FR2616215A1 - Circular heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un échangeur- de chaleur circulaire, notamment pour des agents frigorifiques d'installations de climatisation, se composant d'un tube métallique plat pourvu à une extrémité d'une entrée pour un agent d'échange de chaleur et à l'autre extrémité d'une sortie qui est cintrée sous la forme de plusieurs spires circulaires placées l'une au-dessus de l'autre et entre lesquelles sont disposées des nervures d'échange de chaleur. The present invention relates to a circular heat exchanger, in particular for refrigerants of air conditioning installations, consisting of a flat metal tube provided at one end with an inlet for a heat exchange agent and at the another end of an outlet which is curved in the form of several circular turns placed one above the other and between which are arranged heat exchange ribs.
Des échangeurs de chaleur circulaires sont connus (brevet CH 530 607 ). Ils présentent l'avantage de pouvoir être disposés avec économie de place autour d'un ventilateur radial. Un inconvénient rencontré avec ces types de construction connus, dans lesquels plusieurs chambres creuses de forme annulaire sont disposées parallè- lement entre elles et sont respectivement reliées l'une avec l'autre par des tubulures communes d'entrée et de sortie, consiste en ce que les frais de fabrication sont relativement élevés. Circular heat exchangers are known (patent CH 530 607). They have the advantage of being able to be arranged with economy of space around a radial fan. A drawback encountered with these known types of construction, in which several hollow annular chambers are arranged parallel to one another and are respectively connected to each other by common inlet and outlet pipes, consists in that that the manufacturing costs are relatively high.
On connait par conséquent également des échangeurs de chaleur circulaires du type défin-i-ci-dessus (numéro de catalogue 41-154 de la Société "Modine" de
Mars 1982, page 2 ), dans lesquels un tube plat continu est cintré respectivement avec différentes spires approximativement sous forme d'un anneau, dont les bords intérieur et extérieur sont respectivement situés sur les surfaces cylindriques.Avec ce mode de construction, ce tube est cintré à l'intérieur des limites de ces surfaces cylindriques dans une position décalée axialement et il est enroulé en retour, dans une direction opposée, jusqu'au départ initial du tube, puis il est à nouveau cintré à l'intérieur des surfaces cylindriques et est ramené en sens inverse de manière à produire un corps d'échange de chaleur constitué de plusieurs spires, entre lesquelles sont disposées des nervures d'échange de chaleur. Un tel corps peut évidemment être fabriqué plus simplement que l'échangeur de chaleur circulaire précité mais un inconvénient consiste cependant en ce que l'espacement entre les différentes spires ne peut pas être choisi à volonté mais est fonction du choix du matériau pour le tube plat ainsi que dé ses dimensions géométriques.Le recourbement du tube plat dans les zones de transition entre une spire décalée axialement et une autre spire ainsi que le rayon de cintrage à choisir à cet effet sont déterminants pour l'espacement des différentes spires. Un autre inconvénient rencontré avec de tels modes de construction consiste en ce qu'il se produit, dans ces zones de recourbement des résistances à l'écoulement relativement grandes pour l'agent d'échange de chaleur introduit à une extrémité de ce tube plat et sortant à nouveau à l'autre extrémité.Un autre inconvénient consiste en ce que, dans chacune des zones de recourbement, on ne peut disposer, sur le côté dirigé vers les zones de renvoi qui sont mutuellement opposées dans la direction périphérique, aucune nervure d'échange de chaleur de sorte que l'intervalle radial créé obligatoirement par ce mode de construction ne peut pas être exploité pour l'échange de chaleur.Consequently, circular heat exchangers of the type defined above are also known (catalog number 41-154 from the company "Modine" of
March 1982, page 2), in which a continuous flat tube is bent respectively with different turns approximately in the form of a ring, the inner and outer edges of which are respectively located on the cylindrical surfaces. With this construction method, this tube is bent inside the limits of these cylindrical surfaces in an axially offset position and it is wound back, in an opposite direction, until the initial departure of the tube, then it is bent again inside the cylindrical surfaces and is brought back in the opposite direction so as to produce a heat exchange body consisting of several turns, between which are arranged heat exchange ribs. Such a body can obviously be manufactured more simply than the aforementioned circular heat exchanger, but a drawback is however that the spacing between the different turns cannot be chosen at will but depends on the choice of material for the flat tube. as well as its geometrical dimensions. The bending of the flat tube in the transition zones between an axially offset turn and another turn as well as the bending radius to be chosen for this purpose are decisive for the spacing of the different turns. Another drawback encountered with such methods of construction consists in the fact that, in these bending zones, relatively large flow resistances for the heat exchange agent introduced at one end of this flat tube and Another disadvantage is that, in each of the bending zones, one cannot have, on the side directed towards the return zones which are mutually opposite in the peripheral direction, no rib d 'heat exchange so that the radial gap necessarily created by this method of construction can not be used for heat exchange.
