ITTO950877A1

ITTO950877A1 - HEAT EXCHANGER, PARTICULARLY VEHICLE RADIATOR, EQUIPPED WITH A STRENGTHENING STRUCTURE

Info

Publication number: ITTO950877A1
Application number: IT95TO000877A
Authority: IT
Inventors: Mario Corsi
Original assignee: Magneti Marelli Climat Srl
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1997-05-02
Also published as: IT1281005B1; ES2185734T3; EP0777097A1; ITTO950877A0; EP0777097B1; DE69625162D1; DE69625162T2

Abstract

Scambiatore di calore, particolare radiatore per veicoli, comprendente una pluralità di tubi fra loro paralleli fissati ad una pluralità di alette formanti un pacco (12) di forma parallelepipeda. Lo scambiatore di calore comprende una struttura di irrigidimento includente almeno un elemento di connessione (24) che è fissato al pacco di alette in corrispondenza di una faccia minore (16) ed è in relazione di impegno con un gruppo collettore (18) situato ad un'estremità del pacco di alette (12).(fig. 2).Heat exchanger, particular radiator for vehicles, comprising a plurality of pipes parallel to each other fixed to a plurality of fins forming a pack (12) of parallelepiped shape. The heat exchanger comprises a stiffening structure including at least one connection element (24) which is fixed to the pack of fins at a minor face (16) and is in engagement relation with a collector assembly (18) located at a end of the fin pack (12). (fig. 2).

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: "Scambiatore di calore, in particolare radiatore per veicoli, munito di una struttura di irrigidimento" DESCRIPTION of the industrial invention entitled: "Heat exchanger, in particular radiator for vehicles, equipped with a stiffening structure"

La presente invenzione riguarda uno scambiatore di calore, in particolare un radiatore per il circuito di raffreddamento di veicoli, del tipo comprendente una pluralità di tubi fra loro paralleli fissati ad una pluralità di alette formanti un pacco di forma parallelepipeda, con una coppia di facce minori ed una coppia di facce maggiori parallele agli assi dei tubi, in cui le estremità dei tubi fanno capo ad almeno una vasca collettrice situata ad un'estremità del pacco di alette. The present invention relates to a heat exchanger, in particular a radiator for the cooling circuit of vehicles, of the type comprising a plurality of mutually parallel tubes fixed to a plurality of fins forming a parallelepiped-shaped pack, with a pair of smaller faces and a pair of major faces parallel to the axes of the tubes, in which the ends of the tubes are connected to at least one collecting tank located at one end of the pack of fins.

Gli scambiatori di calore tradizionali del tipo sopra precisato comprendono generalmente più schiere di tubi con sezione trasversale circolare. I tubi sono fissati al pacco di alette mediante espansione meccanica senza saldature. Le estremità dei tubi sono fissate ad una coppia di piastre di fondo facenti paté di rispettivi gruppi collettori situati alle estremità del pacco di alette. In questo tipo di radiatori non si hanno in genere problemi di resistenza meccanica nella sezione di collegamento fra il gruppo collettore e la rete di scambio termico includente i tubi ed il pacco di alette, poiché la presenza di due o più schiere di tubi garantisce una sufficiente resistenza torsionale del gruppo. Traditional heat exchangers of the type specified above generally comprise several arrays of tubes with a circular cross-section. The tubes are fixed to the fin pack by mechanical expansion without welding. The ends of the tubes are fixed to a pair of bottom plates forming the paté of respective manifold groups located at the ends of the pack of fins. In this type of radiators there are generally no mechanical resistance problems in the connection section between the manifold group and the heat exchange network including the tubes and the fin pack, since the presence of two or more rows of tubes guarantees a sufficient torsional resistance of the group.

