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Assemblage perfectionné d'ailettes l'échangeur de chaleur.
La présente invention concerne des perfectionnements des échangeurs à plaques utilisés pour la transmission de chaleur entre deux fluides enfermés, et elle a trait notamment à un procédé d'assemblage perfectionné d'enveloppes d'échangeus comportant des rangées de fils métalliques ondulés et des canaux plissés formant des surfaces d'ailettes prolongées.
Un type d'appareil bien connu pour le transfert de cha- leur entre deux fluides enfermés comprend une pluralité de plaques métalliques espacées de manière à former des canaux qui sont alternativement traversés par un fluide chaud,, comme par exemple des gaz d'échappement, tandis que de l'air ou un autre fluide qui doit être réchauffe traverse les passages intermédiaires.
Habituel-
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@ @ prévent une série d'éléments "d'enveloppe" qui se com- pesent de plaquas parallèles, l'espace qui les sépare est ferme le long de deux @ords opposés afin de relier latéralement des cotés opposés du passage du fluide chauffant. Les éléments d'en- vsloppes sont montés espacés parallèlement afin de former des passages pour le fluide à réchauffer et les espaces entre les enveloppes sont fermés de la même manière le long de deux bords latéraux opposés.
Deux enveloppes ainsi espacées forment une cellule qui est généralement enfermée à l'intérieur d'une enveloppe à laquelle sont associés des collecteurs d'entrée et de sortie et des conduites d'alimentation et d'évacuation pour les deux fluides-
Afin d'augmenter le coefficient de transfert de cha- leur, les canaux traversés par les fluides sont souvent pourvus d'ailettes qui se projettent sur le parcours des fluides et servent à augmenter la conduction de chaleur vers et à travers les parois qui limitent les canaux. Un modèle d'ailettes prolongées s'étendant entre les parois se compose de fils métalliques repliés en ondulations forant ainsi une série ininterrompue de boucles en U dont les branches constituent des ailettes en forme de broches qui se dressent entre les parois à l'intérieur de l'en,- veloppe.
La face extérieure de ces parois peut être pourvue d'éléments en forme d'U s'étendant parallèlement à la direction, de la circulation du fluide. Afin de promouvoir un transfert de chaleur efficace à travers les broches et les canaux qui séparent les parois, une bonne liaison doit être assurée entre ces élé- ments et la paroi, exemple par brasage ou soudage.
La présente invention vise un agencement perfectionné pour l'assemblage des plaques qui forment les parois des canaux et pour les fils bouclés sinueusement qui constituent le prolon- gent de la surface de ces parois, de manière à former une en- veloppe d'échange de chaleur d'une seule pièce.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
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ressortirait d'ailleurs de la description qui va suivre, de cer- tains modes de réalisation possibles de l'invention, choisis à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés, dans lesquels
La figure 1 est une vue partielle en perspective d'une enveloppe d'échangeur de température, l'une des parois étant partiellement brisée afin de montrer les ailettes en fils métalli- ques ondulés en position.
La figure 2 est une vue en perspective qui illustre l'utilisation d'éléments, en U de maintien et de placement légèrement différents de ceux représentes à la figure 1.
La figure 3 est une vue en perspective d'une partie d'une autre enveloppe d'échangeur de chaleur pourvu d'un agence- ment de montage légèrement modifie.
La figure 4 est une vue en élévation en bout de l'a- gencement de la figure 3,
Les échangeurs de température à plaques qui corres- pondent au type général décrit ci-contre sont constitues par une pluralité d'éléments d'enveloppe séparés, dont chacun compren@ une plaque métallique il et 12 espacées l'une de l'autre de ma- nière à forcer un passage 13 pour l'un des fluides, tandis que des espaces situés à l'extérieur des parois 11 et 12 qui sont logés entre des éléments d'enveloppe adjacents d'un échangeur de chaleur complet forment les passages pour l'autre fluide.
Afin d'augmenter la surface dans le canal 13, on monte une pluralité d'ailettes entre les surfaces int4rieures des parois 11 et 12 sous la forme de fils métalliques 14 replies en ondulations afin de former des boucles en U s'étendant en zig-zag, de sorte que leurs branches forment des ailettes 15 semblables à des broches qui se dressent entre les parois. Afin de faciliter l'assujet- tissement de ces éléments $sineux $aux parois 11 et 12 du passage, des éléents en U 16 sont ajustés, sur et le long des chapes des éléments repliés.
