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WO2017109344A1 - Échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile - Google Patents

Échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile Download PDF

Info

Publication number
WO2017109344A1
WO2017109344A1 PCT/FR2016/053490 FR2016053490W WO2017109344A1 WO 2017109344 A1 WO2017109344 A1 WO 2017109344A1 FR 2016053490 W FR2016053490 W FR 2016053490W WO 2017109344 A1 WO2017109344 A1 WO 2017109344A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchange
fluid
tongue
exchange tube
heat exchanger
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/053490
Other languages
English (en)
Inventor
Jérôme MOUGNIER
Alain Pourmarin
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques filed Critical Valeo Systemes Thermiques
Publication of WO2017109344A1 publication Critical patent/WO2017109344A1/fr

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0008—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium
    • F28D7/0025—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium the conduits for one medium or the conduits for both media being flat tubes or arrays of tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D7/1692—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0081—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by a single plate-like element ; the conduits for one heat-exchange medium being integrated in one single plate-like element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0221—Header boxes or end plates formed by stacked elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0068—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles
    • F28D2021/0073—Gas coolers

Definitions

  • Heat exchanger in particular for a motor vehicle
  • the invention relates to the field of heat exchangers and in particular to heat exchangers intended to be traversed by a fluid under high pressure.
  • the invention relates more particularly to heat exchangers able to be traversed by a refrigerant fluid having a relatively high operating pressure, as is the case with natural gases such as carbon dioxide designated by CO 2 , having an operating pressure higher than the refrigerant gases used in the solutions of the state of the art.
  • Such heat exchangers find particular application in motor vehicles. They may in particular constitute a gas cooler in which the cooling fluid such as CO 2 is cooled by a second fluid, such as liquid. Conversely, the second fluid can be cooled by the first fluid for example in gaseous form, the heat exchanger is then commonly referred to as "Water chiller" in English.
  • Such heat exchangers can in particular be used in the thermal regulation of one or more batteries of an electric or hybrid vehicle.
  • the thermal regulation of the batteries is an important point because if the batteries are subjected to temperatures too cold, their autonomy can decrease strongly and if they are subjected to too high temperatures, there is a risk of thermal runaway up to to the destruction of the battery, or even the motor vehicle.
  • a coolant generally coolant comprising a mixture of brine, which circulates in a heat exchanger in contact with the battery or batteries.
  • the cooling liquid can thus bring heat to the battery or batteries to heat them, this heat having been absorbed by the cooling liquid for example during the heat exchange with the C0 2 flowing in the gas cooler.
  • the coolant can also, if necessary, absorb the heat emitted by the battery or batteries to cool them and remove this heat at one or more other heat exchangers.
  • Such heat exchangers can also be used like any other gas cooler in an air conditioning circuit.
  • These heat exchangers can in particular be heat exchangers assembled by soldering.
  • Heat exchangers are known, for example, comprising a stack of plates allowing the circulation of the first fluid, such as the refrigerant or refrigerant gas, and the second fluid such as the cooling liquid.
  • cooling fluid such as C0 2 under a very high pressure, generally greater than 100 bar, with a burst pressure which can reach, for example, up to 340 bar, implies that heat exchangers such as gas coolers can withstand such high pressures.
  • Plate heat exchangers known from the prior art do not allow to withstand such high pressures.
  • heat exchangers comprising a stack of tubes interconnected by at least one collector of the first fluid, in particular the refrigerant fluid on each side of the tubes, and the second fluid, for example, are known from the prior art. in liquid form, can circulate around the tubes in an envelope connected to a water box.
  • the present invention aims to improve the solutions of the state of the art and to at least partially solve the disadvantages described above by providing a simple heat exchanger to achieve and having improved thermal performance.
  • the subject of the invention is a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, comprising a heat exchange bundle with a plurality of heat exchange tubes.
  • the heat exchange bundle comprises:
  • each heat exchange tube received in a receiving frame defining at least two groups of fluid circulation channels communicating with each other at one end, and
  • the heat exchange bundle further comprises at least one means for blocking the fluid passage at the other end of the two groups of fluid circulation channels of each heat exchange tube,
  • the frames designate a part, or an assembly of parts, which can be rigid, delimiting a closed space or not. In this space can be positioned, in our example, heat exchange tubes.
  • the heat exchange bundle which comprises a plurality of heat exchange tubes, is distinct from the frames.
  • the heat exchanger may further include one or more of the following features taken alone or in combination: the locking means comprises at least one holding element of the heat exchange tube in the receiving frame of the heat exchange tube; the fluid passage blocking means is formed by shape cooperation between a receiving frame of a heat exchange tube and the heat exchange tube received in said frame;
  • the locking means comprises at least one tongue:
  • Said frame thus shaped allows to define the flow "U" fluid while having interesting properties of strengths at high pressures;
  • each heat exchange tube comprises an assembly orifice at its end opposite the edge of said frame having the tongue, and the tongue has a termination adapted to be inserted into the assembly orifice, the termination of the tongue extending from the base of the tongue towards the end of the heat exchange tube and having a smaller thickness than the base of the tongue;
  • each receiving frame of a heat exchange tube comprises:
  • a first tongue arranged on the edge of said frame vis-à-vis the ends, in fluid communication, of the two groups of circulation channels of the heat exchange tube, and
  • a second tongue arranged on the opposite edge of said frame opposite the opposite ends of the two groups of circulation channels, and forming the means for blocking the passage of fluid between the two. groups of traffic channels;
  • the first tongue has a base arranged recessed relative to the end of the heat exchange tube, so that the fluid can circulate in the space between the base of the first tongue and the end of the heat exchange tube
  • the receiving frames of the heat exchange tubes respectively have at least one edge facing one end of a heat exchange tube shaped in a pattern defining a succession of arches, and at least one tongue is formed by the extension of an arch foot towards the end of the heat exchange tube;
  • each heat exchange tube has at least one notch at least at its ends, and the first tongue and the second tongue respectively have:
  • a termination adapted to be arranged in the notch at the end opposite the heat exchange tube
  • the notch is made along the entire length of the heat exchange tube
  • the end of the tongue has a thickness substantially equal to half the thickness of the base of the tongue, for example of the order of 0.5mm;
  • the fluid is a refrigerant intended to circulate at high pressure, in particular greater than 100 bar, such as C0 2 ;
  • the heat exchanger allows a heat exchange between a first fluid able to circulate in the circulation channels of the heat exchange tubes and a second fluid able to flow between the heat exchange tubes, configured for circulation in at least two passes of the first fluid and the second fluid.
  • the heat exchanger comprises an alternating stack of first receiving frames of heat exchange tubes defining the circulation channels for the first fluid and second frames defining circulation channels for the second fluid.
  • the heat exchanger thus comprises a stack of simple elements, namely frames and heat exchange tubes in which the first fluid circulates, such as a refrigerant, inserted in the first frames and between which flows the second fluid. such as coolant.
  • the superimposed frames make it possible to create the flow path of the first refrigerant fluid, when the frames are assembled, for example by soldering, and likewise the superposed frames make it possible to create the flow path of the cooling liquid, in particular on two opposite sides. heat exchange bundle.
  • Such a heat exchanger has a better mechanical strength compared to the solutions of the prior art and very good resistance to high pressures, in particular due to the circulation of CO 2 as a refrigerant gas.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heat exchanger according to the invention
  • FIG. 2 a schematically represents a first frame of the heat exchange bundle receiving a heat exchange tube for two-pass circulation of a first fluid
  • FIG. 2b is a sectional view along axis I-I of FIG. 2a
  • FIG. 2c is a side view of the end of the heat exchange tube of FIG. 2a
  • FIG. 3a schematically represents a variant of a first frame of the heat exchange bundle receiving a heat exchange tube for a circulation in two passes of the first fluid
  • FIG. 3b is a sectional view along the line II - II of FIG. 3a.
  • Figure 3c is a side view of the end of the heat exchange tube of Figure 3a.
  • the invention relates to a heat exchanger 1, in particular for a motor vehicle, for a heat exchange between at least a first fluid and a second fluid.
  • the first fluid can enter the heat exchanger 1 in gaseous form and the second fluid in liquid form.
  • the heat exchanger 1 has at least partially, that is to say on at least some elements or parts, a coating intended to melt to ensure the joining of elements of the heat exchanger during the heat exchange. soldering assembly.
  • the coating is commonly referred to as "clad" in the field of brazing metal parts, in particular aluminum.
  • the coating is added to the core of the pieces, during the manufacture, for example by cold rolling. It may be a non-limiting example of a coating comprising aluminum and silicon.
  • the heat exchanger 1 according to the invention is particularly suitable for the circulation of at least one fluid having a high operating pressure, in particular greater than 100 bar.
