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Perfectionnements aux collecteurs des appareils d'échange thermique.
Cette invention se rapporte aux collecteurs des appareils d'échange thermique tubulaires tels que les radia- teurs de chaleur ou de froid, les évaporateurs et autres ap- pareils analogues dont les éléments sont composés de tubes reliés à des collecteurs. Généralement, ces collecteurs con- sistent en une pièce coulée afin de présenter l'étanchéité et la solidité voulues, tandis que les tubes,dans de nom- breux cas,sont en métal étiréou tréfilé.
Par économie, ou parce que le métal employé pour les tubes se prête mal à la coulée, on fait presque toujours les collecteurs en un autre métal que les tubes, par exemple en fonte de fer ou en alliage d'aluminium alors que les tubes sont en cuivre ou autre métal très bon conducteur de la cha-
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leur ou résistant à la corrosion, mais impropre à la coulée ou trop coûteux. Il serait cependant désirable, pour beaucoup d'applications, que les collecteurs soient constitués du même métal que les tubes ou d'un métal possédant certaines quali- tés que l'on estime nécessaire à la bonne marche de l'appa- reil, tout au moins dans leurs parties qui viennent en con- tact avec le fluide circulant dans l'appareil.
On pourrait éviter ainsi l'oxydation ou la corrosion des collecteurs et l'action que cette oxydation peut avoir sur le fluide circu- lant dans l'appareil, ainsi que certains phénomènes d'élec- trolyse qui peuvent se produire par suite de la formation de couples.électriques aux joints entre les tubes et les collec- teurs faits de métaux différents et de la présence de liquide dans l'appareil, en provoquant de graves dégradations.
Suivant la présente invention, on atteint ce résul- tat d'une manière simple et sans accroître sensiblement le prix de revient des appareils, en constituant le collecteur d'une boite à parois minces faite en tôle du métal choisi, et renforcée par une enveloppe métallique. L'enveloppe peut être continue et enfermer complètement la boite de tôle, ou bien elle peut n'entourer que certaines parties de celle-ci, par exemple les joints, et laisser à nu d'autres parties,notam- ment lorsque le collecteur ne doit pas supporter de hautes pressions.Cette enveloppe est avantageusement coulée directe- ment autour de la boîte, laquelle dans ce cas sert de noyau de fonderie.
Pour raccorder les tubes aux collecteurs, on dispose de tous les moyens connus tels que raccords filetés,soudure ordinaire ou autogène, mandrinage, etc. Toutefois il est sou- vent difficile d'obtenir par ces moyens des joints étanches
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à haute pression et l'on préfère, suivant l'invention, noyer les extrémités des tubes dans le métal de l'enveloppe du collecteur lors de la coulée de cette enveloppe. A cet effet, on raccorde les tubes à la boîte placée comme noyau dans le moule de coulée et on coule le métal de l'enveloppe autour des extrémités des tubes en même temps qu'autour de la boite ou des parties de celle-ci qui doivent être renforcées.
Les extrémités des tubes raccordées à la boite peuvent être lis- ses ou munies d'une bague frettée, ou encore ondulées avec ou sans bague et il est avantageux de les renforcer par une virole intérieure destinée à leur donner plus de résistance aux efforts de retrait du métal coulé de l'enveloppe. De pré- férence les extrémités des tubes sont serties dans des ouver- tures de la boîte avant la coulée et l'on peut également ser- tir de façon analogue des douilles de raccord taraudées ou non qui, lorsqu'on coule l'enveloppe, sont aussi noyées dans le métal.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple quel- ques formes de réalisation de l'invention qui permettront de bien comprendre celle-ci.
Fig. 1 montre en coupe horizontale une boite de col- lecteur et les organes qui doivent y être sertis, avant la coulée.
Fig. 2 montre ces mêmes organes raccordés à la boîte et noyés avec celle-ci dans l'enveloppe de fonte, également en coupe horizontale.
Figs. 3, 4, 5 et 6 sont des coupes transversales du collecteur montrant différents modes d'ancrage des tubes dans l'enveloppe coulée.
Sur toutes ces figures, 1 désigne la boîte de col-
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lecteur en métal mince à laquelle sont raccordés, par sertis- sage ou autrement, les tubes 2 de l'appareil d'échange ther- mique, et 3 désigne l'enveloppe métallique qui est coulée au- tour de cette boite 1 servant de noyau de fonderie et des extrémités des tubes 2. Une douille de raccord taraudée 4, également sertie ou autrement fixée à la boîte 1, se trouve aussi emprisonnée dans le métal de l'enveloppe 3 après la coulée.
