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FR3126764A1 - Echangeur de chaleur d’une boucle de fluide refrigerant. - Google Patents

Echangeur de chaleur d’une boucle de fluide refrigerant. Download PDF

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FR3126764A1
FR3126764A1 FR2109215A FR2109215A FR3126764A1 FR 3126764 A1 FR3126764 A1 FR 3126764A1 FR 2109215 A FR2109215 A FR 2109215A FR 2109215 A FR2109215 A FR 2109215A FR 3126764 A1 FR3126764 A1 FR 3126764A1
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FR
France
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tubes
heat exchanger
exchange surface
outlet
inlet
Prior art date
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Pending
Application number
FR2109215A
Other languages
English (en)
Inventor
Gael Durbecq
Kamel Azzouz
Jeremy Blandin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
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Priority to PCT/EP2022/073512 priority patent/WO2023030971A1/fr
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur (2) pour une boucle de fluide réfrigérant d’un véhicule, comprenant une surface d’échange (12) de chaleur destinée à être traversée par un flux d’air (102) et comprenant une pluralité de tubes (20), au moins un premier circuit (24) de fluide réfrigérant constitué d’une première partie (28a) de la pluralité de tubes (20) et d’un premier collecteur d’entrée (16a) fluidiquement connecté à la première partie (28a) de la pluralité de tubes (20), au moins un deuxième circuit (26) de fluide réfrigérant constitué d’une deuxième partie (28b) de la pluralité de tubes (20), d’un deuxième collecteur d’entrée (16b) fluidiquement connecté à la deuxième partie (28b) de la pluralité de tubes (20), le premier collecteur d’entrée (16a) et le deuxième collecteur d’entrée (16b) étant opposés l’un de l’autre suivant une direction d’allongement principal (A) des tubes (20). Fig 3

Description

ECHANGEUR DE CHALEUR D’UNE BOUCLE DE FLUIDE REFRIGERANT.
La présente invention concerne une boucle de fluide réfrigérant destinée à la circulation d’un fluide réfrigérant et appliquée à une installation de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation pour véhicule automobile, et plus particulièrement pour des voitures électriques ou des voitures hybrides.
Une voiture électrique ou hybride comporte une boucle de fluide réfrigérant afin de faire varier la température à l’intérieur de son habitacle, et notamment pour le réchauffer en période hivernale et pour le refroidir en période estivale. La température de l’habitacle est notamment modifiée au moyen du fluide réfrigérant circulant dans la boucle de fluide réfrigérant entre un dispositif d’échange thermique disposé dans le véhicule au voisinage de l’habitacle, et un échangeur de chaleur situé au contact de l’air ambiant, en face avant du véhicule. Ainsi, le fluide réfrigérant circulant dans la boucle de fluide réfrigérant absorbe ou cède des calories au niveau de l’échangeur de chaleur ou du dispositif d’échange thermique en fonction des besoins de chauffage ou de refroidissement de l’habitacle. L’utilisation d’un compresseur et le cas échéant d’un détendeur est notamment nécessaire pour modifier la pression du fluide réfrigérant dans la boucle de fluide réfrigérant afin de modifier thermodynamiquement la température du fluide réfrigérant amené à passer par la suite à travers le dispositif d’échange thermique et l’échangeur de chaleur.
L’échangeur de chaleur situé en face avant du véhicule permet l’échange de calories entre le fluide réfrigérant qui circule dans des tubes disposés les uns au-dessus des autres et espacés entre eux par des intercalaires, et un flux d’air, provenant de l’extérieur du véhicule et traversant ledit échangeur de chaleur entre les tubes au niveau des intercalaires.
Dans les véhicules électriques ou hybrides, il est connu de configurer la boucle de fluide réfrigérant et l’échangeur de chaleur en face avant pour former une pompe à chaleur réversible au sein de laquelle l’échangeur de chaleur est apte à fonctionner en mode condenseur, en été, pour assurer le refroidissement de l’habitacle via le dispositif d’échange thermique formant un évaporateur dans l’installation de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation, et à fonctionner en mode évaporateur, en hiver, pour assurer le chauffage dans l’habitacle via le dispositif d’échange thermique formant un condenseur.
Un problème d’un tel échangeur de chaleur placé en face avant du véhicule réside alors dans son fonctionnement en évaporateur, lorsque le différentiel de température tend à réchauffer le flux d’air humide et créer des gouttelettes de condensation qui se déposent en surface de l’échangeur de chaleur. Si la température du fluide réfrigérant circulant dans les tubes est trop basse, et que par conduction thermique les intercalaires entre les tubes sont trop froids, le refroidissement des gouttelettes de condensation peut former du givre localement sur les intercalaires entre les tubes de l’échangeur de chaleur. Une telle présence de givre génère des obstacles au passage d’air à travers l’échangeur de chaleur et tend donc à diminuer les capacités thermiques de l’échangeur de chaleur.
La présente invention vise à remédier à cet inconvénient, en proposant une boucle de fluide réfrigérant, et plus particulièrement un échangeur de chaleur, permettant de limiter la formation de givre sur ce dernier. L’invention permet donc d’augmenter les capacités thermiques de l’échangeur de chaleur et donc de la boucle de fluide réfrigérant.
