FR2947331A1 - Heat exchanger, has bundle of tubes arranged between collector boxes for circulation of fluid, where sealing joint of one collector box includes obturation part partially closing end of inactive tube opening in collector box - Google Patents
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Abstract
Description
RFR0528 Échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes avec au moins un tube inactif L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. The heat exchanger comprising a tube bundle with at least one inactive tube The invention relates to heat exchangers, especially for motor vehicles.
Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur 10 comprenant un faisceau de tubes disposé entre une première boîte collectrice et une seconde boîte collectrice, dans lequel chacune des boîtes collectrices comprend un collecteur et un couvercle assemblés entre eux avec insertion d'un joint d'étanchéité, ainsi qu'une cloison 15 transversale pour diviser la boîte collectrice en deux compartiments communiquant respectivement avec deux parties du faisceau de tubes, et dans lequel le faisceau comprend au moins un tube inactif qui n'est parcouru par aucun fluide et qui forme une barrière thermique entre les deux 20 parties du faisceau. It relates more particularly to a heat exchanger 10 comprising a bundle of tubes disposed between a first manifold and a second manifold, wherein each of the manifolds comprises a collector and a lid assembled together with insertion of a seal as well as a transverse partition for dividing the manifold into two compartments communicating respectively with two parts of the bundle of tubes, and wherein the bundle comprises at least one inactive tube which is not traversed by any fluid and which forms a barrier thermal between the two parts of the beam.
Dans un échangeur de chaleur de ce type, les deux compartiments de chaque boîte collectrice sont respectivement en communication fluidique avec les deux 25 parties du faisceau de tubes, ce qui permet de définir deux circuits de fluide indépendants. In such a heat exchanger, the two compartments of each manifold are respectively in fluid communication with both portions of the tube bundle, thereby defining two independent fluid circuits.
En conséquence, de telles boîtes collectrices sont utilisées notamment dans des échangeurs de chaleur à flux 30 multiples, qui sont parcourus soit par au moins deux fluides différents, soit par un même fluide mais à des niveaux de température différents. Consequently, such manifolds are used in particular in multiple flow heat exchangers, which are traversed either by at least two different fluids, or by the same fluid but at different temperature levels.
Une application particulière est celle des radiateurs 35 parcourus par un même fluide, généralement le fluide de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, à deux 15 niveaux de température qualifiés respectivement de haute température et de basse température. A particular application is that of the radiators 35 traversed by the same fluid, generally the cooling fluid of a motor vehicle engine, at two temperature levels respectively qualified high temperature and low temperature.
La présence d'un ou de plusieurs tubes inactifs, encore appelés tubes morts , permet de réaliser une barrière thermique et de réduire les contraintes thermiques entre les deux parties du faisceau qui peuvent être soumises à des écarts de température importants. The presence of one or more inactive tubes, also called dead tubes, provides a thermal barrier and reduce thermal stress between the two parts of the beam that can be subject to significant temperature differences.
Différentes solutions ont déjà été proposées pour créer un ou plusieurs tubes inactifs dans un échangeur de chaleur du type précité. Various solutions have already been proposed to create one or more inactive tubes in a heat exchanger of the aforementioned type.
Une de ces solutions consiste à créer une double cloison transversale dans l'une au moins des deux boîtes collectrices pour former une chambre isolée dans laquelle débouchent un ou plusieurs tubes inactifs. One of these solutions is to create a double transverse partition in at least one of the two manifolds to form an isolated chamber in which open one or more inactive tubes.
Il en résulte que le ou les tubes inactifs se trouvent isolés de toute communication avec le fluide parcourant l'échangeur de chaleur. Toutefois, cette solution oblige à créer une boîte collectrice de structure plus complexe, par exemple en ayant deux cloisons transversales moulées avec le couvercle. As a result, the inactive tube (s) are isolated from any communication with the fluid flowing through the heat exchanger. However, this solution requires to create a manifold of more complex structure, for example by having two transverse walls molded with the lid.
