FR2770632A1 - Heat exchanger with reinforced collector - Google Patents
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Abstract
Description
Echangeur de chaleur à collecteur renforcé, notamment pour véhicule automobile
L'invention concerne un échangeur de chaleur à collecteur renforcé, notamment pour véhicule automobile.Reinforced collector heat exchanger, especially for motor vehicles
The invention relates to a heat exchanger with reinforced manifold, in particular for a motor vehicle.
Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant au moins un collecteur réalisé sous la forme d'une plaque munie de trous, une boîte à fluide propre à coiffer le collecteur, et un faisceau de tubes dont les extrémités sont propres à être reçues dans les trous du collecteur en vue d'une liaison par brasage entre les tubes et le collecteur.It relates more particularly to a heat exchanger of the type comprising at least one collector produced in the form of a plate provided with holes, a fluid box suitable for covering the collector, and a bundle of tubes whose ends are adapted to be received in the manifold holes for a solder connection between the tubes and the manifold.
Dans un échangeur de chaleur de ce type, il est nécessaire que le collecteur, encore appelé plaque collectrice" ou "plaque à trous", présente une résistance mécanique élevée pour supporter sans déformation les pressions élevées que peut atteindre un fluide parcourant l'échangeur.In a heat exchanger of this type, it is necessary for the collector, also called collector plate "or" plate with holes ", to have a high mechanical resistance to withstand without deformation the high pressures which a fluid passing through the exchanger can reach.
I1 est connu, pour cela, de réaliser le collecteur sous la forme d'une plaque métallique de forte épaisseur, typiquement en aluminium ou en alliage d'aluminium, qui est en outre revêtue d'un placage de brasure sur l'une au moins de ses deux faces. I1 is known, for this, to achieve the collector in the form of a metal plate of very thick, typically aluminum or aluminum alloy, which is further coated with a solder plating on at least one of its two faces.
Cette solution présente cependant des inconvénients. Tout d'abord, elle requiert l'emploi d'une presse de forte puissance pour réaliser la conformation des collets relevés par matriçage, ce qui augmente le nombre d'opérations de fabrication. De plus, cette solution impose l'emploi d'un placage de brasure sur le collecteur, alors que ce placage n'est réellement utile que dans les zones à braser et est souvent nuisible dans les autres zones, par exemple dans celles où une étanchéité doit être assurée par un joint.This solution however has drawbacks. First of all, it requires the use of a high-power press to achieve the conformation of the collars raised by stamping, which increases the number of manufacturing operations. In addition, this solution requires the use of a solder plating on the collector, while this plating is really only useful in the areas to be brazed and is often harmful in other areas, for example in those where a seal must be secured by a seal.
Une autre solution, connue d'après FR-A-2 525 337, prévoit de renforcer le collecteur par des plaquettes qui sont brasées contre la face du collecteur qui est opposée à la boîte à fluide, donc opposée aux collets, ces derniers résultant d'un poinçonnage du collecteur.Another solution, known from FR-A-2 525 337, provides for reinforcing the manifold by plates which are brazed against the face of the manifold which is opposite the fluid box, therefore opposite the collars, the latter resulting from '' a punching of the collector.
Cette solution permet, certes, d'utiliser un collecteur de faible épaisseur, ce qui facilite le poinçonnage des collets.This solution certainly allows the use of a thin collector, which facilitates the punching of the collars.
Mais, elle présente certains inconvénients. En effet, il est nécessaire de pré-assembler mécaniquement les composants de l'échangeur avant de les braser ensemble dans un four approprié. Pour cela, il faut prévoir des moyens de maintien pour assurer notamment une liaison provisoire du collecteur et des plaquettes, ce qui complique la fabrication de l'échangeur.However, it has certain drawbacks. In fact, it is necessary to mechanically pre-assemble the components of the exchanger before brazing them together in a suitable oven. For this, it is necessary to provide holding means to ensure in particular a temporary connection of the collector and the plates, which complicates the manufacture of the exchanger.
L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus.The object of the invention is in particular to remedy the above drawbacks.
Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, lequel comprend en outre un insert réalisé sous la forme d'une plaque de configuration analogue à celle d'une partie au moins du collecteur et susceptible d'être appliqué et brasé contre une face du collecteur à l'opposé de la boîte à fluide, cet insert étant muni de trous entourés par des collets, lesdits collets étant relevés en direction du collecteur pour s'engager dans les trous du collecteur et pour recevoir les extrémités des tubes.To this end, it offers a heat exchanger of the type defined in the introduction, which further comprises an insert produced in the form of a configuration plate similar to that of at least part of the collector and capable of being applied and brazed. against a face of the manifold opposite the fluid box, this insert being provided with holes surrounded by collars, said collars being raised in the direction of the manifold to engage in the holes of the manifold and to receive the ends of the tubes .