L’invention porte donc sur un échangeur de chaleur pour une boucle de fluide réfrigérant, comprenant une surface d’échange de chaleur, la surface d’échange de chaleur comprenant une pluralité de tubes, l’échangeur de chaleur étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant constitué d’une première partie de la pluralité de tubes, d’un premier collecteur d’entrée fluidiquement connecté à la première partie de la pluralité de tubes et d’un premier collecteur de sortie fluidiquement connecté à la première partie de la pluralité de tubes, l’échangeur de chaleur comprenant au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant constitué d’une deuxième partie de la pluralité de tubes, d’un deuxième collecteur d’entrée fluidiquement connecté à la deuxième partie de la pluralité de tubes et d’un deuxième collecteur de sortie fluidiquement connecté à la deuxième partie de la pluralité de tubes, la première partie de la pluralité de tubes et la deuxième partie de la pluralité de tubes étant fluidiquement distinctes l’une de l’autre, le premier collecteur d’entrée étant disposé à une première extrémité de la surface d’échange de chaleur et le deuxième collecteur d’entrée étant disposé à une deuxième extrémité de la surface d’échange de chaleur opposée à la première extrémité.
La boucle de fluide réfrigérant peut être disposée au sein d’un véhicule, par exemple électrique ou hybride, afin de réchauffer ou refroidir un habitacle dudit véhicule, notamment via un échange de calories au sein de l’échangeur de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d’air extérieur, la surface d’échange de chaleur étant destinée à être traversée par ce flux d’air extérieur.
La boucle de fluide réfrigérant peut consister en une pompe à chaleur réversible et l’échangeur de chaleur peut être un évapo-condenseur au sein duquel circule le fluide réfrigérant. De manière plus précise, l’échangeur de chaleur comprend la surface d’échange de chaleur au sein de laquelle s’effectuent les échanges de calories entre le flux d’air traversant ladite surface d’échange, et le fluide réfrigérant circulant au sein de la pluralité de tubes de ladite surface d’échange, le fluide réfrigérant captant ou cédant des calories au flux d’air en fonction de la configuration de la boucle de fluide réfrigérant, destinée à chauffer ou refroidir l’habitacle.
Les tubes sont empilés le long d’une direction d’empilement, avec un espace laissé entre deux tubes voisins pour laisser passage au flux d’air traversant la surface d’échange de chaleur. Ces tubes sont configurés pour canaliser le fluide réfrigérant le long d’une direction d’allongement principal des tubes et ils sont reliés chacun fluidiquement à des chambres d’entrée permettant l’alimentation en fluide réfrigérant et des chambres de sortie permettant l’évacuation de ce fluide réfrigérant.
Le premier collecteur d’entrée et le deuxième collecteur d’entrée respectivement du premier circuit et du deuxième circuit sont fluidiquement reliés à une première portion de la boucle de fluide réfrigérant, ladite première portion étant à considérer comme la portion reliant un échangeur thermique, qui peut consister en un condenseur ou un évaporateur selon la configuration de fonctionnement de la boucle de régulation, à l’échangeur de chaleur et empruntée en ce sens par le fluide réfrigérant. Cette première portion peut notamment comporter au moins un compresseur ou un organe de détente. Un embranchement est formé sur la première portion de la boucle de fluide réfrigérant et le fluide réfrigérant qui y circule est scindé en deux flux dirigés respectivement vers le premier collecteur d’entrée et vers le deuxième collecteur d’entrée.
Le premier collecteur de sortie et le deuxième collecteur de sortie respectivement du premier circuit et du deuxième circuit sont fluidiquement reliés à une deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant étant à considérer comme la portion reliant l’échangeur de chaleur à l’échangeur thermique précédemment évoqué, qui peut consister en un condenseur ou un évaporateur selon la configuration de fonctionnement de la boucle de régulation, et empruntée en ce sens par le fluide réfrigérant. Cette deuxième portion peut notamment comporter au moins un compresseur ou un organe de détente. Un raccordement est formé entre les deux collecteurs de sortie et la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant afin que les deux flux sortant des collecteurs de sortie convergent vers la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant.
Lorsque la boucle de fluide réfrigérant est dans une configuration où elle chauffe l’habitacle, le fluide réfrigérant entrant dans l’échangeur de chaleur est plus froid que le flux d’air traversant ledit échangeur de chaleur, ledit fluide réfrigérant ayant été détendu par l’organe de détente en amont de l’entrée de l’échangeur de chaleur. Ainsi, bien que le flux d’air en provenance de l’extérieur du véhicule présente une température basse, on comprend que ledit flux d’air est destiné à céder ses calories au fluide réfrigérant afin de le réchauffer. Le fluide réfrigérant est réchauffé au fur et à mesure qu’il circule dans la pluralité de tubes, depuis le collecteur d’entrée jusqu’au collecteur de sortie.
On tire alors avantage du premier collecteur d’entrée et du deuxième collecteur d’entrée, et notamment de leur disposition particulière à des extrémités opposées de la surface d’échange, en ce qu’ils permettent d’éviter des gradients de température importants d’une extrémité à l’autre de la surface d’échange de chaleur, la portion de fluide réfrigérant destiné à pénétrer dans la surface d’échange via le premier collecteur d’entrée étant destiné à circuler en sens opposé à celui de la circulation de la portion de fluide réfrigérant destiné à pénétrer dans la surface d’échange via le deuxième collecteur d’entrée. De manière plus précise, la circulation du fluide réfrigérant dans le premier circuit et la circulation du fluide réfrigérant dans le deuxième circuit sont dans des sens inversés, permettant une meilleure répartition du gradient de température du fluide réfrigérant dans la surface d’échange. La température de la surface d’échange est ainsi plus homogène, de telle sorte qu’on limite la formation de givre sur ladite surface d’échange de l’échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins un tube du premier circuit est disposé entre deux tubes du deuxième circuit le long de la direction d’empilement des tubes.
