Brevet FR2455261A1 — publié le 19801121

La présente invention concerne des perfectionnements apportés à la fabrication des échangeurs de chaleur du type dans lequel une série d'ailettes très étroitement rapprochées les unes des autres doivent être fixées à un tube transportant un fluide qui traverse des trous alignés formés dans les ailettes. Un domaine dans lequel des échangeurs de chaleur de ce type peuvent entre utilisés est celui des échangeurs de chaleur du type à entrainement visqueux utilisés pour former le condensateur et l'évaporateur d'une pompe à chaleur, comme représenté dans le brevet des E.U.A. nO 3.866.668. Deux problèmes se posent pour la fabrication de tels échangeurs de chaleur. Le premier se rapporte à la réalisation de moyens pour établir un espacement longitudinal uniforme des ailettes dans le sens de la longueur du tube. En particulier, dans un échangeur de chaleur rotatif du type à pompage d'air par entrainement visqueux, il existe un espacement optimal pour produire le débit d'air maximal et le rendement d'échange de chaleur maximal. Un procédé qui a été employé dans le passé consiste à utiliser un collier ou collerette annulaire qui fait partie intégrante de l'ailette et entoure le trou embouti de réception du tube formé dans l'ailette. Un tel collier vient en butée contre une partie de l'ailette adjacente et établit ainsi l'espacement minimal entre les ailettes. Ces colliers établissant l'espacement entre ailettes n'ont pas été entièrement satisfaisants. I1 n'est pas possible de produire une ccinerette coudée à un angle droit vif et non arrondi par emboutissage du trou et le rayon de courbure nécessaire produit un évidement conique qui entoure le tube du côté de l'ailette opposé à celui portant le collier. L'extrémité libre du collier de l'ailette adjacente a alors tendance à stemboiter dans cet évidement, à un degré variable, détruisant ainsi la Sétermination précise voulue de l'espacement minimal des ailettes. Ces organes d'espacement du type collier empêchent également que l'on puisse effectuer un brasage satisfaisant des ailettes et tubes en aluminium. Une brasure solide est essentielle pour assurer un flux thermique optimal à travers le joint formé entre la paroi du tube et l'ailette. Le collier empêche que l'on puisse effectuer un nettoyage convenable de l'ensemble, par exemple par des opérations de dégraissage par immersion et à la vapeur aux ultrasons, du fait que des particules de saleté peuvent être emprisonnées dans les crevasses formées entre le collier et le tube.En outre, si le tube est revêtu d'une matière de brasage, ce revêtement ne "voit" pas le magnésium qui peut être placé dans le four de brasage (sous forme de poudre ou d'une électrode) dans le but de chasser les impuretés contenues dans le revêtement. En outre, l'intersection arrondie entre le collier et le tube empêche la formation d'un cordon de brasure optimal. Par conséquent, l'un des buts de la présente invention est de réaliser une construction perfectionnée du joint entre l'ailette et le tube afin d'obtenir un contrôle fiable de l'es- pacement des ailettes et d'assurer la formation d'un joint brasé solide entre l'ailette et le tube pour assurer une conductivité maximale de la chaleur. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - La Figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur utilisant la présente invention - La Figure 2 est une vue fragmentaire, en élévation, d'une partie d'un tube comportant plusieurs ailettes espacées les unes des autres dans le sens de la longueur du tube - La Figure 3 est une vueencoupe,dans le sens des flèches 3-3 de la Figure 2 ; et - La Figure 4 est une vue en coupe, à plus grande échelle, dans le sens des flèches 4-4 de la Figure 3. La Figure 1 est une vue en perspective d'une partie d'un échangeur de chaleur du type à pompe à air à entratnement visqueux. Un tel échangeur de chaleur 10 comprend une série de tubes parallèles 12 transportant un fluide dont chacun passe à travers une série d'ailettes annulaires 14 étroitement rapprochées. Comme plus particulièrement représenté sur les Figures 2 à 4, chaque trou de réception de tube formé dans une ailette est muni de quatre étroites languettes 16 circonférentiellement espacées. Les trous de réception de tube sont, de préférence, dimensionnés