FR2808322A1 - HEAT EXCHANGER WITH REDUCED SIZE COLLECTOR, PARTICULARLY FOR MOTOR VEHICLE - Google Patents

Abstract

The heat exchanger has a bundle of tubes (32) with fins (34) and a collector (10) which has a central web (12), in which there are a row (R) of holes (14) bordered by flanges (16) for receiving the tube bundles. There is a peripheral groove (18) connected to a central web by a folded edge (20). Each flange is in contact with the folded edge in such a way as to have minimum play, thus reducing the size of the collector.

Description

Echangeur de chaleur avec collecteur d'encombrement réduit, notamment pourHeat exchanger with reduced space collector, especially for

véhicule automobile L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, notamment  motor vehicle The invention relates to heat exchangers, in particular

pour véhicule automobile.for motor vehicle.

Elle concerne tout particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes à ailettes et un collecteur qui présente une âme centrale, dans laquelle est aménagée au moins une rangée de trous bordés par des collets pour la réception des tubes du faisceau, et une gorge  It relates more particularly to a heat exchanger of the type comprising a bundle of finned tubes and a manifold which has a central core, in which is arranged at least one row of holes bordered by collars for the reception of the bundle tubes, and a throat

périphérique raccordée à l'âme centrale par un bord replié.  peripheral connected to the central core by a folded edge.

Les échangeurs de chaleur de ce type sont utilisés dans les véhicules automobiles, notamment pour constituer un radiateur de refroidissement du moteur ou un radiateur du chauffage de l'habitacle. De tels échangeurs de chaleur peuvent être réalisés sous la  Heat exchangers of this type are used in motor vehicles, in particular to constitute a radiator for cooling the engine or a radiator for heating the passenger compartment. Such heat exchangers can be produced under the

forme de deux types principaux que l'on appelle respective-  form of two main types which are called respective-

ment échangeurs du type à assemblage mécanique et échangeurs  heat exchangers of the mechanical assembly type and heat exchangers

du type brasé.of the brazed type.

Dans les échangeurs à assemblage mécanique, les extrémités  In mechanically assembled exchangers, the ends

des tubes sont reçus dans les collets de la plaque collec-  tubes are received in the collars of the collecting plate

trice avec insertion de manchons correspondants faisant  with insertion of corresponding sleeves making

partie d'un joint d'étanchéité. Ces manchons du joint d'étan-  part of a seal. These sealing ring sleeves

chéité sont comprimés par évasement des tubes, ce qui procure  are compressed by flaring the tubes, which provides

une étanchéité.a seal.

Dans les échangeurs de chaleur brasés, les extrémités des tubes sont reçues directement dans les collets de la plaque  In brazed heat exchangers, the ends of the tubes are received directly in the collars of the plate

collectrice et sont brasés à cette dernière.  collector and are soldered to the latter.

La gorge périphérique qui entoure l'âme centrale du collec-  The peripheral groove which surrounds the central core of the collection

teur est raccordée à cette âme centrale par un bord replié  tor is connected to this central core by a folded edge

qui est généralement réalisé sous la forme d'un bord sensi-  which is generally made in the form of a sensitive edge

blement droit qui se raccorde perpendiculairement à l'âme centrale. La gorge périphérique est destinée à recevoir le pourtour, encore appelé pied, d'une boîte collectrice. Cette dernière  clearly straight which is connected perpendicular to the central core. The peripheral groove is intended to receive the periphery, also called the foot, of a manifold. This last

délimite avec le collecteur un volume qui est en communica-  delimits with the collector a volume which is in communication

tion avec les tubes du faisceau.tion with the bundle tubes.

Dans le cas des échangeurs de chaleur à assemblage mécanique, le pied de la boite collectrice assure la compression d'une région périphérique du joint d'étanchéité qui est reçue dans  In the case of heat exchangers with mechanical assembly, the base of the manifold ensures compression of a peripheral region of the seal which is received in

la gorge périphérique. Cette compression est obtenue habi-  the peripheral throat. This compression is obtained usually

tuellement par des moyens de sertissage, ce qui garantit une étanchéité. Dans le cas des échangeurs de chaleur brasés, la gorge périphérique reçoit également le pourtour de la boîte  by means of crimping, which guarantees a seal. In the case of brazed heat exchangers, the peripheral groove also receives the periphery of the box

collectrice pour assurer une liaison par brasage.  collector to ensure a connection by brazing.