  • the first fluid is a refrigerant intended to circulate at high pressure such as C0 2 , also designated R744 according to the industrial nomenclature.
  • the heat exchanger 1 can in particular be a gas cooler in which the cooling fluid such as CO 2 is cooled by a second fluid for example in liquid form, such as cooling liquid comprising a mixture of brine.
  • the second fluid such as the coolant can also be cooled by the first fluid such as CO 2 , such a heat exchanger is then commonly referred to as "Water chiller" in English.
  • the heat exchanger 1 comprises a heat exchange bundle 3 for the heat exchange between the first fluid and the second fluid.
  • the heat exchange bundle 3 has a generally parallelepipedal shape.
  • the circulation of the first and second fluids is advantageously countercurrent in the heat exchange bundle 3.
  • the introduction and the evacuation of the first fluid in the heat exchange bundle 3 or outside the heat exchange bundle 3 is shown schematically by way of example by the arrows Fli for the introduction and Fl 0 for the evacuation.
  • the introduction of the second fluid into the heat exchange bundle 3 and the evacuation of the second fluid out of the heat exchange bundle 3 is shown schematically by way of example by the arrows F2i for the introduction and F2o for evacuation.
  • the heat exchanger 1, and more precisely the heat exchange bundle 3 can be configured for circulation in at least two passes of one of the two fluids, in particular the first fluid as will be described in more detail by later, even two fluids.
  • the heat exchange bundle 3 comprises a plurality of heat exchange tubes 5 (see FIGS. 2a to 3c) stacked so as to alternately define first circulation channels 7 for the first fluid in the heat exchange tubes. 5 and second circulation channels (not visible in the figures) for the second fluid between the heat exchange tubes 5.
  • the heat exchange tubes 5 are preferably made by extrusion.
  • the heat exchange tubes 5 can be made in the form of flat tubes, advantageous in terms of space.
  • the flat tubes 5 have a generally rectangular general shape, with a length for example of the order of 32 mm and a thickness of about one millimeter.
  • the thickness is here considered in the direction of the height of the heat exchange bundle 3, we can also speak of the height of the heat exchange tubes 5. In other words, it is the thickness in the direction of stacking heat exchange tubes 5.
  • Each heat exchange tube 5 defines a predetermined number of first circulation channels 7 for the first fluid, in particular circulating microchannels 7 for the first fluid.
  • the first channels or microchannels 7 extend here substantially longitudinally, in a substantially "I” or rectilinear shape.
  • the first circulation channels or microchannels 7 for the first fluid allowing the flow of the first fluid respectively extend in a direction parallel to the longitudinal direction of the heat exchange tubes 5.
  • the first fluid can follow a circulation in a so-called "I” flow but also a two-pass circulation called "U” circulation as will be described later.
  • the second (non-visible) circulation channels for the second fluid may be shaped to allow circulation in a so-called pass circulation in "I” but also a circulation in two passes known as "U” circulation.
  • Turbulators (not shown in the figures) of the flow of the second fluid are advantageously arranged in the second circulation channels, thus improving the heat exchange between the two fluids
  • Interlayers are advantageously arranged between the heat exchange tubes 5, and define the pitch between the heat exchange tubes 5.
  • the heat exchange bundle 3 comprises an alternating stack of first frames 13 and second frames 15. At least some second frames 15 form the spacers.
  • the stack is here substantially vertically.
  • Each first frame 13 is able to receive at least one heat exchange tube 5 and this assembly forms a stage of the heat exchange bundle 3.
  • the first frames 13 can be designated by tube frames or by frames 13 for receiving the heat exchange tubes 5.
  • Each second frame 15 can receive turbulators (not shown) and this assembly forms another stage of the heat exchange bundle 3.
  • the first frames 13 are described in more detail below.
  • closure plates 17, 18 in particular at least one bottom closure plate 17 and at least one upper closure plate 18, can be arranged on either side of the wall. stacking the first frames 13 and the second frames 15, so as to close the heat exchange bundle 3.
  • the closure plates 17, 18 advantageously have a shape complementary to the shape of the first frames 13 and the second frames 15.
  • the heat exchanger 1 further comprises at least one manifold 19 of the first fluid arranged in fluid communication with the first circulation channels 7.
  • the collecting box 19 is according to the illustrated example arranged on an upper closure plate 18 disposed at the top of the heat exchange bundle 3.
  • the heat exchanger 1 further comprises at least two inlet and fluid outlet pipes 21 for introducing and evacuating the second fluid.
  • the two tubes 21 are arranged on the same upper closure plate 18 as the manifold 19 for the first fluid.
  • the manifold 19 can be arranged on one side of the heat exchange bundle 3 and the tubes 21 can be arranged on the other side of the heat exchange bundle 3, thus allowing a counter-current circulation of two fluids.
  • the manifold 19 is arranged on the left while the pipes 21 are arranged on the right.
  • the first frames 13 may be at least partially made of aluminum.
  • the first frames 13 present:
  • first frames 13 with respect to the general direction of flow of the first fluid, namely that the first frames 13 have: two opposite edges 13A, 13B extending perpendicularly to the general direction of flow of the first fluid, and
  • the general direction of flow of the first fluid here means the direction of each pass of the first fluid, in particular the direction of the branches of the "U” in the case of a two-pass circulation of the first fluid called circulation in " U ".
  • the first frames 13 are of generally rectangular shape and have two longitudinal edges 13C, 13D, forming long sides, extending substantially parallel to the general direction of flow of the first fluid and two side edges 13 A, 13B, forming narrow sides, extending in the width direction, substantially perpendicular to the direction of flow of the first fluid.
  • first frames having a general shape that is not rectangular, for example elliptical, or diamond-shaped.
  • the longitudinal axis of the first frames 13 and heat exchange tubes 5 is here confused.
  • These first frames 13 have the same thickness as the heat exchange tubes 5 they receive, in particular of the order of a few millimeters, for example of the order of 1mm.
  • the thickness is considered in the direction of the height of the heat exchange bundle 3, we can also speak of the height of the first frames 13.
  • the heat exchange tubes 5 can be maintained in the first respective frames 13 before superposition of the various frames 13, 15.
  • FIG. 2a shows a first frame 13 able to receive a single heat exchange tube 5 allowing circulation in at least two passes of the first fluid.
  • each first frame 13 has a housing for receiving a heat exchange tube 5 associated.
  • the first frames 13 comprise fluid communication means 131, better visible in FIG. 2a, of the first circulation channels 7 (see FIG. 2c). heat exchange tubes 5 with the manifold box 19 (see Figure 1).
  • the means for placing in fluid communication 131 provided on the first frames make it possible to collect the first fluid and to distribute it in the heat exchange tubes 5 held in these first frames 13.
  • each first frame 13 are thus arranged in fluid communication with the fluid communication means 131 of the other first frames 13 of the heat exchange bundle 3 and with the manifold 19.
  • the first frames 13 respectively have a predefined number of recesses 131 forming the means for placing in fluid communication, in which the ends, in particular the longitudinal ends, of the heat exchange tubes 5 open out.
  • the number of recesses 131 is adapted according to the number of first circulation channels 7 of the heat exchange tubes 5 (see Figures 2a and 2c).
  • These recesses 131 are here provided on two opposite edges 13A, 13B (FIG. 2a) of the first frames 13 which are facing the ends of the heat exchange tubes 5. These are the lateral edges 13A, 13B of the first frames 13.
  • the first frames 13 are arranged so that their recesses 131 are in fluid communication with the recesses 131 of the other first frames 13.
  • the recesses 131 of the first frames 13 are aligned in the direction of the height of the heat exchange bundle 3 .
  • the recesses 131 are aligned with the manifold 19 ( Figure 1).
  • At least one lateral edge 13A, 13B of a first reception frame 13, arranged opposite one end of a heat exchange tube 5, is shaped according to a pattern defining a succession of arches.
  • the arches are advantageously arranged over the entire width of the lateral edge 13A, 13B which is opposite the end of a heat exchange tube 5.
  • the arches are provided over a width substantially equal to the width of the heat exchange tube 5 received in the first frame 13.
  • Arch is understood to mean the group formed by an arch arch 132 connecting two feet of arch 133. In this series of arches, two adjacent arch arches 132 are connected by a common arch foot 133.
  • a recess 131 is delimited by an arch, in other words each recess 131 is made between two adjacent arch feet 133 and is delimited by these two arches 133 and the arch arch 132 connecting them .
  • the diameter of a through opening is of the order of 0.5 mm.
  • each first frame 13 advantageously comprises at least one stress absorption zone on at least one lateral edge 13A, 13B opposite one end of a heat exchange tube 5.
  • Such a stress absorption zone is able to withstand mechanical stresses, in particular due to pressure.
