FR2823559A1 - Faisceau d'echange de chaleur comportant une surface d'echange perfectionnee, procede pour sa fabrication et echangeur comportant ce faisceau - Google Patents
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Abstract
Le faisceau comprend une multiplicité de canaux parallèles (42) et une multiplicité de surfaces d'échange de chaleur (24) en relation d'échange thermique avec un flux gazeux qui traverse le faisceau. Chacune des surfaces (24) comporte des découpes ouvertes ou fermées dans lesquelles sont disposés les canaux parallèles (42). Ils comportent un intercalaire monobloc (20) constitué par un feuillard de tôle poinçonné et plié en accordéon de manière à délimiter les surfaces d'échange de chaleur (24). Ces surfaces sont séparées les unes des autres par des bords pliés (30) du feuillard. Des ouvertures (321 ) sont prévues dans les bords pliés (30) pour le passage du flux gazeux. L'invention s'applique tout particulièrement aux échangeurs de chaleur des véhicules automobiles.
Description
constituant la glacière.
Faisceau d'échange de chaleur comportant une surface d'échange perfectionnée, procédé pour sa fabrication et échangeur comportant ce faisceau L' invention a pour objet un faisceau d'échange de chaleur,
notamment pour un échangeur de chaleur de véhicule automobile.
Plus précisément, elle concerne un faisceau comprenant une multiplicité de canaux parallèles et une multiplicité de surfaces d'échange de chaleur en relation d'échange thermique avec un flux gazeux, chacune de ces surfaces d'échange de chaleur comportant des découpes dans lesquelles les canaux
parallèles sont disposés.
On connaît déjà deux technologies de réalisation d'un faisceau d'échange de chaleur de ce type. Dans une première technologie, utilisée pour la réalisation d'échangeurs de chaleur brasés, le faisceau est constitué de tubes plats alternant avec des intercalaires ondulés. Un intercalaire est disposé entre deux tubes successifs adjacents. Chaque intercalaire vient au contact des tubes entre lesquels il est placé par ses régions
d'extrémité ondulées.
Cette technologie présente plusieurs inconvénients. La dispersion des cotes des composants primaires (les tubes plats et les intercalaires ondulés) entraîne des défauts géométriques importants sur le faisceau par addition des tolérances de fabrication. D'autre part, il existe un risque de déplacement des intercalaires et/ou des tubes lors des manipulations et des opérations liées au brasage de l'échangeur. Enfin, la cadence de fabrication des intercalaires est limitée par la vitesse de rotation des mollettes de formage utilisées pour réaliser les
ondulations.
Selon une autre technologie, appliquée aux échangeurs de chaleur assemblés mécaniquement, le faisceau est constitué de tubes parallèles, dont la section peut étre quelconque, qui traversent une multiplicité d'ailettes de refroidissement fines. Cette seconde technologie présente également des inconvénients. Le pas d'espacement des ailettes fines est constant à cause de la technologie de fabrication utilisée. En effet, ces ailettes sont découpées à la presse. Le pas d'espacement des ailettes est obtenu par une patte découpée et repliée. Ce pas est donc constant pour une matrice donnée. En outre, la performance thermique d'un faisceau d'échange de ce type est inférieure à celle dun faisceau d'échange de chaleur
comportant des intercalaires ondulés brasés.
La présente invention a pour objet un faisceau d'échangeur de chaleur et un échangeur comportant un faisceau de ce type qui remédie à ces inconvénients. A cet effet, elle propose un faisceau d'échangeur de chaleur qui comporte un intercalaire monobloc constitué par un feuillard de tole poinçonné et plié en accordéon de manière à délimiter une multitude de surfaces déchange de chaleur séparées les unes des autres par des bords
repliés du feuillard.
Grâce à ces caractéristiques on obtient une surface déchange perfectionnée, réalisée d'une seule pièce. Les canaux de circulation dun fluide caloporteur et les surfaces d'échange de chaleur s ont pos itionnés de manière préci se le s uns par rapport aux autres. Le risque de déplacement relatif de ces pièces les unes par rapport aux autres pendant les manipulations et/ou les opérations liées au bras age est
supprimé.
Enfin, le pas despacement des surfaces déchange de chaleur
peut étre variable si on le désire.
De préférence, des ouvertures pour le passage du flux gaseux sont prévues dans les bords repliés du feuillard. Grâce à ces ouvertures, le flux gazeux peut circuler au contact des deux
faces des surfaces d'échange de chaleur.
