WO2005031240A1 - Echangeur de chaleur de forme cintrée et procédé pour sa fabrication - Google Patents

Echangeur de chaleur de forme cintrée et procédé pour sa fabrication Download PDF

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WO2005031240A1
WO2005031240A1 PCT/FR2004/002432 FR2004002432W WO2005031240A1 WO 2005031240 A1 WO2005031240 A1 WO 2005031240A1 FR 2004002432 W FR2004002432 W FR 2004002432W WO 2005031240 A1 WO2005031240 A1 WO 2005031240A1
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heat exchanger
tubes
bending
deformation zones
exchanger according
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PCT/FR2004/002432
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Inventor
Jean-Louis Laveran
Jérôme GENOIST
Jean Lathiere
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Valeo Thermique Moteur
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    • F28D2001/0273—Cores having special shape, e.g. curved, annular

Definitions

  • the invention relates to the field of heat exchangers, in particular for motor vehicles.
  • a heat exchanger comprising a bundle of tubes, each tube being defined by a longitudinal axis, and at least one manifold into which the tubes of the bundle open.
  • Such heat exchangers find numerous applications for effecting heat exchange between different types of fluids (gas, liquid, multi-phase fluid). They are used in particular in motor vehicles to constitute, for example, an engine cooling radiator, a cabin heating radiator, an oil cooling radiator, an air conditioning condenser, an air conditioning evaporator, etc. .
  • secondary heat exchange surfaces are associated with the bundle tubes.
  • these exchange surfaces are generally constituted by corrugated spacers which are arranged each time between two contiguous tubes of the bundle.
  • the object of the invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks.
  • the invention provides a heat exchanger of the type defined in the introduction, in which the collecting box (es) comprise at least one curved zone, preferably each collecting box is made in several parts, each 'being curved substantially according to the same radius (s) of bending.
  • the bending is carried out in the direction of the manifolds, the tubes not undergoing deformation.
  • a curved heat exchanger capable of adapting to different types of configuration, in particular those in which the circulation of the fluid takes place in vertical tubes arranged between horizontal manifolds. It follows that these manifolds can have a curved shape which is particularly suitable for motor vehicles whose front face has an arcuate or curved shape.
  • the longitudinal axes of the tubes are mutually parallel.
  • the invention preferably applies to heat exchangers of the brazed type, but it can also be applied to other types of heat exchangers, in particular heat exchangers with mechanical assembly.
  • each of the manifolds comprises at least one side wall having deformation zones allowing a deformation by compression or extension of the side wall. Compression deformation results in shrinking of the material, while extension deformation results in stretching of the material from which the side wall is formed.
  • the invention applies to different types of manifolds.
  • each of the manifolds has a U-shaped section with a bottom wall provided with openings for receiving the tubes and two side walls attached to the> bottom wall, these zones of deformation are preferably formed in at least one of the side walls.
  • one of the side walls which can also be called “concave wall”
  • inner wall which can also be called “concave wall”
  • compression deformation zones can be produced in particular in the form of cups.
  • one of the side walls which can also be called “convex wall” undergoes an extension during bending. It is advantageous then that the deformation zones are stretch deformation zones. These stretch deformation zones can be produced, for example, in the form of bellows.
  • deformation zones are provided in the bottom wall, between the openings for receiving the tubes.
  • the areas immediately surrounding the openings of the tubes are not affected during bending.
  • the invention can also be applied to other types of manifolds, in particular to manifolds formed by successions of ends for receiving tubes.
  • the deformation zones are formed in the bosses which form the side walls.
  • the invention applies very particularly to heat exchangers in which corrugated spacers are arranged between the tubes, these spacers comprising substantially straight portions alternating with bent portions.
  • the bent parts are arranged to absorb deformations resulting from the bending of the beam.
  • these bent parts usually have a circular arc shape with a predefined initial radius, it will be understood that the radius of these bent parts will undergo a modification during the bending of the heat exchanger. This modification will result either in a decrease in the radius on the side of the inner face or concave face, or on the contrary by an increase in the radius on the side of the outer face or convex face.
  • the invention in another aspect, relates to a method of manufacturing a heat exchanger as defined above, in which a heat exchanger is provided, comprising a bundle of tubes and at least one manifold having a configuration generally plane, which includes a bending operation of the collector box (es).
  • the bending is carried out on a flat heat exchanger, initially brazed.
  • the bending must be carried out gradually to bend the manifold (s), while the bundle tubes preferably remain substantially parallel to each other.
  • the bending operation is carried out by means of rollers having respective axes parallel to the longitudinal axes of the tubes.
  • the bending operation c) is carried out by means of a mobile press cooperating with mobile supports with variable spacing.
  • this bending operation is carried out with a press having a shaped face, arranged to be applied against a first face of the heat exchanger which must be brought to a concave shape, and with two support rollers, arranged to be applied against a second face of one heat exchanger which must be brought to a convex shape.
  • the two support rollers have respective axes parallel to each other and to the longitudinal axes of the bundle tubes and they are progressively spaced from each other as the press is moved towards the first face of the exchanger. heat.
