WO2019002297A1 - Plaque collectrice, boite collectrice, et échangeur thermique correspondant - Google Patents

Plaque collectrice, boite collectrice, et échangeur thermique correspondant Download PDF

Info

Publication number
WO2019002297A1
WO2019002297A1 PCT/EP2018/067119 EP2018067119W WO2019002297A1 WO 2019002297 A1 WO2019002297 A1 WO 2019002297A1 EP 2018067119 W EP2018067119 W EP 2018067119W WO 2019002297 A1 WO2019002297 A1 WO 2019002297A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
central portion
heat exchanger
heat
peripheral portion
collector plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/067119
Other languages
English (en)
Inventor
Patrick Boisselle
Erwan ETIENNE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of WO2019002297A1 publication Critical patent/WO2019002297A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0224—Header boxes formed by sealing end plates into covers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/02—Flexible elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

Definitions

  • the invention relates to the field of heat exchangers, especially for motor vehicles.
  • the invention relates more particularly to the field of brazed heat exchangers.
  • the invention more specifically relates to a header plate, and a corresponding header box for heat exchanger.
  • Heat exchangers conventionally comprise a heat exchange bundle comprising a plurality of heat transfer conduits also called tubes and at least one, generally two manifolds or boxes for dispensing a first fluid.
  • each manifold comprises at least two parts: a collector plate receiving the ends of the heat-conducting ducts and a cover that caps the collector plate to at least partially close the collector box.
  • the collector boxes allow the distribution or the recovery of the first fluid that passes inside the heat transfer ducts.
  • a second fluid passes meanwhile between the heat pipes.
  • Interlayers or fins may also be provided between the heat transfer ducts to improve heat exchange.
  • the various elements of such a heat exchanger are metallic, for example aluminum or aluminum alloy, and can be assembled and brazed by passing through a brazing furnace, to ensure the joining of all elements.
  • Such a heat exchanger whose different elements are permanently fixed to each other by a brazing operation is called brazed heat exchanger.
  • heat exchangers are subject to many stresses and thermal variations during the different operating cycles.
  • expansion and shrinkage phenomena related to temperature variations can occur, especially at the level of the connections between the header plate and the ends of the heat-transfer ducts, also known as tube feet. These links are therefore subjected to significant thermal shocks.
  • connections are rigid in a brazed heat exchanger, and this does not compensate for such phenomena of expansion and retraction. Over time, these connections become fatigued by thermal shocks. Breaks in the solder joints may occur and, as a result, leak fluid. In particular, the differences in Expansion causes tensile and shear stresses at the connection between the header plate and the brazed tube legs. The solder joints between the tube feet and the collector plate can break under the effect of these efforts. Specifically, the breakage generally takes place at the tube, just below the solder zone (the solder zone being more rigid due to the thickening of material created by the solder). In this case, the sealing of the connection of the heat transfer conduit with the collector plate is no longer ensured.
  • a known solution consists in reinforcing, making more robust, the connections between the collector plate and the ends of the heat-transfer ducts by adding material or reinforcing pieces.
  • the manufacturing process is more complex than brazing the connections between the collector plate and the tube legs of a brazed exchanger.
  • the known flexible connections made through the seal may be difficult to apply for brazed heat exchangers because these links present the risk of too low mechanical strength with the heat transfer conduits of the brazed exchangers.
  • these heat transfer ducts may close under the effect of the pressure exerted by the seal. In such a case, the heat transfer ducts are then no longer mechanically retained, and can move, thus ensuring no longer sealing between the heat exchange bundle and the collector box.
  • the invention therefore aims to at least partially overcome these problems of the prior art by providing a heat exchanger to meet pressure and endurance constraints while reducing the risk of leakage.
  • the subject of the invention is a collector plate for a heat exchanger, comprising:
  • a central portion having at least one opening for the passage of one end of a heat exchanger heat transfer conduit, and a peripheral part surrounding the central part.
  • the central portion and the peripheral portion are made of at least two separate pieces assembled to one another, and
  • the central part is elastically deformable and is more flexible than the peripheral part.
  • This flexible central part leaves a degree of movement to the heat-transfer ducts to limit the stresses imposed on them during thermal shocks.
  • the header plate may further comprise one or more of the following features, taken separately or in combination:
  • the central portion has a thickness less than the thickness of the peripheral portion
  • the central part has a thickness of between 0.4 mm and 1 mm, preferably of the order of 0.6 mm to 0.8 mm;
  • the peripheral portion has a thickness of between 1.2 mm and 2 mm, preferably of the order of 1.5 mm;
  • the central portion comprises a portion at least partially surrounding said at least one opening and having a sinuous shape
  • the portion of the central portion at least partially surrounding said at least one opening has at least one form of lyre
  • the central portion and the peripheral portion are made of a same material, preferably aluminum;
  • the central portion and the peripheral portion are assembled by brazing or welding;
  • the peripheral portion comprises means for fixing to a cover of the heat exchanger
  • the lid attachment means comprise crimping tabs
  • the central portion is made of a material more flexible than the material of the peripheral portion;
  • said at least one opening of the central portion is flanked by a collar.
  • the invention also relates to a collector box comprising a lid and the collector plate of the invention.
  • the peripheral portion of the collector plate comprises means for assembling with the cover to close the collector box.
