WO2005061980A2 - Element de circuit pour echangeur de chaleur - Google Patents

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WO2005061980A2
WO2005061980A2 PCT/FR2004/003224 FR2004003224W WO2005061980A2 WO 2005061980 A2 WO2005061980 A2 WO 2005061980A2 FR 2004003224 W FR2004003224 W FR 2004003224W WO 2005061980 A2 WO2005061980 A2 WO 2005061980A2
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collar
tube
end piece
element according
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Inventor
Christophe Chevallier
Ivan Le Bouteiller
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Valeo Climatisation
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Publication date
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • F28F9/262—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators for radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05358—Assemblies of conduits connected side by side or with individual headers, e.g. section type radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/025—Tubular elements of cross-section which is non-circular with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0221—Header boxes or end plates formed by stacked elements

Definitions

  • the invention relates to a circuit element for a heat exchanger, in particular a heat exchanger intended for equipping a motor vehicle.
  • circuit element for a heat exchange between a first fluid and a second fluid.
  • Exchangers commonly consist of a bundle of parallel tubes mounted between two manifolds, the tubes alternating with spacers, for example of the corrugated type.
  • the first fluid circulates inside the tubes while the second fluid circulates in the space between the tubes.
  • the heat exchange between the first fluid and the second fluid occurs at the surface of the tubes.
  • the heat exchanger must be rectangular in shape because of the presence of the manifolds.
  • the partitions in the manifolds.
  • the manufacture of these exchangers is also difficult because it is necessary to punch and puncture the collector plates.
  • a heat exchanger according to FR 2834336 A comprises a stack of circuit elements. Each circuit element has at least one tube and at least one end piece at one end of the tube.
  • the nozzle has at least one communication passage which defines the path of a first fluid. This nozzle has a bottom to prevent the fluid from escaping in the axial direction of the tube, which allows the use of a tube having open ends.
  • This exchanger is suitable for use with a two-channel tube but does not provide communication between the two channels to allow a return of the first fluid at one end of the circuit element, and therefore a U-shaped circulation at each element of the exchanger circuit.
  • each compartment communicates with only one of the channels of the tube.
  • the bulkhead of the plug is also pierced with openings for the passage of the fluid from one channel to the other channel, which allows a U-shaped circulation in the tube.
  • DE 19515528 A1 proposes a circuit element comprising a flat tube with two channels comprising a closure plug at one of the ends.
  • the channel partition is pierced with small openings in the vicinity of the end provided with the closure plug.
  • the fluid circulating in one of the channels of the tube can pass into the other channel of the tube via the openings in the partition, the plug having only a closing function.
  • the present invention relates to a hydraulic circuit element for a heat exchanger which overcomes these drawbacks known from the prior art.
  • the invention provides a hydraulic circuit element, for the heat exchange between a first fluid and a second fluid, defining a path for the first fluid.
  • the circuit element comprises at least one tube having an inlet channel and a return channel separated by a main partition, a first end piece fixed on a first open end of the tube, and a second end piece fixed on a second open end of the tube.
  • the first end piece includes an insertion zone in which the first end is housed in a sealed manner and a turning zone delimited by a closed bottom in which the fluid which emerges from the inlet channel of the tube, undergoes a reversal towards the return channel of the tube, while the second endpiece has an insertion zone in which is sealed the second end and a connection zone suitable for transmitting the first fluid which enters the circuit element to inlet channel and to transmit the first fluid which returns from the return channel to the exterior of the circuit element.
  • circuit element according to the invention complementary or substitute, are set out below:
  • the first end of the tube has a V shape, the tip of which faces outwards.
  • connection zone comprises an auxiliary partition delimiting an inlet compartment and an outlet compartment, the inlet compartment being tightly connected to the inlet channel and the outlet compartment being connected in a sealed manner to the outlet channel.
  • the thickness of the auxiliary partition is greater than the thickness of the main partition.
  • the auxiliary partition is shaped so that the main partition bears against the auxiliary partition after fixing the second end piece on the second end.
  • the second end of the tube has a V shape with the tip facing inward.
  • the second end of the tube has a V shape with the tip facing outwards.
  • Each compartment of the second nozzle comprises at least one opening.
  • Each compartment of the second end piece comprises a pair of openings made vis-à-vis in the main faces of the second end piece.
  • Each opening of the second nozzle is surrounded by a collar of shape adapted to the corresponding opening.
  • the external section of one of the collars of the second end piece, located on a main face of the second end piece, is writable in the internal section of the collar opposite, located on the other main face of the second end piece.
  • the collar, located on a main face of the second end piece, is substantially identical to the crossed collar, located on the other main face.
  • the external section of a collar, located on a main face of the second end piece, is writable in the internal section of the collar, located on the same main face of the second end piece.
  • connection piece has a symmetry along an axis which extends along the auxiliary partition.
  • the tube is generally flat.
  • the lateral edges of the first end piece each have an internal stop arranged so that the first end of the tube comes to bear simultaneously against these two stops, after introduction into the first end piece.
  • the internal stops of the first nozzle are arranged near the inlet opening of the first nozzle.
  • Each main face of the first nozzle has a generally rectangular shape.
  • Each main face of the first nozzle has a general shape of a half-disc.
  • the first end piece has interior partitions in the shape of an arc of a circle arranged in the interior space and extending between the two main faces, these interior partitions delimiting flow tracks.
  • the invention further provides a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, comprising a stack of circuit elements according to one of the preceding claims communicating with one another by means of their respective second ends.
  • circuit elements are connected by nesting of the collars opposite their respective second end pieces, an internal collar of a circuit element penetrating into the external collar of an adjacent circuit element.
  • the section of the wall of the interior collar gradually narrows from the base of the collar and the section of the wall of the exterior collar is substantially constant.
  • the free end of the wall of the outer collar is bent towards the interior of the collar.
  • the thickness of the first nozzle is less than or equal to the pitch between the respective tubes of two adjacent circuit elements.
  • FIG. 1 is a perspective view of an exchanger according to the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a circuit element according to the present invention.
  • Figure 3A is a perspective view showing the structure of the various components of the circuit element of Figure 2;
  • Figure 3B is a perspective view showing the connecting tabs between two successive first ends of one exchanger;
  • Figure 3C is a perspective view showing the connecting tabs between two successive second ends of one exchanger;
  • FIG. 4A is a view in longitudinal section of a tube without V cut
  • FIGS. 4B and 4C are views in longitudinal section of the tube after a V-shaped cut of the ends of the tube, according to various embodiments of the invention.
  • FIG. 5A is a schematic view in longitudinal section of a circuit element according to the invention
  • - Figure 5B shows a section of the tube of a circuit element according to the invention
  • FIG. 5C is a partial view on a larger scale of the circuit element of Figure 5A;
  • FIGS. 6A to 6D are schematic views in longitudinal section of the return plug of a circuit element according to the invention, according to various alternative embodiments;
  • FIG. 7 is a perspective view which shows the return plugs of two adjacent circuit elements according to the invention.
  • FIG. 8 is a schematic top view of the respective connection pieces of two adjacent connected circuit elements
  • Figure 9A shows, on a larger scale, a detail of Figure 8.
  • Figure 9B shows, on a larger scale, a detail of Figure 9A.
  • FIG. 1 shows an external perspective view of a heat exchanger according to the present invention.
  • the heat exchanger 1 consists of a stack of circuit elements 2.1 to 2.
