FR2602581A1

FR2602581A1 - HEAT EXCHANGER WITH PLASTIC TUBE AND FLUID BOXES

Info

Publication number: FR2602581A1
Application number: FR8611471A
Authority: FR
Inventors: Marco Valier
Original assignee: Valeo SE
Current assignee: Valeo SE
Priority date: 1986-08-07
Filing date: 1986-08-07
Publication date: 1988-02-12
Also published as: FR2602581B1; ES2013769B3; EP0256913B1; ES2013769T5; EP0256913A1; EP0256913B2; DE3762163D1

Abstract

L'ECHANGEUR DE CHALEUR EST DU TYPE COMPRENANT UN FAISCEAU DE TUBES PARALLELES 1 ET, A CHAQUE EXTREMITE DE CELUI-CI, UNE BOITE A FLUIDE 2-1, 2-2 EN MATIERE PLASTIQUE, AINSI QU'AU MOINS UNE TRAVERSE DE MONTAGE 3 S'ETENDANT PARALLELEMENT AUX TUBES 1 ET FIXEE RESPECTIVEMENT A UNE EXTREMITE DE CHAQUE BOITE A FLUIDE AU MOYEN D'UNE EMBASE 23 VENUE DE MOULAGE AVEC LA BOITE A FLUIDE ET RELIEE PAR DES NERVURES 24 A CETTE BOITE A FLUIDE.THE HEAT EXCHANGER SHALL BE OF THE TYPE CONSISTING OF A BEAM OF PARALLEL TUBES 1 AND, AT EACH END OF THIS, A FLUID BOX 2-1, 2-2 IN PLASTIC MATERIAL, AS WELL AS AT LEAST ONE ASSEMBLY CROSS-MOUNT 3 EXTENDING PARALLEL WITH TUBES 1 AND FIXED RESPECTIVELY AT ONE END OF EACH FLUID BOX BY MEANS OF A SUBBASE 23 COME FROM MOLDING WITH THE FLUID BOX AND CONNECTED BY RIBS 24 TO THIS FLUID BOX.

Description

Echangeur de chaleur à faisceau de tubes et boîtes à fluideTube bundle heat exchanger and fluid boxes

en matière plastique.made of plastic.

L'invention concerne un échangeur de chaleur à faisceau de tubes et boîtes à fluide en matière plastique, notamment un radiateur pour le refroidisssement d'un moteur de poids lourd. On connait des échangeurs de chaleur du type comprenant un 10 faisceau de tubes parallèles et, à au moins une extrémité de celui-ci, une boite à fluide en matière plastique, les extrémités des tubes pénétrant dans la boîte à fluide de façon étanche aux liquides par des trous ménagés dans une paroi de la boîte à fluide formant collecteur, et comprenant 15 en outre au moins une traverse 'de montage s'étendant parallèlement aux tubes et fixée respectivement à une extrémité de la boîte à fluide, en une région décalée, dans la direction longitudinale des tubes et vers le plan transversal médian de ceux-ci, par rapport au collecteur. 20 Dans les échangeurs de chaleur connus de ce type, la boîte à fluide comporte un rebord sur lequel sont fixés, d'une part, le collecteur et, d'autre part, des pièces intermédiaires servant au montage de la traverse, la fixation des25dites pièces intermédiaires s'effectuant par des griffes The invention relates to a heat exchanger with a tube bundle and plastic fluid boxes, in particular a radiator for the cooling of a truck engine. Heat exchangers are known of the type comprising a bundle of parallel tubes and, at at least one end thereof, a plastic fluid box, the ends of the tubes penetrating into the fluid box in a liquid-tight manner. by holes in a wall of the manifold fluid box, and further comprising at least one mounting cross-member extending parallel to the tubes and fixed respectively to one end of the fluid box, in an offset region, in the longitudinal direction of the tubes and towards the median transverse plane of the latter, with respect to the manifold. In known heat exchangers of this type, the fluid box has a flange on which are fixed, on the one hand, the manifold and, on the other hand, intermediate parts used for mounting the cross member, the fixing of said 25 intermediate parts made by claws

ou pattes repliées sur le rebord de la boîte à eau. or folded tabs on the edge of the water box.