Dans une première variante de réalisation, les canaux parallèles sont requs dans des découpes ferméss. Selon une autre variante de réalisation, ces canaux parallèles sont requs
dans des découpes ouvertes.
Avantageusement, afin de favoriser les échanges de chaleur entre le flux gazeux et les surfaces d'échange, des persiennes
sont formées dans les surfaces déchange.
Sous un autre aspect, l' invention concerne un procédé de fabrication d'un faisccau déchangeur de chaleur comme défini ci-dessus, lequel comprend les opérations suivantes: a) prévoir un intercalaire monobloc constitué par un feuillard de tôle poinçonné et plié en accordéon de manière à délimiter une multiplicité de surfaces déchange de chaleur séparées les unes des autres par des bords pliés du feuillard et comportant des découpes; b) prévoir une multiplicité de canaux parallèles; c) introduire les canaux parallèles dans les découpes de l'intercalaire monobloc; et
d) assembler les canaux parallèles et l'intercalaire monobloc.
Avantageusement, l'opération a) comprend la découpe du feuillard de tôle par un outil de presse, puis la mise en forme
des plis avec des molettes ou avec une presse.
Dans l'opération c) l' introduction des canaux parallèles peut se faire soit dans des découpes fermées, soit dans des découpes
ouvertes de l'intercalaire monobloc.
L'opération d) peut comprendre soit une expansion mécanique des canaux parallèles dans les découpes de l'intercalaire monobloc, soit un brasage des canaux parallèles dans les découpes de
l'intercalaire monobloc.
Le procédé comprend avantageusement une opération supplémentaire e) consistant à monter deux boîtes collectrices aux extrémités des canaux parallèles pour former un échangeur
de chaleur.
Sous un autre aspect, l' invention concerneun échangeur de chaleur, notamment pour un véhicule automobile, constitué d'un faisceau tel que défini ci-dessus, monté entre deux boîtes collectrices. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit
d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures: - la Figure 1 est une vue schématique générale d'un échangeur de chaleur selon l'art antérieur; - la Figure 2 est une vue en perspective d'un fragment d'un feuillard de tôle destiné à la réalisation d'un intercalaire monobloc pour un faisceau conforme à la présente invention; - la Figure 3 est une vue en perspective du fragment de feuillard représenté sur la Figure 2 en cours de pliage; - la Figure 4 est une vue en perspective du fragment de feuillard représenté sur les Figures 2 et 3 complètement plié en accordéon; - la Figure 5 est une vue en bout, partiellement en coupe, du feuillard plié représenté sur la Figure 4; - la Figure 6 est une vue de dessus d'une variante de réalisation du fragment de feuillard complètement replié représenté sur la Figure 4; - la Figure 7 est une vue en perspective du feuillard replié représenté sur les Figures 2 à 5 après introduction des canaux de circulation du fluide caloporteur; - la Figure 8 est une vue en perspective du feuillard replié en accordéon représenté sur la Figure 6 après introduction des canaux de circulation du fluide caloporteur; et la Figure 9 est une vue en perspective d'un feuillard replié en accordéon analogue à celui de la
Figure 8.
On a représenté sur la Figure 1 un échangeur de chaleur selon l'art antérieur. I1 comprend un faisceau 10 monté entre deux boîtes collectrices 12 et 14. Le faisceau déchange de chaleur est constitué, dune part, dune multiplicité de tubes 16 constituant autant de canaux parallèles pour la circulation d'un fluide caloporteur dune boîte collectrice à l'autre et, d'autre part, d'une multiplicité de surfaces d'échange de
chaleur en contact thermique avec les tubes 16.
Dans l'exemple de réalisation représenté, les surfaces d'échange de chaleur sont constituées par des intercalaires ondulés 18 formés à partir dun feuillard métallique déformé pour constituer des ondulations. Un intercalaire 18 disposé entre deux tubes 16 adjacents vient au contact respectif des
deux tubes par des régions d'extrémité de ces ondulations.
Dans une autre réalisation connue (non représentée), les surfaces d'échange de chaleur sont constituées par des ailettes fines découpées, par exemple à la presse, dans des feuillards de tôle. Ces ailettes sont disposées perpendiculairement aux
tubes et traversées par eux.
Ces deux réalisations connues présentent les inconvénients qui
ont été rappelés dans la partie introductive.