  • FIG. 1 is a perspective view of a brazed heat exchanger, curved structure, according to the invention, wherein the manifolds are of the U-type;
  • Figure 2 is a partial perspective view of one heat exchanger of Figure 1, illustrating the mounting of a cover on the manifold, before brazing and before bending;
  • FIG. 3 is a top view of the U-shaped manifold before bending
  • Figure 4 is a view similar to Figure 3 after bending (the cover of the manifold being removed);
  • Figure 5 is a perspective view of the manifold of Figures 3 and 4, once bent (the cover of the manifold being removed);
  • FIG. 7 is a partial perspective view of another manifold with U-section before bending
  • FIG. 8 is a top view of the manifold of Figure 7 before bending
  • Figure 9 is a view similar to Figure 8 after bending the manifold
  • FIG. 10 is a perspective view of the manifold of Figures 7 to 9, after bending;
  • FIG. 12 is a partial perspective view of another U-section manifold according to the invention, before bending;
  • FIG. 13 is a top view of the manifold of Figure 12 before bending
  • Figure 14 is a view similar to Figure 13 after bending the manifold;
  • Figure 15 is a perspective view of the manifold of Figures 12 to 14 after bending;
  • - Figure 16 shows the deformation of the bottom wall of the manifold of Figures 12 to 15;
  • - Figure 17 is a partial perspective view of a heat exchanger whose manifolds are each formed by a stack of end pieces which individually receive the bundle tubes;
  • FIG. 18 is a top view of the manifold of one heat exchanger of Figure 17, before bending;
  • Figure 19 is a view similar to Figure 18, after bending;
  • FIG. 21 is a perspective view of a tip receiving one end of a tube
  • FIG. 22 is a partial perspective view of a heat exchanger comprising a multiplicity of tubes and nozzles similar to Figure 21;
  • FIG. 23 is a schematic representation showing the deformation of a corrugated interlayer disposed between two contiguous tubes of a bundle;
  • Figures 24 and 25 show the variations of the radii of the bent parts of the corrugated inserts, respectively on the outside of the bent part and on the inside of the bent part;
  • Figure 26 illustrates the bending of a heat exchanger by a process using rollers;
  • FIG. 1 shows a brazed type heat exchanger, generally designated by the reference 10, in accordance with the invention.
  • This exchanger comprises a bundle 12 formed of a multiplicity of parallel flat tubes 14 between which are arranged corrugated spacers 16 forming secondary heat exchange surfaces.
  • the tubes 14 of the bundle 12 have longitudinal axes 15 which are mutually parallel. Only the axes 15 of two of the tubes 14 are shown in FIG. 1.
  • the heat exchanger 10 is designed to be installed in a motor vehicle, the tubes 14 being generally vertical.
  • the respective ends of the tubes 14 open on one side into a manifold 18 (here in the upper part) and on the other side into a manifold 20 (here in the lower part).
  • a heat exchanger may in particular constitute a radiator for cooling a motor vehicle engine.
  • the manifolds 18 and 20 have a curved shape and the bundle 12 has a similar curved shape, the tubes 14 being parallel to each other and the corrugated spacers 16 undergoing limited deformation during bending.
  • the heat exchanger thus has an interior side CI (or concave side) and an exterior side CE (or convex side).
  • the bending is carried out over the entire length of the manifolds, but it is of course possible to perform the bending on only one area of each manifold, the latter further comprising a straight area.
  • the bending of the heat exchanger is carried out after assembly and brazing of its various components.
  • the manifold 18 here has a rectilinear shape and a U-shaped section. It comprises a bottom wall 22 provided with openings 24 for receiving the tubes (FIGS. 2 and 3). These openings 24 are slots of elongated shape, arranged parallel to each other, and each intended to receive one end of a tube 14 of the bundle.
  • the bottom wall 22 is attached to two side walls 26 generally parallel to each other.
  • the manifold 18 is closed by a cover 28 having a main wall 30 and two side walls 32 ( Figure 2).
  • the manifold 20 (not shown in Figure 2) is closed by a similar cover. After assembling the heat exchanger, it is brazed and then deformed to give it a curved shape. This bending results in a bending of the manifolds 18 and 20 and of the bundle 12. The tubes 14 remain parallel to each other, while the spacers 16 undergo a slight deformation.
  • Figure 4 shows the deformation undergone by the manifold 18. It is seen that the sidewall 26 located on the inner side is deformed by compression (swaging of the material), whereas. the wall 28 located on the outer side undergoes deformation by extension, that is to say by stretching the material.
  • FIG. 5 shows more particularly the zones 34 of deformation by compression (shrinking of the material) and the zones 36 of deformation by extension (stretching of the material).
  • deformation zones 38 occur spontaneously during the bending of the manifold.
  • Deformation zones 38 also appear in the bottom wall 22, as can be seen in FIG. 6. These deformation zones 38 occur in zones situated between the openings 24 for receiving the tubes.
  • Figures 7 to 11 illustrate a first embodiment.
  • compression deformation zones comprising cups 40
  • These bowls 40 are produced in the form of folds extending in a direction generally parallel to one another and parallel to the bending generators. They are advantageously made in regions of the side wall which correspond to regions of the bottom wall, which are located between the openings, as can be seen in FIGS. 8 and 9.
  • the side wall 26 situated on the side exterior has no prior deformation. It undergoes deformations by extension or stretching of the material, as shown in FIG. 10.
  • the bottom wall 22 includes deformation zones 38 similar to those shown in FIG. 6.
  • the inner side wall has bowls 40, made in the form of parallel folds.
  • the side wall 26 located on the outside has parallel folds 42, also called bellows, which facilitate the deformation of this outer side wall during bending.
  • the bellows 42 are located in zones which open into zones of the bottom wall situated outside the openings for receiving the tubes.
  • FIGS. 17 to 20 show another embodiment of the invention, in which the manifold 18 is formed by a succession of end pieces 44 which individually receive the end of a tube.
  • Each of the end pieces 44 delimits a housing and is extended by two bosses 46 each provided with a perforation or circular opening 48.
  • These end pieces are arranged aligned and communicate with each other through their respective openings 48 to form a manifold which communicates with the tubes of the beam.
  • Tips of this type are described in French patent application No. 01 17033 (publication number 2 834 336) already cited.
  • Figure 21 illustrates a particular embodiment of an end piece 46 receiving a tube 14.
  • Figure 22 shows a heat exchanger formed from end pieces and tubes according to Figure 21, the assembly being bent.
  • corrugated spacers of the type shown diagrammatically in FIG. 1, can also be inserted between the tubes.
  • FIG. 23 shows, exaggeratedly, the deformation undergone by a corrugated interlayer 16 placed between two tubes 14.
