FR2894020A1

FR2894020A1 - Header box for heat exchanger of motor vehicle, has bar constituted by stack of plates, where each plate comprises orifices opposite to orifices in adjacent plates so as to define passage holes for passing ends of tubes of heat exchanger

Info

Publication number: FR2894020A1
Application number: FR0512144A
Authority: FR
Inventors: Patrick Boisselle; Dan Wei
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-06-01
Also published as: WO2007063083A1

Abstract

The box has a cover provided with a slot, and a manifold (10) arranged in the region of the slot. The manifold comprises a bar (12) provided with holes (14) and a stack of plates (16). Each plate comprises orifices opposite to orifices in the adjacent plates so as to define the holes for passing ends of tubes of a heat exchanger. The holes are inclined with respect to a longitudinal axis of the plate.

Description

RFR0247RFR0247

Boite collectrice pour un échanqeur de chaleur et échanqeur comportant une telle boite collectrice L'invention concerne une boite collectrice pour échangeur de chaleur, notamment un échangeur de chaleur destiné à l'équipement d'un véhicule automobile, comportant un couvercle muni d'une fente apte à recevoir un collecteur et un collecteur prévu au niveau de ladite fente, le collecteur étant constitué une barrette munie de trous de passage d'extrémités de tubes. The invention relates to a collector box for a heat exchanger, in particular a heat exchanger for the equipment of a motor vehicle, comprising a cover provided with a slot. adapted to receive a collector and a collector provided at said slot, the collector being constituted by a bar provided with holes for passing tube ends.

Des échangeurs comportant ce type de boites collectrices sont connus dans le cadre du refroidissement de fluides réfrigérants gazeux sous haute pression d'un véhicule automobile. Plus particulièrement, ils trouvent leur application dans le refroidissement de gaz de dioxyde de carbone dont la pression lors du fonctionnement de l'échangeur est généralement de l'ordre de 150 bars. Ces échangeurs présentent des spécifications techniques très strictes afin de résister à la pression des fluides les traversant. Les boites collectrices de ces échangeurs présentent, notamment, des diamètres internes réduits et des épaisseurs de parois élevées. Exchangers comprising this type of collector boxes are known in the context of the cooling of gaseous refrigerant fluids under high pressure of a motor vehicle. More particularly, they find their application in the cooling of carbon dioxide gas whose pressure during operation of the exchanger is generally of the order of 150 bars. These exchangers have very strict technical specifications to withstand the pressure of the fluids passing through them. The collector boxes of these exchangers have, in particular, reduced internal diameters and high wall thicknesses.

Il est déjà connu de proposer des collecteurs monoblocs sous forme de barrette comme représenté à la figure 1. Un tel collecteur 10 monobloc comporte des trous 12 recevant les extrémités de tubes 2 d'un échangeur de chaleur sont formés par emboutissage. Ce procédé exige que la largeur de rive LR soit supérieure ou égale à deux fois l'épaisseur de la tôle. Toutefois, les collecteurs des échangeurs utilisés pour le refroidissement de fluides réfrigérants gazeux sous haute pression doivent posséder une épaisseur importante et une largeur réduite afin d'assurer une résistance à la pression suffisante. En conséquence, il est difficile de fabriquer le collecteur par emboutissage. 1 La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. Dans ce but, elle propose une boite collectrice du type défini en introduction telle que la barrette est constituée d'un empilement de plaques. Les plaques comportent chacune des orifices venant en vis-à-vis des orifices de plaques voisines pour définir les trous de passages d'extrémité de tubes. It is already known to provide monobloc collectors in the form of a bar as shown in FIG. 1. Such a monoblock collector 10 has holes 12 receiving the ends of tubes 2 of a heat exchanger are formed by stamping. This method requires that the edge width LR be greater than or equal to twice the thickness of the sheet. However, the exchanger manifolds used for cooling gaseous coolants under high pressure must have a large thickness and a reduced width in order to ensure sufficient pressure resistance. As a result, it is difficult to manufacture the manifold by stamping. The object of the present invention is to overcome this disadvantage. For this purpose, it proposes a collector box of the type defined in introduction such that the bar consists of a stack of plates. The plates each have orifices coming opposite the adjacent plate orifices to define the tube end passage holes.

