfaces internes de collets 26 entourant chacun une fente 24.
La plaque collectrice 25 est réalisée par emboutissage d'un feuillard. Elle présente, entre deux fentes consécutives 24a, 24b, une
paroi de liaison 27 en forme de gouttière semi-cylindrique ou semi-
elliptique, dont les bords 27a et 27b qui s'étendent dans des directions sensiblement parallèles à l'axe X, constituent les parois transversales en vis-à-vis de deux collets adjacents. Chaque collet 26 est en outre délimité dans le sens longitudinal de la plaque collectrice 25, par deux parois d'extrémité 29, 30 reliant les extrémités correspondantes des
bords 27a et 27b de deux parois de liaison adjacentes 27.
Les parois d'extrémité 29 et 30 parallèles à l'axe X sont prolongées dans la direction des tubes 21 par deux parois latérales 31 et 32 qui se raccordent aux extrémités des parois de liaison 27 et s'étendent en dessous de celles-ci du côté du faisceau de tubes 21 en divergeant légèrement. Ces parois latérales 31 et 32 forment les bords
longitudinaux de la plaque collectrice 25.
La plaque collectrice 25 présente à ses deux extrémités des parois transversales 34 et 35 qui se présentent sous la forme d'un quart de cylindre ou d'un quart d'ellipse et dont les bords supérieurs forment les parois transversales externes 27a ou 27b du collet des fentes 24 extrêmes. Ainsi, les bords transversaux 34 et 35 et les bords longitudinaux 31 et 32 se présentent sous la forme d'une jupe évasée de section quadrangulaire selon les plan perpendiculaires à l'axe X. La référence 40 de la figure 5 représente un couvercle en forme de cloche de section quadrangulaire qui comporte deux rebords longitudinaux 41 et 42 et deux rebords transversaux 43 et 44. Ces rebords présentent respectivement des surfaces internes complémentaires des surfaces externes des bords longitudinaux 31, 32 et transversaux 34, 35 de la plaque collectrice 25, afin de permettre leur
fixation par brasage.
Lorsque le couvercle 40 est fixé sur la plaque collectrice 25 équipée du faisceau de tubes plats 21, l'ensemble constitue une boîte collectrice ayant une seule chambre collectrice 45 dans laquelle transite le fluide circulant dans les tubes 21. Les tubes 21 sont connectés par leurs deuxièmes extrémités à une deuxième boîte collectrice. Les deux couvercles sont équipés respectivement d'un conduit d'arrivée ou d'un
conduit de sortie de fluide.
La figure 7 montre un échangeur de chaleur dans lequel la boîte collectrice comporte deux chambres collectrices 45 et 46, délimitées chacune par une portion de la plaque collectrice 25 décrite ci-dessus, et
par un couvercle 40a, 40b.
Selon un premier mode de réalisation, montré sur la figure 8, chaque couvercle 40a, 40b est semblable au couvercle référence 40 sur
la figure 5.
Du fait que les parois transversales 34 et 35 sont identiques à une moitié de paroi de liaison 27; les rebords transversaux adjacents 43 et 44 des deux couvercles 40a et 40b sont fixés par brasage sur la face interne de la paroi de liaison 27 disposée entre les deux couvercles 40a
et 40b.
Selon un deuxième mode de réalisation montré sur la figure 9, les deux couvercles 40a et 40b constituent une pièce monobloc qui est mise en forme de manière à présenter entre les fentes voisines 24a et 24b débouchant respectivement dans les chambres 45 et 46, une paroi 50 dont la face interne présente une surface ayant une forme complémentaire à la surface de la face interne de la paroi de liaison 26 entre ces deux fentes 24a et 24b, et cette paroi 50 est liée par brasage au
niveau de cette surface.
Les couvercles 40, 40a et 40b décrits ci-dessus sont réalisés de
préférence par emboutissage.
La plaque collectrice 25 est également réalisée par emboutissage d'un feuillard. Du fait que les bords transversaux 34 et 35 ont une géométrie semblable à la moitié de la géométrie d'un paroi de liaison 27, la plaque collectrice 25 peut être obtenue par découpe à la bonne longueur d'une plaque collectrice de grande longueur réalisée en
continu à partir d'un feuillard par un outil à suivre.
Grâce à la configuration de la plaque collectrice 25, les bords longitudinaux 31 et 32 sont disposés au voisinage des bords frontaux des tubes 21. Les rebords 41, 42, 42 et 44 du couvercle 40 sont fixés par brasage au voisinage des extrémités des tubes. La plaque collectrice 25 peut ainsi supporter de grandes forces de pression sans déformation excessive. Elle peut donc être réalisée par emboutissage d'un feuillard ayant une épaisseur comprise entre 0,3 et 0,8 mm. Cette réduction d'épaisseur permet d'emboutir le feuillard avec des rayons plus faibles,
notamment au niveau des parois d'extrémité 29 et 30 des collets 26.
