FR3095692A1 - Element for heat exchanger or heat pipe, and method of manufacture - Google Patents
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Abstract
Elément pour échangeur de chaleur ou caloduc, et procédé de fabrication Elément (5) pour échangeur de chaleur ou caloduc, comprenant une feuille (7) comportant une pluralité de plis (9) parallèles à une direction de pliage (X), la feuille formant des couches successives (11) superposées dans une direction de superposition (Y) sensiblement perpendiculaire à la direction de pliage, la feuille étant délimitée dans la direction de pliage par au moins un bord sinueux (33) définissant au moins une face latérale de l’élément, les couches successives définissant entre elles une pluralité de canaux de circulation pour des fluides dans la direction de pliage, les canaux de circulation définissant respectivement des interstices (39) dans la face latérale, la feuille comportant au moins une partie latérale (41) s’étendant dans la direction de pliage depuis le bord sinueux. Dans chacune des couches successives, la partie latérale de la feuille forme des reliefs (47) comportant au moins une portion en saillie (49) et au moins une portion en creux (51) dans la direction de superposition, chacun des interstices ayant, perpendiculairement à la direction de pliage, au moins une section de passage obstruée à au moins 70% par lesdits reliefs. Figure pour l'abrégé : Figure 3Element for heat exchanger or heat pipe, and manufacturing method Element (5) for heat exchanger or heat pipe, comprising a sheet (7) having a plurality of folds (9) parallel to a bending direction (X), the sheet forming successive layers (11) superimposed in a superimposed direction (Y) substantially perpendicular to the folding direction, the sheet being bounded in the folding direction by at least one sinuous edge (33) defining at least one side face of the element, the successive layers defining between them a plurality of circulation channels for fluids in the bending direction, the circulation channels respectively defining interstices (39) in the side face, the sheet comprising at least one side part (41) extending in the folding direction from the meandering edge. In each of the successive layers, the lateral part of the sheet forms reliefs (47) comprising at least one projecting portion (49) and at least one recessed portion (51) in the direction of superposition, each of the interstices having, perpendicularly in the direction of folding, at least one passage section obstructed at least 70% by said reliefs. Figure for the abstract: Figure 3
Description
La présente invention concerne un élément pour échangeur de chaleur ou caloduc, l’élément comprenant une feuille comportant au moins 90% en masse d’un métal ou un alliage de métaux, la feuille comportant une pluralité de plis parallèles à une direction de pliage,The present invention relates to an element for a heat exchanger or heat pipe, the element comprising a sheet comprising at least 90% by mass of a metal or an alloy of metals, the sheet comprising a plurality of folds parallel to a folding direction,
la feuille formant des couches successives superposées dans une direction de superposition sensiblement perpendiculaire à la direction de pliage, les couches successives étant séparées par une distance moyenne inférieure ou égale à 1 millimètre dans la direction de superposition,the sheet forming successive layers superimposed in a direction of superposition substantially perpendicular to the direction of folding, the successive layers being separated by an average distance less than or equal to 1 millimeter in the direction of superposition,
la feuille étant délimitée dans la direction de pliage par au moins un bord sinueux définissant au moins une face latérale de l’élément, les couches successives définissant entre elles une pluralité de canaux de circulation pour des fluides dans la direction de pliage, les canaux de circulation définissant respectivement des interstices dans la face latérale,the sheet being delimited in the folding direction by at least one sinuous edge defining at least one side face of the element, the successive layers defining between them a plurality of circulation channels for fluids in the folding direction, the circulation respectively defining interstices in the lateral face,
la feuille comportant au moins une partie latérale s’étendant dans la direction de pliage depuis le bord sinueux.the sheet having at least one side portion extending in the folding direction from the sinuous edge.
L’invention concerne aussi un échangeur ou un caloduc intégrant un tel élément, ainsi qu’un procédé de fabrication de cet élément ou de l’échangeur ou du caloduc.The invention also relates to an exchanger or a heat pipe incorporating such an element, as well as a method of manufacturing this element or the exchanger or the heat pipe.
Il existe un besoin, dans différents secteurs industriels, tels que l’automobile ou l’aéronautique, de réduire, d’une part, l’encombrement créé par les circuits thermiques et leur masse et, d’autre part, la quantité de fluides impliqués dans les échanges. En effet, ces fluides ont parfois une incidence sur l’environnement ou la sécurité des systèmes dans lesquels ils sont intégrés, qu’il convient de réduire au maximum.There is a need, in various industrial sectors, such as automotive or aeronautics, to reduce, on the one hand, the size created by the thermal circuits and their mass and, on the other hand, the quantity of fluids involved in the exchanges. Indeed, these fluids sometimes have an impact on the environment or the safety of the systems in which they are integrated, which should be reduced as much as possible.
En outre, un type connu d’échangeur de chaleur met en œuvre une feuille métallique repliée sur elle-même en accordéon. Deux plaques fixées de part et d’autre de la feuille métallique définissent des canaux de circulation parallèles entre eux et situés de chaque côté de la feuille métallique. Les extrémités des canaux débouchent sur des faces latérales de la feuille en accordéon dans lesquelles les canaux définissent des interstices.In addition, a known type of heat exchanger implements a metal sheet folded on itself in concertina fashion. Two plates fixed on either side of the metal sheet define circulation channels parallel to each other and located on each side of the metal sheet. The ends of the channels open onto side faces of the concertina sheet in which the channels define interstices.
