FR2962203A1 - Tube pour echangeur de chaleur et echangeur de chaleur equipe d'un tel tube - Google Patents

Abstract

- Tube de circulation de fluide et échangeur de chaleur équipé de tels tubes. Le tube (6) est obtenu par pliage et présente, une fois sa paroi pliée, une partie de base (12) se prolongeant latéralement, par l'intermédiaire de deux parties de liaison (13), par deux parties de dessus (14) tournées l'une vers l'autre qui se terminent par des jambes d'extrémité (15) tournées vers la partie de base (12), en définissant au moins deux canaux internes (16) longitudinaux et parallèles à l'intérieur desquels sont aptes à s'insérer les deux réseaux (20) de plis (21) d'un perturbateur ondulé (17), reliés entre eux par une partie centrale (23) s'insérant dans un écartement laissé entre lesdites jambes et la partie de base. - Avantageusement, la partie centrale (23) du perturbateur présente une largeur (L) à distance de sécurité intégrée (D) apte à inclure les dispersions d'inclinaison pouvant être prises par les jambes (15).

Description

La présente invention concerne un tube de circulation de fluide ainsi qu'un échangeur de chaleur comportant de tels tubes. Quoique non exclusivement, les échangeurs thermiques concernés sont destinés à équiper des véhicules et correspondent, dans une application préférentielle, aux condenseurs prévus sur les boucles ou circuits de climatisation des véhicules. On pourrait cependant envisager une application de ces échangeurs en tant que radiateurs des boucles ou circuits de refroidissement des moteurs, sans sortir du cadre de l'invention. D'une manière générale et résumée, la boucle de climatisation de l'habitacle d'un véhicule se compose, principalement, selon le sens de circulation du fluide frigorigène (fréon, CO2, 1234YF) la parcourant, d'un compresseur mettant le fluide sous forme de vapeur haute pression surchauffée, d'un condenseur recevant le fluide pour le refroidir en sortie sous forme liquide haute pression par sa conception en faisceau de tubes parallèles et par le flux d'air externe le balayant, d'un détendeur réduisant la pression et d'un évaporateur où le fluide détendu et condensé est refroidi et échange de la chaleur avec le flux d'air externe à envoyer dans l'habitacle. Le fluide est transformé en phase vapeur à sa sortie pour être amené dans le compresseur pour un nouveau cycle et ainsi de suite, tandis que le flux d'air externe traversant l'évaporateur est refroidi pour fournir l'air climatisé dans l'habitacle. Structurellement, le condenseur formant l'échangeur de chaleur comprend un faisceau de tubes parallèles et deux collecteurs (ou boîtes collectrices) dans lesquels sont raccordées, de façon fixe et étanche, les extrémités correspondantes des tubes parallèles. Ainsi, le fluide frigorigène de la boucle peut circuler du collecteur amont tourné vers le compresseur, vers le collecteur aval tourné vers le détendeur, à travers les tubes faisant passer le fluide de sa phase vapeur à sa phase liquide par le flux d'air externe et balayant les tubes dont la grande surface optimise l'échange thermique. 3o Deux technologies sont principalement utilisées pour fabriquer ces tubes, avant assemblage avec les collecteurs. Soit par extrusion, engendrant un coût important (filières spécifiques pour chaque type de tubes) mais facilement brasable car naturellement étanche, soit par pliage, offrant différents avantages, mais plus difficile à braser. L'invention se rapporte aux tubes de circulation de fluide réalisés à partir de la technologie par pliage. Généralement, les tubes à paroi mince pour condenseur sont obtenus à partir d'une bobine de feuille métallique qui, par suite de son déroulement en bande, est progressivement mise en forme à la section transversale souhaitée (par exemple en B aplati) par des outillages spécifiques de pliage ou analogue, puis découpée à la longueur voulue, en tronçons correspondant aux tubes finaux, par un outillage de découpe à couteau agissant dans un plan perpendiculaire au déplacement de la bande pliée. Ainsi, dans l'exemple indiqué, une fois les tubes en tronçon pliés puis coupés, la paroi mince de ceux-ci présente globalement une section transversale en forme de B aplati, c'est-à-dire, avec une partie de base se