FR2475708A1 - PARALLEL FLAT TUBE TYPE HEAT EXCHANGER BETWEEN THEM - Google Patents
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Abstract
CET ECHANGEUR DE CHALEUR COMPORTE DES TUBES PLATS 1 PARALLELES ENTRE EUX ET DANS UN MEME PLAN, QUI SONT RACCORDES A DES TUBES COLLECTEURS 2 D'ENTREE ET DE SORTIE A UNE CERTAINE DISTANCE DE LEURS EXTREMITES. CHAQUE TUBE PLAT, A UNE SECTION DE TRES FAIBLE LARGEUR, ET LE RAPPORT ENTRE LA SURFACE DE CETTE SECTION INTERIEURE ET LE PERIMETRE EXTERIEUR EST INFERIEUR OU EGAL A 2,5. LE FLUIDE CHAUFFANT CIRCULE AINSI A UNE VITESSE RELATIVEMENT ELEVEE DANS LES TUBES PLATS. IL EN RESULTE UNE PLUS FAIBLE INERTIE THERMIQUE ET UNE MEILLEURE TRANSMISSION DE LA CHALEUR. LES TUBES PLATS 1 SONT FERMES A LEURS EXTREMITES PAR DES JOINTS SOUDES 7, REUNISSANT DES BORDS RABATTUS VERS L'INTERIEUR. AUX FONCTIONS DES TUBES PLATS 1 ET DU TUBE COLLECTEUR 2, LA PORTION DE LA PAROI 11 DU TUBE COLLECTEUR QUI ENTOURE LE TROU 10 DE COMMUNICATION DE CE TUBE EST EMBOUTIE VERS L'EXTERIEUR ET SOUDEE SUR LA PORTION CORRESPONDANTE 14 DU TUBE PLAT. LE TUBE COLLECTEUR 2, EST COMPOSE D'AU MOINS DEUX PARTIES 20, 21 ASSEMBLEES ENTRE ELLES PAR DES SOUDURES LONGITUDINALES 22.THIS HEAT EXCHANGER INCLUDES FLAT TUBES 1 PARALLEL WITH EACH OTHER AND IN THE SAME PLANE, WHICH ARE CONNECTED TO INLET AND OUTLET COLLECTOR TUBES 2 AT A CERTAIN DISTANCE FROM THEIR ENDS. EACH FLAT TUBE HAS A VERY LOW WIDTH SECTION, AND THE RATIO BETWEEN THE SURFACE OF THIS INNER SECTION AND THE OUTER PERIMETER IS LESS OR EQUAL TO 2.5. THE HEATING FLUID THUS CIRCULATES AT A RELATIVELY HIGH SPEED IN THE FLAT TUBES. THIS RESULTS IN LOWER THERMAL INERTIA AND BETTER HEAT TRANSMISSION. THE FLAT TUBES 1 ARE CLOSED AT THEIR ENDS BY WELDED JOINTS 7, MEETING EDGES FLAT TOWARDS THE INTERIOR. TO THE FUNCTIONS OF THE FLAT TUBES 1 AND THE COLLECTOR TUBE 2, THE PORTION OF WALL 11 OF THE COLLECTOR TUBE SURROUNDING THE COMMUNICATION HOLE 10 OF THIS TUBE IS BUT TO THE OUTSIDE AND WELDED ON THE CORRESPONDING PORTION 14 OF THE FLAT TUBE. THE COLLECTOR TUBE 2, IS COMPOSED OF AT LEAST TWO PARTS 20, 21 ASSEMBLED BY LONGITUDINAL WELDINGS 22.
Description
La présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur comprenant desThe present invention relates to a heat exchanger comprising
tubes plats disposés parallèlement entre eux qui sont raccordés à des tubes collecteurs d'entrée et de sortie en des points éloignés de leurs extrémités. On connaît déjà des échangeurs de chaleur de ce genre sous de nombreuses formes de réalisation différentes, qui se différencient par la constitution des raccordements flat tubes arranged parallel to each other which are connected to inlet and outlet manifolds at points distant from their ends. Heat exchangers of this kind are already known in many different embodiments, which differ in the construction of the connections.
des tubes plats, disposés parallèlement, aux tubes col- flat tubes, arranged parallel to the col-
lecteurs de façon à permettre de fabriquer rationnellement readers so as to allow to manufacture rationally
les échangeurs par soudage soit manuellement, soit mécani- exchangers by welding either manually or mechanically
quement, par exemple au moyen d'une machine qui exécute only, for example by means of a machine which performs
simultanément un grand nombre de joints soudés. simultaneously a large number of welded joints.
