FR2878949A1 - Collecteur et echangeur de chaleur pour haute pression et procede pour leur realisation - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un collecteur et un échangeur de chaleur l'utilisant. Le collecteur est formé d'une structure (10) ayant une partie (32) de paroi relativement mince et une partie (30) de paroi relativement épaisse. Une bande (40) est utilisée pour procurer l'épaisseur souhaitée au niveau de la partie de paroi mince (32) tout en permettant la formation, par une seule opération de poinçonnage dans cette partie de paroi mince (32) et cette bande (40), de fentes (34, 42) pour tubes.Domaine d'application : climatiseur, notamment au CO2, pour véhicule, etc.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION

L'invention concerne des collecteurs pour des échangeurs de chaleur, et plus particulièrement des collecteurs de chaleur comprenant de tels collecteurs qui sont conçus pour des applications à des pressions extrêmement élevées.

CONTEXTE DE L'INVENTION Le problème du réchauffement de la planète et de la détérioration de la couche d'ozone résultant de frigorigènes contenant du fluor qui s'échappe de systèmes de réfrigération, y compris des systèmes de climatisation, a poussé à porter un nouveau regard sur des systèmes de réfrigération utilisant des frigorigènes respectant davantage l'environnement. Un tel système en cours d'étude est un système à base de dioxyde de carbone (CO2) dans lequel du CO2 est utilisé en tant que frigorigène. Les systèmes au CO2 fonctionnent à une pression interne notablement plus élevée que celle des systèmes classiques utilisant des frigorigènes à base de fluor et, en conséquence, il est nécessaire d'améliorer la résistance à la pression des échangeurs de chaleur utilisés dans des applications telles que, par exemple, le refroidisseur de gaz et l'évaporateur de tels systèmes.

Dans le même temps, ces systèmes ont le potentiel d'être utilisés de façon très répandue dans des systèmes de climatisation de véhicule où le poids, du fait de son impact sur l'économie de carburant, est d'une importance considérable. Cette considération rend impossible l'obtention de la résistance à la pression souhaitée simplement en augmentant l'épaisseur des parois des échangeurs de chaleur classiques utilisés dans de tels systèmes sans autres modifications majeures du fait du poids ajouté des éléments dont les parois sont plus épaisses. En outre, cette solution n'es pas économiquement viable car le fait de prendre des constituants existants sans modifier leur dimension autrement qu'en augmentant l'épaisseur des parois pour obtenir la résistance à la pression signifie la nécessité d'introduire une plus grande quantité de matière dans l'échangeur de chaleur, surtout dans les collecteurs, ce qui augmente le coût de l'échangeur de chaleur résultant.

Diverses solutions à ce problème ont été proposées. Par exemple, un grand nombre des échangeurs de chaleur utilisent des collecteurs tubulaires qui sont de forme globalement cylindrique. Des tubes aplatis classiques ont leurs extrémités ajustées dans des fentes pour tubes dans les collecteurs, lesquelles fentes pour tubes sont transversales à la direction d'allongement du collecteur. Il a été proposé de réduire le diamètre du collecteur et de réorienter les fentes pour tubes afin qu'elles soient allongées dans la direction d'allongement du collecteur. Les tubes sont alors pourvus d'une torsion à proximité de l'emplacement où leurs extrémités pénètrent dans le collecteur afin de présenter une orientation souhaitée des tubes pour un écoulement d'air entre les tubes à travers l'échangeur de chaleur.

Une difficulté principale de cette approche est que, avec des collecteurs de diamètre plus faible, le processus de formation des fentes pour tubes dans les collecteurs est devenu plus difficile. Pour avoir une épaisseur de paroi souhaitée dans les collecteurs de diamètre plus petit, il a été nécessaire de former les fentes pour tubes par des procédures d'usinage telles que, par exemple, un fraisage. Malheureusement, ces opérations d'usinage sont longues et coûteuses et sont particulièrement plus coûteuses que les diverses techniques de poinçonnage qui ont été utilisées pour former des fentes transversales pour tubes dans des collecteurs cylindriques dans des échangeurs de chaleur classiques utilisant des frigorigènes classiques.

On a donc réellement besoin d'un collecteur moins coûteux devant être utilisé dans des échangeurs de chaleur à haute pression, tels que ceux utilisés en tant que condenseurs, refroidisseurs de gaz et/ou évaporateurs dans des systèmes de réfrigération à haute pression. La présente invention vise à répondre à ce besoin.

