FR2924492A1 - Epingle de renfort pour tubes d'echangeur de chaleur - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un moyen de renfort (6) de tubes (5) d'échangeur de chaleur, comprenant une tige (6) dont au moins une des deux extrémités (8, 8') est apte à être insérée dans un tube (5), au niveau d'une des extrémités axiales (9, 9') dudit tube (5), caractérisé en ce que ledit moyen de renfort (6) est extrudé.
Description
Epingle de renfort pour tubes d'échangeur de chaleur
L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Plus particulièrement, l'invention vise les échangeurs de chaleur du type possédant des extrémités de tubes dépassant du collecteur ou de la plaque collectrice de manière significative. 10 On sait que le pied de tube d'un échangeur, c'est-à- dire les extrémités du tube liées au collecteur, subit des contraintes alternées lors des chocs thermiques ou de pression cyclée ; le lieu de la contrainte maximale ou la 15 localisation de la zone de rupture, se situe sur le tube près du congé de brasure formé entre le collecteur et le tube.
Les tubes particulièrement sensibles se trouvent près des 20 joues en extrémités du faisceau ou proche, de un à cinq tubes, de l'interface entre deux zones de température différentes, c'est-à-dire la partie basse température et haute température d'un échangeur BT/HT (Basse Température / Haute Température) ou entre les zones d'entrée et de sortie 25 d'un échangeur en U ou méthodique qui partage le même collecteur ou le même intercalaire.
Pour tâcher de remédier à cet inconvénient, on connaît déjà un certain nombre de solutions. 30 L'introduction d'un multi-insert, formé d'une pluralité d'éléments liés entre eux, qui est apte à être inséré et emmanché à l'intérieur des canaux des tubes et emmanché à l'intérieur du tube permet d'augmenter la résistance du 35 tube. Cependant, son utilisation introduit de nombreuses contraintes, notamment une déformation lors de l'insertion de la forme du tube, une perte de charge complémentaire5 ainsi que des coûts additionnels importants. Ce type de réalisation est notamment décrit par le document US 20050263263.
Lorsqu'un turbulateur existe (pour Refroidisseur d'Air de Suralimentation par exemple), la forme du turbulateur peut couvrir le tube tel une seconde peau pour augmenter localement la résistance du tube (augmentation locale de l'épaisseur de la matière et augmentation de la structure du tube type nids d'abeille). Cette solution est uniquement valable lorsqu'il y a un perturbateur affleurant qui ne permet pas l'évasage du tube et donc entraîne un taux de fuite en pied de tube lors du brasage plus important. L'épaisseur de matière est aussi relativement importante, plusieurs centaine de micro.
La mise en place d'une joue de dilatation ou sectionnée. Cette solution permet de réduire le stress mécanique sur les premiers tubes situés près de la joue. Cette solution n'est pas applicable lorsqu'il s'agit d'une rupture potentielle en milieu de faisceau.
L'utilisation de tubes morts est usuelle. Cependant, elle ampute la performance thermique du faisceau et sa mise en œuvre peut être lourde lorsqu'il s'agit de moyen d'assemblage automatique.
Une déformation locale du pied de tube pour augmenter localement le rayon de courbure du tube permet de diminuer les contraintes en flexion'sur le tube et donc d'augmenter la résistance de l'échangeur en choc thermique. Cependant sa mise en œuvre est compliqué pour les échangeurs dont les boites collectrices ne sont pas affleurantes.
La présente invention entend remédier aux inconvénients des dispositifs de l'art antérieur qui ne sont ni complètes/universelles, ni bon marché, ni simples de mise œuvre.
Ainsi, l'invention concerne un moyen de renfort de tubes d'échangeur de chaleur, comprenant une tige dont au moins une des deux extrémités est apte à être insérée dans un tube, au niveau d'une des extrémités axiales dudit tube, caractérisé en ce que ledit moyen de renfort est extrudé.