Dans le cas d’un échangeur de chaleur, les canaux situés d’un côté de la feuille métallique sont parcourus par un fluide froid, tandis que ceux situés de l’autre côté sont parcourus par un fluide chaud. Ainsi, entre deux plaques circulent deux fluides, séparés l'un de l'autre par la feuille métallique et échangeant de la chaleur l'un avec l'autre au travers de la feuille métallique.In the case of a heat exchanger, the channels located on one side of the metal sheet are traversed by a cold fluid, while those located on the other side are traversed by a hot fluid. Thus, between two plates circulate two fluids, separated from each other by the metal sheet and exchanging heat with each other through the metal sheet.
Les feuilles en accordéon, et les plaques recouvertes sur leurs deux faces d'un film de brasure sont alternativement empilées les unes sur les autres de façon à constituer un bloc appelé « matrice » ou « ensemble ». Cet empilement est ensuite assemblé en une première étape dans un four de brasage. L’ensemble comprend par exemple une première et une dernière plaques d’une épaisseur plus importante que les autres plaques.The concertina sheets and the plates covered on both sides with a solder film are alternately stacked on top of each other so as to form a block called a “matrix” or “set”. This stack is then assembled in a first step in a brazing furnace. The assembly comprises for example a first and a last plates of greater thickness than the other plates.
Pour étanchéifier l’ensemble sur son pourtour, des barres, appelées "barres de fermeture" sont généralement fixées sur la matrice. Des têtes d’alimentation en fluides sont ensuite ajoutées à la matrice pour constituer l'échangeur.To seal the assembly around its perimeter, bars, called "closing bars" are generally fixed to the matrix. Fluid supply heads are then added to the matrix to form the exchanger.
Du fait des différentiels de dilatation entre les pièces, qui empêchent de trop contraindre géométriquement les constituants du futur échangeur, il est généralement pratiqué plusieurs étapes de brasage, entre lesquelles des opérations d'usinage sont réalisées de façon à garantir les jeux entre pièces. Cette pratique nécessite une grande maîtrise des nuances d’alliages d’apport de façon à ne pas dégrader lors de l’étape suivante les jonctions réalisées à l’étape précédente.Due to the expansion differentials between the parts, which prevent the constituents of the future exchanger from being overly constrained geometrically, several brazing steps are generally carried out, between which machining operations are carried out so as to guarantee the clearances between the parts. This practice requires a great mastery of the grades of filler alloys so as not to degrade during the next step the junctions made in the previous step.
Toutefois, plus les échangeurs sont de dimensions réduites, plus le brasage des barres de fermeture sur la face des feuilles en accordéon, et plus généralement le bouchage des interstices, s’avère difficile.However, the more the exchangers are of reduced dimensions, the more the brazing of the closing bars on the face of the concertina sheets, and more generally the plugging of the interstices, proves to be difficult.
FR 3 066 935 décrit un procédé de brasage ou de rechargement adapté pour obturer les micro-interstices de telles feuilles en accordéon, afin réaliser des échangeurs de faibles dimensions. Néanmoins, la mise en œuvre de ce procédé reste onéreuse car elle nécessite généralement plusieurs passages au four de brasage.FR 3 066 935 describes a brazing or hardfacing process suitable for sealing the micro-interstices of such concertina sheets, in order to produce exchangers of small dimensions. Nevertheless, the implementation of this process remains expensive because it generally requires several passages in the brazing furnace.
Les mêmes remarques valent pour des caloducs intégrant de telles feuilles en accordéon ou plus généralement des pièces métalliques comportant des micro-interstices.The same remarks apply to heat pipes incorporating such concertina sheets or more generally metal parts comprising micro-interstices.
Un but de l’invention est donc de faciliter la fabrication d’échangeurs de chaleur ou de caloducs de faibles dimensions.An object of the invention is therefore to facilitate the manufacture of heat exchangers or heat pipes of small dimensions.
A cet effet, l’invention a pour objet un élément pour échangeur de chaleur ou caloduc tel que décrit ci-dessus, dans lequel, dans chacune des couches successives, la partie latérale de la feuille forme des reliefs comportant au moins une portion en saillie et au moins une portion en creux dans la direction de superposition, chacun des interstices ayant, perpendiculairement à la direction de pliage, au moins une section de passage obstruée à au moins 70%, de préférence à au moins 90%, par lesdits reliefs.To this end, the subject of the invention is an element for a heat exchanger or heat pipe as described above, in which, in each of the successive layers, the lateral part of the sheet forms reliefs comprising at least one projecting portion and at least one recessed portion in the superposition direction, each of the interstices having, perpendicular to the folding direction, at least one passage section obstructed at least 70%, preferably at least 90%, by said reliefs.
