FR3023365A1 - Collecteur pour un faisceau d'echange d'un echangeur de chaleur - Google Patents

Collecteur pour un faisceau d'echange d'un echangeur de chaleur Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un collecteur adapté pour être utilisé avec un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur, ledit faisceau d'échange comprenant au moins une première rangée de tubes et une deuxième rangée de tubes, les tubes étant adaptés pour permettre la circulation d'un premier fluide dans le faisceau d'échange, le collecteur comprenant au moins : - un premier élément de contact pour maintenir le côté supérieur d'une première extrémité de la première rangée de tubes, - un deuxième élément de contact pour maintenir le côté inférieur de ladite première extrémité de la première rangée de tubes et pour maintenir le côté supérieur d'une première extrémité de la deuxième rangée de tubes, l'épaisseur du deuxième élément de contact définissant la distance entre lesdites première et deuxième rangées de tubes, et - un troisième élément de contact pour maintenir le côté inférieur de ladite première extrémité de la deuxième rangée de tubes.

Description

COLLECTEUR POUR UN FAISCEAU D'ECHANGE D'UN ECHANGEUR DE CHALEUR Domaine de l'invention La présente invention concerne un collecteur pour un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur, tel qu'un échangeur de chaleur destiné à un véhicule automobile. Le collecteur selon la présente invention est particulièrement adapté pour résister à de hautes pressions.
Etat de la technique Un échangeur de chaleur, du type de ceux utilisés dans l'industrie automobile, comprend en principe un boîtier ou carter comportant, en son intérieur, des éléments d'échange de chaleur permettant l'échange de chaleur d'un premier fluide vers un deuxième fluide. Ces éléments, permettant cet échange de chaleur peuvent, par exemple, comprendre des tubes. Les tubes, situés à l'intérieur d'un échangeur de chaleur, peuvent être présents au sein d'un faisceau d'échange comprenant une pluralité de tubes disposés de façon essentiellement parallèle les uns par rapport aux autres. Les tubes peuvent être positionnés sur une rangée ou plusieurs rangées parallèles entre elles. Les tubes sont maintenus, par leurs extrémités respectives, à un premier et un deuxième collecteur. Les tubes permettent de guider le premier fluide à l'intérieur desdits tubes, d'une première extrémité du faisceau d'échange vers la seconde extrémité du faisceau d'échange. Les tubes, considérés ensemble, définissent entre eux, en combinaison avec les parois du carter, des canaux qui guident le deuxième fluide de la seconde extrémité de l'échangeur de chaleur vers la première extrémité de l'échangeur de chaleur. Ainsi, un échangeur de chaleur permet notamment la circulation, à contre-courant, d'un premier et d'un deuxième fluide au sein dudit échangeur de chaleur.
D'autres éléments tels que des plaques, des ailettes et des perturbateurs d'écoulement peuvent être prévus en complément des tubes formant le faisceau d'échange afin d'améliorer l'échange de chaleur entre le premier et le deuxième fluide. Des collecteurs adaptés pour le faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur sont connus de l'art antérieur. Le carter se présente sous la forme d'un boîtier comprenant une pluralité de parois formant l'extérieur du carter et définissant le volume dans lequel s'effectue l'échange de chaleur. Le carter est, en principe, pourvu d'entrées et de sorties destinées au premier et au deuxième fluide en une première et une deuxième extrémité du carter. Ces entrées et sorties permettent ainsi à l'échangeur de chaleur d'être relié à des canalisations d'entrée permettant de conduire les premier et deuxième fluides en direction de l'échangeur de chaleur et à des canalisations de sorties permettant de conduire les premier et deuxième fluides vers une destination finale, lorsque lesdits premier et deuxième fluides ont traversé l'échangeur de chaleur. Un collecteur pour le faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur, tel que décrit ci- dessus, est divulgué au sein de la demande de brevet européen EP 2463612. Le collecteur, divulgué au sein de ladite demande, comprend une pluralité d'éléments empilés les uns sur les autres à l'intérieur d'un carter afin d'obtenir ledit collecteur. Selon le document EP 2463612, les éléments doivent être fixés les uns sur les autres avant l'utilisation de l'échangeur de chaleur. La fixation des différents éléments les uns sur les autres est indispensable pour un fonctionnement optimal, et ce afin de permettre à l'échangeur de chaleur comprenant un tel collecteur de fonctionner sous des conditions de hautes pressions. Cependant, les procédés de fixation sont relativement complexes et onéreux. De plus, le poids de l'ensemble des composants augmente de manière non négligeable le poids des véhicules.
