WO2005031236A2 - Echangeur de chaleur ameliore - Google Patents

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    • F28F9/262—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators for radiators

Definitions

  • the invention relates to the field of heat exchangers, such as those used for example in automobile construction for cooling an engine. It relates more specifically to the so-called "tube" heat exchanger models comprising several rows of tubes. It also relates to a method of assembling such a heat exchanger.
  • the function of a heat exchanger intended for the cooling of an engine is to transmit to an external fluid the heat of a fluid circulating inside 1 exchanger.
  • tubes are arranged in which the fluid circulates, placing an upstream chamber and a downstream chamber in communication, the heat exchange between the internal fluid and the external fluid taking place at the surface of the tubes. .
  • one row of tubes is in communication with an upstream chamber, and another row of tubes is in communication with a downstream chamber juxtaposed with the chamber upstream, the chambers being arranged near the ends of the tubes.
  • each of the tubes of a row in communication with a tube facing the other row, at the ends opposite to those connected to the chambers.
  • EP1298401 One solution proposed by EP1298401 is to make an entire row of tubes communicate with the entire row of tubes facing each other.
  • a manifold is provided in the form of two assembled half-tubes, provided with connection holes on their internal wall for the passage of the fluid from one half-tube to the other, which each come to cover a row of tubes.
  • the contact surface between the manifold and the tubes is too small for satisfactory brazing to be achieved.
  • this solution involves a large internal volume of the collector, which affects its resistance to the pressure of the internal fluid, particularly in the case of the use of carbon dioxide C0 2 as internal fluid.
  • the object of the invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks by proposing a heat exchanger in which a circulation of the fluid from one tube to the other is ensured by means of an individual plug capable of sealingly housing one end of each tube and having an interior space for the circulation of the fluid, the assembly of the two tubes and of said individual plug ensuring circulation of the fluid along a U-shaped path.
  • - Said individual plug comprises two housings, whose shapes are complementary to those of the tubes, which open into said interior space.
  • - Said individual plug is made in the form of a stamped part having an outer wall, which envelops the ends of the tubes.
  • the outer wall is of substantially constant thickness.
  • the outer wall forms roundings, making the individual cap more resistant to fluid pressure.
  • the housings are delimited by the external wall of the individual plug.
  • the housings are formed in part by a pinching of the outer wall bringing two parts of the inner surface of the outer wall into contact.
  • - Said tubes are flat tubes arranged in the same plane.
  • the heat exchanger contains carbon dioxide as a fluid.
  • the invention also relates to a method of assembling a heat exchanger which comprises the introduction of the two tubes into said individual plug, said individual plug then being pinched so as to adapt its shape to those of the tubes.
  • FIG. 1 is a perspective view of a part.ie of a heat exchanger according to the invention
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a section of the heat exchanger of Figure 1
  • - Figure 3 is a perspective view of an individual plug only.
  • the heat exchanger according to the invention comprises, as shown in FIG. 1, an upstream chamber and a downstream chamber in the form of juxtaposed parallel conduits 2,6 in communication respectively with a first set of identical tubes 4 and with a second set of identical tubes 8, in the vicinity of one end thereof.
  • the tubes 4 and 8 are flat tubes, arranged two by two side by side along a same plane perpendicular to the axis of the conduits 2 and 6, and having edges of rounded shape.
  • Figure 2 shows that the ends, opposite to those communicating with the conduits, of two tubes 4 and 8 arranged side by side are both capped by a common individual plug 10 which ensures the passage of the fluid from tube 4 to tube 8 thus allowing to obtain a U-shaped circulation.
  • the individual plug 10 is produced, as illustrated in FIG. 3, in the form of a single stamped part and therefore consists of a single wall 12, of substantially constant thickness, arranged to form the individual plug 10 as a whole. .
  • the shape of the individual plug 10 is given by the wall 12 which envelops and exactly matches the ends of the two tubes 4 and 8, while providing an interior space beyond these ends in the longitudinal direction of the tubes 4 and 8 to allow the passage of the fluid.
  • the individual plug 10 has a substantially flat shape. It is provided with rounded end faces 14 and 16 whose radius of curvature is adapted to that of the tubes 4 and 8.
  • the side faces 18 and 20 are of a length substantially equal to the thickness of the wall 12 , to the width of the two tubes 4 and 8 joined side by side.
  • the spacing between the faces lateral 18 and 20 of the individual plug 10 is substantially identical to the thickness of the tubes 4 and 8.
  • the bottom 22 of the individual plug 10 also has a rounded shape.
  • the interior space is delimited by a part of the end faces 14 and 16 and the bottom 22 of the individual plug 10, and therefore has rounded shapes which make the individual plug 10 more resistant to the pressure of the fluid.
  • the internal volume of the individual plug 10 as well as its external dimensions are, thanks to this configuration, reduced to a minimum, which avoids a loss of pressure in the interior space on the one hand and, on the other hand, reduces the bulk. of the heat exchanger itself.
  • the small size of the individual plug 10 in thickness reduces the distance required between two tubes connected to the same conduit.
  • the nip 24 of the wall 12 is carried out only over part of the depth of the individual stopper 10, so that 'the housings 14 and 16 open into the interior of the individual plug 10 to allow the tube fluid passage 4 to the tube 8.
  • the pinching 24 of the wall 12 is however carried out to a sufficient depth to form a contact surface between the housings 26 and 28 and the ends of the tubes 4 and 8 allowing a brazing to be carried out, which ensures the fixing of the tubes 4 and 8 in the housings 26 and 28 as well as the sealing of the individual plug 10.
  • the length of the pinch 24 can be adapted (increased or reduced) according to the requirements related to brazing and the depth of the individual plug 10 chosen so as to provide an interior space whose volume is adapted to the flow rate of the fluid in the tubes 4 and 8.
  • a preferred method is to introduce the ends of the tubes 4 and 8 into the individual plug 10, which does not yet have pinching 24.
  • the individual plug 10 is then pinched so as to form the housings 14 and 16. It only remains to carry out the brazing of the tubes 4 and 8 so as to ensure the fixing and sealing of the plug 10.
  • the individual plug 10 can be placed in heat exchangers comprising more than two rows of tubes. Similarly, it is possible to carry out the pinching 24 of the wall 12 before the introduction of the tubes 4 and 8 into the individual plug 10.

