EP1676088B1

EP1676088B1 - Hydraulic circuit element for a heat exchanger, and heat exchanger thus obtained

Info

Publication number: EP1676088B1
Application number: EP04787454.0A
Authority: EP
Inventors: Jérôme GENOIST; Carlos Da Silva
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: PL1676088T3; EP1676088A2; FR2860288B1; FR2860288A1; WO2005031237A2; WO2005031237A3

Description

L'invention concerne un élément de circuit pour un échangeur de chaleur, notamment un échangeur de chaleur destiné à l'équipement d'un véhicule automobile.The invention relates to a circuit element for a heat exchanger, in particular a heat exchanger for the equipment of a motor vehicle.

Plus précisément, elle concerne un élément de circuit pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, définissant un parcours pour le premier fluide.More specifically, it relates to a circuit element for heat exchange between a first fluid and a second fluid, defining a path for the first fluid.

Elle concerne également des échangeurs de chaleur obtenus à partir de ces éléments de circuit, et plus particulièrement, des échangeurs de chaleurs capables de résister à de fortes pressions.It also relates to heat exchangers obtained from these circuit elements, and more particularly to heat exchangers capable of withstanding high pressures.

De tels échangeurs sont couramment constitués d'un faisceau de tubes parallèles montés entre deux boîtes collectrices, les tubes alternant avec des intercalaires par exemple de type ondulé. On connaît également des échangeurs constitués d'un tube unique replié en forme de serpentin. Ces échangeurs ont de nombreuses applications et peuvent notamment être utilisés comme condenseurs dans des circuits de climatisation de véhicules automobiles ou comme refroidisseurs d'huile.Such exchangers commonly consist of a bundle of parallel tubes mounted between two manifolds, the tubes alternating with interleaves for example corrugated type. Exchangers consisting of a single tube folded in the form of a coil are also known. These exchangers have many applications and can especially be used as condensers in motor vehicle air conditioning systems or as oil coolers.

Toutefois, ces échangeurs connus présentent de nombreux inconvénients. En ce qui concerne la technologie d'échangeurs à tubes et à boîtes collectrices, ces dernières augmentent la taille des échangeurs sans augmenter leurs performances. Les boîtes collectrices ne permettent pas d'améliorer l'échange thermique et entraînent une perte de place.However, these known exchangers have many disadvantages. With regard to the technology of tube and collector exchangers, the latter increase the size of the exchangers without increasing their performance. The collector boxes do not make it possible to improve the heat exchange and cause a loss of space.

D'autre part, l'échangeur doit être obligatoirement de forme rectangulaire à cause de la présence des boîtes collectrices. En outre, pour créer des passes dans l'échangeur, il est nécessaire d'ajouter et d'intégrer des pièces supplémentaires, les cloisons, dans les boîtes collectrices.On the other hand, the heat exchanger must be rectangular in shape because of the presence of the collector boxes. In addition, to create passes in the exchanger, it is necessary to add and integrate additional parts, the partitions, into the collector boxes.

La fabrication de ces échangeurs est en outre difficile car il est nécessaire de poinçonner et de crever les plaques collectrices. Il est délicat d'enfiler dès tubes de petite épaisseur dans un collecteur -de grandes dimensions avec de faibles tolérances. La fabrication de ces échangeurs est de plus coûteuse car les composants sont réalisés par usinage de matière.The manufacture of these exchangers is also difficult because it is necessary to punch and pop the collector plates. It is tricky to thread small tubes into a manifold - large dimensions with low tolerances. The manufacture of these exchangers is more expensive because the components are made by machining material.

Les échangeurs à serpentin ne permettent pas de réaliser des passes. Leur fabrication est longue parce qu'elle est difficile à industrialiser. Il faut beaucoup de temps pour fabriquer un serpentin avec une machine. En conséquence les échangeurs fabriqués avec cette technologie ont un coût de revient plus élevé que les échangeurs à tubes et à boîtes collectrices.The coil exchangers do not allow passes to be made. Their manufacture is long because it is difficult to industrialize. It takes a long time to make a coil with a machine. As a result, heat exchangers made with this technology have a higher cost price than tube and collector heat exchangers.

US 6196304 B1 propose un échangeur de chaleur comportant un empilement d'éléments de circuit. Chaque élément de circuit comporte un tube et deux éléments d'écartement qui chevauchent les extrémités des tubes. Les extrémités de chaque tube sont au préalable écrasées et soudées de sorte que le fluide qui traverse chaque tube ne peut entrer ou sortir que par des ouvertures transversales réalisées dans des zones d'extrémité du tube, et non par les extrémités fermées du tube. Chaque élément d'écartement est obtenu à partir d'une bande de tôle repliée pour former deux branches. Les branches de chaque élément d'écartement peuvent comporter un passage transversal conformé pour être en regard de l'ouverture du tube dans la zone d'extrémité correspondante, ce qui forme un passage de communication. US 6196304 B1 proposes a heat exchanger comprising a stack of circuit elements. Each circuit element has a tube and two spacers that overlap the ends of the tubes. The ends of each tube are previously crushed and welded so that the fluid that passes through each tube can enter or exit only through transverse openings made in end regions of the tube, and not by the closed ends of the tube. Each spacer element is obtained from a folded sheet metal strip to form two branches. The branches of each spacer may comprise a transverse passage shaped to face the opening of the tube in the corresponding end zone, which forms a communication passage.

Le premier fluide peut ainsi s'écouler d'un tube donné à un tube adjacent grâce à ce passage de communication.The first fluid can flow from a given tube to an adjacent tube through this communication passage.

Les éléments d'écartement qui chevauchent les extrémités d'un tube donné sont en contact avec les éléments d'écartement qui chevauchent les extrémités des tubes adjacents, et imposent ainsi un écartement entre deux tubes adjacents pour former un passage pour le deuxième fluide. Cet écartement permet en outre de placer un intercalaire dans le conduit de passage pour améliorer l'échange thermique.The spacer members that overlap the ends of a given tube are in contact with the spacer members that overlap the ends of the adjacent tubes, and thereby provide a gap between two adjacent tubes to form a passage for the second fluid. This spacing allows in addition to placing a spacer in the passage duct to improve heat exchange.

Cette structure n'a pas les inconvénients précités des échangeurs à collecteur ou à serpentin. Elle est toutefois coûteuse en raison de la nécessité d'écraser et de souder les extrémités du tube. Par ailleurs, les éléments d'écartement ne permettent pas d'utiliser un tube aux extrémités ouvertes dans la mesure où ils ne sont pas prévus pour empêcher le premier fluide de s'échapper suivant la direction axiale du tube.This structure does not have the aforementioned drawbacks of collector or coil heat exchangers. However, it is expensive because of the need to crush and solder the ends of the tube. Furthermore, the spacers do not allow to use an open-ended tube to the extent that they are not intended to prevent the first fluid to escape in the axial direction of the tube.

FR 2834336 A propose un échangeur comprenant également un empilement d'éléments de circuit. Chaque élément de circuit comporte au moins un tube et au moins un embout à l'une des extrémités du tube. L'embout comporte au moins un passage de communication qui définit le parcours d'un premier fluide. Cet embout n'a pas les inconvénients de l'élément d'écartement proposé par US 6196304 B1 , dans la mesure où il comporte un fond pour empêcher le fluide de s'échapper suivant la direction axiale du tube, ce qui permet l'utilisation d'un tube ayant des extrémités ouvertes (c'est-à-dire non écrasées et non soudées). FR 2834336 A proposes an exchanger also comprising a stack of circuit elements. Each circuit element has at least one tube and at least one endpiece at one end of the tube. The tip comprises at least one communication passage that defines the path of a first fluid. This tip does not have the disadvantages of the spacer element proposed by US 6196304 B1 , in that it has a bottom to prevent fluid from escaping in the axial direction of the tube, allowing the use of a tube having open ends (i.e., not crushed and not welded).

Toutefois, chaque embout conforme à FR 2834336 A comporte au moins un bossage de forme générale tronconique. Les bossages en regard de deux éléments de circuit adjacents sont en appui et définissent donc l'écartement entre deux tubes adjacents. Par suite, le pas entre deux tubes adjacents de l'échangeur est augmenté par la présence des bossages, -et les performances de l'échangeur ne sont pas optimales. De plus, un tel échangeur est peu résistant aux hautes pressions car les bossages peuvent se déformer.However, each nozzle conforms to FR 2834336 A has at least one generally frustoconical boss. The bosses opposite two adjacent circuit elements are in abutment and thus define the spacing between two adjacent tubes. As a result, the pitch between two adjacent tubes of the exchanger is increased by the presence of the bosses, and the performance of the exchanger is not optimal. In addition, such an exchanger is not very resistant to high pressures because the bosses can be deformed.

La présente invention a pour objet un élément de circuit hydraulique pour un échangeur de chaleur qui remédie à ces inconvénients connus de l'art antérieur.The present invention relates to a hydraulic circuit element for a heat exchanger that overcomes these disadvantages known from the prior art.