Dans la plupart des collecteurs connus de ce genre, le bord replié ainsi que les collets s'étendent généralement d'un même côté de l'âme centrale et, jusqu'à présent, la région des collets, qui se trouve la plus proche du bord replié, est à une distance qui, habituellement, ne peut descendre en  In most known collectors of this kind, the folded edge and the collars generally extend on the same side of the central core and, up to now, the region of the collets, which is closest to the folded edge is at a distance which usually cannot go down

dessous d'une valeur de l'ordre de lmm.  below a value of the order of lmm.

Dans ces conditions, il existe un espace mort entre les  Under these conditions, there is a dead space between the

collets et le bord replié.collars and the folded edge.

Habituellement, ce bord replié présente un contour de forme générale rectangulaire et il présente notamment deux tronçons longitudinaux qui s'étendent parallèlement aux grands côtés du collecteur et également parallèlement à la (aux) rangée(s)  Usually, this folded edge has a generally rectangular outline and in particular it has two longitudinal sections which extend parallel to the long sides of the manifold and also parallel to the row (s).

des tubes.tubes.

Ainsi, dans le cas d'un échangeur de chaleur à une seule rangée de tubes, encore appelé échangeur mono-rang, les deux tronçons du bord replié sont toujours à une distance non négligeable des collets, ce qui augmente indûment la distance entre les deux tronçons et, par conséquent, la largeur du collecteur.  Thus, in the case of a heat exchanger with a single row of tubes, also called a single-row exchanger, the two sections of the folded edge are always at a significant distance from the collars, which unduly increases the distance between the two sections and, therefore, the width of the manifold.

L'invention a notamment pour but de surmonter cet inconvé-  The object of the invention is in particular to overcome this drawback

nient. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type  deny. To this end, it offers a heat exchanger of the type

défini précédemment, dans lequel chaque collet est sensible-  defined above, in which each collar is sensitive-

ment au contact dudit bord replié de manière à définir entre  lying in contact with said folded edge so as to define between

eux un jeu d'une valeur minimale.them a game of minimal value.

La Demanderesse a constaté que, moyennant un procédé de fabrication particulier, qui peut par exemple utiliser des poinçons de matriçage, il est possible de faire en sorte que chaque collet vienne sensiblement au contact du bord replié, ce qui permet de définir un jeu d'une valeur minimale, voire nulle. Ainsi, la valeur de ce jeu est avantageusement comprise entre  The Applicant has found that, by means of a particular manufacturing process, which can for example use punching punches, it is possible to ensure that each collar comes substantially into contact with the folded edge, which makes it possible to define a set of a minimum value, even zero. Thus, the value of this game is advantageously between

0 et lmm.0 and lmm.

Il en résulte que la gorge périphérique entoure plus étroite-  As a result, the peripheral throat surrounds narrower-

ment l'âme centrale du collecteur, ce qui permet de diminuer  the central core of the collector, which reduces

notablement l'encombrement.notably the size.

Ceci constitue un avantage conséquent lorsque l'on sait que la place dévolue aux équipements des véhicules automobiles, en particulier dans le compartiment moteur, est de plus en  This constitutes a significant advantage when it is known that the space allocated to motor vehicle equipment, in particular in the engine compartment, is increasingly

plus réduite.more reduced.

Les collets sont avantageusement réalisés au moyen de  The collars are advantageously made by means of

poinçons de matriçage.stamping punches.

Selon l'invention, les extrémités des tubes peuvent être soit  According to the invention, the ends of the tubes can be either

reçues dans les collets avec interposition d'un joint d'étan-  received in the collars with interposition of a seal

chéité, soit être brasées dans les collets.  or be brazed in the collars.

L'invention s'applique pour différentes formes de collets et  The invention applies to different forms of collars and

d'extrémités des tubes.tube ends.

Ainsi, les collets et les extrémités des tubes peuvent notamment avoir une forme générale circulaire, ou encore une  Thus, the collars and the ends of the tubes may in particular have a generally circular shape, or even a

forme générale oblongue, en particulier ovale ou elliptique.  generally oblong shape, in particular oval or elliptical.

Selon une autre caractéristique de l'invention, une ailette est en contact avec le collecteur dans la région de la gorge périphérique. Ceci permet de réaliser une fonction de  According to another characteristic of the invention, a fin is in contact with the manifold in the region of the peripheral groove. This makes it possible to carry out a function of

protection vis-à-vis de la corrosion.  protection against corrosion.

