WO2006087447A1 - Plaque collectrice améliorée, boite collectrice et échangeur de chaleur comportant une telle plaque collectrice - Google Patents

Plaque collectrice améliorée, boite collectrice et échangeur de chaleur comportant une telle plaque collectrice Download PDF

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heat exchanger
collector
plate
collar
collector plate
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PCT/FR2006/000290
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Paul Garret
Philippe Faille
Gilles Pain
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Valeo Systemes Thermiques
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    • F28D2021/0094—Radiators for recooling the engine coolant

Definitions

  • the invention relates to a header plate for a heat exchanger, in particular for motor vehicles.
  • the invention also relates to a collector box and a heat exchanger comprising such a collector plate.
  • Heat exchangers generally include a collector connected to a bundle of tubes.
  • this collector may be formed by a collector plate covered with a lid.
  • the invention more particularly relates to a header plate having a core pierced with holes for receiving the tubes of a bundle of a heat exchanger, the holes being each surrounded by a collar having two pairs of opposite sides, and in which the collector plate has a raised edge at its periphery.
  • collector plates are made in various ways. 'Thus, the raised edge of the collector plate can form a groove for receiving a plastic lid crimped therein.
  • Such a manifold plate may also receive a metal cover, for example aluminum, brazed to the peripheral edge of the header plate.
  • Known collector plates have collars which are formed by punching and lifting or puncturing the plate. The tubes are inserted into these collars and the brazed assembly to form the heat exchanger.
  • the use of such collars may be a disadvantage in some cases. Indeed ', to reduce the size, the width of the collector plate is often defined by the width' added tubes the thickness of the collars. These represent a congestion. not insignificant.
  • the invention proposes to improve the situation.
  • a header plate having a core pierced with holes for receiving tubes from a bundle of a heat exchanger, the holes being each surrounded by a collar having two pairs of opposite sides, and in which the collector plate has an edge raised at its periphery.
  • this header plate at least one first side of a collar is formed directly by the raised edge, while at least one second side of said collar is derived from the core of the header plate.
  • This type of header plate is extremely advantageous in that it uses the raised edge of the header plate to form a side of a collar surrounding a hole receiving a tube. Thus, the place normally occupied by this collar is saved. Therefore, it 'may either reduce the size of one heat exchanger or increase the performance of 1' - printingur increasing tube dimensions.
  • the invention also relates to a collector box and a heat exchanger comprising such a collector plate.
  • a collector box and a heat exchanger comprising such a collector plate.
  • the second side is brazed to the first side.
  • This type of heat exchanger is extremely interesting in that r it offers improved mechanical strength. Indeed, the brazing of one side of the collar on the raised edge allows, once the exchanger has been brazed, to distribute the forces exerted on the tube not only on the collar but also on the entire collector plate .
  • the bundle includes a row of tubes, and each collar has a pair of opposite first sides to each other.
  • the beam has two rows of tubes, and each collar has a first side and a second side opposite it.
  • the second sides of the collar, coming from the core, can extend towards the inside of the collector or towards the outside of the collector, that is to say toward the bundle of tubes.
  • the raised edge of the header plate can form a clean groove for receiving a seal and a crimpable plastic cover.
  • the raised edge can also be adapted to receive a lid to which it can be brazed.
  • - Figure '1 is a top view of a collector plate of a heat exchanger according to the invention
  • - Figure 2 shows a sectional view along the axis II-II of Figure 1, wherein a cover covers the collector plate and a tube is received in a hole that it comprises;
  • FIG. 3 shows a sectional view along the axis III-III of Figure 1, wherein a cover covers the collector plate and a tube is received in a hole that it comprises; -
  • FIG. 4 represents a view from above of a second embodiment in which the collector plate receives two rows of tubes
  • FIG. 5 represents a variant of FIG. 4.
  • FIG. 6 represents a partial sectional view of a detail VI of FIG. 4.
  • a collector plate 2 of a heat exchanger comprises a core 4 of generally rectangular shape, pierced with holes 6 of generally rectangular shape bordered by flanges 8.