A cet effet, l'invention propose un élément de circuit hydraulique, pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, définissant un parcours pour le premier fluide. L'élément de circuit comprend au moins un tube ayant au moins une extrémité ouverte et un embout apte à accueillir une unique extrémité de tube, l'embout comprenant un fond obturant ladite extrémité et une paroi latérale entourant le tube au voisinage de ladite extrémité. La paroi latérale comporte au moins une ouverture en communication avec une ouverture latérale du tube pour contribuer à définir le parcours du premier fluide. La paroi latérale de l'embout s'applique étroitement sur le tube par toute sa surface.For this purpose, the invention proposes a hydraulic circuit element, for heat exchange between a first fluid and a second fluid, defining a path for the first fluid. The circuit element comprises at least one tube having at least one open end and a tip adapted to receive a single tube end, the nozzle comprising a bottom closing said end and a side wall surrounding the tube in the vicinity of said end. The side wall has at least one opening in communication with a lateral opening of the tube to help define the path of the first fluid. The side wall of the tip is tightly applied to the tube over its entire surface.

Des caractéristiques optionnelles de l'élément de circuit selon l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après:

chaque embout est constitué d'une bande de tôle emboutie pour former le fond et repliée pour former deux branches, la paroi latérale comprenant les branches.
Les deux branches de chaque embout sont d'égale longueur.
Les deux branches de chaque embout sont de longueur inégale.
Les branches ont une surface généralement plate.
le ou lesdits tubes sont généralement plats.
chaque tube comporte des canaux multiples.
L'élément de circuit comprend un tube unique comportant un embout terminal à chacune de ses extrémités.
L'élément de circuit est constitué de plusieurs tubes, un embout intermédiaire étant présent entre deux tubes successifs.
L'élément de circuit selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il présente une forme rectiligne.
L'élément de circuit présente une forme générale brisée.

Optional features of the circuit element according to the invention, complementary or substitution, are set out below:

each endpiece consists of a sheet metal strip pressed to form the bottom and folded to form two branches, the side wall comprising the branches.
The two branches of each tip are of equal length.
The two branches of each end are of unequal length.
The branches have a generally flat surface.
said tube or tubes are generally flat.
each tube has multiple channels.
The circuit element comprises a single tube having a terminal end at each end thereof.
The circuit element consists of several tubes, an intermediate nozzle being present between two successive tubes.
The circuit element according to claim 7, characterized in that it has a rectilinear shape.
The circuit element has a broken general shape.

L'invention propose en outre un échangeur de chaleur, notamment pour un véhicule automobile, comprenant un empilement d'éléments de circuit selon l'une des caractéristiques précédentes communiquant entre eux par l'intermédiaire des ouvertures des embouts pour permettre un passage du premier fluide entre les éléments de circuit.The invention further proposes a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, comprising a stack of circuit elements according to one of the preceding characteristics communicating with each other via the openings of the end pieces to allow passage of the first fluid. between the circuit elements.

Des caractéristiques optionnelles de l'échangeur de chaleur selon l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après:

Les éléments de circuit viennent en contact par les branches de leurs embouts respectifs lorsqu'ils sont empilés, de telle sorte que les branches d'un élément -de circuit reposent sur les branches des éléments de circuit adjacents.
L'échangeur de chaleur contient un fluide réfrigérant en tant que premier fluide et le liquide de refroidissement en tant que deuxième fluide.
L'échangeur de chaleur contient un fluide réfrigérant en tant que premier fluide et en tant -que deuxième fluide.
Ledit fluide réfrigérant est le fluide R744.
L'échangeur de chaleur continent l'huile en tant que premier fluide et le liquide de refroidissement en tant que deuxième fluide.
Le pas p_tube qui sépare les tubes respectifs de deux éléments de circuit adjacents est égal à 2*e_branche + e_tube, où e_branche désigne l'épaisseur d'une branche d'un embout et e_tube désigne l'épaisseur du tube.
L'échangeur de chaleur comporte deux plaques latérales brasées sur l'empilement d'éléments de circuit.
L'échangeur comporte un boîtier extérieur dans lequel est agencé l'empilement d'éléments de circuit.
Le boîtier extérieur est constitué d'éléments de boîtiers brasés ensemble.
Les éléments de boîtier comprennent des demi-coquilles, et deux couvercles soudés sur les extrémités formées par les demi-coquillés.
Le boîtier extérieur est une pièce moulée en matière plastique dans laquelle est placé l'empilement d'éléments de circuit brasé.
L'échangeur de chaleur comprend un turbulateur agencé dans l'espace délimité par deux éléments de circuits adjacents.

Optional features of the heat exchanger according to the invention, complementary or substitution, are set out below:

The circuit elements come into contact with the legs of their respective ends when they are stacked, so that the branches of a circuit element rest on the branches of the adjacent circuit elements.
The heat exchanger contains a coolant as the first fluid and the coolant as the second fluid.
The heat exchanger contains a refrigerant fluid as a first fluid and as a second fluid.
Said refrigerant fluid is the fluid R744.
The heat exchanger keeps the oil as the first fluid and the coolant as the second fluid.
The pitch p _tube which separates the respective tubes from two adjacent circuit elements is equal to 2 * e _branch + e _tube , where e _branch refers to the thickness of a branch of a tip and e _tube refers to the thickness of the tube .
The heat exchanger has two brazed side plates on the stack of circuit elements.
The exchanger comprises an outer casing in which is arranged the stack of circuit elements.
The outer casing consists of casing elements brazed together.
The housing elements comprise half-shells, and two lids welded to the ends formed by the half-shells.
The outer casing is a molded piece of plastic in which is placed the stack of brazed circuit elements.
The heat exchanger comprises a turbulator arranged in the space delimited by two adjacent circuit elements.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels:

la figure 1 est une vue d'un échangeur à tubes et à boîtes collectrices conforme à l'art antérieur;
la figure 2 est une vue d'un échangeur à serpentin conforme à l'art antérieur;
la figure 3 est une vue en perspective d'un échangeur conforme à la présente invention;
la figure 4a est une vue partielle en perspective de la partie droite de l'échangeur représenté sur la figure 3;
la figure 4b est une vue en perspective d'un élément -de circuit de l'échangeur représenté sur la figure 3;
les figures 5 à 7 sont des vues diverses qui représentent des étapes de repliement d'une bande de tôle pour former un embout conforme à l'invention;
la figure 8a est une vue en perspective de l'extrémité d'un exemple de tube comportant une ouverture de communication;
la figure 8b est une vue en coupe longitudinale de l'extrémité d'un élément de circuit conforme à l'invention;
les figures 9 et 10 sont des vues diverses qui représentent des étapes de repliement d'une bande de tôle pour former un embout comportant des branches de longueurs inégales ;
les figures 11 à 13 sont des vues partielles en perspective d'un échangeur conforme à la présente invention;
les figures 14 à 16 sont des vues en perspective d'un échangeur selon un premier mode de réalisation de l'invention;
les figures 17 à 19 sont des vues en perspective d'un échangeur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; et
les figures 20 et 21 sont des vues en perspective de variantes de tubes.

Other features and advantages of the invention will appear on examining the detailed description below, and the attached drawings in which:

the figure 1 is a view of a tube and collector heat exchanger according to the prior art;
the figure 2 is a view of a coil heat exchanger according to the prior art;
the figure 3 is a perspective view of an exchanger according to the present invention;
the figure 4a is a partial view in perspective of the right part of the exchanger represented on the figure 3 ;
the figure 4b is a perspective view of a circuit element of the exchanger shown in FIG. figure 3 ;
the Figures 5 to 7 are various views that represent steps of folding a sheet metal strip to form a tip according to the invention;
the figure 8a is a perspective view of the end of an example of a tube having a communication opening;
the figure 8b is a longitudinal sectional view of the end of a circuit element according to the invention;
the Figures 9 and 10 are various views which show folding steps of a sheet metal strip to form a tip having branches of unequal length;
the Figures 11 to 13 are partial perspective views of an exchanger according to the present invention;
the Figures 14 to 16 are perspective views of an exchanger according to a first embodiment of the invention;
the Figures 17 to 19 are perspective views of an exchanger according to a second embodiment of the invention; and
the Figures 20 and 21 are perspective views of tube variants.

Les dessins contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant.The drawings contain, for the most part, elements of a certain character. They can therefore not only serve to better understand the description, but also contribute to the definition of the invention, if any.

On a représenté sur la figure 1 un échangeur de chaleur de type classique comportant un faisceau de tubes plats intercalés entre deux boîtes collectrices. Le faisceau 2 est formé d'une multiplicité de tubes plats 4 disposés parallèlement les uns aux autres et alternant avec des intercalaires ondulés 6. Ces intercalaires sont formés à partir d'un feuillard métallique qui est déformé pour constituer des ondulations. Un intercalaire 6 est disposé entre deux tubes adjacents 4 et vient au contact respectif de ces deux tubes 4 par des régions d'extrémité des ondulations.We have shown on the figure 1 a conventional type heat exchanger comprising a bundle of flat tubes interposed between two manifolds. The beam 2 is formed of a multiplicity of flat tubes 4 arranged parallel to each other and alternating with corrugated inserts 6. These spacers are formed from a metal strip which is deformed to form corrugations. An interlayer 6 is disposed between two adjacent tubes 4 and comes into respective contact with these two tubes 4 by end regions of the corrugations.

