Brevet FR2577664A1 — publié le 19860822

L'invention se rapporte à un échangeur de cha- leur, notamment pour véhicules automobiles, comprenant un fond tubulaire en matière plastique qui présente une pluralité de bossages dans lesquels se trouvent des ou- vertures destinées à recevoir les tubes de l'échangeur de chaleur, chaque ouverture présentant, dans la direc- tion axiale, un segment central qui présente la section d'ouverture minimum, au moins approximativement constan- te et, des segments d'extrémités qui font suite à ce seg- ment central et dont la section s'évase. On connaît déjà par la demande de brevet de la R.F.A. publiée sous le n 32 47 502 un échangeur de cha- leur comprenant un réservoir réalisé en matière plasti- que ainsi qu'un fond tubulaire réalisé en matière plasti- que. Le fond tubulaire présente, sur une face, une plura- lité de bossages dans lesquels se trouvent des ouvertu- res destinées à recevoir les tubes de l'échangeur de cha- leur. Dans cette construction, les ouvertures peuvent être divisées axialement en plusieurs segments, le seg- ment central présentant une section constante. Dans l'agencement connu, on peut également avoir la possibili- té de prévoir de chaque côté du segment central, des seg- ments d'extrémités dont la section s'évase. Les tubes sont fixés dans les ouvertures dans la direction radiale par élargissement, c'est-à-dire par pression. Le but de l'invention est de perfectionner un échangeur de chaleur du genre en question de manière que, dans l'exécution de la fixation et du montage étan- che des tubes de l'échangeur de chaleur dans le fond tu- bulaire, on puisse faire agir de plus grandes forces de pression, obtenir une répartition plus favorable des for- ces de pression et éviter le gauchissement du fond tubu- laire par rapport au plan général de ce fond. Selon l'in- vention, ce problème est résolu dans un échangeur de cha- leur du genre en question par le fait que les bossages sont disposes sur les deux faces du fond tubulaire et s'étendent de part et d'autre des ouvertures, l'un en sens inverse de l'autre, le total de la hauteur des deux bossages disposés dans la région d'une même ouverture et de l'épaisseur du fond tubulaire comprise entre ces bos- sages représentant à peu près 1,8 fois à 2,5 fois la sim- ple épaisseur du fond tubulaire, mesurée en dehors des bossages, et l'un des bossages possédant au maximum une hauteur double de celle du bossage opposé, en ce que la longueur axiale du segment central des ouvertures est au minimum égale à la simple épaisseur du fond tubulaire et au maximum égale au double de cette simple épaisseur et en ce que les évasements des ouvertures des deux seg- ments terminaux sont des cônes possédant des angles d'ou- verture orientés l'un en sens inverse de l'autre. Le fait que les bossages sont disposés sur les deux faces du fond tubulaire permet d'obtenir une ré- partition optimale des masses, de sorte que le centre de gravité du fond tubulaire se trouve à peu près au milieu de l'épaisseur du fond tubulaire et, par conséquent, dans le plan médian de ce fond. Comparativement à l'agen- cement connu, on obtient par ailleurs l'avantage consis- tant en ce que, maintenant, la force de pression maxima- le ne se présente plus à l'extrémité côté eau des ouver- tures mais que, au contraire, la force de pression est absorbée par une surface latérale possédant une grande extension axiale dans le segment central des ouvertures. Ceci donne une allure très avantageuse à la courbe de ré- partition des contraintes sur la longueur axiale des ou- vertures, de sorte que la répartition plus favorable de la contrainte de compression dans l'ensemble du fond tu- bulaire permet d'utiliser de plus grandes forces de pres- sion. Selon un perfectionnement avantageux de l'objet de l'invention, la longueur axiale du segment central des ouvertures représente 1,6 à 1,8 fois l'épaisseur nor- male du fond tubulaire. De cette façon, le segment cen- tral, qui est sollicité par la contrainte de pression maximum, possède une longueur axiale suffisante mais non pas inutilement grande. Pour que cette région s'étende à peu près également de part et d'autre du plan médian du fond tubulaire et pour qu'on puisse atteindre une répar- tition particulièrement