de façon à permettre une insertion ajustée mais libre du tube de sorte qu'il subsiste qu'un intervalle minimal pour l'étape de brasage ultérieure. Comme représenté sur la Figure 4, la paroi 18 du tube est muni d'un revêtement extérieur 20 formé en une matière ayant un point de fusion légèrement inférieur à celui à la fois de l'ailette et du corps principal du tube. Le bord 22 du trou de réception de tube formé est un bord d'équerre net, sauf à 11 emplacement des quatre languettes espacées, de sorte qu'un cordon de brasure optimal 24 peut être formé par la fusion de la matière de revêtement dans un four de brasage. Pour les raisons décrites ci-dessus, le cordon de brasure 26 formé sous la languette 16 peut ou non être solide. Le fait de n'utiliser qu'un petit nombre d'étroites languettes largement espacées au lieu d'un collier entier est suffisant pour remplir la fonction d'espacement des languettes tous en laissant simultanément la plus grande partie du périmètre du trou de l'aiglette sous forme d'un bord d'équerre net permettant un brasage optimal. Ainsi, le revêtement du tube peut "voire la chaleur du four (à l'exception d'une petite partie qui est située sous les languettes 16) pour améliorer la fusion et la liaison. En outre, la languette étroite permet un meilleur nettoyage des crevasses qui peuvent éventuellement se trouver au-dessous d'elle, étant donné que les saletés peuvent être enlevées à la fois axialement et circonférentiellement par dessous les bords libres de la languette Du fait que l'extrémité libre de chaque languette est recourbée ou rabattue vers la partie principale de l'ailette, il n'y a aucun risque qu'elle tende à s'emboîter dans ltévide- ment ou creux annulaire qui existe au niveau du rayon de courbure de l'ailette adjacente. De cette manière, on est assuré d'obtenir un contrôle uniforme de 11 espacement entre les ailettes. Comme représenté sur la Figure 3, les languettes sont angulairement positionnées de telle sorte qu'aucune dtentre elles ne se trouve située sur une ligne est-ouest passant par le centre du tube (c'est-à-dire une ligne perpendiculaire à un rayon portant de l'axe central de l'échangeur et passant par le centre de chaque tube). Ainsi, une languette disposée sur un premier tube n'est pas disposé à proximité immédiate et directement en face d'une languette de la même ailette disposée sur un tube adjacent, agencement qui entraverait l'écoulement de l'air entre les tubes et nécessiterait un plus grand espacement entre les tubes pour permettre un écoulement approprié de l'air ce qui, à son tour, réduirait la capacité d'échange de chaleur ou nécessiterait l'emploi d'un échangeur de plus grandes dimensions.Le même problème se posait lorsqu'on utilisait un organe d'espacement constitué par un collier entier. Le nombre des languettes utilisées n'est pas critique, le critère important étant qu'il doit y avoir un nombre de points de contact espacés suffisant pour assurer le positionnement correct de l'ailette adjacente et une circonférence totale minimale des languettes. Bien qu'on ait décrit l'emploi de formations du type languette, il est bien entendu que l'on peut utiliser d'autres formations de détermination d'espacement. il est préférable que de telles formations soient placées sur le bord 22 des trous pour réduire au minimum les interactions avec les images d'écoulement de l'air. La présente invention peut être mise en oeuvre différemment sans sortir du cadre des revendications annexées. Par conséquent, la description qui précède doit être interpretée comme un exemple illustratif d'un unique mode de réalisation fonctionnel de la présente invention et non dans un sens limitatif. REVENDICATIONS 1 - Echangeur de chaleur rotatif à pompage d'air par entraînement visqueux du type comportant au moins un tube métallique transportant un fluide qui traverse une série d'ailettes externes en tôle métallique longitudinalement étroitement rapprochées les unes des autres, caractérisé en ce que - chaque ailette comporte un trou de réception de tube qui a une forme et des dimensions telles que l'intervalle radial entre la circonférence extérieure du tube et le bord du trou est minimal dans la mesure compatible avec la libre insertion du tube dans le trou ; en ce que - la périphérie de chacun de ces trous comporte