Ainsi, contrairement aux solutions connues antérieurement, le collecteur est dépourvu de collets et peut donc présenter une épaisseur et une résistance mécanique élevées pour sopporter les pressions du fluide parcourant l'échangeur de chaleur. De plus, les trous du collecteur peuvent présenter des arêtes vives, étant donné qu'ils ne reçoivent pas directement les extrémités des tubes.Thus, unlike previously known solutions, the collector is devoid of collars and can therefore have a high thickness and mechanical strength to absorb the pressures of the fluid flowing through the heat exchanger. In addition, the manifold holes may have sharp edges, since they do not directly receive the ends of the tubes.
En effet, ces dernières sont reçues dans les collets de l'insert qui sont, quant à eux, engagés dans les trous du collecteur. Indeed, the latter are received in the collars of the insert which are, in turn, engaged in the holes of the collector.
La fonction essentielle de l'insert est de procurer des collets susceptibles d'être obtenus facilement par matriçage, sans requérir une presse de forte puissance, pour permettre l'introduction des extrémités des tubes.The essential function of the insert is to provide collars which can be obtained easily by stamping, without requiring a high-power press, to allow the introduction of the ends of the tubes.
Cet insert peut donc présenter une faible épaisseur, à condition que celle-ci soit cependant suffisante pour permettre la conformation des collets.This insert may therefore have a small thickness, provided that this is however sufficient to allow the collars to be shaped.
Ainsi, selon une autre caractéristique de l'invention, le collecteur possède une forte épaisseur propre à lui conférer une résistance mécanique élevée, tandis que l'insert possède une épaisseur plus faible pour permettre une conformation aisée des collets par emboutissage.Thus, according to another characteristic of the invention, the collector has a large thickness capable of giving it a high mechanical resistance, while the insert has a smaller thickness to allow easy conformation of the collars by stamping.
Avantageusement, l'insert et le collecteur sont formés dans des matières métalliques identiques ou analogues.Advantageously, the insert and the collector are formed from identical or analogous metallic materials.
De préférence, ces derniers sont formés en une matière à base d'aluminium.Preferably, the latter are formed from an aluminum-based material.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'insert est revêtu d'un placage de brasure sur ses deux faces, pour permettre un brasage avec le collecteur d'une part et avec les extrémités des tubes d'autre part.According to another characteristic of the invention, the insert is coated with a solder plating on its two faces, to allow soldering with the collector on the one hand and with the ends of the tubes on the other hand.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, un premier sous-ensemble formé par le faisceau de tubes et l'insert est assemblé à un deuxième sous-ensemble formé par la boîte à fluide et le collecteur, de telle sorte que les collets de l'insert reçoivent les extrémités des tubes du faisceau et sont ensuite engagés dans les trous correspondants du collecteur.According to another advantageous characteristic of the invention, a first sub-assembly formed by the bundle of tubes and the insert is assembled with a second sub-assembly formed by the fluid box and the manifold, so that the collars of the insert receives the ends of the bundle tubes and are then engaged in the corresponding holes in the manifold.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le collecteur est brasé à la boîte à fluide sur le pourtour d'une face du collecteur qui est opposée à la face contre laquelle est brasé l'insert. According to yet another characteristic of the invention, the manifold is brazed to the fluid box around the periphery of one face of the manifold which is opposite to the face against which the insert is brazed.
L'insert peut comprendre soit un seul élément en forme de plaque, soit plusieurs éléments en forme de plaque.The insert can comprise either a single plate-shaped element or several plate-shaped elements.
Dans la description qui suit, donnée seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue partielle en élévation d'un échangeur de chaleur selon l'invention - la figure 2 est un détail de l'échangeur de chaleur de la figure 1, représenté en vue éclatée, sans les intercalaires ondulés ; et - la figure 3 est une vue partielle en perspective montrant des composants de l'échangeur de chaleur de la figure 1 avant assemblage.In the description which follows, given only by way of example, reference is made to the appended drawing, in which - FIG. 1 is a partial elevation view of a heat exchanger according to the invention - FIG. 2 is a detail the heat exchanger of Figure 1, shown in exploded view, without the corrugated spacers; and - Figure 3 is a partial perspective view showing components of the heat exchanger of Figure 1 before assembly.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un échangeur de chaleur selon l'invention comprenant un faisceau 10 formé d'une multiplicité de tubes plats 12, disposés parallèles, et entre lesquels sont placés des intercalaires ondulés 14 formant ailettes d'échange de chaleur.First of all, reference is made to FIG. 1 which represents a heat exchanger according to the invention comprising a bundle 10 formed of a multiplicity of flat tubes 12, arranged in parallel, and between which are placed corrugated inserts 14 forming fins d heat exchange.