avantageuse des masses de part et d'autre du plan médian du fond tubulaire, il est souhaitable que la hauteur des bossages qui se trouvent sur la face qui est à l'opposé du bloc de l'échangeur de chaleur représente 1 à 1,5 fois la hauteur des bossages qui se trouvent sur la face dirigée vers le bloc de l'échangeur de chaleur. Pour des raisons de technique de fabrication, il est avantageux que le segment central forme un cône qui s'élargit vers le bloc échangeur de chaleur, avec un angle d'ouverture de 1 à 3 . Ceci facilite le démoulage au moment de l'éjection du fond tubulaire de son moule, et favorise l'emmanchement du tube dans l'ouverture du fond tubulaire. Comme mesure pour l'autocentrage du tube lors de l'introduction dans l'ouverture du fond tubulai- re, on donne une configuration conique au segment d'ex- trémité adjacent au bloc de l'échangeur de chaleur, l'an- gle d'ouverture du cône étant d'environ 15 . Selon un perfectionnement avantageux de l'objet de l'invention, le segment d'extrémité qui est à l'oppo- sé du bloc de l'échangeur de chaleur forme un cône d'un angle d'ouverture d'environ 10 o Pour que la contrainte de compression atteigne la valeur C = O exactement à l'extrémité de l'ouverture, il est avantageux que le dia- mètre mesuré à l'extrémité extérieure du cône soit égal au diamètre extérieur du tube d'échangeur de chaleur fixé dans l'ouverture. Pour obtenir un rapport favorable entre le segment central et les segments terminaux, il est avantageux que la longueur axiale de chaque segment d'extrémité représente environ 1/7 de la longueur axiale totale de l'ouverture. Il est par ailleurs avantageux 4 - -2577664 que le tube de l'échangeur de chaleur émerge au-delà du fond tubulaire sur la face qui est à l'opposé du bloc de l'échangeur de chaleur, plus précisément, sur une lon- gueur qui correspond au moins à la longueur axiale du segment d'extrémité. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit de façon plus détaillée dans la suite en regard du dessin, sur lequel, la figure 1 est une coupe d'un fond tubulaire et d'une partie du bloc d'ailettes de tubes d'un échan- geur de chaleur; la figure 2 est une représentation agrandie de la configuration des bossages et de l'ouverture dans le fond tubulaire; la figure 3 représente un agencement selon la figure 2, avec un tube d'échangeur de chaleur fixé dans l'ouverture; la figure 4 est un diagramme des contraintes montrant la répartition de la contrainte de compres- sion. La figure 1 représente un détail d'un bloc d'échangeur de chaleur 1 qui est composé de tubes 2 de l'échangeur de chaleur et d'ailettes 3 disposées trans- versalement à ces tubes. Les extrémités 2* du tube 2 de l'échangeur de chaleur sont contenues dans les ouvertu- res 4 d'un fond tubulaire 5 qui est fait d'une matière plastique, de préférence, d'un polypropylène ou d'une po- lyamide renforcé de fibres de verre. Les tubes 2 de l'échangeur de chaleur sont fixés dans le fond tubulaire 5 par élargissement. Les détails de la configuration des ouvertures 4 sont indiqués plus bas en regard de la figu- re 2. Dans la région de chacune des ouvertures 4, le fond tubulaire 5 présente deux bossages 6 et 7 dirigés l'un en sens inverse de l'autre, de sorte que le fond tu- bulaire 5 est d'une configuration beaucoup plus épaisse dans la région des ouvertures 4 que dans la région com- 2577664 prise entre les bossages, o le fond tubulaire 5 possède son épaisseur normale. On a désigné par la référence 8 le milieu géomé- trique, c'est-à-dire la ligne centrale ou le plan médian compris entre le plan supérieur 9 du fond tubulaire et le plan inférieur 10 de ce fond tubulaire. Dans la ré- gion marginale du fond tubulaire 5, est prévue une surfa- ce d'assemblage 11 destinée à recevoir un réservoir d'eau non représenté sur le dessin. La figure 2 montre une coupe d'une partie d'un fond tubulaire 5 qui présente un bossage 6 dirigé vers le haut sur le dessin et un bossage 7 dirigé vers le bas. Le fond tubulaire 5 possède une épaisseur normale h1 dans la région située en dehors des bossages 6 et 7 tandis que, dans la région des bossages 6 et 7, on at- teint une épaisseur totale hges qui se compose de l'épaisseur normale hl, de la hauteur h6 du bossage 6 et de la hauteur h7 du