FR2728668A1 - Finned heat exchanger operating between first gaseous fluid and second flowing fluid - Google Patents
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Abstract
Description
Échangeur de chaleur à empilement d'ailettes
L'invention concerne un échangeur de chaleur pour l'échange de chaleur entre un premier fluide à l'état gazeux et un second fluide en circulation, comprenant un empilement de plaques minces ou ailettes conductrices de la chaleur définissant entre elles une série d'intervalles de faible épaisseur pour le passage d'un courant du premier fluide, les ailettes étant ainsi balayées par ledit courant et étant également en contact thermique avec le second fluide qui circule dans une multiplicité de conduites traversant les ailettes et s'étendant sensiblement dans la direction de l'empilement.Finned stack heat exchanger
The invention relates to a heat exchanger for the heat exchange between a first fluid in the gaseous state and a second circulating fluid, comprising a stack of thin plates or heat conducting fins defining between them a series of intervals of small thickness for the passage of a stream of the first fluid, the fins being thus swept by said stream and also being in thermal contact with the second fluid which circulates in a multiplicity of conduits crossing the fins and extending substantially in the direction of stacking.
De tels échangeurs de chaleur sont utilisés notamment comme radiateurs de refroidissement ou de chauffage dans les véhicules automobiles, le courant du premier fluide étant un courant d'air qui est soit rejeté à l'atmosphère après avoir refroidi le second fluide, ce dernier ayant lui-même reçu de la chaleur du moteur thermique d'entraînement ou d'un autre composant du véhicule, soit envoyé dans l'habitacle après avoir été réchauffé par le second fluide.Such heat exchangers are used in particular as cooling or heating radiators in motor vehicles, the stream of the first fluid being a stream of air which is either discharged to the atmosphere after having cooled the second fluid, the latter having its - even received heat from the heat engine or from another vehicle component, or sent into the passenger compartment after being heated by the second fluid.
Dans les radiateurs connus, les conduites sont sous forme de tubes métalliques qui traversent les ailettes et sont emmanchées à force dans des trous ménagés dans celles-ci.In known radiators, the pipes are in the form of metal tubes which pass through the fins and are force-fitted into holes made therein.
La réalisation du bloc formé par ces tubes et l'empilement d'ailettes nécessite de disposer de ces tubes eux-mêmes et d'un outillage permettant de définir l'écartement mutuel des ailettes et d'introduire à force les tubes à travers cellesci, ou bien de dilater mécaniquement les tubes après les avoir introduits avec jeu dans les trous des ailettes. De plus, il faut disposer d'autant de longueur de tubes différentes qu'on veut réaliser de radiateurs ayant des longueurs de conduites différentes, toutes choses égales par ailleurs. The realization of the block formed by these tubes and the stack of fins requires having these tubes themselves and a tool making it possible to define the mutual spacing of the fins and to force the tubes to be inserted through them, or mechanically expand the tubes after having introduced them with play in the holes in the fins. In addition, it is necessary to have as many different lengths of tubes as one wishes to produce radiators having different lengths of pipes, all other things being equal.
Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients, en réduisant le nombre de pièces nécessaires pour la réalisation d'un échangeur de chaleur, en simplifiant l'outillage et en pouvant réaliser des échangeurs de chaleur de longueurs différentes à partir des mêmes pièces.The object of the invention is to remedy these drawbacks, by reducing the number of parts necessary for the production of a heat exchanger, by simplifying the tooling and by being able to produce heat exchangers of different lengths from the same rooms.
L'invention vise notamment un échangeur de chaleur du genre défini en introduction, et prévoit que chacune desdites conduites est formée par l'emboîtement et la liaison étanche mutuels de rebords annulaires appartenant aux ailettes et entourant des trous qui traversent l'épaisseur de celles-ci.The invention relates in particular to a heat exchanger of the kind defined in the introduction, and provides that each of said pipes is formed by the mutual fitting and sealing of annular flanges belonging to the fins and surrounding holes which pass through the thickness of these. this.
Grâce à cette disposition, les tubes sont supprimés, et l'emboîtement mutuel des rebords annulaires assure un écartement prédéfini des ailettes sans outillage particulier.Thanks to this arrangement, the tubes are eliminated, and the mutual interlocking of the annular flanges ensures a predefined spacing of the fins without special tools.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énoncées ci-après - Lesdits rebords ont une forme tronconique. Cette forme permet un emboîtement particulièrement aisé, et procure en outre aux conduites un profil en dent de scie qui assure un écoulement turbulent du fluide, sans avoir recours au turbulateur qu'on introduit couramment dans les tubes à cet effet.Optional, complementary or alternative characteristics of the invention are set out below - The said flanges have a frustoconical shape. This shape allows a particularly easy fitting, and also provides the pipes with a sawtooth profile which ensures a turbulent flow of the fluid, without resorting to the turbulator that is commonly introduced into the tubes for this purpose.