Selon des modes particuliers de réalisation, l’élément comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :According to particular embodiments, the element comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in all technically possible combinations:
- pour un sur deux des interstices selon la direction de superposition, ladite section de passage est obstruée au moins par une striction formée par deux des portions en saillie appartenant à deux couches adjacentes prises parmi les couches successives, et pour les autres interstices, ladite section de passage est obstruée au moins par une striction formée par deux des portions en creux appartenant à deux couches adjacentes prises parmi les couches successives ;- for one out of two of the interstices in the direction of superposition, said passage section is obstructed at least by a constriction formed by two of the projecting portions belonging to two adjacent layers taken from among the successive layers, and for the other interstices, said section passage is obstructed at least by a constriction formed by two of the recessed portions belonging to two adjacent layers taken from the successive layers;
- dans ladite striction formée par deux des portions en saillie, lesdites deux des portions en saillie sont séparées par une distance inférieure à 50 µm dans la direction de superposition, et sont préférentiellement en contact l’une avec l’autre, et dans ladite striction formée par deux des portions en creux, lesdites deux des portions en creux sont séparées par une distance inférieure à 50 µm dans la direction de superposition, et sont préférentiellement en contact l’une avec l’autre ;- in said constriction formed by two of the protruding portions, said two of the protruding portions are separated by a distance less than 50 μm in the direction of superposition, and are preferentially in contact with each other, and in said constriction formed by two of the recessed portions, said two of the recessed portions are separated by a distance of less than 50 μm in the direction of superposition, and are preferentially in contact with each other;
- les portions en saillie et les portions en creux sont orientées sensiblement parallèlement à une direction de profil sensiblement perpendiculaire à la direction de pliage et à la direction de superposition ;- the projecting portions and the recessed portions are oriented substantially parallel to a profile direction substantially perpendicular to the folding direction and to the direction of superposition;
- pour chacune des couches successives, les portions en saillie et les portions en creux ont un profil triangulaire ou trapézoïdal perpendiculairement à la direction de profil ;- for each of the successive layers, the projecting portions and the recessed portions have a triangular or trapezoidal profile perpendicular to the profile direction;
- la feuille comporte en outre au moins une partie courante s’étendant dans la direction de pliage à partir de la partie latérale, la partie courante comportant des corrugations adaptées pour assurer un espacement sensiblement constant entre les couches successives selon la direction de superposition ; et- the sheet further comprises at least one running part extending in the folding direction from the lateral part, the running part comprising corrugations adapted to ensure a substantially constant spacing between the successive layers according to the superposition direction; And
- la feuille étant considérée dépliée et à plat dans un plan, les corrugations sont orientées selon une même direction de corrugation, la direction de corrugation formant un angle avec la direction de pliage, l’angle étant compris entre 20 et 70 degrés.- the sheet being considered unfolded and flat in one plane, the corrugations are oriented along the same corrugation direction, the corrugation direction forming an angle with the folding direction, the angle being between 20 and 70 degrees.
L’invention concerne aussi un échangeur de chaleur ou un caloduc comprenant :The invention also relates to a heat exchanger or a heat pipe comprising:
- au moins un élément tel que décrit ci-dessus ; et- at least one element as described above; And
- au moins un organe de bouchage adapté pour boucher lesdits interstices.- At least one plugging member adapted to plug said interstices.
Selon un mode particulier de réalisation, l’organe de bouchage est déposé sur l’élément par brasage ou par électrodéposition, ou comprend un joint d’étanchéité contraint contre la face latérale.According to a particular embodiment, the plugging member is deposited on the element by brazing or by electrodeposition, or comprises a seal forced against the side face.
L’invention concerne enfin un procédé de fabrication d’un élément tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes suivantes :The invention finally relates to a method for manufacturing an element as described above, comprising the following steps:
- obtention de la feuille non encore pliée ;- obtaining the sheet not yet folded;
- formation des portions en saillie et des portions en creux dans la feuille non encore pliée ; et- formation of projecting portions and recessed portions in the unfolded sheet; And
- pliage de la feuille pour former la pluralité de plis parallèles à la direction de pliage et obtention des couches successives.- folding of the sheet to form the plurality of folds parallel to the folding direction and obtaining successive layers.
Selon des modes particuliers de réalisation, l’échangeur de chaleur ou le caloduc sont susceptibles d’être obtenus, ou sont obtenus, par un procédé de fabrication tel que décrit ci-dessus.According to particular embodiments, the heat exchanger or the heat pipe can be obtained, or are obtained, by a manufacturing process as described above.
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 annexés, sur lesquels :The invention will be better understood on reading the following description, given solely by way of example and made with reference to the appended drawings, in which:
En référence à la figure 1, on décrit un échangeur de chaleur 1 selon l’invention. Dans l’exemple représenté, l’échangeur de chaleur 1 forme avantageusement un étage d’un système d’échange thermique non représenté.With reference to Figure 1, a heat exchanger 1 according to the invention is described. In the example shown, the heat exchanger 1 advantageously forms a stage of a heat exchange system, not shown.
L’échangeur de chaleur 1 comprend un élément 5 constitué d’une feuille 7 comportant une pluralité de plis 9 parallèles à une direction de pliage X, la feuille formant des couches successives 11 superposées dans une direction de superposition Y sensiblement perpendiculaire à la direction de pliage X.The heat exchanger 1 comprises an element 5 consisting of a sheet 7 comprising a plurality of folds 9 parallel to a direction of folding X, the sheet forming successive layers 11 superimposed in a direction of superposition Y substantially perpendicular to the direction of X folding.
On définit également une direction de profil Z sensiblement perpendiculaire à la direction de pliage X et à la direction de superposition Y.A profile direction Z is also defined substantially perpendicular to the direction of folding X and to the direction of superposition Y.
L’échangeur de chaleur 1 est par exemple de forme sensiblement parallélépipédique.The heat exchanger 1 is for example of substantially parallelepiped shape.
L’échangeur de chaleur 1 comprend en outre deux plaques 13, 15 perpendiculaires à la direction de profil Z et fixées sur les plis 9 de part et d’autre de la feuille 7, par exemple par brasage.The heat exchanger 1 further comprises two plates 13, 15 perpendicular to the profile direction Z and fixed to the folds 9 on either side of the sheet 7, for example by brazing.
Selon un mode de réalisation particulier, la feuille 7 est collée sur le reste de l’échangeur de chaleur 1, notamment si celui-ci n’est pas intégralement métallique. According to a particular embodiment, the sheet 7 is bonded to the rest of the heat exchanger 1, in particular if the latter is not entirely metallic.
Dans l’exemple, l’échangeur de chaleur 1 comprend aussi deux organes de bouchage 17, 19.In the example, the heat exchanger 1 also includes two closure members 17, 19.
L’échangeur de chaleur 1 comporte deux faces latérales 21, 23 opposées selon la direction de superposition Y, et deux faces latérales 25, 27 (Figures 1 et 3) opposées selon la direction de pliage X.The heat exchanger 1 comprises two opposite side faces 21, 23 along the superposition direction Y, and two opposite side faces 25, 27 (Figures 1 and 3) along the folding direction X.