  • the stress absorption zones may be made by a predetermined number of stress absorption legs formed on at least one lateral edge 13A, 13B of a first frame 13 opposite one end of a tube heat exchange 5.
  • the arches are dimensioned taking into account the mechanical strength of the first frame 13 and the flow of the first fluid through the recesses 131 defined by the arches.
  • the arches 133 still allow to define brazing areas with the second frames 15 as will be described later.
  • the first frames 13 also have guides 134 for the passage of the second fluid.
  • the first frames 13 are respectively shaped with at least one loop 134 which when a heat exchange tube 5 is arranged in the first frame 13 defines a through through opening allowing the flow of the second fluid.
  • FIG. 1 illustrates a first embodiment of loops 134 of substantially rounded shape
  • FIG. 2a illustrates a second embodiment of loops. 134 whose contour is more rectilinear.
  • any other form of the handles 134 may be considered.
  • the handles 134 allow to define the guides for the passage of the second fluid.
  • this through opening has a diameter of the order of 2mm.
  • the ratio between the diameter of a passage opening of the second fluid and the diameter of a through opening 131 of fluidic communication allowing the flow of the first fluid is in this example of the order of 4.
  • each first frame 13 is arranged in alignment with the handles 134 of the other first frames 13 of the heat exchange bundle 3 so allowing the flow of the second fluid through the beam 3.
  • each first frame 13 is able to receive a single heat exchange tube 5 allowing a two-pass circulation of the first fluid. Circulation in at least two passes with a single heat exchange tube 5 limits the number of parts to be produced and assembled, while allowing good resistance to pressure.
  • each heat exchange tube 5 defines at least two groups 70, 72 of fluid circulation channels or microchannels 7 communicating with each other at one end 50 of the fluid tube. heat exchange 5, here a longitudinal end, and not communicating with each other at the opposite end 52.
  • the heat exchange bundle 3 has at least one reversal zone of the first fluid, that is to say, allowing the first fluid having circulated through a group 70 of circulation channels 7 to flow to another group 72, at the end 50 of the heat exchange tube 5.
  • each heat exchange tube 5 is shaped to define more than two groups 70, 72 of circulation channels 7 communicating in pairs at one end, so as to allow circulation of the first fluid in addition to two passes.
  • the heat exchange bundle 3 further comprises at least one means of blocking the passage of the first fluid.
  • the means for blocking the fluid passage is formed by shape cooperation between a first frame 13 and the heat exchange tube 5 received in this first frame 13, more precisely between a lateral edge 13B of the first frame 13 and the end 52 vis-à-vis the heat exchange tube 5.
  • the locking means comprises at least one tongue 136 formed on a lateral edge 13B of a first frame 13 extending towards the end 52 of the heat exchange tube 5 vis-à-vis.
  • the tongue 136 here extends longitudinally towards the end 52 opposite the heat exchange tube 5.
  • This tongue 136 is for example provided substantially in the middle of the lateral edge 13B of the first frame 13.
  • the tab 136 has a base 136a integral with the edge 13B of the first frame 13.
  • the tongue 136 is formed by the extension of an arch foot 133 towards the end 52 of the heat exchange tube 5.
  • the base 136a of the tongue 136 extends a
  • the base 136a of the tongue 136 has a thickness substantially equal to the thickness of the heat exchange tube 5 vis-à-vis, more precisely of the end 52 of the tube. heat exchange 5.
  • the base 136a of the tongue 136 bears against the end 52 of the heat exchange tube 5 in facing relation between the two groups 70, 72 of the first circulation channels 7, thus blocking the passage of the first fluid. a group 70 of circulation channels 7 to another group 72 of circulation channels 7.
  • the tongue 136 further has a termination 136b in the extension of the base 136a and thinner than the base 136a.
  • the thickness of the termination 136b of the tongue 136 is for example reduced by half compared to the thickness of the first frame 13, and may in this example be of the order of 0.5mm.
  • the termination 136b of the tongue 136 thus extends from the base 136a of the tongue 136 towards the end 52 of the heat exchange tube 5.
  • the termination 136b extends substantially from the center of the base 136a.
  • the heat exchange tube 5 comprises an assembly orifice 54 at its end 52 opposite the lateral edge 13B of a first frame 13 having the tongue 136.
  • the assembly orifice 54 is arranged so that the termination 136b of the tongue 136 can be inserted into the assembly hole 54.
  • the assembly orifice 54 has a cross section complementary to the 136b termination.
  • the orifice 54 corresponds for example to an inlet or outlet orifice of a channel formed over the entire length of the heat exchange tube 5.
  • a heat exchange tube 5 is inserted in a first receiving frame 13 and then a translation of the heat exchange tube 5 is carried out so that the heat exchange tube comes to go on the tongue. 136.
  • the termination 136b of the tongue 136 cooperating with the assembly orifice 54, thus serves as a holding element of the heat exchange tube 5 in the first receiving frame 13.
  • the orifice 54 is here made larger than the first circulation channels or microchannels 7 for the first fluid, as can be seen better in FIG. 2c, thus facilitating the fitting of the heat exchange tube 5 to the tongue. 136.
  • Figure 3a shows a first frame 13 according to a second embodiment.
  • each first frame 13 comprises, not only a tab 136 facing the end 52 of the heat exchange tube 5, where the passage of the first fluid from a group of 70 channels to another group 72 is prohibited, but two tabs 137, 138.
  • each first frame 13 includes:
  • only the second tab 138 forms the means for blocking the passage of fluid between the two groups 70, 72 of circulation channels 7.
  • each tongue 137, respectively 138 may be formed on a side edge 13A, respectively 13B, of a first frame 13 extending toward the end 50 , respectively 52, of the heat exchange tube 5 vis-à-vis.
  • the first tongue 137 extends here longitudinally toward the end 50 opposite the heat exchange tube 5.
  • the second tongue 138 extends here longitudinally towards the end 52 vis-à- screw of the heat exchange tube 5.
  • the two tabs 137 and 138 may be provided substantially in the middle of the respective lateral edge 13A, 13B of the first frame 13.
  • the two tabs 137 and 138 are arranged in this example symmetrically with respect to each other.
  • the first tongue 137 has a base 137a integral with the side edge 13A of the first frame 13. More specifically, in this example the first tongue 137 is formed by the extension of a foot 133 to the end 50 of the heat exchange tube 5. In this case, the base 137a extends a foot of arch 133.
  • the base 137a of the first tongue 137 may have a thickness substantially equal to the thickness of the heat exchange tube 5 vis-à-vis, more precisely of the end 50 of the heat exchange tube 5.
  • the base 137a of the first tongue 137 is arranged recessed with respect to the end 50 of the heat exchange tube, so that the first fluid can circulate in the space between the base 137a of the first tongue 137 and the end 50 of the heat exchange tube 5 vis-à-vis.
  • the first tongue 137 further has a termination 137b in the extension of the base 137a and thinner than the base 137a.
  • the termination 137b thus extends from the base 137a towards the end 50 of the heat exchange tube 5 vis-a-vis.
  • the termination 137b of the first tongue 137 extends here substantially from the edge of the base 137a and not from the center as the termination 136b of the tab 136 of the first embodiment.
  • the tongue 137 has the general shape of a shoe.
  • the second tongue 138 has a base 138a integral with the edge 13B of the first frame 13.
  • the second tongue 138 is formed by the extension of an arch foot 133 towards the end 52 of the heat exchange tube 5.
  • the base 138a extends a foot of arch 133.
  • the base 138a of the second tongue 138 may have a thickness substantially equal to the thickness of the heat exchange tube 5 vis-à-vis, specifically the end 52 of the heat exchange tube 5.
  • the base 138a of the tongue 138 bears against the end 52 of the heat exchange tube 5 in facing relation between the two groups 70, 72 of the first circulation channels 7, thus blocking the passage of the first fluid from a group 70 of circulation channels 7 to another group 72 of circulation channels 7.
  • the second tongue 138 further has a termination 138b in the extension of the base 138a and of smaller thickness than the base 138a, which therefore extends from the base 138a towards the end 52 of the heat exchange tube 5 in a screw to vis.
  • the termination 138b of the second tab 138 extends in this example from the edge of the base 138a.
  • the tab 138 also has a general shape of a shoe.
  • the heat exchange tube 5 has a notch 56 visible in Figure 3c.
  • the notch 56 can be made at the same time, in this case the notch 56 is formed over the entire length of the heat exchange tube 5.
  • the termination 137b of the first tongue 137 may be inserted in notch 56 at end 50 opposite the heat exchange tube 5, and likewise the termination 138b of the second tongue 138 may be inserted in notch 56 at the end 52 opposite the heat exchange tube 5.
  • a first frame 13 as described above, according to one of the other embodiments, can be made by cutting stamping in a simple manner.