  • Figure 2 shows a circuit element according to the invention.
  • Each circuit element 2 comprises a tube 22, in particular a flat tube, having two open ends 40 and 41.
  • FIG. 5B shows an example of section of the tube 22.
  • the tube comprises two channels C1 and C2 separated by a main partition 220 Such a tube can be produced by extrusion or profiling.
  • the heat exchanger allows an exchange between a first fluid circulating inside the tubes and a second fluid circulating between the tubes.
  • the circuit element of the invention can be used to produce different types of heat exchanger and in particular condensers for air conditioning installations of motor vehicles.
  • a circuit element in accordance with the present invention comprises a first end piece or return plug 20 fixed on a first end 40 and a second end piece or connection piece 21 fixed to a second end 41 of the tube 22.
  • the return plug 20 seals the first end 40 in a leaktight manner. It delimits an interior space comprising an area intended to house the first end 40 and a turning area in which the first fluid emerging from the inlet channel, for example C1, flows in the direction of the return channel, for example C2.
  • the return plug 20 thus ensures the passage of the fluid from the channel C1 of the tube 22 to the channel C2 of the same tube, which makes it possible to obtain a U-shaped circulation in each circuit element 2.
  • the return plug 20 comprises a peripheral side wall, of substantially constant thickness, which envelops and exactly matches the end 40 of the tube 22.
  • the return plug 20 is shaped so that the end 40 occupies only part of its length so as to provide a turning area at the bottom of the cap.
  • the first fluid which emerges from the inlet channel C1 through the end 40, with a direction of circulation going from the end 41 to the end 40, thus pours into this reversal zone, where it undergoes a reversal towards the return channel C2 to flow in the opposite direction.
  • the return plug 20 may have rounded side edges to match the shape of the tube 22.
  • the bottom of the return plug 20 may also have a rounded shape.
  • the rounded shape of the lateral edges and of the bottom of the return plug 20 improves the resistance of the exchanger to the high pressures of the first fluid, and facilitates a flow having low pressure drops.
  • the end 40 of the tube 22, shown in FIG. 4B is V-shaped. More specifically, the end 40 which is connected to the return plug 20 has a V-shaped shape, the tip is facing outward.
  • the V shape of the end 40 can be obtained by cutting from a rectangular flat tube 22 'shown in FIG. 4A.
  • the V-shaped cutout of the end 40 makes it possible to optimize the reversal of the fluid from the inlet channel C1 to the return channel C2 by equalizing the lengths of the streamlines, during the reversal.
  • the lines of current of the fluid which are closest to the longitudinal partition have the shortest path, while the lines of current which are the most distant from the partition have the longest path for fluid passing from channel C1 to channel C2.
  • the path can be shortened by bypassing the streamlines which are close to the partition.
  • the V-cut and the structure of the plug contribute to the equalization of the lengths of the current lines. This equalization has the advantage of limiting the overspeeds, of reducing the pressure drops of the first fluid and of equalizing the exchange coefficients on the internal wall of the tube.
  • the thickness b of the return plug 20 is only limited by the pitch p between the tubes of two adjacent circuit elements, as shown in FIG. 7. It must be chosen to be substantially less than or equal to this pitch p to avoid hyperstatism during of the assembly.
  • An exchanger according to the invention therefore makes it possible to exploit the space between two adjacent tubes to optimize the reversal of the fluid, without the bulk of the exchanger being increased.
  • the V shape of the end 40 of the tube favors a uniform length of the current lines, thus allowing maximum exploitation of the exchange surface of the tube.
  • V-shaped cutout of the end 40 and the structure of the return plug 20 make it possible: to optimize the surface for exchange on the air for a given total size
  • the internal volume of the return plug 20 as well as its external dimensions are sufficiently reduced to optimize the size of the heat exchanger, and large enough to optimize the reversal of the fluid.
  • the return plug 20 consists of a strip of stamped and folded sheet to form two branches 204 corresponding to the lateral faces of the return plug.
  • FIGS. 6A to 6D represent views in longitudinal section of various embodiments of the return plug 20.
  • the plug may have lateral faces 204 in the form of a rectangle (FIG. 6A and 6D) or in the form of a semicircle (FIG. 6C and 6D).
  • the return plug 20 may include nested internal partitions 210 in the form of an arc of a circle. These interior partitions extend between the two lateral faces 204 of the. return plug and form tracks that guide the flow of fluid.
  • internal stops 202 can be provided on each of the two lateral edges 203 and 206 inside the return plug 20. They are located near the inlet opening 205 of the plug and are intended to define the depth of penetration of the end 40 into the return plug. They thus help to define the turning area, as can be seen in FIG. 5C.
  • connection piece 21 shown in FIG. 2 has a peripheral side wall which comes to wrap and match the second end 41 of the tube 22.
  • the connection piece 21 is shaped so that the end 41 occupies only part of its length so providing a connection zone at the bottom of the connection piece 21.
  • the connection zone transmits the first fluid which arrives in the circuit element to the inlet channel C1, and transmits the first fluid which returns from the return channel C2 outside the circuit element.
  • FIG. 5A is a view in longitudinal section of a circuit element 2 according to the present invention.
  • the connecting piece 21 shown in this figure comprises two compartments, an eyelash inlet compartment and a compartment outlet C21, separated by an auxiliary partition 215.
  • the auxiliary partition 215 allows separation at the level of the connection zone between the flows which flow in opposite directions respectively to the channel C1 and from the channel C2.
  • the auxiliary partition 215 of the connection piece is shaped to extend the separation of the flows which circulate in the different channels C1 and C2 beyond the end 41.
  • the auxiliary partition 215 is in particular provided so that the main partition 220 comes pressing against it, after assembly of the circuit element 2.
  • the auxiliary partition 215 may have a thickness greater than the thickness of the main partition.
  • connection zone allows the communication of the circuit element 2 with the exterior and in particular with an adjacent circuit element in an exchanger.
  • each compartment of the part 21 includes at least one opening arranged in the connection area.
  • each eyelash compartment (respectively C21) of the part 21 comprises a pair of openings 2120 arranged opposite one another in the main faces 241 of the connection part, as shown in FIG. 2.
  • the fluid which arrives from an adjacent circuit element in the eyelash compartment through one of the openings 2120 can thus pass into the inlet channel C1 in a sealed manner (arrow 30) and the fluid which comes from the return channel C2 (arrow 34) can thus leak tightly into the compartment C21 before passing into another circuit element.
  • the connecting piece 21 of a circuit element thus makes it possible to ensure the entry and exit of the first fluid in the circuit element.
  • the end 41 of the tube 22, shown in FIG. 4B also has a V shape.
  • the end 41 has a V shape whose tip is turned inward, that is to say that the end 41 comprises a V-shaped recess.
  • the V shape of the end 41 can be obtained by cutting out the rectangular flat tube 22 ′ shown in the Figure 4A.
  • the second end 41 has a V shape, the tip of which faces towards the outside of the tube.
  • the shape of the end 41 of the tube 22 is defined to satisfy the constraints linked to the cutting of the tube, to the assembly, to the seal between the auxiliary partition 215 and the main partition of the tube 220, to the pressure drop of the fluid flowing in the connection piece 21, to the pressure losses of the fluid at the inlet of the tube, and to the equalization of the length of the current lines along their total path between the inlet of the channel C1 and exit from channel C2.
  • connection piece 21 the connection between two adjacent circuit elements according to the invention for use in an exchanger is made at the connection piece 21.