SOMMAIRE DE L'INVENTION

L'un des objets principaux de l'invention est de procurer a) un procédé nouveau et perfectionné pour réaliser un collecteur pour un échangeur de chaleur à haute pression, b) un collecteur nouveau et perfectionné résistant à une pression élevée pour être utilisé dans des échangeurs de chaleur à haute pression, et c) un échangeur de chaleur nouveau et perfectionné ayant une résistance à la pression améliorée lui permettant de fonctionner dans un système à haute pression tel que, par exemple, un système de réfrigération à haute pression tel qu'un système de réfrigération au CO2.

Conformément à un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de réalisation d'un collecteur résistant à une haute pression pour un échangeur de chaleur, qui comprend les étapes consistant a) à produire une structure de collecteur allongé comprenant une paire de passages côte à côte s'étendant longitudinalement, les passages étant entourés par une paroi d'une épaisseur suffisante pour résister à une déformation lorsqu'un fluide est placé dans les passages sous une pression de fonctionnement à laquelle une résistance doit être opposée à la déformation, b) à amincir la paroi sur sa longueur en produisant une première surface extérieure d'accouplement sur une partie de celle-ci afin que la paroi, au niveau de la première surface d'accouplement, soit suffisamment mince pour que des fentes pour tubes puissent y être formées par poinçonnage et non par des procédures d'usinage plus coûteuses, c) à poinçonner des fentes pour tubes à des intervalles espacés prédéterminés de la paroi de la première surface d'accouplement, d) à produire une bande allongée ayant une surface d'accouplement complémentaire de la première surface d'accouplement et d'une épaisseur telle que l'épaisseur combinée de la bande et de la paroi au niveau de la première surface d'accouplement est approximativement égale ou supérieure à l'épaisseur souhaitée de la paroi, e) à poinçonner des fentes pour tubes dans les bandes aux intervalles espacés prédéterminés, f) à mettre en appui la seconde surface d'accouplement de la bande sur la première surface d'accouplement de la structure du collecteur de façon que les fentes pour tubes dans chacune d'elles soient alignées entre elles, et g) à lier ensuite la bande à la structure de collecteur sur leurs longueurs respectives pour produire un collecteur d'un seul bloc dans lequel se trouvent des fentes pour tubes.

Dans une forme préférée de réalisation, les deux surfaces d'accouplement sont des surfaces plates.

Une forme préférée de réalisation comprend aussi le fait que les étapes a) et b) sont exécutées simultanément par extrusion de la structure de collecteur.

Dans une forme de réalisation, l'étape b) est effectuée en produisant une gorge de réception de bande dans la partie de la surface extérieure de la structure de collecteur et la gorge présente une surface de fond plate définissant la première surface d'accouplement.

Conformément à un autre aspect de l'invention, il est proposé un collecteur pour un échangeur de chaleur pour haute pression. Le collecteur comprend un élément analogue à un tube allongé ayant une paire de passages côte à côte s'étendant longitudinalement, et un côté de réception de tubes. L'élément est une structure d'un seul bloc et a une paroi relativement épaisse entourant partiellement le passage et une paroi relativement mince du côté de réception de tubes. Une première surface extérieure d'accouplement définie par un dégagement est située à la paroi relativement mince de l'élément et plusieurs premières fentes poinçonnées de réception de tubes sont situées à la première surface d'accouplement et sont en communication de fluide avec le passage, et sont situées à des intervalles espacés prédéterminés. Une bande allongée ayant une seconde surface d'accouplement complémentaire de la première surface d'accouplement et en appui contre celle-ci est prévue de façon que l'épaisseur de la bande et de la paroi mince soit sensiblement égale ou supérieure à l'épaisseur de la paroi épaisse. Plusieurs secondes fentes de réception de tubes sont situées dans la bande et y sont poinçonnées et placées aux mêmes intervalles prédéterminés que les fentes pour tubes dans la première surface d'accouplement. Elles sont alignées avec les premières fentes de réception de tubes. Il est prévu un joint qui lie entre l'élément et la bande.

Le joint est avantageusement un joint brasé.

Conformément a une autre facette encore de l'invention, un échangeur de chaleur à haute pression est proposé et comprend un collecteur tel que décrit précédemment. Plusieurs tubes, ayant chacun une section transversale aplatie, sont prévus et ont leurs extrémités disposées à l'intérieur de certaines, correspondantes, des fentes pour tubes.

Dans une forme, les extrémités des tubes sont torsadées d'environ 90 par rapport à la partie restante du tube correspondant et des ailettes s'étendent entre certains, adjacents, des autres tubes auxquels elles sont liées.

Les ailettes sont avantageusement des ailettes en serpentin.

D'autres objets et avantages ressortiront de la description suivante considérée conjointement avec les dessins d'accompagnement.