  • the second frames 15 may be at least partially made of aluminum.
  • the second frames 15 are of general shape similar to the first frames 13, here substantially rectangular.
  • the outer contours of the first frames 13 and second frames 15 are substantially identical so that the alternating stack of the first frames 13 and second frames 15 forms a block.
  • the second frames 15 can be made by stamping cut.
  • a plurality of second so-called interposed frames 15 are arranged between two first frames 13 for receiving the heat exchange tubes 5, thus defining the pitch between two stages of heat exchange tubes 5.
  • the second frames 15 may be shaped to allow circulation in one or more passes of the second fluid.
  • the second frames 15 have guides (not visible in the figures), for example in the form of orifices, for the passage of the first fluid allowing it to flow in the stack of the first reception frames 13 and the second frames 15.
  • the guides are arranged in alignment with the recesses 131 of fluid communication with the first reception frames 13, delimited here by the succession of arches.
  • the guides for example in the form of through-passage orifices, can thus be arranged on at least one lateral edge of a second frame 15.
  • the second frames 15 respectively have means for setting fluid communication (not visible in the figures), for example in the form of through openings for setting in fluid communication, the second circulation channels between them on the one hand and with the pipes 21 for the second fluid on the other hand.
  • These means of setting fluid communication are for example arranged on the longitudinal edges of the second frames 15 and aligned with each other in the direction of the height of the heat exchange bundle 3.
  • the fluidic communication means (not visible in the figures) provided on the second frames 15 collect the second fluid and distribute it between the heat exchange tubes.
  • the means for setting fluid communication (not visible in the figures) are arranged in a complementary manner to the arrangement of the tubes 21.
  • the second frames 15 have handles 153 which define through openings.
  • the loops 153 of the second frames 15 are made similarly to the loops 134 of the first frames 13 and are aligned with these handles 134 which allow the passage of the second fluid through the heat exchange bundle 3.
  • the shape of the handles 153 of the second frames 15 is complementary to the shape of the handles 134 of the first frames 13. Of course, any other form of the handles 153 may be considered.
  • the first frames 13 respectively shaped to receive a single heat exchange tube 5 while ensuring a circulation of the first fluid in at least two passes to limit the number of parts of the heat exchanger 1 to achieve and assemble.
  • the overturning of the first fluid is ensured directly by the first frame 13, in particular by the conformation of its lateral edges with tongues 136 or alternatively 137, 138, facing the ends of the heat exchange tubes 5.
  • the heat exchange tube 5 is shaped in a simple manner, for a form of cooperation with the first frame 13, including an orifice 54, which advantageously corresponds to an orifice of a central channel of the exchange tube 5, or alternatively with a notch 56 or groove of the heat exchange tube 5.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau d'échange thermique avec une pluralité de tubes d'échange thermique (5). Selon l'invention, le faisceau d'échange thermique comprend: une pluralité de cadres (13) de réception des tubes d'échange thermique (5), chaque tube d'échange thermique (5) reçu dans un cadre (13) de réception définissant au moins deux groupes de canaux de circulation de fluide communiquant entre eux à une extrémité, et en ce que le faisceau d'échange thermique comprend en outre au moins un moyen de blocage (136) du passage de fluide à l'autre extrémité des deux groupes de canaux de circulation de fluide de chaque tube d'échange thermique (5), de façon à définir une circulation du fluide en au moins deux passes dans les tubes d'échange thermique (5).

Description

Échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile
L'invention se rapporte au domaine des échangeurs thermiques et notamment aux échangeurs thermiques destinés à être parcourus par un fluide sous haute pression.
À cet égard, l'invention se rapporte plus particulièrement aux échangeurs thermiques aptes à être parcourus par un fluide réfrigérant ayant une pression de fonctionnement relativement élevée, comme c'est le cas de gaz naturels tels que le dioxyde de carbone désigné par C02, présentant une pression de fonctionnement supérieure aux gaz réfrigérants utilisés dans les solutions de l'état de l'art.
De tels échangeurs thermiques trouvent une application particulière dans les véhicules automobiles. Ils peuvent notamment constituer un refroidisseur de gaz dans lequel le fluide réfrigérant tel que du C02 est refroidi par un deuxième fluide, tel que du liquide. À l'inverse, le deuxième fluide peut être refroidi par le premier fluide par exemple sous forme gazeuse, l'échangeur thermique est alors couramment désigné par « Water chiller » en anglais.
De tels échangeurs thermiques peuvent notamment être utilisés dans la régulation thermique d'une ou plusieurs batteries d'un véhicule électrique ou hybride. La régulation thermique des batteries est un point important car si les batteries sont soumises à des températures trop froides, leur autonomie peut décroître fortement et si elles sont soumises à des températures trop importantes, il y a un risque d'emballement thermique pouvant aller jusqu'à la destruction de la batterie, voire du véhicule automobile. Afin de réguler la température des batteries, il est connu d'utiliser un fluide caloporteur, en général du liquide de refroidissement comprenant un mélange d'eau glycolée, qui circule au sein d'un échangeur thermique en contact avec la ou les batteries. Le liquide de refroidissement, peut ainsi apporter de la chaleur à la ou aux batteries pour les réchauffer, cette chaleur ayant été absorbée par le liquide de refroidissement par exemple lors de l'échange thermique avec le C02 circulant dans le refroidisseur de gaz. Le liquide de refroidissement peut également, si besoin est, absorber de la chaleur émise par la ou les batteries afin de les refroidir et évacuer cette chaleur au niveau d'un ou plusieurs autres échangeurs thermiques. De tels échangeurs thermiques peuvent aussi être utilisés comme tout autre refroidisseur de gaz dans un circuit de climatisation.
Ces échangeurs thermiques peuvent en particulier être des échangeurs thermiques assemblés par brasage.
On connaît par exemple des échangeurs thermiques comprenant un empilement de plaques permettant la circulation du premier fluide, tel que le fluide réfrigérant ou gaz réfrigérant, et du deuxième fluide tel que le liquide de refroidissement.
Toutefois, l'utilisation d'un fluide réfrigérant tel que du C02 sous une pression très élevée, généralement supérieure à 100 bars, avec une pression d'éclatement qui peut atteindre par exemple jusqu'à 340bars, implique que les échangeurs thermiques tels que des refroidis seurs de gaz, puissent résister à de telles pressions élevées.
Les échangeurs thermiques à plaques connus de l'art antérieur ne permettent pas de résister à de telles hautes pressions.
Afin d'y remédier, on connaît également de l'art antérieur des échangeurs thermiques comprenant un empilement de tubes reliés entre eux par au moins un collecteur du premier fluide notamment le fluide réfrigérant de chaque côté des tubes, et le deuxième fluide, par exemple sous forme liquide, peut circuler autour des tubes dans une enveloppe reliée à une boîte à eau.
Cependant une telle architecture est complexe à réaliser et présente notamment des inconvénients en termes d'étanchéité, en particulier dans le cas d'un échangeur thermique brasé pour lequel il s'avère nécessaire de prévoir de multiples points de brasage pour plusieurs pièces de l'échangeur thermique. De plus, avec cette architecture, les deux fluides circulent généralement à flux croisé, il n'est pas toujours possible de prévoir une circulation à contre-courant ou encore en plusieurs passes des deux fluides, ce qui limite l'efficacité de l'échangeur thermique. En outre, il s'avère difficile de réduire la hauteur de tube en dessous de 2mm du fait de la conception connue du collecteur recevant les extrémités des tubes, ce qui limite également l'efficacité de l'échangeur thermique. Il a été également constaté qu'un tel échangeur thermique ne présente pas toujours une bonne tenue mécanique.
Par ailleurs, un problème constant des échangeurs thermiques implémentés dans un véhicule automobile réside en l'allocation d'une place réduite, afin de répondre aux exigences des constructeurs.
La présente invention vise à améliorer les solutions de l'état de la technique et à résoudre au moins partiellement les inconvénients exposés ci-dessus en proposant un échangeur thermique simple à réaliser et présentant des performances thermiques améliorées.
À cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau d'échange thermique avec une pluralité de tubes d'échange thermique.
Selon l'invention, le faisceau d'échange thermique comprend :
une pluralité de cadres de réception des tubes d'échange thermique, chaque tube d'échange thermique reçu dans un cadre de réception définissant au moins deux groupes de canaux de circulation de fluide communiquant entre eux à une extrémité, et
- le faisceau d'échange thermique comprend en outre au moins un moyen de blocage du passage de fluide à l'autre extrémité des deux groupes de canaux de circulation de fluide de chaque tube d'échange thermique,
de façon à définir une circulation du fluide en au moins deux passes dans les tubes d'échange thermique.
