FR2887972A1 - Heat exchanger for use as carbon dioxide gas cooler, has flat tubes each including end part separated from each other by rings to increase alignment pitch of tubes and moved by torsion for engaging in slit which is common to several tubes - Google Patents
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Abstract
Description
RFRO216 Échangeur de chaleur à tubes plats tordus en extrémitéRFRO216 End-tube heat exchanger twisted end
L'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes plats présentant chacun deux faces principales qui s'étendent sensiblement selon des plans sur la majeure partie de la longueur du tube, les tubes étant mutuellement alignés dans une direction longitudinale perpendiculaire auxdits plans et une région d'extrémité de chacun d'eux étant déplacée par torsion pour s'engager dans une fente formée à travers la paroi essentiellement tubulaire d'une boîte collectrice, cette fente n'étant pas parallèle auxdits plans. The invention relates to a heat exchanger comprising a multiplicity of flat tubes each having two main faces which extend substantially in planes over most of the length of the tube, the tubes being mutually aligned in a longitudinal direction perpendicular to said planes and an end region of each of them being twisted to engage a slot formed through the substantially tubular wall of a manifold, which slot is not parallel to said planes.
Un tel échangeur de chaleur est utilisé notamment dans l'industrie automobile, et est décrit en particulier dans EP 0 845 647 A. Dans ce document, les régions d'extrémité des tubes peuvent s'engager, soit dans des fentes indivi- duelles, soit dans une fente longitudinale commune à plu-sieurs tubes. Dans un exemple, des fentes individuelles sont orientées obliquement et alignées selon un pas inférieur à leur longueur. Les tubes sont donc eux aussi alignés selon ce même pas, inférieur à la longueur de leur section trans- versale. Dans un autre exemple, des fentes individuelles sont orientées dans la direction longitudinale et sont séparées les unes des autres par des portions de paroi de la boîte. Le pas des fentes et des tubes est donc supérieur à la longueur des fentes et de la section transversale des tubes. Dans un autre exemple enfin, les régions d'extrémité des tubes sont disposées de manière jointive dans une fente commune, selon un pas égal à la longueur de la section transversale des tubes. Such a heat exchanger is used in particular in the automotive industry, and is described in particular in EP 0 845 647 A. In this document, the end regions of the tubes may engage, either in individual slots, either in a longitudinal slot common to several tubes. In one example, individual slots are oriented obliquely and aligned in a pitch less than their length. The tubes are thus also aligned at the same pitch, less than the length of their cross section. In another example, individual slots are oriented in the longitudinal direction and are separated from each other by wall portions of the box. The pitch of the slots and tubes is therefore greater than the length of the slots and the cross section of the tubes. In another example, the end regions of the tubes are contiguously arranged in a common slot, at a pitch equal to the length of the cross section of the tubes.
Ainsi, dans l'échangeur connu, si on veut choisir le pas d'alignement des tubes indépendamment de la longueur de leur section transversale, il est nécessaire d'insérer leurs régions d'extrémité dans des fentes individuelles, ce qui oblige à usiner dans la boîte collectrice autant de fentes qu'il y a de tubes. Thus, in the known exchanger, if one wants to choose the alignment pitch of the tubes independently of the length of their cross section, it is necessary to insert their end regions in individual slots, which forces to machine in the collector box as many slits as there are tubes.
Le but de l'invention est de s'affranchir de cette contrain-5 te, permettant ainsi une fabrication moins coûteuse de l'échangeur de chaleur. The object of the invention is to overcome this constrain-5 te, thus allowing a less expensive manufacture of the heat exchanger.