Les tubes 12 ont des extrémités 16 reçues dans un collecteur 18 coiffé par une boîte à fluide 20. Les extrémités opposées des tubes sont reçues dans un autre collecteur associé à une autre boîte à fluide (non représentés).The tubes 12 have ends 16 received in a manifold 18 capped by a fluid box 20. The opposite ends of the tubes are received in another manifold associated with another fluid box (not shown).
Le collecteur 18 (figures 2 et 3) est une plaque de forme générale rectangulaire munie de trous oblongs 22 adaptés en nombre et en dimensions aux tubes 12 du faisceau 10. Les trous 22 ont notamment, comme on le verra plus loin, des dimensions transversales légèrement supérieures à celles des tubes 12.The collector 18 (FIGS. 2 and 3) is a generally rectangular plate provided with oblong holes 22 adapted in number and dimensions to the tubes 12 of the bundle 10. The holes 22 in particular have, as will be seen below, transverse dimensions slightly higher than those of tubes 12.
Le collecteur 18 est réalisé en un matériau métallique approprié, de préférence en aluminium ou en alliage à base d'aluminium. Cet insert doit présenter une épaisseur relati vement élevée, pour offrir une résistance mécanique élevée vis-à-vis du fluide qui parcourt l'échangeur de chaleur.The collector 18 is made of a suitable metallic material, preferably aluminum or an aluminum-based alloy. This insert must have a relatively high thickness, in order to offer a high mechanical resistance with respect to the fluid which flows through the heat exchanger.
Le fluide peut être un liquide sous pression servant au refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. En ce cas, l'échangeur de chaleur peut être soit le radiateur de refroidissement du moteur, soit le radiateur servant au chauffage de l'habitacle.The fluid may be a pressurized liquid used for cooling a motor vehicle engine. In this case, the heat exchanger can be either the engine cooling radiator or the radiator for heating the passenger compartment.
Le fluide peut être aussi un fluide réfrigérant parcourant un circuit de climatisation, dans le cas où l'échangeur de chaleur est un condenseur.The fluid may also be a refrigerant flowing through an air conditioning circuit, in the case where the heat exchanger is a condenser.
L'échangeur de chaleur comprend en outre un insert 24 réalisé sous la forme d'une plaque présentant une configuration analogue à celle d'une partie au moins du collecteur 18.The heat exchanger further comprises an insert 24 produced in the form of a plate having a configuration similar to that of at least part of the manifold 18.
L'insert 24 est propre à être brasé contre une face 26 du collecteur à l'opposé d'une face 28 du collecteur qui, elle, est tournée vers la boîte à fluide 20.The insert 24 is suitable for being brazed against a face 26 of the manifold opposite a face 28 of the manifold which, for its part, faces the fluid box 20.
Autrement dit, l'insert 24 est situé du côté du faisceau et n'est donc pas destiné à être en contact avec le fluide présent dans la boîte à fluide.In other words, the insert 24 is located on the beam side and is therefore not intended to be in contact with the fluid present in the fluid box.
L'insert 24 (figures 2 et 3) est muni de trous oblongs 30 adaptés, en nombre et en dimensions, aux tubes 12 du faisceau. Ces trous 30 sont entourés chacun par des collets 32 obtenus par emboutissage ou matriçage.The insert 24 (Figures 2 and 3) is provided with oblong holes 30 adapted, in number and in size, to the tubes 12 of the bundle. These holes 30 are each surrounded by collars 32 obtained by stamping or stamping.
Les collets 32 sont relevés en direction du collecteur 18 pour s'engager dans les trous 22 de ce dernier et pour recevoir les extrémités 16 des tubes du faisceau.The collars 32 are raised in the direction of the collector 18 to engage in the holes 22 of the latter and to receive the ends 16 of the tubes of the bundle.