Lorsque l'échangeur de chaleur est utilisé comme radiateur dans une installation de chauffage central, l'eau chaude circule dans le radiateur avec une vitesse qui dépend, entre autres, de la dimension choisie pour les tubes. L'inertie thermique du radiateur et son débit When the heat exchanger is used as a radiator in a central heating installation, hot water circulates in the radiator with a speed which depends, among other things, on the size chosen for the tubes. The thermal inertia of the radiator and its flow
de chaleur dépendent à leur tour de la vitesse de circu- in turn depend on the circulating speed
lation de l'eau chaude. Dans les échangeurs connus, on utilise jusqu'à présent, pour des raisons de technique de fabrication, des tubes plats dans lesquels le rapport lation of hot water. In known exchangers, hitherto, for reasons of manufacturing technique, flat tubes are used in which the ratio
entre le volume d'eau et la surface chauffante de l'échan- between the volume of water and the heating surface of the sample
geur ou le rapport entre la surface de la section inté- gor or the ratio between the surface of the interior section
rieure et le périmètre du tube est relativement grand. Le but de l'invention est de fournir, en vue d'assurer une and the perimeter of the tube is relatively large. The object of the invention is to provide, with a view to ensuring
meilleure exploitation de l'énergie consommée ou d'écono- better use of energy consumed or economically
miser l'énergie, un échangeur de chaleur qui possède, grâce à une plus grande vitesse de circulation du fluide chauffant, une plus faible inertie thermique et une meilleure transmission de chaleur, et qui puisse harness energy, a heat exchanger which, thanks to a higher circulation speed of the heating fluid, a lower thermal inertia and a better heat transmission, and which can
être fabriqué économiquement grâce à des simplifica- be manufactured economically thanks to simplifications
tions de construction.construction.
Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait que pour chacun des tubes plats, le rapport entre la surface de la section intérieure et le périmètre According to the invention, this problem is solved by the fact that for each of the flat tubes, the ratio between the surface of the interior section and the perimeter
extérieur est inférieur ou égal à 2,5. exterior is less than or equal to 2.5.
Grâce à la faible largeur libre, les tubes plats peuvent être fabriqués de façon très avantageuse. Les tubes plats, qui sont fabriqués en grandes longueurs et coupés en tronçons de la longueur voulue, sont ensuite fermés à chacune de leurs extrémités frontales par des portions marginales de leurs grands côtés opposés face à face qui sont rabattues vers l'intérieur jusqu'au milieu Thanks to the small free width, flat tubes can be produced very advantageously. The flat tubes, which are manufactured in great lengths and cut into sections of the desired length, are then closed at each of their front ends by marginal portions of their large opposite sides facing each other which are folded inwards until middle
et par un joint soudé qui réunit des portions marginales. and by a welded joint which joins marginal portions.
Dans une autre forme avantageuse de réalisation, les tubes plats peuvent également être fermés à chacune de leurs extrémités frontales par un rebord marginal de l'un de leurs grands côtés qui est rabattu vers l'intérieur jusqu'au grand côté opposé, le tube étant raccourci le long de son pourtour à l'exception de la zone du rebord In another advantageous embodiment, the flat tubes can also be closed at each of their front ends by a marginal rim on one of their long sides which is folded inwards to the large opposite side, the tube being shortened along its perimeter with the exception of the edge area
marginal, et par un joint soudé qui réunit le rebord mar- marginal, and by a welded joint which joins the market rim
ginal au grand côté opposé du tube. ginal to the large opposite side of the tube.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention Other characteristics and advantages of the invention
apparaîtront au cours de la description qui va suivre. will appear during the description which follows.
Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, - la Fig. 1 est une vue de face d'un échangeur de chaleur; - la Fig. 2 est une coupe verticale suivant la ligne I-I de la Fig. 1, pris à plus grande échelle; la Fig. 3 est une coupe verticale analogue à la Fig.2 montrant une variante de réalisation de la découpe de paroi réalisée pour le raccordement; - la Fig. 4 est une coupe horizontale,à plus grande échelle, représentant un tube plat et un tube collecteur, suivant la ligne II-II de la Fig. 1 i - la Fig. 5 est une coupe horizontale analogue à la Fig. 4 montrant une autre forme de réalisation du tube plat et du tube collecteur; - la Fig. 6 est une coupe verticale, à plus grande échelle, d'une autre forme de réalisation de l'échangeur de chaleur comportant des tubes plats sur les deux faces In the accompanying drawings, given solely by way of example, - FIG. 1 is a front view of a heat exchanger; - Fig. 2 is a vertical section along the line I-I of FIG. 1, taken on a larger scale; Fig. 3 is a vertical section similar to FIG. 2 showing an alternative embodiment of the wall cutout made for the connection; - Fig. 4 is a horizontal section, on a larger scale, representing a flat tube and a collecting tube, along the line II-II of FIG. 1 i - FIG. 5 is a horizontal section similar to FIG. 4 showing another embodiment of the flat tube and the collecting tube; - Fig. 6 is a vertical section, on a larger scale, of another embodiment of the heat exchanger comprising flat tubes on both sides
des tubes collecteurs.header tubes.
