CH556521A - Echangeur thermique a courants croises et procede pour sa fabrication. - Google Patents

Description

  
 



   La présente invention concerne un échangeur thermique à courants croisés et son procédé de fabrication.



     Linvention    a pour but principal de   construire cet    échangeur pour un   prix    de revient   extrêmement    bas. Un tel échangeur peut alors être utilisé dans les applications les plus diverses (radiateurs pour le chauffage domestique;   échangeurs    thermiques industriels;   récupérateurs    pour des machines thermiques).



     L'échangeur    thermique à courants croisés selon   l'invention    est   caractérisé    en ce   qusil    comprend une superposition de tôles plates identiques, chaque tôle étant munie de plusieurs perforations crevées dont le bord rabattu forme pour chacune un petit tronçon tubulaire dépassant d'un côté de la tôle, les crevées étant appliquées l'une contre l'autre de façon que chaque tronçon tubulaire de l'une s'emboîte dans l'entrée d'un trou crevé d'une autre.



   Les tôles peuvent être assemblées par simple emmanchement à force des crevés les uns dans les autres, par soudage ou par collage. Le choix de   l'une    ou l'autre solution est défini en fonction des   températures    prévues pour le fonctionnement de   l'échangeur.   



   La structure de   l'échangeur    est simple et légère, ce qui autorise   l'utilisation    de métaux nobles tels qu'un acier inoxydable ferritique et malléable résistant à l'oxydation et à la corrosion jusqu'à   750 C.    Dans ce cas, I'échangeur convient   particulièrement    bien pour une turbine à gaz équipant un   véhicule.   



   Le procédé de fabrication de   l'échangeur    thermique selon   l'invention    est   caractérisé    en ce qu'on utilise une tôle dans laquelle on perce des avant-trous, après quoi on passe chaque avant-trou entre une matrice et un poinçon pour en crever le bord et le rabattre suivant un tronçon tubulaire qui dépasse d'un côté de la tôle, laquelle, une fois terminée, est   superposée    à d'autres tôles crevées identiques, l'extrémité de chaque tronçon tubulaire d'une tôle étant engagée dans l'entrée d'un trou crevé dans une autre tôle.



   Le dessin annexé   représente,    à titre   d'exemple,    des formes    d'exécution    de   l'échangeur    de chaleur objet de   l'invention    et illustre son procédé de fabrication.



   La fig.   1,    2 et 3 illustrent les phases successives de la fabrica tion d'une tôle crevée.



   La fig. 4 est une coupe transversale suivant la ligne IV-IV de la fig.5.



   La fig. 5 est une vue en plan de la tôle crevée terminée.



   La fig. 6 montre   l'assemblage    de deux tôles crevées par un procédé de soudage par induction.



   La fig. 7 est une vue en coupe montrant à grande schelle un detail de la fig. 6.



   La fig. 8 est une vue   schématique    montrant en perspective un échangeur   Åa    courants croisés.



   La fig. 9 montre une variante où   l'échangeur    ainsi que ses canalisations d'entrée et de sortie se   présentent    sous la forme d'un bloc parallélépipédique.



   La fig. 10 est une coupe longitudinale de   l'échangeur    de la fig.9.



   La fig. 11 montre une variante de la tôle où les crevés sont pratiqués alternativement d'un côté puis de l'autre de chaque tôle.



   On a représenté sur la fig. 1 une tôle 1 dans laquelle on a percé des avants-trous 2.



   Cette tôle est ensuite crevée à l'aide de l'outillage illustré sur la fig. 2 et qui comprend un poinçon 3 et une   matrice    4.



   Le poinçon 3 possède un embout cylindrique 5 de diamètre sensiblement égal à celui des avant-trous 2. Cet embout 5 est relié par un évasement tronconique 6 à un tronçon cylindrique 7 de plus grand diamètre. Ce tronçon 7 est relié par un évasement arrondi 8 au corps 9 du poinçon 3.



   L'orifice central de la   matrice    4 possède un diamètre 10 sen siblement égal à celui du tronçon cylindrique 7. De plus, le bord supérieur de la matrice 4 possède une entrée évasée arrondie 11 dont le profil est   complémentaire    de celui de   l'évasement    8 du poinçon.



   On comprend qu'en passant la tôle   I    dans   l'outillage      3,      4,    le poinçon 3 crève chaque avant-trou 2 pour former un bord rabattu formant un tronçon tubulaire 12   (fig.      3).    Ce tronçon tubulaire 12 dépasse sur   l'un    des côtés de la tôle.