Dans l'exemple de réalisation de la Fig. 2, les ex- trémités des tubes 2 sont ancrées dans le métal de l'envelop- pe 3 simplement par la pression que ce métal exerce sur elles par suite de son retrait après la coulée et elles sont lisses et non renforcées. Si les tubes sont minces, comme c'est gé- néralement le cas, il peut être avantageux de renforcer leur extrémité par une virole intérieure 5 (Fig. 3) qui empêche leur paroi de céder sous la pression de retrait du métal coulé et concourt ainsi à procurer un ancrage ferme. On aug- mentera encore la fermeté de l'ancrage en frettant sur le tube une bague d'assez grand diamètre 6 (Fig. 4) qui pré- sente davantage encore de résistance au retrait de l'envelop- pe 3 et permet d'obtenir un joint plus serré du fait que la pression de retrait s'exerce sur un plus grand diamètre.
En même temps, si le métal de l'enveloppe n'entoure pas le tube d'une manière parfaitement étanche, permettant ainsi au flui- de contenu dans le collecteur de suinter le long du tube 2, la bague 6 aura pour effet d'obliger le fluide à un détour qui dans la plupart des cas suffira à empêcher la continua- tion du suintement.
Au lieu d'être lisse, l'extrémité du tube 3 peut être rugueuse, filetée ou ondulée comme c'est montré en 7 sur
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la Fig. 5 afin d'offrir une meilleure prise au métal coulé de l'enveloppe et aussi de présenter un chemin sinueux au fluide qui tendrait à suinter le long du tube. En renforçant le tu- be ainsi ondulé par une virole intérieure lisse ou ondulée 5a (Fig. 6) et en frettant sur le tube, entre deux ondulations 8 une bague extérieure 6a, on réalise un ancrage présentant le maximum de résistance aux efforts mécaniques, en même temps qu'un joint étanche aux pressions élevées que peut at- teindre le fluide dans le collecteur et le tube.
Quel que soit le mode d'ancrage choisi, on procède sensiblement de la même manière pour la coulée de l'enveloppe, en plaçant la boîte 1 comme noyau dans un moule de fonderie après y avoir raccordé les tubes 2 et éventuellement la ou les douilles de raccord taraudées 4, et en coulant le métal de l'enveloppe de toute façon appropriée. Lorsque le col- lecteur ne doit pas supporter de fortes pressions,il est pos- sible de laisser à nu certaines parties de la boîte 1 et de limiter l'enveloppe 3 aux parties de celle-ci qui doivent être renforcées ou rendues étanches. Une disposition appro- priée du moule permettra de réaliser ceci suivant les besoins.
L'invention n'est d'ailleurs pas limitée à l'emploi d'une enveloppe coulée, étant donné que, dans certains cas, l'enveloppe peut être une simple frette appliquée mécanique- ment à chaud ou à froid autour de la boîte 1, à laquelle les tubes 2 et les douilles 4 sont alors raccordés de façon étan- che, par exemple par mandrinage ou soudage. Les autres dé- tails d'exécution décrits ci-dessus à titre d'exemple doivent aussi être considérés comme n'ayant pas un caractère limita- tif, les modifications que l'on pourrait y apporter ne sor- tant pas du cadre de la présente invention.
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Improvements to the collectors of heat exchange devices.
This invention relates to the collectors of tubular heat exchange apparatus such as heat or cold radiators, evaporators and other similar apparatus the elements of which are composed of tubes connected to collectors. Typically, these manifolds consist of a single cast in order to provide the desired seal and strength, while the tubes, in many cases, are of drawn or drawn metal.
For economy, or because the metal used for the tubes does not lend itself well to casting, the collectors are almost always made from a metal other than the tubes, for example from cast iron or from an aluminum alloy when the tubes are copper or other metal very good conductor of heat
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their or corrosion resistant, but unsuitable for casting or too expensive. It would, however, be desirable, for many applications, for the collectors to be made of the same metal as the tubes or of a metal having certain qualities which are considered necessary for the proper functioning of the apparatus. at least in their parts which come into contact with the fluid circulating in the apparatus.
This could prevent the oxidation or corrosion of the collectors and the action that this oxidation can have on the fluid circulating in the apparatus, as well as certain electrolysis phenomena which can occur as a result of the formation. electrical torques at the joints between the tubes and the manifolds made of different metals and the presence of liquid in the device, causing serious damage.