Dans l’exemple, les faces latérales 21, 23 sont formées par la feuille 7 elle-même et les plaques 13, 15, tandis que les faces latérales 25, 27 sont formées par les organes de bouchage 17, 19 et les plaques 13, 15.In the example, the side faces 21, 23 are formed by the sheet 7 itself and the plates 13, 15, while the side faces 25, 27 are formed by the closure members 17, 19 and the plates 13, 15.
En variante, des barres de fermeture (non-représentées) sont fixées sur certaines des faces latérales.Alternatively, closure bars (not shown) are attached to some of the side faces.
Les plaques 13, 15 sont par exemple structurellement analogues l’une à l’autre. La plaque 15 se déduit par exemple de la plaque 13 par une rotation à 180° autour de la direction de pliage X et une translation dans la direction de profil Z.The plates 13, 15 are for example structurally analogous to each other. The plate 15 is deduced for example from the plate 13 by a 180° rotation around the folding direction X and a translation in the profile direction Z.
Chacune des plaques 13, 15 comporte deux découpes 29, 31 s’étendant principalement dans la direction de superposition Y et débouchant respectivement sur les faces latérales 23 et 21 pour former des canaux collecteurs ou distributeurs pour des fluides.Each of the plates 13, 15 has two cutouts 29, 31 extending mainly in the direction of superposition Y and emerging respectively on the side faces 23 and 21 to form collecting or distributing channels for fluids.
Selon une première variante non représentée, les découpes 29, 31 débouchent sur les faces latérales 25 et 27. selon une deuxième variante non représentée, les découpes 29, 31 sont non-débouchantes : la distribution des fluides se fait alors par des plaques percées brasées au-dessus de la plaque 13 et respectivement en-dessous de la plaque 15.According to a first variant not shown, the cutouts 29, 31 open onto the side faces 25 and 27. According to a second variant not shown, the cutouts 29, 31 are non-opening: the distribution of the fluids is then done by brazed drilled plates above plate 13 and respectively below plate 15.
La découpe 31 de la plaque 13 définit une entrée E1 pour un fluide froid F1. La découpe 29 de la plaque 13 définit une sortie S1 pour un fluide réchauffé F1’ résultant d’un réchauffement du fluide froid F1.Cutout 31 of plate 13 defines an inlet E1 for a cold fluid F1. The cutout 29 of the plate 13 defines an outlet S1 for a heated fluid F1' resulting from a heating of the cold fluid F1.
Dans un fonctionnement à contre-courant de l’échangeur de chaleur 1, la découpe 29 de la plaque 15 définit une entrée E2 pour un fluide chaud F2. La découpe 31 (non visible sur la Figure 1) de la plaque 15 définit une sortie S2 pour un fluide refroidi F2’ issu du refroidissement du fluide chaud F2 par échange de chaleur avec le fluide froid F1.In a countercurrent operation of the heat exchanger 1, the cutout 29 of the plate 15 defines an inlet E2 for a hot fluid F2. The cutout 31 (not visible in Figure 1) of the plate 15 defines an outlet S2 for a cooled fluid F2' resulting from the cooling of the hot fluid F2 by heat exchange with the cold fluid F1.
Dans un fonctionnement à co-courant (non représenté), la découpe 31 de la plaque 15 définit l’entrée E2, la sortie S2 étant définie par la découpe 29 de la même plaque 15.In co-current operation (not shown), cutout 31 of plate 15 defines input E2, output S2 being defined by cutout 29 of the same plate 15.
Le fluide froid F1 est par exemple de l’eau ou un mélange d’eau et de glycol, notamment si l’échangeur de chaleur 1 est un condenseur de pompe à chaleur (non représenté).The cold fluid F1 is for example water or a mixture of water and glycol, especially if the heat exchanger 1 is a heat pump condenser (not shown).
Le fluide chaud F2 est par exemple un liquide frigorigène de type HFE (hydrofluoroéther), hydrocarbure (propane) ou HFO (hydrofluorooléfine), comme c’est le cas dans une pompe à chaleur. Dans le cas du refroidissement de l’huile d’un moteur thermique, le fluide chaud est par exemple l’huile à refroidir.The hot fluid F2 is for example a refrigerant liquid of the HFE (hydrofluoroether), hydrocarbon (propane) or HFO (hydrofluoroolefin) type, as is the case in a heat pump. In the case of cooling the oil of a heat engine, the hot fluid is for example the oil to be cooled.
Si l’échangeur de chaleur 1 est un évaporateur, les natures du fluide froid F1 et du fluide chaud F2 sont par exemple inversées.If the heat exchanger 1 is an evaporator, the natures of the cold fluid F1 and of the hot fluid F2 are for example reversed.
La feuille 7 comporte au moins 90% en masse d’un métal ou un alliage de métaux. Avantageusement la feuille 7 est en acier inoxydable, par exemple en 316L.The sheet 7 comprises at least 90% by mass of a metal or an alloy of metals. Advantageously the sheet 7 is made of stainless steel, for example 316L.
Selon des variantes, la feuille 7 est en cuivre, en aluminium, ou en titane.According to variants, the sheet 7 is made of copper, aluminum or titanium.
La feuille 7 est délimitée dans la direction de pliage X par au moins un bord sinueux 33 définissant une face latérale 35 de l’élément 5.The sheet 7 is delimited in the folding direction X by at least one sinuous edge 33 defining a side face 35 of the element 5.