Objet de l'invention Le but de la présente invention concerne l'obtention d'un collecteur pour un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur avec de faibles coûts de production, un poids réduit et permettant d'assurer un fonctionnement adapté aux conditions de hautes pressions. Le collecteur pour un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur selon la présente invention vise à remédier aux inconvénients des collecteurs de chaleur connus de l'état de la technique, en proposant une conception améliorée quant à la formation d'un faisceau d'échange. A cet effet, la présente invention concerne un collecteur adapté pour être utilisé avec un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur, ledit faisceau d'échange comprenant au moins une première rangée de tubes et une deuxième rangée de tubes, les tubes étant adaptés pour permettre la circulation d'un premier fluide dans le faisceau d'échange, le collecteur comprenant au moins : - un premier élément de contact pour maintenir le côté supérieur d'une première extrémité de la première rangée de tubes, un deuxième élément de contact pour maintenir le côté inférieur de ladite première extrémité de la première rangée de tubes et pour maintenir le côté supérieur d'une première extrémité de la deuxième rangée de tubes, l'épaisseur du deuxième élément de contact définissant la distance entre lesdites première et deuxième rangées de tubes, et un troisième élément de contact pour maintenir le côté inférieur de ladite première extrémité de la deuxième rangée de tubes, - les premier, deuxième et troisième éléments de contact étant équidistants, la première extrémité du premier élément de contact étant, connectée à la première extrémité du deuxième élément de contact au moyen d'au moins un premier connecteur plié et la deuxième extrémité du deuxième élément de contact étant connectée, à la deuxième extrémité du troisième élément de contact, au moyen d'au moins un deuxième élément de connexion plié. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la tôle comprend du métal tel que l'aluminium.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le matériau de ladite tôle comprend de l'aluminium plaqué. L'invention concerne également une tôle d'un matériau pliable comprenant des éléments de pliage, ladite tôle étant configurée de telle sorte que, lorsqu'elle est pliée à l'aide d'éléments de pliage, elle forme un collecteur selon l'une quelconque des revendications qui précèdent. Brève description des dessins Les but, objets et caractéristiques de la présente invention ainsi que ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, d'un mode de réalisation préféré d'un échangeur de chaleur selon l'invention, faite en référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 montre une vue éclatée d'un échangeur de chaleur comprenant un collecteur d'un faisceau d'échange selon un mode de réalisation de la présente invention, la figure 2 représente le collecteur de la figure 1, selon une forme initiale plane, avant pliage dudit collecteur, la figure 3 montre le collecteur de la figure 2, selon une forme intermédiaire, lors du pliage dudit collecteur, la figure 4 représente le collecteur, selon les figures 2 et 3, selon une forme finale, après le pliage dudit collecteur, la figure 5 montre un échangeur de chaleur assemblé comprenant le collecteur selon les figures 2, 3, 4, et la figure 6 représente un collecteur pour un faisceau d'échange selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 représente, selon une vue éclatée, un premier mode de réalisation d'un échangeur de chaleur 1 comprenant au moins un collecteur 60 pour un faisceau d'échange 10 selon la présente invention. L'échangeur de chaleur 1 comprend des parois 2, 3, 4 qui, assemblées, forment un boîtier ou carter représentant la paroi extérieure dudit échangeur de chaleur 1. La paroi 3 forme la partie supérieure de l'échangeur de chaleur 1, la paroi 5 forme le fond dudit échangeur de chaleur 1 et les parois 2, 4 forment les parties latérales dudit échangeur de chaleur 1. A l'intérieur du boîtier, l'échangeur de chaleur contient un faisceau d'échange permettant un échange de chaleur entre un premier et un deuxième fluide. Le faisceau d'échange comprend des rangées de tubes 30 empilées de manière essentiellement parallèles entre elles pour former un empilement 31. L'empilement 31 des tubes 30 est, en ses deux extrémités, connecté à deux collecteurs 60 présentant plusieurs fonctions. Ainsi, les collecteurs 60 peuvent recevoir et maintenir les différents tubes 30 de l'empilement 31. Les collecteurs 60 sont disposés dans une position essentiellement parallèle, l'un par rapport à l'autre.