  • each opening 2120 of the connection piece 21 is surrounded by an outer collar 210, shown in FIG. 3, of a shape adapted to the corresponding opening 2120.
  • Each collar 210 defines the opening 2120 with which it is associated.
  • the connecting piece 21 comprises' so as collars than 2120 openings and thus at least a flange on each of its main faces 214 and in particular two flanges on each of its main faces 214.
  • Figure 8 is a. schematic top view showing the connection between two adjacent circuit elements 2 and 2 'according to the invention.
  • the connections between the two adjacent circuit elements 2 and 2 ′ are made using collars 210.
  • a collar 210A ′ of a circuit element is shaped so that it can be inserted into the collar opposite 210D of an adjacent circuit element 2, while remaining held in the latter after insertion.
  • the external section of one of the collars, for example the collar 210A ′, of a circuit element 2 ′ is writable in the internal section of the collar 210D opposite an adjacent circuit element 2.
  • the collar 210A ′ can be inserted into the collar 210D while remaining held in the collar 210D, after insertion.
  • connection piece 21 of a circuit element can comprise both external collars and internal collars.
  • the collar e.g., 210A collar which 'is situated on a main face FI of the connection piece 21 of a circuit element, is an internal collar while the opposite collar 210D which is on the other main face F2 of the connection piece 21 of the same circuit element is an external collar.
  • the collar for example the collar 210A, which is located on a main face FI of the connecting piece 21, is identical to the "crossed" collar 210C, which is located on the other main face F2 of the piece of connection 21, opposite the collar 210A.
  • the collar for example the collar 210A, which is located on a main face FI of the connecting piece 21, is an internal collar while the collar 210B, which is located on the same main face FI of the connecting piece connection 21 is an outer collar.
  • connection piece may have symmetry with respect to an axis which extends along the auxiliary partition 215.
  • FIG. 9A is an enlarged view of the part designated by the reference 400 in FIG. 8. It shows the connection between a collar of the circuit element 2 and the collar opposite the adjacent circuit element 2 ', and more precisely, the insertion of the internal collar 210A 'of the adjacent circuit element 2' into the external collar 210D of the circuit element 2.
  • the section of the wall of the inner collar 210A ′ tapers gradually and slightly, as one moves away from the base collar.
  • the section of the wall of the outer collar 210D, represented by the reference 2100 in FIG. 9A is substantially constant. The slight narrowing of the wall of the internal collar 210A 'allows easy introduction into the internal collar while ensuring good contact at the end of the stroke.
  • FIG. 9B is an enlarged view of the free end 402 of the wall 2100 ′ of the internal collar 210A ′ shown in FIG. 9A.
  • the free end 402 of the wall of an inner collar 210A ' is bent inwardly to further facilitate the introduction of the inner collar into the opposite outer collar 210D.
  • the free end 402 of the wall of an external collar 210 D is bent inwards so that the external edge 2102 of the free end 402 of the external collar 210D bears against the wall 2100 ′ of the collar interior 210A ', after connection. This bending of the free end of the outer collar ensures good contact after insertion.
  • connection of the circuit elements according to the invention also makes it possible to eliminate the side plates which are conventionally brazed on the bundle of stacked tubes.
  • connection piece 21 consists of a sheet metal strip stamped and folded back to form two branches 214, shown in FIG. 3.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the various components of a circuit element 2 of a heat exchanger according to the invention, at a particular stage in their manufacture.
  • the connection piece 21 can be produced by stamping and folding a strip of metal, preferably aluminum, to form two branches 214. Stamping can allow the openings 210 of the connection area to be made beforehand and the collars 2120. The sheet metal strip is then folded back so as to bring the two branches 214 together, which constitute the respective main faces of the connection piece ' .
  • connection piece 21 and the return plug 20 are then assembled, for example by fitting or crimping on the tube 22 before brazing.
  • connection piece 21 allows the arrival of the first fluid in each circuit element and the exit of the first fluid of each circuit element.
  • the first fluid arrives in the circuit element 2.1 of the exchanger 1 by an inlet pipe, as shown by the arrow 50, and exits from the exchanger by an outlet pipe connected to 1 circuit element 2.1, as shown by arrow 52.
  • the last circuit element 2.n of the stack is connected on one side to the adjacent circuit element 2. (n-1) and is free on the other side.
  • the main face of the connection piece 21 which is located on the free side of the circuit element 2.n has no opening while the other main face has two openings, each being arranged in one of the eyelash compartments or C21.
  • the other circuit elements all have two pairs of openings. Each pair has two openings made vis-à-vis in the main faces of the connection piece, at one of the compartments Cil or C21.
  • the first fluid arrives in the exchanger through the inlet compartment Cil of the circuit element 2.1, as shown schematically by the arrow 50.
  • the successive inlet compartments Cil of the connection pieces 21 of the circuit elements 2.1 to 2.n form a fluid inlet passage.
  • the first fluid which arrives in the exchanger circulates along this inlet passage to discharge into each circuit element 2.1 to 2.n.
  • the first fluid arrives in a circuit element 2. i through its inlet compartment Cil. It pours into the inlet channel Cl of the tube 22. It then flows along the channel Cl, from top to bottom, until it reaches the return plug 20 in which it undergoes a reversal towards the channel return C2, shown diagrammatically by arrow 54. It then flows in the return channel C2, from bottom to top, until it arrives in the outlet compartment C21 of the connection piece 21.
  • the first fluid thus performs a U-shaped circulation in parallel in all the tubes 22.
  • the successive outlet compartments C21 of the connection pieces 21 of the circuit elements 2.1 to 2.n form a fluid outlet passage.
  • the first fluid which emerges from the outlet compartment C21 of each circuit element circulates in this outlet passage in the direction of the outlet of the exchanger.
  • corrugated spacers 6 can be arranged between the circuit elements 2.1 to 2.n of the exchanger 1 as shown diagrammatically in FIG. 1 to improve the exchange with the second fluid. It is possible to use a production station to produce the tubes, a press to produce the connection piece and the return plug and an automatic machine to fix the connection piece and the return plug to the tubes and thus make a circuit element according to the invention.
  • the heat exchanger can be assembled by superimposing the circuit elements thus produced, with possible interposition of the corrugated spacers 6. The assembly can then be assembled by brazing.
  • connection pieces 21 (respectively several return plugs 20) in a single stroke.
  • the parts 20 and 21 thus obtained allow the manufacture of several exchangers mechanically integral with each other. The separation of these exchangers takes place at the end of manufacturing, by cutting the tongues 2041 and 2101. The reduction in the number of parts handled during manufacturing decreases the cost of manufacturing these exchangers.
  • the exchanger according to the invention makes it possible to replace certain machined components of the prior art, such as the manifold, by a less expensive modular structure. It also makes it possible to simplify the assembly and manufacture of the exchanger.
  • the invention is not limited to one exchanger described above. It is possible in particular to use flat tubes of different lengths and thus produce non-rectangular exchangers whose shape can be adapted to the size of the vehicle. In addition, the number of circuit elements can be chosen according to. desired exchange performance.

