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WO2016083480A1 - Echangeur thermique - Google Patents

Echangeur thermique Download PDF

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Publication number
WO2016083480A1
WO2016083480A1 PCT/EP2015/077703 EP2015077703W WO2016083480A1 WO 2016083480 A1 WO2016083480 A1 WO 2016083480A1 EP 2015077703 W EP2015077703 W EP 2015077703W WO 2016083480 A1 WO2016083480 A1 WO 2016083480A1
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WO
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collector
channel
tube
fluid
inlet
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PCT/EP2015/077703
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Inventor
Alan Day
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • F28F2255/16—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes extruded

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger.
  • a heat exchanger collector comprising at least one input or output channel of a fluid and at least one receiving bore of the end of a tube, arranged parallel to an orthogonal XY plane , the tube comprising at least one longitudinal channel along said axis Y and the longitudinal channel of the tube and the inlet channel of the collector being intended to be in communication.
  • tube is meant here an elongate dish-shaped element comprising at least one longitudinal channel, generally several longitudinal channels juxtaposed over the width of the strip.
  • a heat exchanger comprises a plurality of superimposed tubes, arranged parallel to an orthogonal XY plane and comprising at least one longitudinal channel, and preferably a plurality of longitudinal channels aligned along their width along an axis Y, and connected to their ends to a manifold having a fluid flow channel, longitudinal and more precisely Z axis perpendicular to the XY plane.
  • the manifold is provided with bores for receiving the end of the tubes and the longitudinal channel of the tubes and the channel of the collectors are in communication.
  • the collector is made of metal and is made by extrusion, according to the axis
  • Such an arrangement requires a machining of the receiving bores of the tubes with very precise ribs, in order to ensure a tight communication of the longitudinal channel (s) of the tubes and the tube. or longitudinal channels of the collectors and especially to avoid deformation of the longitudinal channel (s) of the tubes, once these are placed in the bores of the collectors.
  • the invention solves this problem by proposing a heat exchanger collector that can be made by extrusion and eliminating the need for machining the bores.
  • the invention proposes a heat exchanger manifold comprising at least one inlet or outlet channel of a fluid and at least one receiving bore of the end of a tube, arranged parallel to a plane XY orthogonal, the tube comprising at least one longitudinal channel along said axis Y and the longitudinal channel of the tube and the inlet channel of the collector being intended to be in communication, characterized in that said inlet or outlet channel of the fluid is directed along the Y axis.
  • At least one so-called transverse channel opens into both said tube receiving bore and into said fluid inlet or outlet channel, so as to connect said receiving bore and said delivery channel. inlet or outlet of the fluid.
  • said transverse channel is of width substantially identical to the width of said corresponding receiving bore.
  • said receiving bore comprises at least one abutment portion of the corresponding end of each tube intended to be received therein.
  • Said abutment portion may be located at the bottom in said collector receiving bores.
  • the invention also relates to a heat exchanger comprising at least one such collector and comprising a plurality of tubes respectively received by their ends in a plurality receiving bores, characterized in that each said end of each tube is formed of a straight section of said tube.
  • the invention also relates to a heat exchanger comprising at least one such collector and comprising a plurality of tubes respectively received by their ends in a plurality of receiving bores of each tube, characterized in that at least one so-called closing plate is fixed on at least one face of the collector so as to close the volume of said collector.
