FR2468864A1

FR2468864A1 - Double circuit heat exchanger - comprises mixed aluminium and ferrous construction tubes with heat dissipators

Info

Publication number: FR2468864A1
Application number: FR7926731A
Authority: FR
Inventors: Andre Rolland
Original assignee: CONST AERO NAVALES
Current assignee: CONST AERO NAVALES
Priority date: 1979-10-29
Filing date: 1979-10-29
Publication date: 1981-05-08
Also published as: FR2468864B1

Abstract

The double circuit heat exchanger is made up of an assembly of identical cellular parts. Each part comprises two U shaped profiles (6,7) with heat dissipators (9). The base of these is brazed to circulation pipes made of layers (8) of tubes of different shapes. The tubes of each layer go into collectors (10) with dropped edges. To these are welded boxes joined to a common collector (13). The profiles and dissipators are of aluminium or aluminium alloy, which is silver brazed. The tube layers are ferrous, normally stainless steel and brazed with an aluminium- silicon based material.

Description

La présente invention concerne les échangeurs dans lesquels l'un des circuits est prévu pour permettre la circulation d'un fluide corrosif, le plus souvent un fluide gazeux, tandis que l'autre circuit est destiné à être parcouru par un liquide de refroidissement ou de chauffage qui ne doit en aucun cas pouvoir venir en contact avec le fluide corrosif. The present invention relates to exchangers in which one of the circuits is designed to allow the circulation of a corrosive fluid, most often a gaseous fluid, while the other circuit is intended to be traversed by a coolant or heating which must in no case be able to come into contact with the corrosive fluid.

La Demanderesse a déjà décrit des échangeurs de ce type notamment dans son brevet français 1 587 520 dans lequel l'échangeur est constitué par des cellules identiques comportant chacune un corps creux dans lequel sont mélangés des conduits, ledit corps creux étant disposé entre des plaques conformées en U qui sont brasées aux corps creux. The Applicant has already described exchangers of this type in particular in its French patent 1,587,520 in which the exchanger consists of identical cells each comprising a hollow body in which conduits are mixed, said hollow body being disposed between shaped plates in U shape which are brazed to hollow bodies.

Dans cette réalisation connue, tant le corps creux que les plaques conformées en U et des dissipateurs disposés dans les plaques conformées en U sont fabriqués en aluminium et sont réunis par brasage. In this known embodiment, both the hollow body and the U-shaped plates and heat sinks arranged in the U-shaped plates are made of aluminum and are joined by brazing.

Il est apparu dans certains applications que les corps creux en aluminium pouvaient créer des couples électrolytiques avec d'autres pièces du circuit de circulation du fluide qui les parcourt. Par ailleurs, certains fluides corrosifs parcourant les canaux formés par assemblage des plaques en forme de U provoquent une détérioration des brasures habituellement utilisées dans la technique de l'aluminium. It has appeared in certain applications that the hollow aluminum bodies can create electrolytic couples with other parts of the circulation circuit of the fluid which traverses them. Furthermore, certain corrosive fluids passing through the channels formed by assembling the U-shaped plates cause a deterioration of the solders usually used in the aluminum technique.

La présente invention crée un nouvel échangeur et des moyens pour sa fabrication qui permettent de supprimer les inconvénients ci-dessus tout en conservant une structure tout à fait comparable à celle décrite dans le brevet français rappelé ci-dessus, structure qui permet la fabrication de cellules toutes identiques entre elles et qui peuvent ensuite être facilement assemblées, de sorte que les échangeurs réalisés- sont relativement bon marché compte tenu de leur haut niveau de qualité. The present invention creates a new exchanger and means for its manufacture which make it possible to eliminate the above drawbacks while retaining a structure entirely comparable to that described in the French patent mentioned above, structure which allows the manufacture of cells. all identical to each other and which can then be easily assembled, so that the exchangers produced are relatively inexpensive given their high level of quality.

La disposition selon la présente invention permet, en outre, de procéder éventuellement à des nettoyages des circuits qui n'étaient pas possibles jusqu'à présent. The arrangement according to the present invention also makes it possible, if necessary, to carry out cleaning of the circuits which were not possible until now.