- Lesdits rebords sont mutuellement reliés de façon étanche par brasage.- Said flanges are mutually connected in a sealed manner by brazing.
- L'une au moins des deux ailettes d'extrémités de l'empilement constitue une paroi d'une boîte collectrice par laquelle ledit second fluide pénètre dans l'échangeur et/ou en sort, la boîte collectrice communiquant avec lesdites conduites par les trous traversant ladite ailette d'extrémité.- At least one of the two end fins of the stack constitutes a wall of a manifold through which said second fluid enters and / or leaves the exchanger, the manifold communicating with said conduits through the holes passing through said end fin.
- Ladite boîte collectrice est formée, outre l'ailette d'extrémité, par une plaque supplémentaire emboutie s'écartant de celle-ci en une ou plusieurs zones pour former des chambres de fluide communiquant chacune avec un sous-ensemble desdites conduites, et appliquée sur l'ailette de façon étanche autour desdites zones pour délimiter lesdites chambres.- Said manifold is formed, in addition to the end fin, by an additional stamped plate deviating therefrom in one or more zones to form fluid chambers each communicating with a subset of said conduits, and applied on the fin in leaktight fashion around said zones to delimit said chambers.
- L'une des deux ailettes d'extrémités de l'empilement est accolée de façon étanche à une plaque supplémentaire emboutie qui s'écarte localement de ladite ailette d'extrémité pour former des cuvettes dont chacune communique exclusivement avec deux des trous traversant ladite ailette d'extrémité de façon à établir avec les deux conduites correspondantes un trajet en U pour le second fluide.- One of the two end fins of the stack is tightly attached to an additional stamped plate which diverges locally from said end fin to form cups, each of which communicates exclusively with two of the holes passing through said fin end so as to establish with the two corresponding pipes a U-shaped path for the second fluid.
- Deux rebords d'une même ailette, appartenant respectivement à deux conduites associées à une même cuvette, sont tournés d'un côté et de l'autre du plan de cette ailette. Le fluide peut alors pénétrer dans chacune des deux conduites par un rebord tourné vers l'aval et qui ne gêne donc pas la pénétration du fluide.- Two edges of the same fin, respectively belonging to two pipes associated with the same bowl, are turned on one side and the other of the plane of this fin. The fluid can then enter each of the two pipes by a flange facing downstream and which therefore does not hinder the penetration of the fluid.
- La liaison étanche de la plaque supplémentaire et de l'ailette d'extrémité est réalisée par brasage.- The sealed connection of the additional plate and the end fin is made by brazing.
- Deux bords opposés d'une ailette, ou d'une plaque supplémentaire, situés latéralement par rapport à la direction du courant du premier fluide sont relevés pour s'appuyer sur les bords correspondants également relevés d'une ailette voisine.- Two opposite edges of a fin, or of an additional plate, located laterally with respect to the direction of the current of the first fluid are raised to rest on the corresponding edges also raised from a neighboring fin.
- Lesdits bords relevés des différentes plaques sont mutuellement reliés par brasage. L'appui mutuel et le cas échéant le brasage des bords des différentes plaques renforcent la rigidité de l'empilement et évitent le risque d'une rupture de liaison entre les rebords annulaires par suite d'un effort de torsion, entraînant un défaut d'étanchéité des conduites.- Said raised edges of the various plates are mutually connected by brazing. The mutual support and, if necessary, the brazing of the edges of the various plates reinforce the rigidity of the stack and avoid the risk of a break in connection between the annular edges as a result of a torsional force, causing a defect in sealing of pipes.
- L'assemblage mécanique mutuel des ailettes et le cas échéant des plaques supplémentaires est assurée exclusivement par brasage. L'absence de tout moyen de liaison autre que le brasage simplifie encore la fabrication de l'échangeur de chaleur. - The mutual mechanical assembly of the fins and if necessary of the additional plates is ensured exclusively by brazing. The absence of any connecting means other than soldering further simplifies the manufacture of the heat exchanger.