L'invention vise notamment un échangeur de chaleur du genre défini en introduction, dans lequel les régions d'extrémité s'engagent dans une fente longitudinale commune à plusieurs tubes, et prévoit des moyens pour établir un pas d'alignement des tubes différent de la longueur de leur section transversale sur ladite majeure partie de leur longueur. The invention aims in particular at a heat exchanger of the kind defined in the introduction, in which the end regions engage in a longitudinal slot common to several tubes, and provides means for establishing a tube alignment pitch different from the length of their cross section over said major part of their length.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après: - Ladite fente est commune à tous les tubes associés à une même boîte collectrice. Optional features of the invention, complementary or substitution, are set out below: Said slot is common to all the tubes associated with the same manifold.
- Ladite fente s'étend sur toute la longueur de la boîte collectrice. - Said slot extends over the entire length of the header.
- La boîte collectrice comprend une pièce en tôle roulée sous une forme essentiellement tubulaire, dont deux bords opposés rectilignes viennent en regard l'un de l'autre en délimitant entre eux ladite fente. - The collector box comprises a rolled sheet metal part in a substantially tubular form, two opposite edges rectilinear facing each other by delimiting between them said slot.
- Lesdites régions d'extrémité sont disposées de manière jointive dans ladite fente et sont en outre déformées pour que la longueur de leur section transversale soit différente de la longueur de la section transversale des tubes sur ladite majeure partie de leur longueur. Said end regions are contiguously disposed in said slot and are further deformed so that the length of their cross section is different from the length of the cross-section of the tubes over said major part of their length.
- Lesdites régions d'extrémité sont déformées par rétreinte pour présenter une section transversale moins longue que la section transversale des tubes sur ladite majeure partie de leur longueur. - The said end regions are deformed by shrinking to have a cross section shorter than the cross section of the tubes on the major part of their length.
- Lesdites régions d'extrémité sont déformées par évasement pour présenter une section transversale plus longue que la section transversale des tubes sur ladite majeure partie de leur longueur. - Said end regions are deformed by flaring to have a cross section longer than the cross section of the tubes over said major part of their length.
- Lesdites régions d'extrémité sont écartées les unes des autres dans ladite fente, cette dernière étant obturée de manière étanche entre deux tubes consécutifs par une pièce rapportée. - Said end regions are spaced from each other in said slot, the latter being closed sealingly between two consecutive tubes by an insert.
- Ladite pièce rapportée est une bague entourant ladite paroi essentiellement tubulaire. Said insert is a ring surrounding said substantially tubular wall.
Les caractéristiques et avantages de l'invention sont expo-15 sés plus en détail dans la description ci-après, avec référence aux dessins annexés. The features and advantages of the invention are explained in more detail in the description below, with reference to the accompanying drawings.
La figure 1 est une vue en perspective montrant en partie une boîte collectrice dont la paroi essentiellement tubu- laire est traversée par une fente longitudinale continue, et un tube plat dont une région d'extrémité est tournée de 90 9' par torsion, destinés à être assemblés par brasage pour former un échangeur de chaleur selon l'invention, représenté sur les figures 3 à 5. FIG. 1 is a perspective view partly showing a manifold whose substantially tubular wall is traversed by a continuous longitudinal slot, and a flat tube having an end region rotated by 90 ° by twist, intended for be brazed together to form a heat exchanger according to the invention, shown in Figures 3 to 5.
La figure 2 est une vue partielle en élévation du tube de la figure 1 avant torsion. Figure 2 is a partial elevational view of the tube of Figure 1 before torsion.
La figure 3 est une vue partielle en élévation d'un échan-30 Beur de chaleur selon l'invention, montrant partiellement une boîte collectrice et plusieurs tubes consécutifs. Figure 3 is a partial elevational view of a heat sink according to the invention, showing partially a header and several consecutive tubes.
La figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. FIG. 4 is a sectional view along line IV - IV of FIG. 3.
La figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 3. Figure 5 is a sectional view along the line V-V of Figure 3.
Les figures 6 à 8 sont des vues analogues aux figures 3 à 5 respectivement, relatives à un autre échangeur de chaleur selon l'invention. Figures 6 to 8 are views similar to Figures 3 to 5 respectively, relating to another heat exchanger according to the invention.