In tempi recenti, sono stati sviluppati scambiatori di calore del tipo ad assemblaggio meccanico con tubi aventi sezione trasversale oblunga (piatta, ovale, ovoidale, ecc.). Questi scambiatori di calore hanno prestazioni dal punto di vista dello scambio termico largamente superiori agli scambiatori con tubi a sezione circolare. Pertanto, si è trovato che scambiatori con tubi a sezione oblunga aventi una sola schiera di tubi sono in grado di assicurare le stesse prestazioni di scambiatori con tubi a sezione circolare con più schiere di tubi. In recent times, mechanically assembled type heat exchangers with tubes having oblong cross-section (flat, oval, ovoid, etc.) have been developed. These heat exchangers have performances from the point of view of heat exchange which are far superior to exchangers with circular section tubes. Therefore, it has been found that exchangers with oblong-section tubes having a single row of tubes are able to ensure the same performance as exchangers with circular-section tubes with several rows of tubes.

Uno scambiatore di calore avente una sola schiera di tubi però è più sensibile dal punto di vista della resistenza meccanica. Un collegamento non sufficientemente rigido fra la rete di scambio termico ed il gruppo collettore (formato da vasca collettrice e piastra di base) potrebbe produrre dei movimenti nella zona di tenuta in corrispondenza delle estremità dei tubi sotto l’effetto delle sollecitazioni termiche e vibrazionali che si manifestano nell'impiego e tali movimento potrebbero originare perdite di liquido. A heat exchanger having only one row of tubes, however, is more sensitive from the point of view of mechanical strength. An insufficiently rigid connection between the heat exchange network and the collector group (formed by collecting tank and base plate) could produce movements in the sealing area at the ends of the pipes under the effect of the thermal and vibrational stresses that arise. manifest during use and such movements could cause liquid leaks.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire uno scambiatore di calore del tipo sopra precisato che non sia affetto dai suddetti inconvenienti . The present invention aims to provide a heat exchanger of the type specified above which is not affected by the aforementioned drawbacks.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto da uno scambiatore di calore che comprende una struttura di irrigidimento includente almeno un elemento di connessione che è fissato al pacco di alette in corrispondenza di una faccia inferiore ed è in relazione di impegno con il gruppo collettore. Preferibilmente,gli elementi di connessione sono disposti in corrispondenza di ciascun angolo del pacco di alette. According to the present invention, this object is achieved by a heat exchanger which comprises a stiffening structure including at least one connecting element which is fixed to the stack of fins at a lower face and is in engagement relationship with the manifold assembly. Preferably, the connecting elements are arranged at each corner of the pack of fins.

L’interconnessione fra il pacco di alette e le vasche collettrice riduce notevolmente la possibilità di oscillazione del gruppo vasca collettrice-piastra di base rispetto alla rete di scambio termico, il che riduce le probabilità di perdita di liquido dalla zona di accoppiamento fra i tubi e la piastra di base. The interconnection between the fin pack and the collector tanks considerably reduces the possibility of oscillation of the collector tank-base plate group with respect to the heat exchange network, which reduces the probability of liquid loss from the coupling area between the pipes and the base plate.

Sebbene la struttura di irrigidimento secondo la presente invenzione sia particolarmente indicata nel caso di scambiatori di calore con una sola schiera di tubi {scambiatori monorango), questa struttura di irrigidimento potrebbe essere utilizzata anche in scambiatori di calore con più schiere di tubi se ci fosse la necessità di irrigidire il collegamento fra il gruppo collettore e là rete di scambio termico. Although the stiffening structure according to the present invention is particularly suitable in the case of heat exchangers with a single row of tubes (single-row exchangers), this stiffening structure could also be used in heat exchangers with several rows of tubes if there were the need to stiffen the connection between the collector group and the heat exchange network.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti nel corso della descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will become evident in the course of the detailed description which follows, given purely by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

la fig.1 è una vista prospettica schematica di uno scambiatore di calore secondo la presente invenzione , Fig. 1 is a schematic perspective view of a heat exchanger according to the present invention,

la fig.2 è una vista prospettica illustrante in maggiore scala il dettaglio indicato dalla freccia II nella fig.l, Fig. 2 is a perspective view showing on a larger scale the detail indicated by arrow II in fig.

la fig. 2a illustra una variante della fig. 2, la fig.3 illustra un elemento di connessione in forma indeformata, e fig. 2a shows a variant of fig. 2, Fig. 3 illustrates a connection element in an undeformed form, e

le figg.4 e 5 sono sezioni trasversali secondo la linea IV-IV della fig.2, illustranti due sistemi alternativi per il fissaggio dell’elemento di connessione al pacco di alette. Figures 4 and 5 are cross sections along the line IV-IV of Figure 2, illustrating two alternative systems for fixing the connection element to the pack of fins.

