Brevet FR2702042A1 — publié le 19940902

î e - nti 4 con cene un échangeur -e z a'eur, en sar-iu iier pour véhicules =- Lr' le ' co Lecteur et un plateau métalliques à:bes, l prsete un côté primaire et un ccté secondalre, ainsi que des collerettes ou soyages créés par déformation a partir mu matériau du plateau, dans lesquels sont maintenus et etanchéïfiés des tubes, ainsi qu'on le connaît par exemple par le document DE-C 23 25 476. Les échangeurs de chaleur de ce t pe (DE-C 23 65 476) ou aussi DE-A 24 48 332) sont constitués de deux boîtes à eau ou collecteurs entre lesquels sont disposés des tubes garnis d'ailettes et qui sont maintenus e- étanchéifiés dans ce qu'on appelle des collerettes ou soyages d'un plateau métallique à tubes L'étanchéité 13 est réalisée par un évasement mécanique des tubes par rapport aux collerettes du plateau Les collerettes sont créées par poinçonnage-emboutissage ou par estampage à partir de la tôle du plateau, pouvant être fait d'alu- minium ou d'acier ou aussi d'autres métaux. Dans une autre exécution d'échangeurs de chaleur du même type générique, selon les documents DE-A 21 29 096 ou DE-A 19 62 466, un joint en caoutchouc est disposé entre les tubes et les collerettes du plateau et l'étanchéité des tubes par rapport aux collerettes est produite par évasement mécanique. Tandis que les échangeurs de chaleur du type mentionné comportent des tubes dits ronds, c'est-à-dire ayant une section droite circulaire, de même que des collerettes de forme correspondante, on connaît aussi (DE- A 35 05 492 et EP-A O 387 678) des échangeurs de chaleur avec des tubes dits ovales, c'est-à-dire ayant une section droite elliptique ou à peu près elliptique, auquel cas des joints en caoutchouc sont disposés également entre les tubes et les collerettes d'un plateau métallique et les tubes sont également évasés mécaniquement. Touces ces exécutions ont en commun que les zollerectes sont seulement dirigées dans un sens, C-ss- A dire vers le côté air, donc vers le nid d'abeilles ou le faisceau de tubes, ou alors vers le côté eau ou côté liquide, c'est-à- dire vers le col- lecteur ou boîte de distribution. Dans le cadre de l'accroissement de la capa- cité de tels échangeurs de chaleur, il devient neces- saire de placer les tubes, qu'ils soient ronds ou ovales, plus étroitement les uns à côté des autres, c'est-à-dire avec un ecartement aussi faible que pos- sible En procédant de la sorte, on rencontre cependant vite des limites imposées par la fabrication et les matériaux puisqu'il fait respecter une distance minimale entre les parois de deux collerettes afin de pouvoir réaliser les collerettes par déformation à partir plateau. Le but de l'invention est de mettre à dispo- sition des échangeurs de chaleur, du type indiqué au début, ayant une capacité plus élevée et présentant en particulier un écartement plus faible entre les tubes. On obtient ce résultat par le fait que es collerettes voisines ou situées l'une à côté de l'autre sont formées et dirigées alternativement vers le côté air, c'est-à-dire le côté primaire, et vers le côté eau, c'est-à-dire le côté secondaire La distance entre les collerettes peut ainsi être réduite à un minimum Cet avantage se manifeste surtout dans les assemblages entre tubes et plateau comportant un joint en caoutchouc supplémentaire puisque ce joint augmente toujours l'écartement des tubes Les collerettes disposées suivant des sens contraires, conformément à l'invention, sont avantageuses aussi dans les échangeurs de chaleur comportant des tubes ovales dans la zone du nid d'abeilles ou du faisceau de tubes, mais qui sont déformés dans la zone du plateau, c'est-à-dire dans les collerettes, pour avoir une section ronde ou circulaire v.'3 'r par exemple DE-C 30 26 461). L'agencement décrit des collerettes est applicable à des tubes ronds et à des tubes ovales, de même qu'à tous les dispositifs d'étanchéité pouvant être prévus entre les tubes et le plateau Les collerettes peuvent également avoir une section droite elliptique, ovale ou oblongue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la descrip- tion,qui va suivre,de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 montre des collerettes d'un plateau à tubes selon