EP0569293A1 - Echangeur de chaleur et son procédé de fabrication - Google Patents

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EP0569293A1
EP0569293A1 EP93401155A EP93401155A EP0569293A1 EP 0569293 A1 EP0569293 A1 EP 0569293A1 EP 93401155 A EP93401155 A EP 93401155A EP 93401155 A EP93401155 A EP 93401155A EP 0569293 A1 EP0569293 A1 EP 0569293A1
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EP
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tube
heat exchanger
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elementary
orifices
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EP93401155A
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Antonio Montes Navio
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KOBOL SA
Original Assignee
KOBOL SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0477—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits being bent in a serpentine or zig-zag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/05316—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05325—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with particular pattern of flow, e.g. change of flow direction

Definitions

  • the radiant fin heat exchangers that are being manufactured are formed using welded fins, forks and elbows.
  • a set of fins arranged parallel one behind the other is used, each of which has a series of orifices in the direction along the longitudinal axis of the fin so as to define thus, in the direction perpendicular to the fins, alignments between the orifices of the different fins.
  • the corresponding straight sections of the tube through which the refrigerant must circulate are passed through these orifices.
  • the invention proposes a new heat exchanger which has the particularity of being constituted by bundles of elementary or unitary fins. That is, each fin has only one through hole for the coolant tube.
  • a second particularity of this heat exchanger lies in the fact that the tube inside which the refrigerant will circulate is a unique whole and that it is not formed of segments joined by elbows.
  • This new heat exchanger takes place by first forming bundles of individual fins.
  • the subject of the invention is a heat exchanger as well as the process for manufacturing this exchanger.
  • the heat exchangers are constituted, as shown diagrammatically in FIG. 1, by means of a series of radiant fins a , each of which has a series of orifices arranged along its longitudinal axis of so that, by arranging a series of fins juxtaposed between them according to parallel planes, the orifices of the different fins a are aligned, thus making it possible to thread sections of rectilinear tubes t whose ends are connected by welded elbows c for define in this way the corresponding circuit in which the refrigerant will be circulated.
  • each radiant fin designated by the reference 2 in FIG. 2 is of elementary or unitary nature, with a single orifice 2.1 provided with a self-separating collar 2.2 which delimits the spacing between the different fins 2, when they are placed one behind the other in packages 3, see FIG. 2.
  • the materials which can be used for the production of the elementary fins 2 can be all those which are interesting by their properties, from the thermodynamic, mechanical and economic point of view, such as aluminum, iron, copper, plastics, etc.
  • each elementary fin 2 will be that required by the construction of the final exchanger, the fin may be round, square, rectangular, polygonal in general, including with mixed contour and the dimensions will be variable, depending on the characteristics of the exchanger.
  • the different packets 3 of elementary fins 2 are arranged aligned with one another, in the desired number in each case and, through the orifice 2.1, a single tube 1 previously straightened is inserted.
  • This tube 1 constitutes the conduit for the refrigerant and can be made of material such as copper, aluminum, iron, plastics, etc., and its cross section can have a round, elliptical, polygonal configuration, etc.
  • the packages 3 are thus fixed on the tube 1 and at a mutual spacing such that there remains in the tube 1 free zones which are those which correspond to the zones to be bent.
  • the tube 1 is bent, which can be done both without filling and with filling which avoids undesirable deformations.
  • FIG 3 there is shown a curvature of the tube 1 which defines a flat coil, so that on the element thus configured, there are side flanges 4 provided with an orifice 4.1 for the ends of the tube 1 and grooves 4.2 for the bent areas of the tube 1.
  • the side flanges 4 can be made of plastic, aluminum, iron, etc. and, when they have been put in place, the heat exchanger is defined as shown in FIG. 1.
  • a battery is obtained having a parallel geometry , and we have omitted to represent the corresponding couplings of the inlet and outlet manifolds, with biconical fittings, since these are conventional elements.
  • FIG. 7 another possible variant of an angled or helical coil is presented, which is produced with six packages 3 of fins 2, so that two sets of three packages 3 are obtained which meet then to define an elementary battery with parallel geometry.
  • the different basic batteries can be assembled together using the corresponding fittings.
  • the configuration of the elementary batteries can vary without being sorted out for that of the principle of the invention, which basically lies in the realization of the exchanger starting from elementary fins 2 having a single orifice 2.1 and arranged in packages 3 through which is threaded a single tube 1 which is then bent of the desired way to form the heat exchanger.