Dans la description qui suit, faite seulement à titre  In the following description, made only as

d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels:  example, reference is made to the accompanying drawings, in which:

- la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un collec-  - Figure 1 is a cross-sectional view of a collection

teur d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle de dessus correspondant à la figure 1; - la figure 3 est un détail à échelle agrandie de la figure 1; et - la figure 4 est une vue en coupe analogue à la figure 1 après assemblage d'un faisceau de tubes et d'une boîte  a heat exchanger according to the invention; - Figure 2 is a partial top view corresponding to Figure 1; - Figure 3 is a detail on an enlarged scale of Figure 1; and - Figure 4 is a sectional view similar to Figure 1 after assembly of a bundle of tubes and a box

collectrice pour former un échangeur de chaleur.  collector to form a heat exchanger.

On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 qui montrent un collecteur 10 propre à faire partie d'un échangeur de chaleur, notamment pour un véhicule automobile. Cet échangeur de chaleur peut constituer, par exemple, un radiateur de refroidissement du moteur ou un radiateur de chauffage de l'habitacle. Le collecteur 10 est réalisé par emboutissage et matriçage d'une plaque métallique qui est avantageusement à base d'aluminium. Ce collecteur comprend une âme centrale plane 12, de forme générale rectangulaire, dans laquelle est aménagée une série de trous 14 de forme oblongue, ici de forme sensiblement elliptique, qui sont disposés suivant une rangée R d'axe XX. Dans l'exemple, la plus grande dimension des collets (qui correspond au grand axe AA de l'ellipse) s'étend perpendiculairement à la direction XX précitée  Reference is first made to FIGS. 1 and 2 which show a manifold 10 suitable for forming part of a heat exchanger, in particular for a motor vehicle. This heat exchanger can constitute, for example, a radiator for cooling the engine or a radiator for heating the passenger compartment. The collector 10 is produced by stamping and stamping of a metal plate which is advantageously based on aluminum. This collector comprises a flat central core 12, of generally rectangular shape, in which is arranged a series of holes 14 of oblong shape, here of substantially elliptical shape, which are arranged in a row R of axis XX. In the example, the largest dimension of the collars (which corresponds to the major axis AA of the ellipse) extends perpendicular to the above-mentioned direction XX

(figure 2).(figure 2).

Chacun des trous 14 est entouré par un collet 16 qui a la  Each of the holes 14 is surrounded by a collar 16 which has the

forme générale d'un cylindre de section elliptique.  general shape of a cylinder of elliptical section.

L'âme 12 est entourée par une gorge périphérique 18 qui se raccorde à l'âme centrale par un bord replié 20. Ce bord replié se raccorde perpendiculairement à l'âme centrale 12 puis il se raccorde ensuite, par un arrondi, à une paroi de fond 22, laquelle s'étend parallèlement à l'âme 12. Cette paroi de fond 22 est reliée perpendiculairement à un bord externe 24 qui constitue, à son extrémité libre, un bord  The core 12 is surrounded by a peripheral groove 18 which is connected to the central core by a folded edge 20. This folded edge is connected perpendicular to the central core 12 then it is then connected, by a rounded shape, to a wall bottom 22, which extends parallel to the core 12. This bottom wall 22 is connected perpendicularly to an external edge 24 which constitutes, at its free end, an edge

crénelé définissant une série de dents ou pattes de sertis-  crenellated defining a series of teeth or crimp legs

sage 26.wise 26.

Comme on peut le voir plus particulièrement sur le détail de la figure 3, le bord replié 20 se raccorde au collet 16 par un pliage 28 en U qui est réalisé de telle sorte qu'une région d'extrémité du collet 16 est pratiquement au contact du bord replié 20. Il existe entre eux un jeu d'une valeur d qui est minimale. Grâce à des opérations utilisant des poinçons de matriçage, on peut s'arranger pour que le collet 16 et le bord replié 20 viennent au contact l'un de l'autre ou sensiblement au contact l'un de l'autre. Il en résulte que, de manière habituelle, cette valeur d peut atteindre une valeur très faible qui est typiquement comprise entre 0 et lmm. Comme on peut le voir en particulier sur la figure 2, le bord replié 20 comprend deux tronçons principaux 20a et 20b qui sont parallèles entre eux et qui sont également parallèles à la direction XX de la rangée. Ces deux bords viennent ainsi en contact respectivement avec des régions d'extrémités 16a  As can be seen more particularly in the detail of FIG. 3, the folded edge 20 is connected to the collar 16 by a U-shaped bend 28 which is produced so that an end region of the collar 16 is practically in contact of the folded edge 20. There is a clearance between them of a value d which is minimal. Thanks to operations using stamping punches, it is possible to arrange for the collar 16 and the folded edge 20 to come into contact with one another or substantially in contact with each other. It follows that, in the usual way, this value d can reach a very low value which is typically between 0 and 1 mm. As can be seen in particular in Figure 2, the folded edge 20 comprises two main sections 20a and 20b which are parallel to each other and which are also parallel to the direction XX of the row. These two edges thus come into contact respectively with end regions 16a

et 16b de chacun des collets 16.and 16b of each of the collars 16.