Ces marnas clients en U servent également de renforts qui augmentent la rigidité de l'enveloppe assemblée
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.;::h ' < iinsi jr >nàL ,ut ses qualités finales.
Lors de l'assujettissement des plaques 11 et 12
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avec lei B11i11lonts sinueux 14 et les électifs en U 16 de manière à former un élément d'une pièce les meilleurs résultats ont été obtenus par un procède de brasageau four, car dans un tel procède les éléments constituants se trouvant placés dans des bonnes èonditions de transfert réciproque de chaleur et toute l'opération peut s'exécuter rapidement avec un minimum de mani- pulations.
Le procède de l'invention prévoit l'utilisation de gouttières de plaçaient permanentes des fil:*. conjointement à des éléments de maintien ou de positionnement fusibles ou amo- vibles, formés de matière de brasure, qui, lorsque la tempérautre de brasure est atteinte, fondent et coulent dans les joints entre les plaques 11, 12, les canaux 16 et les fils 17 éliminant ainsi toute obstruction à la circulation des fluides, tout en
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apportant leur contenu à la matière de brasage initIalement placé, entre toutes les surfaces destinées à être liées ensemble.
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La figure 1 illustre un type d'é1.a.ents d'enveloppe d2!échangeur de chaleur qui comprend deux plaques 11 et 12 séparées par des rangées parallèles de fils métalliques 14 repliés en ondulations tonnant une série continue de boucles en U,
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dont les branches ft)ment les broches lu s'étendant des plaques 11 aux plaques 12, Dans cet agencement, on utilise une série
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d''eléments composes doubles 16 en U pour placer les boucles de chaque élément contigu à la plaque supérieure et à la plaque inférieure.
Les clients en double U 16 sont formes dune seule pièce, l'une des parties en U 16A étant prévue pour maintenir les fils ondules en position verticale tandis que la partie en U
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adjacente 16B sert deél6m;.:nt d'espacement pour maintenir les fils "'"l)i3ins 14 z. égale distance.
Lors d l'assemblage de cette cellule afin da préparer l'op:.1rlltlon de bra.,-llge; Vi Pllque- 12 ext d'abord pincée sur un Plan hl)l"i:7.ont'll et on place sur Gc:3.lFvei une feuille, ou une
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certal@e quantité de matière de brasage 17 avant que les rangées des -éléments en double U 16 ne soient juxtaposés le long de la plaque, leur côté ouvert ou formant gouttière dirigé vers le haut.
Les boucles ou chapes des fils métalliques ondulés sont emmanchés à la presse dans chaque seconde gouttière16A, tandis que les gouttières intermédiaires 16B restent inoccupées et servent d'éléments d'espacement en s'aboutant contre la gouttière sui- vante 16. Des éléments en U similaires 16, de la matière de brasage 17 et une plaque supérieure 11 sont superposés au-dessus des boucles supérieures afin de former l'assemblage de la figure
1.
Une matière de brasage supplémentaire est utilisée comme garnissage 18 à l'intérieur de chaque gouttière 16 A renfermant les boucles de fil, de sorte que lorsque tout l'assembalge est chauffe à la température de brasage, toutes les matières de bra- sage vont fondre et après refroidissement lieront les boucles aux canaux et les canaux aux plaques, limitant ainsi les parois des canaux à l'endroit voulu par une quantité de matières de brasage appropriée.
La figure 2 illustre une variante de l'élément d'é- changeur de chaleurde la figure 1 qui ne diffère que par la forme de la gouttière de retenue des fils. Dans le dispositif de la. figure 2, les gouttières de maintien et de placement doubles 20 et 24, des fils sont espacées entre elles par une aile 22, tandis qu'une bordure d'espacement 26 relie la goutti ère 24 et constitue un blasent 4-'espacement positif pour l'élément en double U contigu suivant. L'aile 22 et la bordure 26 forment en fait les parties de base d'éléments en U renversés disposés alternativement et juxtaposés aux gouttières 20 et 24 dirigées vers le haut.
Pour l'assemblage, on insère de la matière de brasage entre toutes les surfaces devant être jointées, comme par exemple entre les gouttières et les plaques, et également à l'intérieur des gouttières, de sorte que lorsque l'ensemble est proté à la température de brasage, il se produira un apport important de ma- tière de brasage en fusion sensiblement au point de son uitli-
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sation finale.