Il en résulte que le montage de l'échangeur de chaleur est compliqué puisqu'il faut fixer les pièces intermédiaires entre chaque boîte à fluide et chaque traverse. En outre, les boîtes à fluide doivent être d'un type bien précis dans 5lequel le collecteur est une pièce indépendante que l'on vient rapporter et fixer sur le bord périphérique de la boîte à fluide. En outre, dans les échangeurs de chaleur connus de ce type, les fonds qui forment les extrémités des boîtes à fluide s'étendent perpendiculairement à la direction 10 longitudinale de la boîte à fluide, c'est-à-dire parallèlement à la direction longitudinale des tubes. Il en résulte que l'encombrement de l'échangeur de chaleur dans le plan défini par la direction longitudinale des tubes et la direction longitudinale des boîtes à fluide est 15sensiblement celui d'un rectangle. Par conséquent, la largeur de l'échangeur de chaleur, c'est-à- dire sa dimension dans la direction longitudinale des boites à fluide, reste constante sur toute sa hauteur, c'est-à-dire sur son étendue dans la direction longitudinale des tubes. 20 Il est avantageux dans certains cas, pour loger plus facilement le radiateur dans la carrosserie du véhicule, de réduire sa largeur à l'une au moins de ses extrémités, notamment son extrémité supérieure, sans modifier la largeur du 25faisceau de tubes et la longueur du collecteur qui ont une As a result, the assembly of the heat exchanger is complicated since it is necessary to fix the intermediate parts between each fluid box and each crosspiece. In addition, the fluid boxes must be of a very precise type in which the collector is an independent piece which has just been attached and fixed on the peripheral edge of the fluid box. Furthermore, in known heat exchangers of this type, the bottoms which form the ends of the fluid boxes extend perpendicular to the longitudinal direction of the fluid box, that is to say parallel to the longitudinal direction. tubes. It follows that the size of the heat exchanger in the plane defined by the longitudinal direction of the tubes and the longitudinal direction of the fluid boxes is 15sensibly that of a rectangle. Consequently, the width of the heat exchanger, that is to say its dimension in the longitudinal direction of the fluid boxes, remains constant over its entire height, that is to say over its extent in the direction longitudinal of the tubes. 20 It is advantageous in certain cases, to more easily accommodate the radiator in the vehicle body, to reduce its width at at least one of its ends, in particular its upper end, without modifying the width of the tube bundle and the length of the collector who have a

influence essentielle sur la capacité d'échange thermique. essential influence on the heat exchange capacity.

Le but de l'invention est de procurer un échangeur de chaleur permettant un montage particulièrement simple de la 30ou des traverses sur chaque boîte à fluide, et cela quel The object of the invention is to provide a heat exchanger allowing a particularly simple mounting of the 30or of the crosspieces on each fluid box, and what

que soit le type de boîte à fluide utilisé. whatever the type of fluid box used.

Un autre but de l'invention est de procurer une structure d'échangeur de chaleur permettant une réduction'de largeur 35 locale. Another object of the invention is to provide a heat exchanger structure allowing a reduction in local width.

Ces buts sont atteints selon l'invention, dans un échangeur de chaleur du type défini dans l'introduction, en ce que la traverse est assemblée sur une embase venue de moulage avec la boîte à fluide et reliée par des nervures à la boite These objects are achieved according to the invention, in a heat exchanger of the type defined in the introduction, in that the cross member is assembled on a base molded with the fluid box and connected by ribs to the box

à fluide.to fluid.

Du fait que les embases sont venues de moulage avec la boite à fluide, il n'est pas nécessaire de prévoir de pièce intermédiaire entre la boîte à fluide et les traverses. Because the bases are molded with the fluid box, it is not necessary to provide an intermediate piece between the fluid box and the sleepers.

Il en résulte que le montage de l'échangeur de chaleur est As a result, the mounting of the heat exchanger is

beaucoup plus simple. En outre, la rigidité de l'échangeur de chaleur est accrue du fait que les embases et les nervures sont monobloc avec la boîte à fluide. much simpler. In addition, the rigidity of the heat exchanger is increased due to the fact that the bases and the ribs are integral with the fluid box.

Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'embase s'étend parallèlement aux tubes et est reliée à la boite à fluide par deux nervures parallèles. Avantageusement, In a preferred embodiment of the invention, the base extends parallel to the tubes and is connected to the fluid box by two parallel ribs. Advantageously,

ces nervures ont la forme d'un triangle rectangle. these ribs have the shape of a right triangle.