  • the tubes 14 are flat tubes and have large sides 50 which are parallel to each other and parallel to the sides analogues of other tubes.
  • the tubes 14 and the interlayer 16 have the configuration shown in solid lines in FIG. 23.
  • the tubes After bending, the tubes form an angle ⁇ between them (exaggerated in FIG. 23) and the corrugated interlayer 16 also undergoes deformation. (also exaggerated in Figure 23).
  • the configuration obtained after bending is shown in broken lines in FIG. 23.
  • the corrugated interlayer 16 comprises substantially straight parts 52 (possibly provided with louvers) which are joined together by bent parts. 54 which initially have a radius R. By way of example, this radius R can be 0.4 mm.
  • this radius R can be 0.4 mm.
  • the corrugated interlayer 16 undergoes deformation by extension or elongation.
  • the bending radius R will decrease and go, for example, from 0.5mm to 0.4mm.
  • the corrugated interlayer 16 undergoes compression deformation, so that the bending radius R will increase.
  • this radius can go from 0.5mm to 0.6mm on the inside.
  • the pitch P ( Figures 24 and 25) remains identical on the inside and on the outside.
  • the deformations undergone by the corrugated spacers, during bending occur in the bent portions 54.
  • the deformations can be concentrated on the corrugated spacers, without causing deformations to the tubes. As these deformations occur in the bent parts, they do not affect the solder connections between the bent parts and the tubes of the heat exchanger.
  • the manufacturing method of the invention essentially comprises an operation of bending the manifold or boxes of the heat exchanger.
  • a heat exchanger in one embodiment, we first begin by assembling, in a first operation, the bundle of tubes and the manifolds to form a conventional heat exchanger having a configuration generally plane. In a second operation, the heat exchanger thus assembled is brazed flat to form a brazed heat exchanger. It is only then that, in a third operation, the brazed heat exchanger is gradually bent to bend the manifolds, while the bundle tubes remain substantially parallel to each other. As already indicated, if corrugated spacers are present between the tubes of the bundle, these spacers then undergo limited deformations.
  • FIG. 26 illustrates a first embodiment of the method in which the bending is carried out by means of rollers. More particularly the bending is carried out by means of three rollers which include a pair of opposite rollers 56 and 58, and a third movable roller 60. These rollers 56, 58 and 60 have respective axes 62, 64 and 66 which are parallel to each other and to the longitudinal axes 15 of the tubes of the heat exchanger.
  • the brazed heat exchanger 10 initially flat, passes between the two rollers 62 and 64 which define between them a space adapted to the thickness.
  • the heat exchanger 10 passes under the roller 60 which is gradually moved away from the rollers 56 and 58 in the direction of the arrow 68.
  • Figures 27 and 28 illustrate another embodiment of the method of the invention which uses a press 70 and two support rollers 72 and 74 having respective axes 76 and 78 which are parallel to each other and to the longitudinal axes 15 of the tubes of the beam.
  • the press 70 has a shaped face 80, arranged to be applied against a first face of the heat exchanger 10 which must be brought to a concave shape. This first face corresponds to the interior side CI.
  • the support rollers 72 and 74 are applied against the opposite face, which must be brought to a convex shape, that is to say on the external side CE.
  • the heat exchanger 10 initially flat, is deposited on the rollers 72 and 74 so that the longitudinal axes 15 of the tubes of the exchanger are generally parallel to the respective axes 76 and 78 of the rollers.
  • the rollers 72 and 74 are brought together, then as the press is moved in the vertical direction of the arrow 82 the rollers 72 and 74 are separated from each other as shown by the arrows 84.
  • a progressive deformation is thus obtained which results to a complete bending as illustrated in FIG. 28, the rollers 72 and 74 being separated as far as possible.
  • the invention finds a preferential application to heat exchangers of motor vehicles, that is to say passenger vehicles, trucks, motorcycles, etc.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes (14), chaque tube étant défini par un axe longitudinal (15), et au moins une boîte collectrice (18, 20) dans laquelle débouchent les tubes du faisceau. La (les) boîte (s) collectrice (s) (18, 20) comprennent au moins une zone cintrée (CI, CE). Dans une forme de réalisation préférée, les axes longitudinaux (15) des tubes (14) sont parallèles entre eux. L'invention s'applique en particulier aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles.

Description

Echangeur de chaleur de forme cintrée et procédé pour sa fabrication
L'invention se rapporte au domaine des echangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement un echangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes, chaque tube étant défini par un axe longitudinal, et au moins une boîte collectrice dans laquelle débouchent les tubes du faisceau.
De tels echangeurs de chaleur trouvent de nombreuses applications pour effectuer un échange thermique entre différents types de fluides (gaz, liquide, fluide multi- phases) . Ils sont utilisés notamment dans les véhicules automobiles pour constituer, par exemple, un radiateur de refroidissement du moteur, un radiateur de chauffage de l'habitacle, _ un radiateur de refroidissement d'huile, un condenseur de climatisation, un évaporâteur de climatisation, etc.
Le plus souvent, des surfaces secondaires d'échange de chaleur sont associées aux tubes du faisceau. Dans les echangeurs de chaleur de type brasé, ces surfaces d'échanges sont généralement constituées par des intercalaires ondulés qui sont disposés a chaque fois entre deux tubes contigus du faisceau.
La plupart des echangeurs de chaleur connus comportent une configuration générale plane, résultant d'un assemblage à plat des différents composants de 1 ' echangeur de chaleur.
Or, dans les véhicules automobiles actuels, la place dévolue aux différents echangeurs de chaleur est de plus en plus limitée. De plus, l'évolution des styles des véhicules fait que les echangeurs de chaleur plats traditionnels ne sont pas toujours bien adaptés à l'environnement actuel des véhicules .