La figure 3 illustre un élément d'enveloppe de
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changeur de chaleur qui est constitué essentiellement des mêmes éléments que les structures d'enveloppes précédemment décrites aux'figures 1 et 2. Toutefois à ta figure 3, les éléments 32 en U, supportant les ailettes adjacentes, sont uni- formément en forme de U et sont maintenus espacés entre eux par des bandes préformées #4, semblables à des agrafes, en matière de brasage qui possèdent des parties en U 35, 36 partiellement insérées à l'intérieur de deux gouttières contiguës 32, tandis qu'une aile d'espacement 37 et une bride 38 s'étendent entre elles afin de maintenir les fils sinueux équidistants de la manière illustrée à la figure 4.
Il est à remarquer que l'aile d'espacement et la bor- dure de l'assemblage illustré aux figures 3 et 4 assure un espa- canent précis des gouttières 32 et des fils ondulés 14. De plus., ces mêmes éléments d'espacement assurent une grande stabilité aux éléments constituants pendant l'assemblage et pendant les phases initiales de chauffage de l'opération de brasage.
Lorsque la chaleur du four de brasage est devenue suffisante pour fondre la matière et pour effectuer la brasure, la matière de brasage représentée par les éléments 34 et 36 s'étendant entre les gout- tières fond et vient s'ajouter à la matière de brasage qui se trouve à l'intérieur des gouttières, ainsi qu'entre les gouttières et les plaques de recouvrement. L'enveloppe:qui en résulte est exempte de toute matière de montage pouvant former des obstruc- tions qui pourraient ralentir le passage du fluide ou diminuer le transfert de chaleur.
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Improved assembly of the heat exchanger fins.
The present invention relates to improvements to plate exchangers used for the transmission of heat between two enclosed fluids, and it relates in particular to an improved method of assembling exchanger casings comprising rows of corrugated metal wires and pleated channels. forming extended fin surfaces.
A well-known type of apparatus for the transfer of heat between two enclosed fluids comprises a plurality of metal plates spaced so as to form channels which are alternately traversed by a hot fluid, such as, for example, exhaust gases. while air or other fluid to be heated passes through the intermediate passages.
Usual-
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@ @ prevent a series of "envelope" elements which are made up of parallel plates, the space which separates them is closed along two opposing edges in order to laterally connect opposite sides of the passage of the heating fluid. The envelope elements are mounted spaced apart in parallel to form passages for the fluid to be heated and the spaces between the envelopes are similarly closed along two opposite side edges.
Two envelopes thus spaced form a cell which is generally enclosed within an envelope to which are associated inlet and outlet manifolds and supply and discharge pipes for the two fluids.
In order to increase the heat transfer coefficient, the channels crossed by the fluids are often provided with fins which project onto the path of the fluids and serve to increase the conduction of heat to and through the walls which limit the canals. A pattern of extended fins extending between the walls consists of metal wires folded into corrugations thus forging an unbroken series of U-shaped loops whose branches constitute pin-shaped fins that rise between the walls within the en, - veloppe.
The outer face of these walls may be provided with U-shaped elements extending parallel to the direction of the circulation of the fluid. In order to promote efficient heat transfer through the pins and channels which separate the walls, a good bond must be ensured between these elements and the wall, for example by soldering or welding.
The present invention relates to an improved arrangement for the assembly of the plates which form the walls of the channels and for the sinuously looped threads which constitute the extension of the surface of these walls, so as to form an exchange envelope. one piece warmth.
Other characteristics and advantages of the invention
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Moreover, it will emerge from the following description of certain possible embodiments of the invention, chosen by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which
Figure 1 is a partial perspective view of a heat exchanger shell, one of the walls being partially broken off to show the corrugated metal wire fins in position.
Figure 2 is a perspective view which illustrates the use of elements, U-shaped retention and placement slightly different from those shown in Figure 1.
Figure 3 is a perspective view of part of another heat exchanger shell provided with a slightly modified mounting arrangement.
Figure 4 is an end elevational view of the arrangement of Figure 3,
The plate heat exchangers which correspond to the general type described opposite consist of a plurality of separate casing elements, each of which comprises a metal plate 11 and 12 spaced apart from each other by one. - nière to force a passage 13 for one of the fluids, while spaces located outside the walls 11 and 12 which are housed between adjacent casing elements of a complete heat exchanger form the passages for the other fluid.
In order to increase the surface area in the channel 13, a plurality of fins are fitted between the inner surfaces of the walls 11 and 12 in the form of metal wires 14 folded into corrugations to form U-shaped loops extending in a zigzag fashion. zag, so that their branches form pin-like fins 15 which rise between the walls. In order to facilitate the subjection of these sinuous elements to the walls 11 and 12 of the passage, U-shaped elements 16 are fitted, on and along the yokes of the folded elements.
