WO2017012870A1 - Échangeur de chaleur a ailettes améliorées - Google Patents

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    • F28F2255/08—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes pressed; stamped; deep-drawn

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger, and more particularly to a mechanical type heat exchanger.
  • a heat exchanger generally comprises tubes, in which a heat transfer fluid is intended to circulate, and heat exchange elements connected to these tubes.
  • Brazed and mechanical type heat exchangers are usually distinguished by their manufacturing process.
  • the heat exchange elements In a mechanical type heat exchanger, the heat exchange elements, referred to in this case as "fins", are connected to the tubes in the following manner. First, the holes are formed in the fins passage tubes. These passage holes are generally delimited each by a fallen edge forming a neck. Then, the fins are arranged substantially parallel to each other and each tube is threaded into a row of aligned holes of the fins. Finally, it causes a radial expansion of the tubes by passing an expansion tool inside these tubes so as to mechanically bind the tubes and fins by crimping, the necks defining the passage holes of the tubes then forming tight collars around the tubes.
  • the fins of this type of tube are usually made from smooth metal sheets.
  • the object of the invention is to propose a heat exchanger whose heat exchange performance is improved while limiting its mass.
  • the subject of the invention is a heat exchanger comprising at least one heat transfer fluid circulation tube connected to at least one calorific dissipation fin, characterized in that the fin is made of expanded metal foil.
  • the fin is made of expanded metal sheet makes it possible to increase the heat exchange between the air and the fin while limiting the mass of the heat exchanger, because the exchange surface of the heat exchanger is increased. fin relative to a sheet of smooth metal, without adding material.
  • the tube is connected to the fin by clamping the tube in a collar formed in the fin.
  • the exchanger comprising a row of substantially parallel tubes
  • the fin comprises at least one row of baffle deflectors formed in the louver. fin and interposed between two tubes of the row of tubes.
  • the sheet of expanded metal comprises meshes each having a general diamond shape.
  • the expanded metal of the sheet comprises aluminum.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a fin of a heat exchanger according to the invention, the fin being formed from a sheet of metal, characterized in that
  • the method comprises the additional step of forming louvers between said through holes.
  • FIG. 1 is a partial perspective view of a fin of a heat exchanger according to a particular embodiment of the invention
  • FIGS. 2 to 7 are schematic perspective views of a fin manufacturing press during different stages of a fin manufacturing method according to a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 8 is a schematic view of an exchanger according to the invention.
  • FIG. 1 shows a fin of a heat exchanger 1 of mechanical type intended to equip a motor vehicle.
  • the heat exchanger comprises a row of substantially parallel tubes 2, in which a conventional heat transfer fluid is intended to circulate, and superimposed heat dissipating fins 4 connected to these tubes 2.
  • the tubes 2 are connected to the fins 4 by clamping the tubes in collars 6 formed in the fins 4.
  • the fins 4 are provided with holes 8 for passage of the tubes.
  • These through holes 8 are each delimited by an edge forming a collar 6 and having two long edge portions connected by two small portions of semicircular edge.
  • the through holes each have a generally oblong shape with long portions that are slightly concave in their middle.
  • the tubes 2 each have a shape corresponding to that described for the through holes.
  • the tubes 2 are arranged substantially parallel to each other, so as to form a single row.
  • the fins 4 have a generally rectangular shape, substantially flat, and are arranged in the heat exchanger 1 substantially parallel to each other and perpendicular to the longitudinal directions of the tubes 2.
  • the exchanger 1 allows the circulation of an upstream flow of air downstream, the fins 4 being intended to extend through this flow.
  • FIG. 1 shows by arrows F the flow direction of flow.
  • the exchanger 1 also comprises rows 10 of deflectors 1 2 forming louvers, formed in each fin 4 and each interposed between two tubes 2.
  • the fin 4 is made of expanded metal foil, and therefore the deflectors 10 also.
  • the metal of the sheet comprises aluminum, for example an alloy comprising essentially aluminum.
  • the expanded metal sheet comprises meshes 12 each having a diamond shape.
  • the fin 4 being formed from a sheet 16 of metal, this sheet of metal 16 is first compressed between two complementary rows 18 of aligned teeth 20 carried by two jaws 22 of a press 24.
  • the sheet of metal 16 is then moved transversely to the rows 18 of teeth by a distance d corresponding to the width of a tooth 20. This movement is represented by the arrow D shown in FIG.
  • the tubes are of circular section and the corresponding through holes are circular.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur (1) comprenant au moins un tube (2) de circulation de fluide caloporteur relié à au moins une ailette (4) de dissipation de calories. L'ailette (4) est en feuille de métal déployé.

Description

Echanqeur de chaleur à ailettes améliorées
La présente invention concerne un échangeur de chaleur, et plus particulièrement un échangeur de chaleur de type mécanique.
