FR2923589A1

FR2923589A1 - Heat exchanger e.g. fluid/fluid type brazed heat exchanger, for motor vehicle, has heat exchanger metallic core comprising set of longitudinal flat tubes with set of channels, where tubes are stacked one on another and undulated

Info

Publication number: FR2923589A1
Application number: FR0707835A
Authority: FR
Inventors: Carlos Martins; Cathenod Anne Sylvie Magnier; Jean Sylvain Bernard
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2009-05-15
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: FR2923589B1

Abstract

The heat exchanger has a heat exchanger metallic core comprising a set of longitudinal flat tubes (1) with a set of channels (2), where the tubes are stacked one on another and undulated. An undulation line (5) of the tubes extends with an angle higher 50 degrees obliquely with respect to a longitudinal axis of the tube. The tubes are brazed between each other at a level of contact parts of the tubes, where two fluids are circulated against current or misinterpreted in the heat exchange core.

Description

Echangeur de chaleur brasé de type fluide/fluide Brazed heat exchanger fluid / fluid type

L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur brasé, notamment pour véhicules automobiles, du 5 type fluide/fluide. The invention relates to the field of brazed heat exchangers, particularly for motor vehicles, of the fluid / fluid type.

L'invention concerne plus spécifiquement le coeur de l'échangeur de chaleur, à savoir là où a lieu les échanges de chaleur (dénommé classiquement le faisceau d'échange 10 thermique ) entre les deux fluides circulant dans l'échangeur. The invention more specifically relates to the core of the heat exchanger, namely where the heat exchanges (conventionally referred to as the heat exchange bundle) occur between the two fluids circulating in the heat exchanger.

On connaît à l'heure actuelle ce type d'échangeurs de chaleur notamment par les documents FR 2852383 et 15 JP 200717133. This type of heat exchanger is currently known, in particular from documents FR 2852383 and JP 200717133.

L'échangeur de chaleur divulgué par le document FR 2852383 est un échangeur à tubes plats dans lesquels circule un gaz sous haute pression tandis qu'entre ces tubes plats circule 20 un liquide. Ces types d'échangeurs de chaleur nécessitent des intercalaires/perturbateurs/turbulateurs disposés et fixés entre les tubes de manière perturber la circulation du fluide et ainsi augmenter les échanges thermiques. L'utilisation de perturbateurs ou analogues est coûteuse, 25 tant par la réalisation d'éléments complémentaires que par le délicat procédé de mise en place et de fixation de ces éléments, elle limite la hauteur minimum de la surface d'échange secondaire et elle ne permet pas d'assurer une résistance mécanique satisfaisante pour le faisceau 30 d'échange de chaleur car ces perturbateurs sont généralement fins et fragiles. The heat exchanger disclosed in the document FR 2852383 is a flat-tube exchanger in which a high-pressure gas circulates while between these flat tubes a liquid circulates. These types of heat exchangers require interleavers / disrupter / turbulators arranged and fixed between the tubes so as to disrupt the circulation of the fluid and thus increase the heat exchange. The use of disrupters or the like is expensive, both by the realization of complementary elements and by the tricky method of setting up and fixing these elements, it limits the minimum height of the secondary exchange surface and it It is not possible to ensure satisfactory mechanical strength for the heat exchange bundle because these disturbers are generally thin and fragile.