On comprend que les tubes de la première partie de la pluralité de tubes et les tubes de la deuxième partie de la pluralité de tubes sont mélangés au sein de l’empilement des tubes formant la surface d’échange de chaleur. On permet ainsi une meilleure répartition de la température du fluide réfrigérant au sein de la surface d’échange de l’échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, les tubes de la première partie de la pluralité de tubes sont disposés en alternance avec les tubes de la deuxième partie de la pluralité de tubes suivant la direction d’empilement des tubes. Dit autrement, un tube de la première partie de la pluralité de tubes est disposé entre deux tubes de la deuxième partie de la pluralité de tubes suivant la direction d’empilement, et inversement.
De manière alternative, au moins deux tubes de la première partie de la pluralité de tubes, successifs suivant la direction d’empilement des tubes, sont séparés l’un de l’autre suivant la direction d’empilement des tubes, par au moins deux tubes de la deuxième partie de la pluralité de tubes.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier collecteur de sortie est disposé à la deuxième extrémité de la surface d’échange de chaleur et le deuxième collecteur de sortie est disposé à la première extrémité de la surface d’échange de chaleur opposée à la deuxième extrémité le long de la direction d’allongement principal de la pluralité de tubes.
On comprend alors que le collecteur d’entrée et le collecteur de sortie du premier circuit, respectivement le collecteur d’entrée et le collecteur de sortie du deuxième circuit, sont à des extrémités opposées l’une de l’autre de la surface d’échange, suivant la direction d’allongement principal de la pluralité de tubes.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier collecteur d’entrée et le deuxième collecteur de sortie forment un ensemble disposé à la première extrémité de la surface d’échange, l’ensemble formé par le premier collecteur de sortie et le deuxième collecteur d’entrée étant disposé à la deuxième extrémité de la surface d’échange.
Selon une caractéristique de l’invention, les collecteurs du premier circuit sont en regard l’un de l’autre suivant la direction d’allongement principal des tubes et les collecteurs du deuxième circuit sont en regard l’un de l’autre suivant la direction d’allongement principal des tubes.
Selon une caractéristique de l’invention, les collecteurs positionnés à une même extrémité de la surface d’échange de chaleur sont alignés le long d’une droite sécante à un plan principal de la surface d’échange de chaleur. De manière plus précise, les collecteurs positionnés à une même extrémité de la surface d’échange de chaleur sont alignés le long d’une droite perpendiculaire au plan principal de la surface d’échange de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, l’échangeur de chaleur comprend une pluralité d’organes de dissipation thermique s’étendant suivant la direction d’allongement principal des tubes, chaque organe de dissipation thermique étant disposé entre au moins deux tubes de la pluralité de tubes suivant leur direction d’empilement. Les organes de dissipation thermique peuvent être par exemple et de manière non limitative, des ailettes, permettant d’augmenter, par conduction thermique entre les tubes et ces ailettes, la surface d’échange de calories pour le flux d’air traversant l’échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier collecteur d’entrée et le deuxième collecteur d’entrée sont configurés pour être fluidiquement reliés de manière commune à un organe de détente de la première portion de la boucle de fluide réfrigérant. On comprend que l’embranchement formé sur la première portion de la boucle de fluide réfrigérant qui est relié à chacun des collecteurs d’entrée pour alimenter en quantité équivalente de fluide réfrigérant le premier circuit et le deuxième circuit, peut être disposé en aval de l’organe de détente, c’est-à-dire entre cet organe de détente et l’échangeur de chaleur, de sorte que les portions de fluide réfrigérant circulant dans chaque circuit soit détendu de manière homogène.
L’invention porte également sur une boucle de fluide réfrigérant comprenant au moins un compresseur, au moins un échangeur thermique, au moins un échangeur de chaleur selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes, une sortie du compresseur étant raccordée fluidiquement à l’échangeur de chaleur, au moins une sortie de l’échangeur de chaleur étant raccordé fluidiquement à l’échangeur thermique ou à une entrée du compresseur, et au moins un premier organe de détente est disposé entre l’échangeur de chaleur et l’échangeur thermique et au moins un deuxième organe de détente est disposé entre le compresseur et l’échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de la boucle de fluide réfrigérant, celle-ci comprend au moins un canal d’entrée du fluide réfrigérant dans l’échangeur de chaleur et un canal de sortie du fluide réfrigérant de l’échangeur de chaleur, les collecteurs d’entrée de l’échangeur de chaleur étant fluidiquement reliés au canal d’entrée du fluide réfrigérant et les collecteurs de sortie de l’échangeur de chaleur étant fluidiquement reliés au canal de sortie du fluide réfrigérant.