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Abstract

Cet échangeur de chaleur est composé de paquets (3) d'ailettes unitaires (2) à travers lesquelles on fait passer un tube (1) en laissant des zones libres dans ce tube (1) pour permettre ultérieurement de le cintrer de manière à placer les différents paquets (3) dans des positions juxtaposées, selon les empilements verticaux et/ou des piles horizontales, les ensembles ainsi obtenus étant complétés par des flasques correspondants (4).

Description

  • Les échangeurs de chaleur à ailettes radiantes qui se fabriquent actuellement sont formées à l'aide des ailettes, fourchettes et coudes soudés.
  • C'est-à-dire qu'on utilise un ensemble d'ailettes disposées parallèlement l'une derrière l'autre, dont chacune présente une série d'orifices dans la direction selon l'axe longitudinal de l'ailette de manière à définir ainsi, dans la direction perpendiculaire aux ailettes, des alignements entre les orifices des différentes ailettes. On fait passer par ces orifices les tronçons droits correspondants du tube dans lequel on doit faire circuler l'agent réfrigérant.
  • Ces tronçons droits du tube sont réunis entre eux, par des coudes respectifs, soudés à leurs extrémités, en définissant de cette façon, le circuit correspondant pour l'agent réfrigérant.
  • Face à cette réalisation classique, l'invention propose un nouvel échangeur de chaleur qui présente la particularité d'être constitué par des paquets d'ailettes élémentaires ou unitaires. C'est-à-dire que chaque ailette ne possède qu'un seul orifice de passage pour le tube d'agent réfrigérant.
  • Une seconde particularité de cet échangeur de chaleur réside dans le fait que le tube à l'intérieur duquel circulera l'agent réfrigérant est un tout unique et qu'il n'est pas formé de segments réunis par des coudes.
  • Le processus de fabrication de ce nouvel échangeur de chaleur se déroule en formant en premier lieu des paquets d'ailettes unitaires.
  • Ces paquets sont placés de manière que le tube redressé passe par l'unique orifice de chaque ailette unitaire. Ce tube est ensuite dilaté pour établir son contact avec les ailettes radiantes.
  • Les différents paquets d'ailettes unitaires sont disposés en laissant libres les zones du tube qui doivent ensuite être cintrées de manière qu'une fois réalisé ce cintrage, il soit suffisant de placer des flasques latéraux respectifs aux extrémités pour que l'échangeur de chaleur soit constitué.
  • Face aux solutions traditionnelles, la solution proposée offre donc les avantages suivants :
    • Elimination des soudures ;
    • Propreté totale de l'intérieur. C'est-à-dire que le tube étant unique, sa cavité intérieure offre une parfaite continuité dans sa surface, qui évite les risques de formation de dépôts indésirables et que ceci favorise aussi son nettoyage ;
    • Etanchéité garantie, puisque le fait que l'agent réfrigérant circule dans un tube unique exempt de soudures, élimine les risques d'éventuels défauts dans les soudures, qui donnent lieu à des fuites ;
    • Elimination du dégraissage avec des produits chlorés qu'exigent les solutions traditionnelles, produits qui sont incompatibles avec les nouveaux fréons utilisés comme agents réfrigérants ;
    • Modularité de l'échangeur de chaleur, aussi bien pour le fabricant de l'échangeur que pour le distributeur ou également pour l'utilisateur final, qui permet de réduire sensiblement les stocks ;
    • Possibilité d'utiliser diverses matières, contrairement à l'usage pratiquement exclusif du cuivre qui est adopté actuellement.
  • Toutes ces améliorations confèrent à l'objet de l'invention un caractère distinctif face aux solutions traditionnelles et lui donne une identité propre.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 montre en perspective schématique une partie d'un échangeur de chaleur selon les réalisations traditionnelles ;
    • la figure 2 est un schéma dans lequel on représente par phases successives le processus de fabrication et les composants de l'échangeur objet de la présente invention ;
    • la figure 3 est une vue en perspective qui montre l'exécution d'un échangeur à serpentin plan avec ses flasques latéraux 4 en phase de montage ;
    • la figure 4 correspond à l'échangeur à serpentin plan déjà constitué et désigné par la référence 5 ;
    • les figures 5 et 6 montrent deux variantes d'exécution possibles de batteries modulaires dont chacune est formée de trois échangeurs 5 ;
    • la figure 7 correspond à une vue en perspective qui montre l'exécution d'un échangeur à serpentin coudé ou hélicoïdal ;
    • la figure 8 montre l'échangeur de la figure 7 déjà formé avec ses flasques latéraux 4 en phase de montage.
  • L'invention a pour objet un échangeur de chaleur ainsi que le procédé de fabrication de cet échangeur. Selon les solutions de fabrication classiques, on constitue les échangeurs de chaleur, comme on le représente schématiquement sur la figure 1, au moyen d'une série d'ailettes radiantes a, dont chacune présente une série d'orifices disposés selon son axe longitudinal de manière que, en disposant une série d'ailettes juxtaposées entre elles selon des plans parallèles, les orifices des différentes ailettes a soient alignés, en permettant ainsi d'enfiler des tronçons de tubes rectilignes t dont les extrémités sont raccordées par des coudes soudés c pour définir de cette façon le circuit correspondant dans lequel on fera circuler l'agent réfrigérant.
