Echangeur de chaleur à plusieurs rangées de tubes, en particulier pour véhicule automobile

Abstract

 L'échangeur de chaleur de l'invention comprend un faisceau de tubes parallèles (94) disposés en rangées et dont les extrémités respectives (92) sont reçues dans une plaque collectrice (70) munie de trous (84) éventuellement bordés par des collets (86). Selon l'invention, chaque trou (84) de la plaque collectrice (70) reçoit les extrémités respectives (92) de plusieurs tubes adjacents (94) appartenant à des rangées différentes du faisceau. Le pas (P) compris entre deux tubes appartenant à deux rangées adjacentes peut être ainsi amené à une valeur minimale pour optimiser les performances de l'échangeur de chaleur, pour une largeur minimale de la plaque collectrice.

Description

[0001] L'invention concerne un échangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes parallèles disposés en rangées et présentant des extrémités respectives reçues dans une plaque collectrice munie de trous, lesquels sont entourés éventuellement par des collets.

[0002] De tels échangeurs de chaleur sont utilisés notamment dans les véhicules automobiles à moteur à combustion interne pour assurer soit le refroidissement du moteur, soit le chauffage de l'habitacle. Les tubes du faisceau sont alors parcourus par un fluide servant au refroidissement du moteur, tandis que de l'air circule entre les tubes du faisceau.

[0003] Dans certains cas, les tubes du faisceau possèdent une section non circulaire, en particulier une section aplatie de type ovale, elliptique ou oblongue, de manière à réduire la perte de charge subie par le flux d'air traversant l'échangeur de chaleur et à optimiser les performances thermiques de ce dernier.

[0004] Dans les échangeurs de chaleur connus de ce type, il est prévu autant de trous dans la plaque collectrice que de tubes dans le faisceau, pour que chaque extrémité de tube soit reçue individuellement dans un trou de la plaque collectrice et soit reliée à étanchéité à la plaque collectrice, et en particulier au collet, s'il est présent, qui entoure le trou.

[0005] La plaque collectrice, encore appelée "plaque à trous", est généralement réalisée sous la forme d'une plaque métallique dans laquelle sont aménagés les trous et les collets correspondants. L'étanchéité entre chaque extrémité de tube et le collet correspondant est alors obtenue soit par interposition d'un joint d'étanchéité compressible, soit par brasage direct, le tube étant alors muni d'un plaquage métallique facilement fusible.

[0006] Comme ces échangeurs de chaleur sont formés de plusieurs rangées de tubes, la plaque collectrice doit comprendre aussi plusieurs rangées de trous qui sont séparés entre eux par un entr'axe donné au sein d'une même rangée et par un autre entr'axe donné d'une rangée à l'autre. Il existe ainsi entre deux trous consécutifs de la plaque collectrice une épaisseur de matière qui, pour des raisons de résistance mécanique de la plaque collectrice, ne peut descendre au-dessous d'une valeur minimale, cette valeur minimale étant essentiellement indispensable pour la réalisation de collets dans le cas où la plaque collectrice en comporte.

[0007] Il en résulte qu'il n'est pas possible d'optimiser les dimensions des tubes et des entr'axes et par conséquent les performances thermiques de l'échangeur de chaleur, et cela pour des dimensions données de la plaque collectrice.

[0008] L'invention a notamment pour but de surmonter ces inconvénients.

[0009] Elle propose en conséquence un échangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes parallèles disposés en rangées, et dont les extrémités sont reçues dans une plaque collectrice munie de trous, éventuellement entourés par des collets.

[0010] Selon une caractéristique essentielle de l'invention, chaque trou du collecteur reçoit les extrémités respectives de plusieurs tubes adjacents et en ce que les extrémités de tubes reçues dans un même trou du collecteur sont brasées directement dans ce trou.

[0011] Dans ces conditions, l'entr'axe ou pas des tubes peut être amené à une valeur minimale. On peut ainsi optimiser les performances de l'échangeur de chaleur et cela pour des dimensions minimales de la plaque collectrice.

[0012] Comme chaque trou de la plaque collectrice reçoit les extrémités respectives de plusieurs tubes et qu'il peut en outre être entouré par un collet, la plaque collectrice se trouve ainsi rigidifiée, d'où il résulte une meilleure tenue à la pression.

[0013] Les extrémités des tubes sont aplaties et la section du trou correspond alors à la réunion des sections des tubes.

[0014] Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, chaque trou de la plaque collectrice a une section générale oblongue délimitée par deux côtés parallèles et deux côtés en demi-cercle.

[0015] L'invention s'applique en particulier à une plaque collectrice dont les trous sont munis de collets.

[0016] Dans la description qui suit, donnée seulement à tire d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels:

• la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'un échangeur de chaleur dont les tubes sont brasés sur une plaque collectrice;
• la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne I-I de la figure 1;
• la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 2;
• la figure 4 est une vue à plus grande échelle du détail A de la figure 3; et
• la figure 5 est une vue partielle en coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 4.

[0017] Dans la forme de réalisation des figures 1 à 5, auxquelles on se réfère maintenant, l'échangeur de chaleur comprend une plaque collectrice 70 métallique de forme générale rectangulaire comprenant une âme 72 limitée par deux bords longitudinaux 74 (figure 2). Chacun d'eux comprend une partie 76 qui s'étend à angle droit par rapport au plan de l'âme 72, une partie 78 qui s'étend perpendiculairement à la partie 76 et une partie 80 qui s'étend perpendiculairement à la partie 78 et dont le bord libre forme des pattes repliables 82.