DESCRIPTION DES DESSINS

La figure 1 est une vue en élévation d'un échangeur de 35 chaleur réalisé conformément à l'invention; la figure 2 est une coupe transversale d'une forme de réalisation d'un collecteur réalisé conformément à l'invention; la figure 3 est une vue en plan d'un collecteur 5 réalisé conformément à l'invention; la figure 4 est une vue en plan d'une bande qui est appliquée sur l'élément de collecteur représenté sur la figure 3 pour former un collecteur réalisé conformément à l'invention; la figure 5 est une coupe transversale d'une forme de réalisation modifiée du collecteur; la figure 6 est une coupe transversale d'une autre forme de réalisation modifiée; la figure 7 est une coupe transversale d'une autre 15 forme de réalisation d'un collecteur réalisé selon l'invention; la figure 8 est une coupe transversale d'une autre forme de réalisation encore d'un collecteur réalisé selon l'invention; et la figure 9 est une vue similaire à la figure 7, mais montrant une variante de construction de tube pour une utilisation avec le collecteur; la figure 10 est une coupe transversale d'une autre forme de réalisation encore de l'invention dans un état juste avant un assemblage final avant un brasage; et la figure 11 est une coupe transversale de la forme de réalisation de la figure 10 lors d'une étape suivante dans son assemblage et avant le brasage.

DESCRIPTION DE LA FORME PREFEREE DE REALISATION

Un échangeur de chaleur réalisé conformément à l'invention est illustré sur la figure 1 et sera décrit dans le contexte d'un système de réfrigération. Cependant, l'invention, dans chacun de ses aspects, peut être appliquée à des échangeurs de chaleur pour haute pression, de façon générale, et aucune limitation quant aux systèmes de réfrigération n'est envisagée sauf comme indiqué dans les revendications. On voit que l'échangeur de chaleur comprend des collecteurs espacés et opposés 10 et 12. Les collecteurs 10 et 12 sont tubulaires, comme on le verra ci-après, et reçoivent les extrémités 14 de tubes droits et aplatis 16. Les extrémités 14 sont en communication de fluide avec l'intérieur des collecteurs 10, 12 et espacées l'une de l'autre. En variante, les collecteurs 10, 12 pourraient être étroitement adjacents l'un à l'autre avec des tubes aplatis, formés en U (non représentés), placés en communication de fluide avec l'intérieur des collecteurs 10, 12.

Des ailettes 18, avantageusement des ailettes en serpentin, s'étendent entre ceux, adjacents, des tubes 16, auxquels elles sont liées, entre les extrémités 14.

Les tubes 16 sont des tubes aplatis et présentent, entre les extrémités 14, leur dimension principale s'étendant d'avant en arrière de l'échangeur de chaleur. Autrement dit, les ailettes 18 sont liées aux côtés des tubes 16 suivant leurs grandes dimensions. La petite dimension est tournée vers l'avant pour minimiser l'obstacle opposé à l'écoulement d'air imposé par les tubes 16 eux-mêmes.

A proximité immédiate des extrémités 14, les tubes 16 comprennent une torsion 20 permettant aux extrémités 14 d'être insérées dans des fentes pour tubes (non représentées sur la figure 1) qui sont allongées et s'étendent dans la direction d'allongement des collecteurs 10, 12. Dans le cas habituel, la torsion 20 est de 90 , bien que d'autres angles puissent être utilisés si cela est souhaité.

L'un des collecteurs 10 peut être pourvu d'une entrée indiquée schématiquement par une flèche 22 tandis que le collecteur opposé est pourvu d'une sortie, illustrée schématiquement par une flèche 24. Dans certains cas, l'échangeur de chaleur peut évidemment être un échangeur de chaleur dit à passes multiples, auquel cas des chicanes pour diriger l'écoulement dans un sens et dans l'autre entre les collecteurs 10, 12, au moins une fois, peuvent être prévues. Lorsque le nombre de passes est un nombre pair, l'entrée 22 et la sortie 24 sont toutes deux situées dans le même collecteur 10, 12 alors que, pour un échangeur de chaleur à une seule passe, ou un échangeur de chaleur à passes multiples ayant un nombre impair de passes, l'entrée 22 et la sortie 24 se trouvent dans des collecteurs 10, 12 différents. De plus, si cela est souhaité, un échangeur de chaleur à rangées multiples pourrait être réalisé en utilisant plusieurs des structures montrées sur la figure 1 dans une disposition empilée avec les collecteurs 10 et/ou 12 raccordés par des manifolds qui, eux-mêmes, peuvent être pourvus aussi de chicanes pour établir tout circuit d'écoulement souhaité.

On décrira les collecteurs 10, 12 en se référant à présent aux figures 2 à 4. Etant donné qu'ils sont tous les deux identiques, seul le collecteur 10 sera décrit en détail, étant entendu que la même description s'applique au collecteur 12.

