FR2543668A1 - Heat exchanger with lamellae - Google Patents
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Abstract
Description
"Echangeur thermique A lamelles et procédé pour sa
fabrication"
L'invention est applicable tous les échangeurs thermiques dans lesquels un fluide caloporteur circule dans un système de canalisation qui est équipé de lamelles augmentant sa surface externe et qui est baigne par un second fluide caloporteur
On connaît des échangeurs thermiques s lamelles qui sont composés de plusieurs tubes individuels disposés l'un derrière l'autre selon la direction d'écoulement d'un courant d'air produit par un ventilateur Dans ce cas, seules sont équipées de lamelles augmentant leur surface externe, les parties des tubes s'étendant en ligne d-roitet ou bien également lre sparties des tubes en forme d'are tubulaire."Lamellar heat exchanger and method for its
manufacturing"
The invention is applicable to all heat exchangers in which a heat transfer fluid circulates in a pipe system which is equipped with lamellae increasing its external surface and which is bathed by a second heat transfer fluid.
Lamellar heat exchangers are known which are composed of several individual tubes arranged one behind the other in the direction of flow of an air current produced by a fan. In this case, only lamellae are increased, increasing their external surface, the parts of the tubes extending in a straight line or else also the first part of the tubes in the shape of a tubular area.
Pour obtenir un transfert de chaleur optimal entre le tube et les lamelles, le passage ménagé au pied de la lamelle est par exemple relié au tube par brasage ou bien les lamelles sont rapportées sur le tube par ajustage à la presse , les tubes après enfilage des lamelles étant expansés par mandrinage ou bien les lamelles sont à priori enfilées sur les tubes avec ajustage la presse
Un inconvénient de ces écnangeurs thermiques à lamelles réside en ce qu'ils sont très dispendieux en maté- riau et donc en prix de revient, car leurs tubes doivent être réalisés avec des épaisseurs de parois adaptées aux pressions internes à assumer et sont, dans la plupart des cas, en cuivre, dont l'évolution du prix montre une tendance constante a la hausse
Dans un échangeur thermique a lamelles divulgué par le document DE-OS 3 041 127, les épaisseurs de parois des tubes utilisés ont été réduites dans la mesure où ils ne sont en mesure d'assumer les pressions internes qui se manifestent, que parce que les lamelles enfilées sur ces tubes sont équipées de collerettes annulaires qui entourent fermement les tubes et qui constituent un renforcement de ces tubes pour leur permettre de résister aux pressions internes.To obtain optimal heat transfer between the tube and the slats, the passage provided at the foot of the slat is for example connected to the tube by brazing or else the slats are attached to the tube by press fitting, the tubes after threading the slats being expanded by mandrel or else the slats are a priori threaded on the tubes with press adjustment
A disadvantage of these flap heat exchangers is that they are very expensive in material and therefore in cost, because their tubes must be made with wall thicknesses adapted to the internal pressures to be assumed and are, in the most cases, in copper, the price development of which shows a constant upward trend
In a lamella heat exchanger disclosed in document DE-OS 3 041 127, the wall thicknesses of the tubes used have been reduced to the extent that they are only able to assume the internal pressures which manifest themselves, because the strips threaded on these tubes are equipped with annular flanges which firmly surround the tubes and which constitute a reinforcement of these tubes to allow them to withstand internal pressures.
Il est également prévu dans ce cas, que seules les parties rectilignes des tubes sont réalisées à paroi mi.nce et sont équipées de.lameles, tandis que. It is also provided in this case, that only the straight parts of the tubes are made with mi.nce wall and are equipped with.lameles, while.
les arcs tubulaires correspondants, ou bien les raccords sont constitués de tubes, reliés aux précédents, et dimen sonné de façon différente.the corresponding tubular arcs, or else the fittings consist of tubes, connected to the previous ones, and dimensioned differently.