De ce fait, il est possible de faire en sorte que la largeur L (figure 1) entre les deux tronçons 20a et 20b soit aussi  Therefore, it is possible to ensure that the width L (Figure 1) between the two sections 20a and 20b is also

faible que possible. En effet, cette valeur L est sensible-  as low as possible. Indeed, this value L is sensitive-

ment égale à la dimension intérieure (grand axe AA) du collet (figure 2) plus quatre fois l'épaisseur de la feuille  ment equal to the internal dimension (major axis AA) of the collar (figure 2) plus four times the thickness of the sheet

métallique dont est formé le collecteur.  metal from which the collector is formed.

Cela permet ainsi de réaliser un collecteur dont la largeur globale est nettement plus faible que dans la technique antérieure. On relèvera que, dans la technique antérieure, l'espace  This thus makes it possible to produce a collector whose overall width is significantly smaller than in the prior art. It will be noted that, in the prior art, the space

compris entre le collet et le bord replié 20 était habituel-  between the collar and the folded edge 20 was usual-

lement d'au moins lmm.at least lmm.

Ce collecteur est destiné à constituer un échangeur de  This collector is intended to constitute a heat exchanger

chaleur représenté partiellement sur la figure 4.  heat partially shown in Figure 4.

Dans chacun des collets 16 est introduite l'extrémité 30 d'un tube 32 qui fait partie d'un faisceau de tubes et d'ailettes  In each of the collars 16 is introduced the end 30 of a tube 32 which is part of a bundle of tubes and fins

planes 34, lesquelles sont traversées par les tubes.  planes 34, which are crossed by the tubes.

Dans l'exemple de la figure 4, les extrémités des tubes sont rassemblées mécaniquement au collecteur par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité 36 qui s'applique sur le dessus du collecteur et qui comprend une série de manchons 38 dont chacun est comprimé entre un collet et une extrémité 30 d'un tube. Ce joint 36 se poursuit par une bordure périphérique 40 qui se loge dans la gorge périphérique 18. Ce pourtour est comprimé par le pied 42 d'une boîte collectrice 44. Les pattes 26 sont destinées à être repliées pour assurer la compression du joint d'étanchéité dans la région de la gorge 18. Il s'agit ici d'un assemblage du type mécanique dont la technique de réalisation est largement connue dans le  In the example of FIG. 4, the ends of the tubes are joined mechanically to the manifold by means of a seal 36 which is applied to the top of the manifold and which comprises a series of sleeves 38 each of which is compressed between a collar and an end 30 of a tube. This seal 36 continues with a peripheral edge 40 which is housed in the peripheral groove 18. This periphery is compressed by the foot 42 of a manifold 44. The tabs 26 are intended to be folded to ensure the compression of the seal. sealing in the region of the groove 18. This is an assembly of the mechanical type, the production technique of which is widely known in the art.

domaine.field.

En variante, il est possible aussi de réaliser un assemblage brasé dans lequel les extrémités 30 des tubes sont brasées  As a variant, it is also possible to produce a brazed assembly in which the ends 30 of the tubes are brazed

directement dans les collets 16.directly in the collars 16.

En ce cas, la gorge périphérique 18 peut avoir une forme différente et reçoit généralement le pied de la boite  In this case, the peripheral groove 18 can have a different shape and generally receives the foot of the box.

collectrice et ce dernier est alors solidarisé par brasage.  collector and the latter is then secured by brazing.

Il est à noter qu'une des ailettes 34 du faisceau vient directement en contact avec la paroi de fond 22 du collecteur dans la région de la gorge périphérique 18, ce qui contribue à la résistance à la corrosion de l'échangeur de chaleur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de  It should be noted that one of the fins 34 of the bundle comes directly into contact with the bottom wall 22 of the manifold in the region of the peripheral groove 18, which contributes to the corrosion resistance of the heat exchanger. Of course, the invention is not limited to the form of

réalisation décrite précédemment à titre d'exemple.  embodiment described previously by way of example.

