EP0128806A1 - Echangeur de chaleur comportant des tubes engagés dans une plaque collectrice sertie sur une boîte à eau - Google Patents

Echangeur de chaleur comportant des tubes engagés dans une plaque collectrice sertie sur une boîte à eau Download PDF

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EP0128806A1
EP0128806A1 EP84401092A EP84401092A EP0128806A1 EP 0128806 A1 EP0128806 A1 EP 0128806A1 EP 84401092 A EP84401092 A EP 84401092A EP 84401092 A EP84401092 A EP 84401092A EP 0128806 A1 EP0128806 A1 EP 0128806A1
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Chausson Usines SA
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/0219Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0224Header boxes formed by sealing end plates into covers
    • F28F9/0226Header boxes formed by sealing end plates into covers with resilient gaskets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/12Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements
    • F28F2275/122Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements by crimping, caulking or clinching

Definitions

  • the present invention relates to heat exchangers of the tube and dissipator type, the tubes of which are engaged in header plates joined to water boxes by crimping after interposition of a flexible seal between the header plate and the lower edge of the water box.
  • rectangular teeth are formed from a rising edge of the collector plate and these teeth are crimped onto a heel of the water box using one or more tools which, first, bend the teeth towards the water box and, secondly, firmly apply said teeth on a heel of the water box.
  • the invention overcomes these drawbacks.
  • the heat exchanger comprising tubes engaged in a collecting plate which has a peripheral groove delimited on the outside by a rising edge, teeth or tongues being provided to be crimped on a peripheral heel of a water box, is characterized in that the teeth or tongues are substantially in the form of a solid of equal resistance to bending from the front and are separated by crenellations delimiting a small base, the height of which extends to a level at most equal to the highest part of the heel of the water box when the flexible seal is deformed.
  • Fig. 1 is a partial diagrammatic elevation partially broken away from a heat exchanger applying the invention.
  • Fig. 2 is a very enlarged partial section illustrating various characteristics of the invention.
  • Fig. 3 is a partial and schematic front view of the collector plate showing the ratio of the main characteristic dimensions of teeth and slots.
  • Fig. 4 is a section similar to FIG. 2 of a variant.
  • Fig. 1 illustrates a heat exchanger of the type known as with fins and dissipators which comprises tubes 1 between which are arranged dissipators 2. The tubes are engaged at their ends in a collecting plate 3 of which only one appears in the drawing.
  • the collector plate 3 is shaped to delimit at its periphery a gutter or groove 4 in the bottom of which is arranged a flexible seal 5 intended to be deformed by the lower edge 6a of a peripheral rim 6 which comprises a water box 7.
  • the edge 6a is substantially shaped as a wedge while the peripheral rim 6 is slightly smaller in width than that of the gutter or groove 4 and it forms on its top a heel 6b.
  • the heel 6b can be flat as illustrated in FIG. 4 or slightly concave as shown in fig. 2.
  • the gutter 4 is delimited externally by a rising edge 8 whose height is chosen so that its upper edge 8a is at a lower level and at most equal to that occupied by the highest part of the heel 6b when the peripheral rim 6 is tight on the flexible joint 5 and deforms it to ensure sealing.
  • teeth or tongues 9 protrude from the rising edge 8 and define between them teeth 1O.
  • the teeth 10 are of trapezoidal shape while the teeth or tongues 9 are either of trapezoidal shape, or as shown and preferably of triangular shape.
  • the teeth or tongues 9 are formed by cutting in the collecting plate 3 before the stamping operation of the latter which forms the groove 4 so that the rising edge 8 and the tongues 9 are substantially vertical to allow, of a on the one hand, stamping and, on the other hand, the easy installation of the seal 5 and of the edge 6 of the water box 7.
  • the teeth or tongues 9 are intended to be crimped on the heel 6b.
  • the first method is of the type shown in FIG. 2, the crimping tool coming to attack the end of the teeth or tongues and having a general movement parallel to the plane formed by the bottom of the collecting plate 3.
  • the second method is of the type shown in dashed lines, the crimping tool 11 having a general movement perpendicular to the plane formed by the bottom of the collector plate 3, the underside of the tool 11a forming an angle with the horizontal.
  • Fig. 4 illustrates a variant according to which the teeth or tongues 9 are no longer formed directly from the rising edge 8 of the collector 3 but from the rising edge 12a of a clip 13 having a bottom 12b coming to bear against the lower part of the collector plate which delimits the groove 4.
  • the teeth 9 of the clip 13 are shaped in the same way as the teeth 9 described in the foregoing but, at the time of the shaping of the clip, the teeth 9 are pre-folded as illustrated in fig. 3, which allows the use of a crimping tool 111, the underside of which may be flat.