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Abstract

Elément de circuit hydraulique (20), pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide comprenant au moins un tube (22) ayant un canal d'arrivée et un canal de retour, séparés par une cloison, un premier embout fixé sur une première extrémité ouverte du tube (40), et un deuxième embout fixé sur une deuxième extrémité ouverte du tube (41). Le premier embout comprend une zone d'insertion de la première extrémité, et une zone de retournement dans laquelle le fluide qui débouche du canal d'arrivée du tube subit un retournement vers le canal de retour du tube. Le deuxième embout comporte une zone d'insertion de la deuxième extrémité, et une zone de conne­xion pour l’entrée et la sortie du premier fluide.

Description

Elément de circuit pour echangeur de chaleur
L'invention concerne un élément de circuit pour un echangeur de chaleur, notamment un echangeur de chaleur destiné à l'équipement d'un véhicule automobile.
Plus précisément, elle concerne un élément de circuit pour un échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide .
Elle concerne également des échangeurs de chaleur obtenus à partir de ces éléments de circuit.
Des échangeurs sont couramment constitués d'un faisceau de tubes parallèles montés entre deux boîtes collectrices, les tubes alternant avec des intercalaires par exemple de type ondulé. Le premier fluide circule à l'intérieur des tubes tandis que le deuxième fluide circule dans l'espace compris entre les tubes. L'échange de chaleur entre le premier fluide et le deuxième fluide se produit au niveau de la surface des tubes .
Toutefois, ces échangeurs connus présentent de nombreux inconvénients. En ce qui concerne la technologie d' échangeurs à tubes et à boîtes collectrices, ces dernières augmentent la taille des échangeurs sans augmenter leurs performances. Les boîtes collectrices ne permettent pas d'améliorer l'échange thermique et entraînent une perte de place.
D'autre part, 1 ' echangeur doit être obligatoirement de forme rectangulaire à cause de la présence des boîtes collectrices. En outre, pour créer des passes dans l 'echangeur, il est nécessaire d'ajouter et d'intégrer des pièces supplémentaires, les cloisons, dans les boîtes collectrices. La fabrication de ces échangeurs est en outre difficile car il est nécessaire de poinçonner et de crever les plaques collectrices .
FR 2834336 A propose un echangeur ne présentant pas de tels inconvénients. Un echangeur selon FR 2834336 A comprend un empilement d'éléments de circuit. Chaque élément de circuit comporte au moins un tube et au moins un embout à l'une des extrémités du tube. L'embout comporte au moins un passage de communication qui définit le parcours d'un premier fluide. Cet embout comporte un fond pour empêcher le fluide de s'échapper suivant la direction axiale du tube, ce qui permet l'utilisation d'un tube ayant des extrémités ouvertes. Cet echangeur est adapté à une utilisation avec un tube à deux canaux mais ne prévoit pas une communication entre les deux canaux pour permettre un retour du premier fluide à 1 ' extrémité de l'élément de circuit, et donc une circulation en U au niveau de chaque élément de circuit de l' echangeur.
Pour assurer une circulation du premier fluide en U, il est nécessaire de mettre en communication l'un des canaux du tube avec l'autre canal du même tube, au voisinage d'une extrémité du tube .
On connaît des échangeurs conformés pour permettre le retour du fluide débouchant de l'un des canaux d'un tube vers l'autre canal du même tube, et donc une circulation en U au niveau de chaque tube. De tels éléments de circuits sont en particulier munis d'un bouchon à l'une des extrémités ouvertes du tube qui obture cette extrémité et qui contribue au retour du fluide .
Dans ce type d' échangeurs, il est parfois prévu une cloison dans le bouchon qui délimite deux compartiments. Lorsque le bouchon est fixé sur l'extrémité, chaque compartiment communique avec un seul des canaux du tube. La cloison du bouchon est en outre percée d'ouvertures pour le passage du fluide d'un canal à l'autre canal, ce qui permet une circulation en U dans le tube.
DE 19515528 Al propose un élément de circuit comportant un tube plat à deux canaux comportant un bouchon de fermeture à l'une des extrémités. La cloison de séparation des canaux est percée de petites ouvertures au voisinage de l'extrémité munie du bouchon de fermeture. Ainsi le fluide circulant dans l'un des canaux du tube peut passer dans l'autre canal du tube via les ouvertures de la cloison, le bouchon n'ayant qu'une fonction de fermeture .
Le passage du fluide d'un canal à l'autre par des ouvertures conduit à des survitesses et à une mauvaise répartition des lignes de courants dans la largeur du tube. La surface d'échange de chaleur est ainsi mal exploitée au voisinage de la zone de retournement de fluide. Par ailleurs, le passage du fluide au travers des ouvertures peut entraîner un phénomène d'érosion au niveau de cette zone.
La présente invention a pour objet un élément de circuit hydraulique pour un echangeur de chaleur qui remédie à ces inconvénients connus de l'art antérieur.
A cet effet, l'invention propose un élément de circuit hydraulique, pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, définissant un parcours pour le premier fluide. L'élément de circuit comprend au moins un tube ayant un canal d'arrivée et un canal de retour séparés par une cloison principale, un premier embout fixé sur une première extrémité ouverte du tube, et un deuxième embout fixé sur une deuxième extrémité ouverte du tube. Avantageusement, le premier embout comprend une zone d'insertion dans laquelle est logée de manière étanche la première extrémité et une zone de retournement délimitée par un fond fermé dans laquelle le fluide qui débouche du canal d'arrivée du tube, subit un retournement vers le canal de retour du tube, tandis que le deuxième embout comporte une zone d'insertion dans laquelle est logée de manière étanche la deuxième extrémité et une zone de connexion propre à transmettre le premier fluide qui entre dans l'élément de circuit au canal d'arrivée et à transmettre le premier fluide qui revient du canal de retour à 1 ' extérieur de 1 ' élément de circuit .
Des caractéristiques optionnelles de l'élément de circuit selon l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après :
- La première extrémité du tube a une forme en V dont la pointe est tournée vers l'extérieur.
La zone de connexion comporte une cloison auxiliaire délimitant un compartiment d'arrivée et un compartiment de sortie, le compartiment d'arrivée étant raccordé de manière étanche au canal d'arrivée et le compartiment de sortie étant raccordé de manière étanche au canal de sortie.
L'épaisseur de la cloison auxiliaire est supérieure à l'épaisseur de la cloison principale.
- La cloison auxiliaire est conformée pour que la cloison principale vienne en appui contre la cloison auxiliaire après fixation du deuxième embout sur la deuxième extrémité.
- La deuxième extrémité du tube a une forme en V dont la pointe est tournée vers l'intérieur.
- La deuxième extrémité du tube a une forme en V dont la pointe est tournée vers l'extérieur.
- Chaque compartiment du deuxième embout comprend au moins une ouverture . - Chaque compartiment du deuxième embout comprend une paire d'ouvertures ménagées en vis-à-vis dans les faces principales du deuxième embout .
- Chaque ouverture du deuxième embout est entourée d'un collet de forme adaptée à 1 ' ouverture correspondante .
- La section externe de l'un des collets du deuxième embout, située sur une face principale du deuxième embout, est inscriptible dans la section interne du collet en vis-à-vis, situé sur l'autre face principale du deuxième embout.
- Le collet, situé une face principale du deuxième embout, est sensiblement identique au collet croisé, situé sur l'autre face principale .
- La section externe d'un collet, situé sur une face principale du deuxième embout, est inscriptible dans la section interne du collet, situé sur la même face principale du deuxième embout.
- La pièce de connexion présente une symétrie suivant un axe qui s'étend le long de la cloison auxiliaire.
- Le tube est généralement plat .