On permet ainsi de façon simple une circulation en deux passes dite en « U » d'un fluide, tel qu'un fluide réfrigérant de type C02, tout en limitant le nombre de pièces ou composants de échangeur thermique à assembler.
Dans l'invention, les cadres désignent une pièce, ou un assemblage de pièces, qui peuvent être rigides, délimitant un espace fermé ou non. Dans cet espace peuvent être positionnés, dans notre exemple, des tubes d'échange thermique.
On notera que le faisceau d'échange thermique, qui comporte une pluralité de tubes d'échange thermique, est distinct des cadres.
L' échangeur thermique peut en outre comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : le moyen de blocage comprend au moins un élément de maintien du tube d'échange thermique dans le cadre de réception du tube d'échange thermique ; le moyen de blocage du passage de fluide est réalisé par coopération de forme entre un cadre de réception d'un tube d'échange thermique et le tube d'échange thermique reçu dans ledit cadre ;
le moyen de blocage comporte au moins une languette :
• formée sur un bord dudit cadre en s'étendant en direction de l'extrémité du tube d'échange thermique en vis-à-vis, et
• présentant une base d'épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur du tube d'échange thermique en vis-à-vis, la base de la languette étant agencée en appui contre l'extrémité du tube d'échange thermique en vis-à-vis entre les deux groupes de canaux de circulation du fluide, de manière à bloquer le passage du fluide d'un groupe de canaux de circulation du fluide à un autre.
Ledit cadre ainsi conformé permet de définir la circulation en « U » du fluide tout en présentant des propriétés intéressantes de résistances à de fortes pressions ;
chaque tube d'échange thermique comporte un orifice d'assemblage à son extrémité en vis-à-vis du bord dudit cadre présentant la languette, et la languette comporte une terminaison apte à être insérée dans l'orifice d'assemblage, la terminaison de la languette s'étendant depuis la base de la languette vers l'extrémité du tube d'échange thermique et présentant une plus faible épaisseur que la base de la languette ;
chaque cadre de réception d'un tube d'échange thermique comprend :
• une première languette agencée sur le bord dudit cadre en vis-à-vis des extrémités, en communication fluidique, des deux groupes de canaux de circulation du tube d'échange thermique, et
• une deuxième languette agencée sur le bord opposé dudit cadre en vis-à- vis des extrémités opposées des deux groupes de canaux de circulation, et formant le moyen de blocage du passage de fluide entre les deux groupes de canaux de circulation ;
la première languette présente une base agencée en retrait par rapport à l'extrémité du tube d'échange thermique, de sorte que le fluide peut circuler dans l'espace entre la base de la première languette et l'extrémité du tube d'échange thermique
les cadres de réception des tubes d'échange thermique présentent respectivement au moins un bord en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique conformé selon un motif définissant une succession d'arches, et au moins une languette est formée par le prolongement d'un pied d'arche en direction de l'extrémité du tube d'échange thermique ;
chaque tube d'échange thermique présente au moins une encoche au moins au niveau de ses extrémités, et la première languette et la deuxième languette présentent respectivement :
• une terminaison apte à être agencée dans l'encoche au niveau de l'extrémité en vis-à-vis du tube d'échange thermique,
• la terminaison de chaque languette s'étendant depuis la base de la languette vers l'extrémité du tube d'échange thermique et présentant une plus faible épaisseur que la base de la languette ;
l'encoche est réalisée sur toute la longueur du tube d'échange thermique ;
la terminaison de la languette présente une épaisseur sensiblement égale à la moitié de l'épaisseur de la base de la languette, par exemple de l'ordre de 0.5mm ;
le fluide est un fluide réfrigérant destiné à circuler à haute pression, notamment supérieure à lOObars, tel que du C02 ;
l'échangeur thermique permet un échange thermique entre un premier fluide apte à circuler dans les canaux de circulation des tubes d'échange thermique et un deuxième fluide apte à circuler entre les tubes d'échange thermique, configuré pour la circulation en au moins deux passes du premier fluide et du deuxième fluide. Selon un autre aspect de l'invention, l'échangeur thermique comprend un empilement alterné de premiers cadres de réception des tubes d'échange thermique définissant les canaux de circulation pour le premier fluide et de deuxièmes cadres définissant des canaux de circulation pour le deuxième fluide.
L'échangeur thermique comprend ainsi un empilement d'éléments simples, à savoir des cadres et des tubes d'échange thermique dans lesquels circule le premier fluide, tel qu'un fluide réfrigérant, insérés dans les premiers cadres et entre lesquels circule le deuxième fluide tel que du liquide de refroidissement.
Les cadres superposés permettent de créer le chemin d'écoulement du premier fluide réfrigérant, lorsque les cadres sont assemblés par exemple par brasage, et de même, les cadres superposés permettent de créer le trajet d'écoulement de liquide de refroidissement notamment sur deux côtés opposés du faisceau d'échange thermique.
Une telle architecture permet une réalisation plus simple de l'échangeur thermique dans son ensemble.
Enfin, un tel échangeur thermique présente une meilleure tenue mécanique par rapport aux solutions de l'art antérieur et une très bonne résistance aux hautes pressions, notamment dues à la circulation de C02 comme gaz réfrigérant.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur thermique selon l'invention,
- la figure 2a représente de façon schématique un premier cadre du faisceau d'échange thermique recevant un tube d'échange thermique pour une circulation en deux passes d'un premier fluide,
- la figure 2b est une vue en coupe selon l'axe I-I de la figure 2a,
- la figure 2c est une vue de côté de l'extrémité du tube d'échange thermique de la figure 2a,
- la figure 3a représente de façon schématique une variante d'un premier cadre du faisceau d'échange thermique recevant un tube d'échange thermique pour une circulation en deux passes du premier fluide,
- la figure 3b est une vue en coupe selon l'axe II- II de la figure 3a, et
- la figure 3c est une vue de côté de l'extrémité du tube d'échange thermique de la figure 3a.
Sur ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente, les termes supérieur et inférieur, ou haut et bas, ou encore vertical et horizontal, sont désignés en référence à la disposition des éléments sur les figures. Cette disposition correspond à la disposition inversée des éléments à l'état monté dans un véhicule automobile notamment.
Échangeur thermique
En référence à la figure 1, l'invention concerne un échangeur thermique 1 notamment pour véhicule automobile, pour un échange thermique entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide.
Le premier fluide peut entrer dans l'échangeur thermique 1 sous forme gazeuse et le deuxième fluide sous forme liquide.
Il s'agit en particulier d'un échangeur thermique assemblé par brasage. Pour ce faire, l'échangeur thermique 1 présente au moins partiellement, c'est-à-dire sur au moins certains éléments ou certaines pièces, un revêtement destiné à fondre pour assurer la jonction d'éléments de l'échangeur thermique lors de l'assemblage par brasage.
Le revêtement est couramment désigné par « clad » dans le domaine du brasage de pièces métalliques, notamment en aluminium.
En particulier, le revêtement est ajouté sur l'âme des pièces, lors de la fabrication, par exemple par laminage à froid. Il peut s'agir à titre d'exemple non limitatif d'un revêtement comprenant de l'aluminium et du silicium.
L'échangeur thermique 1 selon l'invention est en particulier adapté pour la circulation d'au moins un fluide ayant une haute pression de fonctionnement, notamment supérieure à lOObars.
Par exemple le premier fluide est un fluide réfrigérant destiné à circuler à haute pression tel que du C02, aussi désigné par R744 selon la nomenclature industrielle.
L'échangeur thermique 1 peut notamment être un refroidis seur de gaz dans lequel le fluide réfrigérant tel que du C02 est refroidi par un deuxième fluide par exemple sous forme liquide, tel que du liquide de refroidissement comprenant un mélange d'eau glycolée.
Le deuxième fluide tel que le liquide de refroidissement peut aussi être refroidi par le premier fluide tel que du C02, un tel échangeur thermique est alors couramment désigné par « Water chiller » en anglais.
L'échangeur thermique 1 comprend un faisceau d'échange thermique 3 permettant l'échange thermique entre le premier fluide et le deuxième fluide. Dans l'exemple illustré, le faisceau d'échange thermique 3 présente une forme générale sensiblement parallélépipédique.
La circulation des premier et deuxième fluides se fait avantageusement à contre- courant dans le faisceau d'échange thermique 3.
L'introduction et l'évacuation du premier fluide dans le faisceau d'échange thermique 3 ou hors du faisceau d'échange thermique 3 est schématisé à titre d'exemple par les flèches Fli pour l'introduction et Fl0 pour l'évacuation.
De même, l'introduction du deuxième fluide dans le faisceau d'échange thermique 3 et l'évacuation du deuxième fluide hors du faisceau d'échange thermique 3 est schématisé à titre d'exemple par les flèches F2i pour l'introduction et F2o pour l'évacuation.