2 L'échangeur de chaleur divulgué dans le document JP 200717133 illustre un dispositif classique d'échange entre deux fluides gazeux. Ce type de structure nécessite des conduits spécifiques pour véhiculer et perturber chacun des deux fluides, et en particulier le fluide ne circulant pas dans les canaux des tubes. Ce type de structures sont beaucoup plus complexes et donc coûteuses. Ainsi, l'invention concerne un échangeur de chaleur, destiné à l'échange de chaleur entre deux fluides, comportant un faisceau d'échange de chaleur constitué d'une pluralité de tubes longitudinaux comportant une pluralité de canaux, lesdits tubes étant empilés les uns en dessous des autres, caractérisé en ce que lesdits tubes sont ondulés. D'autres aspects avantageux de l'invention sont présentés ci-après . -lesdits tubes sont empilés en contact les uns en-dessous 20 des autres ; -la ligne d'ondulation s'étend obliquement par rapport à l'axe longitudinal du tube ; - Avantageusement, la ligne d'ondulation s'étend avec un angle supérieur à 50° par rapport à l'axe longitudinal du 25 tube ; - de préférence, lesdites plaques comportent une pluralité de lignes d'ondulation ; - un des deux fluides est un liquide et l'autre fluide est un gaz sous haute pression. 30 - la ou les ligne(s) d'ondulation s'étend(ent) avec un angle compris entre 10° et 30° par rapport à l'axe longitudinal du tube. - Avantageusement, les tubes sont brasés entre eux, au niveau de leurs parties en contact ; - les deux fluides circulent à contre courant, ou à contresens, dans le faisceau d'échange de chaleur. The heat exchanger disclosed in JP 200717133 illustrates a conventional device for exchange between two gaseous fluids. This type of structure requires specific conduits to convey and disrupt each of the two fluids, and in particular the fluid does not circulate in the channels of the tubes. This type of structures are much more complex and therefore expensive. Thus, the invention relates to a heat exchanger, intended for the exchange of heat between two fluids, comprising a heat exchange bundle consisting of a plurality of longitudinal tubes comprising a plurality of channels, said tubes being stacked one at a time. below the others, characterized in that said tubes are corrugated. Other advantageous aspects of the invention are presented below. said tubes are stacked in contact one below the other; the corrugation line extends obliquely with respect to the longitudinal axis of the tube; Advantageously, the corrugation line extends at an angle greater than 50 ° with respect to the longitudinal axis of the tube; preferably, said plates comprise a plurality of corrugation lines; one of the two fluids is a liquid and the other fluid is a gas under high pressure. The corrugation line (s) extends (ent) at an angle of between 10 ° and 30 ° with respect to the longitudinal axis of the tube. - Advantageously, the tubes are brazed together at their parts in contact; the two fluids circulate against the current, or in the opposite direction, in the heat exchange bundle.

L'invention concerne un échangeur de chaleur caractérisé en 5 ce qu'il comprend une pluralité de tubes tels que définis ci-dessus. The invention relates to a heat exchanger characterized in that it comprises a plurality of tubes as defined above.

Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un tube utilisé dans l'échangeur selon l'invention ; In the description which follows, made only by way of example, reference is made to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a perspective view of a tube used in the exchanger according to the invention;

- la figure 2 est une vue en perspective de deux tubes 15 contigus destinés à venir se fixer l'un à l'autre par contact puis brasage ; - Figure 2 is a perspective view of two contiguous tubes 15 intended to be fixed to one another by contact and solder;

- la figure 3 est une vue de face de l'échangeur de chaleur selon l'invention, les deux tubulures d'entrée et de sortie 20 du liquide s'étendant dans le plan horizontal tandis que les deux tubulures d'entrée et de sortie du gaz s'étendant verticalement ; - Figure 3 is a front view of the heat exchanger according to the invention, the two inlet and outlet pipes 20 of the liquid extending in the horizontal plane while the two inlet and outlet pipes gas extending vertically;

- la figure 4 est une vue de côté de l'échangeur de chaleur 25 selon l'invention représenté sur la figure 3 ; FIG. 4 is a side view of the heat exchanger according to the invention shown in FIG. 3;

- la figure 5 est une vue de dessus de l'échangeur de chaleur de l'invention représenté sur les figures 3 et 4 ; - Figure 5 is a top view of the heat exchanger of the invention shown in Figures 3 and 4;

30 - la figure 6 est une vue en coupe de l'échangeur de chaleur représenté sur la figure 3, selon la coupe CC ; 10 - la figure 7 est une vue en coupe de l'échangeur de chaleur représenté sur la figure 4, selon la coupe DD ; Fig. 6 is a sectional view of the heat exchanger shown in Fig. 3, in section CC; Fig. 7 is a sectional view of the heat exchanger shown in Fig. 4 taken along the section DD;

- La figure 8 est une vue en coupe de l'échangeur de 5 chaleur représenté sur la figure 3, selon la coupe EE. Fig. 8 is a sectional view of the heat exchanger shown in Fig. 3 in section EE.