bossage 7. Dans l'exemple de réalisa- tion sur la figure 2, l'épaisseur totale -hges représente environ 2,2 fois l'épaisseur normale hi du fond tubulai- re 5. Dans la partie du fond tubulaire 5 qui est ren- due plus épaisse par les bossages 6 et 7, est disposée une ouverture 4 qui comprend un segment central 14 ainsi que des segments d'extrémités 15 et 16. Le segment cen- tral 14 de l'ouverture s'étend sur une longueur axiale h2 et possède une section d'ouverture Dl au moins ap- proximativement constante, la surface latérale du seg- ment central pouvant être cylindrique ou légèrement coni- que, comme on le montre sur la figure 2. Dans ce dernier cas, l'angle d'ouverture co est d'environ 1 , de sorte que la section Dl de l'ouverture ne varie que de façon insignifiante dans le segment central 14. La configura- tion légèrement conique du segment central 14 est essen- tiellement prévue pour faciliter le démoulage du fond tu- bulaire 5 de son moule. 257?664 Le segment d'extrémité 15 prévu dans le bossage 6 forme un cône qui se rétrécit vers le segment central 14, l'angle I de ce cône étant d'environ 10 . Alors que le segment d'extrémité 15 part du diamètre minimum D1 du segment central 14, le segment d'extrémité 15 présente un diamètre agrandi D2 au bord supérieur du bossage 6. Le segment d'extrémité 15 possède une longueur axiale h4 qui représente environ 1/7 de l'épaisseur totale hges. A l'autre extrémité de l'ouverture 4, se trouve le segment d'extrémité 16 qui est également de configuration coni- que, l'angle d'ouverture du cône étant toutefois in- verse de celui du segment d'extrémité 15 et possédant une valeur d'environ 15 . L'ouverture 4 présente son dia- mètre maximum D4 au niveau du bord extérieur du bossage 7. La longueur axiale h5 du segment d'extrémité 16 repré- sente 1/7 de l'épaisseur totale hges, de sorte que les longueurs axiales des deux segments d'extrémités 15 et 16 sont identiques. La figure 3 montre une coupe d'un fond tubulai- re 5 selon la figure 2, avec un tube d'échangeur de cha- leur 2 fixé dans l'ouverture 4. Le tube 2 de l'échangeur de chaleur est engagé de bas en haut dans l'ouverture 4 du fond tubulaire 5 - vu sur le dessin - et il est emman- ché suffisamment loin pour que l'extrémité du tube de l'échangeur de chaleur déborde au-delà du bossage 6. La fixation du tube 2 de l'échangeur de chaleur dans l'ou- verture 4 du fond tubulaire 5 s'effectue par élargisse- ment, c'est-à-dire par déformation radiale; dans cette opération, on produit dans le segment central 14 de l'ou- verture 4, en raison de la section constante ou à peu près constante, une force de pression qui est uniforme sur toute la longueur axiale du segment central 14. L'élargissement du tube 2 de l'échangeur de chaleur s'ef- fectue à un degré calculé pour que l'extrémité 2* du tu- be de l'échangeur de chaleur qui déborde au-delà du bos- sage 6 possède un diamètre D3 qui correspond exactement -7 au diamètre D2 mesuré à l'extrémité extérieure du seg- ment terminal 15. La figure 4 représente un diagramme de la varia- tion de la contrainte de compression, sur lequel on a porté les valeurs de la contrainte de compression T sur la longueur axiale du perçage 4, qui est formée des lon- gueurs partielles h2, h4 et h5. Dans la partie gauche de la figure 4, on a représenté pour faciliter la compréhen- sion, le profil de l'ouverture 4 dans le fond tubulaire 5 et le tube 2 fixé dans l'ouverture 4. Dans la partie droite de la figure 4, on a tracé le diagramme de la va- riation de la contrainte de compression T dans les seg- ments 15, 14 et 16 de l'ouverture 4. Ainsi qu'il ressort de ce diagramme, le cône du segment d'extrémité 15 est choisi de manière à obtenir une croissance régulière, en commençant par là valeur = 0 au bord supérieur du bossage 6 pour atteindre la valeur qimax à la jonction entre le segment d'extrémité et le segment central 14, c'est-à-dire à l'endroit de la section minimum de l'ouverture 4. Si le segment cen- tral 14 présente une section constante sur sa longueur axiale, la courbe des contraintes correspond à la ligne dessinée en traits continus sur le diagramme dans la ré- gion du segment central 14. Dans ce cas, en raison de l'élargissement de la section dans le segment d'extrémi- té 16, il