Enfin, l'échangeur thermique 1, et plus précisément le faisceau d'échange thermique 3, peut être configuré pour une circulation en au moins deux passes de l'un des deux fluides, notamment du premier fluide tel que cela sera décrit plus en détail par la suite, voire des deux fluides.
Un exemple de circulation des deux fluides à contre-courant et en deux passes est illustré de façon schématique par les flèches Fl et F2 sur la figure 1.
Plus précisément, le faisceau d'échange thermique 3 comprend une pluralité de tubes d'échange thermique 5 (voir figures 2a à 3c) empilés de manière à définir alternativement des premiers canaux de circulation 7 pour le premier fluide dans les tubes d'échange thermique 5 et des deuxièmes canaux de circulation (non visibles sur les figures) pour le deuxième fluide entre les tubes d'échange thermique 5.
Les tubes d'échange thermique 5 sont de façon préférée réalisés par extrusion. Les tubes d'échange thermique 5 peuvent être réalisés sous forme de tubes plats, avantageux en termes d'encombrement.
Les tubes plats 5 présentent une forme générale sensiblement rectangulaire, avec une longueur par exemple de l'ordre de 32mm et une épaisseur de l'ordre du millimètre. L'épaisseur est ici considérée dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3, on peut parler également de la hauteur des tubes d'échange thermique 5. Autrement dit, il s'agit de l'épaisseur dans la direction d'empilement des tubes d'échange thermique 5.
Chaque tube d'échange thermique 5 définit un nombre prédéterminé de premiers canaux de circulation 7 pour le premier fluide, en particulier de micro-canaux de circulation 7 pour le premier fluide.
Les premiers canaux ou micro-canaux 7 s'étendent ici sensiblement longitudinalement, selon une forme sensiblement en « I » ou rectiligne.
Les premiers canaux ou micro-canaux de circulation 7 pour le premier fluide permettant l'écoulement du premier fluide s'étendent respectivement selon une direction parallèle à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5.
Le premier fluide peut suivre une circulation en une passe dite circulation en « I » mais aussi une circulation en deux passes dite circulation « U » comme cela sera décrit par la suite.
De même, les deuxièmes canaux (non visibles) de circulation pour le deuxième fluide peuvent être conformés pour permettre une circulation en une passe dite circulation en « I » mais aussi une circulation en deux passes dite circulation en « U ».
Des turbulateurs (non représentés sur les figures) de l'écoulement du deuxième fluide sont avantageusement agencés dans les deuxièmes canaux de circulation, améliorant ainsi l'échange thermique entre les deux fluides
Des intercalaires sont avantageusement disposés entre les tubes d'échange thermique 5, et définissent le pas entre les tubes d'échange thermique 5.
Selon un exemple de réalisation illustré sur la figure 1, le faisceau d'échange thermique 3 comprend un empilement alterné de premiers cadres 13 et de deuxièmes cadres 15. Au moins certains deuxièmes cadres 15 forment les intercalaires. L'empilement se fait ici sensiblement verticalement.
Chaque premier cadre 13 est apte à recevoir au moins un tube d'échange thermique 5 et cet ensemble forme un étage du faisceau d'échange thermique 3.
On peut désigner les premiers cadres 13 par cadres-tubes ou encore par cadres 13 de réception des tubes d'échange thermique 5.
Chaque deuxième cadre 15 peut recevoir des turbulateurs (non illustrés) et cet ensemble forme un autre étage du faisceau d'échange thermique 3.
Ces deux ensembles ou étages sont répétés autant de fois que nécessaire suivant l'espace disponible et la performance à atteindre. Les premiers cadres 13 sont décrits plus en détail par la suite.
À titre d'exemple, des plaques de fermetures 17, 18 (voir figure 1), en particulier au moins une plaque de fermeture 17 inférieure et au moins une plaque de fermeture 18 supérieure, peuvent être agencées de part et d'autre de l'empilement des premiers cadres 13 et des deuxièmes cadres 15, de manière à fermer le faisceau d'échange thermique 3. Les plaques de fermeture 17, 18 présentent avantageusement une forme complémentaire de la forme des premiers cadres 13 et des deuxièmes cadres 15.
En se référant à la figure 1, l'échangeur thermique 1 comprend de plus au moins une boîte collectrice 19 du premier fluide agencée en communication fluidique avec les premiers canaux de circulation 7.
La boîte collectrice 19 est selon l'exemple illustré agencée sur une plaque de fermeture supérieure 18 disposée en haut du faisceau d'échange thermique 3. L'échangeur thermique 1 comprend en outre au moins deux tubulures 21 d'entrée et de sortie de fluide permettant l'introduction et l'évacuation du deuxième fluide. Dans cet exemple, les deux tubulures 21 sont agencées sur la même plaque de fermeture supérieure 18 que la boîte collectrice 19 pour le premier fluide.
Bien entendu, selon une variante non illustrée, on peut prévoir d'agencer les deux tubulures 21 sur la plaque inférieure 17.
Selon encore une autre variante non illustrée, on peut prévoir d'agencer séparément les tubulures 21 avec une tubulure 21 sur la plaque supérieure 18 et l'autre tubulure 21 sur la plaque inférieure 17.
En particulier, la boîte collectrice 19 peut être agencée d'un côté du faisceau d'échange thermique 3 et les tubulures 21 peuvent être agencées de l'autre côté du faisceau d'échange thermique 3, permettant ainsi une circulation à contre-courant des deux fluides. Selon la disposition illustrée sur la figure 1, la boîte collectrice 19 est agencée à gauche tandis que les tubulures 21 sont agencées à droite.
Premiers cadres dits cadres-tubes
En référence aux figures 2a à 3c, on décrit maintenant plus en détail les premiers cadres 13 de réception des tubes d'échange thermique 5.
Les premiers cadres 13 peuvent être au moins partiellement réalisés en aluminium.
Les premiers cadres 13 présentent :
deux bords opposés 13A, 13B s'étendant de façon perpendiculaire à la direction des premiers canaux de circulation 7 du premier fluide, autrement dit ici perpendiculairement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5, et
deux autres bords opposés 13C, 13D s'étendant parallèlement à la direction des premiers canaux de circulation 7 du premier fluide, autrement dit ici parallèlement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5.
On peut aussi définir les premiers cadres 13 par rapport à la direction générale d'écoulement du premier fluide, à savoir que les premiers cadres 13 présentent : deux bords opposés 13A, 13B s'étendant perpendiculairement à la direction générale d'écoulement du premier fluide, et
deux autres bords opposés 13C, 13D s'étendant parallèlement à la direction générale d'écoulement du premier fluide.
La direction générale d'écoulement du premier fluide s'entend ici de la direction de chaque passe du premier fluide, notamment de la direction des branches du « U » dans le cas d'une circulation en deux passes du premier fluide dite circulation en « U ».
Dans les exemples illustrés, les premiers cadres 13 sont de forme générale sensiblement rectangulaire et présentent deux bords longitudinaux 13C, 13D, formant des grands côtés, s'étendant de façon sensiblement parallèle à la direction générale d'écoulement du premier fluide et deux bords latéraux 13 A, 13B, formant des petits côtés, s'étendant dans le sens de la largeur, de façon sensiblement perpendiculaire à la direction d'écoulement du premier fluide.
Toutefois, selon d'autres modes de réalisation, on pourrait prévoir des premiers cadres présentant une forme générale qui ne soit pas rectangulaire, par exemple elliptique, ou en forme de losange.
L'axe longitudinal des premiers cadres 13 et des tubes d'échange thermique 5 est ici confondu.
Ces premiers cadres 13 présentent une même épaisseur que les tubes d'échange thermique 5 qu'ils reçoivent, notamment de l'ordre de quelques millimètres, par exemple de l'ordre de 1mm.
Comme précédemment, l'épaisseur est considérée dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3, on peut parler également de la hauteur des premiers cadres 13.
Autrement dit, il s'agit de l'épaisseur dans la direction d'empilement des cadres
13, 15. Ainsi, les tubes d'échange thermique 5 peuvent être maintenus dans les premiers cadres 13 respectifs avant superposition des différents cadres 13, 15.
En référence aux figures 2a à 2c, on décrit un premier mode de réalisation.
La figure 2a montre un premier cadre 13 apte à recevoir un seul tube d'échange thermique 5 permettant une circulation en au moins deux passes du premier fluide. À cet effet, chaque premier cadre 13 présente un logement pour recevoir un tube d'échange thermique 5 associé.
Afin de permettre l'écoulement du premier fluide dans le faisceau d'échange thermique 3, les premiers cadres 13 comprennent des moyens de mise en communication fluidique 131, mieux visible sur la figure 2a, des premiers canaux de circulation 7 (voir figure 2c) des tubes d'échange thermique 5 avec la boite collectrice 19 (voir figure 1).