Les couches successives 11 définissent entre elles et avec les plaques 13, 15 une pluralité de canaux de circulation 37 s’étendant dans la direction de pliage X et définissant respectivement des interstices 39 dans la face latérale 35. Des interstices analogues (non visibles sur la Figure 1) existent de l’autre côté de la feuille 7 dans la direction de pliage X.The successive layers 11 define between them and with the plates 13, 15 a plurality of circulation channels 37 extending in the folding direction X and respectively defining interstices 39 in the side face 35. Similar interstices (not visible on the Figure 1) exist on the other side of the sheet 7 in the folding direction X.
Les canaux de circulation 37 situés au-dessus de la feuille 7 sont destinés à recevoir le fluide froid F1, et les canaux de circulation situés sous la feuille sont destinés à recevoir le fluide chaud F2 dans l’exemple représenté.The circulation channels 37 located above the sheet 7 are intended to receive the cold fluid F1, and the circulation channels located under the sheet are intended to receive the hot fluid F2 in the example shown.
Comme visible sur la Figure 2, la feuille 7 comprend, successivement dans la direction de pliage X, une première partie latérale 41 s’étendant à partir du bord sinueux 33, une partie courante 43, et une deuxième partie latérale 45 avantageusement symétrique de la première partie latérale par rapport à un plan P perpendiculaire à la direction de pliage X. Aussi, dans la suite, seule la première partie latérale 41 sera décrite en détail.As visible in Figure 2, the sheet 7 comprises, successively in the folding direction X, a first side part 41 extending from the sinuous edge 33, a running part 43, and a second side part 45 advantageously symmetrical with the first side part with respect to a plane P perpendicular to the bending direction X. Also, in the following, only the first side part 41 will be described in detail.
Les couches successives 11 sont séparées par une distance moyenne D inférieure ou égale à 1 millimètre dans la direction de superposition Y.The successive layers 11 are separated by an average distance D less than or equal to 1 millimeter in the superposition direction Y.
Dans chacune des couches successives 11, la première partie latérale 41 de la feuille 7 forme des reliefs 47 comportant au moins une portion en saillie 49 et au moins une portion en creux 51 dans la direction de superposition Y vu depuis un même côté de la feuille 7. Dans l’exemple représenté, chacune des couches successives 11 comporte, dans la direction de pliage X à partir du bord 33, d’abord la portion en creux 51, puis la portion en saillie 49.In each of the successive layers 11, the first lateral part 41 of the sheet 7 forms reliefs 47 comprising at least one protruding portion 49 and at least one recessed portion 51 in the direction of superposition Y seen from the same side of the sheet 7. In the example shown, each of the successive layers 11 comprises, in the folding direction X from the edge 33, first the recessed portion 51, then the projecting portion 49.
Sur les Figures 3 à 6 sont représentées trois des couches successives 11. Ces couches portent les références 11A, 11B, 11C.In Figures 3 to 6 are represented three of the successive layers 11. These layers bear the references 11A, 11B, 11C.
Sur la Figure 4, la portion en creux 51 de la couche 11A pointe vers le bas, tandis que la portion en saillie 49 pointe vers le haut.In Figure 4, recessed portion 51 of layer 11A points downward, while protruding portion 49 points upward.
Comme visible sur la Figure 5, la situation est inversée pour la couche 11B située immédiatement en dessous de la couche 11A, du fait du pliage. La portion en creux 51 de la couche 11B pointe vers le haut, tandis que sa portion en saillie 49 pointe vers le bas.As visible in Figure 5, the situation is reversed for layer 11B located immediately below layer 11A, due to folding. The recessed portion 51 of the layer 11B points upwards, while its protruding portion 49 points downwards.
Comme visible sur la Figure 6, chacun des interstices 39 a, perpendiculairement à la direction de pliage X, au moins une section de passage dans la direction de pliage X obstruée à au moins 70% (en surface), de préférence à au moins 90%, par les reliefs 47.As visible in Figure 6, each of the interstices 39 has, perpendicular to the folding direction X, at least one passage section in the folding direction X obstructed by at least 70% (in area), preferably at least 90 %, by reliefs 47.
Pour un interstice 39 sur deux selon la direction de superposition Y, la section de passage est obstruée au moins par une striction 53 formée par deux des portions en saillie 49 appartenant à deux couches adjacentes prises parmi les couches successives 11. Pour les autres interstices 39, la section de passage est obstruée au moins par une striction 55 formée par deux des portions en creux 51 appartenant à deux couches adjacentes prises parmi les couches successives 11.For one interstice 39 out of two along the superposition direction Y, the passage section is obstructed at least by a stricture 53 formed by two of the projecting portions 49 belonging to two adjacent layers taken from among the successive layers 11. For the other interstices 39 , the passage section is obstructed at least by a constriction 55 formed by two of the recessed portions 51 belonging to two adjacent layers taken from among the successive layers 11.
La section de passage est avantageusement plane. Par « obstruée à X% », on entend par exemple que X% de la surface est obstruée.The passage section is advantageously planar. By “obstructed at X%”, it is meant for example that X% of the surface is obstructed.
Ainsi, par exemple, l’interstice 39 situé entre les couches 11B et 11C est partiellement obstrué par les portions en saillie 49 des couches 11B et 11C. Avantageusement, ces portions en saillies 49 sont en contact mécanique l’une avec l’autre ou, à défaut, séparées par une distance inférieure à 50 µm dans la direction de superposition Y.Thus, for example, the gap 39 located between the layers 11B and 11C is partially obstructed by the projecting portions 49 of the layers 11B and 11C. Advantageously, these projecting portions 49 are in mechanical contact with each other or, failing that, separated by a distance of less than 50 μm in the direction of superposition Y.
