EP0114554A2 - Plaque collectrice pour échangeur de chaleur à tubes et boîtes à eau - Google Patents

Plaque collectrice pour échangeur de chaleur à tubes et boîtes à eau Download PDF

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EP0114554A2
EP0114554A2 EP83402448A EP83402448A EP0114554A2 EP 0114554 A2 EP0114554 A2 EP 0114554A2 EP 83402448 A EP83402448 A EP 83402448A EP 83402448 A EP83402448 A EP 83402448A EP 0114554 A2 EP0114554 A2 EP 0114554A2
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    • F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
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    • Y10S165/051—Heat exchange having expansion and contraction relieving or absorbing means
    • Y10S165/052—Heat exchange having expansion and contraction relieving or absorbing means for cylindrical heat exchanger
    • Y10S165/053—Flexible or movable header or header element
    • Y10S165/057—Flexing tubesheet

Definitions

  • the present invention relates to a new type of collector plates for tube exchangers and dissipators, such as vehicle engine cooling radiators. It applies more particularly to radiators intended for heavy vehicles; due to their large dimensions, the thermal expansions take on a particularly large amplitude, while a strong connection of the water boxes and the side cheeks, intended to form a rigid frame therefore not allowing the expansions, is provided to improve the behavior mechanics of these devices subjected in service to severe conditions and which requires a particularly long service life.
  • the header plate for heat exchangers has, on the one hand, a peripheral groove cooperating with the lower part of the box to which it is connected by any means known in the industry of heat exchangers and ensuring the longitudinal rigidity of the plate in a way complementary to that provided by the box in the form of a hollow beam and, on the other hand, a part called "bottom of collector” in which are drawn and perforated the passages of tubes, provided with collars to which are brazed the tubes, and between which are formed grooves transverse thanks to which the collector plate can absorb differential expansions which generate damaging stresses which should not appear in the brazed joints.
  • Fig. 1 is a partial sectional elevation of a heat exchanger comprising a header plate according to the invention.
  • Fig. 2 is a partial perspective illustrating the interior of the collector plate.
  • Fig. 3 is a partial plan seen from above of the collector plate.
  • Fig. 4 is a superposition of sections seen along lines IV, IVa, IVb of FIG. 3.
  • Fig. 5 is a partial perspective view of the collector plate cut along the line IVb in FIG. 3 and provided with a seal.
  • Fig. 6 is a partial section also seen along line IVb of FIG. 3 showing the appearance of the seal -when a water box is placed on the collector plate.
  • Fig. 7 is a partial section of the joint appearing in fig. 6 when it is not compressed.
  • Fig. 1 partially illustrates a heat exchanger comprising circulation tubes 1, a collecting plate 2 and a water box 3 covering the collecting plate 2.
  • the collecting plate 2 is shaped in a known manner to delimit at its periphery a groove 4 which is intended to receive a deformable seal 5, for example made of elastomer, this seal being pressed into the bottom of the groove 4 by the lower edge 6 of the water box, edge which forms on its top a heel 7 on which a clamp 8 is folded .
  • the collector plate is shaped, for example stamped, to present collars 9 in one or more rows, these collars each delimiting a tube passage 10 in which the end of a tube 1 is engaged.
  • grooves 11 are formed transversely in the collector plate between each collar or row of collars 9.
  • the grooves are formed up to the internal wall delimiting the groove 4, ending in a rounded 11a.
  • the drawing also shows that the grooves 11 turn their concavity towards the inside of the collecting plate, that is to say towards the water box.
  • the depth of the grooves 11 is preferably chosen to be greater than the thickness e of the collector plate but less than twice this thickness e.
  • the above grooves somehow form an embossing between each tube or row of tubes, which gives the collector plate flexibility making it possible to deform it between the tubes or row of consecutive tubes while, on the other hand, making the collector plate rigid in the vicinity of its part which delimits the molding grooved 4.
  • the part of the collecting plate which delimits the collars can undergo deformations of small amplitude due to differential expansions between the tubes without these deformations being transmitted to the part delimiting the molding in the form of groove which is, on the contrary, stiffened by the rounded end of the grooves.
  • the groove is formed in a rigid frame so that the seal 5 can be maintained under uniform pressure by the clamp 8, whatever the operating conditions of the exchanger.
  • the groove 11 is formed to lead to a wall part 4a of the groove 4 which does not have the rounded 11a but on the contrary a steeper slope, for example 60 ° from the horizontal.
  • the groove 11 is intended in the embodiment shown to contain a partition seal 5a (fig. 5, 6 and 7) which is intended to seal between a partition 12 formed internally by the water box 3 and the manifold plate 2 when the exchanger is of the multiple pass type. More generally, the groove cooperates with a partition separating two compartments of the box.
  • the partition seal 5a is formed in one piece with the seal 5 and that it has a bulged part 5b (fig. 7) corresponding to the inclined edge 4a extending from each side the groove 11 1 .