l'état de la technique; la figure 2 montre des collerettes dirigées dans des sens contraires, selon l'invention, avec Un joint d'étanchéité appliqué par vulcanisation; la figure 3 a est une coupe transversale d'un plateau à tubes comportant des collerettes dirigées dans des sens contraires; la figure 3 b est une coupe longitudinale d'un tel plateau, comportant des collerettes dirigées dans des sens contraires;25 la figure 4 a montre un plateau à tubes avec un joint d'étanchéité monté; la figure 4 b montre ce même plateau, mais sans joint; la figure 4 c représente le joint d'étan- chéité seul; et la figure 5 est une vue en perspective du plateau à tubes. La figure 1 représente une partie d'un plateau à tubes selon l'état de la technique, destiné à un échangeur de chaleur, comprenant sur un plateau métal- lique 1 deux collerettes 2 et 3 "dirigées dans le même sens", S aui ont ét formnées dans 'e même sens a san rr du olatelf par une opération que ''or appeile aussi un "so yage" Dans cette écration, le plat eau doit être soutenu entre Les collerettes par une matrice, ce qui implique une certaine distance minimale d entre les deux collerettes 2 et 3 Cette distance d dépend aussi de l'épaisseur du matériau constitutif du plateau puisque cette épaisseur détermine les rayons de raccor- dement Ra et Ri du plan du plateau aux collerettes Une i O couche de caoutchouc 4 a été moulée par injection sur ce fond l à collerettes 2 et 3 conventionnelles. La figure 2 montre une partie d'un plateau 5 selon l'invention avec deux collerettes 6 et 7 dirigées dans des sens contraires et sur lesquelles est moulé par injection, comme sur la partie restante du plateau, un joint en caoutchouc ou en élastomère 8 La collerette 7, devant avoir une section droite circulaire, est donc dirigée vers le haut (sur le dessin) et la collerette 6 est dirigée vers le bas Les deux collerettes pré- sentent, à leurs extrémités tournées vers le plateau à tubes, un rayon de raccordement extérieur R et un rayon a de raccordement intérieur R dont la différence corres- pond à l'épaisseur S du matériau constitutif de la collerette ou du plateau Tandis que, selon l'état de la technique illustré par la figure 1, les collerettes se raccordent chacune par une courbe s'étendant sur 90 au plan du plateau à tubes, de sorte qu'elles forment entre elles une distance d, les collerettes 6 et 7 selon l'invention, montrées par la figure 2, se raccordent directement l'une à l'autre dans la zone de la ligne médiane m, par leurs rayons Ra et Ri respectifs, de sorte qu'on obtient une allure en forme de S des deux coupes longitudinales des collerettes se raccordant l'une à l'autre, avec un point d'inflexion ou d'inver- sion W dans la zone de la ligne médiane m La comparai- son des deux figures I et 2, donc la comparaison entre L' état de la technique et l'invention, fait ressortir Lmmediatement que la distance d est supprimée entre les ollerettes selon l'invention; en d'autres - ermes, l'écartement t des collerettes selon l'invention,:non- trées par la figure 2, a été diminué au moins de la quantité d par rapport à l'écartement T correspondant dans l'état de la technique Cela signifie que les tubes mis en place dans ces collerettes 6 et 7 peuvent etre placés plus près l'un de l'autre et que, par suite, la o 10 capacité de l'échangeur de chaleur est accrue a distance a entre les pourtours extérieurs des cl -2- rettes 6 et 7, donc la distance minimale entre eux collerettes voisines formées suivant des S:- s contraires à partir du plateau, correspond à peu pros i l'épaisseur S du matériau, c'est-à- dire de la -_le plateau dans le dessin, mais cette distance peut ea - ment être ramenée à zéro. Les figures 3 a et 3 b sont respectivement: coupe transversale et une coupe longitudinale - tielle) d'un plateau à tubes pour un échangeur:- chaleur destiné à un véhicule automobile La figure: montre plus exactement une coupe transversale ' -. plateau à tubes 10 de forme rectangulaire, qui compc:" 3 une rainure périphérique 15 recevant un joint d e-:- chéité non représenté et se raccordant à une para- marginale déformable 16 qui ainsi que cela est dans l'état de la technique est disposée autour c base non représentée d'une boîte à eau, de