FR2732761A1

FR2732761A1 - Heat exchanger element manufacturing procedure

Info

Publication number: FR2732761A1
Application number: FR9510396A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-04
Filing date: 1995-09-05
Publication date: 1996-10-11
Anticipated expiration: 2015-09-05
Also published as: FR2732761B1

Abstract

The procedure consists of drawing aluminium to produce twin-walled panels with spacers (3) between the walls (1, 2), forming a series of lengthwise channels (6). The panel walls and spacers are made of the same thickness, e.g. some 2 mm, and the panel edges (4) are of the same thickness and height as the spacers. The panel spacers can be set at various intervals, forming channels of different widths, while the panel edge channels are kept narrow to maintain the panel's rigidity.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'éléments d'échangeurs de chaleur sous forme de profilé obtenu par filage sous pression de l'Aluminium à travers une filière.The present invention relates to a method for manufacturing heat exchanger elements in the form of a profile obtained by pressure spinning of aluminum through a die.

Une de première méthode pour réaliser des éléments d'échangeurs de chaleur, consiste à prendre deux tôles percées de trous qui se font face. On introduit dans ces trous des tubes que l'on soude à leurs extrémités dans les tôles percées. On obtient ainsi un faisceau de tubes. C'est un travail long et délicat et qui le devient davantage lorsque les tubes sont de plus en plus fins.One of the first methods for producing elements of heat exchangers consists in taking two sheets pierced with holes which face each other. Tubes are introduced into these holes which are welded at their ends into the drilled sheets. A bundle of tubes is thus obtained. It is a long and delicate job and it becomes more so when the tubes are thinner and thinner.

Un progrès a été réalisé avec les échangeurs à plaques. On prend deux plaques, on les met face à face et l'on fait circuler le fluide entre les plaques. n faut d'une part, maintenir les plaques à la distance voulue; d'autre part, assurer l'étanchéité sur le pourtour des plaques et disposer d'un artifice pour introduire le fluide. Les plaques sont "corruguées", c'est à dire qu'on leur imprime un sillon plus ou moins profond. Le sillon sert à faire circuler le fluide selon certains types d'écoulement. n sert surtout à maintenir la distance entre les plaques.Progress has been made with plate heat exchangers. Take two plates, put them face to face and circulate the fluid between the plates. On the one hand, keep the plates at the desired distance; on the other hand, seal around the edges of the plates and have a device to introduce the fluid. The plates are "corrugated", that is to say they print a more or less deep groove. The groove is used to circulate the fluid according to certain types of flow. It is mainly used to maintain the distance between the plates.

Les difficultés viennent du fait qu'il faut assurer l'étanchéité sur les flancs. On utilise des joints, en caoutchouc synthétique par exemple, qu'on dispose à la périphérie de la plaque. On place une plaque supérieure sur cette plaque inférieure même de ce joint. On renouvelle l'opération un certain nombre de fois. On prend l'empilage ainsi constitué et on le serre entre deux contreplaques très épaisses et volumineuses pour vaincre la pression entre plaques empilées les unes sur les autres.The difficulties come from the fact that it is necessary to ensure sealing on the sides. We use gaskets, synthetic rubber for example, which we have at the periphery of the plate. An upper plate is placed on this same lower plate of this joint. The operation is repeated a number of times. Take the stack thus formed and clamp it between two very thick and bulky plywoods to overcome the pressure between plates stacked on top of each other.

Certains constructeurs soudent ou brasent les côtés des plaques en les assemblant deux à deux, ce qui évite un joint sur deux sans les supprimer complètement.Some manufacturers weld or braze the sides of the plates by joining them two by two, which avoids every second joint without removing them completely.

Tous ces travaux longs, fastidieux, délicats, sont difficilement mécanisables. les prix de revient s en ressentent. il faut tailler les plaques à ltemporte-pièce, les " corruguer " par des procédés coûteux et difficiles à mettre en oeuvre, les souder ou les assembler avec des joints.All these long, tedious, delicate works are difficult to mechanize. cost prices are affected. it is necessary to cut the plates with the punch, "corrugate" them by expensive and difficult processes to implement, weld them or assemble them with joints.

I1 faut ensuite assurer l'alimentation en fluide de ces échangeurs . Les procédés sont complexes, délicats pour faire circuler les fluides dans des conditions difficiles d'accès et de réalisation. I1 must then ensure the supply of fluid to these exchangers. The processes are complex and delicate for circulating fluids under conditions that are difficult to access and to carry out.