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Abstract

Plaque collectrice pour échangeur de chaleur à tubes de circulation engagés dans des collets de la plaque collectricte recouverte par une boîte à eau dans laquelle la plaque collectrice présente, d'une part, une moulure périphérique (4) coopérant avec la partie inférieure (6) de la boîte à eau (3) à laquelle elle est reliée rigidement pour former avec celle-ci une poutre creuse et, d'autre part, un fond de collecteur (2) dans lequel sont emboutis et perforés des passages de tubes (10) délimités par des collets (9) auxquels sont brasés les tubes (1) et entre lesquels sont ménagées des rainures transversales (11).

Description

  • La présente invention concerne un nouveau type de plaques collectrices pour échangeurs à tubes et dissipateurs, tels que les radiateurs de refroidissement de moteurs de véhicules. Elle s'applique plus particulièrement aux radiateurs destinés aux véhicules lourds ; en raison de leurs grandes dimensions, les dilatations thermiques prennent une amplitude particulièrement importante, alors qu'une forte liaison des boîtes à eau et des joues latérales, visant à former un cadre rigide donc ne permettant pas les dilatations, est prévue pour améliorer la tenue mécanique de ces appareils soumis en service à des conditions sévères et dont on exige une durée de vie particulièrement longue.
  • On se propose aussi, dans le cadre de l'invention, d'obtenir une plaque collectrice qui peut être mise en oeuvre pour réaliser des échangeurs à plusieurs passes, c'est-à-dire dans lesquels le liquide à refroidir s'écoule dans un même sens ou, au contraire, selon une ou plusieurs épingles.
  • Conformément à l'invention, la plaque collectrice pour échangeurs de chaleur présente, d'une part, une rainure périphérique coopérant avec la partie inférieure de la boîte à laquelle elle est reliée par tout moyen connu dans l'industrie des échangeurs de chaleur et assurant la rigidité longitudinale de la plaque de façon complémentaire à celle que procure la boîte en forme de poutre creuse et, d'autre part, une partie dite "fond de collecteur" dans laquelle sont emboutis et perforés les passages de tubes, munis de collets auxquels sont brasés les tubes, et entre lesquels sont ménagées des rainures transversales grâce auxquelles la plaque collectrice peut absorber des dilatations différentielles qui engendrent des contraintes préjudiciables ne devant pas apparaître dans les joints brasés.
  • Les diverses caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description et du dessin annexé d'un exemple de réalisation consistant, de façon non limitative, en une plaque collectrice pour échangeur à boîte sertie sur la plaque par l'intermédiaire d'un joint souple.
  • La fig. 1 est une coupe-élévation partielle d'un échangeur de chaleur comportant une plaque collectrice suivant l'invention.
  • La fig. 2 est une perspective partielle illustrant l'intérieur de la plaque collectrice.
  • La fig. 3 est un plan partiel vu de dessus de la plaque collectrice.
  • La fig. 4 est une superposition de coupes vues suivant les lignes IV, IVa, IVb de la fig. 3.
  • La fig. 5 est une perspective partielle de la plaque collectrice coupée suivant la ligne IVb de la fig. 3 et munie d'un joint d'étanchéité.
  • La fig. 6 est une coupe partielle également vue suivant la ligne IVb de la fig. 3 montrant l'aspect du joint -lorsqu'une boîte à eau est mise en place sur la plaque collectrice.
  • La fig. 7 est une coupe partielle du joint apparaissant à la fig. 6 lorsque celui-ci n'est pas comprimé.
  • La fig. 1 illustre partiellement un échangeur de chaleur comportant des tubes de circulation 1, une plaque collectrice 2 et une boîte à eau 3 recouvrant la plaque collectrice 2. La plaque collectrice 2 est conformée de façon connue pour délimiter à sa périphérie une gorge 4 qui est destinée à recevoir un joint déformable 5, par exemple en élastomère, ce joint étant plaqué dans le fond de la gorge 4 par le bord inférieur 6 de la boîte à eau, bord qui forme sur son dessus un talon 7 sur lequel est repliée une pince 8.
  • La plaque collectrice est conformée, par exemple emboutie, pour présenter des collets 9 suivant une ou plusieurs rangées, ces collets délimitant chacun un passage de tube 10 dans lequel est engagée l'extrémité d'un tube 1.
  • Comme l'illustre le dessin, des rainures 11 sont formées transversalement dans la plaque collectrice entre chaque collet ou rang de collets 9.
  • Comme le montre le dessin dans la vue en perspective de la fig. 2 et celle des coupes représentées à la fig. 4 qui est prise suivant la ligne IV de la fig. 3, les rainures sont formées jusqu'à la paroi interne délimitant la gorge 4 en se terminant par un arrondi 11a. Le dessin montre, aussi, que les rainures 11 tournent leur concavité vers l'intérieur de la plaque collectrice, c'est-à-dire vers la boîte à eau.
  • La profondeur des rainures 11 est choisie de préférence pour être supérieure à l'épaisseur e de la plaque collectrice mais inférieure au double de cette épaisseur e.
  • Les rainures ci-dessus forment en quelque sorte un gaufrage entre chaque tube ou rang de tubes, ce qui confère à la plaque collectrice une flexibilité rendant possible sa déformation entre les tubes ou .rang de tubes consécutifs tout en assurant par contre une rigidification de la plaque collectrice au voisinage de sa partie qui délimite la moulure en forme de gorge 4. De cette manière, la partie de la plaque collectrice qui délimite les collets peut subir des déformations de petite amplitude dues à des dilatations différentielles entre les tubes sans que ces déformations soient transmises à la partie délimitant la moulure en forme de gorge qui est, au contraire, rigidifiée par l'extrémité arrondie des rainures. Ainsi, la gorge est formée dans un cadre rigide faisant que le joint 5 peut être maintenu sous une pression uniforme par la pince 8, quelles que soient les conditions de fonctionnement de l'échangeur.
  • Il est avantageux, comme le montre le dessin, qu'au moins une des rainures, celle désignée par 111, soit formée pour déboucher sur une partie de paroi 4a de la gorge 4 qui ne présente pas l'arrondi 11a mais au contraire une pente plus accentuée, par exemple de 60° par rapport à l'horizontale. La rainure 11 est destinée dans l'exemple de réalisation présenté à contenir un joint de cloison 5a (fig. 5, 6 et 7) qui est destiné à assurer l'étanchéité entre une cloison 12 que forment intérieurement la boîte à eau 3 et la plaque collectrice 2 lorsque l'échangeur est du type à plusieurs passes. De façon plus générale, la rainure coopère avec une cloison séparant deux compartiments de la boîte.
  • Il est avantageux, ainsi que l'illustre la fig. 7, que le joint de cloison 5a soit formé en une seule pièce avec le joint 5 et qu'il présente une partie renflée 5b (fig. 7) correspondant au bord incliné 4a prolongeant de chaque côté la rainure 111.
  • Cette conformation a pour effet que le dessous 6 de la boite à eau déforme fortement le joint au niveau du renflement en l'amenant ainsi à être appliqué étroitement tant contre la partie inférieure de la boite à eau que contre le fond de la rainure 111 et la paroi en pente 4a,