L'échangeur de chaleur représenté sur la Fig. 1 est composé de cinq tubes plats 1 disposés horizontalement, parallèlement les uns aux autres et légèrement espacés, qui sont raccordés sur leur face arrière, à une certaine distance de leurs extrémités, à des tubes collecteurs verticaux d'arrivée et de départ. Chacun des tubes plats 1 est raccordé au même tube collecteur 2 par deux raccords dont l'un est proche du bord supérieur du tube plat et l'autre proche du bord inférieur de ce tube plat, de sorte que les tubes plats peuvent être purgés de leur The heat exchanger shown in FIG. 1 is composed of five flat tubes 1 arranged horizontally, parallel to each other and slightly spaced, which are connected on their rear face, at a certain distance from their ends, to vertical collecting tubes of arrival and departure. Each of the flat tubes 1 is connected to the same collecting tube 2 by two connectors, one of which is close to the upper edge of the flat tube and the other close to the lower edge of this flat tube, so that the flat tubes can be purged of their
air et vidangés sans difficultés. Chacun des tubes col- air and drained without difficulty. Each of the col-
lecteurs 2 comporte un raccord 4 auquel une conduite d'en- readers 2 has a connector 4 to which a supply line
trée ou de sortie du fluide chauffant est raccordée lorsque inlet or outlet of the heating fluid is connected when
l'échangeur est utilisé comme radiateur. the exchanger is used as a radiator.
La coupe verticale du tube plat 1 des Fig. 2 et 3, The vertical section of the flat tube 1 of Figs. 2 and 3,
montre que la largeur de la section intérieure est rela- shows that the width of the inner section is relatively
tivement petite comparativement à la longueur de cette section. La largeur libre du tube doit être de 3 à 5 mm tively small compared to the length of this section. The free width of the tube must be 3 to 5 mm
pour une hauteur extérieure du tube plat d'environ 70 mm. for an outside height of the flat tube of around 70 mm.
Le tube est formé par une tôle de 1,25 à 2,0 mm d'épaisseur au maximum. Dans ce tube extrêmement plat, le rapport entre The tube is formed by a sheet of 1.25 to 2.0 mm maximum thickness. In this extremely flat tube, the ratio between
la surface de la section intérieure et le périmètre exté- the surface of the inner section and the outer perimeter
rieur est inférieur ou égal à 2,5. Compté sur la longueur du tube, on obtient la même valeur pour le rapport entre laughter is less than or equal to 2.5. Counted on the length of the tube, we obtain the same value for the ratio between
le volume d'eau contenu dans le tube et la surface exté- the volume of water contained in the tube and the external surface
rieure de chauffage du tube. Comparativement aux grosses sections de tubes utilisées dans les échangeurs connus, une petite valeur de ce rapport signifie que la surface de chauffe rapportée à un même volume d'eau est plus grande et tube heating. Compared to the large sections of tubes used in known exchangers, a small value of this ratio means that the heating surface related to the same volume of water is larger and
donc que la transmission de chaleur du radiateur est meil- therefore the heat transmission from the radiator is better
leure. Etant donné que, par ailleurs, le tube plat contient une plus petite quantité d'eau, qui circule à plus grande vitesse, l'inertie thermique du radiateur est nettement plus réduite. Cette dimension des tubes plats permet donc lure. Since, on the other hand, the flat tube contains a smaller quantity of water, which circulates at higher speed, the thermal inertia of the radiator is significantly reduced. This dimension of the flat tubes therefore allows
d'obtenir différents avantages en ce qui concerne l'amélio- to obtain various advantages with regard to the improvement
ration de l'utilisation de l'énergie. energy use ration.