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Abstract

Échangeur de chaleur comprenant au moins deux tubes (4, 8) d'axes sensiblement parallèles entre eux pour la circulation d’un fluide dans des sens opposés. Une circulation du fluide d'un tube à 1'autre est assurée au moyen d’un bouchon individuel (10) apte à loger de manière étanche une extrémité de chaque tube et présentant un espace intérieur pour la circulation du fluide, l'ensemble des deux tubes (4, 8) et dudit bouchon individuel (10) assurant une circulation du fluide suivant un parcours en U.

Description

Echangeur de chaleur amélioré
L'invention se rattache au domaine des échangeurs de chaleur, tels qu'utilisés par exemple en construction automobile pour assurer le refroidissement d'un moteur. Elle se rapporte plus spécifiquement aux modèles d'échangeurs de chaleur dits "à tubes" comprenant plusieurs rangées de tubes. Elle concerne également un procédé d'assemblage d'un tel echangeur de chaleur.
La fonction d'un echangeur de chaleur destiné au refroidissement d'un moteur est de transmettre à un fluide extérieur la chaleur d'un fluide en circulation à l'intérieur de 1' echangeur.
Dans un echangeur de chaleur à tubes, des tubes sont agencés dans lesquels circule le fluide mettant en communication une chambre amont et une chambre aval, l'échange de chaleur entre le fluide intérieur et le fluide extérieur se faisant au niveau de la surface des tubes.
Dans un mode de réalisation d'un echangeur à deux rangées de tubes à circulation en U, une rangée de tubes est en communi- cation avec une chambre amont, et une autre rangée de tubes est en communication avec une chambre aval juxtaposée à la chambre amont, les chambres étant disposées à proximité des extrémités de tubes .
Pour assurer une circulation du fluide intérieur en U, il est nécessaire de mettre en communication chacun des tubes d'une rangée avec un tube en vis-à-vis de l'autre rangée, au niveau des extrémités opposées à celles reliées aux chambres.
Dans le cas d'échangeurs à plus de deux rangées de tubes, il est également nécessaire de relier des tubes en vis-à-vis deux par deux pour que la circulation du fluide en U puisse se faire .
Une solution proposée par EP1298401 est de faire communiquer toute une rangée de tubes avec la totalité de la rangée de tubes en vis-à-vis. Pour ce faire, un collecteur est prévu sous la forme de deux demi-tubes assemblés, pourvus de trous de connexion sur leur paroi interne pour le passage du fluide d'un demi-tube à l'autre, qui viennent chacun coiffer une rangée de tubes. Cependant, dans cette configura ion, la surface de contact entre le collecteur et les tubes est trop petite pour qu'un brasage satisfaisant puisse être réalisé. D'autre part, cette solution implique un large volume intérieur du collecteur, ce qui nuit à sa résistance à la pression du fluide interne, particulièrement dans le cas de l'utilisation comme fluide intérieur de dioxyde de carbone C02.
Une autre solution est décrite dans DE 19515528, qui prévoit un bouchon extérieur assurant une circulation du fluide en U. Cependant, le bouchon décrit dans le document précité n'est utilisable que dans le cas particulier d'un echangeur de chaleur à une unique rangée de tubes, lesquels présentent alors une cloison interne permettant une circulation du fluide suivant deux sens opposés .
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités en proposant un echangeur de chaleur dans lequel une circulation du fluide d'un tube à l'autre est assurée au moyen d'un bouchon individuel apte à loger de manière étanche une extrémité de chaque tube et présentant un espace intérieur pour la circulation du fluide, l'ensemble des deux tubes et dudit bouchon individuel assurant une circulation du fluide suivant un parcours en U.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après : - Ledit bouchon individuel comprend deux logements, dont les formes sont complémentaires de celles des tubes, qui débouchent dans ledit espace intérieur. - Ledit bouchon individuel est réalisé sous la forme d'une pièce emboutie présentant une paroi extérieure, laquelle enveloppe les extrémités des tubes.
- La paroi extérieure est d'épaisseur sensiblement constante.
- La paroi extérieure forme des arrondis, rendant le bouchon individuel plus résistant à la pression du fluide. - Les logements sont délimités par la paroi extérieure du bouchon individuel .
- Ledit espace intérieur est délimité par la paroi extérieure du bouchon individuel .
- Les logements sont formés en partie par un pincement de la paroi extérieure mettant en contact deux parties de la surface intérieure de la paroi extérieure.
- Lesdits tubes sont des tubes plats disposés selon un même plan.
- L' echangeur de chaleur comprend en tant que fluide du dioxyde de carbone .