L’interstice 39 situé entre les couches 11A et 11B est partiellement obstrué par les portions en creux 51 des couches 11A et 11B. Avantageusement, ces portions en creux 51 sont également en contact mécanique l’une avec l’autre ou, à défaut, séparées par une distance inférieure à 50 µm dans la direction de superposition Y.The gap 39 located between the layers 11A and 11B is partially obstructed by the recessed portions 51 of the layers 11A and 11B. Advantageously, these recessed portions 51 are also in mechanical contact with each other or, failing that, separated by a distance of less than 50 μm in the direction of superposition Y.
Avantageusement, les portions en saillie 49 et les portions en creux 51 sont orientées sensiblement parallèlement à la direction de profil Z, c’est-à-dire, par exemple, qu’elles forment, en vue selon la direction de superposition Y, un angle de moins de 30° degrés avec la direction de profil Z. Dans l’exemple représenté, les portions en saillie 49 et les portions en creux 51 sont parallèles à la direction de profil Z.Advantageously, the projecting portions 49 and the recessed portions 51 are oriented substantially parallel to the profile direction Z, that is to say, for example, they form, in view along the direction of superposition Y, a angle of less than 30° degrees with the profile direction Z. In the example shown, the projecting portions 49 and the recessed portions 51 are parallel to the profile direction Z.
Comme visible sur la Figure 3, les portions en saillie 49 et les portions en creux 51 ont par exemple un profil triangulaire (en pointe) perpendiculairement à la direction de profil Z.As visible in Figure 3, the projecting portions 49 and the recessed portions 51 have for example a triangular profile (pointed) perpendicular to the profile direction Z.
Selon des variantes non représentées, leur profil est trapézoïdal, ou arrondi, ou présente toute forme permettant l’obtention de surfaces avantageusement séparées l’une de l’autre de moins de 50 µm dans la direction de superposition Y, et de préférence en contact.According to variants not shown, their profile is trapezoidal, or rounded, or has any shape making it possible to obtain surfaces advantageously separated from each other by less than 50 μm in the direction of superposition Y, and preferably in contact .
La partie courante 43 comporte avantageusement des corrugations 57 adaptées pour assurer un espacement sensiblement constant entre les couches successives 11 selon la direction de superposition Y.The common part 43 advantageously comprises corrugations 57 adapted to ensure a substantially constant spacing between the successive layers 11 along the direction of superposition Y.
En supposant la feuille 7 dépliée et à plat dans un plan P’ (Figure 2) perpendiculaire à la direction de superposition Y, les corrugations 57 sont avantageusement orientées selon une même direction de corrugation C. Les corrugations 57 ont par exemple un profil triangulaire.Assuming the sheet 7 is unfolded and flat in a plane P′ (FIG. 2) perpendicular to the superposition direction Y, the corrugations 57 are advantageously oriented along the same corrugation direction C. The corrugations 57 have for example a triangular profile.
La direction de corrugation C forme un angle α avec la direction de pliage X, l’angle α étant par exemple compris entre 20 et 70 degrés. L’angle α est d’environ 45 degrés dans l’exemple représenté.The corrugation direction C forms an angle α with the bending direction X, the angle α being for example between 20 and 70 degrees. The angle α is approximately 45 degrees in the example shown.
Contrairement aux reliefs 47 des parties latérales 41 et 45 qui obstruent sensiblement les interstices 39, les corrugations 57 sont adaptées pour ne pas obstruer sensiblement les canaux de circulation 37.Unlike the reliefs 47 of the side parts 41 and 45 which substantially obstruct the interstices 39, the corrugations 57 are adapted so as not to substantially obstruct the circulation channels 37.
Comme visible en comparant les Figures 4 et 5, les corrugation 57 de couches successives 11 consécutives, telles que les couches 11A et 11B, sont en quinconce les unes par rapport aux autres. De ce fait, les corrugations 57 de couches consécutives sont en contact relativement ponctuel les unes avec les autres, alors que les reliefs 47 de couches consécutives sont en contact étendu.As can be seen by comparing FIGS. 4 and 5, the corrugations 57 of successive consecutive layers 11, such as layers 11A and 11B, are staggered with respect to each other. Therefore, the corrugations 57 of consecutive layers are in relatively point contact with each other, while the reliefs 47 of consecutive layers are in extended contact.
Les organes de bouchage 17, 19 sont symétriques l’un de l’autre par rapport au plan P dans l’exemple. Aussi seul l’organe de bouchage 17 sera décrit ci-après.The closure members 17, 19 are symmetrical to each other with respect to the plane P in the example. Also only the closure member 17 will be described below.
L’organe de bouchage 17 de l’échangeur de chaleur 1 est adapté pour boucher les interstices 39 de la face latérale 35 de la feuille 7. L’organe de bouchage 17 est par exemple constituée d’un métal ou d’un alliage métallique et s’étend dans les interstices 39 dans la direction de pliage X, avantageusement jusqu’aux strictions 53, 55.The plugging member 17 of the heat exchanger 1 is adapted to plug the interstices 39 of the side face 35 of the sheet 7. The plugging member 17 is for example made of a metal or a metal alloy and extends into the interstices 39 in the folding direction X, advantageously up to the neckings 53, 55.
L’organe de bouchage 17 est par exemple obtenu par dépôt électrolytique, avantageusement comme expliqué dans la demande FR 18 71828 du même inventeur. L’organe de bouchage 17 est alors par exemple en nickel.The closure member 17 is for example obtained by electrolytic deposition, advantageously as explained in application FR 18 71828 by the same inventor. The closure member 17 is then, for example, made of nickel.
Selon des variantes, il est en cuivre, en alliage cuivre-nickel, ou en aluminium.According to variants, it is made of copper, a copper-nickel alloy, or aluminum.