La forme et le fonctionnement des collecteurs 60 sont décrits ci-dessous en détail en référence aux figures 1, 2, 3 et 4. Comme montré sur la figure 1, chaque collecteur 60 est connecté à un élément de raccordement 40, 50. Le raccordement 40 est pourvu d'une entrée 41 pour un premier fluide, ledit fluide pouvant pénétrer à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 1 via l'entrée 41. Le raccordement 50 est pourvu d'une sortie 51. Le premier fluide peut circuler à l'intérieur des différents tubes 30 formant l'empilement 31 en direction du raccordement 50. Le premier fluide peut ensuite sortir de l'échangeur de chaleur 1 par la sortie 51 du raccordement 50. Le premier fluide, circulant de l'entrée 41 vers la sortie 51, est, par exemple, un fluide tel que de l'huile présente dans un circuit d'huile et nécessitant d'être refroidie au cours de son utilisation classique. Afin d'être refroidi, ledit fluide circule à l'intérieur des tubes 30 formant ensemble l'empilement 31. Des canaux sont présents à l'extérieur des tubes 30, permettant à un deuxième fluide de se déplacer, à contre-courant du premier fluide, d'une entrée 22, présente dans la paroi 2, vers une sortie 21 également présente dans ladite paroi 2. Afin de créer les différents canaux entre les tubes 30 formant l'empilement 31, lesdits tubes 30 peuvent être connectés, les uns avec les autres, en imposant une distance entre chaque tube telle que le deuxième fluide peut circuler de l'entrée 22 vers la sortie 21. Selon la présente invention, il est important que les différents tubes 30, formant ensemble l'empilement 31, soient fixés de façon optimale afin de permettre l'utilisation de l'échangeur de chaleur 1 sous des conditions de hautes pressions. Selon la figure 1, les collecteurs 60 permettent de fixer les différentes plaques les unes par rapport aux autres, et d'assurer la fonctionnalité de l'échangeur de chaleur 1.
La figure 2 montre un des collecteurs 60 sous la forme initiale d'une tôle plane. Le collecteur 60 comprend deux faces et est poinçonné de manière à aménager la circulation du fluide entre les différents tubes ainsi que le passage des tubes eux-mêmes. La tôle, telle que montrée sur la figure 2, est pliée lors d'une procédure de pliage afin d'obtenir le collecteur 60, tel que montré sur la figure 1. La forme intermédiaire obtenue lors de la procédure de pliage est montrée sur la figure 3. La forme finale de la tête, après la procédure de pliage, est montrée sur la figure 4. Pour permettre la réalisation du procédé de pliage et les différentes fonctionnalités du collecteur 60, ledit collecteur 60 est pourvu d'une série d'éléments de contact 61, 62 connectés les uns aux autres grâce à des éléments de connexion 63, 64, 65 adaptés pour être pliés. Chaque premier élément de contact 61 est connecté à un deuxième élément de contact 62, à l'aide de deux éléments de connexion 63 se trouvant essentiellement sur les bordures de la tôle. Chaque deuxième élément de contact 62 est connecté à un premier élément de contact 61 adjacent, à l'aide d'une série de quatre éléments de connexion 64 situés entre les deux bordures de la tôle 60. Les éléments de contact 61, 62 délimitent entre eux les ouvertures 65 adaptées pour laisser passer, individuellement, un tube de l'empilement 30 tel que montré sur la figure 1. Les ouvertures 66, 67, 68 forment ensemble un passage permettant de laisser passer une rangée de tubes 30 de l'empilement 31. L'épaisseur de la tôle 60 correspond à la hauteur du passage du liquide de refroidissement circulant entre les différents tubes 30, de l'entrée 22 vers la sortie 21, tel que montré sur la figure 1. La tôle 60 est spécifiquement traitée pour obtenir des surfaces chanfreinées en vue de faciliter l'insertion des différents tubes 30 de l'empilement 31. Par ailleurs, la tôle 60 comporte des rainures permettant d'éviter le bouchage des micro-canaux par le fluide avant d'être pliée. Le collecteur 60, obtenu après pliage de la tôle 60, comme montré sur la figure 4, est, généralement, adapté pour un nombre de tubes inférieur à 30. En pratique, l'épaisseur du collecteur 60, tel que montré sur la figure 4, est limitée à environ 500mm. Par ailleurs, selon la présente invention, la fixation des différents tubes 30, formant ensemble l'empilement 31, est réalisée à l'aide d'un dispositif léger peu onéreux.