Conformément à l'invention, l'échangeur de chaleur à double circuit constitué par des cellules identioues assemblées les unes aux autres, chaque cellule comportant deux profilés en U contenant des dissipateurs, lesdits profilés étant assemblés par leur fond à des conduits de circulation est caractérisé en ce- que les conduits de circulation sont réalisés sous la forme de nappes de tubes en métaux de nature différente de celle des profilés et des dissipateurs, lesdits nappes de tubes et lesdits dissipateurs étant assemblés aux profilés par des brasures de natures différentes. In accordance with the invention, the dual-circuit heat exchanger consisting of identical cells assembled together, each cell comprising two U-shaped profiles containing dissipators, said profiles being assembled by their bottom to circulation ducts is characterized in that the circulation conduits are produced in the form of plies of metal tubes of a different nature from that of the profiles and dissipators, said tube plies and said dissipators being joined to the profiles by brazings of different natures.

Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Various other characteristics of the invention will also emerge from the detailed description which follows.

Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexe. An embodiment of the object of the invention is shown, by way of nonlimiting example, in the accompanying drawing.

La fig. 1 est une élévation schématique d'un échangeur de chaleur selon l'invention et de ses buses de raccordement. Fig. 1 is a schematic elevation of a heat exchanger according to the invention and its connection nozzles.

La fig. 2 est une coupe partielle très agrandie vue sensiblement suivant la ligne II-II de la fig. 1. Fig. 2 is a very enlarged partial section seen substantially along line II-II of FIG. 1.

La fig. 3 est une coupe partielle très agrandie tournée de 900 par rapport à la coupe de la fig. 2. Fig. 3 is a very enlarged partial section turned by 900 relative to the section in FIG. 2.

La fig. 4 est une coupe-élévation schématique d'un four pour la mise en oeuvre du procédé de brasage permettant l'obtention de l'échangeur~de chaleur. Fig. 4 is a schematic sectional elevation of an oven for the implementation of the brazing process for obtaining the heat exchanger ~.

La fig. 1 illustre l'ensemble d'un échangeur dans lequel 1 désigne le faisceau d'échangeur proprement dit et dans lequel les références 2 et 3 désignent des buses de raccordement qui sont fixées à des ceintures 4 que comporte le faisceau 1. Le faisceau échangeur est constitué par l'assemblage de cellules 5. Fig. 1 illustrates the assembly of an exchanger in which 1 designates the actual exchanger bundle and in which the references 2 and 3 designate connection nozzles which are fixed to belts 4 which comprise the bundle 1. The exchanger bundle is constituted by the assembly of cells 5.

Chaque cellule comporte deux profilés en U 6, 7 fixés par leur fond à une nappe de tubes 8. Chaque profilé en U 6, 7 contient des dissipateurs secondaires 9 auxquels ils sont fixés. Les nappes de tubes successives 8 débouchent dans des collecteurs 10 recouverts par des botes Il communiquant par des conduits 12 avec des collecteurs principaux 13. Each cell has two U-shaped sections 6, 7 fixed at their bottom to a sheet of tubes 8. Each U-shaped section 6, 7 contains secondary heatsinks 9 to which they are fixed. The layers of successive tubes 8 open into collectors 10 covered by boxes II communicating through conduits 12 with main collectors 13.

De préférence, les botes 11 sont prévues pour coiffer un bord tombé 10a des collecteurs 10 et la fixation est assurée par des cordons de soudure 14. Ce mode de fixation permet après un long temps d'usage le démontage des boites et le nettoyage éventuel de l'intérieur des tubes 8. En effet, il est possible de couper une partie des bords tombés 10a et donc de couper les soudures 14 pour détacher les boîtes 11, ce qui permet d'avoir accès à l'intérieur des tubes. Ensuite, les mêmes boites 11 peuvent à nouveau être soudées sur la partie restante des bords tombés 10a. Preferably, the boxes 11 are provided for covering a fallen edge 10a of the collectors 10 and the fixing is ensured by weld beads 14. This method of fixing allows after a long time of use the disassembly of the boxes and the possible cleaning of the interior of the tubes 8. In fact, it is possible to cut part of the fallen edges 10a and therefore to cut the welds 14 to detach the boxes 11, which gives access to the interior of the tubes. Then, the same boxes 11 can again be welded on the remaining part of the fallen edges 10a.