Sur les emplacements respectifs de jonctions des tubes où les tubes sont enfilés les uns dans les autres, il est chaque fois prévu un tronçon de tube qui s'applique fermement sur le tube équipé de lamelles et dans lequel est introduite l'extrémité de l'autre tube ou de l'arc tubulaire. On the respective locations of tube junctions where the tubes are threaded into each other, there is each time a section of tube which is applied firmly to the tube fitted with lamellae and into which the end of the other tube or tubular arch.
On obtiendra ainsi qu'également aux emplacements de jonctions des tubes, les pressions internes intervenant puissent être prises en charge par le tube à paroi relativement mince. We will thus obtain that also at the junction locations of the tubes, the internal pressures involved can be taken care of by the relatively thin-walled tube.
Pour la fabrication de cet échangeur chers mique à lamelles, il est indiqué dans ce document DE-03 3 041 127 un procédé dans lequel sont respectivement enfilés sur un premier tube, un tronçon de tube ainsi que des lamelles comportant des collerettes annulaires, le diamètre interne du tronçon de tube et des collerettes des lamelles étant légèrement supérieur au diamètre externe du premier tube. For the manufacture of this expensive mique exchanger with lamellae, it is indicated in this document DE-03 3 041 127 a process in which are respectively threaded on a first tube, a section of tube as well as lamellae comprising annular flanges, the diameter internal of the tube section and the flanges of the lamellae being slightly greater than the external diameter of the first tube.
Après que les lamelles aient été enfilées sur le premier tube et que le tronçon de tube ait été amené à la position dans laquelle il entoure l'emplacement de liaison du premier tube et d'un second tube, le premier tube est expansé mécaniquement, de sorte que les collerettes des lamelles et que le tronçon de tube s'appliquent fermement sur la paroi externe du premier tube
Ensuite, l'extrémité du premier tube X devant être assemblée avec le second tube, est expansée, de sorte que son diamètre interne correpsond a peu près au diamètre externe du second tube, et une extrémité de ce second tube est alors mise en place dans cette partie expansée.After the lamellae have been threaded onto the first tube and the tube section has been brought to the position in which it surrounds the connection location of the first tube and a second tube, the first tube is mechanically expanded, so that the flanges of the lamellae and the tube section are firmly applied to the outer wall of the first tube
Then, the end of the first tube X to be assembled with the second tube, is expanded, so that its internal diameter corresponds approximately to the external diameter of the second tube, and one end of this second tube is then placed in this expanded part.
Ensuite, les extrémités ainsi assemblées du premier et du second tubes sont rendues solidaires par un brasage fort ou bien par soudure sans apport de métal. Then, the thus assembled ends of the first and second tubes are made integral by strong brazing or else by welding without addition of metal.
L'effet escompté avec ce procédé, d'un reforcement des emplacements de jonctions des tubes, dont la résistan- ce spécifique du matériau a été notablement diminuée dans la zone affectée par l'échauffement intervenu lors du brasage fort ou bien de la soudure sans apport de métal n'est toutefois pas atteint, car le tronçon de tube rappor
té en supplément, ne s'applique fermement que sur la surface externe du premier tube
Même lorsque le tronçon de tube a été rapporté de façon telle qu'il entoure également la zone du second tube échauffé au delà de l'emplacement de jonction proprement dit lors du brasage fort ou de la soudure, il n'est toute fois pas possible d'obtenir avec ce procédé, que le tronçon de tube prévu pour le renforcement s'applique également de façon ferme sur la paroi externe du second tube.The expected effect with this process, of a reinforcement of the junction locations of the tubes, the specific resistance of the material of which has been notably reduced in the zone affected by the heating occurring during strong soldering or else of the solder without metal input is not reached, however, because the section of tube rappor
extra tee, only firmly applied to the outer surface of the first tube
Even when the tube section has been added in such a way that it also surrounds the area of the second heated tube beyond the junction location proper during hard soldering or welding, it is however not possible to obtain with this method, that the section of tube provided for the reinforcement also applies firmly to the external wall of the second tube.
il est ainsi nécessaire de prévoir pour le second
tube une fixation spéciale pour mener à bien le processus de brasage ou de soudure, tandis que le premier tube est déjà fixé dans sa position par le tronçon de tube ou par
les lamelles enfilés sur lui.it is thus necessary to provide for the second
tube a special fixing to carry out the brazing or welding process, while the first tube is already fixed in its position by the tube section or by
the strips slipped over him.