L'invention a pour but de résoudre simultanément et à un prix de revient réduit, les problèmes d'étanchéité latérale, de maintien à distance des parois de l'échangeur, d'introduction du fluide caloporteur, de supprimer les contreplaques épaisses et volumineuses, ainsi que l'infrastructure de rails, de tiges filetées de gros diamètre, d'écrous, etc ., qui permettent d'empiler les plaques corruguées et de vaincre les forces considérables dues à la pression.The aim of the invention is to solve simultaneously and at a reduced cost price the problems of lateral sealing, of keeping the walls of the exchanger at a distance, of introducing the heat transfer fluid, of eliminating thick and bulky plywoods, as well as the infrastructure of rails, large diameter threaded rods, nuts, etc., which make it possible to stack the corrugated plates and to overcome the considerable forces due to the pressure.

L'invention permet aussi de réduire l'épaisseur des plaques jusqu'à 2 millimètres et d'utiliser l'Aluminium dont la conductibilité thermique est largement supérieure à la totalité des matériaux utilisés dans ce genre d'application, notamment le titane, l'acier inoxydable, le
tungstène.The invention also makes it possible to reduce the thickness of the plates up to 2 millimeters and to use aluminum, the thermal conductivity of which is much higher than all the materials used in this type of application, in particular titanium, stainless steel, the
tungsten.

La légèreté du matériau améliore les problèmes de poids et de prix de revient dans des proportions considérables. The lightness of the material improves the problems of weight and cost price in considerable proportions.

Les problèmes de résistance à la pression, de maintien à distance de deux plaques, d'étanchéité latérale, d'introduction des fluides caloporteurs, sont résolus en une seule opération avec le procédé selon l'invention, qui a pour objet de créer un procédé de fabrication d'un élément d'échangeur de chaleur à canaux multiples caractérisé en ce qu'il consiste à fabriquer directement sous forme de profilé défini par deux plaques reliées par des entretoises formant des alvéoles juxtaposés latéralement obtenu par filage d'Aluminium à travers une filière permettant d'obtenir directement, en fonction du banc de sortie de la filière, de grandes longueurs.The problems of resistance to pressure, of keeping two plates at a distance, of lateral sealing, of introduction of heat transfer fluids, are solved in a single operation with the method according to the invention, the object of which is to create a method for manufacturing a multi-channel heat exchanger element characterized in that it consists in manufacturing directly in the form of a profile defined by two plates connected by spacers forming cells juxtaposed laterally obtained by spinning aluminum through a long line making it possible to obtain directly, depending on the die exit bench.

Selon le procédé, l'Aluminium sous haute pression traverse la filière et permet d'obtenir directement de grandes longueurs pouvant atteindre jusqu'à dix mètres et même davantage.According to the process, aluminum under high pressure crosses the die and makes it possible to directly obtain long lengths of up to ten meters and even more.

n permet d'obtenir des profilés dont l'épaisseur des surfaces d'échange est de l'ordre de 2 millimètres dans l'état actuel de la technique et qui pourrait être diminuée avec l'évolution des alliages d'Aluminium.n allows profiles to be obtained whose thickness of the exchange surfaces is of the order of 2 millimeters in the current state of the art and which could be reduced with the development of aluminum alloys.

Ce procédé permet, à partir de grandes longueurs obtenues, de les découper à la longueur désirée selon les besoins et couvrant de larges possibilités de longueurs permettant de découper le profilé à la longueur voulue et de créer des échangeurs de chaleur de grandes longueurs d'un seul tenant. Cette solution de continuité évite les raccords successifs entre échangeurs montés en série et permet un nettoyage facile lors de dépôts de produits en suspension ou cristallisant dans le fluide caloporteur.This process makes it possible, from long lengths obtained, to cut them to the desired length as required and covering wide possibilities of lengths making it possible to cut the profile to the desired length and to create heat exchangers of great lengths of a in one piece. This continuity solution avoids successive connections between exchangers mounted in series and allows easy cleaning when deposits of products in suspension or crystallizing in the heat transfer fluid.

Selon d'autres particularités
Le profilé obtenu à partir de ce procédé est caractérisé en ce que
- n présente des entretoises et des plaques de même épaisseur, par exemple, de l'ordre de 2 millimètres
- H est fermé latéralement par des bords latéraux et même épaisseur et hauteur que les entretoises définissant de chaque côté un alvéole latéral.According to other peculiarities
The profile obtained from this process is characterized in that
- n has spacers and plates of the same thickness, for example, of the order of 2 millimeters
- H is closed laterally by lateral edges and the same thickness and height as the spacers defining on each side a lateral cell.