D'autres aspects avantageux de l'invention sont présentés ci-après : - le moyen de renfort consiste en la susdite tige ; - la tige comporte deux extrémités, les deux extrémités étant aptes à êtres insérée dans un tube, au niveau d'une 15 des extrémités axiales dudit tube ; - selon un mode d'exécution de l'invention, la tige comprend une partie centrale d'une longueur sensiblement égale à la largeur du tube de sorte que les deux extrémités de la tige se situent au niveau de chacune des deux 20 extrémités axiales dudit tube ; - selon ce mode d'exécution, idéalement, la partie centrale est recourbée pour s'étendre parallèle et contigu à l'extrémité du tube ; - selon un autre mode d'exécution de l'invention, la tige 25 comprend une partie centrale d'une longueur sensiblement égale à la distance entre deux tubes adjacents/contigus de sorte que les deux extrémités de la tige se situent au niveau respectivement d'une extrémité axiale de chacun des deux tubes adjacents/contigus ; 30 - le moyen de renfort est brasé ensemble avec les autres éléments de l'échangeur de chaleur ; - le moyen de renfort présente une section circulaire d'un diamètre compris entre 0,8 et 2,5 mm (millimètre) ; - la tige présente une section circulaire ou cylindrique, 35 en particulier une section semi-circulaire ou semicylindrique aplatie (forme ovale).
La présente invention concerne également un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes caractérisé en qu'au moins un tube comprend un moyen de renfort tel que décrit ci-dessus.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe et en perspective d'une boîte collectrice d'un échangeur dans laquelle sont fixées des extrémités de tubes, un mode d'exécution de l'invention étant représenté ici dans lequel deux tubes contigus sont reliés ; - la figure 2 est une vue de dessus d'un tube classique avec sa gorge présentant deux canaux et dans lequel est inséré et fixé un moyen de renfort selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un tube du type représenté sur la figure 2 dans lequel est inséré/fixé le même moyen de renfort ;
- la figure 4 est une vue schématique d'une section d'un moyen de renfort selon l'invention, ledit moyen épousant aux mieux les contours intérieurs de l'extrémité axiale du tube.
La figure 1 présente en coupe (deux plans de coupe) une boîte collectrice constituée d'une plaque collectrice 1 et d'un couvercle 2 fixé à cette dernière par rabattement de dents 3 disposés sur la périphérie de la plaque collectrice 1. Pour des soucis d'étanchéité, un joint d'étanchéité 4 est placé entre le couvercle 2 et la plaque collectrice 1. Les extrémités de tube 5 sont également fixées à la plaque collectrice 1 de façon classique. Les tubes 5 sont ici des tubes plats, c'est-à-dire qu'ils s'étendent linéairement/longitudinalement et présentent un ou plusieurs canal/canaux de faible hauteur. La réalisation de la boîte collectrice 1, 2, 3, 4 et des tubes 5 ne sont ici présentées qu'à titre d'exemple et n'ont pas de lien ni même d'influence sur la présente invention.
Les extrémités de tubes 5 sont protubérantes au-delà du plan de la plaque collectrice 1 et les zones de rupture, c'est-à-dire les zones les plus fragiles, sont celles constituant les limites de brasage au niveau des deux petits côtés axiaux des tubes 5.
Dans le premier mode d'exécution, l'épingle 6, constituant le moyen de renfort, est une simple tige disposée entre les extrémités de deux tubes 5 contigus, chaque extrémité de cette tige 6 étant insérée et en prise au niveau des bords ou extrémités axiales 9 de deux tubes 5 contigus. La tige 6 est malléable de par sa nature même et présente une forme adaptée aux placements de ses extrémités 8, 8'. Ainsi, la tige 6 comprend une portion sensiblement plane 7 et deux extrémités opposées 8, 8' s'étendant parallèlement, puisque insérées respectivement dans les deux tubes 5 contigus. La tige 6 présente sur sa face externe une couche de brasage qui sera utilisé lors du brasage de l'ensemble des éléments visibles sur la figure 1, à savoir la boîte collectrice 1, 2, 3, 4, les tubes 5 et la tige 6 de l'invention.
Par ailleurs, on pourra prévoir de précontraindre axialement la tige 6 de sorte qu'elle est mise en place dans le ou les tube(s) 5, grâce à son caractère élastique puis les extrémités 8, 8' de la tige 6 s'écartent l'une de l'autre, sous l'effet de cette précontrainte, pour contacter au mieux (fortement) les parois des extrémités axiales 9, 9' des tubes 5. De cette façon, lors du brasage et après cette étape de brasage, il y aura une intimité parfaite entre le renfort 6 et le ou les tube(s) 5 au(x)quel(s) le renfort 6 est fixé.