   Quand la tôle est terminée, elle se présente sous l'aspect illustré par les fig. 4 et 5 (tous les crevés 12 dépassent d'un même) côté) ou bien comme illustré sur la fig. 11 (les crevés 12 dépassent   altennativement    d'un côté ou de   l'autre).   



   En superposant plusieurs tôles 1 du genre illustré sur les fig. 4 et 5, ou bien sur la fig.   I 1,    on obtient un empilage de tôles planes paralleles entre elles et maintenues à un   écartement    13   (fig.    7 et 11) par les crevés 12 s'emmanchant les uns dans les autres d'une tôle à l'autre.



   L'étanchéité peut être obtenue par simple emmanchement à force des crevés.



   Dans certains cas, on peut compléter la fixation par une operation telle que:  - soudage par induction en utilisant des masses de soudage 14 et 15   (fig.    6 et 7) engagées dans les extrémités de chaque tube formt par la superposition de plusieurs crevés 12 (le soudage s'effectue alors dans les zones de contact   16);     - collage des tôles métalliques à l'aide d'une résine époxypolymérisable;  - soudage par ultra-sons si, au lieu d'utiliser des tôles   métal-    liques 1, on traite des plaques de matière plastique.



   Bien entendu, le choix de   l'un    ou l'autre mode d'assemblage, ainsi que la détermination du matériau utilisé pour chaque tôle ou plaque   I    s'effectuent en fonction des   températures    de fonctionnement prévues.



   Finalement, on obtient un échangeur plat du genre illustré sur la fig. 8. On voit que la superposition des tôles   I    forme une sorte d'ailetage entre les plans duquel un   fluide    secondaire peut circuler comme indiqué par les flaches 17 (entrée) et 18 (sortie).



   Par contre, les crevés 12 emboîtés de façon étanche les uns dans les autres forment des tubes transversaux à travers lesquels on peut faire circuler un   fluide    primaire comme indiqué par les flaches 19 (entrée) et 20 (sortie).



   On a représenté sur les fig. 9 et 10 une variante de   l'échangeur    qui se présente sous la forme d'un ensemble parallélépipédique.



  L'empilage des tôles   I    et de leurs tubes transversaux 12 est disposé obliquement à l'intérieur d'un bloc parallélépipédique 21 qui comprend la canalisation d'entrée 22 du   fluide    secondaire, la canalisation de sortie 23 du   fluide    secondaire, la canalisation d'entrée 24 du   fluide    primaire, et la canalisation de sortie 25 du fluide primaire.



   On voit que les canalisations 23 et 24 sont   juxtaposées    et s'ouvrent à l'intérieur d'un même flasque 26. De même, les canalisations 22 et 25 s'ouvrent à l'opposé du bloc   parallélépipédique,    au centre d'un même flasque 27   (fig.      9).   



   Un tel échangeur   (fig.    9 et 10) présente un rendement thermique   particulièrement    élevé sous un encombrement   réduit.    De plus, sa structure en tôle mince permet de le réaliser sous un poids très faible. Cela autorise par conséquent l'emploi de métaux nobles autorisant des performances élevées.

 

   On voit sur la fig. 7 que l'extrémité de chaque crevé 12 forme une   discontinuité    transversale 28 sur la paroi interne du tube résultant de   l'empilage    de plusieurs crevés 12. Cette discontinuité 28 perturbe la couche limite de   l'écoulement    du fluide primaire et fait   apparaître    une zone tourbillonnaire qui est favorable à un bon échange thermique.



   REVENDICATIONS



   I. Echangeur thermique à courants croisés, caractérisé en ce qu'il comprend une superposition de tôles plates identiques, chaque tôle etant munie de plusieurs perforations crevées dont le bord rabattu forme pour chacune un petit tronçon tubulaire 

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.



   

Claims (1)

1. **WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **.

   La présente invention concerne un échangeur thermique à courants croisés et son procédé de fabrication.

   Linvention a pour but principal de construire cet échangeur pour un prix de revient extrêmement bas. Un tel échangeur peut alors être utilisé dans les applications les plus diverses (radiateurs pour le chauffage domestique; échangeurs thermiques industriels; récupérateurs pour des machines thermiques).

