EP0501855A1

EP0501855A1 - Echangeur de chaleur du type à serpentin

Info

Publication number: EP0501855A1
Application number: EP92400450A
Authority: EP
Inventors: Michel Potier
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1991-02-26
Filing date: 1992-02-20
Publication date: 1992-09-02
Anticipated expiration: 2012-02-20
Also published as: FR2673275A1; EP0501855B1; DE69201143D1; FR2673275B1; DE69201143T2; US5224537A

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour le raccordement d'un échangeur de chaleur (10) comportant un faisceau de tubes (12,12') en épingle reliés par des crosses et traversant une multiplicité d'ailettes (22) ainsi qu'une plaque d'extrémité (24). Le dispositif comprend un bloc de raccordement (32) muni d'un organe de liaison (46) à la tubulure (36) et ménageant un logement de réception (54,54') pour l'emboîtement étanche de la ou chaque extrémité (34,34') du tube à raccorder, ainsi que des moyens de fixation (64) pour solidariser le bloc de raccordement sur la plaque d'extrémité de l'échangeur de chaleur. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un dispositif de raccordement d'un échangeur de chaleur, du type à serpentin, à une tubulure de circulation de fluide.
Elle s'applique en particulier au raccordement d'un condenseur, propre à faire partie d'une installation de climatisation d'un véhicule automobile, à une tubulure d'entrée ou de sortie faisant partie d'un circuit de circulation d'un fluide frigorigène.
Les échangeurs de chaleur du type à serpentin comprennent habituellement un faisceau de tubes en épingle, encore appelés tubes en U, qui sont reliés entre eux par des crosses et qui traversent une multiplicité d'ailettes parallèles. L'ensemble d'ailettes est muni d'au moins une plaque d'extrémité qui est également traversée par les tubes en épingle.
Dans les échangeurs de chaleur de ce type, l'un au moins des tubes en épingle comporte une extrémité qui dépasse de la plaque d'extrémité et qui est propre à être raccordée à la tubulure de circulation de fluide.
La plaque d'extrémité est généralement constituée par une âme qui s'étend parallèlement aux ailettes et qui comprend deux bords tombés dirigés soit du côté des ailettes, soit du côté opposé. Cette plaque d'extrémité sert essentiellement au maintien de l'échangeur de chaleur et/ou à la fixation d'accessoires, par exemple à la fixation d'une patte de support de la tubulure.
Dans les échangeurs de chaleur connus de ce type, les crosses sont brasées par ultrasons ou bien serties sur les extrémités des tubes en épingle.
La plupart des échangeurs de chaleur de ce type comprennent deux serpentins, la tubulure étant alors reliée aux extrémités respectives de deux tubes du faisceau. La tubulure est alors composée de trois parties préalablement assemblées par brasage, à savoir un raccord fileté, un tube intermédiaire et deux tubes secondaires reliés respectivement aux deux tubes du faisceau. Le raccordement des deux tubes secondaires aux deux tubes du faisceau de l'échangeur est réalisé soit par brasage, soit au moyen de bagues de serrage particulières.
Un tel raccordement est complexe à réaliser, même dans le cas où la tubulure ne se raccorde qu'à un seul tube du faisceau. De plus, le départ de la tubulure ne peut se faire que dans l'axe des tubes du faisceau.
L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients précités.
Elle propose, à cet effet, un dispositif de raccordement, tel que défini en introduction, qui comprend un bloc de raccordement muni d'un organe de liaison à la tubulure et ménageant un logement de réception pour l'emboîtement étanche de la ou chaque extrémité de tubes à raccorder, ainsi que des moyens de fixation pour solidariser le bloc de raccordement sur la plaque d'extrémité de l'échangeur de chaleur.
On obtient ainsi un dispositif de raccordement de structure beaucoup plus simple que les dispositifs antérieurs, puisqu'il comprend simplement un bloc qui est emboîté sur la ou chaque extrémité de tubes à raccorder, qui est muni d'un organe de liaison à la tubulure et qui est fixé sur la plaque d'extrémité de l'échangeur de chaleur.
En outre, l'organe de liaison à la tubulure peut adopter toute orientation voulue, en fonction de chaque utilisation particulière.
L'invention s'applique tout particulièrement à un échangeur de chaleur défini précédemment, dans lequel la plaque d'extrémité comprend une âme s'étendant parallèlement aux ailettes et munie de deux bords tombés s'étendant perpendiculairement à l'âme.
Selon l'invention, les moyens de fixation précités comportent des vis, rivets ou analogues traversant les bords tombés de la plaque d'extrémité.
Dans le cas où les deux bords tombés de la plaque d'extrémité sont tournés du côté opposé aux ailettes de l'échangeur de chaleur, les deux bords tombés forment, avec l'âme, un logement de réception pour le bloc de raccordement, ce dernier comportant deux faces parallèles opposées propres à être maintenues entre les deux bords tombés de la plaque d'extrémité.
Dans le cas où les deux bords tombés de la plaque d'extrémité sont tournés du côté des ailettes de l'échangeur de chaleur, l'invention prévoit que le bloc de raccordement comprend deux rebords espacés propres à venir coiffer respectivement les deux bords tombés de la plaque d'extrémité.
L'invention peut s'appliquer également à un échangeur de chaleur dans lequel la plaque d'extrémité est, comme enseigné par le brevet français n° 2 509 031, une plaque de serrage munie de trous propres à assurer le sertissage des crosses sur les tubes en épingle.
Selon l'invention, la plaque comporte alors un logement de réception pour le bloc de raccordement.
Avantageusement, cette plaque est moulée, par exemple en matière plastique, et le logement de réception est venu de moulage avec la plaque.
Ce logement de réception est avantageusement délimité par une paroi cylindrique qui dépend de la plaque et qui est muni d'un filetage extérieur, les moyens de fixation du bloc de raccordement comprenant un écrou de retenue propre à être vissé sur le filetage de la paroi et comportant un orifice de passage de la tubulure.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le bloc de raccordement comporte un logement pour l'emboîtement de la tubulure et l'écrou de retenue comporte un épaulement annulaire entourant l'orifice de passage et propre à prendre appui sur un bourrelet de la tubulure.
L'écrou de retenue sert d'une part au maintien du bloc de raccordement dans son logement et, d'autre part, à l'emboîtement de la tubulure sur ce bloc de raccordement.
Avantageusement, le logement de réception du bloc de raccordement comporte au moins un évidement propre à recevoir l'extrémité d'un tube à raccorder, avec interposition d'un joint annulaire d'étanchéité.
Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur à serpentin, muni d'au moins un dispositif de raccordement tel que défini précédemment.
Dans la description qui suit, donnée seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :

la figure 1 est une vue partielle, en élévation, d'un échangeur de chaleur à serpentin muni d'un dispositif de raccordement selon l'invention ;
la figure 2 est une vue partielle de dessus de l'échangeur de chaleur de la figure 1, la tubulure de raccordement étant enlevée ;
la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2 ;
la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3 ;
la figure 5 est une vue en coupe, analogue à celle de la figure 3, dans une seconde forme de réalisation de l'invention ;
la figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 5 ;
la figure 7 est une vue de dessus, analogue à celle de la figure 2, dans une troisième forme de réalisation de l'invention ;
la figure 8 est une vue en coupe suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7 ; et
la figure 9 est une vue en coupe suivant la ligne IX-IX de la figure 7.

On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui montre un échangeur de chaleur 10, du type à serpentin, comportant un faisceau de tubes en épingle 12, encore appelés tubes en U, reliés entre eux par des crosses 14 de forme générale semi-circulaire. Chaque tube en épingle 12 est réalisé d'une seule pièce à partir d'un tronçon de tube de section circulaire qui est cintré, de manière appropriée, pour former deux parties rectilignes 16, parallèles entre elles, reliées par une partie semi-circulaire 18. Chacune des parties rectilignes 16 se termine par une extrémité 20 de forme évasée. Chacune des crosses 14 est emmanchée et brasée, par exemple aux ultrasons, dans les extrémités respectives 20 de deux tubes 12 adjacents.
Les parties rectilignes 16 des tubes 12 traversent une multiplicité d'ailettes 22 qui s'étendent parallèlement entre elles et perpendiculairement à la direction des parties rectilignes 16.
L'ensemble des ailettes 22 est complété, à l'une au moins de ses extrémités, par une plaque d'extrémité 24 comportant une âme 26 qui s'étend parallèlement aux ailettes 22 et qui est traversée par les parties rectilignes 16 des tubes 12.
L'âme 26 se prolonge par deux bords tombés 28 qui s'étendent perpendiculairement à l'âme 26 et qui sont tournés du côté des ailettes 22. L'âme 24 comporte en outre deux autres bords tombés 30, de plus faible longueur que les bords 28, situés du côté gauche de l'échangeur de chaleur 10 sur la figure 1. Les bords 30 sont tournés du côté opposé aux ailettes 22 pour servir de réceptacle à un bloc de raccordement 32 (figures 1 à 4) qui sera décrit en détail plus loin.
Dans l'exemple, l'échangeur de chaleur 10 comprend une première nappe de tubes 12 dont les parties rectilignes 16 sont situées dans un même plan et reliées deux à deux par des crosses 14, ce qui permet de définir un premier serpentin. L'échangeur de chaleur 10 comprend en outre une deuxième nappe formée de tubes en épingle 12′ (figure 3) dont les portions rectilignes sont situées dans un même plan et reliées entre elles deux à deux par des crosses pour former un second serpentin.
Les deux tubes 12 et 12′ situés du côté gauche de l'échangeur 10 (figure 1) possèdent des extrémités libres non évasées, respectivement 34 et 34′ (figure 3), qui dépassent de la plaque d'extrémité 24, dans la région comprise entre les deux bords tombés 30 situés en vis-à-vis. Les deux extrémités 34 et 34′ sont destinées à être raccordées à une tubulure 36 de circulation de fluide.
Dans une application préférentielle de l'invention, l'échangeur de chaleur 10 est un condenseur destiné à faire partie d'une installation de climatisation d'un véhicule automobile, la tubulure 36 servant à l'admission ou à l'évacuation d'un fluide frigorigène simultanément dans les deux serpentins de l'échangeur de chaleur.