sorte q ' collecteur ou boîte de distribution pour le f I:e d'échange thermique est formé entre la boîte à eau non représentée et le plateau à tubes Ce plateau 10 cm- porte, dans le plan de la coupe montrée, une collerette i 1 formée à partir du plateau vers le côté air 23 'vers le bas) Une autre collerette 14 est indiquée par scn contour au-dessus de la collerette 11 puisqu'elle cst située derrière le plan du dessin et se raccorce directement, conformément à l'invention, à la collerette 11 A côté de ces deux collerettes IL et 14, se trouvent eux autres collerettes '2 et 13, situees egalement _errière le plan du dessin, de sorte qu'elles ne sont Das montrées en coupe Ce plateau à tubes possède donc n ordonnancement de trous, c'est-à-dire une dispcsiticn de collerettes, c 3 mprenant deux rangées parallèles de collerettes mutuellement décalées, l'espacement des deux rangées de tubes (ce que l'on appelle l'écartement transversal) étant désigné par t q Une disposition de collerettes alignées est visible sur la figure 3 b, laquelle montre une coupe longitudinale d'une rangée de collerettes i L 7 et 19 placées l'une à côté de l'autre et formées à partir du plateau 21 dans des sens contraires, c'est-à-dire l'une vers le côté primaire 22 et l'autre vers le Côté secondaire 23 Derrière le plan du dessin, on perçoit les contours d'autres collerettes 18 et 20 L'écartement de deux collerettes voisines, c'est-à-dire la distance entre deux centres de tubes dans la direction longitu- dinale (ce que l'on appelle l'écartement longitudinal) est désigné par t 1 et est plus petit comme expliqué plus haut que dans l'état de la technique Ceci ressort également de la distance a entre les deux -5 collerettes 17/18 et 19/20, distance qui correspond à peu près à l'épaisseur de paroi du plateau 21 dans le mode de réalisation représenté sur le dessin, mais peut également être ramenée à zéro La section droite des collerettes est de préférence circulaire, mais peut aussi être elliptique ou ovale Des tubes sous-dimen- sionnés de manière adéquate sont mis en place dans les collerettes et sont ensuite évasés mécaniquement, métal contre métal ou avec interposition d'un joint d'étan- chéité en caoutchouc, de sorte qu'ils sont ensuite maintenus de façon étanche dans le plateau. La figure 4 a montre la coupe transversale d-'un plateau à tubes portant des collerettes formées dans des sens contraires et sur lequel a été monté un jo nt d'étanchéité en caoutchouc (représenté en partie); le D plateau 30 correspond au mode de réalisation selon la figure 3 a et comporte aussi, selon la figure 4 b, une rainure périphérique 31 qui se termine dans sa partie extérieure par un bord relevé 33 servant à la fixation à une boîte à eau non représentée Dans le plan de coupe O du plateau 30, on a représenté une collerette 32 formée s 7 ers le bas et d'autres collerettes 35, 36 et 37 sont placées derrière le plan de coupe A côté de la colle- rette 32 dans le plan de coupe, le plateau 34 possède une portion plane, ce qui signifie que les colle- rettes sont disposées en quinconce La figure 4 c repré- sente (partiellement} un joint d'étanchéité en caout- chouc 40 possédant dans sa partie extérieure un bourre- let 43 de section circulaire, relié par une lèvre 42 à une jupe 41 Cette jupe de caoutchouc est enfoncée d'en haut, donc à partir du côté liquide, dans la collerette 32, de manière que le bourrelet 43 vienne se placer dans la rainure périphérique 31 du plateau 30 L'ensemble du joint d'étanchéité 40 est réalisé comme une pièce, moulée par injection, qui est d'un seul tenant, c'est- 2 D à-dire qui comprend un bourrelet rond périphérique 43, lequel est relié par la lèvre 42 faisant également tout le tour aux différentes jupes 41 qui sont atta- chées entre elles par des barrettes et sont disposées suivant l'ordonnancement de trous du plateau, _ seulement pour ce qui concerne les collerettes rêvées vers le bas (vers le côté air) Les collerettes 37 et 35 dirigées vers le haut, reçoivent une plaque d'étanchéité séparée, avec des jupes individuelles qui sont enfoncées d'en bas dans ces collerettes Il est cependant possible aussi (bien que cela ne soit pas représenté sur le dessin) de réaliser l'ensemble du dispositif