FR3060727A1 - Echangeur de chaleur a plaque collectrice amelioree. - Google Patents

Echangeur de chaleur a plaque collectrice amelioree. Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur de chaleur (1) brasé comprenant : ° un faisceau de tubes (2) comportant une pluralité de tubes (2) disposés parallèlement les uns aux autres, ledit faisceau de tubes (2) comporte des intercalaires (6) disposés entre les tubes (2), ° deux collecteurs (3), un collecteur (3) étant disposé de chaque côté du faisceau de tubes (2), chaque collecteur (3) comportant une plaque collectrice (4), ladite plaque collectrice (4) comprenant des orifices à l'intérieur desquels sont introduits les extrémités des tubes (2), la plaque collectrice (4) comportant en outre un rebord (41) sur sa périphérie remontant vers le couvercle (8) de sorte à former une gorge (44) dans laquelle vient s'insérer le couvercle (8), le rebord (41) comportant des pattes de sertissage (43) repliées sur un épaulement (80) du couvercle (8). les pattes de sertissage (43) comportant une zone de pliage desdites pattes de sertissage (43) présentant une épaisseur de paroi plus faible par rapport au rebord (41).

Description

Échangeur de chaleur à plaque collectrice améliorée.
L'invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier pour véhicule 5 automobile.
Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant une pluralité de tubes entre lesquels sont insérées des intercalaires. Les tubes sont généralement des tubes de section circulaire, ovale ou oblongue, et ayant des extrémités introduites dans des orifices d'une plaque collectrice. On parle d'un échangeur de chaleur brasé lorsque la liaison entre les tubes et la plaque collectrice est réalisée par brasage. Cette liaison est donc rigide et ne peut pas compenser les phénomènes de dilatation et de rétractation liés aux variations de température lors de l'utilisation de l'échangeur de chaleur. Au fil du temps du fait de ces dilatations et rétractations thermiques, le métal dans lequel sont formés les tubes et la plaque collectrice peut se fatiguer et cela peut entraîner la formation de fissures au niveau de la liaison entre les tubes et la plaque collectrice et ainsi potentiellement engendrer des fuites ou des ruptures.
Une solution connue est de disposer une ou plusieurs plaques de renfort planes entre la plaque collectrice et les intercalaires. Ces plaques de renfort planes sont généralement brasées avec la plaque collectrice et les tubes afin d'augmenter la résistance de l'ensemble aux efforts liés à la dilatation et la rétractation thermique. Cependant, l'ajout de telles plaques de renfort planes rajoute des étapes dans le processus de production et augmente de fait les coûts de production.
Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur amélioré.
La présente invention concerne donc échangeur de chaleur comprenant :
° un faisceau de tubes comportant une pluralité de tubes disposés parallèlement les uns aux autres, ledit faisceau de tubes comporte des intercalaires disposés entre les tubes, ° deux collecteurs, un collecteur étant disposé de chaque côté du faisceau de tubes, chaque collecteur comportant une plaque collectrice, ladite plaque collectrice comprenant des orifices à l'intérieur desquels sont introduits les extrémités des tubes, la plaque collectrice comportant en outre un rebord sur sa périphérie remontant vers le couvercle de sorte à former une gorge dans laquelle vient s’insérer le couvercle, le rebord comportant des pattes de sertissage repliées sur un épaulement du couvercle.
les pattes de sertissage comportant une zone de pliage desdites pattes de sertissage présentant une épaisseur de paroi plus faible par rapport au rebord. Cette zone de pliage permet de replier les pattes de sertissage tout en ayant une plaque collectrice dont l'épaisseur est augmentée et suffisante pour résister au stress mécanique engendré par les cycles de fonctionnement de l'échangeur de chaleur qui provoquent des phénomènes de dilatations et rétractations thermiques ainsi que par les vibrations.
Selon un aspect de l’invention, la zone de pliage a une épaisseur inférieure de 25 % à 40 % par rapport à l'épaisseur du reste de la plaque collectrice.
Selon un autre aspect de l’invention, la zone de pliage s'étend sur l'ensemble de la patte de sertissage.
Selon un autre aspect de l’invention, la patte de sertissage est amincie sur la face externe de la plaque collectrice.
Selon un autre aspect de l’invention, la zone de pliage est une rainure de pliage ménagée à la base de la patte de sertissage.
Selon un autre aspect de l’invention, la rainure de pliage est ménagée sur la face interne de la plaque collectrice.