Une autre solution, telle qu'enseignée par la publication FR 2 912 209, est de fermer l'une au moins des extrémités de chaque tube inactif (de préférence les deux extrémités) par un bouchon. Dans ces conditions, il n'est plus nécessaire de prévoir une double cloison dans chacune des boîtes collectrices. Cependant, cette solution connue oblige à mettre en place des bouchons, ce qui nécessite une opération supplémentaire lors de la fabrication de l'échangeur de chaleur. Another solution, as taught by the publication FR 2 912 209, is to close at least one end of each inactive tube (preferably both ends) by a plug. Under these conditions, it is no longer necessary to provide a double partition in each of the manifolds. However, this known solution requires to set up plugs, which requires an additional operation during the manufacture of the heat exchanger.
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. The object of the invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks.
Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel le joint d'étanchéité de l'une au moins des deux boîtes collectrices comprend une partie d'obturation apte à fermer au moins partiellement l'extrémité de chaque tube inactif débouchant dans ladite boîte collectrice. It proposes for this purpose a heat exchanger of the type defined in the introduction, wherein the seal of at least one of the two manifolds comprises a closing portion capable of closing at least partially the end of each tube inactive opening in said manifold.
Ainsi, l'invention tire partie de l'existence du joint d'étanchéité, dont la fonction normale est d'assurer une étanchéité entre le collecteur et le couvercle, pour lui faire jouer une fonction supplémentaire qui est d'obturer l'extrémité d'un ou de plusieurs tubes inactifs. Thus, the invention takes advantage of the existence of the seal, whose normal function is to ensure a seal between the manifold and the cover, to make it play an additional function which is to close the end of the seal. one or more inactive tubes.
Il suffit alors de modifier la conformation du joint d'étanchéité pour qu'il comporte une partie d'obturation aménagée pour fermer au moins partiellement l'extrémité d'un tube inactif. It is then sufficient to modify the conformation of the seal so that it comprises a closing portion arranged to close at least partially the end of an inactive tube.
De ce fait, il n'est pas nécessaire de prévoir une opération supplémentaire pour réaliser l'obturation. Celle-ci s'effectuera au moment de l'assemblage du faisceau de tubes avec les boîtes collectrices correspondantes. Therefore, it is not necessary to provide an additional operation to achieve the filling. This will be done at the time of assembly of the tube bundle with the corresponding manifolds.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : In the description which follows, made only by way of example, reference is made to the appended drawings, in which:
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un échangeur de chaleur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon l'invention dans la région de la partie d'obturation ; - Figure 1 is a schematic sectional view of a heat exchanger according to the invention; - Figure 2 is a partial cross-sectional view of a heat exchanger according to the invention in the region of the sealing portion;
35 - la figure 3 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'une boîte collectrice destinée à un échangeur de chaleur selon l'invention ;30 - la figure 4 est une vue partielle en perspective d'un joint d'étanchéité muni d'une partie d'obturation ; - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'une boîte collectrice au niveau de la cloison transversale ; FIG. 3 is a perspective view, partially broken away, of a collecting box intended for a heat exchanger according to the invention; FIG. 4 is a partial perspective view of a seal provided with a filling part; - Figure 5 is a cross sectional view of a manifold at the transverse wall;
- la figure 6 est une vue schématique d'un échangeur de chaleur dans une autre forme de réalisation de la partie 10 d'obturation ; et Figure 6 is a schematic view of a heat exchanger in another embodiment of the closure portion; and
- la figure 7 est une vue en perspective analogue à la figure 4, dans laquelle la partie d'obturation comprend des ouvertures pour permettre un écoulement partiel du fluide 15 dans le ou les tubes inactifs. FIG. 7 is a perspective view similar to FIG. 4, in which the sealing portion comprises apertures to allow partial flow of the fluid into the inactive tube (s).