Ceci permet de réaliser des fentes 24 très fines pour y insérer des tubes 21 ayant une épaisseur comprise entre 1 et 1,8 mm. Cette diminution d'épaisseur des tubes favorise une capacité d'échange de chaleur plus
grande par unité de surface.
Claims (10)
1. Echangeur de chaleur, notamment pour une installation de chauffage ventilation et/ou climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, du type comportant un faisceau de tubes plats (21) espacés reliés à au moins une boîte collectrice, ladite boîte collectrice comprenant une plaque collectrice (25) présentant deux bords longitudinaux (31, 32) et deux bords transversaux (34, 35), et un couvercle (40) présentant des rebords longitudinaux (41, 42) et transversaux (43, 44) fixés respectivement sur les bords longitudinaux (31, 32) et transversaux (34, 35) de ladite plaque collectrice (25), cette dernière présentant entre lesdits bords transversaux (34, 35) une pluralité de fentes (24) parallèles auxdits bords transversaux (34, 35) et régulièrement espacées, dans chacune desquelles est fixée l'extrémité (23) d'un tube plat (21), caractérisé par le fait que les fentes (24) sont délimitées par des collets (26) qui s'étendent vers l'intérieur de la boîte collectrice afin de permettre la fixation par brasage des extrémités (23) des tubes plats (21), chaque collet (26) présentant deux parois transversales (27a, 27b) reliées par deux parois d'extrémité (29, 30), par le fait que les bords longitudinaux (31, 32) de la plaque collectrice (25) s'étendent à partir des parois d'extrémité (29, 30) des collets (26) sensiblement dans la direction des tubes (21) et à faible distance des bords de ces derniers, par le fait que les bords transversaux (34, 35) de la plaque collectrice (25) s'étendent à partir des parois transversales externes (27a, 27b) des deux collets (26) extrêmes de manière à former avec les bords longitudinaux (31, 32) une jupe évasée de section quadrangulaire, et par le fait que le couvercle (40) se présente sous la forme d'une cloche de section quadrangulaire dont les rebords (41, 42, 43, 44) sont fixés aux bords (31, 32, 34, 35) de la plaque collectrice (25) par brasage.
2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les parois transversales (27a, 27b) en vis-à-vis de deux collets (26) adjacents sont constituées par les bords d'une paroi de liaison (27) ayant la forme d'un demi- cylindre ou d'une demi-ellipse, et par le fait que les bords transversaux (34, 35) forment avec les parois externes (27a, 27b) des collets (26) extrêmes une paroi en forme de quart de cylindre ou de
quart d'ellipse.
3. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la
plaque collectrice (25) est réalisée par emboutissage d'un feuillard.
4. Echangeur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que
l'emboutissage est réalisé par un outil à suivre.
5. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la plaque collectrice (25) est obtenue par découpe à longueur désirée d'une plaque collectrice de grande longueur réalisée par emboutissage en
continu d'un feuillard au moyen d'un outil à suivre.
6. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5,
caractérisé par le fait que la paroi de la plaque collectrice (25) a une
épaisseur comprise entre 0,3 et 0,8 mm.
7. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6,
caractérisé par le fait que les fentes (24) ont une largeur comprise entre
1,0 et 1,8 mm.
8. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 7,
caractérisé par le fait que la boîte collectrice comporte plusieurs chambres (45, 46) alignées longitudinalement et communiquant
chacune avec plusieurs tubes plats (21) consécutifs.
9. Echangeur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que chaque chambre (45, 46) est délimitée par une section de la plaque collectrice (25) et par un couvercle (40a, 40b) séparé réalisé par emboutissage et dont les rebords transversaux (43, 44) ont le même rayon de courbure et sont liés par brasage sur les faces externes des
collets disposés aux extrémités de ladite chambre.
10. Echangeur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les chambres (45, 46) sont délimitées par la plaque collectrice (25) et un couvercle monobloc réalisé par emboutissage et mis en forme pour présenter entre les fentes voisines (24a, 24b) de deux chambres adjacentes (45, 46), une paroi (50) dont la face interne présente une surface ayant une forme complémentaire à celle de la surface interne de la plaque collectrice (25) entre lesdites fentes (24a, 24b), ladite paroi (50) étant liée par brasage à la plaque collectrice au niveau de cette
surface.
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| FR2789169B1 (fr) | 2001-04-20 |
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