Comme on le voit sur la figure 2, le collecteur 10 est un tube cylindrique 26 ayant une lumière centrale, cylindrique 28 qui sert de passage pour l'un des fluides d'échange de chaleur utilisés avec l'échangeur de chaleur.

Le collecteur 10 a une partie à paroi relativement épaisse et une partie à paroi relativement mince 32. La partie à paroi épaisse 30 est pourvue d'une épaisseur suffisante pour supporter, sans déformation, les pressions typiques de fonctionnement rencontrées à l'intérieur du passage 28 pendant le fonctionnement de l'échangeur de chaleur dans un système de réfrigération, augmentées d'un facteur approprié de sécurité. La partie à paroi mince 32, en son point le plus mince, a une épaisseur égale à environ la moitié de celle de la partie à paroi épaisse 30, et cette épaisseur est telle qu'une série de fentes allongées 34 pour tubes peut être produite dans la partie à paroi mince par une simple opération de poinçonnage. Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 2, la partie à paroi mince 32 est définie par le fond plat 36 d'un évidement sous la forme d'une gorge 38 formée sur la longueur du collecteur 10. Le fond 36 sert de première surface d'accouplement et est habituellement plat, mais peut prendre d'autres configurations si cela est souhaité.

Conformément à l'invention, une bande allongée 40 est liée dans la gorge 38, par exemple par brasage ou par soudage. A cet effet, la bande 40 est habituellement revêtue de brasure. De telles liaisons sont appelées de façon générique, ici, liaisons métallurgiques. La bande 40 présente plusieurs fentes allongées 42 de réception de tube qui sont avantageusement de la même dimension et de la même forme que les fentes 34 du collecteur 10. Elles sont également situées aux mêmes intervalles prédéterminés que les fentes 34. Ainsi, la bande allongée 40 peut être insérée dans la gorge 38 et les fentes 34 et 42 des tubes alignées entre elles préliminairement à la réalisation de la liaison métallurgique précitée. Bien qu'on préfère que les fentes 42 soient de la même dimension et de la même forme que les formes 34 du collecteur 10, dans certaines applications, il peut être souhaitable d'un jeu des fentes 34 ou 42 soit d'une dimension et d'une forme convenant à la réception et la formation d'un joint par liaison convenable avec les extrémités 14 des tubes et que l'autre jeu de fentes 34 ou 42 soit d'une dimension et/ou d'une forme différentes qui ne conviennent pas nécessairement à la formation d'un joint par liaison avec les extrémités 14 des tubes 16.

La bande 40 a une surface plate 44 qui est une seconde surface d'accouplement destinée à s'accoupler avec le fond 36 de la gorge 38. Lorsqu'on utilise des surfaces autres que plates en tant que fond de la gorge 36, la surface 44 est configurée de façon à être complémentaire de la forme du fond 36 de la gorge 38.

La bande 40 a une épaisseur approximativement égale ou supérieure à la moitié de l'épaisseur de la partie à paroi épaisse 30 du collecteur 10, ou vice versa, afin que les fentes 42 pour tubes puissent y être formées par une simple opération de poinçonnage. Dans l'état assemblé tel qu'illustré sur la figure 2, l'épaisseur totale minimale du collecteur 10 au niveau de sa partie à paroi mince 32 et de la bande 40 est égale ou supérieure à l'épaisseur de la partie à paroi épaisse 30 de la partie restante du collecteur.

Dans le cas habituel, on utilise de l'aluminium en tant que matière pour former à la fois le collecteur 10 et la bande 40 du fait de sa légèreté afin de minimiser la masse de l'échangeur de chaleur dans lequel le collecteur est utilisé. Cependant, si cela est souhaité, on pourra utiliser d'autres matières.

L'épaisseur de la partie à paroi mince 32 et la bande 40 sont choisies toutes deux de façon que les fentes 34, 42 pour tubes puissent être poinçonnées dans les éléments respectifs 10, 40, plutôt que d'exiger une formation par des opérations d'usinage telles qu'un fraisage. Il en résulte que les fentes résultantes pour tubes, qui sont une combinaison des fentes 34 et 42, peuvent être formées à bon marché, réduisant ainsi le coût du collecteur résultant.

Dans une forme préférée de réalisation, les collecteurs 10 sont formés par extrusion, bien qu'il soit possible de les former par d'autres moyens tels que, par exemple, un formage par laminage à partir d'une bande de matière convenable.

Les collecteurs 10 ont habituellement leur partie à paroi mince 32 sur leurs côtés extérieurs pour faciliter l'application et l'alignement de la bande 40 sur ces collecteurs. Il est cependant possible de prévoir la zone relativement mince 32 sur l'intérieur du collecteur, c'est- à- dire une partie de la paroi intérieure définissant le passage 28.