  • the invention also relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, comprising a bundle of heat transfer conduits and at least one collector plate as defined above.
  • the heat exchanger is a solder exchanger, said brazed exchanger.
  • the brazed exchanger has brazed connections between the ends of the heat pipes of the bundle and the more flexible central portion of the header plate. Due to the flexibility of the central part, these connections are less sensitive to thermal shock expansion than heat exchangers of the prior art.
  • FIG. 1 is a partial sectional view of a heat exchanger showing a collecting box and a bundle of heat-transfer conduits
  • FIG. 2 partially shows a collector plate of the heat exchanger of FIG. 1, according to a first variant embodiment
  • FIG. 3 is a partial sectional view of the collector plate of FIG. 2 receiving one end of a heat transfer conduit of the heat exchanger of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a partial sectional view of a header plate according to a second embodiment of an embodiment receiving an end of a heat transfer conduit of the heat exchanger of FIG. 1
  • - Figure 5 is a partial sectional view of a header plate according to a third embodiment receiving an end of a heat transfer conduit of the heat exchanger of Figure 1.
  • the invention relates to a heat exchanger 1 for a motor vehicle.
  • the invention applies to a heat exchanger 1 brazed, that is to say, the various elements are assembled together and then brazed by passing through a brazing furnace, to ensure the joining of the assembly.
  • the various elements of the heat exchanger 1 are metallic, preferably aluminum or aluminum alloy.
  • the heat exchanger 1 comprises at least one manifold 3, generally two manifolds 3, the or each manifold 3 for collecting and distributing a first fluid, such as a heat transfer fluid.
  • the heat exchanger 1 furthermore comprises a heat exchange bundle 5
  • the heat exchange bundle 5 comprises at least one heat transfer pipe 7, in particular a plurality of heat transfer pipes 7 or heat exchange tubes, for example made of aluminum, arranged in one or more rows. It is also referred to as bundle 5 of heat-transfer ducts 7.
  • the heat-transfer ducts 7 respectively define one or more channels for the flow of the first fluid.
  • the heat-transfer ducts 7 open on both sides into the collector boxes 3 in the assembled state of the heat exchanger 1.
  • the heat-transfer ducts 7 can extend longitudinally along a longitudinal axis L 7 and be mounted between the two manifolds 3.
  • the heat exchange bundle 5 may furthermore comprise a plurality of spacers 9, arranged alternately with the heat-transfer conduits 7, thus separating the heat pipes 7 from each other.
  • the spacers 9 are advantageously provided so as to disturb the flow of a second fluid such as an air flow between the heat-transfer conduits 7, so as to increase the heat exchange surface between the two fluids.
  • These spacers 9 shown schematically may have a substantially undulating shape and be brazed to the heat pipes 7 at the vertices of their corrugations.
  • each comprises a header plate 11 partially shown in Figure 2, and a cover 13 (Figure 1) intended to be fixed on the header plate 11 to at least partially close the manifold 3.
  • the cover 13 may comprise a peripheral cover foot (not shown) which cooperates with the collector plate 11.
  • the collector plate 11 is arranged transversely along a transverse axis T with respect to the heat-transfer ducts 7.
  • the collector plate 11 is on the one hand traversed by the ends of the heat-transfer ducts 7 and on the other hand assembled at the lid 13.
  • the collecting plate 11 comprises a central portion 15 and a peripheral portion 17, also called a belt, surrounding the central portion 15.
  • the central portion 15 and the peripheral portion 17 are two separate pieces which are assembled to one another. This assembly is advantageously soldered, which guarantees the mechanical strength and tightness. Alternatively other methods of assembly can be envisaged, for example by gluing. This connection for example gluing must be provided to hold pressure.
  • the central portion 15 is therefore not a compressed part between one end of a heat transfer pipe 7 and the header plate 11 as can be a seal, but forms a portion of the collector plate 11 being assembled, advantageously brazed, with the peripheral portion 17. There is no intermediate step of mechanical assembly to provide.
  • the central portion 15 has at least one opening 151 for the passage of one end of a heat-transfer conduit 7, visible in FIGS. 3 to 5.
  • a plurality of openings 151 are provided in the central portion 15 of the collector plate 11 for receiving the ends of the heat transfer ducts 7 of the exchange beam 5.
  • the shape of these openings 151 is complementary to the shape of the ends of the heat transfer ducts 7.
  • the openings 151 are oblong or substantially oblong.
  • the openings 151 extend in a main extension direction L 151 , transversely or substantially transversely, to the longitudinal axis L 7 of the heat-transfer ducts 7 in the assembled state of the heat exchanger 1 (also referring to Figures 3 to 5).
  • the openings 151 may each be flanked by a collar 153. These collars 153 are intended to extend towards the inside of the manifold 3, when the cover 13 is assembled to the collector plate 11. With the exception flanges 153, the central portion 15 is substantially planar. The central portion 15 has a bottom 155, plane or substantially plane, also called soul, of generally rectangular shape, relative to which the flanges 153 are protuberant. The central portion 15 having the collars 153 is also called medallion.
  • the peripheral portion 17 means of attachment, for example mechanical, to the cover 13, such as crimping tabs 171 that can be folded / crimped onto the cover 13.
  • the peripheral portion 17 has a peripheral edge 173 having these fastening means 171.
  • the peripheral portion 17 can be folded over its periphery to form the peripheral rim 173 and has a contact surface 175 for assembly with the central portion 15.
  • the peripheral edge 173 extends pe ⁇ endi Museumment or substantially pe ⁇ endi videment with respect to the contact surface 175.
  • the contact surface 175 extends parallel or substantially parallel to the central portion 15.
  • the two central portions 15 and 17 are advantageously in the same material, in particular to allow the brazing of the two parts 15, 17.
  • the two parts 15, 17 are then metal, for example aluminum.
  • the central portion 15 is configured to be more flexible than the peripheral portion 17.