prolongeant latéralement, par l'intermédiaire de deux parties de liaison, par deux parties de dessus, qui sont tournées l'une vers l'autre de façon coplanaire et parallèle à la partie de base et qui se terminent par des jambes d'extrémité adjacentes, tournées perpendiculairement vers la partie de base, en ménageant un écartement avec celle-ci. Deux canaux ou espaces internes longitudinaux et parallèles, correspondant aux boucles du B, sont alors définis dans lesquels sont insérés, sur toute leur longueur et de façon connue, les deux réseaux de plis d'un perturbateur ou intercalaire qui sont reliés entre eux par une partie de liaison plane s'insérant dans l'écartement laissé entre les jambes d'extrémité et la partie de base de la paroi pliée du tube. Ces perturbateurs ont pour rôle, notamment, d'améliorer la performance thermique du condenseur, et la tenue mécanique des tubes qui doivent résister non seulement à la pression d'utilisation en fonctionnement de la boucle (de l'ordre de 20 bars), mais aussi à celle imposée par le cahier des 3o charges, notamment une tenue à l'éclatement des tubes jusqu'à 100 bars, pour des fluides frigorigènes à base de fréon. Cela, bien évidemment, après le passage du condenseur préalablement assemblé (tubes avec perturbateurs emboîtés dans les collecteurs) dans un four de brasage permettant de solidariser notamment les sommets des plis longitudinaux et ondulés de chaque perturbateur sur la face interne de la paroi pliée en B de chaque tube, grâce à des revêtements de placage (clad) prévus sur ceux-ci (perturbateur et/ou paroi du tube) et dont le point de fusion est légèrement inférieur à celui de la matière constituant les tubes et perturbateurs (alliage d'aluminium par exemple). Cependant, l'insertion des réseaux de plis des perturbateurs dans les canaux des tubes peut s'avérer quelquefois difficile, voire impossible. En effet, lors de l'opération de découpe des tubes, il peut arriver que les jambes d'extrémité adjacentes et libres de la paroi pliée des tubes ne restent pas dans leur position initiale réalisée lors du pliage, c'est-à-dire sensiblement perpendiculaire à la partie de base des tubes et prennent une inclinaison ou déviation plus ou moins prononcée par rapport à cette position initiale. Cela se produit notamment lors de l'action de découpe par l'outillage à couteau qui peut entraîner facilement, durant le mouvement de découpe, le bord d'entrée des jambes d'autant plus que l'épaisseur de la paroi des tubes est très mince. Les jambes peuvent alors se déformer à ce niveau par rapport aux parties de dessus dont elles sont issues et prendre une position inclinée, déviée. Cela peut également survenir suite à l'usure de la lame du couteau ou à un positionnement imprécis de l'outillage de découpe par rapport à la bande pliée en B, voire de la bande pliée qui défile par rapport à des supports de guidage, etc...

Comme les jambes ne sont plus dans leur position initiale souhaitée, rigoureusement perpendiculaires à la partie de base du tube découpé, il en résulte que, du côté où se situe l'inclinaison des jambes d'extrémité adjacentes, le canal de réception correspondant est dimensionnellement réduit, tandis que l'autre canal est, par opposition, augmenté. On comprend donc que la déformation des jambes d'extrémité ainsi déviées, modifiant la section d'entrée des canaux de réception, au niveau des bords d'entrée

4 coupés de celles-ci, peut empêcher l'insertion du perturbateur double, en particulier le réseau de plis destiné au canal de réception dimensionnellement réduit. Si le tube défectueux est repéré avant l'insertion, il est naturellement écarté ou alors les jambes inclinées sont éventuellement redressées avant l'engagement du perturbateur. Dans le cas contraire, la tentative d'insertion du perturbateur double dans les canaux inégaux du tube avec les bords d'entrée des jambes dans une position incorrecte, se traduit par la mise au rebut du tube et du perturbateur concernés.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne un tube de circulation de fluide dont la conception du perturbateur double autorise son montage dans les canaux de réception dédiés du tube, même si les jambes d'extrémité adjacentes du tube occupent une position inclinée incorrecte.