La présente invention a pour but d'agencer un échangeur de chaleur circulaire du -type défini ci-dessus de telle sorte qu'il permette un meilleur échange de chaleur tout en simplifiant la fabrication. The present invention aims to arrange a circular heat exchanger of the type defined above so that it allows better heat exchange while simplifying the manufacture.
Ce problème est résolu en ce que, pour un échangeur de chaleur circulaire du type défini ci-dessus, le tube métallique est cintré exclusivement perpendiculairement à sa largeur et est enroulé en forme de spirale dans les différentes spires. Avec cet agencement, il ne subsiste aucun intervalle radial dans une zone périphérique du corps d'échange de chaleur réalisé én forme de cylindre. Les nervures d'échange de chaleur prévues entre les différentes spires peuvent par conséquent être disposées d'une manière continue. Du fait de l'enrculement successif en forme de spirale des diverses spires, il est également possible d'obtenir une fabrication simple.Un autre avantage consiste en ce que, en fonction de la pente de la spirale, les espacements entre les différentes spires sont déterminables de telle sorte qu'il n'existe aucune limitation en ce qui concerne la hauteur des nervures d'échange de chaleur à utiliser. Surtout cependant, grâce au profil uniforme en spirale du tube plat continu, il ne se produit en aucun endroit des résistances à l'écoulement qui s'écartent des résistances à l'écoulement dans l'ensemble du profil du tube. On évite ainsi des zones d'étranglement, à la différence des réalisations connues. L'écoulement continu qu'il est ainsi possible d'obtenir avec d'assez grandes quantités de l'agent d'échange de chaleur permet d'intensifier le refroidissement de l'air s'écoulant radialement au travers des nervures d'échange de chaleur, ce qui permet d'augmenter également la capacité d'échange de chaleur.Enfin, le nouveau corps d'échange de chaleur à structure en spirale présente également l'avantage que l'agent s'écoulant dans ce corps est soumis, à cause de la circulation uniforme, à des forces centrifuges orientées dans une direction périphérique et qui rendent mieux approprié le nouvel échangeur de chaleur pour son application à des condenseurs d'installations de climatisation. Grâce à l'effet d'inertie, il est notamment possible d'obtenir la séparation désirée entre des phases liquides et gazeuses, ce qui permet une meilleure transmission de la chaleur. This problem is solved in that, for a circular heat exchanger of the type defined above, the metal tube is bent exclusively perpendicular to its width and is wound in the form of a spiral in the various turns. With this arrangement, there remains no radial gap in a peripheral zone of the heat exchange body produced in the form of a cylinder. The heat exchange ribs provided between the different turns can therefore be arranged in a continuous manner. Due to the successive spiraling of the various turns, it is also possible to obtain simple manufacturing. Another advantage is that, depending on the slope of the spiral, the spacings between the various turns are determinable so that there is no limitation as to the height of the heat exchange ribs to be used. Above all, however, due to the uniform spiral profile of the continuous flat tube, there are no flow resistances anywhere which deviate from the flow resistances in the whole profile of the tube. This avoids bottlenecks, unlike known embodiments. The continuous flow which it is thus possible to obtain with fairly large quantities of the heat exchange agent makes it possible to intensify the cooling of the air flowing radially through the heat exchange ribs. heat, which also increases the heat exchange capacity. Finally, the new heat exchange body with a spiral structure also has the advantage that the agent flowing in this body is subjected to because of the uniform circulation, to centrifugal forces oriented in a peripheral direction and which make the new heat exchanger more suitable for its application to condensers of air conditioning systems. Thanks to the inertia effect, it is in particular possible to obtain the desired separation between liquid and gaseous phases, which allows better heat transmission.