Les tubes 4 du faisceau sont insérés, à chacune de leurs extrémités, dans des ouvertures réalisées dans des plaques collectrices 8, également appelées collecteurs. Les plaques collectrices 8 sont fermées par un couvercle 9 pour constituer des boîtes collectrices 10, par exemple des boîtes à liquide de refroidissement ou à air.The tubes 4 of the bundle are inserted, at each of their ends, in openings made in collector plates 8, also called collectors. The collector plates 8 are closed by a cover 9 to form collector boxes 10, for example coolant or air boxes.

Pour permettre le montage des tubes 4 il est nécessaire de poinçonner les plaques collectrices 8 et/ou de les crever. Le montage des tubes n'est pas une opération aisée.To allow the mounting of the tubes 4 it is necessary to punch the collector plates 8 and / or to burst them. The assembly of the tubes is not an easy operation.

La présence des boîtes collectrices 10 augmente la taille de l'échangeur sans augmenter ses performances.The presence of the manifolds 10 increases the size of the exchanger without increasing its performance.

Pour créer des passes dans l'échangeur, il est nécessaire d'intégrer des cloisons 12 qui divisent les boîtes collectrices 10 en chambres séparées.To create passes in the exchanger, it is necessary to integrate partitions 12 which divide the manifolds 10 into separate chambers.

On a représenté sur la figure 2 un autre type connu d'échangeur, à savoir un échangeur à serpentin. L'échangeur est constitué d'un tube unique 14 replié en forme de serpentin. Des intercalaires ondulés 6 peuvent être disposés entre les allers et retours du serpentin. Un échangeur de ce type est plus simple que l'échangeur à faisceau de tubes et à boîtes collectrices représenté sur la figure 1. Il comporte moins de pièces. Toutefois l'industrialisation de sa fabrication est délicate et au total, un échangeur à serpentin revient plus cher à fabriquer qu'un échangeur à faisceau de tubes et à boîtes collectrices. En outre, un échangeur de ce type ne peut pas être aménagé de manière à comporter des passes.We have shown on the figure 2 another known type of exchanger, namely a coil exchanger. The exchanger consists of a single tube 14 folded in the form of a coil. Corrugated spacers 6 may be arranged between the back and forth of the coil. An exchanger of this type is simpler than the tube and collector heat exchanger shown in FIG. figure 1 . It has fewer pieces. However the industrialization of its manufacture is delicate and in total, a coil heat exchanger is more expensive to manufacture than a tube and collector heat exchanger. In addition, an exchanger of this type can not be arranged to include passes.

Les échangeurs décrits ci-dessus doivent être de plus renforcés pour une utilisation avec des fluides à haute pression, notamment des pressions supérieures à 100 bars. Ce renforcement est souvent réalisé par des composants obtenus par usinage de matière (par exemple des boîtes collectrices), ce qui est coûteux.The exchangers described above must be further reinforced for use with fluids at high pressure, especially pressures above 100 bar. This reinforcement is often achieved by components obtained by machining material (for example collector boxes), which is expensive.

On a représenté sur la figure 3 une vue extérieure en perspective d'un échangeur de chaleur conforme à la présente invention et sur la figure 4 une vue en coupe de la partie droite.We have shown on the figure 3 an external perspective view of a heat exchanger according to the present invention and on the figure 4 a sectional view of the right part.

L'échangeur de chaleur est constitué par des éléments de circuit 20 empilés.The heat exchanger consists of stacked circuit elements.

La figure 4b représente un élément de circuit conforme à l'invention. Chaque élément de circuit 20 est constitué d'un tube 22 ayant deux extrémités "ouvertes", c'est-à-dire qui permettent l'entrée de fluide dans le tube ou la sortie du fluide provenant du tube. Comme on le décrira par la suite, un élément de circuit peut comporter plusieurs tubes.The figure 4b represents a circuit element according to the invention. Each circuit element 20 consists of a tube 22 having two "open" ends, that is to say which allow the entry of fluid into the tube or the outlet of the fluid coming from the tube. As will be described later, a circuit element may comprise several tubes.

Dans l'exemple des figures 3 et 4b, un embout 24 est fixé à chaque extrémité ouverte du tube 22.In the example of figures 3 and 4b , a tip 24 is attached to each open end of the tube 22.

Chaque embout 24 comprend une paroi latérale qui entoure le tube sur une partie d'extrémité qui est située au voisinage de l'extrémité ouverte associée. La paroi latérale s'appuie étroitement sur lé tube 22 par toute sa surface, notamment pour empêcher un gonflement du tube lorsque le premier fluide atteint de hautes pressions.Each tip 24 includes a side wall which surrounds the tube on an end portion which is located adjacent the associated open end. The side wall is closely supported on the tube 22 over its entire surface, in particular to prevent swelling of the tube when the first fluid reaches high pressures.

Dans un mode de réalisation particulier, -chaque embout est constitué d'une bande de tôle -emboutie est repliée pour former un fond 42 et deux branches 31 de surface généralement plate et sans bossage, représentés sur la figure 4b. La partie latérale de l'embout 24 est constituée par les deux branches 31. La fabrication d'une pièce emboutie n'est pas coûteuse, et par suite l'utilisation d'un embout conforme à l'invention réduit les coûts de fabrication. La suite de la description sera faite en référence à ce mode de réalisation particulier, à titre d'exemple non limitatif.In a particular embodiment, each end-piece consists of a sheet-metal strip is folded to form a bottom 42 and two branches 31 of generally flat surface and without boss, represented on the figure 4b . The lateral part of the tip 24 is constituted by the two branches 31. The manufacture of a stamped part is not expensive, and therefore the use of a nozzle according to the invention reduces the manufacturing costs. The remainder of the description will be made with reference to this particular embodiment, by way of non-limiting example.

Le fond 42 obture l'extrémité correspondante du tube pour empêcher que le fluide ne s'échappe suivant la direction axiale du tube correspondant.The bottom 42 closes the corresponding end of the tube to prevent the fluid from escaping in the axial direction of the corresponding tube.

La figure 3 ne fait pas apparaître la délimitation entre la branche supérieure et la branche inférieure, et le fond -de l'embout pour plus de clarté et pour simplifier la représentation de la structure générale de l'invention.The figure 3 does not show the delimitation between the upper branch and the lower branch, and the bottom of the tip for clarity and to simplify the representation of the general structure of the invention.

Les éléments de circuit sont conformés de telle sorte que, lorsqu'ils sont empilés, la branche inférieure (respectivement supérieure) d'un embout d'un élément de circuit 20 vienne en appui avec la branche supérieure (respectivement inférieure) de l'élément de circuit adjacent.The circuit elements are shaped such that, when stacked, the lower (respectively upper) branch of a tip of a circuit element 20 bears with the upper (respectively lower) branch of the element. adjacent circuit.

Par suite, les différents éléments de circuit 20 qui constituent l'échangeur représenté sur la figure 3 sont en appui les uns sur les autres par intermédiaire des branches généralement plates de leurs embouts respectifs.As a result, the various circuit elements 20 which constitute the heat exchanger represented on the figure 3 are supported on each other via the generally flat branches of their respective ends.

Dans FR 2834336 A , la surface des branches comporte un bossage tronconique vers l'extérieur et les bossages en regard de deux éléments de circuit adjacents sont en appui. Ainsi, la surface de contact entre deux éléments de circuit adjacents conformes à la présente invention est plus importante que dans FR 2834336 A .In FR 2834336 A , the surface of the branches has an outwardly frustoconical boss and the bosses facing two adjacent circuit elements are supported. Thus, the contact area between two adjacent circuit elements according to the present invention is greater than in FR 2834336 A .

La paroi latérale de chaque embout comporte au moins une ouverture qui communique avec une ouverture latérale du tube 22 associé.The side wall of each nozzle has at least one opening which communicates with a lateral opening of the associated tube 22.

En particulier, une branche 31 d'un embout 24 peut être pleine, c'est-à-dire ne comporter aucune ouverture. Dans ce cas, elle ne permet pas le passage du premier fluide. Au contraire, une branche 31 d'un embout 24 peut comporter une ouverture qui permet le passage du premier fluide.In particular, a branch 31 of a nozzle 24 may be full, that is to say have no opening. In this case, it does not allow the passage of the first fluid. In contrast, a branch 31 of a tip 24 may include an opening that allows the passage of the first fluid.

Sur la figure 3, on a schématisé les branches fermées par un petit cercle 28a hachuré, et les branches perforées, permettant le passage du premier fluide, par un petit cercle 28b sans hachures. Ces petits cercles 28a et 28b sont reliés à la branche correspondante par un trait mixte, pour plus de clarté.On the figure 3 , schematized branches closed by a small hatched circle 28a, and the perforated branches, allowing the passage of the first fluid, by a small circle 28b without hatching. These small circles 28a and 28b are connected to the corresponding branch by a dotted line for clarity.

Sur la figure 4a, l'ouverture 28b de la branche d'un embout 24 est représentée par un petit rectangle non hachuré tandis que l'absence d'ouverture de la branche d'un embout est désignée par un petit rectangle hachuré. Les ouvertures latérales du tube sont désignées par la référence 220.On the figure 4a , the opening 28b of the branch of a tip 24 is represented by a small unhatched rectangle while the absence of opening of the branch of a tip is designated by a small hatched rectangle. The lateral openings of the tube are designated 220.