Les tubes plats, qui sont fabriqués en grandes lon- Flat tubes, which are produced in large lengths
gueurs, sont coupés à longueur suivant le besoin et fermés à leurs extrémités frontales, ce qui peut être réalisé de façon avantageuse sur des tubes très plats. La Fig. 4 représente une forme de réalisation dans laquelles les tubes plats sont fermés à chacune de leurs extrémités frontales grâce à deux zones marginales 6 des grands côtés opposés du tube qui sont rabattues vers l'intérieur jusqu'au milieu et à un joint soudé-7 qui réunit ces zones marginales. Dans la forme de réalisation représentée sur la Fig. 5,les tubes plats sont fermés à chacune de leurs extrémités frontales par un rebord marginale 8 de l'un des grands côtés du tube qui est rabattu vers l'intérieur jusqu'au grand côté opposé de ce même tube, le tube étant raccourci le long de sa périphérie, à l'exception de la zone marginale 8, et par feeders, are cut to length as required and closed at their front ends, which can be advantageously achieved on very flat tubes. Fig. 4 shows an embodiment in which the flat tubes are closed at each of their front ends thanks to two marginal zones 6 of the large opposite sides of the tube which are folded inwards to the middle and to a welded joint-7 which brings together these marginal areas. In the embodiment shown in FIG. 5, the flat tubes are closed at each of their front ends by a marginal rim 8 on one of the long sides of the tube which is folded inwards to the large opposite side of this same tube, the tube being shortened the along its periphery, with the exception of marginal zone 8, and by
un joint soudé 9 qui réunit le rebord marginal au grand - a welded joint 9 which joins the marginal rim to the large -
côté du tube. Etant donné que les tubes plats sont repré- side of the tube. Since the flat tubes are shown
sentés à échelle agrandie sur les Fig. 4 et 5 tandis qu'ils sont figurés à peu près en grandeur naturelle sur les Fig. 2 et 3, il est visible que l'on peut fermer ces tubes très plats avec un joint soudé sur le bord étroit un peu fendu du tube, un point de soudure un peu plus épais àchacune felt on an enlarged scale in FIGS. 4 and 5 while they are represented approximately in natural size in FIGS. 2 and 3, it is visible that these very flat tubes can be closed with a welded joint on the slightly slit narrow edge of the tube, a slightly thicker weld point at each
des extrémités suffisant pour fermer entièrement le tube. enough ends to fully close the tube.
De cette façon, il est donc possible de réaliser avec une dépense de fabrication relativement réduite, un échangeur de chaleur comportant des tubes collecteurs disposés sur sa face arrière, en retrait vers l'intérieur par rapport In this way, it is therefore possible to produce, with a relatively low manufacturing cost, a heat exchanger comprising collecting tubes arranged on its rear face, recessed inwardly with respect to
aux extrémités des tubes plats, ce qui est la construc- at the ends of the flat tubes, which is the construction
tion préférée pour des raisons esthétiques. En effet, une construction dans laquelle les tubes collecteurs sont fixés aux extrémités des tubes plats et o les tubes plats doivent être soudés dans les tubes collecteurs exigent une preferred for aesthetic reasons. Indeed, a construction in which the collecting tubes are fixed to the ends of the flat tubes and o the flat tubes must be welded in the collecting tubes require a
plus grande somme de travail et se révèlent moins satis- more work and are less satisfied
faisante du point de vue esthétique en raison des renfle- aesthetically pleasing due to the bulges
ments formés aux deux extrémités par les gros tubes collecteurs. ments formed at both ends by the large collecting tubes.
Pour le raccordement des tubes plats 1 aux tubes col- For connection of flat tubes 1 to the col-
lecteurs, ces derniers comportent, dans ces modes de réali- readers, these include, in these embodiments
sation des Fig. 2 et 3, des découpes ou trous 1È et la zone de paroi 11 entourant chaque trou est emboutie vers l'extérieur, avec une forme en gradins dans le cas de la Fig. 2 ou, en variante, une forme en entonnoir comme le montre la Fig. 3. Coaxialement à chacune des découpes ou trous 10, les tubes plats 1 comportent une découpe ou un trou 13 de plus petit diamètre. La portion 14 de la paroi du tube plat 1 qui entoure cette découpe ou ce trou 13 est soudée à la portion de paroi emboutie 11 (Fig.2) sation of Figs. 2 and 3, cutouts or holes 1È and the wall zone 11 surrounding each hole is stamped outwards, with a stepped shape in the case of FIG. 2 or, alternatively, a funnel shape as shown in FIG. 3. Coaxially with each of the cutouts or holes 10, the flat tubes 1 include a cutout or a hole 13 of smaller diameter. The portion 14 of the wall of the flat tube 1 which surrounds this cutout or this hole 13 is welded to the pressed wall portion 11 (Fig. 2)
ou 12 (Fig.3). Le joint soudé 15 ainsi formé, est repré- or 12 (Fig. 3). The welded joint 15 thus formed is shown
senté uniquement sur les Fig. 4 et 5, et a été omis sur les Fig. 2 et 3 pour la clarté du dessin. Même après le soudage, il subsiste entre chaque tube plat 1 et le tube collecteur 2 un petit espace libre qui est dû à la présence de la portion de paroi, 11 ou 12, emboutie vers l'extérieur et qui permet d'obturer hermétiquement après coup, depuis l'extérieur, au moyen d'une bague placée autour du raccord et par soudage à la soudure tendre, un raccordement soudé felt only in Figs. 4 and 5, and has been omitted in Figs. 2 and 3 for the clarity of the drawing. Even after welding, there remains between each flat tube 1 and the collecting tube 2 a small free space which is due to the presence of the wall portion, 11 or 12, stamped outwards and which makes it possible to hermetically seal after shot, from the outside, by means of a ring placed around the fitting and by solder welding, a welded connection
qui dont l'étanchéité se révélerait insuffisante. which whose sealing would prove to be insufficient.