La figure 5 montre une autre forme de réalisation dans laquelle le collecteur 10 est formé de façon à avoir une section transversale à demi ovale ayant des côtés se terminant en des points 50. Dans la forme de réalisation de la figure 5, la partie à paroi mince est située entre les côtés 50 et se présente de nouveau sous la forme d'un évidement constitué par une gorge 38 destinée à recevoir une bande 40. Les dimensions relatives sont les mêmes que celles mentionnées précédemment et permettent donc de poinçonner les fentes 34, 42 pour tubes à la fois dans le collecteur 10 et dans la bande 40. Le collecteur 10 et la bande 40 sont évidemment reliés entre eux par une liaison métallurgique comme mentionné précédemment.

La figure 6 illustre encore une autre forme de réalisation du collecteur 10 et de nouveau une forme de réalisation dont la section transversale est celle d'un demi ovale. Dans ce cas, la gorge 38 n'est pas formée, mais remplacée par une simple surface plane 52 servant d'évidement s'étendant entre les extrémités 50 du demi ovale. Dans ce cas, une bande 40 quelque peu plus large peut être utilisée de façon à s'étendre d'un côté 50 à l'autre de la forme à demi ovale du collecteur.

Comme précédemment, l'agencement est tel qu'une partie à paroi mince 32 est prévue pour être recouverte par la 25 bande 40.

En général, les formes de réalisation montrées sur les figures 2 et 5 sont préférées par le fait que la gorge 38 permet un positionnement aisé de la bande 40. Parmi ces deux formes de réalisation, celle illustrée sur la figure 2 est préférée car, comme le montre une comparaison des sections transversales de chacune des formes de réalisation illustrées sur les figures 2, 5 et 6, il faut moins de matière pour former la forme de réalisation illustrée sur la figure 2 que chacune des autres formes de réalisation, assurant ainsi un minimum de coût.

On préfère aussi que les fentes 34 et 42 pour tubes soient allongées, permettant ainsi l'utilisation de tubes aplatis tels que le tube 16. On préfère en outre que la direction d'allongement des fentes 34 et 42 pour tubes soit la direction d'allongement des collecteurs 10 et 12, car ceci permet une réduction du diamètre à la fois du passage 28 et du collecteur 10, 12. Cette réduction de diamètre permet, elle-même, l'utilisation d'un collecteur 10 de paroi plus mince, même à sa partie relativement épaisse 30, tout en satisfaisant encore aux exigences de résistance à la pression d'un système. Ceci minimise aussi la quantité de matière utilisée tout en permettant l'utilisation d'une dimension principale relativement généreuse dans les tubes 16.

A titre d'exemple, la forme de réalisation illustrée sur la figure 2 peut être constituée d'un collecteur ayant un diamètre extérieur d'environ 12,7 mm (0,500 inch) et un diamètre du passage 28 de 6,35 mm (0, 25 inch). Ceci procure une épaisseur de paroi de 3,17 mm (0,125 inch) pour la partie relativement épaisse 30. La gorge 38 peut avoir une profondeur d'environ 1,57 mm (0,062 inch), tandis que la bande 40 peut avoir une épaisseur de 1,6 mm (0,063 inch). La largeur de la bande 40 peut également être d'environ 6,35 mm (0,250 inch).

En général, il est souhaitable que la partie 32 à paroi mince, en son point le plus mince, soit égale approximativement à la moitié de l'épaisseur de la paroi du collecteur 10 et que la bande 40 ait la même épaisseur approximative. Lorsque ceci est établi, la possibilité de poinçonner de façon satisfaisante les fentes 34 et 42 pour tubes est maximisée, car la partie 32 à paroi mince et la bande 40 sont toutes deux d'une épaisseur minimale pour faciliter le poinçonnage.

Les figures 7 et 8 montrent encore une autre modification de l'invention. Dans un souci de brièveté, les constituants communs à la forme de réalisation de la figure 2 reçoivent les mêmes références numériques et ne seront pas de nouveau décrits, mais on doit comprendre que les particularités décrites précédemment de ces constituants s'appliquent également aux formes de réalisation des figures 7 et 8. Dans ces formes de réalisation, une paire de lumières ou passages côte à côte 54 est prévue plutôt qu'une lumière cylindrique unique 28 comme sur la figure 2. La figure 7 illustre les lumières 54 comme étant cylindriques, alors que la figure 8 montre les lumières 54 comme n'étant pas cylindriques. Il est souhaitable d'utiliser les collecteurs 10 des figures 7 et 8 dans un échangeur de chaleur à rangées multiples ayant deux rangées de tubes 16 (comme montré sur la figure 7), plutôt qu'une seule rangée de tubes 16 comme on l'a décrit précédemment.