- Les bords latéraux du premier embout comportent chacun une butée intérieure agencée de sorte que la première extrémité du tube vienne simultanément en appui contre ces deux butées, après introduction dans le premier embout .
- Les butées intérieures du premier embout sont agencées à proximité de l'ouverture d'entrée du premier embout.
- Chaque face principale du premier embout a une forme générale rectangulaire . - Chaque face principale du premier embout a une forme générale de demi-disque.
- Le premier embout comporte des cloisons intérieures en forme d'arc de cercle agencées dans l'espace intérieur et s ' étendant entre les deux faces principales, ces cloisons intérieures délimitant des pistes d'écoulements.
L'invention propose en outre un echangeur de chaleur, notamment pour un véhicule automobile, comprenant un empilement d'éléments de circuit selon l'une des revendications précédentes communiquant entre eux par 1 ' intermédiaire de leurs deuxièmes embouts respectifs.
Des caractéristiques optionnelles de 1 ' echangeur de chaleur selon l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après:
- Les éléments de circuit sont raccordés par imbrication des collets en regard de leurs deuxièmes embouts respectifs, un collet intérieur d'un élément de circuit pénétrant dans le collet extérieur d'un élément de circuit adjacent.
- La section de la paroi du collet intérieur se rétrécit progressivement à partir de la base du collet et la section de la paroi du collet extérieur est sensiblement constante.
- L'extrémité libre de la paroi du collet intérieur est recourbée vers l'intérieur du collet.
- L'extrémité libre de la paroi du collet extérieur est recourbée vers 1 ' intérieur du collet . - L'épaisseur du premier embout est inférieure ou égale au pas entre les tubes respectifs de deux éléments de circuit adjacents .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un echangeur conforme à la présente invention;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un élément de circuit conforme à la présente invention;
- la figure 3A est une vue en perspective montrant la structure des différents composants de l'élément de circuit de la figure 2; la figure 3B est une vue en perspective montrant les languettes de liaison entre deux premiers embouts successifs de 1' echangeur; la figure 3C est une vue en perspective montrant les languettes de liaison entre deux deuxièmes embouts successifs de 1 ' echangeur;
- la figure 4A est uns vue en coupe longitudinale d'un tube sans découpe en V;
- les figures 4B et 4C sont des vues en coupe longitudinale du tube après une découpe en V des extrémités du tube, selon diverses variantes de réalisation de l'invention;
- la figure 5A est une vue schématique en coupe longitudinale d'un élément de circuit conforme à l'invention; - la figure 5B représente une section du tube d'un élément de circuit conforme à l'invention;
- la figure 5C est une vue partielle à plus grande échelle de l'élément de circuit de la figure 5A;
- les figures 6A à 6D sont des vues schématiques en coupe longitudinale du bouchon de retour d'un élément de circuit conforme à l'invention, selon diverses variantes de réalisation;
- la figure 7 est une vue en perspective qui représente les bouchons de retour de deux éléments de circuit adjacents conformes à l'invention;
- la figure 8 est une vue schématique de dessus des pièces de connexion respectives de deux éléments de circuit adjacents raccordés;
- la figure 9A représente, à plus grande échelle, un détail de la figure 8 ; et
- La figure 9B représente, à plus grande échelle, un détail de la figure 9A.
Les dessins contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de 1 ' invention, le cas échéant .
On a représenté sur la figure 1 une vue extérieure en perspective d'un echangeur de chaleur conforme à la présente invention.
L ' echangeur de chaleur 1 est constitué par un empilement d'éléments de circuit 2.1 à 2. n. La figure 2 représente un élément de circuit conforme à l'invention. Chaque élément de circuit 2 comprend un tube 22, en particulier un tube plat, ayant deux extrémités ouvertes 40 et 41. La figure 5B représente un exemple de section du tube 22. Le tube comporte deux canaux Cl et C2 séparés par une cloison principale 220. Un tel tube peut être réalisé par extrusion ou profilage.
L' echangeur de chaleur permet un échange entre un premier fluide circulant à 1 ' intérieur des tubes et un deuxième fluide circulant entre les tubes.
L'élément de circuit de l'invention peut être utilisé pour réaliser différents types d' echangeur de chaleur et en particulier des condenseurs pour des installations de climatisation de véhicules automobiles.
En référence à la figure 2, un élément de circuit conforme à la présente invention comporte un premier embout ou bouchon de retour 20 fixé sur une première extrémité 40 et un deuxième embout ou pièce de connexion 21 fixé à une deuxième extrémité 41 du tube 22.
Le bouchon de retour 20 obture de manière étanche la première extrémité 40. Il délimite un espace intérieur comprenant une zone prévue pour loger la première extrémité 40 et une zone de retournement dans laquelle le premier fluide débouchant du canal d'arrivée, par exemple Cl, circule en direction du canal de retour, par exemple C2.
Le bouchon de retour 20 assure ainsi le passage du fluide du canal Cl du tube 22 au canal C2 du même tube, ce qui permet d'obtenir une circulation en U dans chaque élément de circuit 2. Le bouchon de retour 20 comprend une paroi latérale périphérique, d'épaisseur sensiblement constante, qui vient envelopper et .épouser exactement l'extrémité 40 du tube 22. Le bouchon de retour 20 est conformé pour .que l'extrémité 40 occupe une partie seulement de sa longueur de manière à prévoir une zone de retournement au fond du bouchon. Le premier fluide qui débouche du canal d'arrivée Cl par l'extrémité 40, avec un sens de circulation allant de l'extrémité 41 à l'extrémité 40, se déverse ainsi dans cette zone de retournement, où il subit un retournement vers le canal de retour C2 pour y circuler dans le sens inverse .
Le bouchon de retour 20 peut présenter des bords latéraux arrondis pour épouser la forme du tube 22. Le fond du bouchon de retour 20 peut également présenter une forme arrondie. La forme arrondie des bords latéraux et du fond du bouchon de retour 20 améliore la résistance de 1 ' echangeur aux hautes pressions du premier fluide, et facilite un écoulement présentant de faibles pertes de charges .
Selon un aspect de l'invention, l'extrémité 40 du tube 22, représenté sur la figure 4B, est en forme de V. Plus précisément, l'extrémité 40 qui est raccordée au bouchon de retour 20 a une forme en V dont la pointe est tournée vers l'extérieur. La forme en V de l'extrémité 40 peut être obtenue par une découpe dans un tube plat 22 ' rectangulaire représenté sur la figure 4A.
La découpe en V de l'extrémité 40 permet d'optimiser le retournement du fluide du canal d'arrivée Cl au canal de retour C2 en égalisant les longueurs des lignes de courants, lors du retournement. En effet, en l'absence de découpe en V, les lignes de courant du fluide qui sont les plus proches de la cloison longitudinale présentent le trajet le plus court, tandis que les lignes de courant qui sont les plus éloignées de la cloison présentent le trajet le plus long pour le fluide passant du canal Cl au canal C2. Compte tenu de la découpe en V de l'extrémité 40, le trajet peut être raccourci en contournant les lignes de courant qui sont proches de la cloison. La découpe en V et la structure du bouchon contribuent à l'égalisation des longueurs des lignes de courant. Cette égalisation présente l'avantage de limiter les survitesses, de diminuer les pertes de charge du premier fluide et d'égaliser les coefficients d'échange sur la paroi interne du tube.