Sur la figure 4b, les ouvertures des embouts et du tube ne sont pas représentées pour plus de clarté.On the figure 4b , the openings of the tips and the tube are not shown for clarity.

Chaque tube 22 a été assemblé avec ses embouts respectifs 24, au préalable. Les embouts de chaque tube permettent le passage du premier fluide grâce aux ouvertures 28b éventuelles des branches et aux ouvertures 220 correspondantes des tubes. Ils permettent en outre de retenir le fluide qui peut s'échapper du tube, grâce au fond 42 représenté sur les figures 4a et 4b.Each tube 22 has been assembled with its respective ends 24, beforehand. The ends of each tube allow the passage of the first fluid through the openings 28b of the branches and corresponding openings 220 of the tubes. They also make it possible to retain the fluid that can escape from the tube, thanks to the bottom 42 shown on the Figures 4a and 4b .

La surface des branches 31 s'applique étroitement sur le tube, ce qui permet notamment de le maintenir serré.The surface of the branches 31 is tightly applied to the tube, which allows in particular to keep it tight.

Dans l'exemple représenté en perspective sur la figure 3 et en vue partielle eh perspective sur la figure 4a, le premier fluide pénètre dans l'échangeur dans la partie supérieure droite de l'échangeur, comme schématisé par la flèche 30. La branche située en regard de l'entrée du fluide dans l'échangeur étant obturée (fond fermé 28a), le premier fluide se déplace de droite à gauche (flèche 32) et parcourt le tube 22 supérieur de l'échangeur. Le fluide parvient à l'embout 24 situé dans la partie gauche (selon la figure 3) du tube supérieur 22 de l'échangeur. La branche supérieure est fermée (28a), tandis que la branche inférieure de l'embout 24 comporte une ouverture (28b).In the example shown in perspective on the figure 3 and in partial view eh perspective on the figure 4a , the first fluid enters the exchanger in the upper right portion of the exchanger, as shown schematically by the arrow 30. The branch located opposite the inlet of the fluid in the exchanger being closed (closed bottom 28a), the first fluid moves from right to left (arrow 32) and travels the upper tube 22 of the exchanger. The fluid reaches the tip 24 located in the left part (according to the figure 3 ) of the upper tube 22 of the exchanger. The upper branch is closed (28a), while the lower branch of the nozzle 24 has an opening (28b).

Le fluide peut donc passer de l'élément de circuit supérieur 20 à l'élément de circuit immédiatement inférieur, comme schématisé par la flèche 34. Le premier fluide parcourt ensuite le second élément de circuit 20 de gauche à droite selon les figures 3 et 4. A l'extrémité droite du second élément de circuit 20, il passe dans l'élément de circuit inférieur (flèche 36) grâce aux ouvertures 28b prévues dans les branches des embouts adjacents, comme décrit précédemment.The fluid can thus pass from the upper circuit element 20 to the immediately lower circuit element, as shown schematically by the arrow 34. The first fluid then flows through the second circuit element 20 from left to right according to the figures 3 and 4 . At the right end of the second circuit element 20, it passes into the lower circuit element (arrow 36) through the openings 28b provided in the branches of the adjacent tips, as previously described.

Le fluide effectue ainsi une série d'allers et retours dans les tubes des éléments de Circuit de droite à gauche et de gauche à droite, exactement comme dans un échangeur à serpentin du type représenté sur la figure 2. Le premier fluide quitte l'échangeur dans la partie gauche de ce dernier, comme schématisé par la flèche 38.The fluid thus makes a series of trips back and forth in the tubes of the circuit elements from right to left and from left to right, exactly as in a coil heat exchanger of the type shown in FIG. figure 2 . The first fluid leaves the exchanger in the left part of the latter, as shown schematically by the arrow 38.

Pendant son parcours alternatif dans les tubes 22 de l'échangeur, le premier fluide est en relation, d'échange de chaleur avec un second fluide qui circule entre les tubes suivant la direction axiale des tubes 22.During its alternative path in the tubes 22 of the exchanger, the first fluid is in relation, heat exchange with a second fluid which circulates between the tubes in the axial direction of the tubes 22.

L'absence de bossage sur la surface des embouts 24 diminue le risque de déformation au niveau des contacts entre les tubes, lorsque le premier fluide atteint des pressions élevées.The absence of boss on the surface of the tips 24 decreases the risk of deformation at the contacts between the tubes, when the first fluid reaches high pressures.

Les éléments de circuit conformes à l'invention permettent également de réduire le pas entre les tubes adjacents dans l'échangeur, par rapport aux éléments de circuit munis de bossage de FR 2834336 A . Le pas P_tube entre les tubes adjacents est donné par la relation suivante : $P_{tube} = 2 * e_{branche} + e_{tube},$

où e_branche désigne l'épaisseur d'une branche d'embout et e_tube, l'épaisseur du tube.The circuit elements according to the invention also make it possible to reduce the pitch between the adjacent tubes in the exchanger, with respect to the circuit elements provided with a boss of FR 2834336 A . The pitch P _tube between the adjacent tubes is given by the following relation:

P_{tube} = 2 * e_{plugged} + e_{tube},

where e _branch denotes the thickness of a tip branch and e _tube , the thickness of the tube.

Dans les échangeurs à plaques collectrices de l'art antérieur, il est difficile de réduire ainsi le pas entre deux tubes adjacents. Or une telle réduction de pas permet de placer plus de tubes dans un échangeur ayant un encombrement donné, et donc d'augmenter les performances thermiques de l'échangeur tout en réduisant les pertes de charges dans l'échangeur.In prior art collector plate heat exchangers, it is difficult to reduce the pitch between two adjacent tubes. However, such a step reduction makes it possible to place more tubes in an exchanger having a given size, and therefore to increase the thermal performance of the exchanger while reducing the pressure losses in the exchanger.

On a ainsi réalisé -de manière simple un échanger -de chaleur permettant un échange de chaleur entre un premier fluide à haute pression, et un second fluide à basse pression, notamment le liquide de refroidissement moteur ou un échange de chaleur entre un premier fluide à haute pression, et un second fluide à haute pression, par exemple un échange entre un premier fluide CO₂ et un deuxième fluide CO₂.It has thus been realized simply a heat exchanger allowing a heat exchange between a first fluid to high pressure, and a second fluid at low pressure, in particular the engine coolant or a heat exchange between a first fluid at high pressure, and a second fluid at high pressure, for example an exchange between a first fluid CO ₂ and a second fluid CO ₂ .

Un tel échangeur est capable de résister à de hautes pressions sans nécessiter de renforcement supplémentaire ou un usinage des composants de l'échangeur.Such an exchanger is capable of withstanding high pressures without requiring additional reinforcement or machining of the exchanger components.

Dans l'exemple représenté sur les figures 3 à 4b, on a constitué un échangeur qui définit un parcours pour le premier fluide similaire à celui d'un échangeur à serpentin. Toutefois, la réalisation de l'échangeur à partir des éléments de circuit conformes à l'invention rend l'échangeur modulaire et permet d'obtenir différents types de parcours. En particulier, le nombre et la longueur des éléments de circuit peuvent être choisis en fonction de l'encombrement de l'installation dans laquelle est utilisé l'échangeur (par exemple une installation de climatisation automobile), des performances requises pour l'échange thermique, etc.In the example shown on the Figures 3 to 4b an exchanger was constructed which defines a path for the first fluid similar to that of a coil exchanger. However, the realization of the exchanger from the circuit elements according to the invention makes the modular exchanger and allows to obtain different types of route. In particular, the number and the length of the circuit elements can be chosen as a function of the size of the installation in which the exchanger is used (for example a car air-conditioning installation), and the performances required for the heat exchange. etc.

Par ailleurs, la présence ou l'absence d'ouvertures dans une branche permet de réaliser très simplement des passes dans l'échangeur. Ainsi, il n'est pas nécessaire de prévoir des pièces supplémentaires rapportées telles que les cloisons de séparation 12 (voir figure 1) habituellement présentes pour constituer des divisions dans les boîtes collectrices 10 des échangeurs de type classique.Moreover, the presence or absence of openings in a branch makes it possible to very simply perform passes in the exchanger. Thus, it is not necessary to provide additional parts reported such as partition walls 12 (see figure 1 ) usually present to form divisions in the manifolds 10 of conventional type exchangers.

Pour réaliser des passes dans un échangeur conforme à l'invention, il suffit de prévoir un élément de circuit dont les embouts ne comportent pas d'ouverture à l'endroit approprié.To make passes in an exchanger according to the invention, it is sufficient to provide a circuit element whose tips do not have an opening at the appropriate place.

L'utilisation d'une boîte collectrice n'est ainsi plus nécessaire pour obtenir des chambres séparées. Il en résulte une réduction du nombre de pièces et une simplification -de l'échangeur.The use of a collection box is thus no longer necessary to obtain separate rooms. This results in a reduction in the number of parts and a simplification of the exchanger.

