FR2877077A1 - Echangeur de chaleur comportant des tubes munis d'une butee - Google Patents
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Abstract
Echangeur de chaleur comportant un faisceau de tubes (6) pénétrant chacun par son extrémité (20) un trou (22) d'une boîte collectrice (2) de l'échangeur. Au moins une extrémité (20) d'un des tubes (6) est décalée parallèlement au reste du tube (6) auquel elle est reliée par une partie intermédiaire (28) propre à venir en butée sur la boîte collectrice (2) dans la région du trou (22) que l'extrémité pénètre (20). Procédé d'assemblage d'une boîte collectrice et de tubes de cet échangeur de chaleur. Application à l'automobile.
Description
VTM1562.FRD Echangeur de chaleur comportant des tubes munis d'une butée
L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, en particulier des échangeurs de chaleur pour les circuits de climatisation de véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur 10 comportant un faisceau de tubes pénétrant chacun par son extrémité un trou d'une boîte collectrice de l'échangeur.
Selon le type d'échangeur de chaleur, les tubes s'étendent d'une première boîte collectrice à une deuxième boîte collectrice ou s'étendent en forme de U, leurs extrémités étant reliées à une unique boîte collectrice.
Pour le montage d'une extrémité d'un tube dans un trou de la boîte collectrice, il est connu d'introduire l'extrémité du tube dans le trou jusqu'à ce que cette extrémité entre en contact avec une partie de la boîte collectrice située en vis-à-vis du trou. Une autre technique consiste à déformer l'extrémité du tube introduite dans la boîte collectrice de manière à ce que cette extrémité déformée vienne en butée contre le couvercle de la boîte collectrice. Il est également connu de couper l'extrémité du tube en biseau afin d'éviter que cette dernière n'obstrue presque totalement la section de passage de la boîte collectrice.
Malgré la forme biseautée de l'extrémité du tube, la pénétration de cette extrémité de tube sur une partie de la section droite de la boîte collectrice provoque une diminution des performances de l'échangeur de chaleur par une perte de charge interne de ce dernier. La coupe en biseau de l'extrémité est complexe et nécessite un changement de séries de production des tubes ainsi qu'un détrompage pour la mise en place, ce qui entraîne des surcoûts de production et d'assemblage.
Il est connu par US 5 101 887 d'appliquer à l'extrémité du tube une forme en U et d'introduire cette extrémité dans la boîte collectrice de telle sorte que le trou de la boîte collectrice est dans le creux du U. Toutefois, de tels montages de tubes d'échangeur de chaleur dans les trous d'une boîte collectrice présentent de nombreux inconvénients.
L'utilisation d'une extrémité de tubes présentant un profil en U est complexe à réaliser ainsi qu'à assembler. Ainsi, la forme en U provoque également des surcoûts de production et d'assemblage. En outre, l'utilisation d'une extrémité ayant une forme en U implique la présence d'une portion de tube inutile dans la boîte collectrice, ce qui augmente les pertes de charge internes.
L'invention a notamment pour but d'améliorer la situation.
A cet effet, elle propose un échangeur de chaleur comportant un faisceau de tubes pénétrant chacun par son extrémité un trou d'une boîte collectrice de l'échangeur, dans lequel au moins une extrémité d'un des tubes est décalée parallèlement au reste du tube auquel elle est reliée par une partie intermédiaire propre à venir en butée sur la boîte collectrice dans la région du trou que l'extrémité pénètre.
L'utilisation de tubes présentant une telle extrémité est extrêmement avantageuse, en ce que le décalage de l'extrémité du tube parallèlement à celui-ci permet de créer une butée venant en arrêt sur la boîte collectrice et permettant un contrôle de l'enfoncement du tube dans la boîte collectrice. En outre, le fait que l'extrémité soit parallèle au tube implique que la mise en place des tubes dans la boîte collectrice est inchangée et que, par conséquent, on conserve un assemblage extrêmement simple et optimisé pour la production.