On comprend par ailleurs que le canal d’entrée du fluide réfrigérant dans le premier collecteur d’entrée et dans le deuxième collecteur d’entrée est disposé en sortie de l’organe de détente présent sur la première portion de la boucle de fluide réfrigérant. Le canal de sortie, relié fluidiquement au premier collecteur de sortie et au deuxième collecteur de sortie, est fluidiquement relié au compresseur ou à l’échangeur thermique suivant la configuration d’utilisation de la boucle de fluide réfrigérant.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
est une vue schématique d’une boucle de fluide réfrigérant selon une première configuration ;
est une vue schématique de la boucle de fluide réfrigérant de la selon une deuxième configuration ;
est une représentation schématique d’un échangeur de chaleur de la boucle de fluide réfrigérant des figures 1 et 2, comprenant un premier circuit et un deuxième circuit et une surface d’échange de chaleur comprenant une pluralité de tubes répartis en une première partie et une deuxième partie ;
est une vue en perspective d’un mode de réalisation de l’échangeur de chaleur de la , comprenant le premier circuit et le deuxième circuit et une surface d’échange de chaleur comprenant une pluralité de tubes répartis en une première partie et une deuxième partie ;
est une vue rapprochée de la surface d’échange de chaleur illustrant plusieurs tubes voisins et plusieurs organes de dissipation thermique respectivement disposés entre deux tubes.
Il faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, ces figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention, le cas échéant. Il est également à noter que ces figures n’exposent que des exemples de réalisation de l’invention. Enfin, les mêmes repères désignent les mêmes éléments dans l'ensemble des figures.
Les figures 1 et 2 illustrent une boucle de fluide réfrigérant 1 selon un aspect de l’invention destinée à équiper un véhicule, électrique ou hybride, afin de réchauffer ou refroidir un habitacle du véhicule, au moyen d’un premier flux d’air 101 dirigé vers l’habitacle du véhicule.
La boucle de fluide réfrigérant 1 comprend au moins un échangeur de chaleur 2 spécifique de l’invention, et comprend ici, dans l’exemple illustré sur les figures 1 et 2, un compresseur 4, un échangeur thermique 6, un évaporateur 8 et au moins un organe de détente 10. L’échangeur de chaleur 2 est avantageusement disposé à l’avant du véhicule afin d’être traversé par un deuxième flux d’air 102 en provenance de l’extérieur du véhicule.
Dans une première configuration de la boucle de fluide réfrigérant 1, destinée à refroidir l’habitacle du véhicule et illustrée ici sur la , le fluide réfrigérant traverse l’échangeur de chaleur 2 au sein duquel il cède des calories au deuxième flux d’air 102 traversant ledit échangeur de chaleur 2, de telle sorte que le fluide réfrigérant sort de l’échangeur de chaleur 2 à l’état liquide alors qu’il est entré à l’état gazeux. Par la suite, le fluide réfrigérant est dirigé vers un premier organe de détente 10a de la boucle de fluide réfrigérant 1, par exemple un détendeur, assurant la détente du fluide réfrigérant et l’abaissement de sa température. Ainsi, le fluide réfrigérant est plus froid en sortie du premier organe de détente 10a qu’en entrée. Suite à son passage par le premier organe de détente 10a, le fluide réfrigérant traverse l’évaporateur 8 et échange des calories avec le premier flux d’air 101 traversant ledit évaporateur 8. De manière plus précise, l’évaporateur 8 s’intègre dans un boîtier d’une installation de chauffage du véhicule qui est configuré pour diriger le premier flux d’air 101 qui traverse l’évaporateur vers l’habitacle du véhicule, et le fluide réfrigérant circulant dans l’évaporateur est plus froid que le premier flux d’air 101 lorsque celui-ci travers l’évaporateur de sorte que le fluide réfrigérant est apte à capter les calories du premier flux d’air 101 afin de le refroidir avant son entrée dans l’habitacle. Lors de l’échange de calories dans l’évaporateur 8, le fluide réfrigérant passe donc à l’état gazeux lorsqu’il capte les calories du premier flux d’air 101, notamment de par l’abaissement de son point de changement d’état par le premier organe de détente 10a.
Par la suite, en sortie d’évaporateur 8, le fluide réfrigérant sous forme gazeux est dirigé vers le compresseur 4 qui augmente la pression du fluide de réfrigérant et donc augmente sa température. Le fluide réfrigérant traverse ensuite l’échangeur thermique 6 sans effectuer d’échange de calories, ledit échangeur thermique 6 n’étant pas, dans cette configuration de la boucle de fluide réfrigérant 1, traversé par le premier flux d’air 101. En sortie de l’échangeur thermique 6, le fluide réfrigérant est dirigé vers un deuxième organe de détente 10b qui, dans cette configuration de la boucle de fluide réfrigérant 1, est inactif, le fluide réfrigérant étant dirigé vers l’échangeur de chaleur 2 en sortie du deuxième organe de détente 10b.
Dans une deuxième configuration de la boucle de fluide réfrigérant 1, destinée à chauffer l’habitacle du véhicule et illustrée ici sur la , le fluide réfrigérant traverse le compresseur 4 à l’état gazeux afin que ce dernier augmente la pression et la température du fluide réfrigérant. Par la suite, le fluide réfrigérant traverse l’échangeur thermique 6 au sein duquel il échange des calories avec le premier flux d’air 101 qui dans cette configuration traverse l’échangeur thermique 6 avant d’être dirigé vers l’habitacle du véhicule. De manière plus précise, le fluide réfrigérant cède ces calories au premier flux d’air 101, alors plus froid, afin que ledit premier flux d’air 101 soit plus chaud après avoir traversé l’échangeur thermique 6 de sorte à réchauffer l’habitacle du véhicule.