- Les alvéoles latéraux définis par les entretoises et les bords latéraux présentent une largeur plus faible et sont destinés à assurer la rigidification et l'étanchéité des dits éléments d'échangeurs notamment lorsque ceux-ci ont une longueur importante. - The lateral cells defined by the spacers and the lateral edges have a narrower width and are intended to ensure the stiffening and sealing of said exchanger elements, in particular when they have a long length.

- Les alvéoles présentent une section droite qui est un carré ou un rectangle défini par des entretoises droites régulièrement espacées. - The cells have a cross section which is a square or a rectangle defined by straight spacers regularly spaced.

A titre d'illustration, des dessins sont joints. La planche V3 donne une vue cavalière de l'élément selon l'invention. Les dessins, figures 2 à 5 de la planche 2/3, ainsi que les dessins, figures 6 à 9, de la planche 3/3 exposent des sections droites de 8 modèles d'éléments d'échangeurs réalisés selon l'invention, avec des largeurs croissantes d'alvéoles dont le nombre se réduit pour une largeur d'élément donné ( par exemple, ici, de 268 millimètres ).By way of illustration, drawings are attached. Plate V3 gives a view of the element according to the invention. The drawings, FIGS. 2 to 5 of plate 2/3, as well as the drawings, FIGS. 6 to 9, of plate 3/3 show cross sections of 8 models of exchanger elements produced according to the invention, with increasing widths of cells, the number of which is reduced for a given element width (for example, here, 268 millimeters).

L'élément d'échangeur se présente donc sous la forme de 2 plaque d'Aluminium (I et 2 fig 2 ), de 2 millimètres d'épaisseur par exemple, ou même plus réduite reliées par des entretoises ( 3, fig 2) d'une épaisseur similaire, formant des alvéoles ( 6, fig 2 ) accolés de grandes longueurs.The exchanger element is therefore in the form of 2 aluminum plates (I and 2 fig 2), 2 millimeters thick for example, or even more reduced connected by spacers (3, fig 2) d 'a similar thickness, forming cells (6, fig 2) joined to great lengths.

La planche V3 en offre une vue cavalière. Les côtés latéraux sont fermés par des bords ( 4 et 5 fig 2 ) de même épaisseur et de même hauteur que les entretoises définissant les alvéoles centraux. Les alvéoles de bordure ont un rôle de régidification et d'étanchéité.Plate V3 offers a cavalier view. The lateral sides are closed by edges (4 and 5 fig 2) of the same thickness and the same height as the spacers defining the central cells. The edge cells have a regulating and sealing role.

La longueur " L " ( planche I/3 ) peut atteindre plusieurs mètres (par exemple 10 mètres ) selon les possibilités du banc qui fait suite à la filière.The length "L" (board I / 3) can reach several meters (for example 10 meters) depending on the possibilities of the bench which follows the die.

La longueur " 1 " ( planche V3 ) est déterminée par la filière proprement dite selon les pressions obtenues par la presse et les dimensions de sortie de presse. A titre d'exemple, cette largeur peut être de 268 millimètres.The length "1" (board V3) is determined by the die proper according to the pressures obtained by the press and the dimensions of the press outlet. For example, this width can be 268 millimeters.

L'épaisseur " e " (planche V3 ) est fonction de l'épaisseur des plaques extérieurs et de la longueur de l'entretoise ( 3, planche 2/3 ). Dans ce cas de figure, l'épaisseur des plaques est de 2 millimètres et l'entretoise a une longueur de 5 millimètres. Les alvéoles ainsi constituées ont une hauteur de 5 millimètres et l'épaisseur" e " a 9 millimètres. The thickness "e" (board V3) is a function of the thickness of the outer plates and the length of the spacer (3, board 2/3). In this case, the thickness of the plates is 2 millimeters and the spacer has a length of 5 millimeters. The cells thus formed have a height of 5 millimeters and the thickness "e" has 9 millimeters.

Les sections droites figures 2 à 5 planche 2/3, et figures 6 à 9 de la planche 3/3 indiquent les profils d'alvéoles. Chaque alvéole a une section droite rectangulaire de 5 millimètres de hauteur et sa largeur peut atteindre une dimension qui va de 5 millimètres (11-fig2 planche 2/3) à 54 millimètres ( 1 8 ) et même davantage, selon les besoins d'exploitation en pression des fluides caloporteurs.The straight sections in figures 2 to 5 on board 2/3, and figures 6 to 9 on board 3/3 indicate the cell profiles. Each cell has a rectangular cross section of 5 millimeters in height and its width can reach a dimension which goes from 5 millimeters (11-fig2 plate 2/3) to 54 millimeters (1 8) and even more, depending on the operating needs. pressure of heat transfer fluids.