Un échangeur de chaleur comprend généralement des tubes, dans lesquels un fluide caloporteur est destiné à circuler, et des éléments d'échange de chaleur reliés à ces tubes.
On distingue habituellement des échangeurs de chaleur de type brasé et de type mécanique selon leur procédé de fabrication.
Dans un échangeur de chaleur de type mécanique, les éléments d'échange de chaleur, appelés dans ce cas « ailettes », sont reliés aux tubes de la façon suivante. Tout d'abord, on forme dans les ailettes des trous de passage des tubes. Ces trous de passage sont généralement délimités chacun par un bord tombé formant un col. Puis, on dispose les ailettes sensiblement parallèlement entre elles et on enfile chaque tube dans une rangée de trous alignés des ailettes. Enfin, on provoque une expansion radiale des tubes en passant un outil d'expansion à l'intérieur de ces tubes de façon à lier mécaniquement les tubes et les ailettes par sertissage, les cols délimitant les trous de passage des tubes formant alors des collets serrés autour les tubes.
Les ailettes de ce type de tube sont en général fabriquées à partir de feuilles de métal lisses.
L'invention a pour but de proposer un échangeur de chaleur dont les performances d'échange de chaleur sont améliorées tout en limitant sa masse.
A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur de chaleur comprenant au moins un tube de circulation de fluide caloporteur relié à au moins une ailette de dissipation de calories, caractérisé en ce que l'ailette est en feuille de métal déployé.
Le fait que l'ailette soit en feuille de métal déployé permet d'augmenter l'échange thermique entre l'air et l'ailette tout en limitant la masse de l'échangeur de chaleur, car on augmente la surface d'échange de l'ailette par rapport à une feuille de métal lisse, sans pour autant y ajouter de matière.
Dans un mode de réalisation particulier, correspondant à un échangeur de type mécanique, le tube est relié à l'ailette par serrage du tube dans un collet ménagé dans l'ailette.
De préférence, afin d'augmenter encore davantage l'échange de chaleur entre l'air et l'ailette, l'échangeur comprenant une rangée de tubes sensiblement parallèles, l'ailette comprend au moins une rangée de déflecteurs formant persienne, ménagée dans l'ailette et intercalée entre deux tubes de la rangée de tubes.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la feuille de métal déployé comprend des mailles ayant chacune une forme générale de losange.
De préférence, afin d'alléger l'échangeur de chaleur, le métal déployé de la feuille comprend de l'aluminium.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une ailette d'un échangeur de chaleur selon l'invention, l'ailette étant formée à partir d'une feuille de métal, caractérisé en ce que
a) on comprime la feuille de métal entre deux rangées complémentaires de dents alignées respectivement portées par deux mâchoires d'une presse ; b) on déplace les deux rangées de dents d'un demi-pas, un pas correspondant à la distance entre les sommets consécutifs de deux dents d'une même rangée ; c) on déplace la feuille de métal transversalement aux rangées de dents d'une distance correspondant à la largeur d'une dent ;
d) on réitère l'étape a)
e) on déplace les deux rangées de dents d'un demi-pas dans le sens inverse à celui de l'étape b)
f) on réitère les étapes a) à e),
g) on forme des trous de passage de tube.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé comporte l'étape supplémentaire de former des persiennes entre lesdits trous de passage.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue partielle en perspective d'une ailette d'un échangeur de chaleur selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;
- les figures 2 à 7 sont des vues schématiques en perspective d'une presse de fabrication d'une ailette au cours de différentes étapes d'un procédé de fabrication de l'ailette selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
- la figure 8 est une vue schématique d'un échangeur selon l'invention.
On a représenté à la figure 1 une ailette d'un échangeur de chaleur 1 de type mécanique destiné à équiper un véhicule automobile.
L'échangeur de chaleur comprend une rangée de tubes 2 sensiblement parallèles, dans lesquels un fluide caloporteur classique est destiné à circuler, et des ailettes 4 de dissipation de chaleur superposées reliées à ces tubes 2.
Les tubes 2 sont reliés aux ailettes 4 par serrage des tubes dans des collets 6 ménagés dans les ailettes 4. A cet effet, les ailettes 4 sont munies de trous 8 de passage des tubes. Ces trous de passage 8 sont chacun délimités par un bord formant un collet 6 et présentant deux portions de bord longues reliées par deux petites portions de bord en demi-cercle. Les trous de passage ont chacun une forme générale oblongue avec les portions longues qui sont légèrement concaves en leur milieu.
Dans l'exemple décrit, les tubes 2 ont chacun une forme correspondant à celle décrite pour les trous de passage. Les tubes 2 sont agencés sensiblement parallèlement entre eux, de façon à former une rangée unique.