En sortie d’échangeur thermique 6, le fluide réfrigérant est devenu liquide mais est plus froid qu’en entrée d’échangeur thermique 6 et il est amené à traverser le deuxième organe de détente 10b afin que ce dernier abaisse encore la pression et la température du fluide réfrigérant. Par la suite le fluide réfrigérant traverse l’échangeur de chaleur 2 au sein duquel il échange des calories avec le deuxième flux d’air 102 le traversant. De manière plus précise, le deuxième flux d’air 102 est plus chaud que le fluide réfrigérant, et le fluide réfrigérant capte donc des calories dudit deuxième flux d’air 102 lors de son passage dans l’échangeur de chaleur 2 et ressort de ce dernier à l’état gazeux. Par la suite le fluide réfrigérant, à l’état gazeux, est redirigé vers le compresseur 4.
On comprend par ailleurs que lors de l’utilisation de la boucle de fluide réfrigérant 1 dans la deuxième configuration, qui réchauffe l’habitacle du véhicule, le fluide réfrigérant froid qui traverse l’échangeur de chaleur 2 capte des calories du deuxième flux d’air 102 en provenance de l’extérieur du véhicule, de telle sorte que la température du fluide réfrigérant augmente à mesure que celui-ci progresse dans l’échangeur de chaleur 2 depuis un collecteur d’entrée vers un collecteur de sortie. De plus, il convient de considérer que lors de l’utilisation de la boucle de fluide réfrigérant 1 dans la deuxième configuration qui réchauffe l’habitacle, c’est-à-dire en période hivernale, le deuxième flux d’air 102 est à une température basse, de sorte que la température du fluide réfrigérant peut présenter une température négative en entrée de l’échangeur de chaleur et la température des composants de cet échangeur de chaleur est particulièrement froide, susceptible de créer du givre si des gouttelettes de condensation du deuxième flux d’air se forme en surface de l’échangeur de chaleur.
L’échangeur de chaleur 2 selon l’invention, particulièrement visible aux figures 3 à 5, comprend une surface d’échange 12 de chaleur, qui s’étend dans un plan principal 14 longitudinal L et vertical V, et qui est destinée à être traversée par le deuxième flux d’air 102 en provenance de l’extérieur du véhicule. L’échangeur de chaleur 2 comprend également au moins un collecteur d’entrée 16 et au moins un collecteur de sortie 18 du fluide réfrigérant reliés fluidiquement à la surface d’échange 12 de manière à permettre respectivement l’entrée du fluide réfrigérant dans la surface d’échange et la sortie du fluide réfrigérant de cette surface d’échange.
La surface d’échange 12 de chaleur comprend une pluralité de tubes 20 empilés le long d’une direction d’empilement E, ici verticale V, et au sein de laquelle circule le fluide réfrigérant. De manière plus précise, la pluralité de tubes 20 est configurée pour canaliser le fluide réfrigérant entre l’au moins un collecteur d’entrée 16 et l’au moins un collecteur de sortie 18 le long d’une direction d’allongement principal A des tubes 20, ici longitudinale L.
La surface d’échange 12 de l’échangeur de chaleur 2 comprend par ailleurs une pluralité d’organes de dissipation thermique 22, visible à la . Chacun de ces organes de dissipation thermique 22 s’étend parallèlement à la direction d’allongement principal A des tubes 20, depuis l’au moins un collecteur d’entrée 16 jusqu’à l’au moins un collecteur de sortie 18. Chacun des organes de dissipation thermique 22 s’étend entre deux tubes 20 voisins de la pluralité de tubes 20 et permet d’augmenter la surface de contact pour le deuxième flux d’air traversant la surface d’échange 12, de manière à augmenter les performances d’échange de chaleur. Selon un exemple de l’invention, la pluralité d’organes de dissipation thermique 22 peut prendre la forme d’intercalaires ou encore d’ailettes.
Selon l’invention, l’échangeur de chaleur 2 comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant 24 et un deuxième circuit de fluide réfrigérant 26, visibles aux figures 3 et 4.
Le premier circuit de fluide réfrigérant 24 comporte notamment une première partie 28a de la pluralité de tubes 20, ainsi qu’un premier collecteur d’entrée 16a et un premier collecteur de sortie 18a qui sont fluidiquement reliés à la première partie 28a de la pluralité de tubes 20. On comprend que le premier collecteur d’entrée 16a permet de distribuer le fluide réfrigérant dans chacun des tubes de la première partie 28a, tandis que le premier collecteur de sortie 18a permet d’évacuer le fluide réfrigérant une fois qu’il a circulé à travers les tubes de la première partie 28a.
De manière plus précise, le premier collecteur d’entrée 16a est fluidiquement relié à une première portion 30a de la boucle de fluide réfrigérant 1, visible aux figures 1 et 2, agencée entre l’échangeur thermique 6, ici sous forme de condenseur, et l’échangeur de chaleur, et comportant le deuxième organe de détente 10b, évoqué précédemment. Par ailleurs le premier collecteur de sortie 18a est fluidiquement relié à une deuxième portion 30b de la boucle de fluide réfrigérant 1, reliée à l’évaporateur 8 ou au compresseur 4 selon la configuration de la boucle de régulation thermique.