On a représenté sur la Figure 2 une partie d'un feuillard de tôle destiné à la réalisation d'un intercalaire monobloc 20
pour un faisceau déchange de chaleur conforme à l' invention.
Dans une première étape de fabrication, le feuillard de tôle plan est perforé, par exemple au moyen d'une presse. Les perforations pratiquées sont de plusieurs types. On distingue d'abord des découpes allongées 22 sétendant dans la direction longitudinale du feuillard et destinées au passage des canaux de circulation d'un fluide caloporteur, comme on l'expliquera
plus en détail ultérieurement.
Les découpes 22 sont réqulièrement espacées dans le sens de leur largeur, de manière à délimiter entre elles des zones d'échange de chaleur 24. Dans l'exemple de réalisation décrit, les zones déchange de chaleur 24 sont percées de persiennes 26 destinées à améliorer l'échange de chaleur entre le flux gazeux traversant le faisceau de l'échangeur et les surfaces d'échange de chaleur 24. D,autre part, les découpes 22 sont régulièrement espacées dans le sens de leur longueur, de manière à laisser entre elles une bande de tôle 28 s'étendant dans la direction transversale du feuillard et prévue pour la formation de bords repliés 30 (voir Figure 3) qui seront exécutés à une étape ultérieure de la fabrication. Des ouvertures 32, de forme sensiblement rectangulaire, sont pratiquées dans les bandes 28 séparant deux rangées de découpes 22. La fonction des ouvertures 32 est de faciliter le passage du flux gazeux au
contact des deux faces des surfaces d'échange de chaleur 24.
Bien entendu, on a représenté sur la Figure 2 seulement un fragment du feuillard destiné à la réalisation de l'intercalaire monobloc 20. Dans la réalité, un feuillard complet comporte un grand nombre de découpes 22 et il faut prolonger mentalement le fragment représenté sur la Figure 2 dans le sens longitudinal et dans le sens transversal, comme suggéré par les traits mixtes, pour se représenter le feuillard complet. On a représenté sur la Figure 3 une vue en perspective du fragment de feuillard de la Figure 2 en cours de pliage. On observe que des bords repliés 30 sont formés à chaque extrémité d'une rangée de découpes parallèles 22. Ces bords repliés 30 s'étendent dans la direction transversale du feuillard et
peuvent être mis en forme au moyen de molettes ou à la presse.
Après pliage complet,- le feuillard de tôle présente l' aspect représenté en perapective sur la Figure 4 et en section sur la
Figure 5.
On remarque, daprès les Figures 4 et 5, que les surfaces d'échange de chaleur 24 sont maintenant disposées les unes parallèlement aux autres, à la manière des ailettes d'un faisceau d'échange de chaleur de l'art antérieur. On remarque, d'autre part, que les découpes 22, qui étaient dans le prolongement l'une de l'autre dans la forme plane du feuillard représentée sur la Figure 2, sont maintenant superposées les unes aux autres, de manière à permettre l' introduction des
canaux d'échange de chaleur.
On remarque enfin, daprès la figure 5, que les espaces 36 et 362 délimités par deux surfaces déchange de chaleur 24 adjacentes, sont ouverts à chacune de leurs deux extrémités gauche et droite. Ainsi, l'espace 361 est ouvert à son extrémité gauche grâce à la présence des ouvertures 32 formées dans le bord plié 30. A droite, l'espace 36 est ouvert parce quil n'y a pas de bord plié. Inversement, l'espace 362, situé immédiatement en dessous de l'espace 36, est ouvert à gauche parce qu'il n'y a pas de tôle, et à droite grâce à la présence des ouvertures rectangulaires 32 (voir Figure 2j. Ainsi, le flux dair gazeux qui circule entre les surfaces déchange de chaleur 24, comme schématisé par les flèches 38, peut lécher
les deux faces de chaque surface 24.
Afin daméliorer le brassage du flux gazeux et, par suite, l'échange de chaleur entre le flux dair 38 et les surfaces d'échange de chaleur 24, on a prévu optionnellement des persiennes 26 dans les surfaces 24. On remarque que les persiennes 26 sont disposées symétriquement par rapport à un
plan de symétrie vertical médian de l'intercalaire monobloc 20.
Enfin, comme on peut le remarquer sur la Figure 5, on a prévu un bord replié 40 à chaque extrémité de l'intercalaire monobloc 20. Dans l'exemple de réalisation des Figures 2 à 4, les découpes 22 prévues pour les canaux de circulation d'un fluide
caloporteur sont fermées.