Il a été déjà proposé de réaliser des echangeurs de chaleur brasés présentant une forme cintrée, permettant d'adapter de tels echangeurs de chaleur à l'environnement d'un véhicule automobile.
Toutefois, dans toutes les solutions actuellement connues, ces echangeurs de chaleurs brasés sont cintrés dans le sens des tubes .
Des exemples d' echangeurs de chaleur cintrés sont décrits notamment dans les publications suivantes : JP2000 097 579 A, JP083 27271A, EP 0 96 2712 et US 4 443 921.
Dans ces solutions connues, du fait que le cintrage s'effectue dans le sens des tubes, ce sont les tubes eux- mêmes qui subissent un cintrage, alors que les boîtes collectrices conservent leur configuration rectiligne habituelle. Ces solutions connues s'appliquent à différents types d' echangeurs de chaleur brasés, dans lesquels les surfaces d'échanges de chaleur peuvent être des ailettes planes ou des intercalaires ondulés .
Toutefois, ces solutions connues ne conviennent pas à certaines configurations, notamment lorsqu'on désire utiliser un echangeur de chaleur à circulation verticale, c'est-à-dire dans lequel les boîtes collectrices sont généralement horizontales, alors que les tubes sont disposés verticalement.
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités.
Elle vise en particulier à procurer un echangeur de chaleur du type défini ci-dessus, dont le cintrage peut s'effectuer de manière différente des solutions connues pour s'adapter à différentes configurations sur un véhicule automobile.
L'invention propose à cet effet un echangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel la (les) boîte (s) collectrice (s) comprennent au moins une zone cintrée, de préférence chaque boîte collectrice est réalisée en plusieurs parties, chacune 'étant cintrée sensiblement selon le ou les mêmes rayons de cintrage .
Ainsi, contrairement aux solutions connues, le cintrage s'effectue dans le sens des boîtes collectrices, les tubes ne subissant pas de déformation.
On obtient ainsi un echangeur de chaleur cintré susceptible de s'adapter à différents types de configurations, notamment celles dans lesquelles la circulation du fluide s'effectue dans des tubes verticaux disposés entre des boîtes collectrices horizontales. Il en résulte que ces boîtes collectrices peuvent, présenter une forme cintrée qui convient tout particulièrement à des véhicules automobiles dont la face avant présente une forme arquée ou cintrée .
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les axes longitudinaux des tubes sont parallèles entre eux.
L'invention s'applique de préférence à des echangeurs de chaleur de type brasé, mais elle peut aussi s'appliquer à d'autres types d' echangeurs de chaleur, notamment à des echangeurs de chaleur à assemblage mécanique.
On comprendra que, du fait que les boîtes collectrices subissent un cintrage, des parties de la boîte subissent des déformations différentes.
C'est la raison pour laquelle il est avantageux que chacune des boîtes collectrices comprenne au moins une paroi latérale ayant des zones de déformation autorisant une déformation par compression ou extension de la paroi latérale. Une déformation par compression se traduit par un rétreint de la matière, tandis qu'une déformation par extension se traduit par un etirement de la matière dont est formée la paroi latérale.
L'invention s'applique à différents types de boîtes collectrices .
Ainsi, dans une première forme de réalisation, dans laquelle chacune des boîtes collectrices a une section en forme de U avec une paroi de fond munie d'ouvertures de réception des tubes et deux parois latérales rattachées à la > paroi de fond, ces zones de déformation sont formées de préférence dans l'une au moins des parois latérales.
Dans une boîte collectrice de ce type, l'une des parois latérales, dite "paroi intérieure", que l'on peut appeler aussi "paroi concave", subit une compression lors du cintrage. Il est avantageux de prévoir alors des zones de déformation par compression sur cette paroi intérieure. Ces zones de déformation pour compression peuvent être réalisées notamment sous la forme de cuvettes .
Egalement, dans une boîte collectrice en U du type précité, une des parois latérales, dite "paroi extérieure", que l'on peut appeler aussi "paroi convexe", subit une extension lors du cintrage. Il est avantageux alors que les zones de déformation soient des zones de déformation par etirement. Ces zones de déformation par etirement peuvent être réalisées, par exemple, sous la forme de soufflets.
Pour faciliter encore la déformation de la boîte collectrice en U, il est avantageux que des zones de déformation soient prévues dans la paroi de fond, entre les ouvertures de réception des tubes. Ainsi, les zones qui entourent immédiatement les ouvertures des tubes ne sont pas touchées lors du cintrage . L'invention peut s'appliquer aussi à d'autres types de boîtes collectrices, notamment à des boîtes collectrices formées par des successions d'embouts de réception de tubes.
On connaît en effet, d'après la demande de brevet français n° 01 17033 (publiée sous le n°2 834 336) , un echangeur de chaleur dans lequel les tubes sont reçus à chaque extrémité dans un embout qui est muni de deux bossages perforés opposés. Chacune des boîtes collectrices est alors formée par l'assemblage de tels embouts qui sont disposés alignés et réunis deux à deux, généralement par brasage .
En ce cas, les zones de déformation sont formées dans les bossages qui forment les parois latérales.
L'invention s'applique tout particulièrement à des echangeurs de chaleur dans lesquels des intercalaires ondulés sont disposés entre les tubes, ces intercalaires comportant des parties sensiblement droites alternant avec des parties coudées.
Conformément à l'invention, les parties coudées sont agencées pour absorber des déformations résultant du cintrage du faisceau. Comme ces parties coudées ont habituellement une forme en arc de cercle ayant un rayon initial prédéfini, on comprendra que le rayon de ces parties coudées subira une modification lors du cintrage de 1' echangeur chaleur. Cette modification se traduira soit par une diminution du rayon du côté de la face intérieure ou face concave, soit au contraire par une augmentation du rayon du côté de la face extérieure ou face convexe .
Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un echangeur de chaleur tel que défini précédemment, dans lequel on prévoit un echangeur de chaleur, comprenant un faisceau de tubes et au moins une boîte collectrice présentant une configuration généralement plane, lequel comprend une opération de cintrage de la (des boîte (s) collectrice (s) .
Ce procédé comprend • avantageusement les opérations suivantes :
a) assembler le faisceau de tubes et la (les) boîte (s) collectrice (s) pour former un echangeur de chaleur présentant une configuration généralement plane ;
b) braser à plat 1 ' echangeur de chaleur ainsi assemblé pour former un echangeur de chaleur brasé ; et
c) cintrer progressivement 1 ' echangeur de chaleur brasé pour cintrer la (les) boîte (s) collectrice (s) , les tubes du faisceau restant sensiblement parallèles entre eux.
Ainsi, le cintrage s'effectue sur un echangeur de chaleur plat, initialement brasé. Le cintrage doit s'effectuer de manière progressive pour cintrer la ou les boîtes collectrices, alors que les tubes du faisceau restent de préférence sensiblement parallèles entre eux.
Dans une première forme de réalisation de ce procédé, l'opération de cintrage est réalisée au moyen de rouleaux ayant des axes respectifs parallèles aux axes longitudinaux des tubes .
II est avantageux pour cela de réaliser cette opération au moyen de trois rouleaux qui comprennent une paire de rouleaux opposés entre lesquels est déplacé 1 ' echangeur de chaleur brasé issu de l'opération b) et un troisième rouleau mobile qui est éloigné progressivement de la paire de rouleaux opposés pour réaliser un cintrage progressif de 1 ' echangeur de chaleur. Dans une deuxième forme de réalisation du procédé, l'opération de cintrage c) est réalisée au moyen d'une presse mobile coopérant avec des appuis mobiles à écartement variable .
De façon avantageuse, cette opération de cintrage est réalisée avec une presse présentant une face conformée, agencée pour s'appliquer contre une première face de 1 ' echangeur de chaleur qui doit être amenée à une forme concave, et avec deux rouleaux d'appui, agencés pour s'appliquer contre une deuxième face de 1 ' echangeur de chaleur qui doit être amenée à une forme convexe . Les deux rouleaux d'appui ont des axes respectifs parallèles entre eux et aux axes longitudinaux des tubes du faisceau et ils sont écartés progressivement l'un de l'autre à mesure que la presse est déplacée en direction de la première face de 1 ' echangeur de chaleur.
Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un echangeur de chaleur brasé, de structure cintrée, conforme à l'invention, dans lequel les boîtes collectrices sont de type en U ; la figure 2 est une vue partielle en perspective de 1 ' echangeur de chaleur de la figure 1, illustrant le montage d'un couvercle sur la boîte collectrice, avant brasage et avant cintrage ;
- la figure 3 est une vue de dessus de la boîte collectrice en U avant cintrage ;
- la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 après cintrage (le couvercle de la boîte collectrice étant retiré) ; la figure 5 est une vue en perspective de la boîte collectrice des figures 3 et 4, une fois cintrée (le couvercle de la boîte collectrice étant retiré) ;
- la figure 6 montre la déformation de la paroi de fond de la boîte collectrice en U des figures 2 à 5 ;
- la figure 7 est une vue partielle en perspective d'une autre boîte collectrice à section en U avant cintrage ;
- la figure 8 est une vue de dessus de la boîte collectrice de la figure 7 avant cintrage ;
- la figure 9 est une vue analogue à la figure 8 après cintrage de la boîte collectrice ;
- la figure 10 est une vue en perspective de la boîte collectrice des figures 7 à 9, après cintrage ;
- la figure 11 illustre la déformation de la paroi de fond de la boîte collectrice des figures 7 à 10 ;
- la figure 12 est une vue partielle en perspective d'une autre boîte collectrice à section en U conforme à l'invention, avant cintrage ;
- la figure 13 est une vue de dessus de la boîte collectrice de la figure 12 avant cintrage ;
- la figure 14 est une vue analogue à la figure 13 après cintrage de la boîte collectrice ; la figure 15 est une vue en perspective de la boîte collectrice des figures 12 à 14 après cintrage ;
- la figure 16 montre la déformation de la paroi de fond de la boîte collectrice des figures 12 à 15 ; - la figure 17 est une vue partielle en perspective d'un echangeur de chaleur dont les boîtes collectrices sont formées chacune par un empilement d'embouts qui reçoivent individuellement les tubes du faisceau ;
- la figure 18 est une vue de dessus de la boîte collectrice de 1 ' echangeur de chaleur de la figure 17, avant cintrage ;
- la figure 19 est une vue analogue à la figure 18, après cintrage ;
- la figure 20 illustre les déformations des embouts après cintrage ;
- la figure 21 est une vue en perspective d'un embout recevant 1 ' extrémité d ' un tube ;
- la figure 22 est une vue partielle en perspective d'un echangeur de chaleur comportant une multiplicité de tubes et d'embouts analogues à la figure 21 ;
- la figure 23 est une représentation schématique montrant la déformation d'un intercalaire ondulé disposé entre deux tubes contigus d'un faisceau ;
- les figures 24 et 25 montrent les variations des rayons des parties coudées des intercalaires ondulés, respectivement du côté extérieur de la partie cintrée et du côté intérieur de la partie cintrée ; la figure 26 illustre le cintrage d'un echangeur _ de chaleur par un procédé utilisant des rouleaux ; et
- les figures 27 et 28 illustrent le cintrage d'un echangeur de chaleur au moyen d'une presse associée à des rouleaux d ' appui . On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre un echangeur de chaleur de type brasé, désigné dans son ensemble par la référence 10, conforme à l'invention. Cet echangeur comprend un faisceau 12 formé d'une multiplicité de tubes plats parallèles 14 entre lesquels sont disposés des intercalaires ondulés 16 formant des surfaces secondaires d'échange de chaleur. Les tubes 14 du faisceau 12 ont des axes longitudinaux 15 qui sont parallèles entre eux. Seuls les axes 15 de deux des tubes 14 sont représentés sur la figure 1.