Les tronçons de tubes à rapporter en supplément
qui sont prévus dans le cas de ces échangeurs thermiques
à lamelles, augmentent aussi bien leur dépense technologi- que nécessaire que celle de leur matériau. The sections of tubes to be brought in in addition
which are provided in the case of these heat exchangers
with lamellae, increase both their necessary technological expenditure and that of their material.
En outre, les parties, prévues pour le passage de de fluide caloporteur, de cet échangeur thermique à lamelles, sont exclusivement fabriquées en un matériau tubulaire re, de préférence un tube de cuivre, de sorte que la réduc- tion de leur épaisseur de paroi est limitée du fait des conditions technologiques imposées par la fabrication de ces tubes. In addition, the parts, provided for the passage of heat transfer fluid, of this lamellar heat exchanger are exclusively made of a tubular material re, preferably a copper tube, so that the reduction of their wall thickness is limited due to the technological conditions imposed by the manufacture of these tubes.
Ainsi, ce ne sont que des économies réduites en matériau et des abaissements de coûts réduits qui sont susceptibles d'être obtenus par la mise en oeuvre prévue dans ce cas de tubes a parois minces pour échangeur thermique à lamelles. Thus, it is only reduced savings in material and lower cost reductions that are likely to be obtained by the implementation provided in this case of thin-walled tubes for lamellar heat exchanger.
L'invention a pour but de créer un échangeur thermique à lamelles et un procédé pour la fabrication de cet échangeur, tels que les tubes d 'échange de chaleur de cet échangeur soient constitues en majeure partie d 'un maté- riau métallique en bandes ou bien de tôles, co matériau étant mis sous forme de tubes et étant muni d'un cordon longitudinal de soudure étanche et étant susceptible de prendre en charge des pressions internes élevées en rapport avec l'épaisseur de tôle utilisés
Ce but est atteint garce à la création d'un Schn- geur thermique S lamelles constitué de tubes rectilignes équipés de lamelles, dont les extrémités sont reliées à des arcs tubulaires ou bien à des répartitours, et dans lequel, conformément à l'invention, les tubes rectilignes sont constitués par des manchons réalisés à partir d'un ma tériau métallique en bandes ou bien à partir de bandes de tôle dont sont constitués les manchons.The object of the invention is to create a lamella heat exchanger and a process for the manufacture of this exchanger, such that the heat exchange tubes of this exchanger are made up for the most part of a metallic material in strips or well of sheets, co material being put in the form of tubes and being provided with a longitudinal watertight weld bead and being capable of handling high internal pressures in relation to the thickness of sheet used
This object is achieved because of the creation of a thermal flap S lamellae made up of rectilinear tubes equipped with lamellae, the ends of which are connected to tubular arcs or else to distributors, and in which, in accordance with the invention, the straight tubes consist of sleeves made from a metallic material in strips or else from sheet metal strips of which the sleeves are made.
Pour la réalisation de cet échangeur thermique C lamelles, il est créé un procédé dans lequel3 conformément à l'invention, des bandes métalliques ou des bandes de tôle sont transformées en manchons comportant un cordon de recouvrement et sur lesquelles sont enfilées les lamelles avec des pieds de lamelles en forme de collerette, après quoi au moins une des extrémités de chaque manchon est ajustée dans un évidement respectif de parties de parois, par exemple d'une paroi frontale de l'échangeur thermique à lamelles, et simultanément, on introduit à la presse dans cette extrémité du manchon, une pièce d'ajustement d'un arc tubulaire ou bien d'un répartiteur, puis on relie par brasage fort avec liaison de substance, les recouvrements des manchons, les pieds de lamelles avec les manchons, et les pièces d'ajustement avec les extrémités des manchons. For the production of this heat exchanger C strips, a process is created in which, according to the invention, metal strips or sheet metal strips are transformed into sleeves comprising a covering bead and on which the strips are threaded with feet of flaps in the form of a flange, after which at least one of the ends of each sleeve is fitted into a respective recess of parts of walls, for example of a front wall of the lamella heat exchanger, and simultaneously, the press in this end of the sleeve, a piece of adjustment of a tubular arc or else of a distributor, then one connects by strong brazing with bonding of substance, the coverings of the sleeves, the lamella feet with the sleeves, and the adjustment pieces with the ends of the sleeves.
