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carbon
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aluminium
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Trou
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Etre
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DANS
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Est-a
(1)
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Physical
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de 0,05 mm
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16 s
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0,2 mm
(1)
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22 s
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28 s
(1)
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40 cm
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5 mm
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3 bars
(1)
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Polymer
(1/ 2)
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Polyethylene
(2)
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Generic
(1/ 1)
[28][_]
oxide
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2511138A1
Family ID 2957233
Probable Assignee Valeo
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
EN Title The invention relates to a finned shell-and-tube heat
exchanger for motor vehicles and a method for producing the same...
FR Title ECHANGEUR DE CHALEUR A AILETTES, EN PARTICULIER POUR VEHICULE
AUTOMOBILE, ET SON PROCEDE DE FABRICATION
Abstract
_________________________________________________________________
The invention relates to a finned shell-and-tube heat exchanger for
motor vehicles and a method for producing the same. In the invention,
the shell of the heat exchanger is formed by stacking fins which have
tube flanges which fit into one another in order to form the tubes.
The tightness of each tube is guaranteed by a continuous internal
coating formed by a plastic foil which is welded at its ends onto the
perforated plates or base plates of the heat exchanger. The invention
also relates in particular to radiators of cooling circuits for
internal combustion engines of motor vehicles.
L'INVENTION CONCERNE UN ECHANGEUR DE CHALEUR A AILETTES POUR VEHICULE
AUTOMOBILE, ET SON PROCEDE DE FABRICATION.
SELON L'INVENTION, LE FAISCEAU DE L'ECHANGEUR EST FORME PAR UN
EMPILEMENT D'AILETTES 20 PRESENTANT DES COLLETS TUBULAIRES 22 EMBOITES
LES UNS DANS LES AUTRES POUR FORMER DES TUBES 40, L'ETANCHEITE DE
CHAQUE TUBE ETANT ASSUREE PAR UN REVETEMENT INTERNE CONTINU FORME D'UN
FILM DE MATIERE PLASTIQUE 46 SOUDE A SES EXTREMITES SUR LES PLAQUES A
TROUS OU EMBASES 14 ET 15 DE L'ECHANGEUR.
L'INVENTION CONCERNE NOTAMMENT LES RADIATEURS DES CIRCUITS DE
REFROIDISSEMENT DE MOTEURS DE VEHICULES AUTOMOBILES.
Description
_________________________________________________________________
Echanqeur de chaleur a ailettes en particulier pour vehicule
automobile.
L'invention concerne un echangeur de chaleur, utilisable notamment
comme radiateur de refroidissement ou de chauffage dans un vehicule
automobile, qui comprend un faisceau de tubes a ailettes et des bottes
a water montees aux extremites de ce faisceau, l'echangeur etant du
type dans lequel le faisceau de tubes est forme par des collets
tubulaires, embottes les uns dans les autres, que presentent des
ailettes.
Dans les echangeurs de ce type, la principale difficulte technique
concerne l'etancheite au fluide des tubes formes par les collets des
ailettes embosses les uns dans les autres.
On a deja propose d'assurer cette etancheite par soudure ou par
collage, mais les procedes connus sont longs et peu commodes a mettre
en oeuvre et ont donc un prix de revient eleve.
L'invention a pour objet un echangeur de chaleur du type indique
ci-dessus, dans lequel les inconvenients de la technique anterieure
sont evites.
Elle propose a cet effet un echangeur de chaleur, caracterise en ce
que chaque tube forme par embottement de collets tubulaires les uns
dans les autres est muni d'un revetement interne assurant l'etancheite
au fluide sur toute la longueur du tube.
Ainsi, selon l'invention, l'etancheite est assuree, non pas a la
jonction ou au chevauchement entre les collets emboites les uns dans
les autres, mais sur la face interne du tube et sur toute la longueur
de celui-ci.
Selon une autre caracteristique de l'invention, ce revetement est un
film tubulaire de matiere plastique, qui est par exemple soude a ses
extremites sur les plaques a trous ou embases montees aux extremites
du faisceau et portant les bottes a water de 11 echangeur.