D'une manière préférée le décalage entre l'extrémité et le reste du tube est supérieur à un dixième de l'épaisseur totale du tube. Avantageusement, le décalage entre l'extrémité et le reste du tube est inférieur à trois fois l'épaisseur totale du tube et est réalisé en pressant l'extrémité du tube entre deux mors décalés choisis. Ces caractéristiques permettent de réaliser un échangeur particulièrement performant.
L'invention concerne également un procédé d'assemblage d'une boîte collectrice et de tubes pour échangeur de chaleur, comportant le percement sur la longueur d'une partie de la boîte collectrice de trous propres à recevoir les tubes, l'introduction de l'extrémité de ces tubes dans chacun des trous de la boîte collectrice et le brasage de l'échangeur ainsi assemblé, le procédé comportant, avant l'introduction de l'extrémité de chaque tube dans un trou de la boîte collectrice, la déformation d'au moins une extrémité d'un tube, parallèlement à celui-ci, de sorte à créer un décalage de cette extrémité parallèlement au tube, auquel elle est reliée par une partie intermédiaire propre à venir en butée sur la boîte collectrice dans la région du trou que l'extrémité est destinée à pénétrer. Avantageusement la déformation est réalisée en pressant l'extrémité du tube entre deux mors décalés choisis.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif, des dessins fournis en annexe sur lesquels: - la figure 1 représente un condenseur pour circuit de climatisation de véhicule automobile selon l'invention; - la figure 2 représente schématiquement une vue rapprochée d'un tube du condenseur de la figure 1; - la figure 3 représente une vue en coupe schématique et partielle selon l'axe III-III de la figure 1; - la figure 4 représente un dispositif utilisé pour former les tubes illustrés sur la figure 2.
La figure 1 représente l'exemple d'un échangeur de chaleur de type condenseur à sous-refroidissement forcé pour circuit de climatisation de véhicule automobile parcouru par un fluide réfrigérant. Il est entendu que l'invention vise également tous les types de condenseurs et d'échangeurs de chaleur que l'homme du métier saura envisager. Ce condenseur est muni de deux boîtes collectrices 2 et 4 reliées entre elles par un faisceau de tubes 6 s'étendant d'un côté de la boîte collectrice 2 à la boîte collectrice 4 de l'autre côté.
Les boîtes collectrices sont dans l'exemple décrit ici tubulaires et ont des axes longitudinaux L parallèles entre eux.
Selon l'exemple de la figure 1, la boîte collectrice 2 comporte une première chambre 16 et une seconde chambre 18 séparées entre elles par une cloison 10. Entre deux tubes consécutifs du faisceau de tubes 6, des intercalaires ondulés 8 s'étendent de la boîte collectrice 2 à la boîte collectrice 4 pour favoriser les échanges thermiques entre le fluide réfrigérant circulant dans le condenseur et l'air s'écoulant entre les tubes 6 et les intercalaires 8. La boîte collectrice 4 comprend une première chambre 17 et une deuxième chambre 21 séparées entre elles par une cloison 23.
Le fluide réfrigérant chaud est mis en mouvement par un compresseur et est envoyé en phase vapeur surchauffée dans le condenseur où il est d'abord refroidi, condensé en phase liquide chaude puis "sous-refroidi" en phase liquide froide.
Le fluide réfrigérant arrive dans le condenseur par l'entrée 12 débouchant dans la chambre 16 de la boîte collectrice 2. Ce fluide réfrigérant effectue une première passe Pl à travers les tubes 6 du condenseur, se condense lors de cette première passe Pl et arrive dans la première chambre 17 de la boîte collectrice 4.
Le fluide réfrigérant condensé est alors envoyé dans un réservoir 19. Ce réservoir est connu pour favoriser la séparation des phases gazeuses et liquides du fluide réfrigérant, par exemple par effet de gravitation, la phase gazeuse ayant tendance à s'élever et la phase liquide ayant tendance à descendre. On recueille alors la phase liquide préalable-ment condensée et qui est en cours de sous-refroidissement dans la deuxième chambre 21 de la boîte collectrice 4.
Ce fluide réfrigérant subit alors une seconde passe P2 dans les tubes 6 du faisceau de tubes et débouche dans la deuxième chambre 18 de la boîte collectrice se 2 avant de sortir par la sortie 14 de la boîte collectrice 2. Le fluide réfrigérant est alors envoyé dans un détendeur avant d'arriver à l'évaporateur où il accumule de la chaleur et passe en phase vapeur puis arrive au compresseur du circuit de refroidisse-ment avant d'être envoyé au condenseur.