Dans ce procédé conforme f l'invention, il est éga- lement prévu d'expanser les manchons proprement dits apres la mise en place des lamelles, jusquâ ce que la paroi externe de ces manchons s'applique sur les parois internes des pieds de lamelles en forme de collerettes. In this process according to the invention, it is also planned to expand the sleeves themselves after the installation of the slats, until the outer wall of these sleeves is applied to the inner walls of the feet of the slats. in the form of flanges.
L'invention va être expliqué plus en détail en se référant à un exemple de réalisation représenté sur les dessins ci-joints, dans lesquels
- la figure 1 montre en coupe longitudinale une par tie , réalisée conformément à l' invention, d'un échangeur thermique à lamelles,
- la figure 2 est une représentation partielle à plus grande échelle de l'échangeur thermique à lamelles de la figure 1 vu dans la direction A.The invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment shown in the accompanying drawings, in which
FIG. 1 shows in longitudinal section one part, produced in accordance with the invention, of a lamella heat exchanger,
- Figure 2 is a partial representation on a larger scale of the lamella heat exchanger of Figure 1 seen in direction A.
Un échangeur thermique à lamelles comporte des tubes 1,2, rectilignes et des arcs tubulaires 3 reliant respectivement l'un l'autre deux de ces tubes. Les tubes 1,2 sont constitués de manchons 1, réalisés à partir de bandes de tôles mises sous forme de tubes qui présentent un recouvrement tel que ce recouvrement brasé de façon étanche et constituant un cordon longitudinal 2, a une largeur correspondante à au moins deux fois l'épaisseur de la tôle. A lamella heat exchanger comprises tubes 1,2, straight and tubular arcs 3 respectively connecting each other two of these tubes. The tubes 1, 2 consist of sleeves 1, produced from strips of sheet metal formed into tubes which have an overlap such that this overlap, tightly brazed and constituting a longitudinal bead 2, has a width corresponding to at least two times the thickness of the sheet.
Les tubes 1,2 portent des lamelles 4 augmentant la surface externe et qui comportent chacune un pied de de lamelle 5 en forme de collerette. Ces pieds de lamelle 5 en forme de collerette constituent la limitation externe pour les manchons 1 et empêchent par brasage avec les manchons 1, l'expansion de ceux-ci lors de l'intervention de pression interne, car un système stable résistant a la pression résulte du brasage longitudinal et annulaire de ces pièces de formes. The tubes 1,2 carry strips 4 increasing the external surface and which each comprise a foot of strip 5 in the form of a collar. These flange feet 5 in the form of a flange constitute the external limitation for the sleeves 1 and prevent by brazing with the sleeves 1, the expansion of the latter during the internal pressure intervention, because a stable system resistant to pressure results from the longitudinal and annular brazing of these shaped parts.
Une extrémité de ces manchons 1 est respectivement mise en place chacune dans un évidement 6 ménagé dans une paroi frontale 7 de l'échangeur thermique a lamelles. One end of these sleeves 1 is respectively placed each in a recess 6 formed in a front wall 7 of the lamella heat exchanger.
Les arcs tubulaires 3 comportent a chacune de leurs deux extrémités une pièce d' ajustement 8 venant res pectivement en prise dans une extrémité des manchons 1, et qui est mise en place dans un des évidements 6 de la paroi frontale 7. The tubular arcs 3 comprise at each of their two ends an adjustment piece 8 coming respectively into engagement in one end of the sleeves 1, and which is placed in one of the recesses 6 of the front wall 7.