Cette forme de realisation de l'invention est particulierement
avantageuse du point de vue du cotit.
L'invention propose egalement un procede de fabrication d'un echangeur
de chaleur de ce type, caracterise en ce qu'il consiste a empiler les
unes sur les autres et entre les embases de boItes a water, lesdites a
i 1 e t t e s en emboitant les uns dans les autres les collets
tubulaires de ces plaques pour former le faisceau de tubes, a
introduire dans chacun de ces tubes une gaine tubulaire de matiere
plastique, a l'appliquer etroitement sur la face interne du tube et a
la fixer par ses extremites sur les embases de l'echangeur.
Le procede selon l'invention assure une etancheite satisfaisante de
tous les tubes d'un faisceau d'echangeur de chaleur.
Dans la description qui suit, faite a titre d'exemple, on se refere
aux dessins annexes, dans lesquels la figure 1 est une vue schematique
en plan d'un echangeur de chaleur selon l'invention; la figure 2
represente, a plus grande echelle, une ailette selon l'invention la
figure 3 est une vue de la face- exterieure d'une plaque a trous ou
embase de l'echangeur de chaleur; la figure 4a est une vue en
perspective de l'une des traverses de l'echangeur de chaleur de la
figure 1; les figures 4b et 4c sont des vues en coupe des extremites
de la traverse montee; la figure 5 est une vue en coupe axiale, a
grande echelle, d'un tube d'un faisceau de l'echangeur selon
l'invention; et les figures 6 a 9 sont des vues semblables a la figure
Sa representant schematiquement les diverses etapes du procede selon
l'invention.
On se refere tout d'abord a la figure 1 qui represente en plan un
echangeur de chaleur selon l'invention.
Cet echangeur de chaleur 10 comprend un corps ou faisceau 11 de type a
plaques aux extremites duquel sont montees des bottes a water 12 et 13
par l'intermediaire de plaques a trous ou embases 14 et 15
respectivement. Des traverses 16 s'etendent le long des petits cotes
du faisceau 11 et sont fixees a leurs extremites aux plaques a trous
14 et 15 de maniere a realiser l'assemblage des diverses parties de
l'echangeur 10.
Chaque botte a water 12, 13 presente un embout 17, 18 respectivement,
dont l'un forme la tubulure d'entree de fluide dans l'echangeur et
dont l'autre forme la tubulure de sortie.
Les plaques ou ailettes 20 formant le faisceau 11 de l'echan- geur
sont representees plus en detail dans les figures 2 et 5.
Chaque plaque ou ailette 20 est une plaque plane, de forme
rectangulaire, realisee par exemple en aluminium et ayant une
epaisseur tres faible, par exemple de l'ordre de 0,1 a 0,2 mm. Dans
cette plaque sont perces des trous 21, disposes par exemple selon deux
rangees rectilignes et paralleles, chaque trou 21 etant borde par un
collet cylindrique tubulaire 22 s'etendant perpendiculairement d'un
cote de la plaque 20 et se terminant par une extremite 23 de plus
petit diametre dont le bord interne 24 est arrondi ou incurve
(figure 5). Cette configuration des collets 22 permet de les emboiter
les uns dans les autres sur une certaine hauteur determinant la
distance entre deux plaques 20 consecutives empilees pour former le
faisceau 11.
Des creves 25 sont encore formes dans chaque plaque 20, pour
constituer des persiennes ou analogues, ameliorant la qualite de
l'echange thermique entre le faisceau 11 et le fluide qui le balaie.
L'une des plaques a trous ou embases 14, 15 a ete representee a plus
grande echelle en figure 3. Cette plaque a trous 14 (ou 15) est une
plaque plane, a contour sensiblement rectangulaire, realisee par
exemple en materiau plastique et qui presente egalement deux rangees
de trous 50 presentant une extremite 26 de grand diametre debouchant
sur la face exterieure de la plaque ou embase 14 et une extremite
opposee 27 debouchant sur la face interieure de celle-ci, c'est-adire
da cave du faisceau de tubes 11, qui est de plus petit diametre.