Le deuxième circuit de fluide réfrigérant 26 comporte une deuxième partie 28b de la pluralité de tubes 20 de fluide réfrigérant, ainsi qu’un deuxième collecteur d’entrée 16b et un deuxième collecteur de sortie 18b qui sont fluidiquement reliés à la deuxième partie 28b de la pluralité de tubes 20. Conformément à ce qui a été décrit précédemment, le deuxième collecteur d’entrée 16b permet de distribuer le fluide réfrigérant dans chacun des tubes de la deuxième partie 28b, tandis que le deuxième collecteur de sortie 18b permet d’évacuer le fluide réfrigérant une fois qu’il a circulé à travers les tubes de la deuxième partie 28b.
Le deuxième collecteur d’entrée 16b est fluidiquement relié à la première portion 30a de la boucle de fluide réfrigérant 1 précédemment décrite et visible aux figures 1 et 2, tandis que le deuxième collecteur de sortie 18b est fluidiquement relié à la deuxième portion 30b de la boucle de fluide réfrigérant 1.
La première partie 28a de la pluralité de tubes 20 et la deuxième partie 28b de la pluralité de tubes 20 sont fluidiquement distinctes l’une de l’autre. Le premier collecteur d’entrée 16a et le deuxième collecteur d’entrée 16b étant configurés pour être fluidiquement reliés à la même première portion 30a de la boucle de fluide réfrigérant, on comprend que cette première portion comporte un embranchement à deux branches sur lesquelles sont raccordées le premier collecteur d’entrée 16 a et le deuxième collecteur d’entrée 16b. Le fluide réfrigérant circulant dans la première portion 30a de la boucle de fluide réfrigérant est scindé au passage de cet embranchement en deux portions de flux circulant l’une dans le premier circuit via le premier collecteur d’entrée et l’autre dans le deuxième circuit via le deuxième collecteur d’entrée.
Le premier collecteur d’entrée 16a et le deuxième collecteur d’entrée 16b sont configurés pour être fluidiquement reliés de manière commune au deuxième organe de détente de la boucle de fluide réfrigérant. De manière plus précise, on définit un canal d’entrée 32 du fluide réfrigérant dans l’échangeur de chaleur 2, visible à la , et un canal de sortie 34 du fluide réfrigérant de l’échangeur de chaleur 2. Les collecteurs d’entrée 16a, 16b sont alors fluidiquement reliés au canal d’entrée 32 du fluide réfrigérant tandis que les collecteurs de sortie 18a, 18b sont fluidiquement reliés au canal de sortie 34 du fluide réfrigérant. En d’autres termes, le canal d’entrée 32 du fluide réfrigérant s’étend entre le deuxième organe de détente 10b et les collecteurs d’entrée 16a, 16b, tandis que le canal de sortie 34 s’étend entre les collecteurs de sortie 18a, 18b et le compresseur 4 ou l’évaporateur 8 suivant la configuration de la boucle de fluide réfrigérant 1.
Tel que cela est particulièrement visible aux figures 3 et 4, le premier collecteur d’entrée 16a et le deuxième collecteur d’entrée 16b sont disposés à l’opposé l’un de l’autre suivant la direction d’allongement principal A des tubes 20. De manière plus précise, on définit une première extrémité 36a de la surface d’échange 12 et une deuxième extrémité 36b de la surface d’échange 12, opposées l’une de l’autre suivant la direction d’allongement principal A desdits tubes 20, et le premier collecteur d’entrée 16a est disposé à la première extrémité 36a de la surface d’échange 12 tandis que le deuxième collecteur d’entrée 16b est disposé à la deuxième extrémité 36b de la surface d’échange 12.
De manière analogue, le premier collecteur de sortie 18a est disposé à la deuxième extrémité 36b de la surface d’échange 12 de chaleur tandis que le deuxième collecteur de sortie 18b est disposé à la première extrémité 36a de la surface d’échange 12. On comprend alors que le premier collecteur d’entrée 16a et le deuxième collecteur de sortie 18b forment un ensemble disposé à la première extrémité 36a de la surface d’échange 12 et qu’un autre ensemble formé par le premier collecteur de sortie 18a et le deuxième collecteur d’entrée 16b est disposé à la deuxième extrémité 36b de la surface d’échange 12.
Selon l’exemple de l’invention de la , le premier collecteur d’entrée 16a et le premier collecteur de sortie 18a du premier circuit 24 sont en regard l’un de l’autre suivant la direction d’allongement principal A des tubes 20. De même, le deuxième collecteur d’entrée 16b et le deuxième collecteur de sortie 18b du deuxième circuit 26 sont en regard l’un de l’autre suivant la direction d’allongement principal A des tubes 20. Par ailleurs, et toujours selon un exemple de l’invention, le premier collecteur d’entrée 16a et le deuxième collecteur de sortie 18b positionnés à la première extrémité 36a de la surface d’échange 12 sont alignés le long d’une droite I sécante au plan principal 14 de la surface d’échange 12, ladite droite I étant par exemple perpendiculaire audit plan principal 14. Il convient de considérer que cette caractéristique s’appliquemutatis mutandisau premier collecteur de sortie 18a et au deuxième collecteur d’entrée 16b positionnés à la deuxième extrémité 36b de la surface d’échange 12.
D’autres agencements des collecteurs d’entrée et de sortie peuvent être mis en œuvre selon l’invention, dès lors que deux collecteurs d’entrée permettant deux zones d’alimentation distinctes d’un même fluide réfrigérant sont agencés à des extrémités opposés de la surface d’échange de chaleur. A titre d’exemple ici non représentés, les collecteurs d’entrée et de sortie formant un ensemble disposé à une extrémité de la surface d’échange de chaleur peuvent être agencés de manière à être alignés dans la direction d’allongement principal.