d'étanchéité sous la forme d'une plaque unique montée à part 1 r d'un côté, de préférence du côté eau; dans ce as, les Jupes de caoutchouc, poussées dans les colle- rettes, doivent être conformées différemment, selon le contour des collerettes Il est possible encore de réaliser les joints d'étanchéité en caoutchouc sous la forme de manchons séparés, ressemblant aux jupes 41, qui sont mis en place individuellement dans les collerettes. Les tubes non représentés sont ensuite mis en place dans les jupes ou les manchons de caoutchouc puis évasés mécaniquement. La figure 5 est une vue en perspective d'une partie d'un plateau à tubes 50 selon l'invention, sur laquelle on peut voir quatre collerettes 51, 52, 53 et 54 Ce plateau 50 est donc destiné à un échangeur de chaleur comportant deux rangées de tubes placées l'une derrière l'autre dans le sens d'écoulement de l'aïr -à mutuellement décalées, c'est-à-dire avec une lisc- sition en quinconce des collerettes La première rangée comporte la collerette 54 dirigée vers le côté eau, de même que la collerette 51 dirigée vers le côté air La deuxième rangée contient la collerette 53, dirigée vers le côté eau et disposée en quinconce derrière les deux collerettes 51 et 54, tandis que la collerette 52 restante de la deuxième rangée est dirigée vers le côté air Cette représentation en perspective permet égale- ment de voir que des collerettes voisines 51 et 54, de même que 52 et 53, de chaque fois une rangée, sont orientées dans des sens opposés et se raccordent donc LI-une à l'autre en forme de S L'écartement des tubes de chaque rangée, c'est-à-dire ce qu'on appelle l'écartement_ longitudinal, peut donc être réduit à un minimum, csm e expliqué précédemment. REVENDICATIONS Echangeur de c haleur, en particulier pour -êhiécules automobiles, comprenant un collecteur et n plateau métallique à tubes, qui présente un côté r ae S et un côté secondaire, ainsi que des collerettes ou soyages créés par déformation à partir du matériau du plateau, dans lesquels sont maintenus et étanchéïifiés des tubes, caractérisé en ce que des collerettes voisines I 17, t 19 sont dirigées aiternativement vers le côté primaire f 22) et vers le côté secondaire f 23). 2 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les collerettes sont disposées directement les unes à côté des autres et que les rayons de raccordement (Ra, Ri) de collerette au plan du plateau ( 21), de deux collerettes ( 17, 19) dirigées dans des sens contraires, se raccordent directement l'un à l'autre en forme de S. 3 Echangeur de chaleur selon la revendication i ou 2, caractérisé en ce que la distance minimale a entre les parois extérieures de deux collerettes ( 17, 19) voisines,dirigées dans des sens contraires, est comprise entre zéro et ' épaisseur de paroi S du plateau à tubes ( 21) ou des collerettes ( 17, 19). 4 Echangeur de chaleur selon une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les collerettes ( 17, 18, 19, 20) présentent une section droite ronde ou circulaire. Echangeur de chaleur selon une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les collerettes présentent une section droite elliptique, ovale ou oblongue. 6 Echangeur de chaleur selon une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les tubes sont évasés mécaniquement par rapport aux collerettes. 7 Echangeur de chaleur selon une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que des joints en i O caoutchouc ( 41) sont disposés entre les tubes et Les collerettes ( 32). 3 Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les joints en caoutchouc sont réalisés sous forme de manchons ( 41) et sont mis en place individuellement dans les collerettes. 9 Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les joints en caoutchouc sont réalisés comme des plaques ( 40) d'un seul tenant, sur lesquelles sont formées des jupes ( 41), plaques qui sont disposées des deux cotés sur le plateau à tubes et don- les jupes sont engagées dans les collerettes, ou c Ze n: plaque qui est montée seulement à partir d'un côté. i O Echangeur de chaleur selon la revendication -, caractérisé en ce qu'un élastomère ou du caoutchouc t est moulé par injection sur le plateau à tubes ( 5) as la zone des collerettes ( 6, 7).