Chaque trou 50 de la plaque a trous ou embase 14 (ou 15) comprend
(figure 5) une partie intermediaire cylindrique circulaire 28
s'epanouissant vers l'extremite 26 selon une surface gauche incurvee
29, et qui est reliee a l'extremite opposee 27 par un elargissement 30
a contour incurve.
Chaque embase ou plaque a trous 14, 15 presente egalement des decoupes
ou decrochements 31, de forme rectangulaire, pratiques dans ses cotes
longitudinaux au voisinage de ses extremites. Ces decrochements 31
sont destines a recevoir des pattes 32 formees aux extremites des
traverses d'assemblage 16 (figure 4a).
Sur la face exterieure de chaque embase 14, 15 est formee une rainure
33 destinee a recevoir le bord de la botte a water correspondante 12,
13. Chaque botte a water peut etre fabriquee egalement en matiere
plastique et etre assemblee par soudure par ultrasons a son embase ou
plaque a trous associee.
Avantageusement, les deux bottes a water 12 et 13 sont identiques, et
les embases ou plaques a trous 14, 15 sont egalement identiques.
Chaque traverse d'assemblage 16 des embases 14, 15 sur les extremites
du faisceau 11 est formee d'une barre plate 35 dont les extremites
longitudinales sont repliees en U pour former des etriers 36 destines
a recevoir, avec interposition d'une garniture 38 d'elastomere ou
analogue, les extremites des plaques a trous ou embases 14, 15. Les
pattes 32 precitees dependent lateralement de ces etriers 36 La barre
plate 35 forme, par exemple par creve, des pattes 37 de fixation de
l'echangeur.
Avantageusement, les traverses 16 sont montees de la facon suivante:
les pattes 32 de l'etrier inferieur 36 de chaque traverse 16 sont
placees dans les decrochements 31 de la plaque a trous inferieure 15
de l'echangeur, de facon a ce que ces pattes 32 soient appliquees a
pression sur les fonds de ces decrochements (figure 4c) ou,en d'autres
termes, que la plaque a trous inferieure 15 soit serree assez
fortement entre ces pattes 32. Par contre (figure 4b, les pattes
laterales 32 dependant de l'etrier superieur 36 de chaque traverse 16
sont simplement introduites dans les decrochements 31 de la plaque a
trous ou embase superieure 14 et permettent un deplacement relatif de
cette plaque a trous par rapport aux traverses 16. Ce montage permet
d'absorber les differences de dilatation et de contraction entre le
faisceau 11 et les traverses 16.
Dans le mode de realisation represente en figure 5, la face inferieure
ou face interne de la plaque a trous 14 est appliquee sur la face
superieure de la premiere ailette 20 dont les collets tubulaires 22
sont emboites, par leurs extremites inferieures 23, dans les trous 21
de l'ailette 20 immediatement inferieure. Les collets 22 de la
derniere ailette 20, ou ailette inferieure, sont emboites par leurs
extremites inferieures 23 dans les trous cylindriques 28 de l'embase
inferieure 15.
On se refere maintenant aux figures 6 a 9 qui representent
schematiquement les diverses phases du procede selon l'invent ion.
Lorsque le faisceau 11 de 11 echangeur a ete constitue par empilement
des plaques 20 les unes sur les autres et embout tement des collets 22
les uns dans les autres, et que les embases ou plaques a trous 14 et
15 ont ete disposees de part et d'autre de ce faisceau 11 et
maintenues en place par les traverses 16 comme represente en figure 1,
on introduit dans chaque tube 40 du faisceau ainsi forme une gaine
tubulaire 41 de materiau plastique, par l'extremite superieure dudit
tube 40.La gaine 41 est preformee et est enfilee de facon sensiblement
etanche sur l'extremite inferieure d'un tube 42 d'amenee d'air chaud
sous pression Chaque tube 42 est associe a une piece formant capot ou
bouchon 43 qui est appliquee autour de l'extremite superieure 26 de
chaque trou de l'embase superieure 14 et qui ferme cette extremite
superieure de facon etanche au moyen d'un joint annulaire d'etancheite
44.