Les diamètres externes des pièces d'ajustement 8, sont adaptés aux diamètres internes des manchons 1 et des évidements 6, de sorte que les extrémités des manchons 1, sont ajustées de façon serrée dans les évidements 6 de la paroi frontale 7 par l'intermédiaire des pièces d'ajustement 8 venant en prise dans les manchons 1. The external diameters of the adjustment pieces 8 are adapted to the internal diameters of the sleeves 1 and of the recesses 6, so that the ends of the sleeves 1 are adjusted tightly in the recesses 6 of the front wall 7 via adjustment pieces 8 engaging in the sleeves 1.
Pour la réalisation conforme à l'invention de ltéchan- geur thermique a lamelles, les bandes de tôles sont tout d'abord mises sous forme de manchons i, comportant un cordon longitudinal 2, et dont la largeur de recouvrement correspond au moins b deux fois l'épaisseur des bandes de tôles. For the embodiment according to the invention of the lamella heat exchanger, the sheet metal strips are first of all put into the form of sleeves i, comprising a longitudinal bead 2, and the overlap width of which corresponds to at least b twice the thickness of the sheet metal strips.
Sur ces manchons 1 sont ensuite enfilées les lamelles 4 qui comprtent chacune un pied de lamelle 5 en forme de collerette entourant coaxialement le manchon 1. On these sleeves 1 are then threaded the strips 4 which each include a foot of strip 5 in the form of a collar coaxially surrounding the sleeve 1.
Ensuite, une extrémité de chaque manchon 1 est mise en place respectivement dans un évidement 6 de la paroi frontale 7 de l'échangeur thermique à lamelles et une pièce d'ajustement 8 est en outre mise en place de façon serrée dans cette extrémité de manchon chacune de ces pièces étant prévue aux deux extrémités de 1 'arc tubulaire 8 qui en coopération avec les manchons 1, constitue un sys-- tème pour le passage du fluide caloporteur (non représen té). Then, one end of each sleeve 1 is placed respectively in a recess 6 of the front wall 7 of the lamellar heat exchanger and an adjustment piece 8 is further tightly placed in this end of sleeve each of these parts being provided at the two ends of the tubular arc 8 which, in cooperation with the sleeves 1, constitutes a system for the passage of the heat transfer fluid (not shown).
On effectue ensuite le brasage étanche des cordons longitudinaux 2 des manchons 1, le brasage étanche des emplacements de jonctions des manchons 1 avec les pièces d 'ajustement 8 des arcs tubulaires et le brasage des pieds de lamelles 5 sur les parois eSterlles des manchons 1
Lors de ce processus de brasage, les manchons 1 sont, d'une part, supportés à partir de l'extérieur par les pieds de lamelles 5 et, en outre, maintenus dans les évidements 6 des parois frontales 7 au moyen des pièces d'ajustement 8 mises en place de façon serrée dans les extrémités des manchons 1.The tight brazing of the longitudinal cords 2 of the sleeves 1 is then carried out, the tight brazing of the junction locations of the sleeves 1 with the adjustment pieces 8 of the tubular arcs and the brazing of the lamella feet 5 on the walls of the sleeves 1
During this brazing process, the sleeves 1 are, on the one hand, supported from the outside by the feet of lamellas 5 and, moreover, held in the recesses 6 of the front walls 7 by means of the parts adjustment 8 fitted tightly into the ends of the sleeves 1.
On est ainsi certain que le diamètre externe des manchons 1 qui est délimité par les pieds de lamelles 5 en forme de collerettes, ne peut pas augmenter pendant le processus de brasage
Une réduction du diamètre externe et du diamètre interne des manchons 1 pendant le processus de brasage, par exemple par des actions mécaniques extérieures, n'est également pas possible, car les pièces d'ajustement 8 introduites de façon serrée dans les extrémités des man chons 1, s'opposent également dans ce cas a à l'apparition de telles déformations des manchons 1.It is thus certain that the external diameter of the sleeves 1 which is delimited by the feet of strips 5 in the form of flanges, cannot increase during the brazing process
A reduction in the external diameter and the internal diameter of the sleeves 1 during the brazing process, for example by external mechanical actions, is also not possible, since the adjustment pieces 8 introduced tightly into the ends of the sleeves 1, also in this case oppose the appearance of such deformations of the sleeves 1.