Chacune des lumières 54 présente un jeu de fentes 34 pour tubes et un jeu de fentes 42 pour tubes associées à la lumière 54. Il en résulte que la bande 40 présente deux jeux de fentes 42, un jeu aligné avec une des lumières 54 et l'autre jeu aligné avec l'autre lumière 54. A des fins d'illustration, chacun des tubes 16 est représenté avec sa grande dimension s'étendant transversalement à l'axe longitudinal de la lumière associée 54. Cependant, on doit comprendre que, dans certaines applications, il peut être souhaitable que les grandes dimensions s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal de la lumière associée 54.

Deux des collecteurs 10 de chacune des figures 7 et 8 peuvent être prévus dans une disposition parallèle et espacée, comme montré pour les collecteurs de la figure 1, avec deux rangées des tubes 16 s'étendant entre eux, ou chacun des tubes 16 peut être pourvu d'une partie coudée 55 éloignée de l'un, unique, des collecteurs 10 des figures 7 ou 8 de façon que les deux rangées soient formées à partir de branches parallèles 56 du même tube, les extrémités du tube 16 étant reçues dans un seul des collecteurs 10, comme montré sur la figure 9. Dans une autre variante encore, une rangée unique de tubes aplatis 16, ayant des dimensions principales relativement grandes, peut être utilisée avec chacun des collecteurs 10 des figures 7 et 8, une encoche 57 étant prévue dans l'extrémité du tube et des parties 58 et 59 situées sur des côtés opposés de l'encoche 57 étant reçues dans certaines, respectives, des fentes 34, 42 pour tubes en communication de fluide avec certaines, respectives, des lumières 54.

Les figures 10 et 11 montrent encore une autre modification de l'invention. Elle est illustrée dans le contexte de la forme de réalisation illustrée sur la figure 2, mais on appréciera aisément qu'elle est applicable tout aussi bien à la forme de réalisation de la figure 5. Dans un souci de brièveté, les constituants communs à la forme de réalisation de la figure 2 reçoivent les mêmes références numériques et ils ne seront pas de nouveau décrits. Dans cette forme de réalisation, la gorge 38 est bordée par des agrafes 60 sur sa longueur. Comme on le voit sur la figure 10, les extrémités 62 des agrafes s'étendent au-delà du côté radialement extérieur 64 de la bande 40 afin que la bande 40 s'emboîte dans la gorge 38 vers l'intérieur de l'extrémité 62 des agrafes 60. Comme on le voit sur la figure 11, les extrémités 62 des agrafes 60 peuvent être serties ou autrement déformées sur les extrémités de la surface radialement extérieure 64. Ce sertissage peut être situé sur toute la longueur des agrafes 60 ou peut être présent de façon intermittente en des emplacements souhaités sur leur longueur. Dans tous les cas, les agrafes 60, et en particulier leurs extrémités 62, assurent un auto-serrage de l'assemblage du collecteur et des tubes pendant le brasage.

Il convient de noter en particulier que, bien que la description précédente soit établie en référence à la forme de réalisation illustrée sur la figure 2, elle peut s'appliquer également à la forme de réalisation illustrée sur la figure 5 et pourrait en fait même être utilisée avec la forme de réalisation des figures 6, 7 et 8 si la largeur de la bande 40 était légèrement réduite dans les agrafes placées sur des côtés opposés de la surface 52. Cette structure assure que la bande 40 est maintenue fermement dans l'encoche 36 pendant le brasage afin d'assurer une interface sans fuite entre le tube 10 et la bande 40.

On appréciera d'après ce qui précède que l'invention peut procurer un collecteur à bon marché et à faible masse pour une production en volume importante dans des systèmes tels que des systèmes de réfrigération au CO2 ayant des pressions minimales d'éclatement d'environ 6 500 psi ou plus. L'invention permet l'utilisation d'une opération de poinçonnage en une seule étape pour chacun des collecteurs et chacune des bandes, et elle élimine ainsi le processus de fraisage, actuellement nécessaire pourformer des fentes pour tubes et des collecteurs aux épaisseurs auxquelles on s'intéresse.