Con riferimento alle figg.1 e 2, con 10 è indicato uno scambiatore di calore del tipo ad assemblaggio meccanico destinato ad essere utilizzato come radiatore nel circuito di raffreddamento di un veicolo. Il radiatore 10 comprende una pluralità di' alette metalliche fra loro sovrapposte che formano un pacco parallelepipedo 12, avente due facce maggiori 14 e due facce minori 16. Su ciascuna estremità del pacco di alette 12 è disposto un gruppo collettore 18 che è formato, in modo per sé noto, da una piastra di base 20 e da una vasca collettrice 22. Una pluralità di tubi (non visibili nelle figure) sono disposti fra i gruppi collettori di estremità 18. Ciascun tubo si estende attraverso una serie di fori allineati delle alette ed è fissato al pacco di alette 12 mediante espansione meccanica. With reference to Figures 1 and 2, 10 indicates a heat exchanger of the mechanically assembled type intended to be used as a radiator in the cooling circuit of a vehicle. The radiator 10 comprises a plurality of metal fins superimposed on each other which form a parallelepiped pack 12, having two major faces 14 and two minor faces 16. On each end of the fin pack 12 there is a manifold assembly 18 which is formed, in per se known manner, from a base plate 20 and from a collecting tank 22. A plurality of tubes (not visible in the figures) are arranged between the end manifold groups 18. Each tube extends through a series of aligned holes in the fins and is fixed to the pack of fins 12 by mechanical expansion.

Nell'esempio illustrato nelle figure, lo scambiatore di calore 10 è del tipo cosiddetto monorango, avente cioè una sola schiera di tubi, preferibilmente con sezione trasversale appiattita. Secondo una tecnica di per sé nota, le estremità dei tubi che fuoriescono dal pacco di alette 12 sono conformate secondo una sezione trasversale circolare e sono inserite in collari di tenuta ricavati nella piastra di base 20. Il fissaggio fra i tubi e la piastra di base 20 avviene mediante espansione meccanica (mandrinatura) delle estremità dei tubi dopo il loro inserimento nei collari di tenuta. In the example illustrated in the figures, the heat exchanger 10 is of the so-called single-row type, ie having a single row of pipes, preferably with a flattened cross-section. According to a per se known technique, the ends of the tubes protruding from the pack of fins 12 are shaped according to a circular cross section and are inserted in sealing collars formed in the base plate 20. The fixing between the tubes and the base plate 20 takes place by mechanical expansion (expansion) of the ends of the pipes after their insertion into the sealing collars.

Lo scambiatore di calore secondo la presente invenzione è munito di una struttura di irrigidimento che comprende quattro elementi di connessione 24, disposti agli angoli del pacco di alette 12. The heat exchanger according to the present invention is provided with a stiffening structure which comprises four connection elements 24, arranged at the corners of the pack of fins 12.

La fig.3 illustra un elemento di connessione 24 nella sua condizione indeformata, prima del suo fissaggio al pacco di alette 12. L'elemento 24 è ottenuto mediante tranciatura da un foglio di lamiera e presenta una base piana 26, con una larghezza pari alla larghezza della faccia minore 16 del pacco di lamiera. Ai lati della base piana 26 si estendono due fianchi 28, che sono destinati ad essere piegati lungo le linee tratteggiate 30 per afferrare il pacco di alette 12. Dalla base 26 sporge un'appendice integrale 32,munita di una coppia di bracci laterali 34. Fig. 3 illustrates a connection element 24 in its undeformed condition, before its fixing to the pack of fins 12. The element 24 is obtained by blanking from a sheet of metal and has a flat base 26, with a width equal to width of the minor face 16 of the sheet pack. Two sides 28 extend to the sides of the flat base 26, which are intended to be folded along the dotted lines 30 to grip the pack of fins 12. An integral appendage 32 protrudes from the base 26, equipped with a pair of lateral arms 34.