Dans l'exemple, 1 ' echangeur de chaleur 10 est prévu pour être implanté dans un véhicule automobile, les tubes 14 étant généralement verticaux. Les extrémités respectives des tubes 14 débouchent d'un côté dans une boîte collectrice 18 (ici en partie supérieure) et d'un autre côté dans une boîte collectrice 20 (ici en partie inférieure) . Un tel echangeur de chaleur peut constituer notamment un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile.
Les boîtes collectrices 18 et 20 ont une forme cintrée et le faisceau 12 présente une forme cintrée analogue, les tubes 14 étant parallèles entre eux et les intercalaires ondulés 16 subissant une déformation limitée lors du cintrage.
L' echangeur de chaleur présente ainsi un côté intérieur CI (ou côté concave) et un côté extérieur CE (ou côté convexe) .
Dans l'exemple représenté, le cintrage s'effectue sur toute la longueur des boîtes collectrices, mais il est bien entendu possible de réaliser le cintrage sur une zone seulement de chaque boîte collectrice, celle-ci comportant par ailleurs une zone rectiligne.
Dans l'invention, le cintrage de 1 ' echangeur de chaleur s'effectue après assemblage et brasage de ses différents composants . On voit sur la figure 2 une partie de 1 ' echangeur de chaleur 10 avant assemblage. La boîte collectrice 18 présente ici une forme rectiligne et une section en U. Elle comprend une paroi de fond 22 munie d'ouvertures 24 de réception des tubes (figures 2 et 3) . Ces ouvertures 24 sont des fentes de forme allongée, disposées parallèlement entre elles, et destinées à recevoir chacune une extrémité d'un tube 14 du faisceau.
La paroi de fond 22 est rattachée à deux parois latérales 26 généralement parallèles entre elles. La boîte collectrice 18 est fermée par un couvercle 28 comportant une paroi principale 30 et deux parois latérales 32 (figure 2) .
La boîte collectrice 20 (non représentée sur la figure 2) est fermée par un couvercle analogue. Après assemblage de 1 ' echangeur de chaleur, celui-ci est brasé puis déformé pour lui communiquer une forme cintrée . Ce cintrage se traduit par un cintrage des boîtes collectrices 18 et 20 et du faisceau 12. Les tubes 14 restent parallèles entre eux, alors que les intercalaires 16 subissent une légère déformation.
La figure 4 montre la déformation subie par la boîte collectrice 18. On voit que la paroi latérale 26 située du côté intérieur subit une déformation par compression (rétreint de la matière) , alors que. la paroi 28 située du côté extérieur subit une déformation par extension, c'est-à- dire par etirement de la matière.
La figure 5 montre plus particulièrement les zones 34 de déformation par compression (rétreint de la matière) et les zones 36 de déformation par extension (etirement de la matière) .
Ces zones de déformation se produisent spontanément lors du cintrage de la boîte collectrice. Des zones de déformation 38 apparaissent aussi dans la paroi de fond 22, comme on le voit sur la figure 6. Ces zones de déformation 38 se produisent dans des zones situées entre les ouvertures 24 de réception des tubes.
Les zones de déformation précitée se produisent spontanément lors du cintrage de la boîte collectrice.
Il est avantageux de maîtriser les endroits où vont s'effectuer ces déformations en prévoyant des déformations préalables de l'une au moins des parois latérales 26 et, le cas échéant, de la paroi de fond.
Les figures 7 à 11 illustrent une première forme de réalisation.
Dans cette forme de réalisation, des zones de déformation par compression, comprenant des cuvettes 40, sont prévues sur la paroi latérale 26 située du côté inférieur. Ces cuvettes 40 sont réalisées sous la forme de plis s 'étendant dans une direction généralement parallèle entre elles et parallèle aux génératrices de cintrage. Elles sont avantageusement réalisées dans des régions de la paroi latérale qui correspondent à des régions de la paroi de fond, qui sont situées entre les ouvertures, comme on le voit sur les figures 8 et 9. En revanche, la paroi latérale 26 située du côté extérieur ne comporte pas de déformations préalables. Elle subit des déformations par extension ou etirement de la matière, comme montré sur la figure 10. La paroi de fond 22 comporte des zones de déformation 38 analogues à celles montrées sur la figure 6.
On se réfère maintenant à la forme de réalisation des figures 12 à 16. Comme dans la forme de réalisation précédente, la paroi latérale intérieure comporte des cuvettes 40, réalisées sous la forme de plis parallèles. Par contre, la paroi latérale 26 située du côté extérieur comporte des plis parallèles 42, encore appelés soufflets, qui facilitent la déformation de cette paroi latérale extérieure lors du cintrage .
Il est avantageux là aussi, comme montré aux figures 13 et 14, que les soufflets 42 soient situés dans des zones qui débouchent dans des zones de la paroi de fond situées en dehors des ouvertures de réception des tubes .
On se réfère maintenant aux figures 17 à 20 qui montrent une autre forme de réalisation de l'invention, dans laquelle la boîte collectrice 18 est formée par une succession d'embouts 44 qui reçoivent individuellement l'extrémité d'un tube. Chacun des embouts 44 délimite un boîtier et se prolonge par deux bossages 46 munis chacun d'une perforation ou ouverture circulaire 48. Ces embouts sont disposés alignés et communiquent entre eux par leurs ouvertures respectives 48 pour former une boîte collectrice qui communique avec les tubes du faisceau.
Des embouts de ce type sont décrits dans la demande de brevet français n°01 17033 (n° de publication 2 834 336) déjà citée .