  • the core 4 is metallic and formed for example of an aluminum alloy.
  • the holes S have dimensions enabling them to receive the tubes of the bundle of the heat exchanger (shown in FIGS. 2 and 3), of which the plate 2 is part.
  • these tubes are flat and share with the holes 6 a major axis XX and a small axis YY.
  • flat tube is meant a generally oblong section tube, with two large parallel sides and two small sides connecting the respective ends of the long sides.
  • the collars 8 here comprise two pairs of opposite sides respectively 10 and 12. These pairs of sides extend along the axes XX and YY and respectively correspond to "long sides” and “short sides” of the rectangle formed by each hole.
  • a pair of sides 10 extends along the axis XX. It has two sides 10a and. 10b formed by punching and lifting or tearing the soul 4. "
  • the other pair 12 extends along the minor axis Y-Y. It comprises two sides 12a and 12b formed by a portion 14 of a raised edge 16 of the core 4. The raised edge 16 extends all along the periphery of the core 4.
  • FIG 2 there is shown a sectional view showing the bottom cover 18, .so that the 10a of the pair 10 side of the collar 8.
  • a tube 20 penetrates a hole of the plate 6 'collector 2, and comes into contact with the pair of sides 10 on the one hand and the pair of sides 12 on the other.
  • the side 12a is formed by a portion of the raised edge 16 which here forms a groove 22.
  • This groove 22 receives a cover 18.
  • a peripheral seal 24 is stored between the cover 18 and the groove 22.
  • the cover 18 is here made of plastic, hence the need for the seal 24 to ensure sealing.
  • a end 26 of the raised edge 16 can be folded to crimp the lid 18.
  • the sides 10 extend towards the bundle of tubes, from the collector plate 2.
  • FIG. 3 shows a view similar to FIG. 2, but along the axis III-III, which is situated in the middle of a hole 6. This view makes it possible to appreciate more concretely the soldering of the tube within the exchanger .
  • FIGS 4 and 5 show another embodiment.
  • the exchanger is fully brazed, that is to say that the lid is not crimped here but arranged on the raised edge of the header plate and soldered.
  • this exchanger comprises two rows of tubes, and the collars are here directed to inside the manifold and not towards the tube bundle.
  • a manifold plate 40 comprises a core 42 with holes 44, bordered by collars 46. There are two rows Rl and R2 of holes 44 and collars 46 for receiving. Of such tubes than those described above The positioning of the tubes in the holes '44 is represented by dashed lines.
  • the holes and the tubes have a large axis X 'X' and a small axis Y 7 Y '.
  • the collars 46 comprise two pairs 50 and 52 of opposite sides which are also expressed along the X'X 'and Y'Y'.
  • the pair 50 has two sides 50a and 50b which are made by punching and lifting or tearing of the core 42. However, this operation is carried out towards the inside of the collector formed by the collector plate and its lid, and not to the tube bundle as previously described.
  • the pair 52 has two sides 52a and 52b.
  • the side 52a is also formed by punching and lifting or puncturing at the same time as the pair 50.
  • the side 52b is formed by a portion 54 of a raised edge 56 of the plate 40.
  • FIG 6 is a view 'in aggregatel ⁇ e section of the detail VI of Figure 4 along the axis ZZ. This view makes it possible to better appreciate the brazing operations to be performed on this exchanger. _
  • the flanges 44 are here directed towards the "inside", and an arrow 60 indicates the portion 54 at which the soldering is to be performed.
  • the invention finds a preferential application to heat exchangers for motor vehicles, for example to charge air coolers. It can however be applied to other heat exchangers, for example engine cooling radiators or heating radiators.

Abstract

L'invention concerne une plaque collectrice ayant une âme (4) percée de trous (6) pour recevoir des tubes (20) d'un faisceau d'un échangeur de chaleur, les trous (6) étant entourés chacun d'un collet (8) présentant deux paires de côtés opposés, et dans lequel la plaque collectrice (2) comporte un bord relevé (16) à sa périphérie. Au moins un premier côté d'un collet (8) est formé directement par le bord relevé (16), tandis qu'au moins un second côté (10) dudit collet (8) est issu de l'âme (4) de la plaque collectrice (2). L'invention concerne aussi une boite collectrice et un échangeur de chaleur comportant une telle plaque collectrice. Application notamment au domaine automobile.