La gaine tubulaire 41 est avantageusement en une matiere plastique
telle que du polyethylene, chargee d'un oxide metallique tel que
l'magnesium oxide ou l'alumine, ou encore du noir de carbon, afin
d'ameliorer notamment sa conductivite thermique et/ou sa rigidite et
sa resistance au fluage.
Cette gaine tubulaire 41 est fermee a son extremite infe rieure 45 et
a une longueur qui est sensiblement egale ou legerement superieure a
celle du faisceau 11. te diametre de cette gaine 41 est bien
evidemment inferieur au diametre de la partie la plus etroite de
chaque tube 40, c'est-a-dire de l'extremite inferieure 23 de chaque
collet 22. Pour fixer les idees, on indiquera, a titre d'exemple, que
la longueur d'une gaine 41 peut etre de l'ordre de 30 a 40 cm et son
diametre de 3 a 4 ou 5 mm.
Le procede selon l'invention consiste ensuite a amener de l'air chaud
sous pression a l'interieur de chaque gaine 41 par les tubes 42. Sous
l'effet de cette amenee d'air chaud, la gagne 41 se dilate et se
deforme de facon a venir s'appliquer etroitement sur la face interne
de chaque tube 40
(figure 7) et former ainsi un film de revetement continu 46 sur toute
la surface interne du tube 40. L'air chaud amene par le tube 42 peut
etre a une pression de l'ordre de 2 a 3 bars, sa temperature peut etre
de 1200C (et peut varier en fonction de la matiere plastique
utilisee), l'epaisseur finale du film de revetement 46 sur les parois
internes des tubes 40 etant par exemple de l'ordre de 0,05 mm.
A son extremite inferieure, chaque gaine 41 a ete soutenue par un
support de facon a s'appliquer sur l'epanouissement 29 de chaque trou
de l'embase inferieure 15. Cette extremite inferieure reste neanmoins
fermee comme indique en figure 7.
A son extremite superieure, la gaine 41 reste dans un premier temps
appliquee de facon etanche autour de l'extremite inferieure du tube 42
puis, dans un second temps, se libere de l'extremite inferieure dudit
tube en raison de l'amenee de l'air chaud sous pression et va
s'appliquer etroitement sur l'epanouissement 29 du trou de l'embase
superieure 14.
L'amenee d'air chaud sous pression est alors stoppee (sa duree totale
d'action etant de l'ordre de quelques secondes) puis les tubes 42 et
les pieces annulaires 43 sont ecartees de l'embase superieure 14
(figure 8).
L'etape suivante, representee en figure 9, consiste a fixer les
extremites epanouies de chaque film de revetement 46 sur les parties
d'epanouissement 29 des embases 14 et 15.
Pour cela, des enclumes chauffantes 47, presentant des surfaces
concaves 48 de forme appropriee, -sont appliquees sur les extremites
du revetement 46 pour les souder sur les parties epanouies 29 des
trous des embases 14 et- 15 et reaiiser-1'etan- cheite. En meme temps
que l'enclume inferieure 47 realise le soudage de l'extremite
inferieure d'un revetement 46, elle realise aussi l'ouverture de cette
extremite inferieure.
Il est avantageux que les plaques a trous ou embases soient en matiere
plastique, avantageux car cela facilite la soudure du revetement 46
sur les parties epanouies 29 des trous desdites embases.
Dans l'echangeur selon 11 invention, chaque tube du faisceau est forme
par emboitement de collets tubulaires cylindriques les uns dans les
autres et par disposition d'un revetement continu etanche sur la face
interne du tube. Ce revetement resiste au fluide (par exemple au
liquide) qui circule dans les tubes de l'echangeur, resiste egalement
aux variations de pression et de temperature ainsi qu'aux dilatations
et contractions du faisceau.