On a représenté sur la Figure 7 un faisceau d'échange de chaleur conforme à celui de la Figure 4, dans lequel des canaux 42 ont été introduits dans les découpes fermées 22. Dans l'exemple représenté, les canaux de circulation 42 sont des tubes plats et présentent une forme allongée, mais il va de soi que d'autres formes sont possibles. Par exemple, les canaux 42
pourraient étre oblongs, ovales ou circulaires.
Le faisceau représenté sur la Figure 7 peut étre assemblé par brasage. Il peut également étre assemblé mécaniquement par
expansion mécanique des canaux 42 au moyen d'une olive.
On a représenté sur la Figure 6 une vue de dessus d'une variante de réalisation dun intercalaire monobloc conforme à la présente invention. Cet intercalaire se distingue de celui qui a été décrit en référence aux Figures 2 à 5 et 7 essentiellement par le fait que les découpes 22 sont ouvertes à l'une de leurs extrémités au lieu d'étre entièrement fermées comme les découpes 22 de la variante de réalisation décrite précédemment. De la sorte, l'intercalaire monobloc 20 représenté sur la Figure 6 présente, vu de dessus, une forme qui rappelle celle dun peigne. Les canaux de circulation 42 peuvent être ainsi introduits latéralement, par les ouvertures 44 des découpes 22, comme schématisé par les flèches 46. Cette variante de réalisation permet par conséquent des tolérances de fabrication plus élevées en ce qui concerne l'alignement des découpes 22. En effet, lorsque ces découpes sont fermées, comme dans le mode de réalisation précédent, il est nécessaire qu'elles soient parfaitement alignées les unes avec les autres
pour permettre l' introduction des canaux 42.
On remarque, par ailleurs, que les découpes formées dans les bords pliés 30 sont plus grandes d'un côté que de l'autre de l'intercalaire monobloc. En effet, étant donné que les découpes 22 déLouchent sur l'une des faces (à droite sur la Figure 6) de l'intercalaire monobloc 20, la longueur des découpes 322 doit être réduite de manière à laisser suffisamment de matière pour maintenir les surfaces déchange 24. En revanche, la découpe 22
ne débouche pas sur l'autre face de l'intercalaire monobloc 20.
Les ouvertures 321 peuvent, en conséquence, être plus longues.
On a représenté sur la Figure 8 une vue en perspective d'une partie d'un faisceau déchangeur de chaleur conforme à l' invention réalisé au moyen d'un intercalaire monobloc 20 comportant des découpes 22 ouvertes, comme représenté sur la variante de la Figure 6. Les canaux de circulation du fluide 42 et l'intercalaire monobloc 20 seront, de préférence, assemblés par brasage. En effet, étant donné que les découpes 22 sont ouvertes à l'une de leurs extrémités, un assemblage mécanique par extension des canaux 42 aurait pour effet de déformer
l'intercalaire monobloc.
La Figure 9 est une vue en perspective d'une partie d'un faisceau déchangeur de chaleur analogue à celui représenté à
la Figure 8, mais dépourvu de persiennes.
Le feuillard métallique et les canaux ou tubes de l'échangeur de chaleur de l' invention sont avantageusement réalisés en
aluminium ou en alliage à base d'aluminium.
Pour la fabrication du faisceau, on forme l'intercalaire monobloc 20 à partir d'un feuillard de tole poinçonné et plié en accordéon qui comporte les découpes 22. Cette opération est effectuée, par exemple, par découpe du feuillard de tole par un outil de presse, puis mise en forme des plis soit avec des
molettes, soit avec une presse.
On forme par ailleurs les canaux parallèles (ou tubes) 42 et on les introduit ensuite dans les découpes 22 de l'intercalaire monobloc 20. Cette introduction s'effectue soit dans l'axe des découpes lorsqu'il s'agit de découpes ouvertes, soit perpendiculairement à cet axe lorsqu'il s'agit de découpes ferméss. Ensuite on assemble entre eux les canaux parallèles et l'intercalaire monobloc. Cet assemblage steffectue soit par une expansion mécanique des canaux 42 dans les découpes 22 de l'intercalaire monobloc, soit encore par brasage des canaux
parallèles et de l'intercalaire monobloc.
Pour former un échangeur de chaleur, on monte deux boites
collectrices 12 et 14 aux extrémités des canaux parallèles 42.