On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre schématiquement un échangeur de chaleur 10 selon l'invention comprenant deux boîtes collectrices 12 et 14 20 entre lesquelles est disposé un faisceau 16 composé de tubes plats 18 dont les extrémités 20 débouchent respectivement dans les deux boîtes collectrices 12 et 14. Le faisceau 16 comprend en outre des ailettes d'échange de chaleur réalisées ici sous la forme d'intercalaires 22 de 25 forme ondulée qui sont brasés entre des faces en regard des tubes 18. Referring first to Figure 1 which shows schematically a heat exchanger 10 according to the invention comprising two manifolds 12 and 14 20 between which is disposed a beam 16 composed of flat tubes 18 whose ends 20 open respectively in the two collector boxes 12 and 14. The bundle 16 further comprises heat exchange fins made here in the form of corrugated tabs 22 which are brazed between facing faces of the tubes 18.
Toutefois, dans une variante de réalisation, non représentée, le faisceau pourrait comprendre des ailettes 30 traversées par les tubes et assemblées mécaniquement avec ces derniers. However, in an alternative embodiment, not shown, the beam could comprise fins 30 traversed by the tubes and mechanically assembled with the latter.
Les boîtes collectrices 12 et 14 sont généralement symétriques et sont munies chacune d'une cloison 35 transversale 24 pour diviser l'intérieur de la boîte collectrice 12 en deux compartiments C1 et C2 et la boîte collectrice 14 en deux compartiments D1 et D2. Les compartiments C1 et D1 communiquent avec une première partie P1 du faisceau et les compartiments C2 et D2 communiquent avec une deuxième partie P2 du faisceau ce qui permet de créer deux circuits de fluide indépendants comme représenté par les flèches F1 et F2. Lorsqu'on parle ici de deux circuits de fluide, il peut s'agir de deux fluides différents, ou bien de deux parties d'un même fluide. The manifolds 12 and 14 are generally symmetrical and are each provided with a transverse partition 24 for dividing the interior of the manifold 12 into two compartments C1 and C2 and the manifold 14 into two compartments D1 and D2. The compartments C1 and D1 communicate with a first portion P1 of the beam and the compartments C2 and D2 communicate with a second portion P2 of the beam which allows to create two independent fluid circuits as represented by the arrows F1 and F2. When we speak here of two fluid circuits, it can be two different fluids, or two parts of the same fluid.
Les fluides F1 et F2 peuvent présenter entre eux un écart de 10 température important, comme c'est le cas dans les échangeurs à flux multiples tels que les radiateurs de type à haute température et basse température. Fluid F1 and F2 can have a significant temperature difference between them, as is the case in multi-flow heat exchangers such as high temperature and low temperature radiators.
Pour éviter un choc thermique, on prévoit une barrière 15 thermique constituée dans l'exemple par trois tubes inactifs 18i qui ne sont parcourus par aucun fluide ou bien seulement par un débit limité de fluide. In order to avoid thermal shock, a thermal barrier is provided consisting in the example of three inactive tubes 18i which are not traversed by any fluid or only by a limited flow of fluid.
Dans l'exemple représenté, ces trois tubes comprennent deux 20 tubes qui communiquent avec les compartiments C1 et D1 et un seul tube qui communique avec les compartiments C2 et D2. In the example shown, these three tubes comprise two tubes which communicate with compartments C1 and D1 and a single tube which communicates with compartments C2 and D2.
Il en résulte que l'échangeur comprend ici au moins deux tubes inactifs 18i situés respectivement des deux côtés de 25 la cloison transversale 24. En variante, on pourrait prévoir au moins un tube inactif situé seulement d'un côté de cette cloison transversale. As a result, the exchanger here comprises at least two inactive tubes 18i situated respectively on both sides of the transverse partition 24. As a variant, it would be possible to provide at least one inactive tube situated only on one side of this transverse partition.