Les cellules 5 sont assemblées les unes aux autres en amenant en colncidence les côtés de leurs pro
filés en U 6, 7 et en reliant ces côtés par des cordons de soudure 15. On délimite ainsi des canaux 16 pour le passage d'un fluide, notamment d'un gaz, canaux dans lesquels sont disposés à chaque fois deux dissipateurs 9.Cells 5 are assembled to each other by bringing in sides the sides of their pro
spun in U 6, 7 and connecting these sides by weld beads 15. This defines channels 16 for the passage of a fluid, in particular a gas, channels in which two dissipators 9 are arranged each time.

Ls canaux terminaux tels que le canal 16a comportent un seul dissipateur 9 et ces canaux sont fermés par une plaque 17 également fixée par des cordons de soudure 15. The terminal channels such as channel 16a comprise a single dissipator 9 and these channels are closed by a plate 17 also fixed by weld beads 15.

La plaque 17 est mise en place et brasée aux dissipateurs 9 en même temps que cewE-ci sont brasée au profilé 6 en U et les soudures 15 sont réalisées après le brasage. De cette façon les canaux. terminaux constituent en même temps des structures terminales alvéolaires capables de supporter des efforts de flexion importants qui peuvent se produire lorsque la pression extérieure est différente, par exemple supérieure à la pression intérieure régnant dans les canaux. The plate 17 is put in place and soldered to the heatsinks 9 at the same time as cewE these are soldered to the U-shaped profile 6 and the welds 15 are made after brazing. In this way the channels. At the same time, terminals constitute cellular alveolar structures capable of withstanding significant bending forces which can occur when the external pressure is different, for example greater than the internal pressure prevailing in the channels.

Suivant l'invention, on réalise l'échangeur décrit ci-dessus en mettant en oeuvre des tubes 8 fabriqués en métaux ou alliages de nature différente, des métaux ou alliages utilisés pour la réalisation des profilés 6, 7 et des dissipateurs 9. According to the invention, the exchanger described above is produced by using tubes 8 made of metals or alloys of different nature, metals or alloys used for the production of profiles 6, 7 and dissipators 9.

Dans une réalisation préférée, selon l'invention, les profilés 6, 7 et les dissipateurs secondaires 9 sont fabriqués en métaux ou alliages-alunineux et les tubes 8 en métal ferreux, de préférence en acier inoxydable, puis l'ensemble des éléments ci-dessus constituant chaque cellule est réuni par brasage. In a preferred embodiment, according to the invention, the sections 6, 7 and the secondary dissipators 9 are made of metals or aluninous alloys and the tubes 8 of ferrous metal, preferably of stainless steel, then all of the elements below. above constituting each cell is joined by brazing.

Pour cela une première opération du procédé de l'invention consiste à mettre en place les dissipateurs 9 dans les profilés 6 et 7 respectivement et à braser les- dits dissipateurs à l'intérieur- des profilés. For this, a first operation of the method of the invention consists in placing the heatsinks 9 in the profiles 6 and 7 respectively and in brazing said heatsinks inside the profiles.

il est avantageux, pour assurer le brasage, d'utiliser une brasure à l'argent à température de fusion proche de la température de fusion de l'aluminium afin d'obtenir une liaison à une température suffisamment élevée pour qu'elle ne soit pas affectée par une deuxième opération de brasage qui est décrite dans ce qui suit. it is advantageous, to ensure the brazing, to use a silver solder with melting temperature close to the melting temperature of aluminum in order to obtain a bond at a sufficiently high temperature so that it is not affected by a second soldering operation which is described below.