  • said closure plate is soldered to the side face of said manifold.
  • said closure plate further comprises an extension extending parallel to said tubes, so as to form at least partly a housing for the circulation of a second fluid.
  • Said closure plate may be provided with at least one inlet or outlet for said second fluid.
  • the invention finally relates to a method of manufacturing such a heat exchanger collector, characterized in that said collector is made by extrusion along said X axis and by single machining of said input or output channel.
  • Figure 1 is a side view of a collector according to the invention.
  • Figure 2 is a front view of this collector according to the invention.
  • Figure 3 is a rear view of this collector according to the invention.
  • Figure 4 is a partial perspective view of a portion of a heat exchanger according to the invention.
  • Figure 5 is a perspective view of an exchanger according to the invention.
  • a heat exchanger collector 1 of metal preferably of aluminum, comprises a fluid inlet or outlet channel 1A and receiving bores 1B of the end of a plurality of superimposed tubes.
  • This fluid inlet or outlet channel is directed along the Y axis, considering the orthogonal reference mark shown in the figures, and it is connected to a plurality of transverse channels 1C each opening into each receiving bore 1B of each end. tubes.
  • Each transverse channel 1C is of width along the axis X substantially identical to the width along X of the corresponding receiving bore 1B. According to the embodiment shown, each transverse channel 1C is of width L along the axis X identical to the width L along X of the collector 1.
  • Each receiving bore 1B has a stop portion 1E of the corresponding end of each said tube to be received.
  • This abutment portion 1E is here at the bottom in the bores 1B of the collector.
  • This collector 1 is made by extrusion along the X axis perpendicular to the Y axis and by single machining of the input or output channel 1A.
  • the collector 1 comprises two parts, namely a so-called collector plate portion 11 comprising at least one bore 1B serving for receiving at least one end of a tube and at least one channel said transverse 1C (here produced obliquely with respect to the Y axis) and a so-called collecting box portion 10 comprising at least the inlet or outlet channel 1A of the fluid.
  • the height of the collecting box portion 11 is larger than the collecting plate portion along the Z axis of FIG.
  • a plurality of tubes 2, of width L are arranged parallel to the orthogonal XY plane and comprise at least one longitudinal channel according to the Y axis, in general several longitudinal channels juxtaposed over the width of the tubes, the longitudinal channels of the tubes and the inlet or outlet channel 1A of the collector being in communication.
  • the tubes are in fact arranged in pairs in each bore 1B and are of corrugated shape, to facilitate their relative positioning by avoiding their mutual adhesion.
  • a heat exchanger comprises two such manifolds 1, 1 ', one having an inlet channel 1A and the other an outlet channel A of the fluid, and the plurality of tubes 2 received by their ends formed of a straight cut at right angles, in the receiving bores 1B.
  • a closure plate 3, 4 is fixed on both sides of the exchanger in a Y-Z plane perpendicular to the X-Y plane. This closing plate is brazed on the lateral face of the manifold, in order to seal the transverse channels 1C and the receiving bores 1B, and has an extension 3 ', 4' brazed on the edge of the tubes 2, in order to seal between the tubes.
  • the closure plate further comprises this extension extending parallel to the tubes, so as to form at least partly a housing for the circulation of a second fluid
  • the supply manifold 1 has its inlet channel 1A supplied with fluid, this fluid then flows through the channels of the tubes 2, and is then evacuated via the outlet channel A of the second manifold 1a.
  • one of the closure plates 3 is provided with an inlet 3A of a second fluid and the other of the closure plates 4 is provided with an outlet 4A of the second fluid, this second fluid flowing between the pairs of tubes 2.
  • the first fluid may be carbon dioxide, charged air or 2,3,3,3-tetrafluoropropene.
  • the second fluid may be a mixture of water and glycol.