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue partielle en perspective, partiellement arrachée, d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en coupe montrant trois rebords annulaires d'ailettes participant à la formation d'une conduite du second fluide; et - la figure 3 est une vue partielle en coupe transversale d'une variante de l'échangeur de chaleur.The characteristics and advantages of the invention will be explained in more detail in the description below, with reference to the accompanying drawings, in which - FIG. 1 is a partial perspective view, partially cut away, of a heat exchanger according to the invention; - Figure 2 is a partial sectional view showing three annular flanges of fins participating in the formation of a pipe for the second fluid; and - Figure 3 is a partial cross-sectional view of a variant of the heat exchanger.
L'échangeur de chaleur illustré aux figures 1 et 2 est composé d'une série de plaques de tôle métallique ayant un même contour rectangulaire, représentées comme s'étendant sensiblement horizontalement et empilées verticalement, à savoir une plaque supplémentaire supérieure S1, une multiplicité d'ailettes A1, A2, A3 ... Ai ..., et une plaque supplémentaire inférieure S2. Les ailettes sont identiques entre elles, et on voit sur les figures que les ailettes Al, A2 et
A3 sont en contact mutuel d'une part par des rebords annulaires 1 de forme tronconique, entourant des perforations circulaires 2, d'autre part par les bords marginaux 3 aux deux extrémités de la longueur de chaque ailette, qui sont repliés obliquement par rapport au plan général de celle-ci.The heat exchanger illustrated in FIGS. 1 and 2 is composed of a series of metal sheet plates having the same rectangular contour, represented as extending substantially horizontally and stacked vertically, namely an additional upper plate S1, a multiplicity of 'fins A1, A2, A3 ... Ai ..., and an additional lower plate S2. The fins are identical to each other, and it can be seen in the figures that the fins A1, A2 and
A3 are in mutual contact on the one hand by annular edges 1 of frustoconical shape, surrounding circular perforations 2, on the other hand by the marginal edges 3 at the two ends of the length of each fin, which are folded obliquely relative to the general plan of it.
Comme on le voit en particulier sur la figure 2, chacun des rebords 1 est incliné vers le bas et vers son axe de révolution 4, la face inférieure et extérieure de chacun d'eux s'appuyant sur la face supérieure et intérieure du rebord correspondant de l'ailette placée immédiatement au-dessous.As can be seen in particular in FIG. 2, each of the flanges 1 is inclined downward and towards its axis of revolution 4, the lower and external face of each of them resting on the upper and internal face of the corresponding flange fin placed immediately below.
De façon analogue, les bords 3 sont orientés selon des plans inclinés, vers le haut et vers l'extérieur, chacun d'eux s'appuyant par sa face inférieure et extérieure sur la face supérieure et intérieure du bord correspondant de l'ailette située immédiatement au-dessous. Similarly, the edges 3 are oriented in inclined planes, upwards and outwards, each of them pressing by its lower and outer face on the upper and inner face of the corresponding edge of the fin located immediately below.
D'autres ailettes non représentées sont interposées entre l'ailette A3 et l'ailette Ai, et entre l'ailette Ai et la plaque S2. Tous les rebords 1 alignés selon un même axe vertical 4 forment une conduite 5 pour le passage d'un fluide caloporteur, qui est séparée, de façon étanche aux fluides, des intervalles minces 6, subsistant entre les ailettes autour des rebords 1, par le brasage de ceux-ci, ce brasage pouvant être réalisé par les techniques courantes dans le domaine des échangeurs de chaleur à tubes et ailettes. Chaque ailette présente plusieurs trous et plusieurs rebords répartis sur sa surface. Six trous sont représentés par exemple dans l'ailette Ai, alignés dans la direction longitudinale de l'ailette en deux rangées de trois trous juxtaposées, auxquelles correspondent par conséquent deux rangées de trois conduites 5.Other fins, not shown, are interposed between the fin A3 and the fin Ai, and between the fin Ai and the plate S2. All the flanges 1 aligned along the same vertical axis 4 form a pipe 5 for the passage of a heat-transfer fluid, which is separated, in a fluid-tight manner, from the thin intervals 6, remaining between the fins around the flanges 1, by the brazing thereof, this brazing being able to be carried out by current techniques in the field of tube and fin heat exchangers. Each fin has several holes and several edges distributed over its surface. Six holes are represented for example in the fin Ai, aligned in the longitudinal direction of the fin in two rows of three juxtaposed holes, to which consequently correspond two rows of three pipes 5.