La constitution de l'échangeur thermique à lamelles conforme à l'invention, permet la mise en oeuvre de tôles à paroi mince a la place de tubes d'une épaisseur de paroi plus importante, car un système stable résistant à la pression est constitué par ces pinces de forme brasées longitudinalement et annulairement. The constitution of the lamella heat exchanger according to the invention allows the use of thin-walled sheets in place of tubes with a greater wall thickness, because a stable system resistant to pressure is constituted by these form clamps brazed longitudinally and annularly.
Un autre avantage de l'échangeur thermique à lamelles conforme à l'invention réside dans l'amélioration de son rendement de transfert de chaleur, car 'les résistances à la conduction thermique intervenant dans les manchons réalisés à partir de tôles ou de matériaux en bandes à paroi mince, sont beaucoup plus réduites que lors de l'utilisation de matériau tubulaire, et ainsi, l'énergie calorifique du fluide caloporteur peut être transmise pour de faiblIes différences de température, et donc, un rendement meilleur dans le processus thermique est obte- nu. Another advantage of the lamella heat exchanger according to the invention lies in the improvement of its heat transfer efficiency, because the resistances to thermal conduction occurring in the sleeves produced from sheets or strip materials with a thin wall, are much smaller than when using tubular material, and thus, the heat energy of the heat transfer fluid can be transmitted for small differences in temperature, and therefore, a better efficiency in the thermal process is obtained - naked.
Selon le procédé conforme f l'invention, on peut par exemple sur une installation de brasage sous gaz de protection et sur bandes transporteuses, aussi bien braser de façon étanche aux gaz les liaisons, nécessaires pour le système sous pression de l'échangeur thermique a lamelles, des arcs tubulaires 3 ou bien de leurs pièces d'ajustement 8 avec les manchons 1 transformer en espaces creux par une jonction étanche de leurs cordons longitudinaux 2, que réaliser également la liaison métallique des pieds 5 des lamelles mises sous forme de collerettes avec les manchons 1, sans que des dispositifs supplémentaires auxiliaires et de maintien soient nécessaires. According to the process according to the invention, it is possible for example on a brazing installation under protective gas and on conveyor belts, as well to braze in a gas-tight manner the connections necessary for the pressurized system of the heat exchanger a lamellae, tubular arcs 3 or their adjustment pieces 8 with the sleeves 1 transform into hollow spaces by a tight junction of their longitudinal cords 2, that also realize the metallic connection of the feet 5 of the lamellae put in the form of flanges with the sleeves 1, without the need for additional auxiliary and holding devices.
Les liaisons devant être réalisées par exemple selon un procédé de brasage, peuvent être entre- prises par apport de brasure sous forme de fil qui est déposé sur les manchons 1. The connections to be made, for example according to a brazing process, can be undertaken by adding solder in the form of wire which is deposited on the sleeves 1.
Le positionnement pour le brasage du sys thème tubulaire 1,3, 8 à réaliser doit alors s 'effectuer avantageusement de façon que le cordon longitudinal 2 soit orienté vers le bas et que la gravité assure d 'elleemime le mouillage de la fente de brasage avec de la brasure li quide, après quoi l'écoulement de la brasure s'effectue exclusivement par effet capillaire. Un apport séparé de brasure peut être supprimé dans la mesure où les manchons 1 sont par exemple réalisés a partir de bandes de tôles garnies de brasures. The positioning for brazing of the tubular theme sys 1,3, 8 to be carried out must then be carried out advantageously so that the longitudinal bead 2 is oriented downwards and that gravity ensures that it wets the brazing slot with of liquid solder, after which the flow of solder takes place exclusively by capillary effect. A separate addition of solder can be omitted insofar as the sleeves 1 are, for example, made from strips of sheets filled with solder.
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