se produit une décroissance très raide de la contrainte de compression î, jusqu'à la valeur - = 0, qui est déjà atteinte à l'intérieur de ce segment d'ex- trémité et non pas seulement au niveau de son bord exté- rieur, en raison du plus grand angle d'ouverture Y du c6ne formé dans le segment d'extrémité 16. Si, comme on l'a représenté sur la figure 2, le segment central 14 présente une légère conicité, c'est-à- dire un léger angle d'ouverture d, on obtient une cour- be de contrainte qui correspond à la ligne en traits in- terrompus sur le diagramme. En raison de la faible varia- tion de la section observée en direction du segment d'ex- trémité 15, on observe une réduction de la contrainte de compression mais cette réduction n'a qu'une influence in- signifiante et n'entraIne aucune détérioration de la -so- lidité et de l'étanchéité de la liaison entre le tube 2 et le fond tubulaire 5. R E V E N D I C A T I ONS 1 - Echangeur de chaleur, notamment pour-véhicu- les automobiles, comprenant un fond tubulaire en matière plastique qui présente une pluralité de bossages dans lesquels se trouvent des ouvertures destinées à recevoir les tubes de l'échangeur de chaleur, chaque ouverture présentant, dans sa direction axiale, un segment central qui présente la section d'ouverture minimum, au moins ap- proximativement constante, et des segments d'extrémités qui font suite à ce segment central et dont la section s'évase, caractérisé en ce que les bossages (6, 7) sont disposes sur les deux faces du fond tubulaire (5) et s'étendent de part et d'autre des ouvertures (4) l'un en sens inverse de l'autre, le total (hges) de la hauteur des deux bossages (6, 7) disposés dans la région d'une même ouverture (4) et de l'épaisseur du fond tubulaire compris entre ces deux bossages représentant à peu près 1,8 à 2,5 fois la simple épaisseur (hl) du fond tubulai- re mesurée en dehors des bossages (6, 7) et l'un des bossages (6, 7) possédant au maximum une hauteur double de celle du bossage oppose, en ce que la longueur axiale (h2) du segment central (14) des ouvertures (4) est au minimum égale à la simple épaisseur (hl) du fond tubulai- re et au maximum égale au double de cette simple épais- seur, et en ce que les évasements des ouvertures (4) des deux segments terminaux (15) sont des cônes possédant des angles d'ouverture (ba) orientés l'un en sens in- verse de l'autre. 2 - Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur axiale (h2) du seg- ment central (14) des ouvertures (4) est égale à 1,6 à 1,8 fois la simple épaisseur (hl) du fond tubulaire. 3 - Echangeur de chaleur selon l'une des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que la hauteur (h6) des bossages (6) situés sur la face qui est à l'opposé 2577664 du bloc (1) de l'échangeur de chaleur représente 1 à 1,5 fois la hauteur (h7) des bossages (7) qui se trouvent sur la face dirigée vers le bloc (1) de l'échangeur de chaleur. 4 - Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le segment central (14) forme un cône qui s'élargit vers le bloc (1) de l'échangeur de chaleur avec un angle d'ouver- ture (0d) de 1 à 3 . 5 - Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le segment d'extrémité (16) adjacent au bloc (1) de l'échan- geur de chaleur forme un cône possédant un angle d'ouver- ture (1) d'environ 15 . 6 - Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le segment d'extrémité (15) qui est le plus éloigné du bloc (1) de l'échangeur de chaleur forme un cône possédant un angle d'ouverture ( 7 - Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diamètre (D1) mesuré à l'ex- trémité extérieure du cône est égal au diamètre exté- rieur (D2) du tube (2) de l'échangeur de chaleur qui est fixé dans l'ouverture (4). 8 - Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur axiale (h4, h5) de chaque segment d'extrémité (15, 16) représente environ 1/7 de la longueur axiale to- tale de l'ouverture (4). 9 - Echangeur de chaleur selon la revendicatio3 8, caractérisé en ce que le tube (2) de l'échangeur de chaleur déborde au-delà du fond tubulaire (5) sur la fa- ce qui est à l'opposé du bloc (1) de l'échangeur de cha- leur, et plus précisément sur une longueur (h3) qui cor- respond au moins à la longueur axiale (h4) du segment d'extrémité (15).