L'épaisseur b du bouchon de retour 20 est uniquement limitée par le pas p entre les tubes de deux éléments de circuit adjacents, comme représenté sur la figure 7. Elle doit être choisie sensiblement inférieure ou égale à ce pas p pour éviter un hyperstatisme lors de l'assemblage. Un echangeur conforme à l'invention permet donc d'exploiter l'espace entre deux tubes adjacents pour optimiser le retournement du fluide, sans que l'encombrement de 1 ' echangeur ne soit augmenté. La forme en V de l'extrémité 40 du tube favorise une longueur uniforme des lignes de courant, permettant ainsi une exploitation maximale de la surface d'échange du tube.
En bref, la découpe en V de l'extrémité 40 et la structure du bouchon de retour 20 permettent : d'optimiser la surface d'échange sur l'air pour un encombrement total donné,
_ de minimiser les pertes de charge du premier fluide, et
_ de minimiser les survitesses locales dans la zone de retournement .
Ainsi, le volume interne du bouchon de retour 20 ainsi que ses dimensions extérieures sont suffisamment réduits pour optimiser l'encombrement de 1 ' echangeur de chaleur, et suffisamment grands pour optimiser le retournement du fluide.
Dans un mode de réalisation particulier, représenté sur la figure 3, le bouchon de retour 20 est constitué d'une bande de tôle emboutie et repliée pour former deux branches 204 correspondant aux faces latérales du bouchon de retour.
Les figures 6A à 6D représentent des vues en coupe longitudinale de diverses formes de réalisation du bouchon de retour 20. Le bouchon peut avoir des faces latérales 204 en forme de rectangle (figure 6A et 6D) ou en forme de demi-cercle (figure 6C et 6D) . Par ailleurs le bouchon de retour 20 peut comporter des cloisons intérieures imbriquées 210 en forme d'arc de cercle. Ces cloisons intérieures s'étendent entre les deux faces latérales 204 du. bouchon de retour et forment des pistes qui guident l'écoulement du fluide.
Par ailleurs, des butées intérieures 202 peuvent être prévues sur chacun des deux bords latéraux 203 et 206 à l'intérieur du bouchon de retour 20. Elles sont situées à proximité de l'ouverture d'entrée 205 du bouchon et sont destinées à définir la profondeur de pénétration de l'extrémité 40 dans le bouchon de retour. Elles contribuent ainsi à définir la zone de retournement, comme on peut le constater sur la figure 5C.
La pièce de connexion 21 représentée sur la figure 2 comporte une paroi latérale périphérique qui vient envelopper et épouser la deuxième extrémité 41 du tube 22. La pièce de connexion 21 est conformée pour que l'extrémité 41 occupe une partie seulement de sa longueur de manière à prévoir une zone de connexion au fond de la pièce de connexion 21. La zone de connexion transmet le premier fluide qui arrive dans l'élément de circuit au canal d'arrivée Cl, et transmet le premier fluide qui revient du canal de retour C2 à l'extérieur de l'élément de circuit .
La figure 5A est une vue en coupe longitudinale d'un élément de circuit 2 conforme à la présente invention. La pièce de connexion 21 représentée sur cette figure comprend deux compartiments, un compartiment d'arrivée Cil et un compartiment de sortie C21, séparés par une cloison auxiliaire 215. La cloison auxiliaire 215 permet une séparation au niveau de la zone de connexion entre les flux qui circulent en sens contraires respectivement vers le canal Cl et depuis le canal C2.
La cloison auxiliaire 215 de la pièce de connexion est conformée pour prolonger la séparation des flux qui circulent dans les différents canaux Cl et C2 au-delà de l'extrémité 41. La cloison auxiliaire 215 est en particulier prévue pour que la cloison principale 220 viennent en appui contre elle, après assemblage de l'élément de circuit 2. Pour cela, la cloison auxiliaire 215 peut avoir une épaisseur supérieure à l'épaisseur de la cloison principale.
La zone de connexion permet la communication de l'élément de circuit 2 avec 1 ' extérieur et notamment avec un élément de circuit adjacent dans un echangeur.
Pour cela, chaque compartiment de la pièce 21 comprend au moins une ouverture agencée dans la zone de connexion. En particulier, chaque compartiment Cil (respectivement C21) de la pièce 21 comprend une paire d'ouvertures 2120 ménagées en vis à vis dans les faces principales 241 de la pièce de connexion, comme représenté sur la figure 2.
Ainsi, comme illustré sur la figure 5A, le fluide qui arrive d'un élément de circuit adjacent dans le compartiment Cil par l'une des ouvertures 2120 peut ainsi passer dans le canal d'arrivée Cl de manière étanche (flèche 30) et le fluide qui provient du canal de retour C2 (flèche 34) peut ainsi se déverser de manière étanche dans le compartiment C21 avant de passer dans un autre élément de circuit . La pièce de connexion 21 d'un élément de circuit permet ainsi assurer 1 ' entrée et la sortie du premier fluide dans 1 ' élément de circuit .
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité 41 du tube 22, représenté sur la figure 4B, a également une forme de V. Dans un mode de réalisation, l'extrémité 41 a une forme de V dont la pointe est tournée vers l'intérieur, c'est-à-dire que l'extrémité 41 comprend un renfoncement en forme de V. La forme en V de l'extrémité 41 peut être obtenue par une découpe dans le tube plat 22 ' rectangulaire représenté sur la figure 4A.
Dans un autre mode de réalisation, représenté sur la figure 4C, la deuxième extrémité 41 présente une forme en V dont la pointe est tournée vers 1 ' extérieur du tube .
La forme de l'extrémité 41 du tube 22 est définie pour satisfaire aux contraintes liées à la découpe du tube, à l'assemblage, à 1 ' étanchéité entre la cloison auxiliaire 215 et la cloison principale du tube 220, à la perte de charge du fluide circulant dans la pièce de connexion 21, aux pertes de charges du fluide à l'entrée du tube, et à l'égalisation de la longueur des lignes de courant le long de leur parcours total entre l'entrée du canal Cl et la sortie du canal C2.
Selon un autre aspect de l'invention, le raccordement entre deux éléments de circuit adjacents conformes à l'invention pour une utilisation dans un echangeur est réalisé au niveau de la pièce de connexion 21. Pour cela, chaque ouverture 2120 de la pièce de connexion 21 est entourée d'un collet extérieur 210, représenté sur la figure 3, de forme adaptée à l'ouverture correspondante 2120. Chaque collet 210 délimite l'ouverture 2120 à laquelle il est associé. La pièce de connexion 21 comporte ' donc autant de collets que d'ouvertures 2120 et donc au moins un collet sur chacune de ses faces principales 214 et en particulier deux collets sur chacune de ses faces principales 214.
La figure 8 est une. vue schématique de dessus représentant le raccordement entre deux éléments de circuit adjacents 2 et 2 ' conformes à l'invention. Les raccordements entre les deux éléments de circuit adjacents 2 et 2 ' sont réalisés grâce aux collets 210.
En effet, un collet 210A' d'un élément de circuit est conformé pour pouvoir être inséré dans le collet en regard 210D d'un élément de circuit adjacent 2, tout en restant maintenu dans celui-ci après insertion.
En particulier, la section externe de l'un des collets, par exemple le collet 210A' , d'un élément de circuit 2' est inscriptible dans la section interne du collet 210D en regard d'un élément de circuit adjacent 2. Ainsi, le collet 210A' peut être inséré dans le collet 210D tout en restant maintenu dans le collet 210D, après insertion.