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Abstract

Echangeur de chaleur comportant une plaque collectrice (3) présentant une rainure périphérique (4) délimitée à l'extérieur par un bord montant (8) dans lequel des dents ou languettes (9) présentant sensiblement la forme d'un solide d'égale résistance à la flexion sont formées et séparées par des crénaux. Le sertissage des dents ou languettes (9) est assuré par un outil (11) se déplaçant soit dans le plan de la plaque collectrice (3), soit perpendiculairement à celui-ci.

Description

  • La présente invention concerne les échangeurs de chaleur du type à tubes et dissipateurs dont les tubes sont engagés dans des plaques collectrices réunies à des boîtes à eau par sertissage après interposition d'un joint d'étanchéité souple entre la plaque collectrice et le bord inférieur de la boîte à eau.
  • Dans les appareils connus fabriqués conformément à la disposition ci-dessus, on forme des dents rectangulaires à partir d'un bord montant de la plaque collectrice et on sertit ces dents sur un talon de la boîte à eau en utilisant un ou plusieurs outils qui, dans un premier temps, font fléchir les dents vers la boîte à eau et, dans un second temps, appliquent fermement lesdites dents sur un talon de la boîte à eau.
  • Il est fréquent aussi d'utiliser des agrafes qui emboîtent une partie de la plaque collectrice et qui présentent des dents également rectangulaires mais qui sont inclinées, de sorte qu'il est possible d'utiliser un outil de sertissage travaillant seulement dans le sens vertical pour faire plier les dents de l'agrafe.
  • Dans l'un et l'autre cas rappelés ci-dessus, les contraintes engendrées au cours du sertissage ne sont pas uniformes dans toutes les sections droites des dents ou languettes ce qui se traduit par des zones de déformation préférentielle. On peut ainsi constater que des flambages se produisent qui entraînent des déformations des bords montants des plaques collectrices et/ou des agrafes lors du pliage des dents ou languettes.
  • Il en résulte des déformations qui produisent des risques de mauvaise mise en place du bord de la boîte à eau et du joint devant assurer l'étanchéité. Cela a pour effet que des fuites peuvent se produire.
  • L'invention remédie à ces inconvénients.
  • Conformément à l'invention, l'échangeur de chaleur comportant des tubes engagés dans une plaque collectrice qui présente une rainure périphérique délimitée à l'extérieur par un bord montant, des dents ou languettes étant prévues pour être serties sur un talon périphérique d'une boîte à eau, est caractérisé en ce que les dents ou languettes présentent de face sensiblement la forme d'un solide d'égale résistance à la flexion et sont séparées par des crénaux délimitant une petite base, dont la hauteur s'étend à un niveau au plus égal à la partie la plus haute du talon de la boîte à eau lorsque le joint souple est déformé.
  • Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.
  • Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé.
  • La fig. 1 est une élévation partielle schématique et en partie arrachée d'un échangeur de chaleur faisant application de l'invention.
  • La fig. 2 est une coupe partielle très agrandie illustrant différentes caractéristiques de l'invention.
  • La fig. 3 est une vue partielle et schématique de face de la plaque collectrice montrant le rapport des principales dimensions caractéristiques des dents et créneaux.
  • La fig. 4 est une coupe analogue à la fig. 2 d'une variante.
  • La fig. 1 illustre un échangeur de chaleur du type dit à ailettes et dissipateurs qui comporte des tubes 1 entre lesquels sont disposés des dissipateurs 2. Les tubes sont engagés à leurs extrémités dans une plaque collectrice 3 dont une seule apparaît au dessin.
  • La plaque collectrice 3 est conformée pour délimiter à sa périphérie une gouttière ou rainure 4 dans le fond de laquelle est disposé un joint souple 5 destiné à être déformé par le bord inférieur 6a d'un rebord périphérique 6 que comporte une boîte à eau 7. Le bord 6a est conformé sensiblement en forme de coin tandis que le rebord périphérique 6 est de largeur légèrement inférieure à celle de la gouttière ou rainure 4 et il forme sur son dessus un talon 6b.
  • Le talon 6b peut être plan comme illustré à la fig. 4 ou légèrement concave comme représenté à la fig. 2.
  • La gouttière 4 est délimitée extérieurement par un bord montant 8 dont la hauteur est choisie pour que son bord supérieur 8a se trouve à un niveau inférieur et au plus égal à celui occupé par la partie la plus haute du talon 6b lorsque le rebord périphérique 6 est serré sur le joint souple 5 et le déforme pour assurer l'étanchéité.
  • Dans la réalisation des fig. 1 et 2, des dents ou languettes 9 font saillie du bord montant 8 et délimitent entre elles des crénaux 1O.