Les extrémités des trois tubes inactifs 18i sont fermés, 30 dans chacune des boîtes collectrices 12 et 14 par une partie d'obturation 26 formant partie d'un joint d'étanchéité 28 (décrit plus loin) qui assure à chaque fois l'étanchéité entre deux composants de la boîte collectrice, à savoir un collecteur et un couvercle, comme on le verra 35 en détail plus loin. The ends of the three inactive tubes 18i are closed in each of the manifolds 12 and 14 by a sealing portion 26 forming part of a seal 28 (described below) which in each case ensures the seal between two components of the manifold, namely a manifold and a lid, as will be discussed in detail below.
Cette partie d'obturation 16 est venue de moulage avec le joint d'étanchéité et est réalisée en une matière élastomère appropriée. Cette partie d'obturation, qui est formée d'une matière souple, est maintenue en appui à chaque fois contre les extrémités 20i des tubes inactifs 18i par au moins un organe d'appui 30 , ici trois organes d'appui 30 en forme de traverses This sealing portion 16 is molded with the seal and is made of a suitable elastomeric material. This closing part, which is formed of a flexible material, is held in abutment each time against the ends 20i of inactive tubes 18i by at least one support member 30, here three support members 30 in the form of sleepers
Il est fait maintenant référence aux figures 2 et 3. La figure 2 montre un détail de l'échangeur de chaleur au niveau de la partie d'obturation 26 de la boîte collectrice 12, étant entendu que la boîte collectrice présente une configuration symétrique. Reference is now made to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 shows a detail of the heat exchanger at the closure portion 26 of the manifold 12, it being understood that the manifold has a symmetrical configuration.
La boîte collectrice 12 comprend un collecteur 32 muni de collets 34 débouchant à l'intérieur de la boîte collectrice et qui reçoivent les extrémités respectives 20 des tubes 18, y compris les extrémités 20i des tubes inactifs 18i. Les extrémités de ces tubes dépassent à chaque fois des collets. Le collecteur 32 est réalisé en matière métallique, avantageusement à base d'aluminium, et est serti sur un couvercle 36 réalisé en matière plastique, avantageusement en polyamide, et dont la structure apparaît mieux sur la figure 3. Dans l'exemple représenté, le collecteur 32 comporte un fond plat 38 dont sont issus les collets 34. The manifold 12 comprises a manifold 32 provided with flanges 34 opening into the manifold and receiving the respective ends 20 of the tubes 18, including the ends 20i of the inactive tubes 18i. The ends of these tubes exceed each time collars. The collector 32 is made of metal material, advantageously based on aluminum, and is crimped on a cover 36 made of plastic, preferably polyamide, and whose structure appears better in FIG. 3. In the example shown, the manifold 32 has a flat bottom 38 from which the collars 34.
Le couvercle 36 comporte une paroi 40 à section transversale en forme générale de U et est bordé par un pied périphérique 42 destiné à être serti par des pattes de sertissage 44 issues du collecteur 32, comme on le voit sur la coupe de la figure 5. The cover 36 has a generally U-shaped cross-section wall 40 and is bordered by a peripheral foot 42 intended to be crimped by crimping tabs 44 coming from the collector 32, as seen in the section of FIG.
Le couvercle 36 comprend une paroi transversale 24 (figures 2 et 3) dont le bord d'extrémité 46 est destiné à appuyer contre la partie d'obturation 26 dans une région comprise entre deux tubes inactifs. Sur la figure 3, on aperçoit également deux des organes d'appui 30 en forme de traverse, qui relient deux flancs opposés de la paroi 40. The cover 36 comprises a transverse wall 24 (FIGS. 2 and 3), the end edge 46 of which is intended to press against the closing part 26 in a region between two inactive tubes. In FIG. 3, two of the cross-member bearing members 30, which connect two opposite flanks of the wall 40, are also visible.