L'invention concerne également un procédé d'assemblage d'un echangeur de chaleur qui comprend l'introduction des deux tubes dans ledit bouchon individuel, ledit bouchon individuel étant ensuite pincé de manière à adapter sa forme à celles des tubes .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une part.ie d'un echangeur de chaleur selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en perspective éclatée d'une section de l' echangeur de chaleur de la figure 1, et - la figure 3 est une vue en perspective d'un bouchon individuel seul . L' echangeur de chaleur selon l'invention comprend, comme indiqué sur la figure 1, une chambre amont et une chambre aval sous forme de conduits parallèles juxtaposés 2,6 en communication respectivement avec un premier ensemble de tubes identiques 4 et avec un second ensemble de tubes identiques 8, au voisinage d'une extrémité de ceux-ci. Dans un mode de réalisation préféré, les tubes 4 et 8 sont des tubes plats, disposés deux à deux côte à côte selon un même plan perpendiculaire à l'axe des conduits 2 et 6, et présentant des tranches de forme arrondie .
La figure 2 montre que les extrémités, opposées à celles communiquant avec les conduits, de deux tubes 4 et 8 disposés côte à côte sont toutes deux coiffées par un bouchon individuel commun 10 qui assure le passage du fluide du tube 4 au tube 8 permettant ainsi d'obtenir une circulation en U.
Le bouchon individuel 10 est réalisé, comme illustré sur la figure 3, sous la forme d'une pièce unique emboutie et est donc constitué d'une seule paroi 12, d'épaisseur sensiblement constante, agencée pour former le bouchon individuel 10 dans son ensemble.
La forme du bouchon individuel 10 est donnée par la paroi 12 qui vient envelopper et épouser exactement les extrémités des deux tubes 4 et 8, tout en ménageant un espace intérieur au- delà de ces extrémités dans la direction longitudinale des tubes 4 et 8 pour permettre le passage du fluide.
Ainsi, le bouchon individuel 10 présente une forme sensiblement plate. Il est muni de faces d'extrémités 14 et 16 arrondies dont le rayon de courbure est adapté à celui des tubes 4 et 8. Les faces latérales 18 et 20 sont d'une longueur sensiblement égale, à l'épaisseur de la paroi 12 près, à la largeur des deux tubes 4 et 8 réunis côte à côte. L'écartement entre les faces latérales 18 et 20 du bouchon individuel 10 est sensiblement identique à l'épaisseur des tubes 4 et 8. Le fond 22 du bouchon individuel 10 présente également une forme arrondie.
L'espace intérieur est délimité par une partie des faces d'extrémités 14 et 16 et le fond 22 du bouchon individuel 10, et présente de ce fait des arrondis qui rendent le bouchon individuel 10 plus résistant à la pression du fluide.
Le volume interne du bouchon individuel 10 ainsi que ses dimensions extérieures sont, grâce à cette configuration, réduits au minimum, ce qui évite une perte de pression dans l'espace intérieur d'une part et, d'autre part, réduit l'encombrement de 1 ' echangeur de chaleur lui-même. En particulier, le faible encombrement du bouchon individuel 10 en épaisseur réduit l'écartement nécessaire entre deux tubes reliés à un même conduit.
Un pincement 24 de la paroi 12, sur une partie de la profondeur du bouchon individuel 10, de manière à mettre en contact une partie de la face latérale 18 du bouchon avec une partie de la face latérale 20, partage l'intérieur du bouchon individuel 10 en deux logements 26 et 28 identiques accueillant exactement les extrémités des deux tubes 4 et 8.
Le pincement 24 de la paroi 12 n'est réalisé que sur une partie de la profondeur du bouchon individuel 10, de sorte que ' les logements 14 et 16 débouchent dans l'espace intérieur du bouchon individuel 10 pour permettre le passage du fluide du tube 4 au tube 8. Le pincement 24 de la paroi 12 est cependant effectué sur une profondeur suffisante pour former une surface de contact entre les logements 26 et 28 et les extrémités des tubes 4 et 8 permettant de réaliser un brasage, lequel assure la fixation des tubes 4 et 8 dans les logements 26 et 28 ainsi que l'étanchéité du bouchon individuel 10. Accessoirement, la longueur du pincement 24 peut être adaptée (augmentée ou réduite) en fonction des impératifs liés au brasage et la profondeur du bouchon individuel 10 choisie de manière à ménager une espace intérieur dont le volume est adapté au débit du fluide dans les tubes 4 et 8.
Pour mettre en place un bouchon individuel 10 sur les tubes 4 et 8, un procédé préféré est d'introduire les extrémités des tubes 4 et 8 dans le bouchon individuel 10, lequel ne présente pas encore de pincement 24. Le bouchon individuel 10 est ensuite pincé de manière à former les logements 14 et 16. Il ne reste plus qu'à réaliser le brasage des tubes 4 et 8 de manière à assurer la fixation et l'étanchéité du bouchon 10.
Les modes de réalisation décrits ci-dessus ne sont donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, le bouchon individuel 10 peut être mis en place dans des échangeurs de chaleur comprenant plus de deux rangées de tubes. De même il est envisageable de réaliser le pincement 24 de la paroi 12 avant l'introduction des tubes 4 et 8 dans le bouchon individuel 10.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art.