  • the term "flexible" means that the central portion 15 is configured or shaped to absorb the differences in thermal expansion of the header plate 11 to level of the connections with the ends of heat pipes 7, or feet of tubes, while deforming.
  • the central portion 15 is elastically deformable. This central portion 15 comprises means or a shape giving it greater flexibility than the peripheral portion 17.
  • the peripheral portion 17 must in turn have sufficient rigidity to allow the attachment of the collector plate 11 to the cover 13 for example by crimping. This rigidity must also allow this crimped connection to withstand the operating pressure of the heat exchanger 1, in particular strongly resists the opening of the crimping lugs 171.
  • the particular conformation of the manifold plate 11 in two parts 15, 17 of different flexibility, allows the collector plate 11 to be elastically deformable in the connection zones with the heat-transfer ducts 7, which are stressed by the expansion stresses during thermal shocks, that is to say at the central portion 15, while strengthening the area of the collector plate 11 on which the mechanical stresses are the most important, that is to say at the level of the part device 17.
  • the flexibility of the central portion 15 can be provided by a thickness e 15 which is small, and in particular smaller than the thickness e 17 of the peripheral portion 17.
  • the thickness e 15 of the central portion 15 is for example between 0.4mm and 1mm, preferably of the order of 0.6mm to 0.8mm, especially around 0.8mm, so that the thermal expansions are absorbed correctly.
  • the peripheral portion 17 must be sufficiently thick.
  • the thickness e 17 of the peripheral portion 17 is for example between 1.2 mm and 2 mm, preferably of the order of 1.5 mm.
  • the central portion 15 may comprise at least a portion 157 ( Figure 4) or 157 '( Figure 5) of sinuous shape.
  • This sinuous portion 157 or 157 ' is provided around at least a portion of the openings 151 for the passage of the ends of the heat-transfer ducts 7.
  • the sinuous portion 157 or 157' is provided on either side of the openings 151 in the main extension direction L151 (also referring to Fig. 2) oblong apertures 151 in this example.
  • the sinuous portion 157 or 157 ' is formed around at least a portion of the collars 153.
  • the sinuous portion 157 or 157' can be made between the collars 153 and the bottom part 155 plan of the part central 15, intended for assembly with the peripheral portion 17.
  • the sinuous pattern of the portion 157 or 157 decreases the stiffness of the central portion 15 to absorb the expansion gaps in operation. So we come back with more material that can deform elastically.
  • the sinuous pattern of the portion 157 or 157 ' is for example made perpendicular or substantially perpendicular to the general plane formed by the bottom 155 of the central portion 15.
  • the portion 157 or 157' has one or more projections 159 relative to the background 155 plan.
  • the protrusions 159 extend in this example generally parallel to the flanges 153 and the heat-transfer ducts 7.
  • the height of the protrusions 159 above the plane floor 155 can be adapted according to the flexibility requirements of the central portion 15 for a given technology. heat exchanger 1.
  • the projections 159 may be made on one and / or the other side of the central portion 15.
  • the projections 159 may be made on the same side of the central portion 15 of the header plate 11, for example which corresponds to the inner side, that is to say intended to be facing the cover 13 to the assembly of the manifold 3 (also referring to Figures 1 and 2).
  • the projections 159 can also be made on the outside of the central part 15 facing the rest of the heat exchange bundle 5.
  • the projections 159 can also be made on both sides of the central portion 15.
  • the sinuous pattern is for example made by one (FIG. 4) or several (FIG. 5) undulations.
  • the portion 157 has the general shape of a lyre. This portion 157 is also called flexibility lyre. In other words, the portion 157 has in cross section a general shape of "U", defining two branches connecting on the one hand at the bottom plane 155 and secondly at the collar 153.
  • the corrugations impart a zigzag pattern with the vertices of the corrugations alternately oriented in opposite directions.
  • Portion 157 has the same flexibility as in FIG. 4.
  • the flexibility of the central portion 15 may come from the choice of an elastically deformable material for the central portion 15 which is more flexible than the material of the peripheral portion 17. Any material giving sufficient flexibility to the central portion 15 while allowing a connection with the peripheral portion 17, able to hold the pressure during the various cycles of operation of the heat exchanger 1, may be considered.
  • the header plate 11 is no longer monobloc but is made in two parts
  • a large thickness can be chosen at the peripheral portion 17 to strengthen the bonds and a small thickness at the central portion 15 to soften the bonds. This lighten the collector plates 11, insofar as the thickness can be optimized depending on the areas requested.
  • the two parts 15, 17 are advantageously secured by brazing, which does not complicate the assembly process of a so-called brazed exchanger, and does not add a mechanical assembly step for example.
  • the realization of a flexible connection between the collector plate 11 and the heat-transfer ducts 7 is thus simplified, while guaranteeing a rigid connection between the collector plate 11 and the cover 13.
  • peripheral portion 17 may be standardized to be common to several heat exchanger technologies 1, while the central portion 15, which is more flexible, is adapted according to heat exchanger technology 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Plaque collectrice, boite collectrice, et échangeur thermique correspondant L'invention concerne une plaque collectrice (11) pour échangeur thermique (1), comportant : - une partie centrale (15) présentant au moins une ouverture (151) pour le passage d'une extrémité d'un conduit caloporteur (7) de l'échangeur thermique (1), et - une partie périphérique (17) entourant la partie centrale (15). Selon l'invention : - la partie centrale (15) et la partie périphérique (17) sont réalisées en au moins deux pièces distinctes assemblées l'une à l'autre, et - la partie centrale (15) est déformable élastiquement et est plus flexible que la partie périphérique (17). L'invention concerne encore une boite collectrice et un échangeur thermique comportant une telle plaque collectrice (11).