Les profilés 6 et 7 munis de leurs dissipateurs 9 sont ensuite placés de part et d'autre des nappes de tubes 8 déjà munis des collecteurs 10 et l'ensemble est disposé dans un four comme illustré par la fig. 4 pour assurer le brasage des deux profilés 6, 7 sur les nappes de tubes 8. The sections 6 and 7 provided with their dissipators 9 are then placed on either side of the plies of tubes 8 already fitted with the collectors 10 and the assembly is placed in an oven as illustrated in FIG. 4 to ensure the brazing of the two sections 6, 7 on the plies of tubes 8.

Préalablement à la mise en place dans le four, on dispose des feuilles de brasure, par exemple un-alliage du type Aloi, entre les nappes de tubes 8 et les faces correspondantes des profilés 6, 7-et on enduit lesdites feuilles, lesdites nappes et les faces correspondantes des profilés d'un flux approprié.Before being placed in the furnace, there are sheets of solder, for example an Aloi-type alloy, between the sheets of tubes 8 and the corresponding faces of the profiles 6, 7 and said sheets, said sheets are coated. and the corresponding faces of the profiles of an appropriate flux.

Comme l'illustre la fig 4, l'empilage ou sandwich constitué par les nappes de tubes 8 insérées entre les profilés 6, 7 contenant les dissipateurs 9 est maintenu sous légère pression sur une sole 18 au moyen d'organes d'appui 19. Le four est, de préférence, un four du type à air ou à atmosphère neutre et il comporte des ventilateurs 20, 21 comprenant des buses d'aspiration 20a, 21a respectivement alignées avec les dissipateurs secondaires 9 contenus dans les profilés 6 et 7. As illustrated in FIG. 4, the stack or sandwich formed by the layers of tubes 8 inserted between the profiles 6, 7 containing the dissipators 9 is maintained under slight pressure on a hearth 18 by means of support members 19. The oven is preferably an oven of the air or neutral atmosphere type and it includes fans 20, 21 comprising suction nozzles 20a, 21a respectively aligned with the secondary dissipators 9 contained in the profiles 6 and 7.

Le four est également muni d'organes de chauffage non représentés, par exemple de-résistances électriques disposées dans les gaines des ventilateurs 20, 21. The oven is also provided with heating members, not shown, for example electrical resistances arranged in the ducts of the fans 20, 21.

Ainsi que l'illustrent les flèches apparaissant à la fig. 4, une circulation de fluide est ainsi engendrée suivant les flèches 1 à travers les dissipateurs contenus par le profilé 6 et suivant les flèches f2 à travers les dissipateurs contenus par le profilé 7, c'est-à-dire qu'on fait circuler le fluide chaud à contre-courant dans les profilés 6 et 7 et qu'on utilise ainsi les caractéristiques de transmission de chaleur des dissipateurs 9 pour chauffer uniformément le fond des profilés 6, 7 qui, à leur tour, chauffent jusqu'à la température de brasage, c'est-àdire de fusion, les feuilles d'alliage de brasage placées entre les profilés 6, 7 et les nappes de tubes 8.On assure, de cette façon, un brasage de haute qualité des nappes de tubes avec les profilés sans que l'alliage de brasage, notamment l'alliage d'aluminium-silicium utilisé de préférence, risque de couler à l'intérieur des profilés-et à l'intérieur des dissipateurs. As illustrated by the arrows appearing in FIG. 4, a circulation of fluid is thus generated along the arrows 1 through the dissipators contained by the profile 6 and according to the arrows f2 through the dissipators contained by the profile 7, that is to say that the hot fluid against the current in the profiles 6 and 7 and that the heat transmission characteristics of the heatsinks 9 are thus used to uniformly heat the bottom of the profiles 6, 7 which, in turn, heat up to the temperature of brazing, i.e. melting, the brazing alloy sheets placed between the profiles 6, 7 and the tube plies 8. In this way, high quality brazing of the tube plies is ensured with the profiles without the brazing alloy, in particular the aluminum-silicon alloy preferably used, running the risk of leaking inside the profiles and inside the heatsinks.