Claims

Revendications
1. Echangeur de chaleur comprenant au moins deux tubes (4,8) d'axes sensiblement parallèles entre eux pour la circulation d'un fluide dans des sens opposés, caractérisé en ce qu'une circulation du fluide d'un tube à l'autre est assurée au moyen d'un bouchon individuel (10) apte à loger de manière étanche une extrémité de chaque tube et présentant un espace intérieur pour la circulation du fluide, l'ensemble des deux tubes (4,8) et dudit bouchon individuel (10) assurant une circulation du fluide suivant un parcours en U.
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel ledit bouchon individuel (10) comprend deux logements (26,28), dont les formes sont complémentaires de celles des tubes (4,8), qui débouchent dans ledit espace intérieur.
3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel ledit bouchon individuel (10) est réalisé sous la forme d'une pièce emboutie présentant une paroi extérieure (12) , laquelle enveloppe les extrémités des tubes (4,8) .
4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3 , dans lequel la paroi extérieure (12) est d'épaisseur sensiblement constante .
5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel la paroi extérieure (12) forme des arrondis (14,16,22), rendant le bouchon individuel (10) plus résistant à la pression du fluide.
6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 3 à 5 rattachée à la revendication 2, dans lequel les logements (26,28) sont délimités par la paroi extérieure (12) du bouchon individuel (10) .
7. Echangeur de chaleur selon 1 'une des revendications 3 à 6, dans lequel ledit espace intérieur est délimité par la paroi extérieure (12) du bouchon individuel (10) .
8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel les logements (26,28) sont formés en partie par un pincement (24) de la paroi extérieure (12) mettant en contact deux parties de la surface intérieure de la paroi extérieure (12) .
9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits tubes (4,8) sont des tubes plats disposés selon un même plan.
10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, comprenant en tant que fluide du dioxyde de carbone .
11. Procédé d'assemblage d'un echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes comprenant l'introduction les deux tubes (4,8) dans ledit bouchon individuel (10) caractérisé en ce que ledit bouchon individuel (10) est ensuite pincé de manière à adapter sa forme à celles des tubes .
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