Description

Plaque collectrice, boite collectrice, et échangeur thermique correspondant
L'invention se rapporte au domaine des échangeurs thermiques, notamment pour véhicules automobiles. L'invention concerne plus particulièrement le domaine des échangeurs thermiques brasés. L'invention concerne plus précisément une plaque collectrice, et une boite collectrice correspondante pour échangeur thermique.
Les échangeurs thermiques comportent classiquement un faisceau d'échange thermique comportant une pluralité de conduits caloporteurs aussi appelés tubes et au moins une, généralement deux boites collectrices ou boîtiers de distribution d'un premier fluide. De façon connue, chaque boite collectrice comprend au moins deux parties : une plaque collectrice recevant les extrémités des conduits caloporteurs et un couvercle venant coiffer la plaque collectrice pour fermer au moins partiellement la boite collectrice. Les boites collectrices permettent la distribution ou la récupération du premier fluide qui passe à l'intérieur des conduits caloporteurs. Un deuxième fluide passe quant à lui entre les conduits caloporteurs. Des intercalaires ou ailettes peuvent également être prévus entre les conduits caloporteurs pour améliorer l'échange thermique.
Selon une solution connue, les divers éléments d'un tel échangeur thermique sont métalliques, par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium, et peuvent être assemblés puis brasés par passage dans un four de brasage, pour assurer la solidarisation de l'ensemble des éléments. Un tel échangeur thermique dont les différents éléments sont fixés définitivement les uns aux autres par une opération de brasage est appelé échangeur thermique brasé.
Cependant, les échangeurs thermiques sont soumis à beaucoup de contraintes et variations thermiques au cours des différents cycles de fonctionnement. En particulier, des phénomènes de dilatation et de rétractation liés aux variations de températures peuvent se produire, notamment au niveau des liaisons entre la plaque collectrice et les extrémités des conduits caloporteurs, aussi appelées pieds de tubes. Ces liaisons sont donc soumises à des chocs thermiques importants.
Les liaisons sont rigides dans un échangeur thermique brasé, et cela ne permet pas de compenser de tels phénomènes de dilatation et de rétractation. Au fil du temps ces liaisons se fatiguent du fait des chocs thermiques. Des ruptures au niveau des brasures de liaison peuvent apparaître et en conséquence entraîner des fuites du fluide. Notamment, les écarts de dilatation génèrent des contraintes de traction et cisaillement au niveau de la liaison entre la plaque collectrice et les pieds de tubes brasés. Les brasures de liaison entre les pieds de tubes et la plaque collectrice peuvent rompre sous l'effet de ces efforts. Plus précisément, la rupture a généralement lieu au niveau du tube, juste en dessous de la zone de brasure (la zone de brasure étant plus rigide en raison de l'épaississement de matière créé par la brasure). Dans ce cas, l'étanchéité de la liaison du conduit caloporteur avec la plaque collectrice n'est plus assurée.
Une solution connue consiste à renforcer, rendre plus robustes, les liaisons entre la plaque collectrice et les extrémités des conduits caloporteurs en ajoutant de la matière ou des pièces de renfort.
Au contraire, une autre solution consiste à rendre ces liaisons souples. Un joint d'étanchéité est rajouté autour de chaque extrémité des conduits caloporteurs. Les extrémités des conduits caloporteurs sont alors assemblées à la plaque collectrice par expansion de ces extrémités de façon à comprimer le joint d'étanchéité entre les extrémités des tubes et la plaque collectrice.
Cependant, le procédé de fabrication est plus complexe que le brasage des liaisons entre la plaque collectrice et les pieds de tubes d'un échangeur brasé.
De plus, les liaisons souples connues réalisées grâce au joint d'étanchéité peuvent s'avérer difficiles à appliquer pour les échangeurs brasés car ces liaisons présentent le risque d'une résistance mécanique trop faible avec les conduits caloporteurs des échangeurs brasés. En effet, ces conduits caloporteurs risquent de se fermer sous l'effet de la pression exercée par le joint d'étanchéité. Dans un tel cas, les conduits caloporteurs ne sont alors plus retenus mécaniquement, et peuvent se déplacer, n'assurant alors plus l'étanchéité entre le faisceau d'échange thermique et la boite collectrice.
L'invention a donc pour objectif de pallier au moins partiellement ces problèmes de l'art antérieur en proposant un échangeur thermique permettant de répondre aux contraintes de pression et d'endurance tout en réduisant les risques de fuite.
À cet effet l'invention a pour objet une plaque collectrice pour échangeur thermique, comportant :
une partie centrale présentant au moins une ouverture pour le passage d'une extrémité d'un conduit caloporteur de échangeur thermique, et une partie périphérique entourant la partie centrale.
Selon l'invention :
la partie centrale et la partie périphérique sont réalisées en au moins deux pièces distinctes assemblées l'une à l'autre, et
- la partie centrale est déformable élastiquement et est plus flexible que la partie périphérique.
La plaque en deux parties avec une partie centrale plus flexible, et donc plus souple, que la partie périphérique permettant l'assemblage par exemple par sertissage avec le couvercle, absorbe les écarts de dilatation des conduits caloporteurs causés par les chocs thermiques. Cette partie centrale souple laisse un degré de mouvement aux conduits caloporteurs pour limiter les contraintes qui leur sont imposées lors de chocs thermique.