Ainsi qu'il ressort des Fig. 4 et 5, l'assemblage des tubes plats 1 et des tubes collecteurs 2 au moyen de joints soudés 15 est effectué depuis l'intérieur des tubes collecteurs. Pour permettre ce mode d'assemblage, chaque tube collecteur est composé d'au moins deux pièces ou parties qui s'étendent sur toute la longueur du tube. Sur la Fig. 4, le tube collecteur est composé d'un profilé 20 de section en U et d'une pièce 21 en forme de couvercle, ces deux pièces étant réunies par des joints soudés 22 s'étendant sur toute la longueur du tube collecteur, après la réalisation de tous les raccordements soudés avec les tubes plats. Dans la forme de réalisation représentée sur la Fig. 5, les deux parties 23 et 24 du tube collecteur 2, qui sont constituées par deux profilés identiques de As shown in Figs. 4 and 5, the assembly of the flat tubes 1 and the collecting tubes 2 by means of welded joints 15 is carried out from inside the collecting tubes. To allow this method of assembly, each collecting tube is composed of at least two parts or parts which extend over the entire length of the tube. In Fig. 4, the collecting tube is composed of a section 20 of U-shaped section and of a part 21 in the form of a cover, these two parts being joined by welded joints 22 extending over the entire length of the collecting tube, after the realization of all welded connections with flat tubes. In the embodiment shown in FIG. 5, the two parts 23 and 24 of the collecting tube 2, which are constituted by two identical sections of
section en U, sont réunies par deux joints soudés 25. U-section, are joined by two welded joints 25.
Naturellement, il existe de nombreuses autres formes pos- Naturally, there are many other forms pos-
sibles pour la réalisation des deux parties des tubes collecteurs. En particulier, pour faciliter l'assemblage des deux pièces, l'une peut comporter un bord légèrement embouti en gradin vers l'intérieur sur lequel l'autre pièce sibles for the realization of the two parts of the collecting tubes. In particular, to facilitate the assembly of the two parts, one may have a slightly stamped edge inwardly stepped on which the other part
s'emboîte comme un couvercle.fits like a cover.
Dans le cas d'un tube collecteur composé d'au moins deux pièces, il est possible de fabriquer sans difficultés par le procédé décrit ci-dessus, un échangeur de chaleur, du type représenté sur la Fig. 6, comprenant des tubes In the case of a collecting tube composed of at least two parts, it is possible to manufacture without difficulty by the method described above, a heat exchanger, of the type shown in FIG. 6, including tubes
plats disposés sur les deux faces opposés des tubes collec- dishes arranged on the two opposite sides of the collection tubes
teurs.Pour cet échangeur de chaleur,on effectue tout d'abord le raccordement sur les tubes plats superposés de chacune des deux parties du tube collecteur, puis on assemble les deux For this heat exchanger, we first make the connection to the superimposed flat tubes of each of the two parts of the collecting tube, then we assemble the two
parties du tube collecteur par soudage. Dans l'espace inter- parts of the collecting tube by welding. In the inter-
médiaire entre les tubes plats montés respectivement sur les les deux faces opposées des tubes collecteurs, est montée, en supplément, une tôle de convection à coudes multiples, comme représenté sur la Fig. 6. Cette tôle de convection peut également être assemblée rigidement, sur sa face arrière, à intermediate between the flat tubes mounted respectively on the two opposite faces of the collecting tubes, is mounted, in addition, a convection sheet with multiple elbows, as shown in FIG. 6. This convection sheet can also be rigidly assembled, on its rear face, to
une face des tubes plats assemblés aux tubes collecteurs. one face of the flat tubes assembled with the collecting tubes.
Claims (3)
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