Le raccordement entre l'élément de circuit 2 et l'élément de circuit adjacent 2' peut donc être réalisé en insérant les collets ayant une section externe plus petite 210C, 210A' , dits collets intérieurs, dans les collets en regard ayant une section interne plus grande respectivement 210D', 210D, dits collets extérieur .
Chaque pièce de connexion 21 d'un élément de circuit peut comporter à la fois des collets extérieurs et des collets intérieurs .
En particulier, le collet, par exemple le collet 210A, qui 'se trouve sur une face principale FI de la pièce de connexion 21 d'un élément de circuit, est un collet intérieur tandis que le collet en vis à vis 210D qui se trouve sur l'autre face principale F2 de la pièce de connexion 21 du même élément de circuit est un collet extérieur.
De plus, le collet, par exemple le collet 210A, qui se trouve sur une face principale FI de la pièce de connexion 21, est identique au collet "croisé" 210C, qui se trouve sur l'autre face principale F2 de la pièce de connexion 21, en vis à vis du collet 210A.
En complément, le collet, par exemple le collet 210A, qui se trouve sur une face principale FI de la pièce de connexion 21, est un collet intérieur tandis que le collet 210B, qui se trouve sur la même face principale FI de la pièce de connexion 21 est un collet extérieur.
Dans ce cas, la pièce de connexion peut présenter une symétrie par rapport à un axe qui s'étend le long de la cloison auxiliaire 215.
La figure 9A est une vue agrandie de la partie désignée par la référence 400 sur la figure 8. Elle montre le raccordement entre un collet de l'élément de circuit 2 et le collet en regard de l'élément de circuit adjacent 2', et plus précisément l'insertion du collet intérieur 210A' de l'élément de circuit adjacent 2' dans le collet extérieur 210D de l'élément de circuit 2.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la section de la paroi du collet intérieur 210A' , désignée par la référence 2100 ' sur la figure 9A, se rétrécit progressivement et légèrement, à mesure qu'on s'éloigne de la base du collet. En revanche, la section de la paroi du collet extérieur 210D, représentée par la référence 2100 sur la figure 9A, est sensiblement constante. Le léger rétrécissement de la paroi du collet intérieur 210A' permet une introduction facile dans le collet intérieur tout en assurant un bon contact en fin de course .
La figure 9B est une vue à plus grande échelle de l'extrémité libre 402 de la paroi 2100' du collet intérieur 210A' représentée sur la figure 9A. Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, l'extrémité libre 402 de la paroi d'un collet intérieur 210A' est recourbée vers l'intérieur pour faciliter encore l'introduction du collet intérieur dans le collet extérieur 210D en regard.
De même, l'extrémité libre 402 de la paroi d'un collet extérieur 210 D est recourbée vers l'intérieur pour que le bord extérieur 2102 de l'extrémité libre 402 du collet extérieur 210D s'appuie contre la paroi 2100' du collet intérieur 210A' , après raccordement. Ce recourbement de l'extrémité libre du collet extérieur assure un bon contact après insertion.
Le raccordement des éléments de circuit conformes à l'invention permet en outre de supprimer les plaques latérales qui sont classiquement brasées sur le faisceau des tubes empilés.
Dans un mode de réalisation particulier, la pièce de connexion 21 est constituée d'une bande de tôle emboutie et repliée pour former deux branches 214, représentée sur la figure 3.
On a représenté sur la figure 3 une vue en perspective des différents composants d'un élément de circuit 2 d'un echangeur de chaleur conforme à 1 ' invention, à une étape particulière de leur fabrication. La pièce de connexion 21 peut être réalisée par emboutissage et pliage d'une bande de métal, de préférence d'aluminium, pour former deux branches 214. L'emboutissage peut permettre de réaliser au préalable les ouvertures 210 de la zone de connexion et les collets 2120. La bande de tôle est ensuite repliée de manière à rapprocher les deux branches 214, qui constituent les faces principales respectives de la pièce de connexion'.
La pièce de connexion 21 et le bouchon de retour 20 sont ensuite assemblés, par exemple par emmanchement ou sertissage sur le tube 22 avant brasage.
Lorsque de tels éléments de circuit sont utilisés dans un echangeur conforme à la présente invention, en particulier 1 ' echangeur représenté sur la figure 1, la pièce de connexion 21 permet l'arrivée du premier fluide dans chaque élément de circuit et la sortie du premier fluide de chaque élément de circuit .
En référence à la figure 1, le premier fluide arrive dans l'élément de circuit 2.1 de 1 ' echangeur 1 par une tubulure d'entrée, comme représenté par la flèche 50, et ressort de 1 ' echangeur par une tubulure de sortie raccordée à 1 ' élément de circuit 2.1, comme représenté par la flèche 52.
Le dernier élément de circuit 2.n de l'empilement est raccordé d'un côté à l'élément de circuit adjacent 2. (n-1) et est libre de l'autre côté. La face principale de la pièce de connexion 21 qui est située du côté libre de l'élément de circuit 2.n ne comporte aucune ouverture tandis que l'autre face principale comporte deux ouvertures, chacune étant agencée dans l'un des compartiments Cil ou C21.
Les autres éléments de circuit comportent tous deux paires d'ouvertures. Chaque paire comporte deux ouvertures ménagées en vis-à-vis dans les faces principales de la pièce de connexion, au niveau de l'un des compartiments Cil ou C21.
Dans l'exemple représenté en perspective sur la figure 1, le premier fluide arrive dans 1 ' echangeur par le compartiment d'arrivée Cil de l'élément de circuit 2.1, comme schématisé par la flèche 50. Les compartiments d'arrivée successifs Cil des pièces de connexion 21 des éléments de circuit 2.1 à 2.n forment un passage d'arrivée de fluide. Le premier fluide qui arrive dans l' echangeur circule le long de ce passage d'arrivée pour se déverser dans chaque élément de circuit 2.1 à 2.n.
Le premier fluide arrive dans un élément de circuit 2. i par son compartiment d'arrivée Cil. Il se déverse dans le canal d'arrivée Cl du tube 22. Il circule ensuite le long du canal Cl, de haut en bas, jusqu'à ce qu'il atteigne le bouchon de retour 20 dans lequel il subit un retournement vers le canal de retour C2 , schématisé par la flèche 54. Il circule alors dans le canal de retour C2 , de bas en haut, jusqu'à ce qu'il arrive dans le compartiment de sortie C21 de la pièce de connexion 21.
Le premier fluide effectue ainsi une circulation en U en parallèle dans tous les tubes 22.
Les compartiments de sortie successifs C21 des pièces de connexion 21 des éléments de circuit 2.1 à 2.n forment un passage de sortie de fluide. Le premier fluide qui débouche du compartiment de sortie C21 de chaque élément de circuit circule dans ce passage de sortie en direction de la sortie de 1 ' echangeur .
Lorsque le premier fluide qui circule dans le compartiment de sortie C21 parvient au niveau du premier élément de circuit 2.1, il ressort de l' echangeur, comme représenté par la flèche 52.
En complément, des intercalaires ondulés 6 peuvent être disposés entre les éléments de circuit 2.1 à 2.n de 1 ' echangeur 1 comme représenté schématiquement sur la figure 1 pour améliorer l'échange avec le deuxième fluide. Il est possible d'utiliser un poste de production pour produire les tubes, une presse pour produire la pièce de connexion et le bouchon de retour et une machine automatique pour fixer la pièce de connexion et le bouchon de retour sur les tubes et ainsi fabriquer un élément de circuit conforme à l'invention. L'assemblage de 1 ' echangeur peut être effectué par superposition des éléments de circuit ainsi fabriqués avec interposition éventuellement des intercalaires ondulés 6. L'ensemble peut être ensuite assemblé par brasage.