La figure 2 est une vue partielle d'un échangeur de chaleur selon l'invention. Figure 2 is a partial view of a heat exchanger according to the invention.

La figure 3 représente une vue en coupe selon l'axe III-III de la figure 1 d'une 10 extrémité d'un échangeur de chaleur selon l'invention. Figure 3 shows a sectional view along the line III-III of Figure 1 of one end of a heat exchanger according to the invention.

La figure 4A représente un collecteur selon l'invention. FIG. 4A represents a collector according to the invention.

La figure 4B représente une vue de dessus d'un collecteur selon l'invention. La figure 5 représente une vue partielle en coupe d'une plaque constituant un collecteur selon l'invention, l'axe de la coupe passant au niveau d'un moyen de positionnement. FIG. 4B represents a view from above of a collector according to the invention. Figure 5 shows a partial sectional view of a plate constituting a collector according to the invention, the axis of the section passing at a positioning means.

20 On se réfère tout d'abord à la figure 2 qui représente un échangeur de chaleur selon l'invention. L'échangeur de chaleur 1 comporte une multiplicité de tubes 2 dans lesquels circule un fluide caloporteur. Les tubes 2 sont disposés parallèlement afin de former un faisceau. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, on utilisera des tubes plats. Par tube plat, on entend un tube de 25 section de forme générale oblongue, avec deux grands côtés parallèles et deux petits côtés reliant les extrémités respectives des grands côtés. Des intercalaires 4 sont placés entre chaque tube 2 afin de créer des surfaces d'échange thermique. L'échangeur de chaleur 1 comporte, en outre et comme représenté au niveau de la figure 3, au moins, une boite collectrice 6 se composant d'un 30 couvercle 8 muni d'une fente longitudinale apte à recevoir un collecteur 10. Le collecteur ferme ainsi le volume de la boite collectrice 6. Le collecteur 10 de la 15 boite collectrice 6 comporte des orifices 14 pour le passage pour les extrémités des tubes 2. Referring first to Figure 2 which shows a heat exchanger according to the invention. The heat exchanger 1 comprises a multiplicity of tubes 2 in which circulates a coolant. The tubes 2 are arranged parallel to form a beam. In a particular embodiment of the invention, flat tubes will be used. By flat tube is meant a 25-section tube of generally oblong shape, with two large parallel sides and two small sides connecting the respective ends of the long sides. Tabs 4 are placed between each tube 2 to create heat exchange surfaces. The heat exchanger 1 further comprises, as shown in FIG. 3, at least one collecting box 6 consisting of a cover 8 provided with a longitudinal slot adapted to receive a collector 10. The collector thus closes the volume of the manifold 6. The manifold 10 of the manifold 6 has orifices 14 for the passage for the ends of the tubes 2.

Selon l'invention et comme représenté à la figure 3 et 4A, la barrette 12 définissant le collecteur 10 est constituée d'un empilement d'au moins deux plaques 16. Dans l'exemple de réalisation particulier de la figure 2, la barrette 12 est réalisée par un empilement de six plaques 16. L'empilement de plusieurs plaques 16 permet d'obtenir une épaisseur satisfaisante pour répondre à l'exigence de résistance à la pression du fluide. Le collecteur 10 ainsi formé se comporte comme un élément de structure multicouches , rigide et résistant. According to the invention and as represented in FIG. 3 and 4A, the bar 12 defining the collector 10 consists of a stack of at least two plates 16. In the particular exemplary embodiment of FIG. 2, the bar 12 is made by a stack of six plates 16. The stack of several plates 16 provides a satisfactory thickness to meet the requirement of resistance to fluid pressure. The collector 10 thus formed behaves as a multilayer structural element, rigid and resistant.