Selon un autre aspect de l’invention, la zone de pliage a une épaisseur de l'ordre de 1,5mm et que la plaque collectrice a une épaisseur de l'ordre de 2mm.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
• la figure 1 montre une représentation schématique d'un échangeur de chaleur, • la figure 2 montre une représentation schématique en coupe d'un collecteur d'un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation, • la figure 3 a montre une représentation schématique partielle en coupe du collecteur de la figure 2 avec les pattes de sertissage dépliées, • la figure 3b montre une représentation schématique du rebord de la plaque collectrice et des pattes de sertissage du collecteur de la figure 3a, • la figure 4a montre une représentation schématique partielle en coupe du collecteur d'un échangeur de chaleur avec les pattes de sertissage dépliées selon un deuxième mode de réalisation, • la figure 4b montre une représentation schématique du rebord de la plaque collectrice et des pattes de sertissage du collecteur de la figure 4a.
Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente description on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et deuxième paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tels ou tels critères.
La figure 1 montre un échangeur de chaleur 1, généralement de forme parallélépipédique, comprenant un faisceau formé d'une pluralité de tubes 2 à l'intérieur desquels peut circuler un premier fluide caloporteur. Les tubes 2 sont de section circulaire, ovale ou oblongue. Entre les tubes 2, sont disposés des intercalaires 6 qui agissent comme perturbateur et augmentent la surface d'échange thermique avec un deuxième fluide caloporteur passant entre les tubes 2.
Les tubes 2 et les intercalaires 6 sont généralement réalisés en métal. Les tubes 2 et les intercalaires 6 formant le faisceau sont fixés entre eux par brasage. Les intercalaires 6 sont par exemple des bandes ondulées ou crénelées, placées entre les tubes 2 et fixées auxdits tubes 2 par brasage. On parle alors de faisceau brasé.
L'échangeur de chaleur 1 comporte également deux collecteurs 3 ou boites à eau, un collecteur 3 étant disposé à chaque extrémité des tubes 2. Ces collecteurs 3 comportent chacun une plaque collectrice 4 et un couvercle 8 venant recouvrir la plaque collectrice 4 et refermer le collecteur 3. Ces collecteurs 3 permettent la collecte et/ou la distribution du premier fluide caloporteur afin qu'il circule dans les tubes 2.
La plaque collectrice 4 fait la liaison de façon étanche entre le collecteur 3 et le faisceau de tubes 2. La plaque collectrice 4 peut être réalisée en métal. De plus, la plaque collectrice 4 peut être de forme générale rectangulaire. La plaque collectrice 4 comporte également une pluralité d'orifices ayant une forme correspondante à la forme de la section des tubes 2 et propres à recevoir les extrémités des tubes 2. Les tubes 2 sont fixés à la plaque collectrice 4 de façon étanche par brasage.
Les tubes 2, les intercalaires 6 ainsi que les plaques collectrices 4 étant brasés, ces derniers sont réalisés dans un matériau métallique notamment en aluminium ou alliage d'aluminium.
Comme illustré à la figure 2 qui est une représentation schématique d'une coupe transversale d'un collecteur 3, la plaque collectrice 4 comporte sur toute sa périphérie un rebord 41 remontant vers le couvercle 8 de sorte à former une gorge 42 dans laquelle vient s’insérer le couvercle 8. Un joint (non représenté) est inséré dans cette gorge 44 afin d'assurer l'étanchéité entre le couvercle 8 et la plaque collectrice 4. Le couvercle 8 est maintenu contre la plaque collectrice 4 par des pattes de sertissage 43 disposées sur le rebord 41 et repliées sur un épaulement 80 du couvercle 8.
Les pattes de sertissage 43 comportent une zone de pliage présentant une épaisseur de paroi plus faible par rapport au rebord 4L Cette zone de pliage permet de replier les pattes de sertissage 43 tout en ayant une plaque collectrice 4 dont l'épaisseur est augmentée et suffisante pour résister au stress mécanique engendré par les cycles de fonctionnement de l'échangeur de chaleur 1 qui provoquent des phénomènes de dilatations et rétractations thermiques ainsi que par les vibrations.
Comme le montrent les figures 3a et 3b, la zone de pliage peut s'étendre sur l'ensemble de la patte de sertissage 43. L'épaisseur el de la patte de sertissage 43 est inférieure à l'épaisseur e2 du rebord 41 et du reste de la plaque collectrice 4. Cela permet de replier la patte de sertissage 43 sur l'épaulement 80 du couvercle 8 et ainsi de le maintenir efficacement. La possibilité de replier la patte de sertissage 43 moins épaisse est ainsi possible alors que l'épaisseur du rebord 41 et du reste de la plaque collectrice 4 est suffisante pour résister au stress mécanique engendré par les cycles de fonctionnement de l'échangeur de chaleur 1 qui provoquent des phénomènes de dilatations et rétractations thermiques ainsi que par les vibrations. La patte de sertissage moins épaisse peut être réalisée par usinage de la plaque collectrice 4.
Comme le montre la figure 3a, afin toujours de facilité le repliement de la patte de sertissage 43, la patte de sertissage 43 est de préférence amincie sur la face externe de la plaque collectrice 4, c'est-à-dire sa face destinée à être à l'opposé du couvercle 8.