  • Suivant l'invention, les crénaux 10 sont de forme trapézoïdale tandis que les dents ou languettes 9 sont soit de forme trapézoïdale, soit comme représenté et de préférence de forme triangulaire. Les dents ou languettes 9 sont formées par découpage dans la plaque collectrice 3 avant l'opération d'emboutissage de celle-ci qui forme la rainure 4 de sorte que le bord montant 8 et les languettes 9 sont sensiblement verticaux pour permettre, d'une part, l'emboutissage et, d'autre part, la mise en place facile du joint 5 et du bord 6 de la boîte à eau 7.
  • Les dents ou languettes 9 sont destinées à être serties sur le talon 6b.
  • Plusieurs procédés peuvent être utilisés pour cela.
  • Le premier procédé est du type représenté à la fig. 2, l'outil de sertissage venant attaquer l'extrémité des dents ou languettes et ayant un mouvement général parallèle au plan constitué par le fond de la plaque collectrice 3.
  • Le deuxième procédé est du type représenté en traits mixtes, l'outil de sertissage 11 ayant un mouvement général perpendiculaire au plan constitué par le fond de la plaque collectrice 3, le dessous de l'outil 11a formant un angle avec l'horizontale.
  • Lorsque le procédé de sertissage est du type représenté sur la fig. 2 en trait plein, la forme trapézoïdale ou triangulaire des languettes étant voisine de celle d'un solide d'égale résistance à la flexion lorsque ces dents ou languettes sont vues de face, il s'ensuit que la contrainte engendrée lors de la flexion et du pliage de chaque dent est constante tout le long de la distance séparant les extrémités des languettes ou dents 9 et la partie supérieure 8a du bord montant 8 du collecteur 3. La contrainte engendrée dans le bord montant 8 du collecteur 3 situé immédiatement en dessous de la grande base des dents est notablement inférieure à la contrainte engendrée dans chaque dent et tend à croître dans le bord montant 8 du collecteur 3 proportionnellement à la distance séparant le dessous de l'outil de la partie du bord montant considérée.
  • Un choix judicieux des dimensions caractérisant les languettes ou dents 9, le pas de languette et la hauteur du bord montant 8 du collecteur 3 permettent devienne que la contrainte maximale atteinte dans le bord montant de collecteur sous l'effet d'un effort appliqué en extrémité des dents ou languettes devienne égale ou supérieure à la contrainte constante créée dans ces mêmes dents par ce même effort et, par conséquent, toute déformation du bord montant 8 ou des autres parties délimitant la rainure 4 pendant l'opération de sertissage. Pour ce faire on choisit le rapport
    Figure imgb0001
    dans lequel a1 est la hauteur des dents, a 2la distance séparant le fond de la rainure 4 du sommet des dents, b1 la largeur de la base des dents et b2 la distance séparant le sommet de deux dents consécutives (fig. 3) de telle manière que ce rapport reste supérieur à 1.
  • La fig. 4 illustre une variante selon laquelle les dents ou languettes 9 ne sont plus formées directement à partie du bord montant 8 du collecteur 3 mais à partir du bord montant 12a d'une agrafe 13 comportant un dessous 12b venant en appui contre la partie inférieure de la plaque collectrice qui délimite la rainure 4. Les dents 9 de l'agrafe 13 sont conformées de même manière que les dents 9 décrites dans ce qui précède mais,au moment de la mise en forme de l'agrafe,les dents 9 sont pré-pliées comme illustré par la fig. 3, ce qui permet d'utiliser un outil de sertissage 111 dont le dessous peut être plan.
  • Lorsque le procédé de sertissage utilisé est du type représenté sur la fig. 4, ou en traits mixtes à la fig. 2, la déformation des dents principalement due à un effort de flambage apparaît lorsque l'effort appliqué devient supérieur à un effort ou charge dite "Charge critique d'Euler". Il est parfaitement connu que cette charge critique est directement proportionnelle au moment d'inertie des sections droites des dents ou languettes.
  • Si le procédé de sertissage du type représenté sur la fig. 2 en trait plein est associé à des dents ou languettes de forme trapézoïdale ou triangulaire, il appa- rait que le moment d'inertie des sections droites est, en particulier à l'extrémité de la dent ou languette, soit nul, soit très proche d'une valeur nulle. Ainsi la charge critique d'Euler est voisine de zéro, et l'application d'un effort vertical même faible par l'intermédiaire de l'outil de sertissage permet de provoquer un phénomène de flambage et d'enroulement de l'extrémité de la dent ou languette triangulaire et donc de supprimer les inconvénients cités précédemment.
  • Outre la conformation particulière donnée aux dents ou languettes 9 des modes de réalisation décrits, il est avantageux lors du sertissage de maintenir la partie de la plaque collectrice 3 délimitant la rainure 4 sur une enclume 14 et de disposer une matrice de retenue 15 à l'extérieur du bord montant 8 de la plaque collectrice 3 ou du bord montant 12a de l'agrafe 13. De cette façon, on est assuré que l'outil de sertissage fait exercer à toutes les dents ou languettes un effort égal sur le talon 6b de la boîte à eau et, par conséquent, le joint 5 est déformé de façon uniforme tout le long de la rainure 4.
  • L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.