Le bloc 32, de forme générale parallèlépipèdique, est limité par une face inférieure 38 propre à prendre appui sur l'âme 26 de la plaque 24, une face supérieure opposée 40 deux faces latérales opposées 42 propres à venir en appui contre les deux bords tombés 30, et deux autres faces latérales opposées 44 (figures 2 à 4).
Le bloc de raccordement 32 comporte un organe de liaison 46 qui est formé d'une seule pièce avec le bloc. Dans l'exemple, l'organe de liaison 46 est constitué par un embout muni d'un filetage externe 48 propre à recevoir un écrou de retenue 50 (figure 1) pour permettre le raccordement de la tubulure 36 avec le bloc 32. Mais tout autre moyen peut être envisagé, tel qu'un raccordement avec la tubulure par des moyens de clipage.
L'embout fileté 46 s'étend suivant un axe XX qui, dans l'exemple, est parallèle à celui des tubes 12 et 12′. Toutefois, il est possible de donner à l'axe XX toute orientation voulue, en fonction des conditions d'implantation souhaitées pour l'échangeur de chaleur 10. L'embout 46 comporte un passage axial 52 de forme étagée qui communique avec deux logements cylindriques 54 et 54′ d'axes parallèles qui débouchent tous deux dans la face inférieure 38 du bloc de raccordement 32 et qui sont propres à recevoir respectivement les extrémités 34 et 34′ des tubes 12 et 12′ (figure 3).
Les logements 54 et 54′ sont formés par des alésages cylindriques débouchant sur la face 38 par l'intermédiaire d'une partie cylindrique 56, respectivement 56′, de plus grand diamètre, propre à recevoir un joint torique d'étanchéité 58, respectivement 58′, sur un évidement 60 s'étendant parallèlement à la face 38 pour recevoir une plaque 62. Cette plaque est munie de deux orifices pour le passage des tubes 12 et 12′ et elle est destinée à assurer la compression des joints toriques 58 et 58′.
Le bloc de raccordement 32 est fixé sur la plaque d'extrémité 24 par deux rivets 64 qui traversent les deux bords tombés 30 ainsi que l'épaisseur du bloc de raccordement 32. Ce dernier peut être réalisé en métal, par exemple en aluminium, ou encore en matière plastique, par exemple en polyamide.
Dans la forme de réalisation représentée aux figures 1 à 4, la plaque d'extrémité 24 pourrait comporter deux bords tombés tournés tous deux du côté opposé aux ailettes.
On se réfère maintenant aux figures 5 et 6 qui montrent un échangeur de chaleur équipé d'un dispositif de raccordement s'apparentant à celui des figures 1 à 4. Dans cette forme de réalisation, l'échangeur de chaleur 10 est muni d'une plaque d'extrémité 24 dont les deux bords tombés 28 sont, sur toute leur longueur, tournées du côté des ailettes 22.
Le bloc de raccordement 32 comprend deux rebords espacés 66 situés dans le prolongement des faces externes 42 du bloc. Les rebords 66 s'étendent au-delà de la face inférieure 38 du bloc et ces deux bords ménagent entre eux un espace dont la largeur correspond à celle de la plaque d'extrémité 24. Les rebords 66 sont propres à venir coiffer respectivement les deux bords tombés 28 de la plaque 24. Comme dans le cas des figures 1 à 4, le bloc 32 est muni d'un embout fileté 46 ménageant un passage interne 52 débouchant dans deux alésages cylindriques 54 et 54′. Ces derniers sont propres à recevoir les extrémités 34 et 34′ des tubes 12 et 12′, avec interposition de joints toriques d'étanchéité 58 et 58′. Toutefois, dans la forme de réalisation des figures 5 et 6, la compression des joints 58 et 58′ est effectuée directement par l'âme 26 de la plaque d'extrémité 24. Le bloc de raccordement 32 est maintenu sur l'échangeur de chaleur par l'intermédiaire de deux rivets 68 qui traversent les rebords 66 et les bords tombés 28.