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Abstract

L'invention concerne un collecteur (1) d'échangeur thermique comportant au moins un canal d'entrée ou de sortie (1A) d'un fluide et au moins un alésage de réception (1B) de l'extrémité d'un tube, disposé parallèlement à un plan X-Y orthogonal, le tube comprenant au moins un canal longitudinal selon ledit axe Y et le canal longitudinal du tube et le canal d'entrée du collecteur étant destinés à être en communication. Selon l'invention, ledit canal d'entrée ou de sortie (1A) du fluide est dirigé selon l'axe Y.

Description

Echangeur thermique
La présente invention concerne un échangeur thermique.
Elle se rapporte plus précisément à un collecteur d'échangeur thermique comportant au moins un canal d'entrée ou de sortie d'un fluide et au moins un alésage de réception de l'extrémité d'un tube, disposé parallèlement à un plan X-Y orthogonal, le tube comprenant au moins un canal longitudinal selon ledit axe Y et le canal longitudinal du tube et le canal d'entrée du collecteur étant destinés à être en communication.
Par « tube », il est ici entendu un élément plat allongé en forme de lamelle comprenant au moins un canal longitudinal, en général plusieurs canaux longitudinaux juxtaposés sur la largeur de la lamelle.
Un tel échangeur thermique est décrit dans le document de brevet US 2003/0155109.
Selon ce document, un échangeur thermique comporte une pluralité de tubes superposés, disposés parallèlement à un plan X-Y orthogonal et comprenant au moins un canal longitudinal, et de préférence une pluralité de canaux longitudinaux alignés sur leur largeur selon un axe Y, et connectés à leurs extrémités à un collecteur comportant un canal d'écoulement d'un fluide, longitudinal et plus précisément d'axe Z perpendiculaire à ce plan X-Y.
Le collecteur est pourvu d'alésages de réception de l'extrémité des tubes et le canal longitudinal des tubes et le canal des collecteurs sont en communication.
Le collecteur est en métal et est réalisé par extrusion, selon l'axe
Z.
Un tel agencement nécessite un usinage des alésages de réception des tubes avec des côtes très précises, afin d'assurer une communication étanche du ou des canaux longitudinaux des tubes et du ou des canaux longitudinaux des collecteurs et surtout d'éviter une déformation du ou des canaux longitudinaux des tubes, une fois ces derniers mis en places dans les alésages des collecteurs.
L'invention résout ce problème en proposant un collecteur d'échangeur thermique pouvant être réalisé par extrusion et supprimant cette nécessité d'usinage des alésages.
Pour ce faire, l'invention propose un collecteur d'échangeur thermique comportant au moins un canal d'entrée ou de sortie d'un fluide et au moins un alésage de réception de l'extrémité d'un tube, disposé parallèlement à un plan X-Y orthogonal , le tube comprenant au moins un canal longitudinal selon ledit axe Y et le canal longitudinal du tube et le canal d'entrée du collecteur étant destinés à être en communication, caractérisé en ce que ledit canal d'entrée ou de sortie du fluide est dirigé selon l'axe Y.
Selon un mode de réalisation préféré, au moins un canal dit transversal débouche à la fois dans ledit alésage de réception du tube et dans ledit canal d'entrée ou de sortie du fluide, de manière à relier ledit alésage de réception et ledit canal d'entrée ou de sortie du fluide.
Avantageusement, ledit canal transversal est de largeur sensiblement identique à la largeur dudit alésage de réception correspondant.
De préférence, ledit alésage de réception comporte au moins une partie de butée de l'extrémité correspondante de chaque tube destiné à y être reçu.
Ladite partie de butée peut être située en partie inférieure dans lesdits alésages de réception du collecteur.
L'invention concerne également un échangeur thermique comportant au moins un tel collecteur et comportant une pluralité de tubes reçus respectivement par leurs extrémités dans une pluralité d'alésages de réception, caractérisé en ce que chaque dite extrémité de chaque tube est formée d'une coupe droite dudit tube.
L'invention concerne aussi un échangeur thermique comportant au moins un tel collecteur et comportant une pluralité de tubes reçus respectivement par leurs extrémités dans une pluralité d'alésages de réception de chaque tube, caractérisé en ce qu'au moins une plaque dite de fermeture est fixée sur au moins une face du collecteur de manière à fermer le volume dudit collecteur.
De préférence, ladite plaque de fermeture est brasée sur la face latérale dudit collecteur.
Avantageusement, ladite plaque de fermeture comporte en outre une extension s'étendant parallèlement auxdits tubes, de manière à former au moins en partie un boîtier pour la circulation d'un second fluide.