Les alvéoles ainsi constituées, grâce à leur largeur, permettent de limiter les dépôts de matières en suspension ou dissous dans le fluide, et d'offrir de larges surfaces d'échange à travers une paroi de faible épaisseur.The cells thus formed, thanks to their width, make it possible to limit the deposits of suspended or dissolved matter in the fluid, and to offer large exchange surfaces through a thin wall.

La longueur " L " importante (planche '/3 ) permet de la découper en longueurs plus petites selon les dimensions de l'échangeur de chaleur que l'on veut réaliser.The significant length "L" (plate '/ 3) makes it possible to cut it into smaller lengths according to the dimensions of the heat exchanger which one wishes to produce.

Les longueurs peuvent être assemblées entre elles en les juxtaposant parallèlement entre elles,
et en laissant un espace entre leurs faces planes. On réalise ainsi des échangeurs de chaleur de dimensions très variées et qui peuvent s'appliquer à de nombreux domaines.The lengths can be assembled together by juxtaposing them parallel to each other,
and leaving a space between their flat faces. Heat exchangers of very varied dimensions are thus produced which can be applied to many fields.

Les échangeurs de chaleur peuvent donc atteindre des dimensions en longueur allant de quelques décimètres à plusieurs mètres, d'un seul tenant. Heat exchangers can therefore reach length dimensions ranging from a few decimeters to several meters, in one piece.

Cette caractéristique permet de limiter dans des proportions considérables les pertes de charges, lors de la circulation des fluides caloporteurs dans les échangeurs, en supprimant les liaisons d'échangeurs à échangeurs. Un échangeur, selon l'invention, peut être d'une seule pièce sur de grandes longueurs.This characteristic makes it possible to limit in considerable proportions the pressure drops, during the circulation of the heat transfer fluids in the exchangers, by eliminating the connections from exchangers to exchangers. An exchanger according to the invention can be in one piece over long lengths.

Les problèmes d'étanchéité latérale sont automatiquement résolus. Les soudures et des brasures sur les côtés des plaques disparaissent. La solution par joint souple sur le pourtour n'est plus nécessaire.Lateral sealing problems are automatically resolved. The welds and solders on the sides of the plates disappear. The solution with a flexible joint around the perimeter is no longer necessary.

L'un des avantages essentiels d'un échangeur d'un seul tenant, là où plusieurs échangeurs en série étaient nécessaires, est la possibilité de nettoyer les alvéoles qui sont d'un seul tenant, sans démonter l'échangeur, en introduisant un écouvillon qui traverse de part en part les alvéoles.One of the essential advantages of a single-piece exchanger, where several exchangers in series were necessary, is the possibility of cleaning the cells which are in one piece, without dismantling the exchanger, by introducing a swab which goes right through the alveoli.

Ceci n'était possible autrefois qu'avec les échangeurs à tubes, lorsque ceux-ci avaient un diamètre intérieur suffisant. Mais leur construction sur le site rendait leur coût prohibitif, leur volume considérable et leur masse difficile à manoeuvrer. This was previously only possible with tube exchangers, when these had a sufficient internal diameter. But their construction on the site made their cost prohibitive, their considerable volume and their mass difficult to maneuver.

Claims

1 A method of manufacturing a multi-channel heat exchanger element characterized in that it consists of manufacturing directly in the form of a profile ~ defined by two plates (I-2 Fig 2) connected by spacers (3 Fig 2) forming cells (6 Fig 3) juxtaposed laterally obtained by spinning Aluminum through a die making it possible to obtain directly, as a function of the outlet bench of the die, great lengths.

2 The manufacturing method according to claim 1 characterized in that it consists, from long lengths obtained, in cutting the profiles to the desired length as required and covering wide possibilities of lengths.

3 Contained profile from manufacturing process, according to claim

I or 2, characterized in that it has spacers (3 Fig 2) and plates (1-2 Fig 2) of the same thickness, for example of the order of 2 millimeters.

4 Profile according to claim 3 characterized in that it is closed laterally by lateral edges (4-5 Fig 2) of the same thickness and height as the spacers (3 Fif 2) thus defining on each side a lateral cell

(6 Fig 3).

5 Profile according to claim 4 characterized in that the side cells defined by the spacers (3 Fig 2) and the side edges (4-5 Fig 2 have a lower value and are intended to ensure the regulation and 1 tightness of said elements exchangers especially when these have a significant length.

6 Profile according to claim 3 characterized in that the cells (6 Fig 3 have a cross section which is a square or a rectangle defined by straight spacers (3 Fig 2) regularly spaced.