Comme le montrent les figures 4a et 4b, la zone de pliage peut être une rainure de pliage 44 ménagée à la base de la patte de sertissage 43. L'épaisseur el au niveau de cette rainure de pliage 44 est inférieure à l'épaisseur e2 du rebord 41, de la patte de sertissage 43 et du reste de la plaque collectrice 4. Cela permet de replier la patte de sertissage 43 sur l'épaulement 80 du couvercle 8 et ainsi de le maintenir efficacement. La possibilité de replier la patte de sertissage 43 est ainsi possible alors que l'épaisseur du rebord 41, de la patte de sertissage 43 et du reste de la plaque collectrice 4 est suffisante pour résister au stress mécanique engendré par les cycles de fonctionnement de l'échangeur de chaleur 1 qui provoquent des phénomènes de dilatations et rétractations thermiques ainsi que par les vibrations. La rainure de pliage 44 peut être réalisée par usinage de la plaque collectrice 4.
Comme le montre la figure 4a, afin toujours de facilité le repliement de la patte de sertissage 43, cette rainure de pliage 44 est de préférence ménagée sur la face interne de la plaque collectrice 4, c'est-à-dire sa face destinée à être en vis à vis du couvercle 8.
La zone de pliage a de préférence une épaisseur el inférieure de 25 % à 40 % par rapport à l'épaisseur e2 du reste de la plaque collectrice 4. Une telle proportion permet d'avoir une plaque collectrice 4 suffisamment épaisse pour résister au stress mécanique sans empêcher la possibilité de réaliser la fixation du couvercle 8 au moyen des pattes de sertissages 43 repliées sur l'épaulement dudit couvercle 8.
Il est ainsi possible d'avoir une plaque collectrice 4 en aluminium ou alliage d'aluminium ayant une épaisseur e2 de l'ordre de 2mm ce qui est suffisant pour résister au stress mécanique. La zone de moindre épaisseur au niveau de laquelle les pattes de sertissage 43 sont repliées, que ce soit la patte de sertissage 43 dans son ensemble ou une rainure 44, peut quant à elle avoir une épaisseur de l'ordre de 1,5mm, ce qui est suffisant pour permettre le repliement des pattes de sertissage 43.
Ainsi, on voit bien que l’échangeur thermique 1 selon l'invention, permet une meilleur résistance de la plaque collectrice 4 tout en continuant de permettre la fixation du couvercle 8 au moyen de pattes de sertissage 43.
Dans les exemples précédents, l’échangeur de chaleur proposé est de type brasé. Toutefois, l’invention peut tout aussi bien s’appliquer à un échangeur de chaleur de type mécanique, pour lequel la liaison entre les tubes et la plaque collectrice est assurée via un joint d’étanchéité mis en compression entre les tubes et la plaque collectrice de l’échangeur de chaleur de type mécanique. Le cas échéant, l’invention permet de replier facilement les pattes de sertissage tout en ayant une plaque collectrice dont l'épaisseur est augmentée pour une meilleure résistance mécanique.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS
    1. Echangeur de chaleur (1) comprenant :
    ° un faisceau de tubes (2) comportant une pluralité de tubes (2) disposés parallèlement les uns aux autres, et des intercalaires (6) disposées entre les tubes (2), ° deux collecteurs (3), un collecteur (3) étant disposé de chaque côté du faisceau de tubes (2), chaque collecteur (3) comportant une plaque collectrice (4), ladite plaque collectrice (4) comprenant des orifices à l'intérieur desquels sont introduits les extrémités des tubes (2), la plaque collectrice (4) comportant en outre un rebord (41) sur sa périphérie remontant vers le couvercle (8) de sorte à former une gorge (44) dans laquelle vient s’insérer le couvercle (8), le rebord (41) comportant des pattes de sertissage (43) repliées sur un épaulement (80) du couvercle (8).
    caractérisé en ce que les pattes de sertissage (43) comportent une zone de pliage desdites pattes de sertissage (43) présentant une épaisseur de paroi plus faible par rapport au rebord (41).
  2. 2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel la zone de pliage a une épaisseur (el) inférieure de 25 % à 40 % par rapport à l'épaisseur (e2) du reste de la plaque collectrice (4).
  3. 3. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la zone de pliage s'étend sur l'ensemble de la patte de sertissage (43).
  4. 4. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel la patte de sertissage (43) est amincie sur la face externe de la plaque collectrice (4).
  5. 5. Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la
    5 zone de pliage est une rainure de pliage (44) ménagée à la base de la patte de sertissage (43).
  6. 6. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel la rainure de pliage (44) est ménagée sur la face interne de la plaque collectrice (4).
  7. 7. Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la zone de pliage a une épaisseur (el) de l'ordre de 1,5mm et que la plaque collectrice (4) a une épaisseur (e2) de l'ordre de 2mm.
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