   L'échangeur thermique à courants croisés selon l'invention est caractérisé en ce qusil comprend une superposition de tôles plates identiques, chaque tôle étant munie de plusieurs perforations crevées dont le bord rabattu forme pour chacune un petit tronçon tubulaire dépassant d'un côté de la tôle, les crevées étant appliquées l'une contre l'autre de façon que chaque tronçon tubulaire de l'une s'emboîte dans l'entrée d'un trou crevé d'une autre.

   Les tôles peuvent être assemblées par simple emmanchement à force des crevés les uns dans les autres, par soudage ou par collage. Le choix de l'une ou l'autre solution est défini en fonction des températures prévues pour le fonctionnement de l'échangeur.

   La structure de l'échangeur est simple et légère, ce qui autorise l'utilisation de métaux nobles tels qu'un acier inoxydable ferritique et malléable résistant à l'oxydation et à la corrosion jusqu'à 750 C. Dans ce cas, I'échangeur convient particulièrement bien pour une turbine à gaz équipant un véhicule.

   Le procédé de fabrication de l'échangeur thermique selon l'invention est caractérisé en ce qu'on utilise une tôle dans laquelle on perce des avant-trous, après quoi on passe chaque avant-trou entre une matrice et un poinçon pour en crever le bord et le rabattre suivant un tronçon tubulaire qui dépasse d'un côté de la tôle, laquelle, une fois terminée, est superposée à d'autres tôles crevées identiques, l'extrémité de chaque tronçon tubulaire d'une tôle étant engagée dans l'entrée d'un trou crevé dans une autre tôle.

   Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, des formes d'exécution de l'échangeur de chaleur objet de l'invention et illustre son procédé de fabrication.

   La fig. 1, 2 et 3 illustrent les phases successives de la fabrica tion d'une tôle crevée.

   La fig. 4 est une coupe transversale suivant la ligne IV-IV de la fig.5.

   La fig. 5 est une vue en plan de la tôle crevée terminée.

   La fig. 6 montre l'assemblage de deux tôles crevées par un procédé de soudage par induction.

   La fig. 7 est une vue en coupe montrant à grande schelle un detail de la fig. 6.

   La fig. 8 est une vue schématique montrant en perspective un échangeur Åa courants croisés.

   La fig. 9 montre une variante où l'échangeur ainsi que ses canalisations d'entrée et de sortie se présentent sous la forme d'un bloc parallélépipédique.

   La fig. 10 est une coupe longitudinale de l'échangeur de la fig.9.

   La fig. 11 montre une variante de la tôle où les crevés sont pratiqués alternativement d'un côté puis de l'autre de chaque tôle.

   On a représenté sur la fig. 1 une tôle 1 dans laquelle on a percé des avants-trous 2.

   Cette tôle est ensuite crevée à l'aide de l'outillage illustré sur la fig. 2 et qui comprend un poinçon 3 et une matrice 4.

   Le poinçon 3 possède un embout cylindrique 5 de diamètre sensiblement égal à celui des avant-trous 2. Cet embout 5 est relié par un évasement tronconique 6 à un tronçon cylindrique 7 de plus grand diamètre. Ce tronçon 7 est relié par un évasement arrondi 8 au corps 9 du poinçon 3.

   L'orifice central de la matrice 4 possède un diamètre 10 sen siblement égal à celui du tronçon cylindrique 7. De plus, le bord supérieur de la matrice 4 possède une entrée évasée arrondie 11 dont le profil est complémentaire de celui de l'évasement 8 du poinçon.

   On comprend qu'en passant la tôle I dans l'outillage 3, 4, le poinçon 3 crève chaque avant-trou 2 pour former un bord rabattu formant un tronçon tubulaire 12 (fig. 3). Ce tronçon tubulaire 12 dépasse sur l'un des côtés de la tôle.

   Quand la tôle est terminée, elle se présente sous l'aspect illustré par les fig. 4 et 5 (tous les crevés 12 dépassent d'un même) côté) ou bien comme illustré sur la fig. 11 (les crevés 12 dépassent altennativement d'un côté ou de l'autre).

   En superposant plusieurs tôles 1 du genre illustré sur les fig. 4 et 5, ou bien sur la fig. I 1, on obtient un empilage de tôles planes paralleles entre elles et maintenues à un écartement 13 (fig. 7 et 11) par les crevés 12 s'emmanchant les uns dans les autres d'une tôle à l'autre.

   L'étanchéité peut être obtenue par simple emmanchement à force des crevés.