Il est possible d'obtenir plusieurs pièces de connexion 21 (respectivement plusieurs bouchons de retour 20) en une seule frappe. Dans ce cas, il peut être avantageux de garder entre ces pièces une languette de liaison 2041 représentée sur la figure 3B, respectivement une languette de liaison 2101 représentée sur la figure 3C, afin de les solidariser entre elles. Les pièces 20 et 21 ainsi obtenues permettent la fabrication de plusieurs échangeurs mécaniquement solidaires entre eux. La séparation de ces échangeurs a lieu en fin de fabrication, par découpe des languettes 2041 et 2101. La diminution du nombre de pièces manutentionnées au cours de la fabrication diminue le coût de fabrication de ces échangeurs.
L ' echangeur selon l'invention permet de remplacer certains composants usinés de l'art antérieur, tels que le collecteur, par une structure modulaire moins coûteuse. Elle permet en outre de simplifier l'assemblage et la fabrication de 1 ' echangeur.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée à 1 ' echangeur décrit ci-dessus. Il est possible en particulier d'utiliser des tubes plats de différentes longueurs et de produire ainsi des échangeurs non rectangulaires dont la forme peut être adaptée à l'encombrement du véhicule. En outre le nombre d'élément de circuit peut être choisi en fonction des. performances d'échange souhaitées .

Claims

Revendications
1. Elément de circuit hydraulique (2), pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, définissant un parcours pour le premier fluide, l'élément de circuit comprenant au moins un tube (22) ayant uncanal d'arrivée et un canal de retour séparés par une cloison principale (220) , un premier embout (20) fixé sur une première extrémité (40) ouverte du tube, et un deuxième embout (21) fixé sur une deuxième extrémité (41) ouverte du tube (22), caractérisé en ce que le premier embout comprend une zone d'insertion dans laquelle est logée de manière étanche la première extrémité et une zone de retournement, délimitée par un fond fermé, dans laquelle le fluide qui débouche du canal d ' arrivée du tube subit un retournement vers le canal de retour du tube, et en ce que le deuxième embout comporte une zone d'insertion dans laquelle est logée de manière étanche la deuxième extrémité et une zone de connexion propre à transmettre le premier fluide qui entre dans l'élément de circuit au canal d'arrivée et à transmettre le premier fluide qui revient du canal de retour à l'extérieur de l'élément de circuit .
2. Elément de circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première extrémité du tube a une forme en V dont la pointe est tournée vers l'extérieur.
3. Elément de circuit selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la zone de connexion comporte une cloison auxiliaire (215) délimitant un compartiment d'arrivée (Cil) et un compartiment de sortie (C21) , le compartiment d'arrivée
(Cil) étant raccordé de manière étanche au canal d'arrivée (Cl) et le compartiment de sortie (C21) étant raccordé de manière étanche au canal de sortie (C2) .
4. Elément de circuit selon la revendication 3 , caractérisé en ce que l'épaisseur de la cloison auxiliaire (215) est supérieure à l'épaisseur de la cloison principale (220).
5. Elément de circuit selon l'une des revendications 3 et 4 , caractérisé en ce que la cloison auxiliaire (215) est conformée pour que la cloison principale vienne en appui contre la cloison auxiliaire (215) après fixation du deuxième embout (21) sur la deuxième extrémité (41) .
6. Elément de circuit selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la deuxième extrémité (41) du tube (22) a une forme en V dont la pointe est tournée vers l'intérieur.
7. Elément de circuit selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la deuxième extrémité (41) du tube (22) a une forme en V dont la pointe est tournée vers l'extérieur.
8. Elément de circuit selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque compartiment du deuxième embout comprend au moins une ouverture .
9. Elément de circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque compartiment du deuxième embout comprend une paire d'ouvertures (2120) ménagées en vis-à-vis dans les faces principales (214) du deuxième embout (21) .
10. Elément de circuit selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que chaque ouverture du deuxième embout est entourée d'un collet (210) de forme adaptée à l'ouverture correspondante .
11. Elément de circuit selon la revendication 10, caractérisé en ce que la section externe de l'un des collets (210D) du deuxième embout, situé sur une face principale (FI) du deuxième embout (21) , est inscriptible dans la section interne du collet (210A) en vis-à-vis, situé sur l'autre face principale (F2) du deuxième embout .
12. Elément de circuit selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le collet (210D) , situé une face principale (FI) du deuxième embout, est sensiblement identique au collet croisé (210B) , situé sur l'autre face principale (F2) .
13. Elément de circuit selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la section externe d'un collet (210D) , situé sur une face principale (FI) du deuxième embout (21) , est inscriptible dans la section interne du collet (210C) , situé sur la même face principale (FI) du deuxième embout.
14. Elément de circuit selon la revendication 13, caractérisé en ce que la pièce de connexion présente une symétrie suivant un axe qui s'étend le long de la cloison auxiliaire (215) .
15. Elément de circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit tube (22) est généralement plat .
16. Elément de circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bords latéraux du premier embout (20) comportent chacun une butée intérieure
(202) agencée de sorte que la première extrémité du tube vienne simultanément en appui contre ces deux butées, après introduction dans le premier embout (20) .
17. Elément de circuit selon la revendication 16, caractérisé en ce que les butées intérieures (202) du premier embout (20) sont agencées à proximité de l'ouverture d'entrée (205) du premier embout (20) .
18. Elément de circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque face principale du premier embout (20) a une forme générale rectangulaire.
19. Elément de circuit selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que chaque face principale du premier embout (21) a une forme générale de demi-disque.
20. Elément de circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier embout comporte des cloisons intérieures (201) en forme d'arc de cercle agencées dans ledit espace intérieur et s ' étendant entre les deux faces principales (204) , ces cloisons intérieures délimitant des pistes d'écoulements.
21. Echangeur de chaleur, notamment pour un véhicule automobile, comprenant un empilement d'éléments de. circuit (2) selon l'une des revendications précédentes communiquant entre eux par l'intermédiaire de leurs deuxièmes embouts respectifs (21).
22. Echangeur de chaleur selon la revendication 21, caractérisé en ce que les éléments de circuit (20) sont raccordés par imbrication des collets en regard de leurs deuxièmes embouts (24) respectifs, un collet intérieur d'un élément de circuit pénétrant dans le collet extérieur d'un élément de circuit adjacent .
23. Echangeur de chaleur selon la revendication 22, caractérisé en ce que la section de la paroi du collet intérieur (210A') se rétrécit progressivement à partir de la base du collet et en ce que la section de la paroi du collet extérieur (210D) est sensiblement constante.
24. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 22 et 23, caractérisé en ce que l'extrémité libre (402) de la paroi (2100') du collet intérieur (210D) est recourbée vers l'intérieur du collet.
25. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 22 à
24, caractérisé en ce que l'extrémité libre (402) de la paroi (2100) du collet extérieur (210D) est recourbée vers l'intérieur du collet .
26. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 21 à
25, caractérisé en ce que l'épaisseur du premier embout est inférieure ou égale au pas entre les tubes respectifs de deux éléments de circuit adjacents.
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