Selon d'autres particularités de l'invention, on obtient la possibilité simple d'agencer les nervures d'échange de chaleur proprement dites également sous la forme d'une bande et de les enrouler à la forme sinusoïdale de l'échangeur de chaleur circulaire par exemple en même temps que le tube plat qui a une forme cylindrique. According to other features of the invention, the simple possibility of arranging the actual heat exchange ribs is also obtained in the form of a strip and of winding them in the sinusoidal shape of the circular heat exchanger. for example at the same time as the flat tube which has a cylindrical shape.
On obtient une autre forme de réalisation avantageuse en enroulant plusieurs, notamment deux tubes métalliques, parallèlement entre eux et dans la même surface périphérique de cylindre, et en outre en faisant en sorte que les nervures d'échange de chaleur ayant la forme d'une bande ondulée constituent avec les deux tubes métalliques une bande préfabriquée à laquelle est associée une ouverture commune d'entrée et de sortie. Another advantageous embodiment is obtained by winding several, in particular two metal tubes, parallel to each other and in the same peripheral surface of the cylinder, and in addition by ensuring that the heat exchange ribs having the form of a corrugated strip constitutes with the two metal tubes a prefabricated strip with which is associated a common opening of entry and exit.
Selon d'autres particularités de l'échangeur de chaleur circulaire conforme à l'invention - les différentes spires sont situées à l'intérieur d'une
surface périphérique cylindrique et sont orientées sen
siblement perpendiculairement à l'axe du cylindre ; les
parties de spirale inclinées vers le haut par rapport à
l'axe de cylindre sont prévues seulement dans une zone
partielle de la périphérie de chaque spire - les parties montantes de la spirale sont situées l'une à
côté de l'autre et les nervures d'échange de chaleur
sont disposées sous forme d'arcs non fermés entre les
différentes spires.According to other particularities of the circular heat exchanger according to the invention - the different turns are located inside a
cylindrical peripheral surface and are oriented sen
if perpendicular to the axis of the cylinder; the
spiral parts inclined upwards with respect to
cylinder axis are provided only in one area
partial of the periphery of each turn - the rising parts of the spiral are located one to
side to side and the heat exchange ribs
are arranged in the form of unclosed arcs between the
different turns.
On obtient ainsi l'avantage que l'échangeur de chaleur de forme cylindrique circulaire comporte du côté frontal des surfaces de base planes qui sont orientées perpendiculairement à l'axe du cylindre. The advantage is thus obtained that the heat exchanger of circular cylindrical shape comprises on the front side flat base surfaces which are oriented perpendicular to the axis of the cylinder.
Selon encore d'autres particularités de l'échangeur de chaleur circulaire conforme à l'invention : - deux tubes métalliques sont enroulés l'un à côté de
l'autre et selon un mode de construction à double
enroulement en étant situés sur des surfaces périphé
riques cylindriques différentes - entre les spires des deux tubes métalliques est enroulée
une bande ondulée qui a une largeur correspondant au
moins au double de la largeur d'un des tubes métalli
ques.According to yet other particularities of the circular heat exchanger according to the invention: - two metal tubes are wound one next to
the other and according to a double construction method
winding being located on periphery surfaces
different cylindrical risks - between the turns of the two metal tubes is wound
a wavy strip which has a width corresponding to the
at least twice the width of one of the metal tubes
ques.