   Dans certains cas, on peut compléter la fixation par une operation telle que: - soudage par induction en utilisant des masses de soudage 14 et 15 (fig. 6 et 7) engagées dans les extrémités de chaque tube formt par la superposition de plusieurs crevés 12 (le soudage s'effectue alors dans les zones de contact 16); - collage des tôles métalliques à l'aide d'une résine époxypolymérisable; - soudage par ultra-sons si, au lieu d'utiliser des tôles métal- liques 1, on traite des plaques de matière plastique.

   Bien entendu, le choix de l'un ou l'autre mode d'assemblage, ainsi que la détermination du matériau utilisé pour chaque tôle ou plaque I s'effectuent en fonction des températures de fonctionnement prévues.

   Finalement, on obtient un échangeur plat du genre illustré sur la fig. 8. On voit que la superposition des tôles I forme une sorte d'ailetage entre les plans duquel un fluide secondaire peut circuler comme indiqué par les flaches 17 (entrée) et 18 (sortie).

   Par contre, les crevés 12 emboîtés de façon étanche les uns dans les autres forment des tubes transversaux à travers lesquels on peut faire circuler un fluide primaire comme indiqué par les flaches 19 (entrée) et 20 (sortie).

   On a représenté sur les fig. 9 et 10 une variante de l'échangeur qui se présente sous la forme d'un ensemble parallélépipédique.

   L'empilage des tôles I et de leurs tubes transversaux 12 est disposé obliquement à l'intérieur d'un bloc parallélépipédique 21 qui comprend la canalisation d'entrée 22 du fluide secondaire, la canalisation de sortie 23 du fluide secondaire, la canalisation d'entrée 24 du fluide primaire, et la canalisation de sortie 25 du fluide primaire.

   On voit que les canalisations 23 et 24 sont juxtaposées et s'ouvrent à l'intérieur d'un même flasque 26. De même, les canalisations 22 et 25 s'ouvrent à l'opposé du bloc parallélépipédique, au centre d'un même flasque 27 (fig. 9).

   Un tel échangeur (fig. 9 et 10) présente un rendement thermique particulièrement élevé sous un encombrement réduit. De plus, sa structure en tôle mince permet de le réaliser sous un poids très faible. Cela autorise par conséquent l'emploi de métaux nobles autorisant des performances élevées.

   On voit sur la fig. 7 que l'extrémité de chaque crevé 12 forme une discontinuité transversale 28 sur la paroi interne du tube résultant de l'empilage de plusieurs crevés 12. Cette discontinuité 28 perturbe la couche limite de l'écoulement du fluide primaire et fait apparaître une zone tourbillonnaire qui est favorable à un bon échange thermique.

   REVENDICATIONS

   I. Echangeur thermique à courants croisés, caractérisé en ce qu'il comprend une superposition de tôles plates identiques, chaque tôle etant munie de plusieurs perforations crevées dont le bord rabattu forme pour chacune un petit tronçon tubulaire

   dépassant d'un côté de la tôle, les tôles crevées étant appliquées l'une contre l'autre de façon que chaque tronçon tubulaire de l'une s'emboîte dans l'entrée d'un trou crevé d'une autre.

   II. Procédé pour la fabrication de l'échangeur thermique suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'on utilise une tôle dans laquelle on perce des avant-trous, après quoi on passe chaque avant-trou entre une matrice et un poinçon pour en crever le bord et le rabattre suivant un troncon tubulaire qui dépasse d'un côté de la tôle, laquelle, une fois terminée, est superposée à d'autres tôles crevées identiques, l'extrémité de chaque tronçon tubulaire d'une tôle étant engagée dans l'entrée d'un trou crevé dans une autre tôle.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'ensemble des crevés emmanchés bout à bout forme un tube de passage dont la paroi interne possède un épaulement ou discontinuité correspondant au passage d'une tôle crevée à l'autre.

   2. Echangeur suivant la revendication I, caractérisé en ce que les bords crevés dépassent tous d'un même côté d'une tôle.

   3. Echangeur suivant la revendication I, caractérisé en ce que les bords crevés d'une tôle dépassent, les uns d'un côté de cette tôle, les autres de l'autre côté.

   4. Procédé suivant la revendication II, caractérisé en ce que les tôles sont assemblées par simple emmanchement à force des crevés les uns dans les autres.

   5. Procédé suivant la revendication II, caractérisé en ce que les tôles sont assemblées par collage.

   6. Procédé suivant la revendication II, caractérisé en ce que les tôles sont assemblées par soudage à induction.