En outre, on simplifie ainsi la réalisation d'une liaison souple entre les pieds de tubes et la plaque collectrice.
La plaque collectrice peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
la partie centrale présente une épaisseur inférieure à l'épaisseur de la partie périphérique ;
- la partie centrale présente une épaisseur comprise entre 0,4mm et 1mm, de préférence de l'ordre de 0,6mm à 0,8mm ;
la partie périphérique présente une épaisseur comprise entre 1,2mm et 2mm, de préférence de l'ordre de 1,5mm ;
la partie centrale comporte une portion entourant au moins partiellement ladite au moins une ouverture et présentant une forme sinueuse ;
la portion de la partie centrale entourant au moins partiellement ladite au moins une ouverture présente au moins une forme de lyre ;
la partie centrale et la partie périphérique sont réalisées dans une même matière, de préférence en aluminium ;
- la partie centrale et la partie périphérique sont assemblées par brasage ou par soudure ;
la partie périphérique comporte des moyens de fixation à un couvercle de l'échangeur thermique ;
les moyens de fixation au couvercle comportent des pattes de sertissage ;
la partie centrale est réalisée dans un matériau plus flexible que le matériau de la partie périphérique ;
- les parties centrale et périphérique sont collées l'une à l'autre ;
ladite au moins une ouverture de la partie centrale est bordée d'un collet.
L'invention concerne également une boite collectrice comportant un couvercle et la plaque collectrice de l'invention. Selon un aspect de l'invention, la partie périphérique de la plaque collectrice comporte des moyens d'assemblage avec le couvercle pour fermer la boite collectrice.
L'invention concerne également un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, comportant un faisceau de conduits caloporteurs et au moins une plaque collectrice telle que définie précédemment.
Selon un aspect de l'invention, échangeur thermique est un échangeur assemblé par brasage, dit échangeur brasé. L' échangeur brasé présente des liaisons brasées entre les extrémités des conduits caloporteurs du faisceau et la partie centrale plus flexible de la plaque collectrice. Du fait de la flexibilité de la partie centrale, ces liaisons sont moins sensibles à la dilatation liée aux chocs thermiques que les échangeurs thermiques de l'art antérieur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un échangeur thermique montrant une boite collectrice et un faisceau de conduits caloporteurs,
- la figure 2 montre partiellement une plaque collectrice de Γ échangeur thermique de la figure 1, selon une première variante de réalisation,
- la figure 3 est une vue partielle en coupe de la plaque collectrice de la figure 2 recevant une extrémité d'un conduit caloporteur de Γ échangeur thermique de la figure 1,
- la figure 4 est une vue partielle en coupe d'une plaque collectrice selon une deuxième variante de réalisation recevant une extrémité d'un conduit caloporteur de Γ échangeur thermique de la figure 1, et - la figure 5 est une vue partielle en coupe d'une plaque collectrice selon une troisième variante de réalisation recevant une extrémité d'un conduit caloporteur de l'échangeur thermique de la figure 1.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
En référence à la figure 1, l'invention concerne un échangeur thermique 1 pour véhicule automobile. Avantageusement, l'invention s'applique à un échangeur thermique 1 brasé, c'est-à-dire dont les différents éléments sont assemblés entre eux puis brasés par passage dans un four de brasage, pour assurer la solidarisation de l'ensemble. À cet effet, les divers éléments de l'échangeur thermique 1 sont métalliques, de préférence en aluminium ou en alliage d'aluminium.
L'échangeur thermique 1 comprend au moins une boite collectrice 3, généralement deux boites collectrices 3, la ou chaque boite collectrice 3 permettant de collecter et de distribuer un premier fluide, tel qu'un fluide caloporteur.
L'échangeur thermique 1 comprend de plus un faisceau d'échange thermique 5
Le faisceau d'échange thermique 5 comporte au moins un conduit caloporteur 7, notamment une pluralité de conduits caloporteurs 7 ou tubes d'échange thermique, par exemple en aluminium, agencés selon une ou plusieurs rangées. On parle également de faisceau 5 de conduits caloporteurs 7. Les conduits caloporteurs 7 définissent respectivement un ou plusieurs canaux pour l'écoulement du premier fluide. Les conduits caloporteurs 7 débouchent de part et d'autre dans les boites collectrices 3 à l'état assemblé de l'échangeur thermique 1.
Les conduits caloporteurs 7 peuvent s'étendre longitudinalement selon un axe longitudinal L7 et être montés entre les deux boites collectrices 3.
Le faisceau d'échange thermique 5 peut comprendre de plus une pluralité d'intercalaires 9, agencés de manière alternée avec les conduits caloporteurs 7, séparant ainsi les conduits caloporteurs 7 les uns des autres. Les intercalaires 9 sont avantageusement prévus de manière à perturber l'écoulement d'un deuxième fluide tel qu'un flux d'air entre les conduits caloporteurs 7, de façon à augmenter la surface d'échange thermique entre les deux fluides. Ces intercalaires 9 représentés de façon schématique, peuvent présenter une forme sensiblement ondulée et être brasés aux conduits caloporteurs 7 au niveau des sommets de leurs ondulations.