I1 est ainsi possible de doubler le débit de l'agent d'échange de chaleur sans augmentation de la hauteur ,de construction. It is thus possible to double the flow rate of the heat exchange agent without increasing the height, of construction.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la Figure 1 représente un échangeur de chaleur circulaire agencé conformément à l'invention et comportant une bande métallique enroulee, la Figure 2 représente un échangeur de chaleur circulaire conforme à la Figure 1 mais formé d'une bande métallique se composant de deux bandes parallèles, la Figure 3 représente un échangeur de chaleur circulaire dans lequel la transition entre une spire d'enroulement et la suivante est réalisée seulement dans une zone partielle de la périphérie, et la Figure 4 représente un échangeur de chaleur circulaire semblable à la Figure 3 mais dans lequel cependant il est prévu dans l'enroulement une bande nervurée ondulée continue, et la Figure 5 montre un agencement à double enroulement d'un échangeur de chaleur circulaire semblable à la Figure 1. Other characteristics and advantages of the invention will be highlighted in the following description, given by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings in which Figure 1 represents a circular heat exchanger arranged in accordance with l and comprising a rolled metal strip, Figure 2 shows a circular heat exchanger according to Figure 1 but formed of a metal strip consisting of two parallel strips, Figure 3 shows a circular heat exchanger in which the transition between a winding turn and the next one is made only in a partial area of the periphery, and Figure 4 shows a circular heat exchanger similar to Figure 3 but in which however there is provided in the winding a corrugated ribbed strip continues, and Figure 5 shows a dual coil arrangement of a circular heat exchanger similar to Figure 1.
Sur la Figure 1 est représenté un tube plat 1, par exemple en aluminium,qui a une largeur b et une hauteur h. Ce tube plat 1 est pourvu à une de ses extrémités d'une entrée 2 et à l'autre extrémité d'une sortie 3 et il peut être parcouru dans le sens des flèches 9 par un agent d'échange de chaleur. Le tube métallique 1 est enroulé en forme de spirale, à la façon d'un ressort spiral, avec un profil cylindrique et il forme différentes spires 4, 5, 6, 7, qui sont disposées sensiblement parallèlement entre elles et qui ont une inclinaison déterminée par rapport à l'axe, non représenté, du corps cylindrique. In Figure 1 is shown a flat tube 1, for example of aluminum, which has a width b and a height h. This flat tube 1 is provided at one of its ends with an inlet 2 and at the other end with an outlet 3 and it can be traversed in the direction of the arrows 9 by a heat exchange agent. The metal tube 1 is wound in the form of a spiral, like a spiral spring, with a cylindrical profile and it forms different turns 4, 5, 6, 7, which are arranged substantially parallel to each other and which have a determined inclination with respect to the axis, not shown, of the cylindrical body.
Cette inclinaison a été choisie à une valeur constante dans l'exemple de réalisation. Les espacements entre les différentes spires 4, 5, 6, 7 sont par conséquent également identiques. Dans les volumes intercalaires existant entre les différentes spires 4, 5, 6, 7, il est prévu une bande ondulée'8, qui peut être également réalisée continue et être enroulée sous la forme d'une spirale en même temps que la bande métallique 1 jusqu'à la forme finale. Cela peut être réalisé par exemple à l'intérieur d'un moule cylindrique dans lequel la bande métallique l a été enroulée avec flexion perpendiculairement à sa largeur b, la bande ondulée 8 étant enroulée simultanément ou bien étant incorporée dans une seconde opération dans la spirale préfabriquée de la bande métallique 1.Le corps ainsi créé peut ensuite être soit soudé dans le tambour cylindrique, soit également soudé après enlèvement pour former l'échangeur de chaleur circulaire désiré. L'échangeur de chaleur circulaire peut entourer un ventilateur radial, non représenté, à l'aide duquel de l'air est propulsé uniformément radialement vers l'extérieur dans le sens des flèches 10, cet air balayant les nervures ondulées 8 et prpduisant ainsi une évacuation de la chaleur contenue dans l'agent d'échange de chaleur, qui s'écoule dans le sens des flèches 9 à l'intérieur du tube métallique 1. Cette forme de réalisation s'est avérée particulièrement avantageuse pour une application à des condenseurs d'installations de climatisation.L'agent frigorifique canalisé alors dans le tube métallique 1, et qui pénètre par l'entrée 2 encore sous une forme gazeuse