L’épaisseur de l’organe de bouchage 17 dans la direction de pliage X est avantageusement comprise entre 0,5 mm et 5 mm, et est par exemple d’environ 1 mm.The thickness of the closure member 17 in the folding direction X is advantageously between 0.5 mm and 5 mm, and is for example about 1 mm.
Selon un autre mode de réalisation, l’organe de bouchage 17 est par exemple obtenu par une ou plusieurs opérations de brasage ou de rechargement, avantageusement comme décrit dans la demande publiée FR 3 066 935 A1, également du même inventeur. L’organe de bouchage 17 est alors obtenu en déposant une ou plusieurs couche(s) constituée(s) respectivement d’une ou plusieurs poudre(s) majoritairement métallique(s) (en masse), et en brasant ces couches.According to another embodiment, the closure member 17 is for example obtained by one or more soldering or resurfacing operations, advantageously as described in published application FR 3 066 935 A1, also by the same inventor. The plugging member 17 is then obtained by depositing one or more layer(s) consisting respectively of one or more predominantly metallic powder(s) (by mass), and by brazing these layers.
Selon d’autres variantes, l’organe de bouchage 17 est déposé sur l’élément 5 par tout autre procédé composite, par exemple par insertion d’un joint plat contraint uniformément sur les faces latérales 35.According to other variants, the stopper member 17 is deposited on the element 5 by any other composite process, for example by inserting a flat gasket constrained uniformly on the side faces 35.
Pour fabriquer l’élément 5, par exemple, on part de la feuille 7 non encore pliée.To make element 5, for example, we start from sheet 7 that has not yet been folded.
Puis, on forme les portions en saillie 49 et des portions en creux 51 dans la feuille non encore pliée. Optionnellement, on forme également les corrugations 57.Then, the protruding portions 49 and recessed portions 51 are formed in the sheet which has not yet been folded. Optionally, the corrugations 57 are also formed.
Ensuite, on plie la feuille 7 pour former la pluralité de plis 9 parallèles à la direction de pliage X pour obtenir les couches successives 11. Avantageusement, avant ce pliage, les reliefs 47 forment des sillons continus dans la partie latérale 41 de la feuille.Then, the sheet 7 is folded to form the plurality of folds 9 parallel to the folding direction X to obtain the successive layers 11. Advantageously, before this folding, the reliefs 47 form continuous grooves in the side part 41 of the sheet.
Le fonctionnement de l’échangeur de chaleur 1 se déduit de sa structure et va maintenant être brièvement décrit.The operation of the heat exchanger 1 is deduced from its structure and will now be briefly described.
Dans l’exemple représenté, le fonctionnement est à contre-courant. On rappelle qu’un fonctionnement à co-courant est bien évidemment possible.In the example shown, the operation is counter-current. It is recalled that co-current operation is of course possible.
Le fluide froid F1 (Figure 1) pénètre dans l’élément 5 par l’entrée E1.Cold fluid F1 (Figure 1) enters element 5 through inlet E1.
Le fluide froid F1 s’écoule dans la direction de superposition Y dans la découpe 31 de la plaque 13, qui agit comme un distributeur. Le fluide froid F1 pénètre ensuite dans les canaux de circulation 37 situés au-dessus de la feuille 7, et s’écoule dans la direction de pliage X vers la découpe 29 de la plaque 13.The cold fluid F1 flows in the overlapping direction Y in the cutout 31 of the plate 13, which acts as a distributor. The cold fluid F1 then enters the circulation channels 37 located above the sheet 7, and flows in the folding direction X towards the cutout 29 of the plate 13.
Dans les canaux de circulation 37, le fluide froid F1 se réchauffe par échange thermique avec le fluide chaud F2, qui circule aussi dans les canaux de circulation 37 situés de l’autre côté de la feuille 7 par rapport au fluide froid F1.In the circulation channels 37, the cold fluid F1 is heated by heat exchange with the hot fluid F2, which also circulates in the circulation channels 37 located on the other side of the sheet 7 with respect to the cold fluid F1.
Le fluide réchauffé F1’ est collecté dans la découpe 29 de la plaque 13 et sort par la sortie S1.The heated fluid F1' is collected in the cutout 29 of the plate 13 and exits through the outlet S1.
De même, le fluide chaud F2 pénètre dans l’élément 5 par l’entrée E2, emprunte la découpe 29 de la plaque 15 et pénètre dans les canaux de circulation 37 situés sous la feuille. Le fluide chaud F2 se refroidit dans les canaux de circulation 37 en cédant de la chaleur au fluide froid F1.Similarly, the hot fluid F2 enters the element 5 through the inlet E2, borrows the cutout 29 of the plate 15 and enters the circulation channels 37 located under the sheet. The hot fluid F2 cools in the circulation channels 37 by transferring heat to the cold fluid F1.
Le fluide refroidi F2’ est collecté dans la découpe 31 de la plaque 15 et sort par la sortie S2.The cooled fluid F2' is collected in the cutout 31 of the plate 15 and exits through the outlet S2.
Les organes de bouchage 17 et 19, qui obturent les extrémités des canaux de circulation 37, empêchent les fluides circulant dans les canaux de s’échapper de l’élément 5 par les interstices 39 de la feuille 7, et par conséquent, de se mélanger entre eux.The plugging members 17 and 19, which block the ends of the circulation channels 37, prevent the fluids circulating in the channels from escaping from the element 5 through the interstices 39 of the sheet 7, and consequently from mixing between them.
Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, en particulier les reliefs 47 situés dans les parties latérales 41, 43 de la feuille 7, c’est-à-dire aux extrémités des canaux de circulation 37 dans la direction de pliage X, l’obturation des interstices 39 est réalisée de manière beaucoup plus aisée qu’en l’absence de ces reliefs, par exemple par brasage/rechargement, ou par dépôt électrolytique. La fabrication de l’échangeur de chaleur 1, et de manière générale d’échangeurs ou de caloducs de faibles dimensions, est donc facilitée.