Deux conduites 5 voisines appartenant respectivement aux deux rangées débouchent dans une même cuvette 7 formée par emboutissage de la plaque inférieure S2, laquelle présente des bords marginaux inclinés 8 semblables aux bords 3 des ailettes, qui s'appuient sur les bords 3 de l'ailette inférieure de l'empilement. Trois cuvettes 7, allongées transversalement par rapport à la direction longitudinale de la plaque, sont ainsi associées aux trois paires formes par les conduites 5. En dehors de ces cuvettes et des bords 8, la plaque S2 présente une face supérieure plane qui vient en contact avec la face inférieure plane de la dernière ailette, ces faces planes en contact étant mutuellement reliées par brasage de façon que chaque conduite communique, entre la plaque S2 et la dernière ailette, exclusivement avec la conduite qui débouche dans la même cuvette.Ainsi, les deux conduites débouchant dans une même cuvette forment avec celle-ci un trajet en U pour le fluide.Two adjacent pipes 5 belonging respectively to the two rows open into the same bowl 7 formed by stamping the lower plate S2, which has inclined marginal edges 8 similar to the edges 3 of the fins, which rest on the edges 3 of the fin bottom of the stack. Three bowls 7, elongated transversely to the longitudinal direction of the plate, are thus associated with the three pairs formed by the conduits 5. Apart from these bowls and the edges 8, the plate S2 has a flat upper face which comes into contact with the flat underside of the last fin, these planar faces in contact being mutually connected by brazing so that each pipe communicates, between the plate S2 and the last fin, exclusively with the pipe which opens into the same bowl. two pipes opening into the same bowl form with it a U-shaped path for the fluid.
La plaque supérieure S1 présente également des bords marginaux inclinés vers le haut 9 semblables aux bords 3 des ailettes et aux bords 8 de la plaque S2, dont la face inférieure et extérieure s'appuie sur la face supérieure et intérieure des bords 3 de l'ailette 1. Par ailleurs, la plaque S1 présente deux zones embouties 10 et 11 s'écartant de la face supérieure de l'ailette Al, allongées dans la direction longitudinale des plaques et mutuellement juxtaposées dans la direction latérale. Autour de chacune des zones 10 et 11, la plaque S1 s'appuie sur la face supérieure plane de l'ailette Al, et est liée de façon étanche à celle-ci par brasage.Ces deux zones définissent, entre la plaque S1 et l'ailette Al, deux chambres de fluide 12 et 13 dans lesquelles débouchent respectivement les deux rangées de conduites 5. La chambre 12 constitue par exemple une chambre d'entrée du fluide dans l'échangeur de chaleur, à partir de laquelle le second fluide descend par les conduites 5 de la rangée correspondante, puis passe, par l'intermédiaire des cuvettes 7, dans les conduites 5 de l'autre rangée, par lesquelles il remonte dans la chambre de sortie 13. Le fluide passe ainsi de la chambre 12 à la chambre 13 par plusieurs trajets parallèles en U. Bien entendu, le fluide pénètre dans la chambre 12 et sort de la chambre 13 par des tubulures d'entrée et de sortie non représentées.Bien entendu également, la boîte collectrice formée par l'ailette Al et la plaque S1 peut présenter deux chambres disposées de façon différente des chambres 12 et 13 décrites ci-dessus, ou une seule chambre ou un nombre de chambres supérieur à deux, pour définir toutes sortes de trajets de fluide en une passe, deux passes ou plus, comme connu en soi. Si le nombre de passes est impair, la plaque inférieure S2 assurant une communication entre les conduites prises deux à deux peut être remplacée par une plaque analogue à la plaque S1, coopérant avec l'ailette inférieure pour former une boîte collectrice comportant une ou plusieurs chambres de fluide, dont une chambre d'entrée ou de sortie.The upper plate S1 also has upwardly inclined marginal edges 9 similar to the edges 3 of the fins and to the edges 8 of the plate S2, the lower and outer face of which rests on the upper and inner face of the edges 3 of the fin 1. Furthermore, the plate S1 has two stamped zones 10 and 11 deviating from the upper face of the fin Al, elongated in the longitudinal direction of the plates and mutually juxtaposed in the lateral direction. Around each of the zones 10 and 11, the plate S1 rests on the flat upper face of the fin Al, and is tightly connected to the latter by brazing. These two zones define, between the plate S1 and the 'Al fin, two fluid chambers 12 and 13 into which the two rows of pipes 5 open respectively. The chamber 12 constitutes, for example, a fluid inlet chamber in the heat exchanger, from which the second fluid descends by the pipes 5 of the corresponding row, then passes, via the bowls 7, in the pipes 5 of the other row, through which it rises in the outlet chamber 13. The fluid thus passes from the chamber 12 to the chamber 13 by several parallel U-shaped paths. Of course, the fluid enters the chamber 12 and leaves the chamber 13 via inlet and outlet pipes not shown. Of course also, the manifold formed by the fin Al and plate S1 may have two chambers arranged differently from chambers 12 and 13 described above, or a single chamber or a number of chambers greater than two, to define all kinds of fluid paths in one pass, two passes or more, as known in itself. If the number of passes is odd, the lower plate S2 ensuring communication between the pipes taken two by two can be replaced by a plate similar to the plate S1, cooperating with the lower fin to form a manifold comprising one or more chambers fluid, including an inlet or outlet chamber.