Chaque plaque 16 est de forme polygonale, en particulier rectangulaire. Une plaque 16 est munie de orifices ou trous 14 ajustés à la forme et au nombre de tubes 2. Les trous 14 d'une plaque 16 sont mis en vis-à-vis des trous 14 d'une plaque 16 voisine permettant ainsi le passage des extrémités de tubes plats 2 grâce à l'empilement. Each plate 16 is of polygonal shape, in particular rectangular. A plate 16 is provided with holes or holes 14 adjusted to the shape and the number of tubes 2. The holes 14 of a plate 16 are placed opposite the holes 14 of a neighboring plate 16 thus allowing the passage ends of flat tubes 2 through the stack.

Du fait de la taille réduite des boites collectrices 6, les extrémités des tubes 2 pourront être tordues selon un angle prédéterminé afin de permettre leur introduction dans les trous 14 des plaques 16. L'angle de torsion a de l'extrémité des tubes dépendra du pas de tubes P et de la largeur L du collecteur (tous deux représenté à la figure 4B). Due to the small size of the manifolds 6, the ends of the tubes 2 may be bent at a predetermined angle to allow their insertion into the holes 14 of the plates 16. The torsion angle a of the end of the tubes will depend on no tubes P and the width L of the collector (both shown in Figure 4B).

Ainsi et pour permettre l'introduction des extrémités des tubes 2 tordus, les trous 14 prévus au niveau de la plaque 16 sont eux aussi inclinés d'un angle a par rapport à une perpendiculaire à l'axe longitudinal Al de la plaque représenté à la figure 4B. A titre d'exemple si le collecteur comporte un pas de tubes inférieur à 7 mm et d'une largeur inférieure à 7 mm, l'angle optimal sera alors compris entre 55 et 65. Thus and to allow the introduction of the ends of the tubes 2 twisted, the holes 14 provided at the plate 16 are also inclined at an angle with respect to a perpendicular to the longitudinal axis Al of the plate shown in FIG. Figure 4B. For example, if the manifold has a pitch of tubes less than 7 mm and a width less than 7 mm, the optimum angle will then be between 55 and 65.

Dans l'exemple représenté, chaque plaque 16 ne comporte qu'une seule série de trous 14 de passage d'extrémité de tubes 2. Un mode de réalisation particulier prévoit que le collecteur 10 comporte deux séries de trous 14. In the example shown, each plate 16 has only one series of holes 14 for passing tube end 2. A particular embodiment provides that the collector 10 has two series of holes 14.

Une plaque 16 est réalisée en un matériau métallique, de préférence en tôle aluminium ou en tôle d'un alliage d'aluminium. En outre, une plaque 16 pourra être traitée, notamment fluée, pour faciliter le brasage effectué pour terminer l'assemblage de l'échangeur 1. On pourra notamment utiliser une presse d'emboutissage pour la fabrication des plaques 16. Dans ce cas, la largeur de rive (LR) sera supérieure ou égale à deux fois l'épaisseur (E) de la tôle et l'emboutissage s'effectuera sans difficulté. A plate 16 is made of a metallic material, preferably aluminum sheet or sheet of an aluminum alloy. In addition, a plate 16 may be treated, in particular fluée, to facilitate the brazing carried out to complete the assembly of the exchanger 1. In particular, it will be possible to use a stamping press for the manufacture of the plates 16. In this case, the Edge width (LR) will be greater than or equal to twice the thickness (E) of the sheet and stamping will be done without difficulty.

Chaque plaque 16 comporte, en outre, des moyens de positionnement 18 d'une plaque par rapport à l'autre. Ces moyens correspondent à des déformations locales de la tôle de la plaque 16. Les moyens de positionnement sont positionnés le long d'au moins un bord longitudinal de la plaque 16. Dans l'exemple représenté à la figure 4, on a un moyen de positionnement 18 au bord de chaque bord longitudinal de chaque plaque 16. Un mode de réalisation particulier prévoit qu'un moyen de positionnement 18 est prévu entre au moins deux trous 14 adjacents de passage d'extrémité de tubes 2. Each plate 16 further comprises positioning means 18 of a plate relative to each other. These means correspond to local deformations of the sheet of the plate 16. The positioning means are positioned along at least one longitudinal edge of the plate 16. In the example shown in Figure 4, there is a means of positioning 18 at the edge of each longitudinal edge of each plate 16. A particular embodiment provides for a positioning means 18 is provided between at least two holes 14 adjacent tube end passage 2.