[0018] L'âme 72 ménage une multiplicité de trous allongés 84 de forme oblongue dont la plus grande dimension s'étend perpendiculairement aux deux grands côtés de la plaque collectrice. Chacun des trous 84 est entouré par un collet 86 de forme oblongue délimité par deux bords droits parallèles 88 et deux bords en demi-cercle 90 (figure 3).

[0019] Les trous 84 sont distants deux à deux d'un entr'axe E et chaque trou 84 est prévu pour recevoir les extrémités respectives 92 de deux tubes 94 accolés appartenant à deux rangées adjacentes.

[0020] Dans l'exemple, les tubes 94 sont des tubes plats dont la section est définie par deux bords plats parallèles réunis entre eux par deux bords arrondis semi-circulaires (figure 2). Les deux tubes adjacents 94 sont séparés entre eux d'un pas P (figures 2 et 3). Les extrémités 92 des tubes 94 sont légèrement déformées de manière que chaque extrémités soit limitée par deux bords plats parallèles 96, un bord semi-circulaire 98 et un petit bord plat 100 (figures 3 et 4).

[0021] Ainsi, les deux extrémités 92 reçues dans un même trou 84 sont accolées par leurs petits bords 100, leurs bords respectifs 98 étant opposés.

[0022] Les tubes 94 sont métalliques et pourvus d'un plaquage facilement fusible pour permettre le brasage de deux extrémités 92 à chaque fois dans le collet 86 d'un trou 84.

[0023] Pour réaliser l'assemblage de l'échangeur de chaleur, on forme d'abord un faisceau constitué par une multiplicité de paires de tubes 94 entre lesquels sont disposées des ailettes 102 en forme de sinusoïde (figure 1). Les extrémités 92 de tubes du faisceau sont ensuite introduites par paires dans les trous correspondants 84 de la plaque collectrice 70. Ensuite, les extrémités 92 sont aménagées à la forme représentée à la figure 3 et légèrement évasées en 106, comme montré sur la figure 1, puis on procède au brasage de l'ensemble, en formant un joint de brasage 104 résultant de la fusion de l'alliage métallique recouvrant la paroi des tubes. Ensuite, on dispose un joint annulaire 108 sur toute le pourtour de la plaque collecytrice 70 et on place dans la gorge ainsi obtenue le bourrelet périphérique 112 d'une paroi 110 destinée à former une boîte à eau. Les pattes 82 sont ensuite rabattues comme montré à la figure 2 pour assurer la compression du joint 108 et réaliser une liaison étanche entre la plaque collectrice 70 et la paroi 110.

[0024] Dans la pratique, il est difficile de raccorder directement à angle droit les deux bords plats 96 avec le petit bord plat 100 d'un tube 94 et il existe toujours un bord arrondi 114 de faible rayon (figure 4). Par suite, après introduction des extrémités 92 des deux tubes 94 dans le trou 84 entouré par le collet 86, on devrait normalement obtenir un espace vide entre le collet 86 et les deux bords arrondis 114 des tubes. Cet espace vide serait d'autant plus difficile à combler par la brasure que le rayon de courbure des bords arrondis 114 serait plus grand. Pur éviter cet inconvénient, le trou 84 comporte un bec 116 qui est réalisé sur le collet 96 et qui est propre à s'adapter à la forme des deux bords arrondis 114 des tubes 94. En fait le trou 84 comporte deux becs 116 en vis-à-vis, lesquels sont formés en saillie sur les deux bords 88 du collet 86 pour combler ainsi l'espace formé entre les extrémités 92 des deux tubes adjacents 94.

[0025] Dans les différentes formes de réalisation précitées, l'autre extrémité du faisceau est avantageusement munie d'une plaque collectrice analogue.

[0026] Bien que l'invention ait été décrite en référence à des tubes de section circulaire, il doit être entendu qu'elle s'applique aussi à des tubes de section circulaire à condition de prévoir des trous de forme appropriée dans la plaque collectrice.

[0027] On comprendra que, grâce à l'invention, il est possible de réaliser un échangeur de chaleur avec un pas minimal entre deux tubes de deux rangées adjacentes. Il en résulte des performances optimales pour une largeur minimale de la plaque collectrice tout en améliorant la tenue en pression des tubes.

Revendications

1.- Echangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes disposés en rangées, et dont les extrémités respectives sont reçues dans une plaque collectrice munie de trous, caractérisé en ce que chaque trou (84) de la plaque collectrice (70) reçoit les extrémités respectives (92) de plusieurs tubes adjacents (94) et en ce que les extrémités (92) de tubes adjacents (94) reçues dans un même trou (84) sont brasées directement dans ce trou.

2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités (92) des tubes sont aplaties et en ce que la section du trou (84) correspond à la réunion des sections des extrémités de tubes.

3.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le trou (84) a une section générale oblongue délimitée par deux côtés droits parallèles (88) et deux côtés semi-circulaires (90).

4.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le trous (84) présente des becs (116) en vis-à-vis pour combler l'espace formé entre les extrémités (92) de deux tubes adjacents.

5.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités (84) des tubes (94) appartiennent à des rangées différentes du faisceau.

6.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque trou (84) est muni d'un collet (86).

Dessins