L'invention s'applique à tout type de boîte à fluide en matière plastique, notamment à celles comportant une paroi tubulaire dont une portion forme collecteur. Dans ce type de boîte à fluide, l'une des extrémités de la paroi tubulaire, qui forme fond, est venue de moulage, tandis que l'autre 25 extrémité est ouverte pour recevoir un couvercle formant fond. L'invention s'applique également aux boîtes à fluide dans lesquelles les deux fonds d'extrémités sont venus de moulage 30 et dans lesquelles le collecteur est constitué par une autre The invention applies to any type of plastic fluid box, in particular to those comprising a tubular wall including a manifold-shaped portion. In this type of fluid box, one end of the tubular wall, which forms the bottom, is molded, while the other end is open to receive a bottom cover. The invention also applies to fluid boxes in which the two end bottoms have come from molding 30 and in which the collector consists of another

pièce en matière plastique qui est rapportée et fixée, par exemple par soudage, sur le reste de la boîte à fluide. plastic part which is attached and fixed, for example by welding, to the rest of the fluid box.

L'invention peut également s'appliquer à des boîtes à fluide en une seule section ou en deux sections. 35 Avantageusement, les deux extrémités de chaque boîte à fluide sont constituées par des fonds s'étendant obliquement de façon que la longueur de la boîte à fluide soit moindre dans sa zone longitudinale opposée au collecteur que dans la zone longitudinale du collecteur, ce qui permet de diminuer localement l'encombrement en largeur de l'échangeur de chaleur. The invention can also be applied to fluid boxes in a single section or in two sections. Advantageously, the two ends of each fluid box consist of bottoms extending obliquely so that the length of the fluid box is less in its longitudinal zone opposite the collector than in the longitudinal zone of the collector, which allows locally reduce the overall width of the heat exchanger.

Dans la description détaillée qui suit, donnée à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: In the detailed description which follows, given by way of example, reference is made to the appended drawings, in which:

- la figure 1 est une vue de face d'un radiateur conforme à l'invention; la figure 2 est une vue en coupe, longitudinale de l'une des sections tubulaires formant la boîte à fluide supérieure 15 du radiateur de la figure 1; - la figure 3 est une vue en bout de la section tubulaire - Figure 1 is a front view of a radiator according to the invention; Figure 2 is a longitudinal sectional view of one of the tubular sections forming the upper fluid box 15 of the radiator of Figure 1; - Figure 3 is an end view of the tubular section

de la figure 2.in Figure 2.

Le radiateur représenté à la figure 1 présente, vu de face selon la figure 1, la forme générale d'un rectangle dont les côtés s'étendent verticalement et horizontalement. Il comprend essentiellement un faisceau de tubes parallèles 1 dirigés verticalement et répartis régulièrement en plu25 sieurs rangées sur la largeur du radiateur. Pour simplifier le dessin, deux tubes 1 seulement sont représentés à la figure 1 au voisinage de l'un des bords verticaux du radiateur. Les extrémités des tubes 1 débouchent dans des boites à fluide, par exemple des boîtes à eau, de forme générale 30 tubulaire 2-1, 2-2 s'étendant respectivement selon les côtés The radiator shown in Figure 1 has, seen from the front according to Figure 1, the general shape of a rectangle whose sides extend vertically and horizontally. It essentially comprises a bundle of parallel tubes 1 directed vertically and regularly distributed in several rows arranged over the width of the radiator. To simplify the drawing, only two tubes 1 are shown in Figure 1 in the vicinity of one of the vertical edges of the radiator. The ends of the tubes 1 open into fluid boxes, for example water boxes, of generally tubular shape 2-1, 2-2 extending respectively along the sides

horizontaux supérieur et inférieur du radiateur. horizontal upper and lower radiator.

Chacune des boîtes à fluide est, dans l'exemple, formée de deux sections tubulaires 20 moulées en matière plastique 35 et assemblées entre elles par soudage. Chaque section tubulaire 20 qui est moulée en une seule pièce présente, comme le montrent les figures 2 et 3, une paroi tubulaire 21, un fond 22 fermant l'une des extrémités de la paroi 21, une embase d'assemblage 23 s'étendant parallèlement aux tubes 1 et deux nervures 24 reliant l'embase 23 à la paroi tubulaire 21. Ces deux nervures sont parallèles et ont la forme générale d'un triangle rectangle (figure 2). L'extrémité 25, opposée au fond 22, de la paroi tubulaire est ouverte. Deux sections 20 sont soudées l'une à l'autre par friction par leurs faces extrêmes 26 entourant l'ouver10 ture 25, réalisant ainsi une boîte à fluide tubulaire fermée Each of the fluid boxes is, in the example, formed of two tubular sections 20 molded from plastic 35 and joined together by welding. Each tubular section 20 which is molded in one piece has, as shown in FIGS. 2 and 3, a tubular wall 21, a bottom 22 closing one of the ends of the wall 21, an assembly base 23 extending parallel to the tubes 1 and two ribs 24 connecting the base 23 to the tubular wall 21. These two ribs are parallel and have the general shape of a right triangle (Figure 2). The end 25, opposite the bottom 22, of the tubular wall is open. Two sections 20 are welded to each other by friction through their end faces 26 surrounding the opening 25, thus producing a closed tubular fluid box

à ses deux extrémités par les fonds obliques 22. at its two ends by the oblique bottoms 22.