On a représenté sur les figures 5 à 7 différentes vues d'un embout 24 destiné à un élément de circuit 20 d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention, en particulier d'un échangeur de chaleur représenté sur les figures 3 à 4b. Comme on peut le constater sur la figure 5, les embouts sont réalisés par emboutissage et pliage d'une bande de tôle en métal, de préférence en aluminium, pour former deux branches 31 de surface généralement plate et sans bossage. L'emboutissage permet de réaliser les ouvertures éventuelles des branches. A titre de simplification, les ouvertures 28b ne sont pas représentées sur les figures 5 à 7.We have shown on Figures 5 to 7 different views of a nozzle 24 for a circuit element 20 of a heat exchanger according to the invention, in particular of a heat exchanger shown in FIGS. Figures 3 to 4b . As can be seen from the figure 5 the end pieces are made by stamping and bending a strip of sheet metal, preferably aluminum, to form two branches 31 of generally flat surface and without boss. The stamping allows for possible openings of the branches. By way of simplification, the openings 28b are not represented on the Figures 5 to 7 .

Un embouti 42 est formé dans la bande d'aluminium entre les branches 31. L'embouti 42 constitue le fond de l'embout 24. La bande de tôle est ensuite repliée de manière à rapprocher les deux branches, comme on peut le voir sur la figure 6.A stamp 42 is formed in the aluminum strip between the branches 31. The stamp 42 forms the bottom of the nozzle 24. The sheet metal strip is then folded so as to bring the two branches together, as can be seen on the figure 6 .

L'embouti est conformé pour loger une extrémité du tube correspondant de manière à retenir le liquide sortant par cette extrémité. Il permet ainsi d'empêcher le liquide de s'échapper suivant la direction axiale du tube après assemblage de l'élément de circuit. Pour cela, la section de l'embouti 42 est adaptée à la section du tube correspondant et le fond de l'embouti peut être sensiblement arrondi pour que l'extrémité correspondante ne s'appuie pas entièrement contre la paroi de fond de l'embouti 42. Ainsi, l'embouti 42 permet de prévoir un volume intérieur pour retenir le fluide provenant de l'extrémité du tube tout en offrant une résistance satisfaisante aux hautes pressions.The stamping is shaped to accommodate an end of the corresponding tube so as to retain the liquid exiting this end. It thus prevents the liquid from escaping in the axial direction of the tube after assembly of the circuit element. For this, the section of the stamping 42 is adapted to the section of the corresponding tube and the bottom of the stamping may be substantially rounded so that the corresponding end does not rest entirely against the bottom wall of the stamped 42. Thus, the stamp 42 allows to provide an internal volume to retain the fluid from the end of the tube while providing satisfactory resistance to high pressures.

Ainsi, les embouts permettent non seulement le passage du premier fluide d'un tube donné au tube adjacent mais aussi la fermeture de l'extrémité ouverte des tubes.Thus, the tips allow not only the passage of the first fluid of a given tube to the adjacent tube but also the closure of the open end of the tubes.

Sur la figure 7, les deux branches 31 ont été entièrement repliées et l'embout est représenté terminé. Il est ensuite assemblé, par exemple par emmanchement ou sertissage sur un tube 22 avant brasage. Des ouvertures auxiliaires 44 et 45 facilitent le brasage de l'embout sur l'extrémité du tube 20. Grâce à cette fabrication, on résout le problème que l'on rencontre dans les échangeurs classiques à faisceau de tubes et à boîtes collectrices, à savoir le problème qui consiste à enfiler un tube de petite dimension dans un collecteur de grande dimension avec des trous de faibles dimensions et des tolérances faibles.On the figure 7 , the two branches 31 have been fully folded and the tip is shown finished. It is then assembled, for example by fitting or crimping on a tube 22 before soldering. Auxiliary openings 44 and 45 facilitate brazing of the tip on the end of the tube 20. With this production, the problem that is encountered in conventional tube-bundle and collector-box heat exchangers, namely the problem of threading a small tube into a large collector with small dimensions and low tolerances.

Avec les éléments de circuit conformes à l'invention, il suffit d'assembler des embouts 24 sur des tubes 22 de mêmes dimensions. On supprime la fonction mécanique consistant à introduire des tubes dans des collecteurs percés. Il en résulte une extrême simplification de l'assemblage et de la fabrication de l'échangeur. L'absence de bossage sur les embouts simplifie également la fabrication des éléments de circuit.With the circuit elements according to the invention, it is sufficient to assemble end caps 24 on tubes 22 of the same dimensions. The mechanical function of introducing tubes into drilled manifolds is suppressed. This results in extreme simplification of assembly and manufacture of the exchanger. The absence of boss on the bits also simplifies the manufacture of the circuit elements.

La fabrication de l'échangeur comportera donc un poste de production pour produire les tubes, une presse pour produire les embouts et une machine automatique pour insérer les embouts sur les tubes. On passe ensuite directement à l'assemblage de l'échangeur par superposition des éléments de circuit ainsi fabriqués. L'ensemble est ensuite assemblé par brasage.The manufacture of the exchanger will therefore include a production station for producing the tubes, a press for producing the end pieces and an automatic machine for inserting the end pieces on the tubes. Then passes directly to the assembly of the exchanger by superposition circuit elements thus manufactured. The assembly is then assembled by soldering.

On a représenté sur la figure 8a une vue en perspective d'une extrémité ouverte d'un tube 22 destiné à la constitution d'un élément de circuit conforme à l'invention. Ce tube est -de préférence un tube extrudémulti-canaux pour pouvoir résister aux fortes pressions. Il comporte par exemple sept canaux 46 séparés par six cloisons de séparation 48. Un tel tube est destiné, notamment, à contenir un fluide sous haute pression. Les cloisons de séparation 48 renforcent le tube et l'empêchent de se bomber sous la pression du fluide.We have shown on the figure 8a a perspective view of an open end of a tube 22 for constituting a circuit element according to the invention. This tube is preferably an extrudemulti-channel tube to withstand high pressures. It comprises for example seven channels 46 separated by six partition walls 48. Such a tube is intended, in particular, to contain a fluid under high pressure. The partition walls 48 reinforce the tube and prevent it from bulging under the pressure of the fluid.

En outre, le tube comporte une ouverture circulaire latérale 220 sur une de ses parties d'extrémités ou sur ses deux parties d'extrémités (une seule extrémité représentée) selon qu'il est assemblé à un ou deux embouts. Cette ouverture 220 du tube est adaptée aux ouvertures éventuelles 28b de l'embout correspondant.In addition, the tube has a lateral circular opening 220 on one of its end portions or on both of its end portions (only one end shown) as it is connected to one or two end pieces. This opening 220 of the tube is adapted to the possible openings 28b of the corresponding endpiece.

Plus précisément, l'embout 24 est emmanché sur l'extrémité du tube de telle manière que l'ouverture 220 soit situé sensiblement en regard de l'ouverture ou des ouvertures 28b des branches 31, ce qui forme le passage du premier fluide.More specifically, the tip 24 is fitted on the end of the tube so that the opening 220 is located substantially opposite the opening or openings 28b of the branches 31, which forms the passage of the first fluid.

La figure 8b est une vue en coupe longitudinale de l'extrémité d'un élément de circuit 24 selon l'invention. L'embout 24 de l'élément de circuit représenté comporte deux branches 31 d'épaisseur e_branche, la branche supérieure comportant une ouverture 28b tandis que la branche inférieure ne comporte pas d'ouverture. L'embout est emmanché dans un tube 22 d'épaisseur e_tube, qui comporte une ouverture 220 de diamètre supérieur ou égal au diamètre de l'ouverture 28b du tube supérieur. Le tube 22 comporte plusieurs canaux 46 qui débouchent dans l'ouverture 220 du tube. L'embout comporte un embouti ayant un fond en U et des ouvertures auxiliaires 45 pour faciliter le brasage. Le diamètre externe du tube est sensiblement égal au diamètre interne de l'embout. Ainsi lorsque la partie d'extrémité du tube 22 est introduite dans l'embout 24, elle vient en butée contre les parois de l'embouti sans toutefois atteindre le fond. Le fluide arrivant dans le tube par les ouvertures 28b et 220 (dont la circulation est représentée par la flèche en traits pleins) ne peut ainsi s'échapper de l'élément de circuit grâce à cet embouti 42 et circule le long des canaux.The figure 8b is a longitudinal sectional view of the end of a circuit element 24 according to the invention. The tip 24 of the circuit element shown has two branches 31 of thickness e _branch , the upper branch having an opening 28b while the lower branch has no opening. The tip is fitted into a tube 22 of thickness e _tube , which has an opening 220 of diameter greater than or equal to the diameter of the opening 28b of the upper tube. The tube 22 has several channels 46 which open into the opening 220 of the tube. The tip comprises a stamping having a U-shaped bottom and auxiliary openings 45 to facilitate brazing. The outer diameter of the tube is substantially equal to the internal diameter of the nozzle. Thus when the end portion of the tube 22 is inserted into the nozzle 24, it abuts against the walls of the stamping without reaching the bottom. The fluid arriving in the tube through the openings 28b and 220 (the circulation of which is represented by the arrow in solid lines) can not escape from the circuit element thanks to this stamp 42 and flows along the channels.

