FR2917819A1

FR2917819A1 - HEAT EXCHANGE MODULE FOR TWO HEAT EXCHANGE CIRCUITS

Info

Publication number: FR2917819A1
Application number: FR0704502A
Authority: FR
Inventors: Christophe Languenou; Jean-Marc Lesueur; Eddie Sausset; Michel Simonin
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2008-12-26
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: FR2917819B1; WO2009000581A1

Abstract

La présente invention concerne un module d'échange de chaleur destiné à être parcouru par au moins un fluide d'une première et d'une deuxième boucle d'échange de chaleur, ledit fluide étant le même dans les deux boucles, ledit module comprenant au moins deux échangeurs de chaleur possédant chacun une boîte collectrice d'entrée (10, 11), une boîte collectrice de sortie (10, 11), un faisceau de tubes (3, 4) dans lesquels circule un fluide caloporteur et des surfaces d'échange en relation d'échange thermique avec les tubes du faisceau (3, 4), caractérisé en ce que les boîtes collectrices d'entrée et de sortie (10, 11 ) sont communes aux deux échangeurs de chaleur.The present invention relates to a heat exchange module intended to be traversed by at least one fluid of a first and a second heat exchange loop, said fluid being the same in both loops, said module comprising at least one minus two heat exchangers each having an inlet manifold (10, 11), an outlet manifold (10, 11), a bundle of tubes (3, 4) in which a heat transfer fluid circulates and surfaces of exchange in heat exchange relationship with the tubes of the bundle (3, 4), characterized in that the inlet and outlet manifolds (10, 11) are common to both heat exchangers.

Description

Titre : Module d'échange de chaleur pour deux circuits d'échange deTitle: Heat Exchange Module for Two Exchange Systems