Les échangeurs de chaleur représentés sur les dessins sont destinés plus particulièrement, bien que non exclusivement, à être utilisés dans l'industrie automobile en tant que refroidisseur de gaz dans lequel circule un fluide réfrigérant travaillant à des pressions élevées tel que CO2. The heat exchangers shown in the drawings are intended more particularly, although not exclusively, to be used in the automotive industry as a gas cooler in which circulates a refrigerant working at high pressures such as CO2.
La paroi essentiellement tubulaire 1 représentée sur la figure 1, traversée par une fente longitudinale 2, est avantageusement formée par roulage d'une tôle, par exemple en alliage d'aluminium, de manière à amener en vis-à-vis deux bords opposés 3 et 4 pour délimiter la fente 2. L'ex-pression "essentiellement tubulaire" se réfère ici à une configuration tubulaire, compte non tenu de la fente continue qui crée une ouverture dans la section transversale de la paroi, alors que la section transversale d'une paroi tubulaire au sens strict est fermée. The substantially tubular wall 1 shown in FIG. 1, traversed by a longitudinal slot 2, is advantageously formed by rolling a sheet, for example made of aluminum alloy, so as to bring opposite two opposite edges 3 and 4 to define the slot 2. The "essentially tubular" ex-pressure refers here to a tubular configuration, excluding the continuous slot which creates an opening in the cross section of the wall, while the cross section of the a tubular wall in the strict sense is closed.
Le tube plat 5 également représenté sur la figure 1 présente deux faces principales qui, sur la majeure partie de la longueur du tube, s'étendent sensiblement selon des plans parallèles dont la distance mutuelle, qui définit l'épaisseur du tube, est sensiblement égale à la largeur de la fente 2. De façon connue, les parois principales du tube sont reliées entre elles par des cloisons 6 délimitant des canaux longitudinaux 7 pour la circulation d'un fluide, notamment CO2. On voit également sur la figure 1 qu'une région d'extrémité 9 du tube 5 est tournée de 90 par torsion autour de l'axe longitudinal médian 8 du tube de telle manière que sa section transversale est orientée perpendiculairement aux plans précités des faces principa- les. Ainsi, lorsque la région d'extrémité 9 du tube est insérée dans la fente 2, lesdits plans sont perpendiculaires à l'axe longitudinal 10 de la boîte collectrice, c'est-à-dire perpendiculaires à la direction d'alignement des tubes, pour permettre de manière classique la circulation d'un fluide tel que de l'air à refroidir entre les tubes, perpendiculairement à l'axe 10. De manière classique également, les tubes 5 sont alignés en alternance avec des intercalaires ondulés 11, les crêtes d'ondulation de chaque interca- laire venant en contact alternativement avec les deux tubes adjacents à celui-ci. The flat tube 5 also shown in FIG. 1 has two main faces which, over most of the length of the tube, extend substantially in parallel planes whose mutual distance, which defines the thickness of the tube, is substantially equal. to the width of the slot 2. In known manner, the main walls of the tube are interconnected by partitions 6 defining longitudinal channels 7 for the circulation of a fluid, including CO2. FIG. 1 also shows that an end region 9 of the tube 5 is rotated 90 by twisting about the median longitudinal axis 8 of the tube so that its cross section is oriented perpendicularly to the aforementioned planes of the main faces. - the. Thus, when the end region 9 of the tube is inserted in the slot 2, said planes are perpendicular to the longitudinal axis 10 of the manifold, that is to say perpendicular to the direction of alignment of the tubes, to allow conventionally the circulation of a fluid such as air to be cooled between the tubes, perpendicular to the axis 10. In a conventional manner also, the tubes 5 are alternately aligned with corrugated inserts 11, the ridges each of the intercalators coming into contact alternately with the two tubes adjacent thereto.