En ce qui concerne plus particulièrement les boites collectrices 3, chacune comprend une plaque collectrice 11 partiellement représentée sur la figure 2, et un couvercle 13 (figure 1) destiné à venir se fixer sur la plaque collectrice 11 pour fermer au moins partiellement la boite collectrice 3. En particulier, le couvercle 13 peut comprendre un pied de couvercle périphérique (non représenté) qui coopère avec la plaque collectrice 11.
En référence aux figures 1 et 2, la plaque collectrice 11 est disposée transversalement selon un axe transversal T par rapport aux conduits caloporteurs 7. La plaque collectrice 11 est d'une part traversée par les extrémités des conduits caloporteurs 7 et d'autre part assemblée au couvercle 13.
Pour ce faire, en se référant aux figures 2 à 5, la plaque collectrice 11 comporte une partie centrale 15 et une partie périphérique 17, aussi appelée ceinture, entourant la partie centrale 15.
La partie centrale 15 et la partie périphérique 17 sont deux pièces distinctes qui sont assemblées l'une à l'autre. Cet assemblage se fait avantageusement par brasage, ce qui garantit la tenue mécanique et l'étanchéité. En variante d'autres procédés d'assemblage peuvent être envisagés, par exemple par collage. Cette liaison par exemple de collage doit être prévue pour tenir en pression. La partie centrale 15 n'est donc pas une pièce comprimée entre une extrémité d'un conduit caloporteur 7 et la plaque collectrice 11 comme peut l'être un joint d'étanchéité, mais forme une partie de la plaque collectrice 11 en étant assemblée, avantageusement brasée, avec la partie périphérique 17. Il n'y a pas d'étape intermédiaire d'assemblage mécanique à prévoir.
La partie centrale 15 présente au moins une ouverture 151 pour le passage d'une extrémité d'un conduit caloporteur 7, visible sur les figures 3 à 5. En particulier, une pluralité d'ouvertures 151 sont prévues dans la partie centrale 15 de la plaque collectrice 11 pour recevoir les extrémités des conduits caloporteurs 7 du faisceau d'échange thermique 5. La forme de ces ouvertures 151 est complémentaire à la forme des extrémités des conduits caloporteurs 7. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, les ouvertures 151 sont oblongues ou sensiblement oblongues. Les ouvertures 151 s'étendent selon une direction d'extension principale L151, de façon transversale ou sensiblement transversale, à l'axe longitudinal L7 des conduits caloporteurs 7 à l'état assemblé de l'échangeur thermique 1 (en se référant également aux figures 3 à 5).
Les ouvertures 151 peuvent être chacune bordées d'un collet 153. Ces collets 153 sont prévus pour s'étendre en direction de l'intérieur de la boite collectrice 3, lorsque le couvercle 13 est assemblé à la plaque collectrice 11. À l'exception des collets 153, la partie centrale 15 est sensiblement plane. La partie centrale 15 présente un fond 155, plan ou sensiblement plan, aussi appelé âme, de forme générale rectangulaire, par rapport auquel les collets 153 sont protubérants. La partie centrale 15 présentant les collets 153 est aussi appelée médaillon.
On peut prévoir sur la partie périphérique 17 des moyens de fixation, par exemple mécanique, au couvercle 13, tels que des pattes de sertissage 171 susceptibles d'être rabattues / serties sur le couvercle 13. À titre d'exemple, la partie périphérique 17 présente une bordure périphérique 173 présentant ces moyens de fixation 171. Dans cet exemple, la partie périphérique 17 peut être repliée sur son pourtour pour former la bordure périphérique 173 et présente une surface de contact 175 pour l'assemblage avec la partie centrale 15. Selon l'exemple illustré, la bordure périphérique 173 s'étend peφendiculairement ou sensiblement peφendiculairement par rapport à la surface de contact 175. La surface de contact 175 s'étend parallèlement ou sensiblement parallèlement à la partie centrale 15.
Les deux parties centrale 15 et périphérique 17 sont avantageusement dans un même matériau, notamment afin de permettre le brasage des deux parties 15, 17. Les deux parties 15, 17 sont alors métalliques, par exemple en aluminium. En alternative, on peut envisager des matériaux différents pour la partie centrale 15 et la partie périphérique 17, dans ce cas l'assemblage se fait par exemple par collage comme évoqué précédemment. En outre, la partie centrale 15 est configurée pour être plus flexible que la partie périphérique 17. On entend par « flexible » le fait que la partie centrale 15 est configurée ou conformée pour absorber les écarts de dilatation thermique de la plaque collectrice 11 au niveau des liaisons avec les extrémités des conduits caloporteurs 7, ou pieds de tubes, en se déformant. La partie centrale 15 est donc déformable élastiquement. Cette partie centrale 15 comporte des moyens ou une forme lui offrant une flexibilité supérieure à la partie périphérique 17.
La partie périphérique 17 doit quant à elle présenter une rigidité suffisante pour permettre la fixation de la plaque collectrice 11 au couvercle 13 par exemple par sertissage. Cette rigidité doit permettre également que cette liaison sertie résiste à la pression en fonctionnement de l'échangeur thermique 1, notamment résiste fortement à l'ouverture des pattes de sertissage 171.
La conformation particulière de la plaque collectrice 11 en deux parties 15, 17 de flexibilité différentes, permet à la plaque collectrice 11 d'être élastiquement déformable dans les zones de liaisons avec les conduits caloporteurs 7, qui sont sollicitées par les contraintes de dilatation lors de chocs thermiques, c'est-à-dire au niveau de la partie centrale 15, tout en renforçant la zone de la plaque collectrice 11 sur laquelle les contraintes mécaniques sont les plus importantes, c'est-à-dire au niveau de la partie périphérique 17.