On a représenté sur la figure 9 une vue en perspective d'un autre mode de réalisation d'un embout conforme à la présente invention. Il se distingue des embouts précédents en ce que les deux branches 31 sont de longueurs différentes.We have shown on the figure 9 a perspective view of another embodiment of a nozzle according to the present invention. It differs from previous tips in that the two branches 31 are of different lengths.

En effet, les embouts représentés sur les figures 3 à 8b comportent tous des branches de même longueur qui se superposent et s'appuient l'une contre l'autre lorsqu'elles sont entièrement repliées comme on peut le voir par exemple sur la figure 7. L'embout représenté sur la figure 9 compote des branches 31 de longueurs différentes. Chaque branche a une surface généralement plate et sans bossage.Indeed, the tips represented on the Figures 3 to 8b all have branches of the same length which are superimposed and bear against each other when fully folded as can be seen for example on the figure 7 . The tip shown on the figure 9 stewed branches 31 of different lengths. Each branch has a generally flat surface and no boss.

Des embouts ayant des branches 31 de longueurs inégales permettent, par exemple, d'adapter la forme géométrique de l'échangeur à l'espace disponible dans le véhicule. Cela facilite son implantation et constitue un avantage par rapport aux échangeurs qui utilisent des boîtes collectrices 10 (figure 1) et qui doivent être nécessairement de forme rectangulaire.Endpieces having branches 31 of unequal lengths make it possible, for example, to adapt the geometrical shape of the exchanger to the space available in the vehicle. This facilitates its implementation and is an advantage over exchangers that use manifolds 10 ( figure 1 ) and which must necessarily be rectangular.

Dans les réalisations décrites précédemment, l'échangeur est constitué d'éléments de circuit comportant un tube unique 22. Les éléments de circuit qui constituent l'échangeur de l'invention peuvent également comporter deux tubes comme représenté sur la figure 11 ou plus de deux tubes comme représenté sur la figure 12, par exemple trois tubes ou davantage. Dans ce cas, chaque élément de circuit 20 comporte deux types différents d'embouts : d'une part les embouts terminaux ou embouts d'extrémité 24 décrits précédemment, d'autre part des embouts intermédiaires désignés par la référence 124. Les embouts intermédiaires se distinguent des embouts terminaux par le fait qu'ils sont reliés à deux tubes distincts au lieu d'être fixés à l'extrémité d'un tube unique. Les éléments de circuit de l'échangeur représentés sur la figure 11 comportent un seul embout intermédiaire 124. Les éléments de circuit de l'échangeur représentés sur la figure 12 comportent deux embouts intermédiaires 124.In the embodiments described above, the exchanger consists of circuit elements comprising a single tube 22. The circuit elements which constitute the exchanger of the invention may also comprise two tubes as shown in FIG. figure 11 or more than two tubes as shown on the figure 12 for example three or more tubes. In this case, each circuit element 20 comprises two different types of tips: on the one hand the end caps or end caps 24 previously described, on the other hand intermediate ends designated by the reference 124. The intermediate ends are distinguish end caps by the fact that they are connected to two separate tubes instead of being attached to the end of a single tube. The circuit elements of the exchanger represented on the figure 11 comprise a single intermediate nozzle 124. The circuit elements of the heat exchanger represented on the figure 12 have two intermediate tips 124.

On a représenté sur la figure 13 une vue en perspective qui illustre la réalisation d'un embout intermédiaire 124. Les embouts intermédiaires, comme les embouts d'extrémité, sont obtenus à partir d'une tôle, de référence une tôle d'aluminium. Dans un premier temps, cette tôle est découpée pour obtenir une forme en Y (non représentée). La forme en Y est repliée en deux et les bords sont repliés de manière à obtenir une forme fermée de faces supérieure et inférieure généralement plates et sans bossage, comme celle qui est représentée sur la figure 13. Un tube 22 est ensuite emmanché à chacune des extrémités de cette forme fermée. Les embouts intermédiaires peuvent présenter un angle comme représenté sur les figures 11, 12 et 13. Toutefois, les embouts intermédiaires pourraient également être rectilignes.We have shown on the figure 13 a perspective view which illustrates the embodiment of an intermediate nozzle 124. The intermediate ends, such as end caps, are obtained from a sheet, reference an aluminum sheet. At first, this sheet is cut to obtain a Y shape (not shown). The Y shape is folded in two and the edges are folded so as to obtain a closed form of generally flat and bossless upper and lower faces, such as that shown in FIG. figure 13 . A tube 22 is then fitted at each end of this closed form. Intermediate tips may have an angle as shown on the Figures 11, 12 and 13 . However, the intermediate tips could also be straight.

L'invention n'est pas non plus limitée au tube 22 décrit ci-dessus en référence à la figure 8. En effet, d'autres types de tubes peuvent être utilisés.The invention is also not limited to the tube 22 described above with reference to the figure 8 . Indeed, other types of tubes can be used.

Par exemple, le tube 22 représenté sur la figure 20 s'apparente au tube 22 de la figure 8a, si ce n'est qu'il est réalisé par conformation d'une tôle pliée 70 et non par extrusion. Cette tôle 70 comporte deux bords longitudinaux 72 qui sont réunis mutuellement. Par ailleurs, cette tôle comporte des replis intérieures 74 propres à définir des cloisons délimitant sept canaux intérieurs 46. Le tube comporte par ailleurs une ouverture circulaire latérale 220 analogue à celle du tube de la figure 8a. Un tel tube est particulièrement adapté pour une utilisation dans un refroidisseur d'huile.For example, the tube 22 shown on the figure 20 is similar to tube 22 of the figure 8a except that it is made by conformation of a folded sheet 70 and not by extrusion. This sheet 70 has two longitudinal edges 72 which are joined together. Furthermore, this sheet has internal folds 74 adapted to define partitions defining seven interior channels 46. The tube further comprises a lateral circular opening 220 similar to that of the tube of the figure 8a . Such a tube is particularly suitable for use in an oil cooler.

Un autre exemple de tube 22 est représenté sur la figure 21. Ce tube 22, qui s'apparente également à celui de la figure 8, est un tube plat qui peut être réalisé par extrusion. Ce tube loge intérieurement un insert ondulé 76, ce qui permet de définir une multiplicité de canaux de -circulation 46 à l'intérieur du tube. Il comporte en outre une -ouverture circulaire latérale 220 analogue à celle du tube de la figure 8a. Un tel tube est également adapté pour une utilisation dans un refroidisseur d'huile.Another example of tube 22 is shown on the figure 21 . This tube 22, which is also similar to that of the figure 8 , is a flat tube that can be made by extrusion. This tube internally houses a corrugated insert 76, which allows to define a multiplicity of -circulation channels 46 inside the tube. It further comprises a lateral circular opening 220 similar to that of the tube of the figure 8a . Such a tube is also suitable for use in an oil cooler.

L'élément de circuit de l'invention peut être utilisé pour réaliser différents types d'échangeur de chaleur et en particulier des condenseurs pour des installations de climatisation de véhicules automobiles et des refroidisseurs d'huile.The circuit element of the invention can be used to realize different types of heat exchanger and in particular condensers for motor vehicle air conditioning plants and oil coolers.

Les figures 14 à 16 illustrent un échangeur selon un premier mode de réalisation de l'invention. L'échangeur représenté est propre à supporter de fortes pressions typiquement supérieures à 100 bars. Il est adapté en particulier pour une utilisation avec:

un premier fluide à haute pression (notamment supérieure à 100 bars), par exemple le fluide frigorigène CO₂ (R744) ou le fluide R134a, et
un deuxième fluide à basse pression (notamment inférieure à 10 bars), par exemple le liquide de refroidissement moteur.

The Figures 14 to 16 illustrate an exchanger according to a first embodiment of the invention. The exchanger shown is able to withstand high pressures typically greater than 100 bar. It is particularly suitable for use with:

a first high-pressure fluid (especially greater than 100 bar), for example the refrigerant CO ₂ (R744) or the fluid R134a, and
a second fluid at low pressure (especially less than 10 bar), for example the engine coolant.

Cet échangeur peut être utilisé comme refroidisseur ou réchauffeur d'huile et dans ce cas l'échange de chaleur se produit entre l'huile (premier fluide) et le liquide de refroidissement moteur (deuxième fluide).This exchanger can be used as cooler or oil heater and in this case heat exchange occurs between the oil (first fluid) and the engine coolant (second fluid).

Il peut être également utilisé comme échangeur de chaleur pour des circuits de climatisation automobile fonctionnant avec le fluide frigorigène CO₂ ou R744.It can also be used as a heat exchanger for automotive air conditioning systems operating with CO ₂ or R744 refrigerant.

En particulier, il peut être utilisé comme évaporateur entre le fluide CO₂ et le liquide de refroidissement à refroidir. Le liquide de refroidissement circule ensuite dans un radiateur "froid" dans l'appareil de ventilation et de climatisation de l'habitacle du véhicule.In particular, it can be used as an evaporator between the CO ₂ fluid and the coolant to be cooled. The coolant then circulates in a "cold" radiator in the ventilation and air conditioning unit of the passenger compartment of the vehicle.