A cet effet, le tube de circulation de fluide pour échangeur de chaleur, obtenu par pliage d'une paroi, présente, une fois la paroi pliée, une partie de base et des jambes d'extrémité libre, tournées perpendiculairement vers la partie de base, ledit tube comprenant un perturbateur à plis, prévus à l'intérieur dudit tube, ledit perturbateur présentant une partie, dite centrale, s'insérant entre les jambes d'extrémité et la partie de base, parallèlement à celle-ci. Ladite partie de base se prolonge, par exemple, latéralement, par l'intermédiaire de deux parties de liaison et par deux parties de dessus tournées l'une vers l'autre qui se terminent par lesdites jambes d'extrémité.

Ledit tube définit, notamment, au moins deux canaux internes longitudinaux et parallèles à l'intérieur desquels sont aptes à s'insérer deux réseaux de plis du perturbateur, qui sont reliés entre eux par ladite partie centrale. Selon l'invention, ladite partie centrale du perturbateur présente, entre au moins deux plis adjacents, par exemple entre les deux réseaux de plis, une largeur égale à la somme des épaisseurs des jambes d'extrémité libres augmentée, respectivement de part et d'autre, d'une distance, dite de sécurité, apte à inclure les dispersions d'inclinaison pouvant être prises par les jambes par rapport à leur position initiale, perpendiculaire à ladite partie de base. Ainsi, en ménageant une partie centrale à largeur agrandie en regard des jambes, les réseaux de plis du perturbateur peuvent être insérés sans difficultés dans les canaux de réception même si les bords d'entrée des jambes d'extrémité libres sont déviés, après l'opération de découpe notamment. Bien entendu, cette partie centrale élargie facilitant l'introduction du perturbateur double doit rester dimensionnellement acceptable pour ne pas ou peu réduire le nombre de plis des réseaux servant à l'échange thermique et à la rigidification du tube. Aussi, selon une approximation grossière, chaque distance de sécurité prévue sur la largeur de la partie centrale de liaison est au plus sensiblement égale à la projection, sur la partie centrale, de la hauteur de la jambe d'extrémité libre avec une inclinaison de 45° par rapport à sa position nominale, perpendiculaire à ladite partie de base. Cependant, selon une approximation plus fine tenant compte des constatations effectuées sur les jambes défectueuses, chaque distance de sécurité est sensiblement égale à la projection, sur la partie centrale, de la hauteur de la jambe d'extrémité libre avec une inclinaison comprise entre 20° et 30° par rapport à la position nominale, perpendiculaire à ladite partie de base. Dans un mode préféré de réalisation, lesdites jambes d'extrémité libres sont adjacentes et disposées dans le plan de symétrie longitudinal de la paroi pliée du tube en définissant deux canaux de réception identiques dans lesquels sont insérés lesdits réseaux de plis espacés par ladite partie centrale élargie. Le profil des plis du perturbateur pourra être sinusoïdal ou crénelé. La largeur L de la partie centrale du perturbateur est comprise, par exemple, entre 0,75 et 1,5 fois la période des plis du perturbateur. Elle est égale, notamment, à environ une fois la période des plis du perturbateur. L'invention concerne également un échangeur de chaleur qui comporte avantageusement des tubes parallèles de circulation de fluide à perturbateurs intégrés, tels qu'ils sont définis précédemment. De préférence, l'échangeur de chaleur avec ces tubes de circulation de fluide définit le condenseur d'une boucle de climatisation pour véhicule automobile ou analogue. Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue schématique d'une boucle ou circuit de climatisation d'un véhicule, équipé d'un échangeur de chaleur à tubes de circulation de fluide conformément à l'invention.