According to the present invention, this result is achieved in a simple manner and without significantly increasing the cost price of the devices, by constituting the collector of a thin-walled box made of sheet of the chosen metal, and reinforced by a casing. metallic. The envelope can be continuous and completely enclose the sheet metal box, or it can surround only certain parts of it, for example the joints, and leave bare other parts, in particular when the collector is not must not withstand high pressures. This casing is advantageously cast directly around the box, which in this case serves as a foundry core.
To connect the tubes to the collectors, all known means are available, such as threaded connections, ordinary or autogenous welding, mandrel, etc. However, it is often difficult to obtain tight seals by these means.
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at high pressure and it is preferred, according to the invention, to embed the ends of the tubes in the metal of the casing of the collector during the casting of this casing. For this purpose, the tubes are connected to the box placed as a core in the casting mold and the metal of the casing is poured around the ends of the tubes at the same time as around the box or parts thereof which need to be strengthened.
The ends of the tubes connected to the box can be smooth or fitted with a shrink ring, or even corrugated with or without a ring and it is advantageous to reinforce them with an internal ring intended to give them more resistance to withdrawal forces. of the cast metal of the casing. Preferably, the ends of the tubes are crimped into openings in the box before casting and it is also possible to use similarly threaded or non-threaded connection sleeves which, when the casing is cast, are also embedded in metal.
The accompanying drawing shows by way of example some embodiments of the invention which will make it possible to understand it clearly.
Fig. 1 shows in horizontal section a collector box and the components which must be crimped therein, before casting.
Fig. 2 shows these same members connected to the box and embedded with the latter in the cast iron casing, also in horizontal section.
Figs. 3, 4, 5 and 6 are cross sections of the manifold showing different methods of anchoring the tubes in the cast casing.
In all these figures, 1 designates the col-
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thin metal reader to which are connected, by crimping or otherwise, the tubes 2 of the heat exchange apparatus, and 3 designates the metal casing which is cast around this box 1 serving as a core of the foundry and the ends of the tubes 2. A threaded connector sleeve 4, also crimped or otherwise fixed to the box 1, is also trapped in the metal of the casing 3 after casting.
In the exemplary embodiment of FIG. 2, the ends of the tubes 2 are anchored in the metal of the casing 3 simply by the pressure that this metal exerts on them as a result of its withdrawal after casting and they are smooth and unreinforced. If the tubes are thin, as is generally the case, it may be advantageous to reinforce their ends with an inner ferrule 5 (Fig. 3) which prevents their wall from yielding under the pressure of shrinking of the cast metal and contributes to thus to provide a firm anchorage. The firmness of the anchoring will be further increased by wrapping on the tube a ring of fairly large diameter 6 (Fig. 4) which presents even more resistance to the shrinkage of the casing 3 and makes it possible to obtain a tighter seal because the withdrawal pressure is exerted on a larger diameter.
At the same time, if the metal of the casing does not surround the tube in a perfectly sealed manner, thus allowing the fluid contained in the manifold to seep out along the tube 2, the ring 6 will have the effect of forcing the fluid to a detour which in most cases will be sufficient to prevent the continuation of the seepage.
Instead of being smooth, the end of tube 3 can be rough, threaded or corrugated as shown in 7 on
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Fig. 5 in order to provide a better grip on the cast metal of the casing and also to present a sinuous path for the fluid which would tend to ooze along the tube. By reinforcing the thus corrugated tube with a smooth or corrugated internal ferrule 5a (Fig. 6) and by wrapping on the tube, between two corrugations 8 an outer ring 6a, an anchorage is produced having the maximum resistance to mechanical forces, at the same time as a tight seal against the high pressures which the fluid can reach in the manifold and the tube.
Regardless of the anchoring method chosen, the procedure is substantially the same for casting the casing, by placing the box 1 as a core in a foundry mold after having connected the tubes 2 and possibly the sleeve (s) to it. threaded fitting 4, and casting the metal from the casing in any suitable manner. When the manifold must not withstand high pressures, it is possible to leave certain parts of the box 1 bare and to limit the casing 3 to those parts of the latter which must be reinforced or made watertight. A suitable arrangement of the mold will allow this to be achieved as required.
The invention is moreover not limited to the use of a cast casing, given that, in certain cases, the casing may be a simple hoop applied mechanically hot or cold around the box. 1, to which the tubes 2 and the sockets 4 are then connected in a sealed manner, for example by mandrelling or welding. The other details of execution described above by way of example must also be regarded as not having a limiting character, the modifications which one could make to them not falling outside the scope of the present invention.