Les embouts sont assemblés entre eux par leurs bossages respectifs 46 qui sont brasés mutuellement. Initialement, ces embouts 44 sont alignés comme montré à la figure 18. Ensuite, l'ensemble de 1 ' echangeur de chaleur est cintré, ce qui se traduit par un cintrage de la boîte collectrice formée par les embouts 44, comme on le voit sur la figure 19. La figure 20 montre que la déformation s'effectue dans la région des bossages, ces derniers possédant avantageusement une forme généralement tronconique, facilitant cette déformation.
On réalise ainsi une boîte collectrice qui se déforme à la manière d'un accordéon par déformation des bossages. La figure 21 illustre une forme de réalisation particulière d'un embout 46 recevant un tube 14. La figure 22 montre un echangeur de chaleur formée à partir d'embouts et de tubes conformes à la figure 21, l'ensemble étant cintré.
Dans les formes de réalisation des figures 17 à 20, et 21 et 22, des intercalaires ondulés, du type représenté schématiquement sur la figure 1, peuvent aussi être insérés • entre les tubes .
La figure 23 montre, de manière exagérée, la déformation subie par un intercalaire ondulé 16 placé entre deux tubes 14. Dans l'exemple, les tubes 14 sont des tubes plats et ont des grands côtés 50 qui sont parallèles entre eux et parallèles aux côtés analogues des autres tubes.
Initialement, les tubes 14 et l'intercalaire 16 ont la configuration représentée en trait plein sur la figure 23. Après cintrage, les tubes font entre eux un angle α (exagéré sur la figure 23) et l'intercalaire ondulé 16 subit également une déformation (exagérée aussi sur la figure 23) . La configuration obtenue après cintrage est représentée en trait interrompu sur la figure 23. Comme on le voit sur la figure 24, l'intercalaire ondulé 16 comprend des parties sensiblement droites 52 (éventuellement munies de persiennes) qui sont réunies entre elles par des parties coudées 54 qui présentent initialement un rayon R. A titre d'exemple, ce rayon R peut être de 0,4mm. Sur le côté extérieur de la partie cintrée, l'intercalaire ondulé 16 subit une déformation par extension ou allongement. Il en résulte que le rayon de cintrage R va diminuer et passer, par exemple, de 0,5mm à 0,4mm. Inversement, du côté intérieur (figure 25), l'intercalaire ondulé 16 subit une déformation par compression, si bien que le rayon de cintrage R va augmenter. A titre d'exemple, ce rayon peut passer de 0,5mm à 0,6mm du côté intérieur. En revanche, le pas P (figures 24 et 25) reste identique du côté intérieur et du côté extérieur.
Il en résulte que les déformations subies par les intercalaires ondulés, lors du cintrage, se produisent dans les parties coudées 54. Ainsi, par un choix convenable du rayon de courbure des parties coudées des intercalaires, et par un choix convenable du rayon de courbure de la zone cintrée de 1 ' echangeur de chaleur, les déformations peuvent se concentrer sur les intercalaires ondulés, sans occasionner de déformations aux tubes . Comme ces déformations se produisent dans les parties coudées, elles n'affectent pas les liaisons par brasage entre les parties coudées et les tubes de 1 ' echangeur de chaleur.
Le procédé de fabrication de l'invention comprend pour l'essentiel une opération de cintrage de la ou des boîtes collectrices de l' echangeur de chaleur.
Dans un mode d'exécution, pour réaliser un echangeur de chaleur selon l'invention, on commence d'abord par assembler, dans une première opération, le faisceau de tubes et les boîtes collectrices pour former un echangeur de chaleur classique présentant une configuration généralement plane. Dans une deuxième opération, 1 ' echangeur de chaleur ainsi assemblé est brasé à plat pour former un echangeur de chaleur brasé. Ce n'est qu'ensuite que, dans une troisième opération, l'on cintre progressivement 1 ' echangeur de chaleur brasé pour cintrer les boîtes collectrices, tandis que les tubes du faisceau restent sensiblement parallèles entre eux. Comme déjà indiqué, si des intercalaires ondulés sont présents entre les tubes du faisceau, ces intercalaires subissent alors des déformations limitées.
La figure 26 illustre un premier mode de réalisation du procédé dans lequel le cintrage s'effectue au moyen de rouleaux. Plus particulièrement le cintrage est réalisé au moyen de trois rouleaux qui comprennent une paire de rouleaux opposés 56 et 58, et un troisième rouleau mobile 60. Ces rouleaux 56, 58 et 60 ont des axes respectifs 62, 64 et 66 qui sont parallèles entre eux et aux axes longitudinaux 15 des tubes de 1 ' echangeur de chaleur. L ' echangeur de chaleur brasé 10, initialement plat, passe entre les deux rouleaux 62 et 64 qui délimitent entre eux un espace adapté à l'épaisseur. Le côté extérieur CE de
I ' echangeur de chaleur 10 passe sous le rouleau 60 qui est éloigné progressivement des rouleaux 56 et 58 dans la direction de la flèche 68.
Les figures 27 et 28 illustrent un autre mode de réalisation du procédé de l'invention qui utilise une presse 70 et deux rouleaux d'appui 72 et 74 ayant des axes respectifs 76 et 78 qui sont parallèles entre eux et aux axes longitudinaux 15 des tubes du faisceau. La presse 70 présente une face conformée 80, agencée pour s'appliquer contre une première face de l' echangeur de chaleur 10 qui doit être amenée à une forme concave. Cette première face correspond au côté intérieur CI. Les rouleaux d'appuis 72 et 74 sont appliqués contre la face opposée, qui doit être amenée à une forme convexe, c'est-à-dire du côté extérieur CE. L' echangeur de chaleur 10, initialement plat, est déposé sur les rouleaux 72 et 74 de sorte que les axes longitudinaux 15 des tubes de 1' echangeur- soient généralement parallèles aux axes respectifs 76 et 78 des rouleaux. Au départ, les rouleaux 72 et 74 sont rapprochés, puis à mesure que la presse est déplacée dans la direction verticale de la flèche 82 les rouleaux 72 et 74 sont écartés mutuellement comme montré par les flèches 84. On obtient ainsi une déformation progressive qui aboutit à un cintrage complet tel qu'illustré sur la figure 28, les rouleaux 72 et 74 étant éloignés au maximum.