La figure 2 est une vue en coupe transversale de l'un des tubes de circulation de fluide de l'échangeur, avec un perturbateur à double réseau de plis et à insertion amélioré, conformément à l'invention, dans ledit tube, la coupe étant réalisée dans une partie centrale du tube. La figure 3 est une loupe agrandie A de la partie centrale du tube de la figure 2 montrant, en vue de côté, la distance de ladite partie centrale séparant les deux réseaux de plis du perturbateur double pour faciliter l'insertion de celui-ci selon l'inclinaison éventuelle des jambes d'extrémité du tube. La boucle ou circuit de climatisation 1 représentée schématiquement sur la figure 1 comprend, de façon connue et décrite brièvement ci-dessus, selon le sens de circulation C du réfrigérant, un compresseur 2, un condenseur 3 faisant office d'échangeur de chaleur, un détendeur 4 et un évaporateur 5. Le condenseur 3 comprend un faisceau de tubes parallèles 6 dont les extrémités sont reliées, de manière fixe et étanche, à des boîtes collectrices respectivement amont 7, tournée vers le compresseur 2, et aval 8, tournée vers le détendeur 4.

Le réfrigérant entre en phase vapeur dans la boîte collectrice amont 7, puis traverse les tubes d'échange thermique 6 pour sortir en phase liquide par la boîte collectrice aval 8, par le flux d'air extérieur F généralement forcé traversant perpendiculairement les tubes lesquels participent activement à ce changement de phase. L'échangeur pourra aussi comprendre, entre les tubes, des intercalaires ondulés, non représentés, permettant d'augmenter la surface d'échange avec l'air. Pour information, en fonction du fluide utilisé, les tubes 6 sont soumis à une pression d'environ 20 bars mais doivent résister avant éclatement à 100 bars. Un tel tube 6 représenté sur la figure 2 est réalisé, dans le cas qui nous préoccupe, selon la technologie par pliage. On y voit que ce type de tube présente une paroi 10 mince, par exemple de l'ordre de 0,2 à 0,5 mm d'épaisseur. II est obtenu par pliage pour présenter en général, quoique non exclusivement, une section transversale en forme de B aplati avec un plan de symétrie longitudinal P passant perpendiculairement entre les deux boucles du B aplati. Ainsi, le tube 6 se compose, une fois la paroi 10 pliée, d'une partie de base ou médiane 12 laquelle se prolonge latéralement, par l'intermédiaire de deux parties de liaison arrondies 13, par deux parties de dessus ou supérieures identiques 14 qui sont coplanaires et parallèles à la partie de base 12. A leur tour, les parties de dessus 14, qui s'étendent chacune sur environ la moitié de la largeur de la partie de base, se terminent par des jambes d'extrémité adjacentes, sensiblement l'une contre l'autre, et libres 15, qui sont identiques et pliées dans une position nominale telle qu'elles doivent être théoriquement après pliage et découpe, c'est-à-dire perpendiculaire, de sorte à revenir vers la partie de base 12. De cette manière, les parties arrondies 13, supérieures 14 et les jambes 15 définissent, avec la partie de base 12, deux canaux ou espaces internes parallèles 16, s'étendant sur toute la longueur du tube 6 et qui sont sensiblement identiques dimensionnellement ici puisque les jambes adjacentes se trouvent dans le plan de symétrie P du tube. Selon d'autres modes de réalisation, un pliage différent pourrait permettre d'obtenir plus de deux canaux, de section identique ou non. Un écartement e est, par ailleurs, initialement prévu entre les tranches latérales 19 terminant les jambes d'extrémité libres 15 et la face interne 11 de la partie de base 12 de la paroi pliée du tube, et autorise l'insertion d'un perturbateur ou intercalaire ondulé 17. Ces perturbateurs sont utilisés afin d'améliorer la performance thermique et la tenue mécanique (résister à la pression du réfrigérant dans le condenseur), un perturbateur 17 étant introduit dans les canaux internes 16 de la paroi mince 10 ainsi pliée, comme le montrent les figures 2 et 3. Ce perturbateur 17 est pour rappel obtenu à partir d'une feuille mince métallique qui est travaillée pour prendre dans ce cas une forme ondulée sinusoïdale à deux réseaux 20 de plis parallèles 21, dont les sommets 22 des plis 21 touchent la face interne 11 de la paroi pliée 10 en s'étendant parallèlement le long du tube 6, et qui sont reliés l'un à l'autre par une partie centrale plane 23. Le montage du perturbateur 17 dans le tube 6 s'effectue en engageant puis en glissant les deux réseaux 20 de plis ondulés 21 et la partie centrale plane 23 respectivement dans les deux canaux internes 16 et dans l'écartement e des tranches 19 des jambes 15 avec la partie de base 12.