Les ailettes 4 ont une forme générale rectangulaire, sensiblement plane, et sont agencées dans l'échangeur de chaleur 1 de façon sensiblement parallèle entre elles et perpendiculaire aux directions longitudinales des tubes 2.
L'échangeur 1 permet la circulation d'un flux d'air d'amont en aval, les ailettes 4 étant destinées à s'étendre à travers ce flux. On a représenté sur la figure 1 par des flèches F la direction de circulation du flux.
Pour augmenter l'échange thermique entre le flux F et les ailettes 4, l'échangeur 1 comprend également des rangées 10 de déflecteurs 1 2 formant persiennes, ménagées dans chaque ailette 4 et intercalées chacune entre deux tubes 2.
L'ailette 4 est en feuille de métal déployé, et par conséquent les déflecteurs 1 0 également. De préférence, le métal de la feuille comprend de l'aluminium, par exemple un alliage comprenant essentiellement de l'aluminium.
Plus particulièrement, la feuille de métal déployé comprend des mailles 12 ayant chacune une forme de losange.
On va maintenant décrire un procédé de fabrication d'une ailette 4 d'un échangeur de chaleur 1 selon l'invention dont les étapes sont illustrées aux figures 2 à 7.
L'ailette 4 étant formée à partir d'une feuille 16 de métal, on commence par comprimer cette feuille de métal 16 entre deux rangées 18 complémentaires de dents 20 alignées respectivement portées par deux mâchoires 22 d'une presse 24.
Ceci est par exemple réalisé en abaissant la mâchoire 22 supérieure selon la direction et le sens représentées par la flèche C de la figure 2, la compression étant illustrée à la figure 3.
Puis, on déplace les deux rangées 18 de dents d'un demi-pas, un pas correspondant à la distance p entre les sommets consécutifs de deux dents 20 d'une même rangée 1 8. Ce déplacement est représenté par la flèche Pi de la figure 4.
On déplace ensuite la feuille de métal 1 6 transversalement aux rangées 18 de dents d'une distance d correspondant à la largeur d'une dent 20. Ce déplacement est représenté par la flèche D représentée à la figure 5.
Après avoir réitéré l'étape de compression entre les rangées 18 de dents 20 comme représenté aux figures 5 et 6, on déplace les deux rangées 1 8 de dents 20 d'un demi-pas dans le sens inverse de la flèche P1 ; c'est-à-dire dans le sens de la flèche P2, représentée à la figure 7. Pour obtenir l'ailette 4 en métal déployé tel que représentée sur la figure 1 , on réitère les étapes ci-dessus jusqu'à ce que toute la surface de la feuille 16 ait été comprimée, puis on réalise les trous et les persiennes.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation présenté et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. Par exemple, selon un mode de réalisation non représenté, les tubes sont de section circulaire et les trous de passage correspondants sont circulaires.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Echangeur de chaleur comprenant au moins un tube (2) de circulation de fluide caloporteur relié à au moins une ailette (4) de dissipation de chaleur,
caractérisé en ce que l'ailette (4) est en feuille (16) de métal déployé.
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 , le tube (2) étant relié à l'ailette (4) par serrage du tube (2) dans un collet (6) ménagé dans l'ailette (4).
3. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une rangée de tubes (2) sensiblement parallèles, dans lequel l'ailette (4) comprend au moins une rangée (10) de déflecteurs (12) formant persienne, ménagée dans l'ailette (4) et intercalée entre deux tubes (2) de la rangée de tubes.
4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la feuille (16) de métal déployé comprend des mailles (14) ayant chacune une forme générale de losange.
5. Echangeur de chaleur selon l'un quelconque des revendications précédentes, dans lequel le métal déployé de la feuille (16) comprend de l'aluminium.
6. Procédé de fabrication d'une ailette (4) d'un échangeur de chaleur (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, l'ailette (4) étant formée à partir d'une feuille (16) de métal, caractérisé en ce que
a) on comprime la feuille (16) de métal entre deux rangées (18) complémentaires de dents (20) alignées respectivement portées par deux mâchoires (22) d'une presse (24) ;
b) on déplace les deux rangées (18) de dents d'un demi-pas, un pas (p) correspondant à la distance entre les sommets consécutifs de deux dents (20) d'une même rangée (18) ;
c) on déplace la feuille (16) de métal transversalement aux rangées (18) de dents d'une distance (d) correspondant à la largeur d'une dent (20) ;
d) on réitère l'étape a)
e) on déplace les deux rangées (18) de dents d'un demi-pas dans le sens inverse à celui de l'étape b)
f) on réitère les étapes a) à e)
g) on forme des trous de passage de tube (2).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape supplémentaire de former des persiennes entre lesdits trous de passage.
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