On se réfère maintenant aux figures 7 et 9 qui concernent une autre variante de réalisation de l'invention.
Dans cette variante, les extrémités des tubes en épingle 12 sont emmanchées et serties sur les crosses 14, au lieu d'être brasées comme dans les formes de réalisation précédentes. Le sertissage des extrémités des tubes sur les crosses est effectué simultanément au moyen d'une plaque de serrage 70 qui constitue en même temps une plaque d'extrémité de l'échangeur de chaleur comme enseigné par le brevet français n° 82 11470 cité précédemment. La plaque 70 est réalisée par moulage, par exemple d'une matière plastique, et comprend une âme 72 de forte épaisseur qui s'étend parallèlement aux ailettes 22. Cette âme comprend une multiplicité de trous disposés suivant la même configuration géométrique que les extrémités des tubes du faisceau. Après introduction des extrémités des tubes du faisceau dans les trous correspondants de la plaque, et après introduction des crosses, la plaque est déplacée dans une direction parallèle à celle des tubes pour permettre le sertissage simultané des extrémités des tubes du faisceau dans les extrémités des crosses correspondantes.
Conformément à l'invention, la plaque 70 est modifiée de manière à permettre le montage d'un dispositif de raccordement monobloc. L'âme 72 de la plaque 70 est munie, à l'une de ses extrémités, d'une paroi cylindrique 74 tournée du côté opposé aux ailettes 22 et munie d'un filetage externe 76 pour permettre le vissage d'un écrou de retenue 78.
La paroi 74 délimite intérieurement, en combinaison avec l'âme 72, un logement cylindrique 80 dans lequel débouchent les extrémités 34 et 34′ des tubes 12 et 12′ à raccorder.
Le logement cylindrique 80 reçoit un bloc de raccordement 82 délimité par une paroi cylindrique 84 dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre du logement cylindrique 80. Le bloc 82 est en outre limité par une face circulaire inférieure 86 et une face circulaire supérieure 88.
Le bloc 82 comporte un logement axial 90 constitué par un alésage cylindrique étagé qui débouche, d'une part, dans la face supérieure 88 du bloc et, d'autre part, dans deux alésages cylindriques espacés 92 et 92′ débouchant dans la face inférieure 86 du bloc. Les alésages 92 et 92′ forment des logements pour recevoir les extrémités respectives 34 et 34′ des tubes 12 et 12′ à raccorder. L'étanchéité entre le bloc 82 et les extrémités 34 et 34′ est assurée par des joints annulaires 58 et 58′, comme dans le cas des réalisations précédentes. La tubulure de raccordement 36 est munie, à proximité de son extrémité 94, d'un bourrelet externe 96. Ce bourrelet est propre à prendre appui contre un épaulement 98 du logement 90, un joint annulaire d'étanchéité 100 étant interposé entre l'extrémité 94 de la tubulure 36 et la paroi interne du logement 90.
L'écrou de serrage 78 est muni d'un orifice de passage 102 et comporte en outre un épaulement annulaire 104 qui entoure cet orifice de passage et qui est propre à prendre appui sur le bourrelet 92 de la tubulure.
Lorsque l'écrou 78 est serré sur le filetage 76 de la paroi 74, il assure à la fois la compression du joint 100 et par conséquent l'étanchéité du raccordement de la tubulure 36 et la compression des joints toriques 58 et 58′ assurant ainsi l'étanchéité du raccordement avec les tubes 12 et 12′.
L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment et elle s'étend à d'autres variantes de réalisation.
Par ailleurs, l'invention s'applique à tout type d'échangeur de chaleur à serpentin, en particulier à des condenseurs, mais aussi à des évaporateurs.