La figure 1 présente un tube 1 selon l'invention. Ce tube 1 est initialement un tube plat classique, issu d'extrusion, disposant d'une pluralité de canaux 2 pour la circulation 10 interne d'un fluide, généralement d'un gaz. Ce tube plat se présente sous la forme d'un rectangle avec deux grands côtés 3, 3' s'étendant dans le sens longitudinal du tube 1 et deux petits côtés 4, 4', s'étendant en largeur, perpendiculairement aux deux grands côtés 3, 3'. 15 Ce tube plat 1 est ensuite frappé/stampé pour former une pluralité de lignes d'ondulation 5. Une ligne d'ondulation 5 présente une coupe sensiblement sinusoïdale, plus ou moins aplatie en fonction de la hauteur entre tubes 1 20 recherchée. Figure 1 shows a tube 1 according to the invention. This tube 1 is initially a conventional flat tube, derived from extrusion, having a plurality of channels 2 for the internal circulation of a fluid, generally a gas. This flat tube is in the form of a rectangle with two long sides 3, 3 'extending in the longitudinal direction of the tube 1 and two small sides 4, 4', extending in width, perpendicular to the two long sides 3, 3 '. This flat tube 1 is then struck / stamped to form a plurality of corrugation lines 5. A corrugation line 5 has a substantially sinusoidal cut, more or less flattened depending on the height between tubes 1 sought.

Dans l'exemple choisi pour représenter l'invention, les tubes plats 1 comportent quatorze lignes d'ondulation 5 (en considérant les sommets 6 de chaque ligne d'ondulation). 25 Par ailleurs, ces lignes d'ondulation 5 présentent toutes des formes et dimensions identiques et s'étendent parallèlement les unes aux autres ; ceci pour faciliter et standardiser la production des tubes 1, 1'. In the example chosen to represent the invention, the flat tubes 1 comprise fourteen ripple lines 5 (considering the vertices 6 of each ripple line). Moreover, these corrugation lines 5 all have identical shapes and dimensions and extend parallel to each other; this to facilitate and standardize the production of tubes 1, 1 '.

30 Bien entendu, on pourra prévoir que toutes ces lignes d'ondulation 5 ne sont parallèles entre elles, ni même qu'elles présentent toutes des formes et des dimensions identiques. L'important réside dans la complémentarité lors de l'association ou de la fixation de deux tubes 1, 1' contigus de sorte que les sommets 6 des lignes d'ondulation 5 en regard, lors de l'assemblage du faisceau d'échange de l'échangeur de chaleur, sont en contact afin d'être fixés ensemble par brasage. On pourra également envisager que tous les sommets des lignes d'ondulation 5 ne sont pas en contact ou fixés entre eux ou également que seulement une partie de ces sommets 6 de lignes d'ondulation 5 sont fixés entre eux, dans le cas où la structure du faisceau d'échange de chaleur n'est pas nécessairement optimisé du point de vue de la tenue/résistance mécanique. Of course, it will be possible to provide that all these corrugation lines 5 are not parallel to one another, or even that they all have identical shapes and dimensions. The important thing is the complementarity when associating or fixing two tubes 1, 1 'contiguous so that the vertices 6 of the corrugation lines 5 opposite, during the assembly of the exchange beam of the heat exchanger, are in contact to be fixed together by soldering. It may also be envisaged that all the vertices of the undulating lines 5 are not in contact or fixed together or that only a portion of these peaks 6 of undulating lines 5 are fixed between them, in the case where the structure the heat exchange beam is not necessarily optimized from the point of view of the strength / mechanical resistance.