Come è visibile nella fig.2, l’elemento di connessione 24 viene fissato al pacco di alette 12, in modo che i fianchi 28 afferrino il pacco di alette 12 sulle facce maggiori 14, mentre la base 26 appoggia sulla faccia minore 16 nelle immediate vicinanze del gruppo collettore 18. L'appendice 32 dell’elemento di connessione 24 impegna un’asola 36, formata da un elemento a U 38 che sporge dal lato minore della vasca collettrice 22. Generalmente, la vasca collettrice 22 è costituita di materia plastica stampata ad iniezione, per cui l'elemento a U 38 definente l’asola 36 può essere ricavato in forma integrale con la vasca 22 durante lo stampaggio. La larghezza dell'appendice di impegno 32 è sostanzialmente pari alla larghezza dell’asola 36. L’impegno tra l'elemento di connessione 24 e la vasca collettrice 22 è ottenuto mediante il semplice inserimento dell’appendice 32 nell’asola 36. As can be seen in Fig. 2, the connection element 24 is fixed to the pack of fins 12, so that the sides 28 grip the pack of fins 12 on the major faces 14, while the base 26 rests on the minor face 16 immediately vicinity of the collector assembly 18. The appendix 32 of the connection element 24 engages a slot 36, formed by a U-shaped element 38 which protrudes from the shorter side of the collector tank 22. Generally, the collector tank 22 is made of plastic material injection molded, whereby the U-shaped element 38 defining the slot 36 can be formed integrally with the tank 22 during molding. The width of the engagement appendix 32 is substantially equal to the width of the slot 36. The engagement between the connection element 24 and the collecting tank 22 is obtained by simply inserting the appendix 32 into the slot 36.

La fig. 2a illustra una variante in cui l’asola 36 è sostituita da due elementi a mensola 33 e 35 sporgenti dal corpo della vasca collettrice 22 ed integrali con tale corpo. L'appendice 32 dell'elemento di connessione 24 impegna le superfici interne dei due elementi 33 e 35 come nel caso descritto in precedenza. Fig. 2a illustrates a variant in which the slot 36 is replaced by two bracket elements 33 and 35 protruding from the body of the collecting tank 22 and integral with this body. The appendix 32 of the connecting element 24 engages the internal surfaces of the two elements 33 and 35 as in the case described above.

Si comprende che ciascun elemento di connessione 24 realizza un vincolo che impedisce un movimento del gruppo collettore 18 rispetto al pacco di alette 12 nella direzione indicata dalla doppia freccia 40 nella fig.2. Questo impegno rende notevolmente più rigido il collegamento fra il gruppo collettore 18 ed il pacco di alette 12 ed impedisce che le sollecitazioni meccaniche e termiche che nell'uso agiscono sullo scambiatore di calore provochino un allentamento del contatto nella zona di tenuta, in corrispondenza delle estremità dei tubi. It is understood that each connecting element 24 realizes a constraint which prevents a movement of the manifold assembly 18 with respect to the pack of fins 12 in the direction indicated by the double arrow 40 in Fig. 2. This engagement makes the connection between the manifold assembly 18 and the pack of fins 12 considerably more rigid and prevents the mechanical and thermal stresses which in use act on the heat exchanger cause a loosening of the contact in the sealing area, at the ends. of the pipes.

Il collegamento fra ciascun elemento di connessione 24 ed il gruppo collettore 18 viene ulteriormente rafforzato mediante piegatura delle estremità laterali dei bracci 34 contro i fianchi maggiori della piastra di base 20. The connection between each connecting element 24 and the manifold assembly 18 is further strengthened by bending the lateral ends of the arms 34 against the larger sides of the base plate 20.