Claims

1. - Dispositif de raccordement d'un échangeur de chaleur à serpentin à une tubulure de circulation de fluide, l'échangeur de chaleur comportant un faisceau de tubes en épingle (12) relié par des crosses (14) et traversant une multiplicité d'ailettes (22) ainsi qu'une plaque d'extrémité (24;70), l'un au moins des tubes (12,12′) comportant une extrémité (34,34′) dépassant de la plaque d'extrémité pour son raccordement à la tubulure (36), caractérisé en ce qu'il comprend un bloc de raccordement (32;82) muni d'un organe de liaison (46;90,78) à la tubulure (36) et ménageant un logement de réception (54,54′;92,92′) pour l'emboîtement étanche de la ou chaque extrémité (34,34′) du tube à raccorder, ainsi que des moyens de fixation (64;68;78) pour solidariser le bloc de raccordement (32;82) sur la plaque d'extrémité (24;70) de l'échangeur de chaleur.

2. - Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la plaque d'extrémité (24) de l'échangeur de chaleur comprend une âme (26) s'étendant parallèlement aux ailettes (22) et munie de deux bords tombés (28;30) s'étendant perpendiculairement à l'âme, caractérisé en ce que les moyens de fixation comportent des vis, rivets ou analogues (64,68) traversant les bords tombés.

3. - Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les deux bords tombés (30) de la plaque d'extrémité (24) sont tournés du côté opposé aux ailettes (22) de l'échangeur de chaleur, caractérisé en ce que les deux bords tombés forment avec l'âme (26) un logement de réception pour le bloc de raccordement (32), ce dernier comportant deux faces parallèles opposées (42) propres à être maintenues entre les deux bords tombés (30) de la plaque d'extrémité.

4. - Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les deux bords tombés (28) de la plaque d'extrémité (24) sont tournés du côté des ailettes (22) de l'échangeur de chaleur, caractérisé en ce que le bloc de raccordement (32) comprend deux rebords espacés (66) propres à venir coiffer respectivement les deux bords tombés (28) de la plaque d'extrémité (24).

5. - Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'organe de liaison du bloc de raccordement comprend un embout fileté (46) susceptible d'être relié à la tubulure (36) par l'intermédiaire d'un écrou (50).

6. - Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la plaque d'extrémité est une plaque de serrage (70) munie de trous propres à assurer le sertissage des crosses (14) sur les tubes en épingle (12), caractérisé en ce que la plaque (70) comporte un logement de réception (80) pour le bloc de raccordement (82).

7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le logement de réception (80) est délimité par une paroi cylindrique (74) qui dépend de la plaque (70) et qui est muni d'un filetage externe (76) et en ce que les moyens de fixation du bloc de raccordement (82) comprennent un écrou de retenue (78) propre à être vissé sur le filetage (76) de la paroi (74) et comportant un orifice de passage (102) pour la tubulure (36).

8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bloc de raccordement (82) comporte un logement (90) pour l'emboîtement de la tubulure (36) et en ce que l'écrou de retenue (78) comporte un épaulement annulaire (104) entourant l'orifice de passage (102) et propre à prendre appui sur un bourrelet (96) de la tubulure.

9. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le logement de réception du bloc de raccordement (32;82) comporte au moins un évidement (54,54′;92,92′) propre à recevoir l'extrémité (34,34′) d'un tube (12,12′) à raccorder, avec interposition d'un joint annulaire d'étanchéité (58;58′).

10. - Echangeur de chaleur à serpentin muni d'au moins un dispositif de raccordement selon l'une des revendications 1 à 9.