Un courant d'air, destiné à échanger de la chaleur avec le fluide circulant dans les conduites 5, s'écoule dans les intervalles 6 entre les ailettes, dans la direction latérale de celles-ci. L'épaisseur de ces intervalles est défini par les caractéristiques géométriques des rebords 1, sans nécessiter d'outillage pour le positionnement relatif des ailettes. L'appui mutuel des bords 3, 8 et 9 des différentes plaques, de préférence immobilisés par brasage, renforce la rigidité de l'ensemble.A current of air, intended to exchange heat with the fluid circulating in the conduits 5, flows in the intervals 6 between the fins, in the lateral direction of the latter. The thickness of these intervals is defined by the geometric characteristics of the flanges 1, without the need for tools for the relative positioning of the fins. The mutual support of the edges 3, 8 and 9 of the various plates, preferably immobilized by brazing, reinforces the rigidity of the assembly.
Dans l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2, tous les rebords annulaires 1 sont tournés vers le bas, c'est-à-dire vers la plaque S2. I1 en résulte que les rebords de l'ailette non représentée adjacente à la plaque S2 font saillie dans les cuvettes 7. Le fluide parvenant dans l'une de celles-ci doit donc s'éloigner du plan de l'ailette pour pouvoir pénétrer dans la conduite aval, ce qui entraîne un freinage du courant de fluide.In the heat exchanger of FIGS. 1 and 2, all of the annular flanges 1 are turned downwards, that is to say towards the plate S2. I1 follows that the edges of the fin, not shown, adjacent to the plate S2 protrude into the bowls 7. The fluid reaching one of them must therefore move away from the plane of the fin in order to be able to penetrate into the downstream pipe, which causes a braking of the fluid current.
Cet inconvénient est évité dans la variante de la figure 3.This drawback is avoided in the variant of FIG. 3.
Dans celle-ci, les rebords annulaires 1-1 définissant la conduite amont de chaque trajet en U, où le fluide circule vers le bas, sont tournés eux aussi vers le bas, tandis que les rebords 1-2 définissant la conduite amont où le fluide circule vers le haut sont tournés vers le haut. L'orientation vers le haut du rebord 1-2 de l'ailette An adjacente à la plaque S2 facilite la pénétration du fluide dans la conduite correspondante. I1 en est de même de l'orientation vers le bas du rebord 1-1 de l'ailette non représentée située à l'extrémité supérieure de l'empilement, par lequel le fluide pénètre dans la conduite amont descendante.In this one, the annular flanges 1-1 defining the upstream pipe of each U-shaped path, where the fluid circulates downwards, are also turned downwards, while the flanges 1-2 defining the upstream pipe where the fluid flows upward are turned upward. The upward orientation of the edge 1-2 of the fin An adjacent to the plate S2 facilitates the penetration of the fluid into the corresponding pipe. The same is true of the downward orientation of the flange 1-1 of the fin, not shown, situated at the upper end of the stack, through which the fluid enters the downstream upstream pipe.
On remarque sur la figure 3 que la plaque supplémentaire S2 n'est accolée à l'ailette An qu'au voisinage immédiat de la cuvette 7, et s'en écarte par ailleurs. Un tel contact localisé, tout autour de chaque cuvette 7, suffit pour assurer l'étanchéité des trajets de fluide à ce niveau. Note in Figure 3 that the additional plate S2 is attached to the fin An only in the immediate vicinity of the bowl 7, and deviates from it. Such localized contact, all around each bowl 7, is sufficient to seal the fluid paths at this level.
Claims (11)
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| FR9415511A FR2728668A1 (en) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | Finned heat exchanger operating between first gaseous fluid and second flowing fluid |
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Also Published As
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