L'épaisseur du perturbateur est, par exemple, de l'ordre de 0,05 à 0,150 mm. Afin de simplifier le montage, il pourra être prévu d'insérer le perturbateur alors que le tube présente un jeu supérieur à e puis d'opérer une opération de laminage de l'ensemble pour terminer le pliage du tube, notamment mettre en contact le perturbateur et les jambes avec les parois du tube.

De façon nominale, c'est-à-dire à distance des extrémités du tube ou niveau desdites extrémités si la découpe n'a pas entrainé de déviation des jambes 15, les extrémités 19 desdites jambes 15 sont au contact de l'une de faces de la partie centrale 23 du perturbateur, notamment, par leur tranche. Par son autre face, la partie centrale 23 du perturbateur est au contact de la partie de base (12) du tube.

L'assemblage ultérieur du perturbateur 17 et du tube 6 est par la suite réalisé usuellement par brasage dans un four grâce à des revêtements de placage non représentés, déposés sur la face interne de la paroi pliée du tube et/ou sur les faces ondulées du perturbateur double.

Pour garantir une introduction aisée du perturbateur 17 dans le tube 6, sans risque de détériorations de ceux-ci, la partie centrale plane de liaison 23 du perturbateur est élargie pour présenter une largeur L bien supérieure à la somme des épaisseurs E des deux jambes d'extrémité libres et adjacentes 15, correspondant à deux fois l'épaisseur de la paroi pliée formant le tube 6.

Ceci pour tenir compte des éventuelles inclinaisons ou déviations pouvant être prises par les jambes adjacentes 15 pour les raisons évoquées précédemment, alors que les jambes doivent occuper une position nominale, après pliage et découpe, sensiblement perpendiculaire à la partie de base 12, dans le plan de symétrie P, comme le montre la figure 2.