ou bien sous la forme d'un mélange de constituants gazeux et liquides, est séparé en ses phases sousl'action de la force centrifuge se produisant lors de la traversée du corps cylindrique par.l'écoulement. This inclination was chosen to be a constant value in the exemplary embodiment. The spacings between the different turns 4, 5, 6, 7 are therefore also identical. In the intermediate volumes existing between the different turns 4, 5, 6, 7, there is provided a corrugated strip 8 which can also be made continuous and be wound in the form of a spiral at the same time as the metal strip 1 until the final form. This can be done for example inside a cylindrical mold in which the metal strip 1a has been wound with bending perpendicularly to its width b, the corrugated strip 8 being wound simultaneously or else being incorporated in a second operation in the prefabricated spiral. metal strip 1.The body thus created can then be either welded in the cylindrical drum, or also welded after removal to form the desired circular heat exchanger. The circular heat exchanger can surround a radial fan, not shown, using which air is uniformly propelled radially outward in the direction of the arrows 10, this air sweeping the corrugated ribs 8 and thus producing a removal of the heat contained in the heat exchange agent, which flows in the direction of the arrows 9 inside the metal tube 1. This embodiment has proved to be particularly advantageous for application to condensers air conditioning systems. The refrigerant then channeled into the metal tube 1, and which enters via the inlet 2 still in gaseous form or else in the form of a mixture of gaseous and liquid constituents, is separated into its phases under the action of centrifugal force occurring during the crossing of the cylindrical body by the flow.
La transmission de chaleur peut être ainsi améliorée.Heat transmission can thus be improved.
Le nouveau corps d'échange de chaleur, qui peut être utilisé, à cause de la traversée d'écoulement dans le même sens, également pour exercer des forces d'inertie sur l'agent d'échange de chaleur, convient par conséquent particulièrement bien pour des condenseurs.The new heat exchange body, which can also be used because of the flow through in the same direction, also to exert inertial forces on the heat exchange agent, is therefore particularly suitable for condensers.
La Figure 2 représente une variante de réalisation dans laquelle il est prévu comme bande de sortie une bande constituée de deux bandes métalliques 1' et 1" entre lesquelles est disposée la bande ondulée 8'. Egalement cette bande est enroulée de la même manière à la forme cylindrique et il est prévu entre la première spire 4' et la seconde spire 5' une autre bande ondulée 8" de telle sorte que la bande supérieure l' de la seconde spire ne s'applique pas contre la bande inférieure 1" de la première spire. Cette bande ondulée additionnelle 8" peut être enroulée en même temps que les bandes précitées.Cette bande ondulée 8", qui peut être agencée de la même manière que la bande ondulée 8', contribue à augmenter les surfaces d'échange de chaleur
Sur la Figure 3 est représentée une variante de réalisation dans laquelle les différentes spires 4", 5", 6", 7" sont orientées perpendiculairement à l'axe 15 de l'échangeur de chaleur cylindrique circulaire. La montée en forme de spirale d'une spire 4" à la spire adjacente 5" est réalisée seulement dans une partie périphérique, auquel cas ici la pente doit être choisie plus grande que dans le cas d'une spirale ayant une pente uniforme sur toute sa périphérie.Figure 2 shows an alternative embodiment in which there is provided as an exit strip a strip consisting of two metal strips 1 'and 1 "between which the corrugated strip 8' is disposed. Also this strip is wound in the same way at the cylindrical shape and there is provided between the first turn 4 'and the second turn 5' another corrugated strip 8 "so that the upper strip l 'of the second turn does not apply against the lower strip 1" of the first turn. This additional 8 "corrugated strip can be rolled up at the same time as the aforementioned strips. This 8" corrugated strip, which can be arranged in the same way as the 8 'corrugated strip, contributes to increasing the exchange surfaces of heat
In Figure 3 is shown an alternative embodiment in which the different turns 4 ", 5", 6 ", 7" are oriented perpendicular to the axis 15 of the circular cylindrical heat exchanger. The spiral rise of a 4 "turn to the adjacent 5" turn is only carried out in a peripheral part, in which case the slope must be chosen greater than in the case of a spiral having a uniform slope over all its periphery.