Les moyens de mise en communication fluidique 131 prévus sur les premiers cadres permettent de collecter le premier fluide et de le distribuer dans les tubes d'échange thermique 5 maintenus dans ces premiers cadres 13.
Il n'est plus nécessaire de prévoir les collecteurs de chaque côté des tubes comme dans les solutions connues.
En référence aux figures 1 et 2a, les moyens de mise en communication fluidique 131 de chaque premier cadre 13 sont donc agencés en communication fluidique avec les moyens de mise en communication fluidique 131 des autres premiers cadres 13 du faisceau d'échange thermique 3 et avec la boîte collectrice 19.
Selon l'exemple illustré, les premiers cadres 13 présentent respectivement un nombre prédéfini d'évidements 131 formant les moyens de mise en communication fluidique, dans lesquels les extrémités, notamment les extrémités longitudinales, des tubes d'échange thermique 5 débouchent.
Bien entendu, le nombre d'évidements 131 est adapté en fonction du nombre de premiers canaux de circulation 7 des tubes d'échange thermique 5 (voir figures 2a et 2c).
Ces évidements 131 sont ici prévus sur deux bords opposés 13A, 13B (figure 2a) des premiers cadres 13 qui sont en regard des extrémités des tubes d'échange thermique 5. Il s'agit ici des bords latéraux 13 A, 13B des premiers cadres 13.
Les premiers cadres 13 sont agencés de sorte que leurs évidements 131 soient en communication fluidique avec les évidements 131 des autres premiers cadres 13. Ici, les évidements 131 des premiers cadres 13 sont alignés dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3. En outre, sur un côté des premiers cadres 13, les évidements 131 sont alignés avec la boîte collectrice 19 (figure 1).
Avantageusement, tel qu'illustré sur la figure 2a, au moins un bord latéral 13 A, 13B d'un premier cadre de réception 13, agencé en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique 5, est conformé selon un motif définissant une succession d'arches.
Les arches sont avantageusement disposées sur toute la largeur du bord latéral 13A, 13B qui est en regard de l'extrémité d'un tube d'échange thermique 5.
Autrement dit, les arches sont prévues sur une largeur sensiblement égale à la largeur du tube d'échange thermique 5 reçu dans le premier cadre 13.
On entend par arche l'ensemble formé par une voûte d'arche 132 reliant deux pieds d'arche 133. Dans cette succession d'arches, deux voûtes d'arche 132 adjacentes sont reliées par un pied d'arche 133 commun.
Selon l'exemple illustré, un évidement 131 est délimité par une arche, autrement dit chaque évidement 131 est réalisé entre deux pieds d'arche 133 adjacents et est délimité par ces deux pieds d'arche 133 et la voûte d'arche 132 les reliant.
Lorsqu'un tube d'échange thermique 5 est agencé dans le logement d'un premier cadre 13, l'espace restant entre une extrémité du tube d'échange thermique 5 et une voûte d'arche 132 permet de définir une ouverture traversante de mise en communication fluidique.
À titre d'exemple non limitatif, le diamètre d'une ouverture traversante est de l'ordre de 0.5mm.
En outre, chaque premier cadre 13 comprend avantageusement au moins une zone d'absorption de contraintes sur au moins un bord latéral 13 A, 13B en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique 5.
Une telle zone d'absorption de contraintes est apte à résister aux contraintes mécaniques, notamment dues à la pression.
Les zones d'absorption de contraintes peuvent être réalisées par un nombre prédéterminé de jambes d'absorption de contraintes formées sur au moins un bord latéral 13A, 13B d'un premier cadre 13 en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d' échange thermique 5.
Ces jambes d'absorption de contraintes s'étendent en direction de l'extrémité du tube d'échange thermique 5. Dans l'exemple illustré, les pieds d'arches 133 assurent cette fonction de jambes d'absorption de contraintes.
Les arches sont donc dimensionnées en prenant en compte la tenue mécanique du premier cadre 13 et l'écoulement du premier fluide à travers les évidements 131 définis par les arches.
De plus, dans le cas d'un échangeur thermique 1 assemblé par brasage, les pieds d'arches 133 permettent encore de définir des zones de brasage avec les deuxièmes cadres 15 comme cela sera décrit par la suite.
Par ailleurs, afin de permettre l'écoulement du deuxième fluide dans le faisceau d'échange thermique 3, les premiers cadres 13 présentent également des guides 134 pour le passage du deuxième fluide.
Selon l'exemple illustré, les premiers cadres 13 sont respectivement conformés avec au moins une anse 134 qui lorsqu'un tube d'échange thermique 5 est agencé dans le premier cadre 13 permet de définir une ouverture traversante de passage permettant l'écoulement du deuxième fluide.
À titre illustratif, sur les figures on a représenté différents modes de réalisation des anses 134, en particulier la figure 1 illustre un premier exemple de réalisation des anses 134 de forme sensiblement arrondie, tandis que la figure 2a illustre un deuxième exemple de réalisation des anses 134 dont le contour est de forme plus rectiligne.
Bien entendu, toute autre forme des anses 134 peut être envisagée.
Les anses 134 permettent de définir les guides pour le passage du deuxième fluide. À titre d'exemple, cette ouverture traversante présente un diamètre de l'ordre de 2mm.
Le ratio entre le diamètre d'une ouverture de passage du deuxième fluide et le diamètre d'une ouverture traversante 131 de mise en communication fluidique permettant l'écoulement du premier fluide est dans cet exemple de l'ordre de 4.
Les anses 134 de chaque premier cadre 13 sont agencées dans l'alignement des anses 134 des autres premiers cadres 13 du faisceau d'échange thermique 3 de manière à permettre l'écoulement du deuxième fluide à travers le faisceau 3.
Comme dit précédemment, chaque premier cadre 13 est apte à recevoir un seul tube d'échange thermique 5 permettant une circulation en deux passes du premier fluide. La circulation en au moins deux passes avec un seul tube d'échange thermique 5 permet de limiter le nombre de pièces à réaliser et à assembler, tout en permettant une bonne résistance à la pression.
À cet effet, comme cela est mieux visible sur la figure 2c, chaque tube d'échange thermique 5 définit au moins deux groupes 70, 72 de canaux ou micro-canaux de circulation 7 de fluide communiquant entre eux à une extrémité 50 du tube d'échange thermique 5, ici une extrémité longitudinale, et ne communiquant pas entre eux à l'autre extrémité opposée 52.
Dans ce cas, le faisceau d'échange thermique 3 présente au moins une zone de retournement du premier fluide, c'est-à-dire permettant au premier fluide ayant circulé à travers un groupe 70 de canaux de circulation 7 de circuler vers un autre groupe 72, au niveau de l'extrémité 50 du tube d'échange thermique 5.
Bien entendu, on peut prévoir que chaque tube d'échange thermique 5 soit conformé pour définir plus de deux groupes 70, 72 de canaux de circulation 7 communiquant deux à deux à une extrémité, de manière à permettre une circulation du premier fluide en plus de deux passes.
Afin d'empêcher la communication fluidique entre les deux groupes 70, 72 de premiers canaux de circulation 7, à l'autre extrémité 52 du tube d'échange thermique 5, le faisceau d'échange thermique 3 comprend en outre au moins un moyen de blocage du passage du premier fluide.
Selon ce premier mode de réalisation illustré sur les figures 2a à 2c, le moyen de blocage du passage de fluide est réalisé par coopération de forme entre un premier cadre 13 et le tube d'échange thermique 5 reçu dans ce premier cadre 13, plus précisément entre un bord latéral 13B du premier cadre 13 et l'extrémité 52 en vis-à-vis du tube d'échange thermique 5.
Dans cet exemple, le moyen de blocage comporte au moins une languette 136 formée sur un bord latéral 13B d'un premier cadre 13 en s'étendant en direction de l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis. La languette 136 s'étend ici longitudinalement vers l'extrémité 52 en vis-à-vis du tube d'échange thermique 5. Cette languette 136 est par exemple prévue sensiblement au milieu du bord latéral 13B du premier cadre 13.
Comme cela est mieux visible sur la figure 2b, la languette 136 présente une base 136a venue de matière avec le bord 13B du premier cadre 13.
Plus précisément, dans cet exemple la languette 136 est formée par le prolongement d'un pied d'arche 133 en direction de l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5. Dans ce cas, la base 136a de la languette 136 prolonge un pied d'arche 133. En outre, la base 136a de la languette 136 présente une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis, plus précisément de l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5.