Description

Plaque collectrice améliorée, boite collectrice, et échangeur de chaleur comportant une telle plaque collectrice
L'invention concerne une plaque collectrice pour un échangeur de chaleur, en particulier pour des véhicules automobiles. L'invention concerne aussi une boite collectrice et un échangeur de chaleur comportant une telle plaque collectrice.
Les échangeurs de chaleur comportent généralement un collecteur relié à un faisceau de tubes. Classiquement, ce collecteur peut-être formé par une plaque collectrice recouverte d'un couvercle.
L'invention concerne plus particulièrement une plaque collectrice ayant une âme percée de trous pour recevoir les tubes d'un faisceau d'un échangeur de chaleur, les trous étant entourés chacun d'un collet présentant deux paires de côtés opposées, et dans lequel la plaque collectrice comporte un bord relevé à sa périphérie .
De telles plaques collectrices sont réalisées de manières diverses. 'Ainsi, le bord relevé de la plaque collectrice peut former une gorge pour recevoir un couvercle en matière plastique serti dans celle-ci.
JJne telle plaque collectrice peut également recevoir un couvercle en métal, par exemple en aluminium, brasé sur le bord périphérique de la plaque collectrice.
Des plaques collectrices connues présentent des collets qui sont formés par poinçonnage et relevage ou crevage de la plaque. Les tubes sont insérés dans ces collets et l'ensemble brasé pour former 1 ' échangeur de chaleur. L'utilisation de tels collets- peut constituer un inconvénient dans certains cas . En effet', afin de réduire l'encombrement, la largeur de la plaque collectrice est souvent définie par la largeur' des tubes ajoutée de l'épaisseur des collets. Ces derniers représentent un encombrement . non négligeable .
D'autre part, il est connu d'utiliser des tubes présentant une épaisseur relativement limitée, dits "plats". La tenue mécanique des échangeurs les comportant est celle de l'ensemble formé par le tube et le collet du trou qui le reçoit, une fois le brasage réalisé. La faible épaisseur de ces tubes constitue donc une faiblesse de l'ensemble.
L'invention se propose d'améliorer la situation.
A cet effet, il est' proposé une plaque collectrice ayant une âme percée de trous pour recevoir des tubes d'un faisceau d'un échangeur de chaleur, les trous étant entourés chacun d'un collet présentant deux paires de côtés opposés, et dans lequel la plaque collectrice comporte un bord relevé à sa périphérie. Dans cette plaque collectrice, au moins un premier côté d'un collet est formé directement par le bord relevé, tandis qu'au moins un second côté dudit collet est issu de l'âme de la plaque collectrice.
Ce type de plaque collectrice est extrêmement avantageux en ce qu'elle utilise le bord relevé de la plaque collectrice pour former un côté d'un collet entourant un trou recevant un tube. Ainsi, la place occupée normalement par ce collet est économisée. De ce fait, on ' peut soit diminuer l'encombrement de 1 ' échangeur de chaleur, soit augmenter les performances de 1 '-échangeur en augmentant les dimensions des tubes .
L'invention concerne aussi une boite collectrice et un échangeur de chaleur comportant une telle plaque collectrice. Avantageusement, une fois 1 ' échangeur assemblé, le second côté est brasé au premier côté.
Ce type d' échangeur de chaleur est extrêmement intéressant en ce quril offre une tenue mécanique améliorée. En effet, le brasage d'un côté du collet sur le bord relevé permet, une fois que 1 ' échangeur a été brasé, de répartir les efforts exercés sur le tube non seulement sur le collet mais aussi sur l'ensemble de la plaque collectrice.
Dans un mode de réalisation le faisceau comporte une rangée de tubes, et chaque collet comporte une paire de premier côtés opposés l'un à l'autre.