plusieurs étroites languettes circonférentiellement espacées les unes des autres formées en une seule pièce avec l'ailette, chaque languette comprenant une formation ayant unie configuration appropriée pour accroître localement l'épaisseur de l'ailette, telle que mesurée dans la direction longitudinale du tube, et pour empêcher la languette de s'emboîter dans le trou de réception du tube d'une ailette adjacente ; en ce que - l'épaisseur de la formation de la languette, telle que mesurée perpendiculairement au plan de l'ailette, est choisie et commandée de façon à établir l'espacement longitudinal voulu entre les ailettes adjacentes lorsque les languettes d'une ailette sont en butée contre l'ailette adjacente ; en ce que - le nombre et la largeur circonférentielle des ailettes coopérant avec chaque trou sont choisis de façon à établir une circonférence combinée des languettes qui représente une très petite proportion de la circonférence totale du trou de telle sorte que la plus grande partie de la périphérie du trou présente un bord vif perpendiculaire au tube et étroitement rapproché du tube ; en ce que - au moins l'une des surfaces en vis-à-vis de l'ailette et du tube est initialement revêtue d'une composition de brasage qui a un point de fusion inférieur au point de fusion à la fois de la matière de base de l'ailette et de la matière de base du tube. 2 - Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement est formé sur le tube plutôt que sur l'ailette. 3 - Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les languettes des ailettes sont retournées en éloignement du trou. 4 - Procédé de formation et d'assemblage des tubes et ailettes d'un échangeur de chaleur à pompage d'air par entrat- nement visqueux comportant un tube métallique, transportant un fluide, traversant une série d'ailettes externes en tôle métallique disposées à des intervalles étroitement rapprochées suivant la longueur du tube, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste a) à former chaque ailette avec (1) un trou de réception de tube formé et dimensionné de telle sorte que l'intervalle radial entre la circonférence extérieure du tube et le bord du trou est minimal et compatible avec une libre insertion du tube dans le trou et (2) une série d'étroites formations venues de matière avec l'ailette, circonférentiellement espacées autour de la périphérie du trou, chaque formation étant dimensionnée de façon à accroître localement l'épaisseur de l'ailette, telle que mesurée suivant la longueur du tube, cette épaisseur étant choisie et commandée de façon à établir l'espacement longitudinal voulu entre les ailettes adjacentes, lorsque les formations d'une ailette sont en butée contre l'ailette adjacente, ces formations ayant une configuration appropriée pour les empêcher de s'emboî- ter dans les formations d'une ailette adjacente de façon ainsi à assurer l'obtention de l'espacement longitudinal voulu, le nombre et la largeur circonférentielle des formations coopérant avec chaque trou étant choisis de façon à former une circonférence combinée des formations qui représente une très petite proportion de la circonférence totale du trou, la périphérie du trou entre les formations étant exempte de toute formation qui accroîtrait l'épaisseur de l'ailette de sorte que la plus grande partie de la périphérie du trou présente un bord vif perpendiculaire au tube et étroitement rapproché du tube b) à insérer un tube dans les trous alignés d'un empilage d'ailettes formées conformément à l'étape (a) ci-dessus, chaque ailette étant préalablement espacée de chacune des ailettes adjacentes par les formations étroites qu'elles comportent, l'une au moins des surfaces en vis-à-vis des ailettes et du tube étant revêtue d'une composition de brasage ayant un point de fusion inférieur au point de fusion à la fois de la matière de base de l'ailette et de la matière de base du tube et c) à braser les ailettes et le tube pour former un assemblage solidaire, en les plaçant dans un four à une température supérieure au point de fusion du revêtement mais inférieure au point de fusion desdites matières de base de façon ainsi à former une liaison entre le bord vif des trous des ailettes et le tube, approximativement sur toute la longueur de la plus grande partie de la périphérie du trou.