La figure 2 présente un second mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, la tige 6 de l'invention est fixée sur un tube unique 5 (comportant deux canaux 5, 5'). Les deux extrémités de la tige métallique se trouvent insérées et fixées aux deux extrémités ou bords axiaux 9, 9' opposés d'un même tube 5.
La tige 6 présente ici une portion centrale 7 qui est idéalement située en contact avec une paroi de la boîte collectrice 1, 2, 3, par exemple la plaque collectrice 1, afin de sécuriser le positionnement de la tige 6 et également pour augmenter la résistance du moyen de renfort 6. On note que la tige 6 est choisie de façon avantageuse à caractère plastique (les extrémités 8, 8' de la tige 6 étant elles essentiellement à caractère élastique) pour en modifier la forme et l'adapter au mieux aux particularités géométriques des boîtes collectrices 1, 2, 3 mais également pour améliorer ses qualités de renforcement en ajoutant le renfort de matière, lors du brasage, exactement là où il est le plus nécessaire.
Par sa nature, la tige 6 est de façon particulière intéressante obtenue par extrusion, ce qui la distingue dans toutes ces caractéristiques avantageuses des moyens de renfort de tubes d'échangeur de chaleur de l'art antérieur.
Selon une possibilité offerte par l'invention, on pourra prévoir que la tige 6 présente au moins à ses deux extrémités 8, 8' une forme adaptée et complémentaire à la forme intérieure du ou des tubes 5. Ainsi, comme illustré sur la figure 4, la tige 6 présente une forme cylindrique sensiblement aplatie de sorte que, lors du brasage, l'apport de métal de la tige 6 vienne se placer suivant un demi-disque ou demi-cylindre épousant parfaitement les contours intérieurs 9 du tube 5.
L'invention réside, dans son aspect général, dans le fait d'augmenter localement l'épaisseur du tube 5 là où les contraintes sont les plus importantes par l'introduction d'une épingle 6 dans le petit côté 9, 9' du tube 5 avant brasage.
Bien entendu, la matière utilisée pour constituer le moyen de renfort 6 selon l'invention permet de réaliser dans cette zone de présence de l'épingle 6 un brasage homogène, apte à autoriser une répartition homogène des contraintes sur une zone plus large.
Claims (10)
1. Moyen de renfort (6) de tubes (5) d'échangeur de chaleur, comprenant une tige (6) dont au moins une des deux extrémités (8, 8') est apte à être insérée dans un tube (5), au niveau d'une des extrémités axiales (9, 9') dudit tube (5), caractérisé en ce que ledit moyen de renfort (6) est extrudé.
2. Moyen de renfort (6) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de renfort consiste en la susdite tige (6).
3. Moyen de renfort (6) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tige (6) comporte deux extrémités (8, 8'), les deux extrémités (8, 8') étant aptes à êtres insérée dans un tube (5), au niveau d'une des extrémités axiales (9, 9') dudit tube (5).
4. Moyen de renfort (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige (6) comprend une partie centrale (7) d'une longueur sensiblement égale à la largeur du tube (5) de sorte que les deux extrémités (8, 8') de la tige (5) se situent au niveau de chacune des deux extrémités axiales (9, 9') dudit tube (5).
5. Moyen de renfort (6) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie centrale (7) est recourbée pour s'étendre parallèle et contigu à l'extrémité du tube (5) .
6. Moyen de renfort (6) selon l'une quelconque des 35 revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la tige (6) comprend une partie centrale (7) d'une longueur 8sensiblement égale à la distance entre deux tubes (5) adjacents/contigus de sorte que les deux extrémités (8, 8') de la tige (6) se situent au niveau respectivement d'une extrémité axiale de chacun des deux tubes (5) adjacents/contigus
7. Moyen de renfort (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est brasé ensemble avec les autres éléments (1, 2, 3, 5) de l'échangeur de chaleur.
8. Moyen de renfort (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une section circulaire d'un diamètre compris entre 0,8 et 2,5 mm (millimètre).
9. Moyen de renfort (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige (6) présente une section circulaire ou cylindrique, en 20 particulier une section semi-circulaire ou semi-cylindrique aplatie.
10. Echangeur de chaleur, comprenant un faisceau de tubes (5), caractérisé en ce qu'au moins un tube (5) comprend un 25 moyen de renfort (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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