chaleur La présente invention concerne un échangeur de chaleur destiné à 5 refroidir un fluide circulant dans un circuit grâce à un flux d'air. Elle a plus particulièrement comme objet, mais non exclusivement, un module d'échange de chaleur pour véhicules automobiles comportant deux circuits distincts d'échange de chaleur, dans lesquels circulent un même fluide caloporteur (fluide transportant de la chaleur), le fluide de ces deux circuits 10 étant refroidi par un même flux d'air. On connaît à l'heure actuelle un multi-échangeur à fluide identique dans les deux circuits thermiques tel que présenté dans le document EP155886. Une telle réalisation est un module d'échange de chaleur destiné à être parcouru par au moins un fluide caloporteur d'une première et d'une 15 deuxième boucle d'échange de chaleur, ledit fluide étant le même dans les deux boucles, ledit module comprenant au moins deux échangeurs de chaleur possédant chacun une boîte collectrice d'entrée, une boîte collectrice de sortie, un faisceau d'échange de chaleur dans lequel circule ledit fluide caloporteur en relation avec lesdites boîtes, lesdits faisceaux étant propres à être balayés 20 successivement par un même flux d'air. L'inconvénient principal de ce type d'échangeurs de chaleur réside dans le fait que leurs boîtes collectrices sont entièrement réalisées en aluminium, ce qui les rend coûteuse, en particulier à cause de leurs fabrications plus complexe. En effet, il est notamment nécessaire de rapporter 25 des moyens de fixation ainsi que les tubulures nécessaires pour l'entrer et la sortie du ou des fluides. La présente invention entend remédier aux inconvénients des échangeurs de chaleur existants en proposant une réalisation particulière apte à autoriser l'utilisation d'une autre matière que l'aluminium, et plus précisément 30 une matière non-métallique, à savoir le plastique. Ainsi, l'invention concerne un module d'échange de chaleur destiné à être parcouru par au moins un fluide caloporteur d'une première et d'une deuxième boucle d'échange de chaleur, ledit fluide étant le même dans les deux boucles, ledit module comprenant au moins deux échangeurs de chaleur possédant chacun une boîte collectrice d'entrée, une boîte collectrice de sortie, un faisceau d'échange de chaleur dans lequel circule ledit fluide caloporteur en relation avec lesdites boîtes, lesdits faisceaux étant propres à être balayés successivement par un même flux d'air, caractérisé en ce que les boîtes collectrices d'entrée et de sortie sont communes aux deux échangeurs de chaleur. On entend par l'expression boîtes collectrices d'entrée et de sorties communes le fait que ces boîtes collectrices sont constituées du ou de ces mêmes éléments, autrement dit le ou les éléments utilisé(s) constitue(nt) la structure, ou la constitution de ces boîtes collectrices. Grâce à l'invention et le fait que le module d'échange de chaleur soit apte à la circulation de deux fluides identiques, on peut prévoir sans mesure particulière que la plaque collectrice soit commune aux deux rangs de tubes de chacun des circuits thermique, respectivement basse et haute températures. En effet, les phénomènes de dilatation thermique dans un multiéchangeur, c'est-à-dire incluant au moins deux fluides circulant dans deux circuits distincts, sont très différents lorsque ces deux fluides sont différents et lorsque ces deux fluides sont identiques. Lorsque ces deux fluides sont identiques (c'est-à-dire mêmes caractéristiques thermiques : conduction, conversion et rayonnement de chaleur), même à des températures différentes, les dilatations thermiques sont bien moindres que lorsque ces deux fluides sont de nature différente et par ailleurs à des températures différentes. Ainsi, la plaque collectrice commune aux deux rangs de tubes de chacun des circuits thermiques de fluide n'est rendu possible que lorsque les fluides de deux circuits sont les mêmes. Par ailleurs, la présente invention permet l'utilisation d'un couvercle en plastique, en particulier pour la partition longitudinale et/ou la ou les partition(s) transversales/axiales, ce qui réduit sensiblement les coûts de matière ainsi que les coûts de fabrication car le plastique est plus facile à travailler pour la conception d'une boîte de forme particulière. Relativement au procédé de fabrication, on notera que le procédé de réalisation d'une boîte collectrice selon l'invention n'est pas modifié ou complexifié par rapport à l'art antérieur. D'autres particularités ou caractéristiques sont présentées dans la suite : - lesdites boîtes collectrices d'entrée et de sortie sont munies d'une plaque collectrice et d'un couvercle ; - le susdit couvercle est en plastique ; - le susdit couvercle ou la boîte collectrice d'entrée et de sortie comprend une paroi de partition longitudinale formant deux sous-collecteurs 10 distincts ; -la plaque collectrice comprend deux séries d'orifices respectivement pour la réception de tubes de chacun desdits faisceaux d'échange de chaleur ; -la plaque collectrice présente une gorge, située entre les deux 15 séries d'orifices, apte à loger un joint d'étanchéité coopérant avec la paroi de partition longitudinale ; - les deux sous-collecteurs ne présentent pas des dimensions égales/identiques ; le plus petit des deux souscollecteurs étant destiné au circuit haute température HT ; 20 - le susdit couvercle ou boîte collectrice d'entrée et de sortie comprend au moins une paroi axiale apte à former deux compartiments dans un sous-collecteur ; la cloison de partition longitudinale présente une section de matière décroissante en direction de la plaque collectrice ; 25 - la plaque collectrice est métallique, en particulier en aluminium ; - le couvercle ou boîte collectrice d'entrée et de sortie est fixé à la plaque collectrice par sertissage, par exemple de dents ou analogues présentes sur la plaque collectrice. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre 30 d'exemple non limitatif, en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 représente un collecteur selon l'invention réceptionnant deux rangées de tubes ; - La figure 2 est une vue schématique d'en haut considérant les deux rangées de tubes et leur séparation par la cloison longitudinale issue du couvercle du collecteur ; - La figure 3 illustre un autre collecteur selon l'invention vue d'en haut avec une cloison transversale ou axiale. Le collecteur choisi pour illustrer l'invention comprend un couvercle 1 et une plaque collectrice 2. Ces deux éléments 1, 2 sont communs aux deux rangées de tubes 3, 4, donc aux deux circuits d'échange de chaleur et forment indifféremment le collecteur d'entrée ou de sortie pour l'un et/ou l'autre de ces deux circuits d'échange de chaleur. Le couvercle 1 est en matière plastique, par exemple en polyamide, et présente une section de forme sensiblement semi-circulaire avec une branche linéaire 5 s'étendant de sa périphérie ou contour. Ce couvercle 1 comprend des extrémités de forme sensiblement parallélépipédique 6, légèrement décalées des extrémités issues de la section circulaire du couvercle. Ces extrémités parallélépipédiques 6 permettent ou sont adaptées pour le sertissage du couvercle 1 sur la plaque collectrice 2. The present invention relates to a heat exchanger for cooling a fluid flowing in a circuit through an air flow. It has more particularly as object, but not exclusively, a heat exchange module for motor vehicles comprising two separate heat exchange circuits, in which circulate the same heat transfer fluid (fluid carrying heat), the fluid of these two circuits 10 being cooled by the same air flow. At the present time, a multi-exchanger with identical fluid is known in the two thermal circuits as presented in document EP155886. Such an embodiment is a heat exchange module intended to be traversed by at least one heat transfer fluid of a first and a second heat exchange loop, said fluid being the same in both loops, said module comprising at least two heat exchangers each having an inlet manifold, an outlet manifold, a heat exchange bundle in which said coolant circulates in relation to said boxes, said bundles being adapted to be successively scanned by the same flow of air. The main disadvantage of this type of heat exchanger lies in the fact that their collector boxes are made entirely of aluminum, which makes them expensive, in particular because of their more complex fabrications. Indeed, it is in particular necessary to report fastening means and the tubing necessary for the entry and exit of the fluid or fluids. The present invention intends to overcome the drawbacks of existing heat exchangers by proposing a particular embodiment capable of authorizing the use of a material other than aluminum, and more specifically a non-metallic material, namely plastic. Thus, the invention relates to a heat exchange module intended to be traversed by at least one heat transfer fluid of a first and a second heat exchange loop, said fluid being the same in both loops, said module comprising at least two heat exchangers each having an inlet manifold, an outlet manifold, a heat exchange bundle in which circulates said heat transfer fluid in relation to said boxes, said bundles being adapted to be scanned successively by the same air flow, characterized in that the inlet and outlet manifolds are common to both heat exchangers. The expression "common inlet and outlet manifolds" means that these collector boxes consist of the same element or elements, ie the element (s) used constitute (s) the structure, or the constitution of these manifolds. Thanks to the invention and the fact that the heat exchange module is suitable for the circulation of two identical fluids, it can be provided without any particular measure that the collector plate is common to the two rows of tubes of each of the thermal circuits, respectively low and high temperatures. Indeed, the phenomena of thermal expansion in a multi-exchanger, that is to say including at least two fluids flowing in two separate circuits, are very different when these two fluids are different and when these two fluids are identical. When these two fluids are identical (that is to say, the same thermal characteristics: conduction, conversion and heat radiation), even at different temperatures, the thermal expansions are much less than when these two fluids are of different nature and by elsewhere at different temperatures. Thus, the collector plate common to the two rows of tubes of each of the fluid thermal circuits is made possible only when the fluids of two circuits are the same. Furthermore, the present invention allows the use of a plastic cover, in particular for the longitudinal partition and / or the transverse / axial partition (s), which substantially reduces the material costs as well as the costs of manufacturing because plastic is easier to work for the design of a particular form box. With regard to the manufacturing process, it will be noted that the method of producing a collecting box according to the invention is not modified or complicated compared to the prior art. Other features or characteristics are presented below: - said inlet and outlet manifolds are provided with a header plate and a cover; the aforesaid lid is made of plastic; the aforesaid lid or the inlet and outlet manifold comprises a longitudinal partition wall forming two distinct sub-collectors; the collector plate comprises two series of orifices respectively for receiving tubes from each of said heat exchange bundles; the collector plate has a groove situated between the two series of orifices, suitable for housing a seal cooperating with the longitudinal partition wall; the two sub-collectors do not have equal / identical dimensions; the smaller of the two subcollectors being intended for the HT high temperature circuit; The aforesaid inlet or outlet cover or outlet box comprises at least one axial wall capable of forming two compartments in a sub-collector; the longitudinal partition wall has a section of decreasing material in the direction of the collector plate; The collecting plate is metallic, in particular aluminum; - The inlet and outlet cover or manifold is attached to the collector plate by crimping, for example teeth or the like present on the collector plate. An embodiment of the invention will be described below, by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 shows a manifold according to the invention receiving two rows of tubes; - Figure 2 is a schematic view from above considering the two rows of tubes and their separation by the longitudinal partition from the cover of the collector; - Figure 3 illustrates another collector according to the invention seen from above with a transverse or axial partition. The collector chosen to illustrate the invention comprises a cover 1 and a collector plate 2. These two elements 1, 2 are common to the two rows of tubes 3, 4, therefore to the two heat exchange circuits and form indifferently the collector input or output for one and / or the other of these two heat exchange circuits. The lid 1 is made of plastic, for example polyamide, and has a section of substantially semicircular shape with a linear branch 5 extending from its periphery or contour. This lid 1 comprises ends of substantially parallelepipedal shape 6, slightly offset from the ends from the circular section of the lid. These parallelepipedal ends 6 allow or are adapted for crimping the lid 1 on the collector plate 2.