Les tubes 6 sont reliés aux boîtes collectrices 2 et 4 perpendiculairement à leur axe longitudinal L comme indiqué sur la figure 1. Ainsi, la boîte collectrice 2 de section droite circulaire à titre d'exemple uniquement est munie de trous 22 alignés selon l'axe longitudinal L de la boîte collectrice et recevant les extrémités 20 des tubes 6, ces extrémités étant fixées à la boîte collectrice par brasage.
La figure 2 représente un tube utilisé dans le condenseur 1. Le tube 6 comporte deux extrémités 20 reliées à un corps 26 par deux parties intermédiaires 28.
Chaque extrémité 20 est décalée parallèlement au corps 26, le décalage total étant représenté sur la figure 2 par le signe d. La partie intermédiaire 28 est la portion de tube reliant l'extrémité 20 au corps 26. Comme on peut le voir sur la figure 2, la partie intermédiaire 28 s'étend sur une longueur 1. L'extrémité présente pour sa part une longueur x égale à y-1, où y est la longueur désignée sur la figure 2.
Dans la pratique, on fixe 0,1 * h <_ d <_ 3 * h, où h est l'épaisseur du tube comme représenté sur la figure 2.
Un tube tel que celui représenté sur la figure 2 est particulièrement intéressant puisqu'on peut l'introduire de la même manière que précédemment dans un trou 22 d'une boîte collectrice, comme les extrémités 20 sont parallèles au corps 26.
En outre, ces tubes ne prennent pas plus de place que des tubes classiques droits et présentent des avantages quant à leur positionnement dans la boîte collectrice qui seront détaillés à la figure 3.
La figure 3 représente une vue en coupe schématique partielle selon la ligne III-III de la figure 1. Sur cette figure on voit en détail comment le tube 6 vient se positionner dans la boîte collectrice ainsi que l'espace qu'il libère dans celle-ci.
La boîte collectrice 2 est ici composée de deux demi-coquilles 30 et 32 dont l'une présente une série de trous 22 alignés pour recevoir les extrémités 20 des tubes. La boîte collectrice 2 présente un axe XX qui est orthogonal à l'axe III-III et l'axe L de la figure 1.
Le tube 6 vient se positionner dans la boîte collectrice 2 en introduisant une des extrémités 20 dans le trou 22. Le trou 22 étant d'une épaisseur sensiblement égale à celle h du tube 6, et l'extrémité 20 étant décalée de la distance d parallèlement au corps 26 du tube 6, la partie intermédiaire 28 vient en butée contre la partie 32 lorsqu'on enfonce l'extrémité 20 dans le trou 22.
L'extrémité 20 décalée par rapport au corps 26 étant intégralement incluse dans la boîte collectrice et s'introduisant perpendiculairement à l'axe L de celle-ci, l'insertion des tubes 6 est absolument inchangée. En outre, la partie intermédiaire 28 servant de butée étant indépendante de la longueur de l'extrémité 20, on peut dimensionner celle-ci pour qu'elle dépasse très légèrement dans la boîte 2 une fois le tube 6 en place, ce qui réduit extrêmement les pertes de charge internes de la boîte collectrice 2 dues au profil des extrémités des tubes la pénétrant.
La figure 4 montre un dispositif permettant d'obtenir un tube 6 tel qu'observé précédemment. Deux mors M1 et M2 comportant deux gradins respectivement 40 et 42 sont opposés de sorte que les deux gradins 40 et 42 sont séparés d'une distance 1 correspondant à la largeur voulue pour la partie intermédiaire 28. On vient serrer le tube 6 entre le mors M1 et M2 jusqu'à ce que l'extrémité 20 soit décalée d'une distance d par rapport au corps 26 du tube 6.
On obtient ainsi un procédé de fabrication à la fois simple et aisément maîtrisable.