La structure de la partie d'obturation 26 sera mieux 5 comprise en référence à la figure 4. The structure of the sealing portion 26 will be better understood with reference to FIG. 4.
Le joint d'étanchéité 28 comprend un bourrelet continu 48 de contour sensiblement rectangulaire avec deux grands côtés 50 et deux petits côtés 52 (dont un seul est 10 représenté sur la figure), et cette partie d'obturation s'étend entre les deux grands côtés 50 du joint d'étanchéité. The seal 28 comprises a continuous bead 48 of substantially rectangular contour with two long sides 50 and two short sides 52 (only one of which is shown in the figure), and this sealing portion extends between the two major parts. 50 sides of the seal.
La partie d'obturation 26 est venue de moulage avec le 15 bourrelet 48, l'ensemble étant réalisé en une matière élastomère appropriée. La partie d'obturation 26 une languette généralement plane avec trois nervures en saillie 54 qui délimitent trois gorges respectives 56 (voir aussi la figure 2) pour recevoir à chaque fois l'extrémité 20i 20 d'un tube inactif 18i. Les gorges 56 ont une forme adaptée à celle des extrémités 20i des tubes inactifs pour former à chaque fois un capuchon d'obturation jouant le rôle d'un bouchon. The sealing portion 26 is integrally molded with the bead 48, the assembly being made of a suitable elastomeric material. The closure portion 26 has a generally planar tongue with three protruding ribs 54 which define three respective grooves 56 (see also FIG. 2) for receiving each end 20i 20 of an inactive tube 18i. The grooves 56 have a shape adapted to that of the ends 20i of the inactive tubes to form each time a closure cap acting as a plug.
25 Le collecteur 32 et le couvercle 36 sont destinés à être assemblés mutuellement avec insertion du joint d'étanchéité 28. Le collecteur 32 comprend à cet effet une gorge périphérique 58 (figure 5) dans laquelle vient se loger le bourrelet 48 du joint d'étanchéité, et sur lequel vient 30 s'appuyer le pied périphérique 42 du couvercle. The manifold 32 and the cover 36 are intended to be joined together with the insertion of the seal 28. The manifold 32 comprises for this purpose a peripheral groove 58 (FIG. 5) in which the bead 48 of the seal is housed. sealing, and on which comes to rest the peripheral foot 42 of the lid.
Lorsque les pattes de sertissage 44 sont repliées (figure 5), elles compriment le bourrelet 48 du joint d'étanchéité et assurent ainsi une étanchéité entre le collecteur et le 35 couvercle, d'une manière en soi connue. When the crimping tabs 44 are folded (Figure 5), they compress the bead 48 of the seal and thus provide a seal between the manifold and the lid, in a manner known per se.
Lors de l'assemblage, la partie d'obturation 26 vient fermer les extrémités 20i des tubes inactifs 18i, sous l'effet des organes d'appui 30 du couvercle. During assembly, the closing portion 26 closes the ends 20i of the inactive tubes 18i, under the effect of the support members 30 of the lid.
Par ailleurs, le bord libre d'extrémité 46 de la cloison 24 vient prendre appui sur la partie d'obturation 26 dans la région comprise entre deux tubes inactifs, (comme on le voit sur les figures 2 et5). Furthermore, the free end edge 46 of the partition 24 is supported on the closing portion 26 in the region between two inactive tubes, (as seen in Figures 2 and 5).
Dans l'exemple représenté, les joints d'étanchéité respectifs des deux boîtes collectrices comprennent une partie d'obturation 26, formant bouchon, ce qui permet d'obturer les deux extrémités 20i de chaque tube inactif 18i. In the example shown, the respective seals of the two manifolds comprise a closure portion 26, forming a cap, which allows to seal both ends 20i of each inactive tube 18i.