On comprend de ce qui précède, que la circulation du fluide réfrigérant au sein de l’échangeur de chaleur 2, et plus particulièrement au sein de la surface d’échange 12, est croisée. Dit autrement, lors du fonctionnement de la boucle de fluide réfrigérant, le fluide réfrigérant est amené à circuler dans la pluralité de tubes 20 de la surface d’échange 12 de l’échangeur de chaleur 2 selon deux sens de circulation opposés. Plus précisément, un premier sens S1 de circulation correspond à une circulation depuis la première extrémité 36a de la surface d’échange 12 vers la deuxième extrémité 36b de la surface d’échange 12, c’est-à-dire du premier collecteur d’entrée 16a vers le premier collecteur de sortie 18a, tandis qu’un deuxième sens S2 de circulation correspond à un circulation depuis la deuxième extrémité 36b de la surface d’échange 12 vers la première extrémité 36b de la surface d’échange 12, c’est-à-dire du deuxième collecteur d’entrée 16b vers le deuxième collecteur de sortie 18b.
On comprend par ailleurs que le premier collecteur d’entrée 16a et le premier collecteur de sortie 18a sont reliés fluidiquement uniquement au canal d’entrée 32, à la première partie 28a de la pluralité de tubes 20 et au canal de sortie 34, tandis que le deuxième collecteur d’entrée 16b et le deuxième collecteur de sortie 18b sont reliés fluidiquement uniquement au canal d’entrée 32, à la deuxième partie 28b de la pluralité de tubes 20 et au canal de sortie 34, le canal d’entrée 32 et le canal de sortie 34 étant commun à ces portions de fluide réfrigérant amenées à circuler dans des sens opposés au sein de la surface d’échange de chaleur.
Une telle circulation croisée du fluide réfrigérant au sein de l’échangeur de chaleur 2 permet avantageusement d’obtenir une meilleure répartition de la température au sein de la surface d’échange 12. En d’autres termes, le gradient de température du fluide réfrigérant circulant au sein du premier circuit 24 est opposé au gradient de température du fluide réfrigérant circulant au sein du deuxième circuit 26, limitant ainsi la concentration de température basse ou négative dans une zone localisée de la surface d’échange 12, ce qui permet de limiter la formation de givre sur ladite surface d’échange 12 de chaleur.
Tel qu’illustré schématiquement sur la , au moins un des tubes 20 du premier circuit 24 est disposé entre deux tubes 20 du deuxième circuit 26 le long de la direction d’empilement E des tubes 20, et/ou au moins un des tubes 20 du deuxième circuit 26 est disposé entre deux tubes 20 du premier circuit 24 le long de la direction d’empilement E des tubes 20. Une telle disposition des tubes 20 du premier circuit 24 et des tubes 20 du deuxième circuit 26, mélangés au sein de l’empilement de tubes, est avantageuse pour mieux homogénéiser la température des composants de l’échangeur thermique lorsque le fluide réfrigérant circule au sein de la surface d’échange de chaleur.
Plus particulièrement, et tel que cela est illustré sur la et la , les tubes 20 de la première partie 28a, c’est-à-dire du premier circuit 24, peuvent être avantageusement disposés en alternance avec les tubes 20 de la deuxième partie 28b, c’est-à-dire du deuxième circuit 26, suivant la direction d’empilement E des tubes 20, dans une configuration où un tube de la première partie 28a s’étend dans l’empilement des tubes juste après un tube de la deuxième partie 28b, et inversement.
De manière alternative, les première et deuxième parties de la pluralité de tubes peuvent être agencés avec au moins deux tubes 20 de la première partie 28a de la pluralité de tubes 20, successifs suivant la direction d’empilement E des tubes 20, qui sont séparés l’un de l’autre suivant la direction d’empilement E des tubes 20, par au moins deux tubes 20 de la deuxième partie 28b de la pluralité de tubes 20.
On peut ainsi prévoir que la surface d’échange de chaleur est particulière en ce que plusieurs tubes associés à un circuit soient voisins au sein de l’empilement de tubes pour former des ensembles de tubes régulièrement répartis et séparés par un unique tube associé à l’autre circuit, de sorte que l’on augmente ainsi la proportion d’un circuit par rapport à l’autre au sein de la surface d’échange de chaleur. A titre d’exemple non limitatif, on peut prévoir que le premier circuit représente deux tiers de la superficie de la surface d’échange de chaleur et que le deuxième circuit représente un tiers de la superficie de la surface d’échange de chaleur, et il convient pour cela de prévoir un motif répétable dans l’empilement de tubes dans lequel deux tubes successifs associés au premier circuit suivent un unique tube associé au deuxième circuit.
L’invention telle qu’elle vient d’être décrite ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations exclusivement décrits et illustrés, et s’applique également à tous moyens ou configurations, équivalents et à toute combinaison de tels moyens ou configurations.