Le procede selon l'invention permet une automatisation de la
fabrication de l'echangeur de chaleur.
Claims
_________________________________________________________________
Revendications.
1. Echangeur de chaleur, tel qu'un radiateur d'un circuit de
refroidissement de moteur a combustion interne, comprenant un faisceau
de tubes a ailettes et des boites a water montees aux extremites du
faisceau par l'intermediaire de plaques a trous ou embases, dans
lequel le faisceau est forme par un empilement d'ailettes presentant
des collets tubulaires emboites les uns dans les autres pour former
les tubes, caracterise en ce que chaque tube (40) ainsi forme est muni
d'un revetement interne (46) assurant l'etancheite au fluide sur toute
la longueur dudit tube.
2. Echangeur selon la revendication 1, caracterise en ce que le
revetement interne (46) est de forme tubulaire continue ouverte a ses
extremites et est fixe auxdites extremites sur les plaques a trous ou
embases (14, 15) des boites a water.
3. Echangeur selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que le
revetement (46) est un film tubulaire de matiere plastique, par
exemple soude a ses extremites sur lesdites plaques a trous ou embases
(14, 15).
4. Echangeur selon la revendication 3, caracterise en ce que la
matiere plastique est du polyethylene, comprenant par exemple une
charge d'alumine, d'magnesium oxide ou de noir de carbon.
5. Echangeur selon la revendication 3 ou 4, caracterise en ce que le
revetement a une epaisseur de l'ordre de 0,05 mm.
6. Echangeur selon l'une des revendications precedentes, caracterise
en ce que les trous (50) des plaques a trous ou embases (14, 15) sont
a partie intermediaire (28) cylindrique et a extremites epanouies ou
elargies (26, 27).
7. Echangeur selon l'une des revendications precedentes, caracterise
en ce que les deux plaques a trous ou embases (14,15) sont identiques
et par exemple en matiere plastique.
8. Procede de fabrication d'un echangeur de chaleur selon l'une des
revendications precedentes, caracterise en ce qu'il consiste a empiler
les unes sur les autres et entre les plaques a trous ou embases (14 et
15) lesdites ailettes (20) en emboitant les uns dans les autres les
collets tubulaires (22) de ces ailettes pour former le faisceau (11)
de tubes (40), a introduire dans chacun des tubes (40) une gagne
tubulaire (41) de matiere plastique, a l'appliquer etroitement sur la
face interne du tube (40) et a fixer ses extremites sur les plaques a
trous ou embases (14, 15) de 1 echangeur.
9. Procede selon la revendication 8, caracterise en ce qu'on place
dans les tubes (40) des gaines (41) fermees a leur extremite
inferieure et on amene de l'air chaud sous pression dans ces gaines
pour les appliquer etroitement sur les parois internes des tubes.
10. Procede selon la revendication 9, caracterise en ce que chaque
gaine (41) de matiere plastique est enfilee a etancheite, par son
extremite ouverte, sur un embout ou conduit (42) d'amenee d'air chaud
sous pression.
11. Procede selon la revendication 10, caracterise en ce que ledit
embout ou conduit (42) est associe a un capot (43) assurant une
fermeture etanche de l'extremite superieure du tube (40) du faisceau
dans lequel est introduite la gaine (41) de matiere plastique.
12. Procede s#elon l'une des revendications 8 a 11, caract and rise en
ce que les extremites des gaines (41) sont fixees par soudage sur les
parois (29) des trous de l'embase (14, 15) formant les debouches des
tubes (40) dans les bottes a water.
13. Procede selon la revendication 12, caracterise en ce qu'on ouvre
l'extremite fermee de chaque gaine (41) en meme temps qu'on la soude
sur l'embase (15) correspondante.
14. Procede selon l'une des revendications 8 a 13, caracterise en ce
que chaque gaine (41) a une longueur sensiblement egale a celle du
tube correspondant du faisceau (11).
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