Le figg.4 e 5 illustrano due esempi del sistema di fissaggio fra l'elemento di connessione 24 ed il pacco di alette 12. Nella forma di attuazione illustrata nella fig.4, l'elemento di interconnessione 24 ha dei fianchi 28 che si estendono sulle facce maggiori 24 fino a coprire lo spazio esistente fra la coppia di tubi più vicina al bordo del pacco di alette 12. I fianchi 28 vengono piegati contro le facce maggiori 14 e vengono collegati fra loro mediante un rivetto 42, disposto in un foro trasversale 44 ricavato nel pacco di alette 12 in corrispondenza dello spazio fra la coppia di tubi 46. Figures 4 and 5 illustrate two examples of the fastening system between the connection element 24 and the pack of fins 12. In the embodiment illustrated in Figure 4, the interconnection element 24 has sides 28 which extend on the major faces 24 until covering the space between the pair of tubes closest to the edge of the pack of fins 12. The sides 28 are bent against the major faces 14 and are connected to each other by means of a rivet 42, arranged in a transverse hole 44 obtained in the pack of fins 12 in correspondence with the space between the pair of tubes 46.

In alternativa, come illustrato nella fig.5, il fissaggio dell'elemento di connessione 24 al pacco di alette 12 può essere ottenuto mediante aggraffatura, cioè risvoltando i fianchi 28 fino a che questi impegnino rispettive scanalature 48 ricavate nel pacco di alette 12,parallelamente alle facce minori 16 e nelle immediate vicinanze di queste. Le scanalature 48 sono sovente previste anche su scambiatori di calore di concezione tradizionale e servono come punti di ancoraggio per flange o simili che servono per collegare il radiatore al veicolo, oppure al convogllatore del1’elettroventilatore .Pertanto,con il sistema di fissaggio della fig.5, le scanalature 48 svolgono la funzione di superfici di ancoraggio sia per i mezzi di fissaggio del radiatore che per gli elementi di connessione 24. Alternatively, as illustrated in fig. 5, the fastening of the connection element 24 to the pack of fins 12 can be obtained by crimping, i.e. by turning the sides 28 up until they engage respective grooves 48 made in the pack of fins 12, parallel to the minor faces 16 and in the immediate vicinity of these. The grooves 48 are often also provided on heat exchangers of traditional design and serve as anchoring points for flanges or the like which serve to connect the radiator to the vehicle, or to the conveyor of the electric fan. Therefore, with the fastening system of fig. 5, the grooves 48 perform the function of anchoring surfaces both for the fixing means of the radiator and for the connecting elements 24.

Claims

CLAIMS 1. Heat exchanger, in particular radiator for vehicles, comprising a plurality of pipes (46) parallel to each other fixed to a plurality of fins forming a parailelepiped-shaped pack (12), with a pair of minor faces (16) and a pair of major faces (14) parallel to the axes of the tubes, in which the ends of the tubes are connected to at least one manifold assembly (18) located at one end of the pack of fins (12), characterized in that it comprises a structure of stiffener including at least one connecting element (24) which is fixed to the pack of fins (12) at a minor face (16) and is in engagement relationship with the manifold assembly (18).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the connecting element (24) has a flat base (26) in bearing relationship with the relative minor face (16) of the pack of fins (12) and a pair of sides (28) that grip the pack (12) in correspondence with the major faces (14).

3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the connecting element (24) has an integral appendix (32) which engages a slot (36) integrally formed in the body of a collecting tank (22) forming part of said manifold assembly (18).

4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the aforementioned slot (36) is formed by a substantially U-shaped element (38), obtained in integral form with the collecting tank (22) and protruding from one side of the tank (22) located in correspondence with a minor face (16) of the pack (12).

5. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the integral appendix (32) of the connection element (24) engages the internal surfaces of two bracket elements (33, 35) projecting and integral with the body of a collecting tank (22) forming part of said collector group (18).

6. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the connecting element (24) is fixed to the pack of fins (12) by means of at least one rivet (42) which crosses transversely the pack of fins (12) and engages the sides (28) of the connection element (25).

7. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the pack of fins (12) has a pair of grooves (48) formed in the major faces (14), located parallel to the minor faces (16) and in the vicinity of these and in that the sides (28) of the connection element (24) engage said grooves (48) making a connection by crimping the connection element (24) to the pack of fins (12).

8. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the connection element (24) has a pair of arms (34) which are crimped to a base plate (20) forming part of said manifold assembly (18) .

9. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises four connection elements (24) located at the corners of the pack of fins (12).