Les parties pentues 16, 16a de spires adjacentes sont placées l'une à côté de l'autre. Les inserts de bande ondulée 8" peuventpariconséquent être constitués seulement de différents tronçons de bande ondulée qui sont interposés à la façon d'arcs de cercle entre les spires adjacentes 4 5". The sloping parts 16, 16a of adjacent turns are placed one next to the other. The 8 "corrugated strip inserts can consequently consist only of different sections of corrugated strip which are interposed in the manner of arcs of circle between the adjacent turns 5 5".
La Figure 4 montre une possibilité d'incorporer également à l'enroulement une bande ondulée continue 8"' dans le cas d'un échangeur de chaleur circulaire comportant des spires planes 4", 5", et orientées perpendiculairement à l'axe de cylindre 15. On n'obtient pas ainsi des zones partielles isolées de l'écoulement traversant. Figure 4 shows a possibility of also incorporating into the winding a continuous corrugated strip 8 "'in the case of a circular heat exchanger comprising flat turns 4", 5 ", and oriented perpendicular to the cylinder axis 15. Partial zones isolated from the through flow are thus not obtained.
La Figure 5 représente finalement une forme de réalisation dans laquelle, à la différence de la Figure 2, deux tubes métalliques 20, 2Q' ne sont pas enroulés l'un en dessous de l'autre mais l'un à côté de l'autre, auquel cas les deux tubes métalliques 20, 20' sont associés seulement à une bande ondulée nervurée commune 80, qui est pourvue d'une largeur correspondante. La bande ondulée nervurée 80 a une largeur B qui est un peu supérieure au double de la largeur b d'un des deux tubes métalliques plats 20, 20', qui sont tous deux identiques avant l'enroulement. Le tube métallique extérieur 20' est cintré dans une autre surface périphérique cylindrique que le tube métallique 20. On obtient ainsi une disposition à double enroulement dans laquelle il est prévu deux tubulures d'entrée 2 et deux tubulures de sortie 3, dont seulement une est cependant visible, à cause de la représentation en coupe du tube métallique extérieur 20'. Naturellement il serait également possible d'associer les deux tubes - comme sur la Figure 2 - chacun à une tubulure commune d'entrée et à une tubulure commune de sortie. Figure 5 finally shows an embodiment in which, unlike Figure 2, two metal tubes 20, 2Q 'are not wound one below the other but one next to the other , in which case the two metal tubes 20, 20 'are associated only with a common ribbed corrugated strip 80, which is provided with a corresponding width. The ribbed corrugated strip 80 has a width B which is slightly greater than twice the width b of one of the two flat metal tubes 20, 20 ′, which are both identical before the winding. The outer metal tube 20 ′ is bent in another cylindrical peripheral surface than the metal tube 20. This gives a double winding arrangement in which two inlet pipes 2 and two outlet pipes 3 are provided, of which only one is however visible, because of the sectional representation of the outer metal tube 20 '. Of course it would also be possible to associate the two tubes - as in Figure 2 - each with a common inlet tubing and a common outlet tubing.
En fonction du volume de montage, on peut également envisager des formes de construction à trois enroulements ou plus. Depending on the mounting volume, it is also possible to envisage construction forms with three or more windings.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
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Family Applications (1)
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| FR (1) | FR2616215B1 (en) |
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Also Published As
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|---|---|
| IT1218015B (en) | 1990-03-30 |
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