II est avantageux que le déplacement de la presse 70 (flèche 82) et 1 ' éloignement des rouleaux 72 et 74 (flèches 84) s'effectuent de manière progressive et simultanée. Il est cependant possible aussi de procéder par incréments successifs . On peut ainsi réaliser un echangeur de chaleur ayant une ou plusieurs zones cintrées. Chaque partie zone peut posséder un rayon de cintrage constant ou variable. Il est possible aussi de combiner une ou plusieurs zones cintrées avec une ou plusieurs zones non-cintrées . Les zones cintrées peuvent avoir des concavités opposées pour former, par exemple, un echangeur de chaleur à structure en S .
Bien que l'invention ait été décrite en référence à des echangeurs de chaleur à deux boîtes collectrices, elle peut s'appliquer aussi à des echangeurs de chaleur présentant une seule boîte collectrice dans laquelle débouchent les extrémités de tubes en U ou en épingle, par exemple.
L'invention trouve une application préférentielle aux echangeurs de chaleur de véhicules automobiles, c'est-à-dire de véhicules de tourisme, camions, motos, etc..

Claims

Revend! c a t i ons
1. Echangeur de chaleur comprenant un f isceau de tubes (14) , chaque tube étant défini par un axe longitudinal (15) , et au moins une boîte collectrice (18, 20) dans laquelle débouchent les tubes du faisceau, caractérisé en ce que la (les) boîte (s) collectrice (s) (18, 20) comprennent au moins une zone cintrée (CI, CE) .
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes longitudinaux (15) des tubes (14) sont parallèles entre eux.
3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est du type brasé.
4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacune des boîtes collectrice (20) comprend au moins une paroi latérale (26 ; 46) ayant des zones de déformation autorisant une déformation par compression ou extension de la paroi latérale.
5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, dans lequel chacune des boîtes collectrices (18, 20) a une section en forme de U avec une paroi de fond (22) munie d'ouvertures (24) de réception des tubes et deux parois latérales (26) rattachées à la paroi de fond, caractérisé en ce que les zones de déformation (34, 36) sont formées dans l'une au moins des parois latérales (26) .
6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'une (26) des parois latérales, dite "paroi intérieure", subit une compression lors du cintrage, et en ce que les zones de déformation sont des zones de déformation par compression (34, 40) .
7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les zones de déformation par compression comprennent des cuvettes (40) .
8. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'une (26) des parois latérales, dite "paroi extérieure", subit une extension lors du cintrage, et en ce que les zones de déformation sont des zones de déformation par etirement (36, 42) .
9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les zones de déformation par etirement comprennent des soufflets (42) .
10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que des zones de déformation (38) sont prévues dans la paroi de fond (22) entre les ouvertures (24) de réception des tubes.
11. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, dans lequel les tubes (14) sont reçus à chaque extrémité dans un embout (44) muni de deux bossages perforés opposés (46) , et dans lequel chacune des boîtes collectrices (18, 20) est formée par l'assemblage des embouts disposés alignés et réunis deux à deux, caractérisé en ce que les zones de déformation sont formées dans les bossages (46) constituant les parois latérales.
12. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel des intercalaires ondulés (16) sont disposés entre les tubes (14) , ces intercalaires comportant des parties sensiblement droites (52) alternant avec des parties coudées (54) , caractérisé en ce que les parties coudées (54) sont agencées pour absorber des déformations résultant du cintrage du faisceau.
13. Procédé de fabrication d'un echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 12 , dans lequel on prévoit un echangeur de chaleur (12) , comprenant un faisceau de tubes (14) et au moins une boîte collectrice (18, 20) présentant une configuration généralement plane, caractérisé en ce qu'il comprend une opération de cintrage de la (des) boîte (s) collectrice (s) (18, 20).
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes :
a) assembler le faisceau de tubes (14) et la (les) boîte (s) collectrice (s) (18, 20) pour former un echangeur de chaleur présentant une configuration généralement plane ;
b) braser à plat l' echangeur de chaleur (10) ainsi assemblé pour former un echangeur de chaleur brasé ; et
c) cintrer progressivement 1 ' echangeur de chaleur brasé (10) pour cintrer la (les) boîte (s) collectrice (s) (18, 20).
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'opération de cintrage c) est réalisée au moyen de rouleaux (56, 58, 60) ayant des axes respectifs (62, 64, 66) parallèles aux axes longitudinaux (15) des tubes (14) .
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'opération de cintrage c) est réalisée au moyen de trois rouleaux qui comprennent une paire de rouleaux opposés (56, 58) entre lesquels est déplacé 1 ' echangeur de chaleur brasé (10) issu de l'opération b) et un troisième rouleau mobile (60) qui est éloigné progressivement de la paire de rouleaux (56, 58) pour réaliser un cintrage progressif de 1' echangeur de chaleur.
17. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'opération de cintrage c) est réalisée au moyen d'une presse mobile (70) coopérant avec des appuis mobiles (72, 74) à écartement variable.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'opération de cintrage c) est réalisée avec une presse (70) présentant une face conformée (80) agencée pour s'appliquer contre une première face de 1 ' echangeur de chaleur qui doit être amenée à une forme concave, et avec deux rouleaux d'appui (72, 74) agencés pour s'appliquer contre une deuxième face de 1 ' echangeur de chaleur qui doit être amenée à une forme convexe, les deux rouleaux d'appui (72, 74) ayant des axes respectifs (76, 78) parallèles entre eux et aux axes longitudinaux (15) des tubes (14) du faisceau, et étant écartés progressivement l'un de l'autre à mesure que la presse est déplacée en direction de la première face de 1 ' echangeur de chaleur.
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