  • Cette réalisation classique impliquait la nécessité de procéder à l'assemblage par soudage entre les tubes t et les coudes c, avec la particularité que ces raccords pouvaient donner lieu a des fuites et, en outre, dans les zones de raccordement entre les coudes c et les tubes t, la parfaite continuité de la surface intérieure du circuit était rompue du fait qu'il existait des bourrelets de raccordement.
  • Face à cette réalisation, déjà connue, on propose maintenant une nouvelle solution selon laquelle chaque ailette radiante désignée par la référence 2 sur la figure 2 est de nature élémentaire ou unitaire, avec un seul orifice 2.1 muni d'un collet auto-séparateur 2.2 qui délimite l'écartement entre les différentes ailettes 2, lorsqu'on les dispose l'une derrière l'autre en paquets 3, voir figure 2.
  • Les matières qu'on peut utiliser pour la réalisation des ailettes élémentaires 2 peuvent être toutes celles qui sont intéressantes par leurs propriétés, du point de vue thermodynamique, mécanique et économique, comme l'aluminium, le fer, le cuivre, les matières plastiques, etc..
  • La forme générale de chaque ailette élémentaire 2 sera celle exigée par la construction de l'échangeur final, l'ailette pouvant être ronde, carrée, rectangulaire, polygonale de façon générale, y compris à contour mixte et les dimensions seront variables, en fonction des caractéristiques de l'échangeur.
  • Les différents paquets 3 d'ailettes élémentaires 2 sont disposés alignés entre eux, dans le nombre voulu dans chaque cas et, à travers l'orifice 2.1, on insère un tube unique 1 préalablement redressé. Ce tube 1 constitue le conduit pour l'agent réfrigérant et peut être fait de matière telle que le cuivre, l'aluminium, le fer, les matières plastiques, etc., et sa section transversale peut présenter une configuration ronde, elliptique, polygonale, etc..
  • Lorsque le tube 1 est enfilé à travers le paquet 3, ainsi qu'on peut le voir sur la figure 2, on procède à sa dilatation pour assurer de cette façon l'établissement du contact entre le tube 1 et les ailettes élémentaires 2.
  • Les paquets 3 sont ainsi fixés sur le tube 1 et à un écartement mutuel tel qu'il subsiste dans le tube 1 des zones libres qui sont celles qui correspondent aux zones à cintrer.
  • Dans une phase ultérieure, on procède au cintrage du tube 1, qui peut se faire aussi bien sans remplissage qu'avec un remplissage qui évite les déformations indésirables.
  • Sur la figure 3, on a représenté une courbure du tube 1 qui définit un serpentin plan, de sorte que sur l'élément ainsi configuré, on dispose des flasques latéraux 4 munis d'un orifice 4.1 pour les extrémités du tube 1 et de rainures 4.2 pour les zones cintrées du tube 1.
  • Les flasques latéraux 4 peuvent être en matière plastique, en aluminium, en fer, etc. et, lorsqu'ils ont été mis en place, l'échangeur de chaleur est défini de la façon indiquée sur la figure 1. En associant trois échangeurs 5, comme on le représente sur la figure 5, on obtient une batterie possédant une géométrie parallèle, et on a omis de représenter les accouplements correspondants des collecteurs d'entrée et de sortie, avec raccords biconiques, puisqu'il s'agit ici d'éléments classiques.
  • Sur la figure 6, on a représenté une batterie, également composée de trois échangeurs 5, mais avec une géométrie oblique.
  • D'un autre côté, sur la figure 7, on présente une autre variante possible de serpentin coudé ou hélicoidal qu'on réalise avec six paquets 3 d'ailettes 2, de sorte qu'on obtient deux ensembles de trois paquets 3 qui se réunissent ensuite pour définir une batterie élémentaire à géométrie parallèle.
  • Dans ce cas, on procède aussi au montage des flasques latéraux 4 correspondants, comme on peut le voir sur la figure 8.
  • Dans certains cas, il sera nécessaire d'adopter un alignement entre les ailettes élémentaires 2, tandis que, dans d'autres cas, il sera nécessaire ou avantageux de favoriser la turbulence de l'air.
  • Les différentes batteries de base peuvent être assemblées entre elles au moyen des raccords correspondants.
  • Il est à signaler que la configuration des batteries élémentaires, aussi bien sous l'aspect des différentes courbures du tube 1 que sous celui de la forme, du nombre et de la distribution d'ailettes élémentaires 2, peut varier sans qu'on sorte pour cela du principe de l'invention, qui réside fondamentalement dans la réalisation de l'échangeur en partant d'ailettes élémentaires 2 possédant un unique orifice 2.1 et disposées en paquets 3 à travers lesquels est enfilé un tube unique 1 qui est ensuite recourbé de la façon voulue pour former l'échangeur de chaleur.
  • Bien entendu, diverses modifications et variantes pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif décrit ci-dessus et à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (4)