Comme illustré sur la figure 2, les tubes 1, 1' sont placés tête-bêche, c'est-à-dire que l'on tourne un tube sur deux afin de croiser les lignes d'ondulation 5 de chacun des tubes 1, 1'. En effet, dans cet exemple, les tubes 1, 1' et leurs lignes d'ondulation 5 sont tous et toutes identiques, même longueur, largeur, ainsi que même alignement oblique pour les lignes d'ondulation 5. Il est avantageux de croiser les lignes d'ondulation 5 des tubes contigus 1 et 1' pour créer des conduits sinueux entre les tubes afin de perturber le trajet du liquide circulant entre les tubes de manière à améliorer les échanges thermiques. As illustrated in FIG. 2, the tubes 1, 1 'are placed head to tail, that is to say that one tube out of two is rotated in order to cross the corrugation lines 5 of each of the tubes 1, 1 '. Indeed, in this example, the tubes 1, 1 'and their corrugation lines 5 are all identical, same length, width, and even oblique alignment for the corrugation lines 5. It is advantageous to cross the Rippling lines 5 of the contiguous tubes 1 and 1 'to create sinuous conduits between the tubes in order to disturb the path of the liquid flowing between the tubes so as to improve the heat exchange.

Plus l'inclinaison oblique des lignes d'ondulation 5 est importante (proche de 90° par rapport à l'axe longitudinal des tubes 1, 1'), plus le trajet pour le fluide circulant entre les tubes devient sinueux. Un compromis avantageux entre perte de charge et efficience des échanges thermiques a été constaté pour un angle oblique supérieur à 50°, plus précisément compris entre 60° et 80°. The greater the oblique inclination of the corrugation lines 5 (close to 90 ° with respect to the longitudinal axis of the tubes 1, 1 '), the more the path for the fluid flowing between the tubes becomes sinuous. An advantageous compromise between pressure drop and efficiency of heat exchange has been found for an oblique angle greater than 50 °, more precisely between 60 ° and 80 °.

On notera que l'orientation des lignes d'ondulation 5 détermine le ou les circuits de circulation d'un des fluides, à savoir celui circulant entre les tubes 1, 1', qui est idéalement un liquide. Ce faisceau d'échange de chaleur constitué des tubes 1, 1' selon l'invention est logé dans un carter 7 destiné à sceller de façon étanche la chambre dans laquelle circule l'un des fluides (celui circulant entre les tubes). Ce carter 7 comporte deux orifices pour la mise en place et la fixation de deux tubulures 8 et 9, d'entrée 8 et de sortie 9 pour le fluide circulant entre les tubes 1, 1'. It will be noted that the orientation of the corrugation lines 5 determines the circulation circuit (s) of one of the fluids, namely that circulating between the tubes 1, 1 ', which is ideally a liquid. This heat exchange bundle consisting of the tubes 1, 1 'according to the invention is housed in a housing 7 for sealingly sealing the chamber in which circulates one of the fluids (that flowing between the tubes). This casing 7 has two orifices for the introduction and the fixing of two tubings 8 and 9, inlet 8 and outlet 9 for the fluid flowing between the tubes 1, 1 '.

Les autres figures 3 à 8 montrent différentes vues d'un mode de réalisation d'un échangeur de chaleur selon l'invention, sans que cette réalisation soit limitative ou obligatoire. The other FIGS. 3 to 8 show different views of one embodiment of a heat exchanger according to the invention, without this embodiment being limiting or compulsory.

Ainsi, cet échangeur de chaleur est classique. Le faisceau d'échange de chaleur étant réalisé par l'assemblage des tubes 1, 1' les uns en dessous (ou dessus) des autres. Les faces externes des tubes 1, 1' comportent au moins en partie une couche de brasage qui est utilisée ici pour fixation des parties en contact des tubes contigus 1, 1'. Ainsi, cette couche de brasage peut être seulement présente sur les sommets 6 des lignes d'ondulation 5, c'est-à-dire sur les seules parties des tubes 1, 1' entrant en contact les unes avec les autres. Thus, this heat exchanger is conventional. The heat exchange beam being made by assembling the tubes 1, 1 'one below (or above) another. The outer faces of the tubes 1, 1 'comprise at least partly a brazing layer which is used here for fixing the parts in contact with the contiguous tubes 1, 1'. Thus, this brazing layer can only be present on the vertices 6 of the corrugation lines 5, that is to say on the only parts of the tubes 1, 1 'coming into contact with each other.