These customer U-shaped marnas also serve as reinforcements which increase the rigidity of the assembled casing
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.; :: h '<iinsi jr> nàL, ut its final qualities.
When securing plates 11 and 12
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with the sinuous B11i11lonts 14 and the U-shaped electives 16 so as to form an element of a piece the best results have been obtained by a brazing process in the furnace, because in such a process the constituent elements being placed in good conditions of reciprocal heat transfer and the entire operation can be completed quickly with minimal handling.
The process of the invention provides for the use of gutters for permanent placement of the wire: *. together with fusible or removable holding or positioning elements, formed of solder material, which, when the solder temperature is reached, melt and flow into the joints between the plates 11, 12, the channels 16 and the wires 17 thus eliminating any obstruction to the flow of fluids, while
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bringing their content to the brazing material initially placed, between all the surfaces intended to be bonded together.
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Figure 1 illustrates a type of heat exchanger casing element which comprises two plates 11 and 12 separated by parallel rows of metal wires 14 folded into corrugations forming a continuous series of U-shaped loops,
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whose branches ft) lie the pins read extending from the plates 11 to the plates 12, In this arrangement, a series
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of 16 double U-shaped composite elements to place the loops of each element contiguous to the upper plate and the lower plate.
The double U 16 customers are formed in one piece, one of the U-shaped parts 16A being provided to hold the corrugated wires in a vertical position while the U-shaped part
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adjacent 16B serves as a spacer to hold the threads "'" l) i3ins 14 z. equal distance.
During assembly of this cell in order to prepare the op: .1rlltlon de bra., - llge; Vi Pllque- 12 ext first pinched on a Plan hl) l "i: 7.ont'll and we place on Gc: 3.lFvei a sheet, or a
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certain amount of brazing material 17 before the rows of -elements in double U 16 are juxtaposed along the plate, their open side or forming gutter facing upwards.
The loops or clevises of the corrugated metal wires are press-fitted into each second gutter 16A, while the intermediate gutters 16B remain unoccupied and serve as spacers by abutting against the following gutter 16. U-shaped elements like 16, brazing material 17 and a top plate 11 are superimposed over the top loops to form the assembly of FIG.
1.
Additional brazing material is used as packing 18 inside each 16A gutter enclosing the wire loops, so that when the whole assembly is heated to brazing temperature all brazing material will melt. and after cooling will bond the loops to the channels and the channels to the plates, thereby limiting the walls of the channels to the desired location by an appropriate amount of brazing material.
Figure 2 illustrates a variation of the heat exchanger element of Figure 1 which differs only in the shape of the wire retention channel. In the device of the. Figure 2, the double retaining and placement gutters 20 and 24, wires are spaced apart by a wing 22, while a spacer edge 26 connects the gutter 24 and constitutes a blase 4-'positive spacing for the next contiguous double U element. The wing 22 and the edge 26 in fact form the base parts of inverted U-shaped elements arranged alternately and juxtaposed with the gutters 20 and 24 directed upwards.
For assembly, brazing material is inserted between all the surfaces to be joined, such as between the gutters and the plates, and also inside the gutters, so that when the assembly is protected at the brazing temperature, a large supply of molten brazing material will occur substantially at the point of its use.
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final sation.
Figure 3 illustrates an envelope element of
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heat changer which consists essentially of the same elements as the casing structures previously described in Figures 1 and 2. However in Figure 3 the U-shaped elements 32, supporting the adjacent fins, are uniformly U-shaped and are kept spaced apart by preformed # 4, staple-like bands of solder material which have U-shaped portions 35, 36 partially inserted within two contiguous gutters 32, while a wing of spacer 37 and a flange 38 extend between them to keep the sinuous wires equidistant as shown in Figure 4.
It should be noted that the spacer flange and the edge of the assembly illustrated in Figures 3 and 4 provide precise spacing of the gutters 32 and the corrugated wires 14. In addition, these same elements of the wire. spacing provide high stability to the component parts during assembly and during the initial heating phases of the brazing operation.
When the heat of the brazing furnace has become sufficient to melt the material and to effect the brazing, the brazing material represented by elements 34 and 36 extending between the gutters melts and is added to the brazing material. which is inside the gutters, as well as between the gutters and the cover plates. The resulting casing is free of any mounting material which may form obstructions which could slow the passage of fluid or reduce heat transfer.