Claims (12)

  1. Echangeur de chaleur (2) pour une boucle de fluide réfrigérant (1), comprenant une surface d’échange (12) de chaleur, la surface d’échange (12) de chaleur comprenant une pluralité de tubes (20), l’échangeur de chaleur (2) étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un premier circuit (24) de fluide réfrigérant constitué d’une première partie (28a) de la pluralité de tubes (20), d’un premier collecteur d’entrée (16a) fluidiquement connecté à la première partie (28a) de la pluralité de tubes (20) et d’un premier collecteur de sortie (18a) fluidiquement connecté à la première partie (28a) de la pluralité de tubes (20), l’échangeur de chaleur (2) comprenant au moins un deuxième circuit (26) de fluide réfrigérant constitué d’une deuxième partie (28b) de la pluralité de tubes (20), d’un deuxième collecteur d’entrée (16b) fluidiquement connecté à la deuxième partie (28b) de la pluralité de tubes (20) et d’un deuxième collecteur de sortie (18b) fluidiquement connecté à la deuxième partie (28b) de la pluralité de tubes (20), la première partie (28a) de la pluralité de tubes (20) et la deuxième partie (28b) de la pluralité de tubes (20) étant fluidiquement distinctes l’une de l’autre, le premier collecteur d’entrée (16a) étant disposé à une première extrémité (36a) de la surface d’échange (12) de chaleur et le deuxième collecteur d’entrée (16b) étant disposé à une deuxième extrémité (36b) de la surface d’échange (12) de chaleur opposée à la première extrémité (36a).
  2. Echangeur de chaleur (2) selon la revendication précédente, dans lequel au moins un tube (20) du premier circuit (24) est disposé entre deux tubes (20) du deuxième circuit (26) le long de la direction d’empilement (E) des tubes (20).
  3. Echangeur de chaleur (2) selon l’une quelconques des revendications précédentes, dans lequel les tubes (20) de la première partie (28a) de la pluralité de tubes (20) sont disposés en alternance avec les tubes (20) de la deuxième partie (28b) de la pluralité de tubes (20) suivant la direction d’empilement (E) des tubes (20).
  4. Echangeur de chaleur (2) selon l’une quelconque des revendication 1 ou 2, dans lequel au moins deux tubes (20) de la première partie (28a) de la pluralité de tubes (20), successifs suivant la direction d’empilement (E) des tubes (20), sont séparés l’un de l’autre suivant la direction d’empilement (E) des tubes (20), par au moins deux tubes (20) de la deuxième partie (28b) de la pluralité de tubes (20).
  5. Echangeur de chaleur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier collecteur de sortie (18a) est disposé à la première extrémité (36a) de la surface d’échange (12) de chaleur et le deuxième collecteur de sortie (18b) est disposé à la deuxième extrémité (36b) de la surface d’échange (12) de chaleur opposée à la première extrémité (36a) le long de la direction d’allongement principal (A) de la pluralité de tubes (20).
  6. Echangeur de chaleur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier collecteur d’entrée (16a) et le deuxième collecteur de sortie (18b) forment un ensemble disposé à la première extrémité (36a) de la surface d’échange (12), l’ensemble formé par le premier collecteur de sortie (18a) et le deuxième collecteur d’entrée (16b) étant disposé à la deuxième extrémité (36b) de la surface d’échange (12).
  7. Echangeur de chaleur (2) selon la revendication précédente, dans lequel les collecteurs (16a, 18a) du premier circuit (24) sont en regard l’un de l’autre suivant la direction d’allongement principal (A) des tubes (20) et les collecteurs (16b, 18b) du deuxième circuit (26) sont en regard l’un de l’autre suivant la direction d’allongement principal (A) des tubes (20).
  8. Echangeur de chaleur (2) selon la revendication précédente, dans lequel les collecteurs (16, 18) positionnés à une même extrémité (36a, 36b) de la surface d’échange (12) de chaleur sont alignés le long d’une droite (I) sécante à un plan principal (14) de la surface d’échange (12) de chaleur.
  9. Echangeur de chaleur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité d’organes de dissipation thermique (22), chaque organe de dissipation thermique (22) étant disposé suivant la direction d’allongement principal (A) des tubes (20) entre au moins deux tubes (20) de la pluralité de tubes (20) suivant leur direction d’empilement (E).
  10. Echangeur de chaleur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier collecteur d’entrée (16a) et le deuxième collecteur d’entrée (16b) sont configurés pour être fluidiquement reliés de manière commune à un organe de détente (10, 10a, 10b) de la première portion (30a) de la boucle de fluide réfrigérant (1).
  11. Boucle de fluide réfrigérant (1) comprenant au moins un compresseur (4), au moins un évaporateur (8), au moins un échangeur de chaleur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, une sortie du compresseur (4) étant raccordée fluidiquement à l’échangeur de chaleur (2), au moins une sortie de l’échangeur de chaleur (2) étant raccordée fluidiquement à l’évaporateur (8) ou à une entrée du compresseur (4), et au moins un premier organe de détente (10a) est disposé entre l’échangeur de chaleur (2) et l’évaporateur (8) et au moins un deuxième organe de détente (10b) est disposé entre le compresseur (4) et l’échangeur de chaleur (2).
  12. Boucle de fluide réfrigérant (1) selon la revendication précédente comprenant au moins un canal d’entrée (32) du fluide réfrigérant dans l’échangeur de chaleur (2) et un canal de sortie (34) du fluide réfrigérant de l’échangeur de chaleur (2), les collecteurs d’entrée (16) de l’échangeur de chaleur (2) étant fluidiquement reliés au canal d’entrée (32) du fluide réfrigérant et les collecteurs de sortie (18) de l’échangeur de chaleur (2) étant fluidiquement reliés au canal de sortie (34) du fluide réfrigérant.
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