En particulier, l'invention peut s'appliquer à des échangeurs de chaleur comportant une ou plusieurs rangées de tubes. En outre, les extrémités des tubes, ainsi que les collets  In particular, the invention can be applied to heat exchangers comprising one or more rows of tubes. In addition, the ends of the tubes, as well as the collars

correspondants, peuvent avoir différentes formes, en particu-  correspondents, can have different forms, in particular

lier une forme circulaire, une forme oblongue, telle qu'une forme ovale ou elliptique, etc. Egalement, il est possible de faire en sorte que le collet s'étende de l'autre côté de l'âme centrale, c'est-à-dire du  link a circular shape, an oblong shape, such as an oval or elliptical shape, etc. Also, it is possible to cause the collar to extend to the other side of the central core, that is to say from the

côté o se situe la boîte collectrice.  side where the manifold is located.

L'invention trouve une application particulière aux échan-  The invention finds a particular application for exchangers.

geurs de chaleur pour les véhicules automobiles. Elle permet de réaliser des échangeurs de chaleur dont le collecteur possède un encombrement réduit, toutes choses égales par  heat gels for motor vehicles. It makes it possible to produce heat exchangers whose collector has a reduced bulk, all other things being equal.

ailleurs, par rapport aux échangeurs de la technique anté-  elsewhere, compared to prior art exchangers

rieure, ce qui facilite leur implantation dans les véhicules automobiles.  which facilitates their installation in motor vehicles.

Claims (9)

RevendicationsClaims 1. Echangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes à ailettes et un collecteur qui présente une âme centrale, dans laquelle est aménagée au moins une rangée de trous bordés par des collets pour la réception des tubes du faisceau, et une gorge périphérique raccordée à l'âme centrale par un bord replié, caractérisé en ce que chaque collet (16) est sensiblement au contact dudit bord replié (20) de manière à définir entre eux  1. Heat exchanger of the type comprising a bundle of finned tubes and a manifold which has a central core, in which is arranged at least one row of holes bordered by collars for the reception of the bundle tubes, and a connected peripheral groove to the central core by a folded edge, characterized in that each collar (16) is substantially in contact with said folded edge (20) so as to define therebetween un jeu (d) d'une valeur minimale.a set (d) of minimum value. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté-  2. Heat exchanger according to claim 1, character- risé en ce que la valeur du jeu (d) est comprise entre 0 et 1 mm.  rised in that the value of the clearance (d) is between 0 and 1 mm. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et  3. Heat exchanger according to one of claims 1 and 2, caractérisé en ce que le bord replié (20) comprend deux tronçons (20a, 20b) parallèles entre eux et à la (aux) rangée(s) (R) de tubes (32) et en ce que chacun desdits  2, characterized in that the folded edge (20) comprises two sections (20a, 20b) parallel to each other and to the row (s) (R) of tubes (32) and in that each of said tronçons est sensiblement au contact des collets (16).  sections is substantially in contact with the collars (16). 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications l à  4. Heat exchanger according to one of claims l to 3, caractérisé en ce que les collets (16) sont réalisés au  3, characterized in that the collars (16) are made at moyen de poinçons de matriçage.by means of punching punches. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications i à  5. Heat exchanger according to one of claims i to 4, caractérisé en ce que les extrémités (30) des tubes (32) sont reçues dans les collets (16) avec interposition d'un  4, characterized in that the ends (30) of the tubes (32) are received in the collars (16) with the interposition of a joint d'étanchéité (36).seal (36). 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à  6. Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, caractérisé en ce que les extrémités (30) des tubes (32)  4, characterized in that the ends (30) of the tubes (32) sont brasées dans les collets 16().  are brazed in the collars 16 (). 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à  7. Heat exchanger according to one of claims 1 to 6, caractérisé en ce que les collets (16) et les extrémités  6, characterized in that the collars (16) and the ends (30) des tubes (32) sont de forme générale circulaire.  (30) tubes (32) are generally circular in shape. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à  8. Heat exchanger according to one of claims 1 to 6, caractérisé en ce que les collets (16) et les extrémités (30) des tubes (32) sont de forme générale oblongue, en  6, characterized in that the collars (16) and the ends (30) of the tubes (32) are of generally oblong shape, in particulier ovale ou elliptique.particular oval or elliptical. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à  9. Heat exchanger according to one of claims 1 to 8, caractérisé en ce qu'une ailette (34) est en contact avec le collecteur (10) dans la région de la gorge périphérique (18).  8, characterized in that a fin (34) is in contact with the manifold (10) in the region of the peripheral groove (18).