Ladite plaque de fermeture peut être pourvue d'au moins d'une entrée ou d'une sortie pour ledit second fluide.
L'invention concerne enfin un procédé de fabrication d'un tel collecteur d'échangeur thermique, caractérisé en ce que ledit collecteur est réalisé par extrusion selon ledit axe X et par unique usinage dudit canal d'entrée ou de sortie.
L'invention est décrite plus en détail à l'aide de figures illustrant un mode de réalisation préféré de l'invention.
La figure 1 est une vue de côté d'un collecteur conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue de face de ce collecteur conforme à l'invention.
La figure 3 est une vue arrière de ce collecteur conforme à l'invention.
La figure 4 est une vue partielle en perspective d'une partie d'un échangeur thermique conforme à l'invention. La figure 5 est une vue en perspective d'un échangeur conforme à l'invention.
Comme représenté sur les figures 1 à 3, un collecteur d'échangeur thermique 1 en métal, de préférence en aluminium, comporte un canal 1A d'entrée ou de sortie d'un fluide et des alésages 1B de réception de l'extrémité d'une pluralité de tubes superposées.
Ce canal d'entrée ou de sortie du fluide est dirigé selon l'axe Y, en considérant le repère orthogonal représenté sur les figures, et il est connecté à une pluralité de canaux transversaux 1C débouchant chacun dans chaque alésage 1B de réception de chaque extrémité des tubes.
Chaque canal transversal 1C est de largeur selon l'axe X sensiblement identique à la largeur selon X de l'alésage de réception 1B correspondant. Selon le mode de réalisation représenté, chaque canal transversal 1C est de largeur L selon l'axe X identique à la largeur L selon X du collecteur 1.
Chaque alésage de réception 1B comporte une partie de butée 1E de l'extrémité correspondante de chaque dite tube destinée à y être reçue. Cette partie de butée 1E est ici en partie inférieure dans les alésages 1B du collecteur.
Ce collecteur 1 est réalisé par extrusion selon l'axe X perpendiculaire à l'axe Y et par unique usinage du canal d'entrée ou de sortie 1A.
On remarquera que, dans ce mode de réalisation, le collecteur 1 comporte deux parties, à savoir une partie dite plaque collectrice 11 comportant au moins un alésage 1B servant à la réception d'au moins une extrémité d'un tube et au moins un canal dit transversal 1C (réalisé, ici, de manière oblique par rapport à l'axe Y) et une partie dite boîte collectrice 10 comportant au moins le canal 1A d'entrée ou de sortie du fluide. De plus, dans ce mode de réalisation, la hauteur de la partie formant boîte collectrice 11 est plus importante que la partie formant plaque collectrice 10 selon l'axe Z de la figure 1.
Comme représenté sur les figures 4 et 5, pour former un échangeur thermique à l'aide d'un tel collecteur 1, une pluralité de tubes 2, de largeur L, sont disposées parallèlement au plan X-Y orthogonal et comprennent au moins un canal longitudinal selon l'axe Y, en général plusieurs canaux longitudinaux juxtaposés sur la largeur des tubes, les canaux longitudinaux des tubes et le canal d'entrée ou de sortie 1A du collecteur étant en communication.
Selon l'exemple représenté, les tubes sont en fait disposés par paire dans chaque alésage 1B et sont de forme ondulée, afin de faciliter leur positionnement relatif en évitant leur adhérence mutuelle.
En fait, un échangeur thermique comporte deux tels collecteurs 1, l', l'un comportant un canal d'entrée 1A et l'autre un canal de sortie l'A du fluide, et la pluralité de tubes 2 reçues par leurs extrémités formées d'une coupe droite à angle droit, dans les alésages de réception 1B. Une plaque de fermeture 3, 4 est fixée sur les deux faces de l'échangeur selon un plan Y-Z perpendiculaire au plan X-Y. Cette plaque de fermeture est brasée sur la face latérale du collecteur, afin de fermer de façon étanche les canaux transversaux 1C et les alésages de réception 1B, et comporte une extension 3', 4' brasée sur le bord des tubes 2, afin d'assurer l'étanchéité entre les tubes.
La plaque de fermeture comporte en outre cette extension s'étendant parallèlement aux tubes, de manière à former au moins en partie un boîtier pour la circulation d'un second fluide
Le collecteur d'alimentation 1 a son canal d'entrée 1A alimenté en fluide, ce fluide parcourt ensuite les canaux des tubes 2, puis est évacué par le canal de sortie l'A de second collecteur l'. Dans le cas d'un échangeur thermique bi-fluide, une des plaques de fermeture 3 est pourvue d'une entrée 3A d'un second fluide et l'autre des plaques de fermeture 4 est pourvue d'une sortie 4A du second fluide, ce second fluide s'écoulant entre les paires de tubes 2.
Le premier fluide peut être du gaz carbonique, de l'air chargé ou du 2,3,3,3-tétrafluoropropène. Le second fluide peut être un mélange d'eau et de glycol.