Dans l'exemple représenté à la figure 5, ces déformations sont des emboutis de forme circulaire. Toutefois, ces déformations pourraient être de formes différentes, par exemple polygonale, notamment hexagonale. Ici, les moyens de positionnement 18 pourront être obtenus par emboutissage ou clinchage. Ces moyens de positionnement 18 permettent une tenue mécanique efficace des plaques 16. Cette tenue est assurée par l'emboîtement puis le pressage des moyens de positionnement 18. In the example shown in FIG. 5, these deformations are circular shaped stampings. However, these deformations could be of different shapes, for example polygonal, in particular hexagonal. Here, the positioning means 18 may be obtained by stamping or clinching. These positioning means 18 allow an effective mechanical resistance of the plates 16. This holding is ensured by the interlocking and then the pressing of the positioning means 18.

On obtient ainsi un bloc multicouche homogène de plaques 16 pouvant être manipulé lors des opérations de montage de l'échangeur de chaleur avant brasage. Le bloc de multicouche est ensuite assemblé notamment par sertissage avec le couvercle 8, sa manipulation est alors aisée et sans risque. Ce dernier pourra notamment être un couvercle extrudé. Puis, les extrémités des tubes 2 sont introduites dans le collecteur 10. L'ensemble des composants constituant l'échangeur de chaleur est enfin brasé pour rendre l'échangeur de chaleur étanche et résistant à la haute pression. Thus, a homogeneous multilayer block of plates 16 can be manipulated during assembly operations of the heat exchanger before soldering. The multilayer block is then assembled in particular by crimping with the cover 8, its manipulation is then easy and without risk. The latter may in particular be an extruded lid. Then, the ends of the tubes 2 are introduced into the manifold 10. The set of components constituting the heat exchanger is finally brazed to make the heat exchanger tight and resistant to high pressure.

L'invention trouve une application particulière dans le cadre d'échangeurs de chaleur fonctionnant sous haute pression et équipés de boîtes à fluide de faibles dimensions, notamment les refroidisseurs de gaz CO2 et les évaporateurs de gaz CO2 par exemple. The invention finds particular application in the context of heat exchangers operating under high pressure and equipped with small fluid boxes, including CO2 gas coolers and CO2 gas evaporators for example.

L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci avant, seulement à titre d'exemples, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager 15 l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. The invention is not limited to the embodiments described above, only by way of example, but encompasses all variants that can be envisaged by those skilled in the art within the scope of the claims below.

Claims

claims

A collector box for a heat exchanger for the equipment of a motor vehicle, in particular for cooling a gaseous refrigerant fluid under high pressure, comprising: a cover (8) provided with a slot, and a collector (10) provided at said slot, said manifold (10) being constituted by a bar (12) provided with holes (14) for passing tube ends (2), characterized in that said bar (12) is consisting of a stack of plates (16), said plates (16) each having orifices coming opposite the adjacent plate orifices to define said holes (14) of tube end passages (2).

2. A collector box according to claim 1, wherein said plates (16) further comprise means (18) for positioning one plate relative to the other. 20

3. A collector box according to the preceding claim, wherein said plates consist of a sheet metal sheet and wherein said positioning means (18) are formed by local deformation of said sheet metal sheet. 25

4. collector box according to the preceding claim, wherein said local deformation of said sheet metal sheets are stamped.

5. Slip box according to the preceding claim, wherein said holes (14) provided at said plate (16) are inclined with respect to the longitudinal axis of said plate (16). 6 15

A collector box according to the preceding claim, wherein said positioning means (18) are positioned along at least one longitudinal edge of said plate (16) and between at least between at least two adjacent passage holes (14). end of tubes 2.

7. Heat exchanger, comprising: • a bundle of tubes (2) in which a coolant circulates, • spacers (4) placed between said tubes (2), • and at least one manifold (6) according to the one of claims 1 to 8, said tubes (2) having ends penetrating into the tube passage orifices of said manifold (10) of said manifold (6). 12. Use of an exchanger according to claim 7 as a CO2 gas cooler. 13. Use of an exchanger according to claim 7 as a CO2 gas evaporator. 10