Les cellules préparées comme expliqué ci-dessus sont ensuite assemblées et des barrettes 22 (fig. 2) sont soudées aux extrémités des profilés 6, 7 pour fermer l'espace dans lequel sont disposées les nappes de tubes 8. Dans ce qui précède, le brasage des dissipateurs, d'une part, puis des nappes de tubes, d'autre part, est effectué en deux opérations successives. Cependant, il est possible d'exécuter ces deux opérations simultanément en réalisant un alliage de brasage d'aluminium argent à teneur d'argent appropriée pour que la température de fusion de l'alliage aluminiumargent soit peu différente tout en étant légèrement supérieure à la température de fusion de l'alliage de brasage aluminium-silicium ou aluminium-silicium-magnésium utilisé pour assurer le brasage des profilés 6, 7 avec les nappes de tubes 8. The cells prepared as explained above are then assembled and bars 22 (fig. 2) are welded to the ends of the profiles 6, 7 to close the space in which the sheets of tubes are arranged 8. In the above, the brazing of the heatsinks, on the one hand, then the plies of tubes, on the other hand, is carried out in two successive operations. However, it is possible to execute these two operations simultaneously by producing a silver aluminum brazing alloy with an appropriate silver content so that the melting temperature of the aluminum silver alloy is little different while being slightly higher than the temperature for melting the aluminum-silicon or aluminum-silicon-magnesium brazing alloy used for brazing the sections 6, 7 with the plies of tubes 8.

L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation représenté et décrit en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. The invention is not limited to the embodiment shown and described in detail, since various modifications can be made without departing from its scope.

En particulier, les tubes 8 peuvent être réalisés en d'autres métaux dont la nature dépend de celle des métaux utilisés dans les circuits dans lesquels doit circuler le fluide destiné à parcourir les tubes 8. In particular, the tubes 8 can be made of other metals, the nature of which depends on that of the metals used in the circuits in which the fluid intended to pass through the tubes 8 must circulate.

Claims

RESENDlCAl0NS

1 - Dual circuit heat exchanger consisting of identical cells assembled to each other, each cell comprising two sections. U-shaped containing dissipators, said profiles- being assembled at their bottom to circulation conduits, characterized in that the circulation conduits are produced in the form of sheets of metal tubes of a different nature from the profiles and dissipators plies of tubes and said dissipators being assembled to the profiles by brazings of different natures.

2 - Exchanger according to claim 1, characterized in that the tubes of each sheet open into collectors having projecting fallen edges to which are fixed by welding boxes communicating with a general collector.

3 - Exchanger according to one of claims 1 and 2, characterized in that the profiles and the heat sinks they contain are made of aluminum or aluminum alloy and are connected by a silver solder while the tubes of tablecloths are made of ferrous metals, in particular stainless steel, and are connected to the profiles by a solder based on aluminum and silicon.

4 - Exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heatsinks are brazed in the profiles before proceeding to the brazing of the plies of tubes between two profiles provided with their heatsinks.

5 - Exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heatsinks are brazed inside the profiles at the same time as two of these are brazed on either side of a sheet of tubes .

6 - Exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in that the brazing, at least of the profiles on the plies of tubes, is produced by circulating a hot fluid inside the profiles through the dissipators that it contains.

7 - Exchanger according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hot fluid is circulated against the current in each of the two profiles arranged on either side of a sheet of tubes.

8 - Exchanger according to one of claims 1 to 7, characterized by plates for closing the U-shaped profiles defining the outer channels, said plates being brazed to the dissipators themselves brazed to the corresponding profiles to form a honeycomb structure.

9 - Device for manufacturing the exchanger according to one of claims 1 to 8, characterized in that two opposite sections between which is disposed at least one ply of tubes are placed on a hearth of an oven comprising a support member resting on the upper profile, the oven being provided with suction nozzles adapted to each of the two profiles, so that the atmosphere of the oven is caused to circulate inside said two profiles to ensure their brazing with the plies of tubes and the possible brazing of the heatsinks inside the profiles.