La figure 5 montre l'utilisation, au sein d'un échangeur de changeur 1, du collecteur 60 selon la présente invention. La paroi extérieure de l'échangeur de chaleur est partiellement retirée afin de montrer les différents éléments dudit échangeur de chaleur 1. La figure 5 montre la sortie 21 par laquelle s'évacue le fluide de refroidissement. Le collecteur 60, ainsi que les différents tubes 30 formant l'empilement 31, sont visibles à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 1. La production d'un collecteur 60, tel que montré sur les figures 2, 3, 4, est relativement peu onéreuse et permet d'obtenir un collecteur 60 particulièrement léger. Grâce à la forme et aux fonctionnalités du collecteur 60, l'échangeur de chaleur 1 peut être utilisé dans des conditions de hautes pressions. La figure 6 représente un collecteur 70 selon une variante de la présente invention. Le collecteur 70 comprend des éléments de contact 61 permettant de maintenir les différents tubes 30 d'un empilement 31 selon la figure 1 et connectés par des éléments de connexion 72 situés sur le bord latéral dudit collecteur 70. Les éléments de connexion 72 permettent de réaliser un procédé de pliage pour obtenir ledit collecteur 70.

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS1. Collecteur (60) adapté pour être utilisé avec un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur, ledit faisceau d'échange comprenant au moins une première rangée de tubes (30) et une deuxième rangée de tubes (30), les tubes (30) étant adaptés pour permettre la circulation d'un premier fluide dans le faisceau d'échange, le collecteur (60) comprenant au moins : - un premier élément de contact (61, 62) pour maintenir le côté supérieur d'une première extrémité de la première rangée de tubes, un deuxième élément de contact (61, 62) pour maintenir le côté inférieur de ladite première extrémité de la première rangée de tubes et pour maintenir le côté supérieur d'une première extrémité de la deuxième rangée de tubes, l'épaisseur du deuxième élément de contact définissant la distance entre lesdites première et deuxième rangées de tubes, et - un troisième élément de contact (61, 62) pour maintenir le côté inférieur de ladite première extrémité de la deuxième rangée de tubes (30), - les premier, deuxième et troisième éléments de contact étant équidistants, la première extrémité du premier élément de contact (61) étant, connectée à la première extrémité du deuxième élément de contact (62) au moyen d'au moins un premier connecteur plié et la deuxième extrémité du deuxième élément de contact (61, 62) étant connectée, à la deuxième extrémité du troisième élément de contact (61, 62), au moyen d'au moins un deuxième élément de connexion (63, 64) plié.
  2. 2. Collecteur (60) selon la revendication 1, dans lequel ledit collecteur (60) comprend du métal tel que l'aluminium.
  3. 3. Collecteur selon la revendication 2, dans lequel le matériau dudit collecteur (60) comprend de l'aluminium plaqué.
  4. 4. Tôle d'un matériau pliable comprenant des éléments de pliage, ladite tôle étant configurée de telle sorte que, lorsqu'elle est pliée à l'aide d'éléments de connexion (63, 64), elle forme un collecteur (60) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 20 25 30
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