Cette opération peut seffectuer une fois le faisccau réalisé et assemblé. Dans certains cas il est possible de monter l'une des boites collectrices, ou bien les deux, avant l' introduction
de l'intercalaire monobloc.
L' invention sapplique tout particulièrement aux échangeurs de véhicules automobiles. Ces échangeurs peuvent étre réalisés notamment sous la forme dun radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule, d'un aérotherme pour le chauffage d'un habitacle de véhicule ou d'un refroidisseur d'air de suralimentation dun moteur de véhicule. IT pent s'agir aussi d'un évaporateur on d'un condenseur destine à un circuit de climatisation de véhicule. Dans tons les cas les canaux ou tubes de l'échangeur sont traverses par un fluide qui échange de la chaleur avec un flux gazeux, généralement un flux d' air.
Claims (14)
1. Faisceau, notamment pour un échangeur de chaleur de véhicule automobile, comprenant une multiplicité de canaux parallèles (42) et une multiplicité de surfaces déchange (24) de chaleur en relation déchange thermique avec un flux gazeux, chacune de ces surfaces d'échange de chaleur (24) comportant des découpes (22) dans lesquelles sont disposés les canaux parallèles (42), caractérisé en ce qu'il comporte un intercalaire monobloc (20) constitué par un feuillard de tôle poinçonné et plié en accordéon de manière à délimiter une multiplicité de surfaces déchange de chaleur (24) séparées les unes des autres par des
bords pliés (30) du feuillard.
2. Faisceau selon la revendication 1, caractérisé en ce que des ouvertures (32, 32, 322) pour le passage dun flux gazeux sont
prévues dans les bords pliés (30) du feuillard.
3. Faisceau selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé
en ce que les canaux parallèles (42) sont requs dans des
découpes fermées (22).
4. Faisceau selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé
en ce que les canaux parallèles (42) sont requs dans des
découpes ouvertes (22).
5. Faisceau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé
en ce que des persiennes (26) sont formées dans les surfaces
d'échange (24).
6. Procédé de fabrication dun faisceau déchangeur de chaleur
selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il
comprend les opérations suivantes: a) prévoir un intercalaire monobloc (20) constitué par un feuillard de tôle poinçonné et plié en accordéon de manière à délimiter une multiplicité de surfaces d'échange de chaleur (24) séparées les unes des autres par des bords pliés (30) du feuillard et comportant des découpes (22); b) prévoir une multiplicité de canaux parallèles (42); c) introduire les canaux parallèles (42) dans les découpes (22) de l'intercalaire monobloc (20); et d) assembler les canaux parallèles (42) et l'intercalaire
monobloc (20).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération a) comprend la découpe du feuillard de tôle par un outil de presse, puis la mise en forme des plis avec des molettes.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération a) comprend la découpe du feuillard de tôle par un outil de presse, puis la mise en forme des plis avec une presse.
9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en
ce que l'opération c) comprend l' introduction des canaux parallèles (42) dans des découpes fermées (22) de
l'intercalaire monobloc (20).
10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé
en ce que l'opération c) comprend l' introduction des canaux parallèles (42) dans des découpes ouvertes (22) de
l'intercalaire monobloc (20).
11. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé
en ce que l'opération d) comprend une expansion mécanique des canaux parallèles (42) dans les découpes (22) de ltintercalaire
monobloc (20).
12. Procédé selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé
en ce que l'opération d) comprend un brasage des canaux parallèles (42) dans les découpes (22) de l'intercalaire
monobloc (20).
13. Procédé selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisé
en ce qu'il comprend une opération e) consistant à monter deux boîtes collectrices (12, 14) aux extrémités des canaux
parallèles (42) pour former un échangeur de chaleur.
14.---Echan-geur- de chaleur,- notamment pour un véhicule automobile, constitué d'un faisceau (10) monté entre deux boîtes collectrices (12, 14) , caractérisé en ce que le faisceau
(10) est conforme à l'une des revendications 1 à 5 ou obtenu
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| PCT/FR2002/001303 WO2002084196A1 (fr) | 2001-04-17 | 2002-04-16 | Faisceau d'echangeur de chaleur comportant une surface d'echange perfectionnee |
| DE10296564T DE10296564T5 (de) | 2001-04-17 | 2002-04-16 | Wärmetauscherbündel mit perfektionierter Wärmetauschfläche |
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