L'insert 24 est une plaque métallique, avantageusement en aluminium ou alliage à base d'aluminium, présentant une faible épaisseur. En effet, la fonction de l'insert est de procurer des collets 32 pour recevoir les extrémités des tubes. Ces collets n'ont donc pas besoin d'offrir une résistance mécanique élevée, puisque celle-ci est procurée par le collecteur 18. La faible épaisseur facilite la conformation des collets qui peut se faire par emboutissage ou poinçonnage sans qu'il soit nécessaire de recourir à une presse de forte puissance.The insert 24 is a metal plate, advantageously made of aluminum or an aluminum-based alloy, having a small thickness. Indeed, the function of the insert is to provide collars 32 to receive the ends of the tubes. These collars therefore do not need to offer a high mechanical resistance, since this is provided by the collector 18. The small thickness facilitates the conformation of the collars which can be done by stamping or punching without the need to use a high power press.
L'insert 24 est revêtu d'un placage de brasure 34 sur sa face destinée à venir en contact avec la face 26 du collecteur 18 pour permettre leur liaison par brasage. I1 est en outre revêtu d'un placage de brasure 36 sur son autre face pour permettre un brasage avec les extrémités 16 des tubes (figure 2).The insert 24 is coated with a solder plating 34 on its face intended to come into contact with the face 26 of the collector 18 to allow their connection by soldering. I1 is also coated with a solder plating 36 on its other face to allow soldering with the ends 16 of the tubes (Figure 2).
Pour la fabrication de l'échangeur de chaleur, il est avantageux de constituer un premier sous-ensemble formé par le faisceau 10 de tubes 12 et l'insert 24, les extrémités des tubes du faisceau étant engagées dans les collets 32 de l'insert.For the manufacture of the heat exchanger, it is advantageous to constitute a first sub-assembly formed by the bundle 10 of tubes 12 and the insert 24, the ends of the bundle tubes being engaged in the collars 32 of the insert .
En pareil cas, on réalise avantageusement un deuxième sousensemble formé par la boîte à fluide 20 et le collecteur 18 déjà pré-assemblés, et éventuellement brasés entre eux.In such a case, there is advantageously a second subassembly formed by the fluid box 20 and the manifold 18 already pre-assembled, and possibly brazed together.
Ceci offre l'avantage de disposer de composants déjà préassemblés, à savoir, d'une part, un ensemble boîte à eau et collecteur et, d'autre part, un ensemble constitué par le faisceau (tubes et intercalaires) ainsi qu'un ou plusieurs inserts.This has the advantage of having already pre-assembled components, namely, on the one hand, a water box and collector assembly and, on the other hand, an assembly constituted by the bundle (tubes and spacers) as well as one or more several inserts.
Comme on peut le voir sur un détail éclaté de la figure 1, le collecteur 20 est avantageusement brasé sur le pourtour de la face 28 du collecteur, c'est-à-dire celle opposée à la face 26 contre laquelle est brasé l'insert.As can be seen in an exploded detail in Figure 1, the collector 20 is advantageously soldered around the periphery of the face 28 of the collector, that is to say that opposite to the face 26 against which the insert is brazed .
L'invention permet une simplification du collecteur puisque ce dernier est une simple plaque d'épaisseur suffisante et munie de simples trous, dépourvus de collets, pouvant même présenter des arêtes vives. The invention allows a simplification of the collector since the latter is a simple plate of sufficient thickness and provided with simple holes, devoid of collars, which may even have sharp edges.
Ceci permet d'offrir une standardisation avec des procédés d'emboutissage plus simples autorisant un poinçonnage adapté à un grand nombre de dimensions.This makes it possible to offer standardization with simpler stamping processes allowing punching adapted to a large number of dimensions.
L'insert peut être obtenu en continu à partir d'une feuille métallique de faible épaisseur, revêtue d'un alliage sur ses deux faces, par une simple opération d'emboutissage ne nécessitant pas une presse de forte puissance. Ainsi, cet insert obtenu en continu constitue un élément standard qui peut être coupé à la longueur voulue.The insert can be obtained continuously from a thin metal sheet, coated with an alloy on both sides, by a simple stamping operation which does not require a high power press. Thus, this insert obtained continuously constitutes a standard element which can be cut to the desired length.
L'insert peut comprendre un seul élément en forme de plaque comme dans l'exemple représenté, soit encore plusieurs éléments en forme de plaque brasés contre le collecteur.The insert can comprise a single plate-shaped element as in the example shown, or even several plate-shaped elements brazed against the collector.
L'invention offre ainsi une fabrication simplifiée et standardisée d'échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. The invention thus provides a simplified and standardized manufacture of heat exchangers, in particular for motor vehicles.
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