En effet, la plaque collectrice 2 s'étend sensiblement de façon coplanaire, et classique, dans sa partie destinée à la réception des extrémités de tubes de chacune des rangées 3, 4 et comprend à ses extrémités respectivement une partie recourbée 7 destinée à accueillir ou loger les extrémités parallélépipédiques. Par ailleurs, les parties recourbées 7 de la plaque collectrice 2 se terminent par des dents 8, ou analogues, de sertissage destinées à être serties sur les extrémités parallélépipédiques 6 du couvercle 1 et fixer ses deux éléments 1 et 2 entre eux. Accessoirement, il sera prévu un élastomère ou joint d'étanchéité 9 destiné à améliorer le sertissage/fixation en évitant toute fuite de fluide. Indeed, the header plate 2 extends substantially coplanar, and conventional, in its portion for receiving the tube ends of each row 3, 4 and comprises at its ends respectively a curved portion 7 for receiving or accommodate the parallelepipedic extremities. Furthermore, the bent portions 7 of the header plate 2 end with teeth 8 or similar, crimping intended to be crimped on the parallelepipedic ends 6 of the cover 1 and fix its two elements 1 and 2 between them. Incidentally, there will be provided an elastomer or seal 9 for improving the crimping / fixing avoiding any leakage of fluid.