Selon l'invention, les régions d'extrémité 9 des tubes sont disposées de manière jointive dans la fente 2, la longueur de leur section transversale ayant été réduite par une opération de rétreinte réalisée avant l'insertion, de telle sorte que le pas d'alignement des tubes, qui est égal à la longueur de la section transversale des régions 9, est inférieur à la longueur initiale de la section transversale des tubes, qui subsiste sur la majeure partie de la longueur de ceux-ci. Le résultat de l'opération de rétreinte est montré sur la figure 2, lorsqu'elle est effectuée avant la torsion du tube. Elle peut également être effectuée après cette torsion. According to the invention, the end regions 9 of the tubes are arranged contiguously in the slot 2, the length of their cross section having been reduced by a necking operation performed before the insertion, so that the step The alignment of the tubes, which is equal to the length of the cross-section of the regions 9, is less than the initial length of the cross-section of the tubes, which remains over most of the length thereof. The result of the necking operation is shown in FIG. 2 when it is performed before twisting the tube. It can also be performed after this twist.
Si, au lieu d'une rétreinte, on réalise un évasement pour allonger la section transversale des régions d'extrémité des tubes, il en résultera au contraire un pas d'alignement des tubes supérieur à leur largeur. If, instead of a constriction, a flare is made to lengthen the cross-section of the end regions of the tubes, the result will be an alignment pitch of the tubes greater than their width.
L'échangeur de chaleur représenté sur les figures 6 à 8 diffère de celui décrit précédemment en ce que les régions d'extrémité 9 des tubes 5 ont conservé leur section transversale d'origine, une augmentation du pas d'alignement des tubes par rapport à leur largeur étant obtenue par le fait que les régions 9 sont écartées les unes des autres, les parties de la fente longitudinale continue de la paroi 1 non occupées par les régions 9 étant obturées par des bagues respectives 20 entourant la paroi 1. The heat exchanger shown in FIGS. 6 to 8 differs from that described above in that the end regions 9 of the tubes 5 have retained their original cross section, an increase in the pitch of alignment of the tubes with respect to their width being obtained in that the regions 9 are spaced from each other, the portions of the continuous longitudinal slot of the wall 1 not occupied by the regions 9 being closed by respective rings 20 surrounding the wall 1.
De manière classique, dans les échangeurs de chaleur décrits, l'étanchéité entre l'intérieur de la paroi 1 et des canaux 7 d'une part et l'extérieur d'autre part peut être assurée par la fusion d'un matériau de brasage recouvrant tout ou partie des surfaces de la paroi 1, des tubes 5 et le cas échéant des bagues 20, matériau de brasage qui sert également à la solidarisation mécanique de ces composants. Conventionally, in the heat exchangers described, the seal between the inside of the wall 1 and the channels 7 on the one hand and the outside on the other hand can be ensured by the melting of a solder material covering all or part of the surfaces of the wall 1, the tubes 5 and optionally rings 20, brazing material which also serves to mechanically fasten these components.
Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, au lieu d'une fente continue délimitée par des bords opposés d'une tôle roulée, la paroi essentiellement tubulaire peut présenter une fente obtenue par façon- nage d'une paroi tubulaire fermée, pouvant s'étendre sur une partie seulement de la longueur de la boîte collectrice, ou deux fentes ou plus s'étendant respectivement sur des parties différentes de la longueur de la boîte et recevant chacune les régions d'extrémité de plusieurs tubes. Par ailleurs, les bagues 20 peuvent être remplacées par des pièces rapportées n'entourant pas complètement la paroi 1. Modifications can be made to the embodiments described and shown without departing from the scope of the invention. Thus, instead of a continuous slot delimited by opposite edges of a rolled sheet, the substantially tubular wall may have a slit obtained by forming a closed tubular wall, which may extend over only a portion of the length of the manifold, or two or more slots respectively extending over different parts of the length of the box and each receiving the end regions of several tubes. Furthermore, the rings 20 can be replaced by inserts not completely surrounding the wall 1.
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