Dans un autre mode de réalisation le faisceau comporte deux rangées de tubes, et chaque collet comporte un premier côté et un second côté qui lui est .opposé.
Les second côtés du collet, issus de l'âme, peuvent s'étendre vers l'intérieur du collecteur ou vers l'extérieur du collecteur, c'est-à-dire vers le faisceau de tubes.
Le bord relevé de la plaque collectrice peut former une gorge propre à recevoir un joint d'étanchéité ainsi qu'un couvercle en plastique sertissable. Le bord relevé peut également être propre à recevoir un couvercle auquel il peut être brasé.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'exemples donnés à titre illustratif et non limitatif issus des dessins sur lesquels :
- la figure' 1 représente une vue de dessus d'une plaque collectrice d'un échangeur de chaleur selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue en coupe selon l'axe II-II de la figure 1, dans laquelle un couvercle recouvre la plaque collectrice et un tube est reçu dans un trou qu'elle comporte ;
- la figure 3 représente une vue en coupe selon l'axe III- 'III- de la figure 1, dans laquelle un couvercle recouvre la plaque collectrice et un tube est reçu dans un trou qu'elle comporte ; -
- la figure 4 représente une vue de dessus d'un deuxième mode de réalisation dans lequel la plaque collectrice reçoit deux rangées de tubes ;
- la figure 5 représente une variante de la figure 4 ; et
- la figure 6 représente une vue en coupe partielle d'un détail VI de la figure 4.
Comme représenté sur la figure 1, une plaque collectrice 2 d'un échangeur de chaleur comporte une âme 4 de forme générale rectangulaire, percée de trous 6 de forme générale rectangulaire bordés par des collets 8. L'âme 4 est métallique et formée par exemple d'un alliage d'aluminium.
Les trous S ont des dimensions leur permettant de recevoir les tubes du faisceau de l' échangeur de chaleur (représentés sur les figures 2 et 3) dont fait partie la plaque 2.
Dans l'exemple ici décrit, ces tubes sont plats et partagent avec les trous 6 un grand axe X-X et un petit axe Y-Y. Par tube plat, on entend un tube de section de forme générale oblongue, avec deux grands côtés parallèles et deux petits côtés reliant les extrémités respectives des grands côtés. Ces tubes pourraient néanmoins être de nature différente selon l'application recherchée. . Les collets 8 comportent ici deux paires de côtés opposés respectivement 10 et 12. Ces paires de côtés s'étendent selon les axes X-X et Y-Y et correspondent respectivement à des "grands côtés" et des "petits côtés" du rectangle que forme chaque trou.
Plus précisément, une paire de côtés 10 s'étend selon l'axe X-X. Elle comporte deux côtés 10a et. 10b formés par poinçonnage et relevage ou crevage de l'âme 4. "
L'autre paire 12 s'étend selon le petit axe Y-Y. Elle comporte deux côtés 12a et 12b formés par une portion 14 d'un bord relevé 16 de l'âme 4. Le bord relevé 16 s'étend tout le long de la périphérie de 1 ' âme 4.
Le collet 8 apparaîtra plus clairement à la vue des figures 2 et 3 qui représentent des coupes partielles selon des axes " II et III de la figure 1. "
Sur les figures 2 et 3 , un couvercle 18 de la boîte collectrice 2 ainsi qu'un tube 20 du faisceau de l'échangeur de chaleur selon l'invention sont représentés.
Sur la figure 2 , on a représenté une coupe montrant le fond du couvercle 18, .ainsi que le côté 10a de la paire 10 du collet 8. Un tube 20 pénètre un trou 6 de la plaque' collectrice 2, et vient au contact de la paire de côtés 10 d'une part et de la paire de côtés 12 d'autre part.
Comme on le voit mieux sur cette figure, le côté 12a est formé par une portion du bord relevé 16 qui forme ici une gorge 22.
Cette gorge 22 reçoit un couvercle 18. Un joint périphêri- que 24 est entreposé entre le couvercle 18 et la gorge 22.