L'échangeur est assemblé en ménageant une série de trous 22 dans la demicoquille 32 de chaque boîte collectrice, ces trous étant destinés à recevoir les tubes 6. Simultanément au percement de ces trous dans chaque boîte collectrice on déforme chaque tube 6 à chaque extrémité 20 qu'il comporte comme il a été décrit à la figure 4 et on introduit ensuite chaque extrémité 20 dans un trou 22 lui correspondant de chaque boîte collectrice. Ensuite on brase l'échangeur ainsi assemblé.
Ce procédé d'assemblage ne diffère donc d'un procédé traditionnel qu'en ce qu'on déforme les extrémités des tubes afin de maîtriser et de réduire les pertes de charge internes dans chaque boîte collectrice.
L'invention n'est pas limitée ni à la forme ni au mode de réalisation des tubes et de la boîte collectrice décrit précédemment. Elle s'applique notamment à des tubes plats en tôle métallique pliée ou à des tubes plats extrudés. Elle peut de plus s'appliquer à tout type d'échangeur de chaleur comportant au moins une boîte collectrice dans laquelle sont introduits des tubes.
L'invention trouve une application notamment dans les condenseurs pour circuit de climatisation de véhicules automobiles.
Claims (12)
1. Echangeur de chaleur comportant un faisceau de tubes (6) pénétrant chacun par son extrémité (20) un trou (22) d'une boîte collectrice (2, 4) de l'échangeur, caractérisé en ce qu'au moins une extrémité (20) d'un des tubes (6) est décalée parallèlement au reste du tube (6) auquel elle est reliée par une partie intermédiaire (28) propre à venir en butée sur la boîte collectrice (2, 4) dans la région du trou (22) que l'extrémité pénètre (20).
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux boîtes collectrices (2, 4) et en ce que chaque tube (6) comporte deux extrémités (20) décalées parallèlement au reste du tube (6) et chacune reliées à lui par une partie intermédiaire (28) identique propre à venir en butée sur une boîte collectrice (2, 4) dans la région du trou (22) que l'extrémité (20) pénètre.
3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le décalage entre l'extrémité (20) et le reste du tube (6) est supérieur à un dixième de l'épaisseur totale (h) du tube (6).
4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le décalage entre l'extrémité (20) et le reste du tube (6) est inférieur à trois fois l'épaisseur totale (h) du tube.
5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le décalage est réalisé en pressant l'extrémité du tube entre deux mors (Ml, M2) décalés choisis.
6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la boîte collectrice (2, 4) est sensiblement tubulaire.
7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la boîte collectrice (2, 4) comporte deux demi-coquilles (30, 32), dont l'une (32) présente une série de trous (22) alignés pour recevoir les extrémités (20) des tubes (6) du faisceau.
8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le faisceau est constitué de tubes (6) plats en tôle métallique pliée.
9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le faisceau est constitué de tubes (6) plats extrudés.
10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il utilisé comme condenseur dans un circuit de climatisation.
11. Procédé d'assemblage d'une boîte collectrice (2, 4) et de tubes (6) pour échangeur de chaleur, comportant le percement sur la longueur d'une partie de la boîte collec- trice (2, 4) de trous (22) propres à recevoir les tubes (6), l'introduction de l'extrémité (20) de ces tubes (6) dans chacun des trous (22) de la boîte collectrice (2, 4) et le brasage de l'échangeur ainsi assemblé, caractérisé en ce qu'il comporte, avant l'introduction de l'extrémité (20) de chaque tube (6) dans un trou (22) de la boîte collectrice (2, 4), la déformation d'au moins une extrémité (20) d'un tube (6), parallèlement à celui-ci, de sorte à créer un décalage de cette extrémité (20) parallèlement au tube (6), auquel elle est reliée par une partie intermédiaire (28) propre à venir en butée sur la boîte collectrice (2, 4) dans la région du trou (22) que l'extrémité (20) est destinée à pénétrer.
12. Procédé d'assemblage selon la revendication 11, caracté- risé en ce que la déformation est réalisée en pressant l'extrémité (20) du tube (6) entre deux mors (Ml, M2) décalés choisis.
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- 2004-10-27 FR FR0411451A patent/FR2877077B1/fr not_active Expired - Fee Related
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