Claims

REVENDICATIONS
1. Collecteur (1) d'échangeur thermique comportant au moins un canal d'entrée ou de sortie (1A) d'un fluide et au moins un alésage de réception (1B) de l'extrémité d'un tube, disposé parallèlement à un plan X-Y orthogonal, le tube comprenant au moins un canal longitudinal selon ledit axe Y et le canal longitudinal du tube et le canal d'entrée du collecteur étant destinés à être en communication, caractérisé en ce que ledit canal d'entrée ou de sortie (1A) du fluide est dirigé selon l'axe Y.
2. Collecteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins un canal dit transversal (1C) débouche à la fois dans ledit alésage de réception (1B) du tube et dans ledit canal d'entrée ou de sortie (1A) du fluide de manière à relier ledit alésage de réception (1B) et ledit canal d'entrée ou de sortie (1A) du fluide.
3. Collecteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit canal transversal (1C) est de largeur sensiblement identique à la largeur dudit alésage de réception (1B) correspondant.
4. Collecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit alésage de réception (1B) comporte au moins une partie de butée (1E) de l'extrémité correspondante de chaque tube destiné à y être reçu.
5. Collecteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite partie de butée (1E) est située en partie inférieure dans lesdits alésages de réception (1B) du collecteur.
6. Echangeur thermique comportant au moins un collecteur (1, l') selon l'une des revendications 3 à 4 et comportant une pluralité de tubes (2) reçus respectivement par leurs extrémités dans une pluralité d'alésages de réception (1B), caractérisé en ce que chaque dite extrémité de chaque tube est formée d'une coupe droite dudit tube.
7. Echangeur thermique comportant au moins un collecteur (1, l') selon l'une des revendications 1 à 4 et comportant une pluralité de tubes (2) reçus respectivement par leurs extrémités dans une pluralité d'alésages de réception (1B) de chaque tube, caractérisé en ce qu'au moins une plaque dite de fermeture (3, 4) est fixée sur au moins une face du collecteur (1, l') de manière à fermer le volume dudit collecteur.
8. Echangeur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite plaque de fermeture (3, 4) est brasée sur la face latérale dudit collecteur.
9. Echangeur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ladite plaque (3, 4) de fermeture comporte en outre une extension (3', 4') s'étendant parallèlement auxdits tubes de manière à former au moins en partie un boîtier pour la circulation d'un second fluide.
10. Echangeur thermique bi-fluide selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ladite plaque de fermeture (3, 4) est pourvue d'au moins d'une entrée (3A) ou d'une sortie (4A) pour ledit second fluide.
11. Procédé de fabrication d'un collecteur d'échangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit collecteur (1) est réalisé par extrusion selon ledit axe X et par unique usinage dudit canal d'entrée ou de sortie (1A).
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