Le couvercle 18 est ici réalisé en matière plastique, d'où la nécessité du joint 24 afin d'assurer l' étanchéité. Une extrémité 26 du bord relevé 16 peut être rabattue afin de sertir le couvercle 18.
Comme on peut le voir sur cette figure, les côtés 10 s'étendent vers le faisceau de tubes, depuis la plaque collectrice 2.
Lorsque l'échangeur est brasé, les côtés 10 sont brasés aux côtés 12 comme indiqué par une flèche 30. Ainsi, lorsque le tube 20 est brasé au collet 8, ceux-ci forment un ensemble solidaire avec le bord relevé 16, ce qui améliore la tenue mécanique de l'échangeur ainsi formé.
En outre, le côté du collet 8 selon le petit axe Y-Y étant formé par la portion 14 du bord relevé 16 de l'âme 4, un gain important de place est effectué.
La figure 3 montre une vue analogue à la figure 2, mais selon l'axe III-III, qui se situe au milieu d'un trou 6. Cette vue permet d'apprécier plus concrètement le brasage du tube au sein de l'échangeur.
Ainsi, non seulement le tube 20 est brasé aux côtés 10, mais il est également brasé à la portion 14, en plus des côtés 10 qui sont également, brasés à la portion 14.
Cela permet de renforcer l'unité mécanique que forme 1"' ensemble tube-collet-plaque.
Les figures 4 et 5 montrent un autre mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation, l'échangeur est entièrement brasé, c'est-à-dire que le couvercle n'est pas ici serti mais disposé sur le bord relevé de la plaque collectrice et brasé.
En outre, dans l'exemple ici décrit, cet échangeur comporte deux rangée de tubes, et les collets sont ici dirigés vers l'intérieur de la boîte collectrice et pas vers le faisceau de tube .
Comme on peut le voir sur la" figure 4, une plaque collectrice 40 comporte une âme 42 percée de trous 44, bordée de collets 46. Il existe deux rangées Rl et R2 de trous 44 et de collets 46 destinés à recevoir . des tubes tels que ceux décrits plus haut. Le positionnement des tubes dans les trous '44 est figuré par des pointillés.
Les trous et les tubes présentent un grand axe X' X' et un petit axe Y7Y' .
Dans ce mode de réalisation, les collets 46 comportent deux paires 50 et 52 de côtés opposés qui s'expriment également selon les X'X' et Y'Y' .
La paire 50 comporte deux côtés 50a et 50b qui sont réalisés par poinçonnage et relevage ou crevage de l'âme 42. Cepen- dant, cette opération est réalisée vers l'intérieur du collecteur formé par la plaque collectrice et son couvercle, et non pas vers le faisceau de tubes comme décrit précédemment .
La paire 52 comporte deux côtés 52a et 52b. Le côté 52a est également formé par poinçonnage et relevage ou crevage en même temps que la paire 50. Le côté 52b est formé par une portion 54 d'un bord relevé 56 de la plaque 40.
Sur la figure 5, on a représenté une variante de la figure 4 dans laquelle 1 ' échangeur est dit "jointif". Au lieu de former les deux côtés 52a par poinçonnage et relevage ou crevage de l'âme, ceux-ci sont réduits autant que possible et les trous 44 des rangées Rl et R2 sont allongés jusqu'à communiquer au niveau d'une zone de jonction.
Ainsi, des extrémités de tubes correspondants de rangées différentes sont en contact intime. Des portions de côté 62a sont formées par relevage de l'âme dans la zone de" jonction des trous 44, et forment le côté 52a opposé au côté 52b pour chaque rangée de tubes. Le côté 52a est donc partagé par Un tube de chaque rangée .
La figure 6 est une vue 'en coupe partielïe du détail VI de la figure 4 selon l'axe Z-Z. Cette vue permet de mieux apprécier les opérations de brasage à réaliser sur cet échangeur . _
En effet, comme indiqué plus haut,' les collets 44 sont ici dirigés vers "l'intérieur", et une flèche 60 indique la portion 54 au niveau de laquelle doit être réalisé le brasage .