Toutefois, dans une variante non représentée, seul le joint d'étanchéité de l'une des deux boîtes collectrices, par exemple celui de la boîte collectrice 12, peut comprendre une partie d'obturation. Cela permet alors d'obturer seulement une extrémité de chaque tube inactif, au lieu de deux extrémités. However, in a variant not shown, only the seal of one of the two manifolds, for example that of the manifold 12, may comprise a sealing portion. This then allows to close only one end of each inactive tube, instead of two ends.
Dans la forme de réalisation représentée précédemment, le collecteur de chaque boîte collectrice comprend une gorge périphérique 58 pour loger le joint d'étanchéité, c'est-à-dire le bourrelet du joint. In the embodiment shown above, the manifold of each manifold comprises a peripheral groove 58 for housing the seal, that is to say the bead of the seal.
Il est possible aussi, en variante, de prévoir que le collecteur de chacune des boîtes collectrices soit généralement plan, c'est-à-dire que son fond soit réalisé plan, et dépourvu de gorge périphérique pour loger le joint d'étanchéité. It is also possible, alternatively, to provide that the collector of each of the manifolds is generally flat, that is to say that its bottom is made plane, and devoid of peripheral groove to accommodate the seal.
Dans les formes de réalisation décrites précédemment, la 35 partie d'obturation obture à chaque fois complètement au moins une extrémité des tubes inactifs. In the previously described embodiments, the sealing portion seals each at least one end of the inactive tubes completely at a time.
Pour compléter et obtenir une meilleure obturation, il est possible, comme montré sur la figure 6, de prévoir que la partie d'obturation soit munie d'au moins une saillie 60 propre à pénétrer dans l'extrémité d'un tube inactif. To complete and obtain better sealing, it is possible, as shown in Figure 6, to provide that the sealing portion is provided with at least one projection 60 to penetrate into the end of an inactive tube.
Ainsi, dans l'exemple, la partie d'obturation comprend trois saillies 60 qui forment à chaque fois des reliefs en saillie dans chacune des gorges 56 de la partie d'obturation. Thus, in the example, the shutter portion comprises three projections 60 which each form protruding reliefs in each of the grooves 56 of the sealing portion.
Dans les exemples précédents, la partie d'obturation assure à chaque fois complètement la fermeture d'une extrémité de tubes ou de plusieurs extrémités de tubes. In the preceding examples, the closure portion ensures each time completely the closure of one end of tubes or of several ends of tubes.
15 Il est possible aussi, en variante, d'assurer une obturation partielle pour permettre un débit limité du fluide au travers du ou des tubes inactifs. It is also possible, alternatively, to provide a partial closure to allow a limited flow of the fluid through the inactive tube (s).
Ainsi, comme le montre la figure 7, il est possible de 20 prévoir des ouvertures 62 aménagées dans l'épaisseur de la partie d'obturation au niveau de chacune des gorges 54 pour permettre un débit limité du fluide. Thus, as shown in FIG. 7, it is possible to provide openings 62 provided in the thickness of the sealing portion at each of the grooves 54 to allow a limited flow rate of the fluid.
Ces ouvertures seront réalisées sous la forme de trous 25 traversants de dimension calibrée pour permettre un débit partiel du fluide dans chacune des parties du faisceau. These openings will be in the form of through holes of calibrated size to allow a partial flow of the fluid in each of the parts of the beam.
En limitant ainsi le débit du fluide, on diminue par là même l'écart de température entre les deux parties du 30 faisceau, dans la région des tubes inactifs formant barrière thermique. By thus limiting the flow rate of the fluid, the temperature difference between the two parts of the beam is thereby reduced in the region of the inactive heat barrier tubes.
L'invention trouve une application particulière aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles, en 35 particulier aux radiateurs de refroidissement parcourus par un même fluide, mais à deux niveaux de températures 10 différents, qualifiés respectivement de haute température et basse température. The invention has particular application to heat exchangers for motor vehicles, in particular cooling radiators traversed by the same fluid, but at two different temperature levels, respectively qualified high temperature and low temperature.
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