  1. Echangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il est constitué par une série d'ailettes élémentaires (2) munies d'un orifice (2.1) et groupées en paquets (3) à travers lesquels un tube (1) est enfilé en passant à travers les orifices (2.1), tube dans lequel doit s'écouler l'agent réfrigérant ; ces paquets (3) étant répartis en laissant des zones libres dans le tube (1) pour permettre de cintrer ce dernier dans lesdites zones libres.
  2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des flasques latéraux (4) munis d'orifices (4.1) pour le passage des extrémités du tube (1) et de rainures (4.2) pour le passage des zones cintrées du tube (1).
  3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est associé avec d'autres échangeurs de chaleur pour former des batteries modulaires et en ce que plusieurs batteries de base peuvent être associées pour former des groupements plus grands.
  4. Procédé de fabrication de l'échangeur de chaleur selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on dispose les ailettes élémentaires (2) de manière à en former des paquets (3) possédant la dimension, la configuration et la distribution nécessaires dans chaque cas, puis, dans une deuxième phase, on redresse le tube (1) et on le fait passer à l'intérieur des paquets (3), à travers les orifices (2.1), cette seconde phase se terminant par la dilatation du tube (1) pour assurer l'établissement un contact efficace entre ce tube et les ailettes élémentaires (2), puis, dans une troisième phase, on cintre le tube (1) à la forme voulue de manière que les différents paquets (3) soient placés dans des positions juxtaposées, selon des empilements verticaux et/ou des piles horizontales, et, finalement, on monte les flasques (4).
EP93401155A 1992-05-06 1993-05-05 Echangeur de chaleur et son procédé de fabrication Withdrawn EP0569293A1 (fr)

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ES9200934 1992-05-06
ES9200934A ES2065808B1 (es) 1992-05-06 1992-05-06 Intercambiador de calor y su proceso de fabricacion.

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ES (1) ES2065808B1 (fr)

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ES2065808B1 (es) 1996-12-16
ES2065808R (fr) 1996-08-01
ES2065808A2 (es) 1995-02-16

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