La description des exemples ci-dessus est donnée à titre illustratif et non limitatif. L'homme du métier saura notamment envisager toutes les combinaisons des modes de réalisation décrits ci-dessus ainsi que d'autres variantes. '
Dans les exemples ici décrits, ce sont les petits côtés des collets qui sont généralement formés par le bord relevé de la plaque collectrice. On pourrait néanmoins imaginer des cas où les grands côtés seraient formés par le bord relevés, par exemple dans l'application de l'invention à des refroidisseurs de gaz, dans lesquels les tubes sont "torsadés" . '
L'invention trouve une application préférentielle aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles, par exemple aux refroidisseurs d'air de suralimentation. Elle peut cependant être appliquée à d'autres échangeurs de chaleur, par exemple des radiateurs de refroidissement de moteur ou des radiateurs de chauffage .
L'étendue de l'invention n'est pas limitée par ses exemples et est à apprécier à 1 ' aide des revendications qui suivent .

Claims

REVENDICATIONS
1. Plaque collectrice (2 ; 40) ayant une âme (4 ; 42) percée de trous (6 '; 44) pour recevoir des tubes (20) d'un faisceau d'un échangeur de chaleur, les trous (6 ; 44) étant entourés chacun d'un collet (8 ; 46) présentant deux paires de côtés opposés (10, 12 ; 50,52), et dans lequel la plaque collectrice (2 ; 40) comporte un bord relevé (16 ; 56) à sa périphérie, caractérisée en ce qu'au moins un premier côté (12a ; 52b) d'un collet (8 ; 46) est formé directement par le bord relevé (16 ; 56), tandis qu'au moins un second côté (10 ; 50a) dudit collet (8 ; 46) est issu de l'âme (4 ; 42) de la plaque collectrice (2 ; 40) .
2. Plaque collectrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que les collets (8 ; 46) comportent chacun une paire de second côtés (10a, 10b ; 50a, 50b) opposés l'un à l'autre, issus de l'âme de la plaque collectrice .
3. Plaque collectrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée eh ce que le bord relevé est propre à coopérer avec un couvercle (18) pour former une boîte collectrice pour un échangeur de chaleur.
4. Plaque collectrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bord relevé forme une gorge (22) propre à recevoir un couvercle (18) pour former une boîte collectrice pour un échangeur de chaleur.
5. Plaque collectrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les seconds côtés (50a, 50b, 52a) des collets s'étendent d'un' côté de la plaque collectrice, entre celle-ci et le couvercle. • •
6. Plaque collectrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les seconds côtés des collets (10a, 10b) s'étendent d'un côté de la plaque collectrice, entre celle-ci et le faisceau.
7. Boite collectrice pour échangeur de chaleur caractérisée en ce qu'elle comporte une plaque collectrice selon l"'une des revendications précédentes.
8. Boite collectrice selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un couvercle en matière plastique et en ce que ledit couvercle est propre à être serti dans la gorge par une extrémité (26) de celle-ci.
9. Boite collectrice selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un joint (24) d'étanchéité disposé entre, le fond de la gorge et le couvercle .
10. Echangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il comporte une plaque collectrice selon l'une des revendications 1 à 6 ou une boite collectrice selon l'une des revendications 7 à 9.
11. Echangeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que, une fois 1 ' échangeur assemblé, le second côté (10 ; 50a) de la plaque collectrice est brasé au premier côté (12a ; 52b) de la plaque collectrice.
12. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 10 • ou 11, caractérisé en ce que le faisceau comporte une rangée de tubes, et en ce que chaque collet comporte une paire de premier côtés opposés l'un à l'autre.
13. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le faisceau comporte deux rangées (Rl, R2) de tubes, et en ce que chaque collet comporte un premier côté (52b) et un second côté (52a) qui lui est Opposé .
14. Echangeur de chaleur selon la revendication 13, caractérisé en ce que le même second côté opposé au premier côté d'un collet est partagé par les deux rangées de tubes.
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