À titre d'exemple, la flexibilité de la partie centrale 15 peut être apportée par une épaisseur e15 faible, et notamment plus faible que l'épaisseur e17 de la partie périphérique 17. L'épaisseur e15 de la partie centrale 15 est par exemple comprise entre 0,4mm et 1mm, de préférence de l'ordre de 0,6mm à 0,8mm, notamment autour de 0.8mm, pour que les dilatations thermiques soient absorbées correctement.
La partie périphérique 17 doit quant à elle être suffisamment épaisse. L'épaisseur e17 de la partie périphérique 17 est par exemple comprise entre 1,2mm et 2mm, de préférence de l'ordre de 1,5mm.
En variante ou en complément, la partie centrale 15 peut comporter au moins une portion 157 (figure 4) ou 157' (figure 5) de forme sinueuse. Cette portion sinueuse 157 ou 157' est prévue autour d'une partie au moins des ouvertures 151 pour le passage des extrémités des conduits caloporteurs 7. En particulier, la portion sinueuse 157 ou 157' est prévue de part et d'autre des ouvertures 151 selon la direction d'extension principale L151 (en se référant également à la figure 2) des ouvertures 151 oblongues dans cet exemple. Autrement dit, la portion sinueuse 157 ou 157' est réalisée autour d'au moins une partie des collets 153. En particulier, la portion sinueuse 157 ou 157' peut être réalisée entre les collets 153 et la partie du fond 155 plan de la partie centrale 15, destinée à l'assemblage avec la partie périphérique 17.
Le motif sinueux de la portion 157 ou 157' diminue la rigidité de la partie centrale 15 pour absorber les écarts de dilation en fonctionnement. On vient donc ramener de la matière en plus qui peut se déformer élastiquement.
Le motif sinueux de la portion 157 ou 157' est par exemple réalisé perpendiculairement ou sensiblement perpendiculairement au plan général formé par le fond 155 de la partie centrale 15. Autrement dit, la portion 157 ou 157' présente une ou plusieurs saillies 159 par rapport au fond 155 plan.
Les saillies 159 s'étendent dans cet exemple globalement parallèlement aux collets 153 et aux conduits caloporteurs 7. La hauteur de dépassement des saillies 159 par rapport au fond 155 plan peut être adapté selon les besoins de flexibilité de la partie centrale 15 pour une technologie donnée d'échangeur thermique 1.
Les saillies 159 peuvent être réalisées sur l'un et/ou l'autre des côtés de la partie centrale 15. Notamment, les saillies 159 peuvent être réalisées d'un même côté de la partie centrale 15 de la plaque collectrice 11, par exemple qui correspond au côté intérieur, c'est-à-dire destiné à être en regard du couvercle 13 à l'assemblage de la boite collectrice 3 (en se référant également aux figures 1 et 2). Bien entendu, en variante les saillies 159 peuvent également être réalisées du côté extérieur de la partie centrale 15 orientée vers le reste du faisceau d'échange thermique 5. Les saillies 159 peuvent encore être réalisées des deux côtés de la partie centrale 15.
Le motif sinueux est par exemple réalisé par une (figure 4) ou plusieurs (figure 5) ondulations.
En référence à la figure 4, la portion 157 a la forme générale d'une lyre. Cette portion 157 est aussi appelée lyre de flexibilité. Autrement dit, la portion 157 présente en section transversale une forme générale de « U », définissant deux branches se raccordant d'une part au fond 155 plan et d'autre part au collet 153.
Sur la figure 5, les ondulations confèrent un motif en zigzag avec les sommets des ondulations alternativement orientés selon des directions opposées. La portion 157' présente de façon analogue à la figure 4, plusieurs lyres de flexibilité. Selon encore une autre variante ou en complément, comme dit précédemment on peut envisager des matériaux différents pour la partie centrale 15 et la partie périphérique 17. Dans ce cas, la flexibilité de la partie centrale 15 peut provenir du choix d'un matériau élastiquement déformable pour la partie centrale 15 qui soit plus flexible que le matériau de la partie périphérique 17. Tout matériau conférant la flexibilité suffisante à la partie centrale 15 tout en permettant une liaison avec la partie périphérique 17, apte à tenir la pression durant les différents cycles de fonctionnement de l'échangeur thermique 1, peut être envisagée. Ainsi, la plaque collectrice 11 n'est plus monobloc mais est réalisée en deux parties
15, 17 assemblées, avec une partie centrale 15 plus flexible qui peut se déplacer du fait des écarts de dilations, et notamment de l'allongement des conduits caloporteurs 7, et une partie périphérique 17 plus rigide pour sertir le couvercle 13 et tenir en pression. Ceci permet une liaison souple entre les conduits caloporteurs 7 et la plaque collectrice 11.
On peut choisir une forte épaisseur au niveau de la partie périphérique 17 pour renforcer les liaisons et une faible épaisseur au niveau de la partie centrale 15 pour assouplir les liaisons. Cela permet d'alléger les plaques collectrices 11, dans la mesure où l'épaisseur peut être optimisée en fonction des zones sollicitées.
Les deux parties 15, 17 sont avantageusement solidarisées par brasage, ce qui ne complexifie pas le procédé d'assemblage d'un échangeur dit brasé, et n'ajoute pas d'étape d'assemblage mécanique par exemple. La réalisation d'une liaison souple entre la plaque collectrice 11 et les conduits caloporteurs 7 est donc simplifiée, tout en garantissant une liaison rigide entre la plaque collectrice 11 et le couvercle 13.
Enfin, la partie périphérique 17 peut être standardisée pour être commune à plusieurs technologies d'échangeurs thermiques 1, tandis que la partie centrale 15, plus flexible, est adaptée selon la technologie d' échangeur thermique 1.