La plaque collectrice 2 comprend ici deux séries d'orifices pour la réception de chacun des faisceaux d'échange de chaleur 3, 4, en l'occurrence les extrémités de tubes. Ces deux rangées d'orifices sont alignées de sorte que les orifices, ou leurs rangées respectives, présentent le même pas. La cloison longitudinale 5 présente une section de matière décroissante en direction de la plaque collectrice 2. A la base de la cloison longitudinale 5, c'est-à-dire du côté de la plaque collectrice 2, on pourra prévoir de disposer également (à l'instar de la fixation des parties parallélépipédiques 6 avec la plaque collectrice 2) un joint d'étanchéité 9 dans une gorge 13, prévue entre les deux séries d'orifices de la plaque collectrice 2, destiné à éviter le mélange des fluides de chacune des boîtes collectrices 10, 11. On pourra envisager que le joint d'étanchéité 9 prévu pour le sertissage de la plaque collectrice 2 sur le couvercle 1 et le joint d'étanchéité 9 prévu dans la gorge 13 soient un seul et même joint s'étendant sur toute la longueur de la gorge 13 et sur toute la périphérie de la plaque collectrice 2. The collector plate 2 here comprises two series of orifices for receiving each of the heat exchange bundles 3, 4, in this case the ends of the tubes. These two rows of orifices are aligned so that the orifices, or their respective rows, have the same pitch. The longitudinal partition 5 has a section of decreasing material in the direction of the header plate 2. At the base of the longitudinal partition 5, that is to say on the side of the collector plate 2, provision may also be made for as is the fixing of the parallelepipedal parts 6 with the header plate 2) a seal 9 in a groove 13, provided between the two series of orifices of the header plate 2, intended to prevent the mixing of the fluids of each manifolds 10, 11. It can be envisaged that the seal 9 provided for crimping the header plate 2 on the lid 1 and the seal 9 provided in the groove 13 are one and the same seal s' extending over the entire length of the groove 13 and over the entire periphery of the header plate 2.

Bien entendu, on pourra également prévoir que le joint d'étanchéité disposé dans la gorge 13 soit distinct de celui disposé sur le pourtour de la plaque collectrice 2. Dans l'exemple choisi pour illustrer l'invention, le module de l'invention comprend deux circuits d'échange de chaleur, donc deux rangées de tubes 3, 4. La rangée de tubes 4 pour laquelle ces derniers présentent les plus petites dimensions, normalement exclusivement en largeur, correspond au circuit à haute température (circuit HT), c'est-à-dire au circuit présentant le fluide dont la chaleur est la plus importante/grande. La cloison longitudinale 5 est ici issue directement du moulage formant l'ensemble du couvercle 1 mais on pourrait bien entendu envisager que cette cloison 5 soit rapportée et fixée au contour (ou périphérie) du couvercle 1. Par ailleurs, comme représenté sur la figure 3 avec un exemple d'une seule et unique cloison transversale/axiale 12, le couvercle 1 selon l'invention pourra comprendre une ou plusieurs cloisons transversales ou axiales 12 destinées à former autant de circuits d'échange de chaleur ou, pour un même circuit, autant de passes que désirées. On choisi ici d'illustrer 6 2917819 Of course, it may also be provided that the seal disposed in the groove 13 is distinct from that disposed around the perimeter of the header plate 2. In the example chosen to illustrate the invention, the module of the invention comprises two heat exchange circuits, therefore two rows of tubes 3, 4. The row of tubes 4 for which the latter have the smallest dimensions, normally exclusively in width, corresponds to the high temperature circuit (HT circuit), c ' that is, the circuit having the fluid whose heat is the largest / largest. The longitudinal partition 5 is derived directly from the molding forming the entire cover 1, but it could of course be envisaged that this partition 5 be attached and fixed to the contour (or periphery) of the cover 1. Moreover, as shown in FIG. with an example of a single transverse / axial partition 12, the lid 1 according to the invention may comprise one or more transverse or axial partitions 12 intended to form as many heat exchange circuits or, for the same circuit, as many passes as desired. We choose here to illustrate 6 2917819