Il peut encore être utilisé comme échangeur (avec une fonction de réchauffement ou de refroidissement) entre le fluide frigorigène R744 et le liquide de refroidissement moteur.It can still be used as a heat exchanger (with a heating or cooling function) between the R744 refrigerant and the engine coolant.

Les échangeurs de chaleur classiques utilisant le liquide de refroidissement comme deuxième fluide, par exemple pour le refroidissement de l'huile, comprennent généralement un empilage de plaques à la place d'un faisceau de tubes. Mais de tels échangeurs résistent mal à la haute pression du premier fluide sans renforts importants. L'échangeur de chaleur proposé ci-après est à la fois simple et modulaire tout en résistant aux hautes pressions.Conventional heat exchangers using the coolant as a second fluid, for example for cooling the oil, generally comprise a stack of plates instead of a bundle of tubes. But such exchangers poorly withstand the high pressure of the first fluid without significant reinforcements. The heat exchanger proposed hereafter is both simple and modular while resisting high pressures.

On a représenté sur la figure 14 une vue partielle en perspective d'un échangeur de chaleur 2' selon le premier mode de réalisation de l'invention. Cette vue montre un faisceau 35 d'éléments de circuit 20 obtenu en assemblant au préalable chaque tube 22 avec ses embouts respectifs et en empilant les éléments de circuit les uns sur les autres.We have shown on the figure 14 a partial perspective view of a heat exchanger 2 'according to the first embodiment of the invention. This view shows a beam of circuit elements 20 obtained by assembling the prior to each tube 22 with its respective tips and stacking the circuit elements on each other.

La figure 14 montre notamment les tubulures d'entrée 58 et de sortie 60 du premier fluide. Le trajet du premier fluide est illustré par des flèches en traits interrompus et le trajet du deuxième fluide par des flèches en traits pleins.The figure 14 shows in particular the inlet pipes 58 and outlet 60 of the first fluid. The path of the first fluid is illustrated by arrows in broken lines and the path of the second fluid by arrows in solid lines.

Le premier fluide à haute pression circule alternativement dans les tubes 22 comme décrit précédemment, grâce à la structure des éléments de circuit.The first high pressure fluid circulates alternately in the tubes 22 as previously described, thanks to the structure of the circuit elements.

Le deuxième fluide à basse pression circule entre les tubes à l'extérieur suivant la direction axiale des tubes et dans le sens opposé au sens de circulation du premier fluide. La tubulure de sortie 52 du deuxième fluide est représentée sur la figure 14.The second fluid at low pressure circulates between the tubes outside in the axial direction of the tubes and in the opposite direction to the flow direction of the first fluid. The outlet pipe 52 of the second fluid is represented on the figure 14 .

Le faisceau des tubes empilés 35 est agencé dans un boîtier extérieur 64 constitué de plusieurs éléments de boîtier brasés entre eux après placement du faisceau. Des plaques latérales sont au préalable brasées sur le faisceau pour forcer l'écoulement du deuxième fluide entre les tubes.The bundle of stacked tubes 35 is arranged in an outer casing 64 consisting of several casing elements brazed together after placement of the bundle. Side plates are previously brazed to the beam to force the flow of the second fluid between the tubes.

Sur la figure 16, qui représente un détail agrandi de la figure 14, les tubes 22 d'un élément de circuit sont représentés avec leurs embouts respectifs 24. Dans l'exemple de la figure 16, on utilise des tubes à petits canaux réalisés par extrusion pour une bonne tenue aux hautes pressions, notamment supérieures à 130 bars.On the figure 16 , which represents an enlarged detail of the figure 14 , the tubes 22 of a circuit element are shown with their respective ends 24. In the example of the figure 16 small-channel tubes made by extrusion are used for good resistance to high pressures, especially greater than 130 bar.

La figure 15 est une vue extérieur -du boîtier 64 de l'échangeur 2' après assemblage. Les tubulures d'entrée et de sortie 58 et 60 du premier fluide sont généralement orientées suivant la direction normale aux faces des tubes (axe z) et les tubulures d'entrée et sortie 50 et 52 du deuxième fluide sont généralement orientées selon la dilection perpendiculaire à l'axe des tubes et aux faces des tubes (axe x). Un boîtier 64 permet la circulation du deuxième fluide à basse pression, dans l'échangeur. Ce boîtier est constitué de deux demi-boîtiers 640 et 641 brasés entre eux.The figure 15 is an external view of the housing 64 of the exchanger 2 'after assembly. The inlet and outlet pipes 58 and 60 of the first fluid are generally oriented in the normal direction to the faces of the tubes (z-axis) and the inlet and outlet pipes 50 and 52 of the second fluid are generally oriented according to the perpendicular dilection. to the axis of the tubes and to the faces of the tubes (x-axis). A housing 64 allows the circulation of the second fluid to low pressure, in the exchanger. This housing consists of two half-housings 640 and 641 brazed together.

Le boîtier 64 canalise rigoureusement le fluide qui circule entre les tubes, ce qui améliore l'échange thermique.The housing 64 tightly channels the fluid flowing between the tubes, which improves the heat exchange.

L'échangeur de chaleur décrit ci-avant a en outre une résistance satisfaisante aux hautes pressions contrairement aux échangeurs de l'art antérieur qui utilisent le liquide de refroidissement comme deuxième fluide.The heat exchanger described above also has satisfactory resistance to high pressures unlike the exchangers of the prior art which use the coolant as the second fluid.

Les figures 17 à 19 illustrent un échangeur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. L'échangeur représenté est propre à supporter de fortes pressions typiquement supérieures à 100 bars. Il est adapté à une utilisation avec:

un premier fluide à haute pression (notamment supérieure à 100 bars), par exemple le fluide frigorigène CO₂ (R744), et
un deuxième fluide à haute pression, également le fluide frigorigène CO₂ par exemple.

The Figures 17 to 19 illustrate an exchanger according to a second embodiment of the invention. The exchanger shown is able to withstand high pressures typically greater than 100 bar. It is suitable for use with:

a first fluid at high pressure (in particular greater than 100 bar), for example the CO ₂ refrigerant (R744), and
a second fluid at high pressure, also the refrigerant CO ₂ for example.

Il peut être utilisé comme échangeur de chaleur pour des circuits de climatisation automobile fonctionnant avec le fluide frigorigène CO₂, tel que l'Echangeur de Chaleur Interne (IHX internal Heat Exchanger).It can be used as a heat exchanger for automotive air conditioning systems operating with CO ₂ refrigerant, such as the Internal Heat Exchanger (IHX).

La figure 17 est une vue d'ensemble en perspective montrant un échangeur de chaleur 2" selon le deuxième mode de réalisation de l'invention.The figure 17 is an overall perspective view showing a heat exchanger 2 "according to the second embodiment of the invention.

L'échangeur comprend un faisceau de tubes 35". Ce faisceau est constitué d'un empilement d'éléments de circuit conformes à l'invention.The exchanger comprises a bundle of tubes 35 "This bundle consists of a stack of circuit elements according to the invention.

Les éléments de circuit du faisceau de tubes 35" définissent un passage pour la circulation du premier fluide, comme décrit précédemment.The circuit elements of the tube bundle 35 "define a passage for the circulation of the first fluid, as previously described.

La figure 17 montre en particulier la tubulure de sortie 60" du premier fluide. La circulation du premier fluide est illustrée par des flèches en traits interrompus.The figure 17 shows in particular the outlet tubing 60 "of the first fluid The circulation of the first fluid is illustrated by arrows in broken lines.

La figure 17 montre également la tubulure d'entrée 50" du deuxième fluide. La tubulure 50" est préfixée sur le faisceau 35". La circulation du deuxième fluide est illustrée par les flèches en traits pleins. Le deuxième fluide à haute pression circule entre les tubes à l'extérieur suivant la direction axiale des tubes et dans le sens opposé au sens de circulation du premier fluide.The figure 17 also shows the inlet pipe 50 "of the second fluid The pipe 50" is prefixed on the beam 35 "The circulation of the second fluid is illustrated by the arrows in solid lines The second fluid at high pressure circulates between the tubes the outside in the axial direction of the tubes and in the opposite direction to the flow direction of the first fluid.

Le faisceau 35" est agencé dans un boîtier 64" constitué de plusieurs éléments de boîtier brasés entre eux après introduction du faisceau. En particulier, ce boîtier est constitué de deux demi-coquilles 640" et 641" brasées entre elles pour former sensiblement un cylindre et de deux couvercles latéraux, notamment en forme de demi-sphère, qui viennent refermer les extrémités du cylindre. Seul un couvercle 642" est représenté sur la figure 17 pour faire apparaître les éléments intérieurs de l'échangeur 2".The beam 35 "is arranged in a housing 64" consisting of several housing elements brazed together after introduction of the beam. In particular, this housing consists of two half-shells 640 "and 641" brazed together to form substantially a cylinder and two side covers, in particular in the form of a half-sphere, which close the ends of the cylinder. Only a lid 642 "is shown on the figure 17 to reveal the interior elements of the exchanger 2 ".

En référence à la figure 18 qui est une vue en perspective interne de l'échangeur 2", des plaques latérales 70 sont au préalable brasées sur le faisceau pour forcer l'écoulement du deuxième fluide entre les tubes.With reference to the figure 18 which is an internal perspective view of the exchanger 2 ", the side plates 70 are previously brazed on the beam to force the flow of the second fluid between the tubes.