Claims (9)

1 - Echangeur de chaleur comportant des tubes engagés dans une plaque collectrice qui présente une rainure périphérique délimitée à l'extérieur par un bord montant, des dents ou languettes étant prévues pour être serties sur un talon périphérique d'une boîte à eau, caractérisé en ce que les dents ou languettes (9) présentent sensiblement la forme d'un solide d'égale résistance à la flexion et sont séparées par des crénaux (10) délimitant une petite base, dont la hauteur s'étend à un niveau au plus égal à la partie la plus haute du talon (6b) de la boîte à eau (7) lorsque le joint souple (5) est déformé.
2 - Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les dents ou languettes sont triangulaires ou trapézoïdales, les crénaux étant trapézoïdaux.
3 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les dents ou languettes (9) sont formées à partir du bord montant (8) de la plaque collectrice et s'étendent à l'origine verticalement.
4 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il existe une relation géométrique entre la hauteur (a1) des languettes, leur pas (b2), la hauteur (a2) du bord montant de la plaque et la longueur de la base (b1) des dents, telle que le rapport
Figure imgb0002
5 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les dents ou languettes (9) sont formées à partir du bord montant (12a) d'une agrafe qui est emboîtée sur la partie de la plaque collectrice délimitant la rainure, les dents ou languettes (9) étant à l'origine inclinées vers l'intérieur de la rainure et serties au moyen d'un outil plan.
6 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le sertissage des dents ou languettes est réalisé alors que la partie de la plaque collectrice formant la rainure (4) repose sur une enclume (14).
7 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le sertissage des dents est réalisé alors qu'une matrice de retenue (15) est disposée contre le bord montant (8) de la plaque collectrice (3 ou 12a) de l'agrafe (13).
8 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le sertissage des dents est réalisé par un outil (11) travaillant parallèlement au plan de la plaque collectrice (3).
9 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le sertissage des dents est réalisé par un outil (11) travaillant perpendiculairement au plan de la plaque collectrice (3).
EP84401092A 1983-06-09 1984-05-28 Echangeur de chaleur comportant des tubes engagés dans une plaque collectrice sertie sur une boîte à eau Ceased EP0128806A1 (fr)

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