Claims (8)

1 - Plaque collectrice pour échangeur de chaleur à tubes de circulation engagés dans des collets de la plaque collectrice recouverte par une boîte à eau, la plaque collectrice présentant une gorge périphérique (4) coopérant avec la partie inférieure (6) de la boîte à eau (3) à laquelle elle est reliée rigidement pour former avec celle-ci une poutre creuse, caractérisée par un fond de collecteur (2) dans lequel sont emboutis et perforés des passages de tubes (10) délimités par des collets (9) auxquels sont brasés des tubes (1) et entre lesquels sont ménagées des rainures transversales (11).
2 - Plaque collectrice suivant la revendication 1, carac--térisée-en-ce que les rainures s'étendent transversalement jusqu'à la paroi interne délimitant la gorge périphérique (4).
3 - Plaque collectrice suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les rainures transversales s'achèvent dans un arrondi (11a) formé entre le fond de la plaque collectrice et la paroi interne de=la gorge périphérique.
4 - Plaque collectrice suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une au moins des rainures (11) s'étend jusqu'à des bords inclinés (4a) menant vers le fond de la gorge (4) pour l'appui d'un joint transversal relié à un joint périphérique disposé dans la gorge.
5 - Plaque collectrice suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les bords inclinés (4a) forment un angle d'environ 60° avec l'horizontale.
6 - Plaque collectrice suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la profondeur des rainures est supérieure à l'épaisseur e de la plaque collectrice et inférieure au double de cette épaisseur.
7 - Plaque collectrice suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le joint périphérique est d'une seule pièce avec au moins un joint de cloison transversal correspondant à chaque rainure ouvrant au niveau des bords inclinés, lesdits joints de cloison présentant un renflement à leur état de repos, ce renflement s'étendant sensiblement en regard de chaque bord incliné.
8 - Plaque collectrice suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les passages de tubes sont délimités par des collets saillants.
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