Sur la figure 19 qui est une vue partielle à plus grande échelle de l'échangeur, les tubes 22 sont représentés avec leurs embouts respectifs 24. Les tubes sont également des tubes à petits canaux qui peuvent être obtenus par extrusion pour une tenue aux hautes pressions, notamment supérieures à 130 bars.On the figure 19 which is a partial view on a larger scale of the exchanger, the tubes 22 are shown with their respective ends 24. The tubes are also tubes with small channels that can be obtained by extrusion for high-pressure resistance, especially greater than 130 bars.

Dans les échangeurs décrits en référence aux premier et deuxième modes de réalisation, le boîtier extérieur est obtenu par brasage des éléments de boîtier et des éléments de circuit en une seule opération. En variante, le boîtier extérieur peut être une pièce moulée en matière plastique, dans lequel est placé l'empilement d'éléments de circuit brasé au préalable.In the exchangers described with reference to the first and second embodiments, the outer casing is obtained by brazing the casing elements and the circuit elements in a single operation. Alternatively, the outer casing may be a molded plastic part, in which is placed the stack of pre-brazed circuit elements.

Un turbulateur peut être ajouté dans l'espace compris entre les tubes dans les échangeurs du premier et deuxième mode de réalisation de l'invention afin d'améliorer l'échange thermique et la résistance mécanique. Il peut être réalisé à la molette où embouti. Lors de l'assemblage des composants de l'échangeur, il est brasé sur les tubes.A turbulator can be added in the space between the tubes in the exchangers of the first and second modes of embodiment of the invention to improve heat exchange and mechanical strength. It can be achieved at the wheel or stamped. When assembling the components of the exchanger, it is brazed on the tubes.

De tels échangeurs permettent de remplacer les composants usinés de l'art antérieur, tels que le collecteur par une structure modulaire moins coûteuse. Le nombre et la longueur des éléments de circuit peuvent être modifiés simplement. La surface d'échange est donc facilement modifiable sans utiliser d'outils.Such exchangers make it possible to replace the machined components of the prior art, such as the collector, with a less expensive modular structure. The number and length of the circuit elements can be changed simply. The exchange surface is easily modifiable without the use of tools.

Bien évidemment, les échangeurs décrits ci-dessus selon le premier et le deuxième mode de réalisation de l'invention ne sont pas limités à une utilisation pour un circuit de climatisation fonctionnant avec le fluide frigorigène CO₂, et peuvent utiliser toute sorte de fluide pour réaliser l'échange thermique (gaz, liquide multi-phase, etc.)Of course, the exchangers described above according to the first and second embodiments of the invention are not limited to use for an air conditioning circuit operating with the refrigerant CO ₂ , and can use any kind of fluid for perform heat exchange (gas, multi-phase liquid, etc.)

Par ailleurs, l'invention n'est pas limitée aux échangeurs décrits ci-dessus conformément au premier et au deuxième mode de réalisation. D'autres types d'échangeurs de chaleur réalisés à partir de l'élément de circuit de l'invention peuvent être envisagés. De manière générale, de tels échangeurs peuvent comprendre:

un faisceau constitué d'éléments de circuit empilés conformes à l'invention;
des plaques latérales brasées avec le faisceau; et
des éléments de boîtier, soudés entre eux pour former un boîtier extérieur après introduction du faisceau, ce boîtier extérieur canalisant le deuxième fluide, ou un boîtier moulé en matière plastique dans lequel est placé l'empilement d'éléments de circuit brasé au préalable.

Furthermore, the invention is not limited to the exchangers described above according to the first and second embodiments. Other types of heat exchangers made from the circuit element of the invention can be envisaged. In general, such exchangers can comprise:

a beam consisting of stacked circuit elements according to the invention;
side plates brazed with the beam; and
housing members, welded together to form an outer housing after beam introduction, the outer housing channeling the second fluid, or a molded plastic housing in which is placed the pre-soldered circuit element stack.

L'utilisation d'éléments de circuit dans les échangeurs permet de simplifier leur fabrication. Le procédé de fabrication des échangeurs conformes à l'invention peut ainsi comprendre:

le pré-assemblage des tubes avec leurs embouts respectifs,
l'empilement des éléments de circuit, pour former le faisceau,
le brasage du faisceau avec des plaques latérales,
l'introduction du faisceau dans une des portions du boîtier, et
le soudage de tous les éléments de boîtier.

The use of circuit elements in the exchangers makes it possible to simplify their manufacture. The method of manufacturing the exchangers according to the invention can thus comprise:

the pre-assembly of the tubes with their respective tips,
stacking the circuit elements, to form the beam,
brazing the beam with side plates,
introducing the beam into one of the housing portions, and
welding of all housing elements.

L'utilisation des éléments de circuit dans les échangeurs selon l'invention permet ainsi d'obtenir à la fois une structure simplifiée et moins coûteuse que les réalisations de l'art antérieur, une résistance aux hautes pressions, un pas p_tube réduit entre les tubes du faisceau, un encombrement réduit, et un échange de chaleur satisfaisant.The use of the circuit elements in the exchangers according to the invention thus makes it possible to obtain both a simplified and less expensive structure than the embodiments of the prior art, a resistance to high pressures, a reduced pitch between _tubes. beam tubes, reduced bulk, and satisfactory heat exchange.

Claims

Hydraulic circuit element (20) for the exchange of heat between a first fluid and a second fluid, defining a path for the first fluid,
the circuit element comprising at least one tube (22) having at least one open end and an endpiece (24) able to accept a single end of tube (22), the said endpiece (24) comprising an end wall (42) closing off the said end and a lateral wall surrounding the tube in the vicinity of the said end, the lateral wall comprising at least one opening (28b) in communication with a lateral opening (220) of the tube in order to contribute to defining the path of the first fluid, characterized in that the lateral wall of the endpiece (24) presses closely against the tube (22) via its entire surface.
Circuit element according to Claim 1, characterized in that each endpiece is made up of a strip of sheet metal that is chased to form the said end wall (42) and bent to form two branches (31), the lateral wall comprising the said branches.
Circuit element according to Claim 2, characterized in that the two branches (31) of each endpiece (24) are of equal lengths.
Circuit element according to Claim 2, characterized in that the two branches (31) of each endpiece (24) are of unequal lengths.
Circuit element according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the said branches have a generally flat surface.
Circuit element according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the said tube or tubes (22) are generally flat.
Circuit element according to Claim 6, characterized in that each tube (22) comprises multiple channels.
Circuit element according to one of Claims 1 to 7, characterized in that it comprises a single tube (22) comprising a terminating endpiece (24) at each of its ends.
Circuit element according to one of Claims 1 to 7, characterized in that it is made up of several tubes (22), an intermediate endpiece (124) being present between two successive tubes (22).
Circuit element according to Claim 9, characterized in that it has a rectilinear shape.
Circuit element according to Claim 9, characterized in that it has a broken overall shape.
Heat exchanger (2; 2'), notably for a motor vehicle, comprising a stack (35; 35') of circuit elements (20) according to one of the preceding claims communicating with one another via the openings (28b) of the said endpieces (24) so as to allow the first fluid to pass between the said circuit elements.
Heat exchanger according to Claim 12, characterized in that the circuit elements (20) come into contact via the branches of their respective endpieces (24) when they are stacked, so that a branch (31) of one circuit element (20) rests on a branch (31) of an adjacent circuit element (20).
Heat exchanger according to one of Claims 12 and 13, characterized in that it contains a refrigerant by way of first fluid and the coolant liquid by way of second fluid.
Heat exchanger according to one of Claims 12 and 13, characterized in that it contains a refrigerant as first fluid and as second fluid.
Heat exchanger according to one of Claims 14 and 15, characterized in that the said refrigerant is of R744.
Heat exchanger according to one of Claims 12 and 13, characterized in that it contains oil by way of first fluid and coolant liquid by way of second fluid.
Heat exchanger according to one of Claims 12 to 17, characterized in that the pitch p_tube between the respective tubes of two adjacent circuit elements (20) is equal to 2*e_branch + e_tube,
where e_branch denotes the thickness of a branch of an endpiece (24) and e_tube denotes the thickness of the tube (22).
Heat exchanger according to one of Claims 12 to 18, characterized in that it comprises two end plates (70) brazed onto the stack of circuit elements (35).
Heat exchanger according to one of Claims 12 to 19, characterized in that it comprises an outer housing (64; 64') in which the stack (35; 35') of circuit elements (20) is arranged.
Heat exchanger according to Claim 20, characterized in that the outer housing (64) is made up of housing elements (641, 640; 641", 640"; 642") brazed together.
Heat exchanger according to Claim 21, characterized in that the housing elements comprise half shells (641", 640"), and two covers (642") welded to the ends formed by the said half shells.
Heat exchanger according to Claim 20, characterized in that the outer housing (64; 64') is a moulded plastic component in which the brazed stack (35; 35') of elements is placed.
Heat exchanger according to one of Claims 12 to 23, characterized in that it comprises a turbulator arranged in the space delimited by two adjacent circuit elements.