Ainsi, à la somme des épaisseurs E des jambes attenantes 15 sont ajoutées, respectivement de part et d'autre de celles-ci, lorsque les jambes se trouvent en position initiale perpendiculaire, des distances de sécurité D indiquées sur les figures 2 et 3 et dont le but est d'inclure les dispersions d'inclinaison acceptables pouvant être prises par les jambes par suite de l'opération de découpe, par rapport à leur position nominale perpendiculaire à la partie de base 12. Une inclinaison maximale des jambes serait qu'elles occupent une position totalement rabattue contre la face interne 11 des parties de dessus 14, de sorte que chaque distance de sécurité D serait sensiblement égale à la hauteur H des jambes. Une estimation plus raisonnable de cette distance de sécurité D correspond à une inclinaison au plus égale à 45°, généralement inférieure à 20°-30° respectivement de part et d'autre du plan de symétrie longitudinal P, c'est-à-dire à la position nominale verticale des jambes sur les figures 2 et 3. Ce qui se traduit par une distance de sécurité D égale à la projection, sur la partie centrale de liaison 23, de la hauteur H inclinée au maximum de 45°, soit H/V2 ou moins si l'on souhaite limiter la distance D à une inclinaison inférieure possible des jambes. Les positions déviées pouvant être prises par les bords d'entrée des jambes 15, respectivement de part et d'autre du plan P, sont montrées en trait pointillé sur la figure 3 Ainsi, la largeur de la partie centrale plane 23, séparant les deux réseaux 21 de plis ondulés 22, est sensiblement égale à 2( E + D ), comme le montre plus clairement la figure 3. Bien évidemment, cette estimation de la distance de sécurité pourrait être affinée, réduite ou augmentée, sans sortir du concept de l'invention qui est d'avoir une partie centrale de liaison 23 suffisamment large pour insérer sans difficultés les réseaux de plis du perturbateur 17 dans les canaux de réception 16 du tube 6, même avec les bords d'entrée des jambes adjacentes 15 quelque peu déviés. Aussi, il convient de préciser que l'extension de la largeur L de la partie centrale 23 ne doit pas se faire au détriment du nombre de plis 21, qui doit rester acceptable pour assurer l'échange thermique et la tenue mécanique du tube. On voit, sur les figures 2 et 3, que les plis des réseaux, en regard des jambes sont finalement proches de celles-ci sans compromettre l'intégrité du tube ; en revanche, les plis 25 tournés en regard des parties de liaison arrondies 13 ont un profil qui épouse celles-ci. De chaque côte de la partie centrale 23 démarre un pli du perturbateur 17, par exemple identique aux autres plis de celui-ci.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1.Tube de circulation de fluide pour échangeur de chaleur, du type obtenu par pliage, et comprenant une paroi (10) définissant, une partie de base (12) et des jambes d'extrémité libres (15), tournées perpendiculairement vers la partie de base, ledit tube comprenant un perturbateur à plis, prévu à l'intérieur dudit tube, ledit perturbateur (17) présentant une partie (23), dite centrale, s'insérant entre les jambes d'extrémité (15) et la partie de base (12), parallèlement à celle-ci, caractérisé en ce que ladite partie centrale (23) du perturbateur présente, entre au moins deux plis adjacents, une largeur (L) égale à la somme des épaisseurs (E) des jambes d'extrémité libres augmentée, respectivement de part et d'autre, d'une distance de sécurité (D), apte à inclure les dispersions d'inclinaison pouvant être prises par les jambes (15) par rapport à leur position nominale, perpendiculaire à ladite partie de base.
2. 2. Tube selon la revendication 1, dans lequel chaque distance de sécurité (D) prévue sur la largeur de la partie centrale de liaison (23) est au plus sensiblement égale à la projection, sur la partie centrale, de la hauteur de la jambe d'extrémité libre (15) avec une inclinaison de 45° par rapport à sa position nominale, perpendiculaire à ladite partie de base.
3. 3. Tube selon la revendication 1, dans lequel chaque distance de sécurité (D) est sensiblement égale à la projection, sur la partie centrale (23), de la hauteur de la jambe d'extrémité libre (15) avec une inclinaison comprise entre 20° et 30° par rapport à la position nominale, perpendiculaire à ladite partie de base.
4. 4. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel lesdites jambes d'extrémité libres (15) sont adjacentes et disposées dans le plan de symétrie longitudinal (P) de la paroi pliée (10) du tube en définissant deux canaux de réception identiques (16) dans lesquels sont insérés lesdits 3o réseaux (20) de plis espacés par ladite partie centrale élargie (23).
5. 5. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 4, dans lequel le profil des plis (21) du perturbateur (17) est sinusoïdal.
6. 6. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 4, dans lequel le profil des plis (21) du perturbateur (17) est du type à créneaux.
7. 7. Tube selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 dans lequel la largeur L de la partie centrale du perturbateur est comprise entre 0,75 et 1,5 fois la période des plis du perturbateur.
8. 8. Tube selon la revendication 7 dans lequel la largeur L de la partie centrale du perturbateur est sensiblement égale à 1 fois la période des plis du 10 perturbateur.
9. 9. Echangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il comporte au moins une pluralité de tubes parallèles (6) de circulation de fluide à perturbateurs intégrés (17), tels que définis selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15
10. 10. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, dans lequel il définit un condenseur (3) d'une boucle de climatisation (1) pour véhicule automobile ou analogue.