Claims

REVENDICATIONS
1. Plaque collectrice (11) pour échangeur thermique ( 1 ), comportant :
- une partie centrale (15) présentant au moins une ouverture (151) pour le passage d'une extrémité d'un conduit caloporteur (7) de l'échangeur thermique (1), et
- une partie périphérique (17) entourant la partie centrale (15),
caractérisé en ce que :
- la partie centrale (15) et la partie périphérique (17) sont réalisées en au moins deux pièces distinctes assemblées l'une à l'autre, et en ce que
- la partie centrale (15) est déformable élastiquement et est plus flexible que la partie périphérique (17).
2. Plaque collectrice (11) selon la revendication précédente, dans laquelle la partie centrale (15) présente une épaisseur (e15) inférieure à l'épaisseur (en) de la partie périphérique (17).
3. Plaque collectrice (11) selon la revendication précédente, dans laquelle la partie centrale (15) présente une épaisseur (e15) comprise entre 0,4mm et 1mm, de préférence de l'ordre de 0,6mm à 0,8mm.
4. Plaque collectrice (11) selon l'une des revendications 2 ou 3, dans laquelle la partie périphérique (17) présente une épaisseur (en) comprise entre 1,2mm et 2mm, de préférence de l'ordre de 1,5mm.
5. Plaque collectrice (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la partie centrale (15) comporte une portion (157, 157') entourant au moins partiellement ladite au moins une ouverture (151) et présentant une forme sinueuse.
6. Plaque collectrice (11) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la partie centrale (15) et la partie périphérique (17) sont réalisées dans une même matière, de préférence en aluminium.
7. Plaque collectrice (11) selon la revendication précédente, dans laquelle la partie centrale (15) et la partie périphérique (17) sont assemblées par brasage.
8. Plaque collectrice (11) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la partie centrale (15) est réalisée dans un matériau plus flexible que le matériau de la partie périphérique.
9. Boite collectrice (3) pour échangeur thermique comportant :
- un couvercle (13) et
- une plaque collectrice (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, la partie périphérique (17) de la plaque collectrice (11) comportant des moyens d'assemblage avec le couvercle (13) pour fermer la boite collectrice (3).
10. Échangeur thermique (1), notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau (5) de conduits caloporteurs (7), caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une plaque collectrice (11) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
PCT/EP2018/067119 2017-06-30 2018-06-26 Plaque collectrice, boite collectrice, et échangeur thermique correspondant Ceased WO2019002297A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1756202 2017-06-30
FR1756202A FR3073613A1 (fr) 2017-06-30 2017-06-30 Plaque collectrice, boite collectrice, et echangeur thermique correspondant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019002297A1 true WO2019002297A1 (fr) 2019-01-03

Family

ID=59930528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/067119 Ceased WO2019002297A1 (fr) 2017-06-30 2018-06-26 Plaque collectrice, boite collectrice, et échangeur thermique correspondant

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3073613A1 (fr)
WO (1) WO2019002297A1 (fr)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005037156A1 (de) * 2005-08-06 2007-02-08 Daimlerchrysler Ag Wärmetauscher
WO2012038125A1 (fr) * 2010-09-21 2012-03-29 Valeo Systemes Thermiques Boîte collectrice et échangeur de chaleur correspondant
US20150107808A1 (en) * 2007-08-28 2015-04-23 Behr Gmbh & Co. Kg Heat exchanger

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005037156A1 (de) * 2005-08-06 2007-02-08 Daimlerchrysler Ag Wärmetauscher
US20150107808A1 (en) * 2007-08-28 2015-04-23 Behr Gmbh & Co. Kg Heat exchanger
WO2012038125A1 (fr) * 2010-09-21 2012-03-29 Valeo Systemes Thermiques Boîte collectrice et échangeur de chaleur correspondant

Also Published As

Publication number Publication date
FR3073613A1 (fr) 2019-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0505244B1 (fr) Echangeur de chaleur à faisceau de tubes, en particulier pour véhicule automobile
EP3311095B1 (fr) Echangeur de chaleur et procédé de fabrication associé
FR3056734B1 (fr) Echangeur thermique, notamment pour vehicule automobile
FR3056736B1 (fr) Faisceau d’echange thermique pour echangeur thermique, echangeur thermique et procede d’assemblage associes
FR2765817A1 (fr) Tube plie pour un echangeur de chaleur, notamment de vehicule automobile
WO2012038125A1 (fr) Boîte collectrice et échangeur de chaleur correspondant
FR3059090B1 (fr) Boite collectrice et echangeur thermique correspondant
FR3073613A1 (fr) Plaque collectrice, boite collectrice, et echangeur thermique correspondant
FR2904400A1 (fr) Ensemble de transition entre un echangeur de chaleur et un circuit d'ecoulement exterieur, echangeur de chaleur et procede de fabrication de l'ensemble de transition
FR2735221A1 (fr) Echangeur de chaleur a tubes plats
FR2924162A1 (fr) Bride d'assemblage d'au moins un element avant avec au moins un element arriere d'un dispositif d'echappement
WO2018060622A1 (fr) Échangeur de chaleur et procédé de fabrication associé
EP2877804A1 (fr) Echangeur de chaleur pour vehicule automobile comportant une bride de fixation
EP2901097B1 (fr) Echangeur de chaleur, notamment pour vehicule automobile, et procede d'assemblage associe
EP1809970A1 (fr) Echangeur de chaleur et joint d'etancheite pour cet echangeur de chaleur
WO2018115692A1 (fr) Échangeur de chaleur à plaque de renfort
WO2018060624A1 (fr) Boite collectrice, échangeur thermique et procédé d'assemblage correspondants
FR2868522A1 (fr) Module d'echange de chaleur, en particulier pour vehicules automobiles
FR3056723A1 (fr) Echangeur thermique, notamment pour vehicule automobile
FR3056735A1 (fr) Echangeur thermique, notamment pour vehicule automobile
FR2800451A1 (fr) Echangeur de chaleur a encombrement reduit et equipement d'un vehicule automobile comportant un tel echangeur de chaleur
FR3082929A1 (fr) Boite collectrice et echangeur thermique correspondant
FR2742536A1 (fr) Echangeur de chaleur a double rangee de tubes, en particulier pour vehicule automobile
FR2892802A1 (fr) Echangeur de chaleur muni d'une boite a fluide amelioree
FR3090844A1 (fr) Boîte collectrice et échangeur thermique pour installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18734542

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18734542

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1