La paroi tubulaire 21 de chaque boîte à fluide comprend une portion de paroi plane 27 formant collecteur, traversée de 15 façon étanche aux liquides par les extrémités des tubes 1 de manière connue en soi. Les fonds obliques 22 sont orientés de telle sorte que la longueur de la bo te à fluide, c'est-à-dire la largeur du radiateur, va en diminuant depuis le plan du collecteur vers la partie opposée à celui-ci de 20 la paroi tubulaire 21, c'est-à-dire vers l'extrémité supérieure ou inférieure du radiateur. Les angles de ceux-ci sont donc chanfreinés, ce qui facilite son logement dans la carrosserie du véhicule. Les embases 23 des sections tubulaires 20 servent à l'assemblage de celles-ci à des tra25 verses profilées 3 s'étendant selon les côtés verticaux du radiateur. Chaque traverse 3 comprend un dos 30 formant la face latérale correspondante du radiateur et deux ailes 31 s'étendant selon les faces principales de celui-ci. Les traverses 3 servent à renforcer la structure du radiateur et 30 à monter celui-ci sur le véhicule par l'intermédiaire de The tubular wall 21 of each fluid box comprises a flat wall portion 27 forming a manifold, crossed in a liquid-tight manner by the ends of the tubes 1 in a manner known per se. The oblique bottoms 22 are oriented so that the length of the fluid box, that is to say the width of the radiator, decreases from the plane of the collector towards the part opposite the latter of the tubular wall 21, that is to say towards the upper or lower end of the radiator. The angles of these are therefore chamfered, which facilitates its accommodation in the vehicle body. The bases 23 of the tubular sections 20 are used to assemble them to profiled cross beams 3 extending along the vertical sides of the radiator. Each cross member 3 comprises a back 30 forming the corresponding lateral face of the radiator and two wings 31 extending along the main faces thereof. The crosspieces 3 serve to reinforce the structure of the radiator and 30 to mount it on the vehicle by means of

pattes 41 et 42 qui y sont fixées.legs 41 and 42 attached thereto.

La face interne des dos 30 s'appuie sur des nervures horizontales 50 et des nervures verticales 51 appartenant à 35 l'embase 23 et définissant, par leurs sommets, un plan d'appui 52 pour les traverses (figures 2 et 3). Le plan d'appui 52 est perpendiculaire à la direction longitudinale des boîtes à fluide, donc parallèle à la direction longitudinale des tubes 1. Chaque embase 23 est traversée par quatre trous 53 entourés de bossages 54 qui se terminent dans le plan d'appui 52. Ces trous 53 et des trous 5 correspondants ménagés dans le dos des traverses permettent l'assemblage de ces dernières aux boîtes à fluide par des éléments d'assemblage 6 tels que des rivets ou vis par The internal face of the backs 30 rests on horizontal ribs 50 and vertical ribs 51 belonging to the base 23 and defining, by their vertices, a support plane 52 for the crosspieces (Figures 2 and 3). The support plane 52 is perpendicular to the longitudinal direction of the fluid boxes, therefore parallel to the longitudinal direction of the tubes 1. Each base 23 is crossed by four holes 53 surrounded by bosses 54 which terminate in the support plane 52 These holes 53 and corresponding holes 5 formed in the back of the sleepers allow the assembly of the latter to the fluid boxes by assembly elements 6 such as rivets or screws by

exemple.example.