Thanks to the characteristics described above, in particular the reliefs 47 located in the lateral parts 41, 43 of the sheet 7, that is to say at the ends of the circulation channels 37 in the folding direction X, the sealing of the interstices 39 is produced much more easily than in the absence of these reliefs, for example by brazing/hardfacing, or by electrolytic deposition. The manufacture of the heat exchanger 1, and in general of exchangers or heat pipes of small dimensions, is therefore facilitated.
Claims (10)
la feuille (7) formant des couches successives (11) superposées dans une direction de superposition (Y) sensiblement perpendiculaire à la direction de pliage (X), les couches successives (11) étant séparées par une distance moyenne (D) inférieure ou égale à 1 millimètre dans la direction de superposition (Y),
la feuille (7) étant délimitée dans la direction de pliage (X) par au moins un bord sinueux (33) définissant au moins une face latérale (35) de l’élément (5), les couches successives (11) définissant entre elles une pluralité de canaux de circulation (37) pour des fluides dans la direction de pliage (X), les canaux de circulation (37) définissant respectivement des interstices (39) dans la face latérale (35),
la feuille (7) comportant au moins une partie latérale (41) s’étendant dans la direction de pliage (X) depuis le bord sinueux (33),
caractérisé en ce que, dans chacune des couches successives (11), la partie latérale (41) de la feuille (7) forme des reliefs (47) comportant au moins une portion en saillie (49) et au moins une portion en creux (51) dans la direction de superposition (Y), chacun des interstices (39) ayant, perpendiculairement à la direction de pliage (X), au moins une section de passage obstruée à au moins 70%, de préférence à au moins 90%, par lesdits reliefs (47).Element (5) for a heat exchanger (1) or heat pipe, the element (5) comprising a sheet (7) comprising at least 90% by mass of a metal or an alloy of metals, the sheet (7) comprising a plurality of folds (9) parallel to a folding direction (X),
the sheet (7) forming successive layers (11) superimposed in a direction of superposition (Y) substantially perpendicular to the folding direction (X), the successive layers (11) being separated by an average distance (D) less than or equal at 1 millimeter in the overlap direction (Y),
the sheet (7) being delimited in the folding direction (X) by at least one sinuous edge (33) defining at least one side face (35) of the element (5), the successive layers (11) defining between them a plurality of flow channels (37) for fluids in the bending direction (X), the flow channels (37) respectively defining gaps (39) in the side face (35),
the sheet (7) having at least one side part (41) extending in the folding direction (X) from the sinuous edge (33),
characterized in that, in each of the successive layers (11), the lateral part (41) of the sheet (7) forms reliefs (47) comprising at least one projecting portion (49) and at least one recessed portion ( 51) in the overlapping direction (Y), each of the interstices (39) having, perpendicular to the folding direction (X), at least one passage section obstructed by at least 70%, preferably by at least 90%, by said reliefs (47).
- pour un sur deux des interstices (39) selon la direction de superposition (Y), ladite section de passage est obstruée au moins par une striction (53) formée par deux des portions en saillie (49) appartenant à deux couches adjacentes (11B, 11C) prises parmi les couches successives (11), et
- pour les autres interstices (39), ladite section de passage est obstruée au moins par une striction (55) formée par deux des portions en creux (51) appartenant à deux couches adjacentes (11A, 11B) prises parmi les couches successives (11).Element (5) according to claim 1, in which:
- for one out of two of the interstices (39) in the overlapping direction (Y), said passage section is obstructed at least by a constriction (53) formed by two of the projecting portions (49) belonging to two adjacent layers (11B , 11C) taken from successive layers (11), and
- for the other interstices (39), said passage section is obstructed at least by a constriction (55) formed by two of the recessed portions (51) belonging to two adjacent layers (11A, 11B) taken from among the successive layers (11 ).
- dans ladite striction (53) formée par deux des portions en saillie (49), lesdites deux des portions en saillie (49) sont séparées par une distance inférieure à 50 µm dans la direction de superposition (Y), et sont préférentiellement en contact l’une avec l’autre, et
- dans ladite striction (55) formée par deux des portions en creux (51), lesdites deux des portions en creux (51) sont séparées par une distance inférieure à 50 µm dans la direction de superposition (Y), et sont préférentiellement en contact l’une avec l’autre.Element (5) according to claim 2, in which:
- in said constriction (53) formed by two of the protruding portions (49), said two of the protruding portions (49) are separated by a distance less than 50 μm in the direction of superposition (Y), and are preferably in contact with each other, and
- in said constriction (55) formed by two of the recessed portions (51), said two of the recessed portions (51) are separated by a distance less than 50 μm in the superposition direction (Y), and are preferably in contact with each other.
- au moins un élément (5) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, et
- au moins un organe de bouchage (17) adapté pour boucher lesdits interstices (39).Heat exchanger (1) or heat pipe comprising:
- at least one element (5) according to any one of claims 1 to 7, and
- At least one plugging member (17) adapted to plug said interstices (39).
- obtention de la feuille (7) non encore pliée,
- formation des portions en saillie (49) et des portions en creux (51) dans la feuille (7) non encore pliée, et
- pliage de la feuille (7) pour former la pluralité de plis (9) parallèles à la direction de pliage (X) et obtention des couches successives (11).Method of manufacturing an element (5) according to any one of Claims 1 to 7, comprising the following steps:
- obtaining the sheet (7) not yet folded,
- formation of projecting portions (49) and recessed portions (51) in the sheet (7) not yet folded, and
- folding of the sheet (7) to form the plurality of folds (9) parallel to the folding direction (X) and obtaining successive layers (11).
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