L'échangeur comprend également deux collecteurs 10 et 11, situés opposés l'un à l'autre, pour la fixation des extrémités des tubes 1, 1' des figures 1 ou 2. Ces collecteurs 10, 11 peuvent être formés par l'assemblage et la fixation d'une pluralité de plaques disposant d'un orifice ou par tout autres structures bien connues de l'homme du métier. The exchanger also comprises two collectors 10 and 11, situated opposite one another, for fixing the ends of the tubes 1, 1 'of FIGS. 1 or 2. These collectors 10, 11 can be formed by the assembly and attaching a plurality of plates having an orifice or any other structures well known to those skilled in the art.

Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, ainsi que sur la coupe de la figure 8, les extrémités des tubes 1, 1' sont planes afin de faciliter leurs liaisons et leurs fixations respectivement aux deux collecteurs latéraux 10, 11. Comme illustré notamment sur la figure 7, ces collecteurs latéraux disposent d'orifices, ici situés sur leurs faces supérieures, pour communiquer respectivement avec deux tubulures lé et 13, d'entrée 12 et de sortie 13 du fluide circulant dans les canaux 2 des tubes 1, 1'. As can be seen in FIGS. 1 and 2, as well as on the section of FIG. 8, the ends of the tubes 1, 1 'are flat in order to facilitate their connections and their attachments respectively to the two lateral collectors 10, 11. illustrated in particular in FIG. 7, these lateral collectors have orifices, here located on their upper faces, for communicating respectively with two tubings 1 and 13, inlet 12 and outlet 13 of the fluid flowing in the channels 2 of the tubes 1 , 1 '.

L'échangeur de chaleur de la présente invention est idéalement utilisé avec un fluide gazeux à haute pression (supérieure à 40 bars) circulant dans les canaux 2 des tubes 1, 1' et avec un fluide liquide circulant entre les tubes 1, 1'. Le fluide gazeux pourra ainsi être du dioxyde ou du monoxyde de carbone tandis que le fluide liquide pourra être du liquide de refroidissement moteur. The heat exchanger of the present invention is ideally used with a gaseous fluid at high pressure (greater than 40 bar) flowing in the channels 2 of the tubes 1, 1 'and with a liquid fluid flowing between the tubes 1, 1'. The gaseous fluid may thus be carbon dioxide or carbon monoxide while the liquid fluid may be engine coolant.

Les surfaces externes et internes des tubes pourront idéalement comprendre une couche anti-corrosion apte à rendre ses faces ou parois résistantes à la corrosion respectivement par l'un ou l'autre des deux fluides. The outer and inner surfaces of the tubes may ideally comprise an anti-corrosion layer capable of rendering its faces or walls resistant to corrosion respectively by one or other of the two fluids.

Claims

claims

A heat exchanger for heat exchange between two fluids comprising a heat exchange bundle consisting of a plurality of longitudinal tubes having a plurality of channels, said tubes being stacked one below the other, characterized in that said tubes are corrugated.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that said tubes are stacked in contact one below the other.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the corrugation line extends obliquely with respect to the longitudinal axis of the tube.

4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the corrugation line extends at an angle greater than 50 ° with respect to the longitudinal axis of the tube.

5. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that said tubes comprise a plurality of corrugation lines.

6. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that one of the two fluids is a liquid and the other fluid is a gas under high pressure.

7. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that the ripple line (s) extends (ent) with an angle of between 60 ° and 80 ° relative to the longitudinal axis of the tube. 8

8. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the tubes are brazed together at their parts in contact.

9. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that the two fluids flow against the current, or against the flow, in the heat exchange bundle.