Pour permettre au radiateur d'être chanfreiné par les fonds obliques 22, chaque embase 23 est décalée, par rapport à la paroi tubulaire 21, en direction du plan transversal médian M des tubes 1 (figure 1). Plus précisément, l'embase se trouve du côté du plan M par rapport au plan du collec15 teur 27. Deux nervures 24 s'étendant sensiblement selon les deux faces principales du radiateur respectivement assurent une liaison rigide de l'embase à la paroi tubulaire 21. Chaque nervure 24 a la forme d'un triangle rectangle dont un côté de l'angle droit est confondu avec un côté vertical 20 de l'embase et dont l'autre correspond à une partie du côté To allow the radiator to be chamfered by the oblique bottoms 22, each base 23 is offset, relative to the tubular wall 21, in the direction of the median transverse plane M of the tubes 1 (Figure 1). More specifically, the base is on the side of the plane M with respect to the plane of the collector 15. Two ribs 24 extending substantially along the two main faces of the radiator respectively ensure a rigid connection of the base to the tubular wall 21 Each rib 24 has the shape of a right triangle of which one side of the right angle coincides with a vertical side 20 of the base and the other of which corresponds to a part of the side.

longitudinal du collecteur. L'hypoténuse du triangle rectangle forme un côté libre de la nervure. longitudinal of the manifold. The hypotenuse of the right triangle forms a free side of the rib.

Les boîtes à fluide 2-1 et 2-2 sont liées l'une à l'autre 25 dans leur région médiane par deux tirants 55 traversant des trous ménagés dans des bossages 56 prévus sur les parois tubulaires des sections tubulaires 20. Ces tirants 55 supportent les efforts longitudinaux dus à la tendance à la flexion des boîtes à fluide lorsque le radiateur est plein 30 de fluide sous pression, et évitent ainsi que des forces d'arrachement s'exercent sur les soudures des extrémités 25 des sections tubulaires. L'une des extrémités 57 de chaque tirant est repliée à angle droit et s'appuie sur un bossage 56, tandis que l'extrémité opposée 58 est filetée et 35 coopère avec un écrou 59 qui est serré sur un autre bossage 56. The fluid boxes 2-1 and 2-2 are linked to each other 25 in their central region by two tie rods 55 passing through holes made in bosses 56 provided on the tubular walls of the tubular sections 20. These tie rods 55 withstand the longitudinal forces due to the bending tendency of the fluid boxes when the radiator is full of pressurized fluid, and thus prevent tearing forces being exerted on the welds of the ends 25 of the tubular sections. One of the ends 57 of each tie rod is folded at a right angle and rests on a boss 56, while the opposite end 58 is threaded and 35 cooperates with a nut 59 which is tightened on another boss 56.

Bien que l'invention ait été décrite en référence particu- Although the invention has been described with particular reference to

lière à un échangeur de chaleur comportant deux boites à fluide formées chacune de deux sections tubulaires reliées bout à bout, elle s'applique également à des échangeurs de chaleur dont chaque boîte à fluide est formée d'une seule section, tubulaire ou non. linked to a heat exchanger comprising two fluid boxes each formed from two tubular sections connected end to end, it also applies to heat exchangers in which each fluid box is formed from a single section, tubular or not.

Elle s'applique également à des échangeurs de chaleur comportant une ou deux traverses. It also applies to heat exchangers comprising one or two crosspieces.

Claims

Claims.

1. Heat exchanger of the type comprising a bundle of parallel tubes (1) and, at at least one end thereof, a fluid box (2-1, 2-2), made of plastic, the ends of the tubes ( 1) penetrating into the fluid box in a liquid-tight manner through holes made in a wall of the manifold fluid box (27), and further comprising at least one mounting crosspiece (3) 10 extending parallel to the tubes and fixed to one end of the fluid box in an offset region, in the longitudinal direction of the tubes and towards the median transverse plane (M) of the latter, relative to the manifold, characterized in that the cross member is assembled on a base (23) 15 molded with the fluid box and connected by ribs

(24) to the fluid box.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the base (23) extends parallel to the tu20 bes (1).

3. Heat exchanger according to one of claims 1 and 2, characterized in that the base (23) is connected to the fluid box (2-1, 2-2) by two parallel ribs (24). 25

4. Heat exchanger according to one of 'claims 1 to 3, characterized in that the ribs (24) have the shape

of a right triangle.

5. Heat exchanger according to one of claims 1

to 4, in which the fluid box (2-1, 2-2) comprises a tubular wall (21) including a manifold portion (27), characterized in that the ribs (24) are connected to said tubular wall.

6. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid box

comprises two tubular sections (20), at least one end (25) of which is open, assembled by welding together.

7. Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the two ends of the fluid box are closed by bottoms (22) extending obliquely so that the length of the fluid box is less in its longitudinal zone opposite to the collector 10 (27) than in the longitudinal zone of said collector.

8. Heat exchanger comprising two fluid boxes, characterized in that each fluid box has

bases according to one of claims 1 to 5.