Claims (34)

REVENDICATIONS

1. Procédé de réalisation d'un collecteur (10, 12) résistant à une haute pression pour un échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent: (a) à produire une structure de collecte rallongée comprenant une paire de passages côte à côte (28) s'étendant longitudinalement, les passages étant entourés par une paroi d'une épaisseur suffisante pour résister à une déformation lorsqu'un fluide est placé à l'intérieur desdits passages sous une pression de fonctionnement à laquelle une résistance doit être opposée à la déformation; b) à amincir la paroi sur sa longueur en produisant une première surface extérieure d'accouplement sur une partie de cette paroi afin que la paroi, au niveau de ladite première surface extérieure d'accouplement, soit suffisamment mince pour que des fentes pour tubes puissent être poinçonnées dans ladite paroi à la première surface d'accouplement s'étendant à travers ladite paroi jusque dans lesdits passages; c) à poinçonner des fentes (34) pour tubes à des intervalles espacés prédéterminés dans ladite paroi, au niveau de ladite première surface d'accouplement, certaines des fentes s'étendant jusque dans l'un des passages et d'autres des fentes s'étendant jusque dans l'autre des passages; d) à produire une bande allongée (40) ayant une seconde surface d'accouplement complémentaire de ladite première surface d'accouplement et une épaisseur telle que l'épaisseur combinée de la bande et de ladite paroi au niveau de sa première surface d'accouplement est approximativement égale ou supérieure à ladite épaisseur suffisante de ladite paroi; e) à poinçonner des fentes (42) pour tubes dans 35 ladite bande auxdits intervalles espacés prédéterminés; f) à mettre en appui la seconde surface d'accouplement de ladite bande sur la première surface d'accouplement de ladite structure de collecteur de manière que les fentes pour tubes dans chacune d'elles soient alignées entre elles; et g) à lier ensuite la bande à la structure de collecteur sur leurs longueurs respectives pour produire un collecteur d'un seul bloc présentant des fentes pour tubes.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites surfaces d'accouplement sont toutes deux des surfaces plates.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les étapes (a) et (b) sont exécutées simultanément par extrusion de ladite structure de collecteur.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les étapes (a) et (b) sont exécutées simultanément par extrusion de ladite structure de collecteur.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (b) est effectuée par la réalisation d'une gorge (38) de réception de bande dans ladite partie de ladite surface extérieure de la structure de collecteur.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite gorge a une surface de fond plate définissant ladite première surface d'accouplement, et ladite seconde surface d'accouplement est plate.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (e) est effectuée par poinçonnage des fentes pour tubes dans lesdites bandes de manière qu'elles soient sensiblement de la même dimension et de la même forme que les fentes pour tubes dans la première surface d'accouplement.

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (b) est effectuée par formation d'une gorge (38) de réception de bande dans ladite paroi.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape (f) est précédée de l'étape de réalisation d'agrafes {60) sur des côtés opposés de la gorge de réception de bande et suivie de l'étape de déformation des agrafes par-dessus la bande.

10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (f) est précédée par l'étape de réalisation d'agrafes (60) sur des côtés opposés de ladite première surface extérieure d'accouplement et l'étape (f) est suivie et l'étape (g) précédée par l'étape de déformation des agrafes par-dessus des bords opposés de la bande.

11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits passages de l'étape (a) sont réalisés en une forme cylindrique.

12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits passages de l'étape (a) sont réalisés en une 15 forme non cylindrique.

13. Collecteur pour un échangeur de chaleur pour haute pression, caractérisé en ce qu'il comporte: un élément analogue à un tube allongé ayant une paire de passages côte a côte (28) s'étendant longitudinalement, et un côté de réception de tubes, ledit élément étant une structure d'un seul bloc ayant une paroi relativement épaisse entourant partiellement lesdits passages et une paroi relativement mince audit côté de réception de tubes; une première surface extérieure d'accouplement définie par un évidement (38) à ladite paroi relativement mince dudit élément; plusieurs premières fentes poinçonnées (34) de réception de tubes à ladite première surface d'accouplement en communication de fluide avec les passages et situées à des intervalles espacés et prédéterminés; une bande allongée (40) ayant une seconde surface d'accouplement complémentaire de ladite première surface d'accouplement et en appui contre celle-ci afin que l'épaisseur de ladite bande et de ladite paroi mince soit sensiblement égale ou supérieure à l'épaisseur de ladite paroi épaisse; plusieurs secondes fentes poinçonnées (42) de réception de tubes dans ladite bande et situées dans celle-ci auxdits intervalles prédéterminés, lesdites secondes fentes de réception de tubes étant alignées avec lesdites premières fentes de réception de tubes; et un joint liant ledit élément de ladite bande l'un à l'autre.

14. Collecteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdites première et seconde surfaces d'accouplement sont toutes deux plates.

15. Collecteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit joint est un joint brasé.

16. Collecteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdites première et seconde surfaces d'accouplement sont toutes deux plates, et ledit joint est un joint brasé.

17. Collecteur selon la revendication 16, caractérisé en ce que ladite première surface d'accouplement est définie par le fond d'une gorge (38) formée dans ledit côté extérieur et ladite bande est placée dans ladite gorge.

18. Collecteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits passages sont des passages cylindriques.

19. Collecteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits passages sont des passages non cylindriques.

20. Collecteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdites fentes pour tubes sont allongées dans la 30 direction d'allongement dudit élément.

21. Collecteur selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte des agrafes (60) sur des côtés opposés dudit évidement et déformées par-dessus des côtés opposés de ladite bande allongée.

22. Echangeur de chaleur pour haute pression caractérisé en ce qu'il comporte: au moins un collecteur (10, 12) défini par un élément analogue à un tube allongé ayant une paire de passages côte à côte (28) s'étendant longitudinalement et un côté de réception de tubes, ledit élément étant une structure d'un seul bloc ayant une paroi relativement épaisse entourant partiellement lesdits passages et une paroi relativement mince dudit côté de réception de tubes; une première surface extérieure d'accouplement définie par un évidement (38) à ladite paroi relativement mince dudit élément; plusieurs premières fentes poinçonnées (34) de réception de tubes à ladite première surface d'accouplement en communication de fluide avec lesdits passages et situées à des intervalles espacés et prédéterminés; une bande allongée (40) ayant une seconde surface d'accouplement complémentaire de ladite première surface d'accouplement et en appui contre celle-ci de façon que l'épaisseur de ladite bande et de ladite paroi mince soit sensiblement égale ou supérieure à l'épaisseur de ladite paroi épaisse; plusieurs secondes fentes poinçonnées (42) de réception de tubes dans ladite bande et situées dans celle-ci auxdits intervalles prédéterminés, lesdites secondes fentes de réception de tubes étant alignées avec lesdites premières fentes de réception de tubes; un joint liant ledit élément et ladite bande l'un à l'autre; plusieurs tubes (16), chacun d'une section transversale aplatie, ayant leurs extrémités disposées à 30 l'intérieur desdites fentes pour tubes; et des ailettes (18) s'étendant entre ceux, adjacents, desdits tubes auxquels elles sont liées.

23. Echangeur de chaleur selon la revendication 22, caractérisé en ce que lesdites ailettes sont des ailettes en serpentin.

24. Echangeur de chaleur selon la revendication 22, caractérisé en ce que lesdites première et seconde surfaces d'accouplement sont toutes deux plates.

25. Echangeur de chaleur selon la revendication 22, caractérisé en ce que ladite première surface d'accouplement se trouve sur le côté extérieur dudit élément.

26. Echangeur de chaleur selon la revendication 22, caractérisé en ce que ledit joint est un joint brasé.

27. Echangeur de chaleur selon la revendication 22, caractérisé en ce que lesdites première et seconde surfaces d'accouplement sont toutes deux plates, et ledit joint est un joint brasé.

28. Echangeur de chaleur selon la revendication 27, caractérisé en ce que ladite première surface d'accouplement est définie par le fond d'une gorge (38) formée dans ledit côté extérieur et ladite bande est placée dans ladite gorge.

29. Echangeur de chaleur selon la revendication 22, 20 caractérisé en ce que lesdits passages sont des passages cylindriques.

30. Echangeur de chaleur selon la revendication 22, caractérisé en ce que lesdits passages sont des passages non cylindriques.

31. Echangeur de chaleur selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il comprend des agrafes (60) sur des côtés opposés dudit évidement et déformées par-dessus des côtés opposés de ladite bande allongée.

32. Echangeur de chaleur selon la revendication 22, caractérisé en ce que lesdits plusieurs tubes comprennent un premier groupe de tubes ayant leurs extrémités disposées à l'intérieur desdites fentes pour tubes en communication de fluide avec l'un desdits passages, et un second groupe de tubes ayant leurs extrémités disposées à l'intérieur desdites fentes pour tubes en communication de fluide avec l'autre desdits passages.

33. Echangeur de chaleur selon la revendication 22, caractérisé en ce que chacune desdites extrémités de chacun desdits plusieurs tubes est encochée (57) avec une première partie (58) sur un côté de ladite encoche disposée à l'intérieur desdites fentes pour tubes en communication de fluide avec l'un desdits passages, et une seconde partie {59) sur l'autre côté de ladite encoche disposée à l'intérieur desdites fentes pour tubes en communication de fluide avec l'autre desdits passages.

34. Echangeur de chaleur selon la revendication 22, caractérisé en ce que chacun des tubes desdits plusieurs tubes comprend une paire de branches parallèles (56) et un coude (55) reliant lesdites branches en un emplacement éloigné dudit, au moins un, collecteur, l'une desdites branches ayant une extrémité disposée à l'intérieur desdites fentes pour tubes en communication de fluide avec l'un desdits passages, et l'autre desdites branches ayant une autre extrémité disposée à l'intérieur desdites fentes pour tubes en communication de fluide avec l'autre desdits passages.