l'invention avec deux sous-collecteurs 10, 11 qui ne présentent pas des dimensions égales, en l'occurrence le plus petit des deux sous-collecteurs 11 est destiné au circuit haute température. Bien entendu, on pourra prévoir que ces deux sous-collecteurs 10, 11 présentent des dimensions égales, c'est-à-dire 5 notamment que la cloison de répartition 5 s'étende rigoureusement au milieu, ou au centre, du couvercle 1 afin de séparer le collecteur en deux parties identiques. Le module d'échanges de chaleur sera idéalement utilisé pour un même fluide caloporteur. Le fluide des différents circuits d'échange de chaleur 10 pourra consister en un mélange d'eau et de glycol, mélange formant eau de refroidissement classiquement utilisé pour les moteurs à combustion des véhicules automobiles. L'un et/ou l'autre des deux circuits d'échange de chaleur pourra par exemple être destiné à refroidir le moteur à combustion du véhicule, à refroidir l'huile utilisé par exemple pour la boîte automatique de 15 changement de vitesse ou à refroidir l'air de suralimentation. the invention with two sub-collectors 10, 11 which do not have equal dimensions, in this case the smaller of the two sub-collectors 11 is intended for the high temperature circuit. Of course, it may be provided that these two sub-collectors 10, 11 have equal dimensions, that is to say in particular that the distribution partition 5 extends rigorously in the middle, or in the center, of the cover 1 so to separate the collector into two identical parts. The heat exchange module will ideally be used for the same heat transfer fluid. The fluid of the various heat exchange circuits 10 may consist of a mixture of water and glycol, cooling water mixture conventionally used for combustion engines of motor vehicles. One and / or the other of the two heat exchange circuits may for example be intended to cool the combustion engine of the vehicle, to cool the oil used for example for the automatic gearbox or to cool the charge air.

Claims

claims

Heat exchange module intended to be traversed by at least one heat transfer fluid of a first and a second heat exchange loop, said fluid being the same in both loops, said module comprising at least two heat exchangers each having an inlet manifold (10, 11), an outlet manifold (10, 11), a heat exchange bundle (3, 4) in which said heat transfer fluid flows in relation to said heat exchanger boxes (10, 11), said beams (3, 4) being adapted to be scanned successively by the same air flow, characterized in that the inlet and outlet manifolds (10, 11) are common to both heat exchangers.

2. Heat exchange module according to claim 1, characterized in that said inlet and outlet manifolds (10, 11) are provided with a header plate (2) and a cover (1). .

3. Exchange module according to claim 2, characterized in that the aforesaid lid (1) is plastic.

4. Exchange module according to claim 2 or 3, characterized in that the aforesaid cover (1) or the inlet and outlet manifold (10, 11) comprises a longitudinal partition wall (5) forming two sub separate collectors (10 and 11). 25

5. Exchange module according to claim 2, characterized in that the header plate (2) comprises two series of orifices respectively for receiving tubes of each of said heat exchange beams (3, 4). 30

6. Exchange module according to claims 4 and 5, characterized in that the header plate (2) has a groove (13), located between the two series 7 20'orifices, suitable for housing a seal (9). ) cooperating with the longitudinal partition wall (5).

7. Exchange module according to claim 4 or 6, characterized in that the two sub-collectors (10, 11) do not have equal dimensions; the smaller of the two sub-collectors (11) being intended for the high temperature circuit HT.

8. Exchange module according to claim 4, 6 or 7, characterized in that the aforesaid lid (1) or inlet and outlet manifold (10, 11) comprises at least one transverse wall / axial (12) capable of forming two compartments in a sub-collector (10).

9. Exchange module according to any one of claims 4 or 6 to 8, characterized in that the longitudinal partition wall (5) has a decreasing section of material in the direction of the header plate (2).

10. Exchange module according to claim 2 or 3, characterized in that the collector plate (2) is metallic, in particular aluminum.

11. Exchange module according to claim 2, 3 or 10, characterized in that the cover (1) or inlet and outlet manifold (10, 11) is fixed to the collector plate by crimping, for example teeth (8) or the like present on the collector plate (2). 25