La base 136a de la languette 136 vient en appui contre l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis entre les deux groupes 70, 72 de premiers canaux de circulation 7, bloquant ainsi le passage du premier fluide d'un groupe 70 de canaux de circulation 7 à un autre groupe 72 de canaux de circulation 7.
La languette 136 présente en outre une terminaison 136b dans le prolongement de la base 136a et de plus faible épaisseur que la base 136a.
L'épaisseur de la terminaison 136b de la languette 136 est par exemple réduite de moitié par rapport à l'épaisseur du premier cadre 13, et peut dans cet exemple être de l'ordre de 0.5mm.
La terminaison 136b de la languette 136 s'étend donc depuis la base 136a de la languette 136 vers l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5.
En particulier, selon le premier mode de réalisation illustré sur les figures 2a et 2b, la terminaison 136b s'étend sensiblement depuis le centre de la base 136a.
Le tube d'échange thermique 5 comporte quant à lui un orifice d'assemblage 54 à son extrémité 52 en vis-à-vis du bord latéral 13B d'un premier cadre 13 présentant la languette 136. L'orifice d'assemblage 54 est agencé de sorte que la terminaison 136b de la languette 136 puisse s'insérer dans l'orifice d'assemblage 54.
Pour ce faire, l'orifice d'assemblage 54 présente une section transversale complémentaire de la terminaison 136b.
L'orifice 54 correspond par exemple à un orifice d'entrée ou de sortie d'un canal réalisé sur toute la longueur du tube d'échange thermique 5.
Ainsi à l'assemblage, on insère un tube d'échange thermique 5 dans un premier cadre de réception 13 puis on réalise une translation du tube d'échange thermique 5 de sorte que le tube d'échange thermique vienne s'emmancher sur la languette 136.
Ceci a pour effet de permettre le maintien d'un tube d'échange thermique 5 dans le premier cadre de réception 13, notamment avant sertissage.
La terminaison 136b de la languette 136, en coopérant avec l'orifice d'assemblage 54, fait donc office d'élément de maintien du tube d'échange thermique 5 dans le premier cadre de réception 13.
L'orifice 54 est ici réalisé plus grand que les premiers canaux ou micro-canaux de circulation 7 pour le premier fluide, comme on le voit mieux sur la figure 2c, facilitant ainsi l'emmanchement du tube d'échange thermique 5 sur la languette 136.
La figure 3a montre un premier cadre 13 selon un deuxième mode de réalisation.
La description du premier mode de réalisation en référence aux figures 2a à 2c, s'applique aux composants identiques, seules les différences sont maintenant décrites.
Le deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 3a diffère du premier mode de réalisation en ce que chaque premier cadre 13 comprend, non plus uniquement une languette 136 en regard de l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5 où le passage du premier fluide d'un groupe 70 de canaux à un autre groupe 72 est interdit, mais deux languettes 137, 138.
À savoir, chaque premier cadre 13 comprend :
une première languette 137 agencée sur le bord latéral 13A en vis-à-vis de l'extrémité 50 du tube d'échange thermique 5 avec une communication fluidique entre les deux groupes 70, 72 de canaux de circulation 7, et
une deuxième languette 138 agencée sur le bord latéral opposé 13B en vis-à-vis de l'extrémité 52 opposée du tube d'échange thermique 5 sans communication fluidique entre les deux groupes 70, 72 de canaux de circulation 7.
Selon ce deuxième mode de réalisation illustré, seule la deuxième languette 138 forme le moyen de blocage du passage de fluide entre les deux groupes 70, 72 de canaux de circulation 7.
De façon similaire à la languette 136 du premier mode de réalisation, chaque languette 137, respectivement 138, peut être formée sur un bord latéral 13 A, respectivement 13B, d'un premier cadre 13 en s'étendant en direction de l'extrémité 50, respectivement 52, du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis.
La première languette 137 s'étend ici longitudinalement vers l'extrémité 50 en vis-à-vis du tube d'échange thermique 5. De même, la deuxième languette 138 s'étend ici longitudinalement vers l'extrémité 52 en vis-à-vis du tube d'échange thermique 5.
Les deux languettes 137 et 138 peuvent être prévues sensiblement au milieu du bord latéral 13 A, 13B respectif du premier cadre 13.
Les deux languettes 137 et 138 sont agencées dans cet exemple de façon symétrique l'une par rapport à l'autre.
Comme cela est mieux visible sur la figure 3b, la première languette 137 présente une base 137a venue de matière avec le bord latéral 13A du premier cadre 13. Plus précisément, dans cet exemple la première languette 137 est formée par le prolongement d'un pied d'arche 133 en direction de l'extrémité 50 du tube d'échange thermique 5. Dans ce cas, la base 137a prolonge un pied d'arche 133.
La base 137a de la première languette 137 peut présenter une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis, plus précisément de l'extrémité 50 du tube d'échange thermique 5.
En outre, la base 137a de la première languette 137 est agencée en retrait par rapport à l'extrémité 50 du tube d'échange thermique, de sorte que le premier fluide peut circuler dans l'espace entre la base 137a de la première languette 137 et l'extrémité 50 du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis.
La première languette 137 présente en outre une terminaison 137b dans le prolongement de la base 137a et de plus faible épaisseur que la base 137a.
La terminaison 137b s'étend donc depuis la base 137a vers l'extrémité 50 du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis.
La terminaison 137b de la première languette 137 s'étend ici sensiblement depuis le bord de la base 137a et non depuis le centre comme la terminaison 136b de la languette 136 du premier mode de réalisation.
Comme on le remarque sur la coupe transversale de la figure 3b, la languette 137 présente une forme générale d'un sabot.
En ce qui concerne la deuxième languette 138, elle présente une base 138a venue de matière avec le bord 13B du premier cadre 13.
Plus précisément, dans cet exemple la deuxième languette 138 est formée par le prolongement d'un pied d'arche 133 en direction de l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5. Dans ce cas, la base 138a prolonge un pied d'arche 133.
La base 138a de la deuxième languette 138 peut présenter une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis, plus précisément de l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5. De façon similaire à la languette 136 du premier mode de réalisation, la base 138a de la languette 138 vient en appui contre l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis entre les deux groupes 70, 72 de premiers canaux de circulation 7, bloquant ainsi le passage du premier fluide d'un groupe 70 de canaux de circulation 7 à un autre groupe 72 de canaux de circulation 7.
La deuxième languette 138 présente en outre une terminaison 138b dans le prolongement de la base 138a et de plus faible épaisseur que la base 138a, qui s'étend donc depuis la base 138a vers l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5 en vis-à- vis. De façon similaire à la première languette 137, la terminaison 138b de la deuxième languette 138 s'étend dans cet exemple depuis le bord de la base 138a.
Comme on le remarque sur la coupe transversale de la figure 3b, la languette 138 présente aussi une forme générale d'un sabot.
Le tube d'échange thermique 5 présente quant à lui une encoche 56 visible sur la figure 3c.
Comme le tube d'échange thermique 5 est de façon préférée réalisé par extrusion, l'encoche 56 peut être réalisée en même temps, dans ce cas l'encoche 56 est réalisée sur toute la longueur du tube d'échange thermique 5.
On peut parler également de rainure 56. La terminaison 137b de la première languette 137 peut être insérée dans l'encoche 56 au niveau de l'extrémité 50 en vis-à- vis du tube d'échange thermique 5, et de même la terminaison 138b de la deuxième languette 138 peut être insérée dans l'encoche 56 au niveau de l'extrémité 52 en vis-à- vis du tube d'échange thermique 5.
Ainsi, à l'assemblage, il n'est plus nécessaire de prévoir une étape de translation du tube d'échange thermique 5 après l'insertion de ce dernier dans un premier cadre de réception 13, il suffit alors de positionner le tube d'échange thermique 5 de sorte que les terminaisons 137b et 138b des languettes 137 et 138 du premier cadre de réception 13 soient agencées dans les encoches 56 correspondantes du tube d'échange thermique 5, pour assurer le maintien du tube d'échange thermique 5, notamment avant sertissage.
Un premier cadre 13 tel que décrit précédemment, selon l'un l'autre des modes de réalisation, peut être réalisé par découpe en emboutissage de façon simple.
Deuxièmes cadres
En se référant de nouveau à la figure 1, les deuxièmes cadres 15 peuvent être au moins partiellement réalisés en aluminium.
Les deuxièmes cadres 15 sont de forme générale similaire aux premiers cadres 13, ici sensiblement rectangulaire.
En particulier, les contours extérieurs des premiers cadres 13 et deuxièmes cadres 15 sont pratiquement identiques de sorte que l'empilement en alternance des premiers cadres 13 et deuxièmes cadres 15 forme un bloc.
De façon similaire aux premiers cadres 13, les deuxièmes cadres 15 peuvent être réalisés par découpe en emboutissage.
Une pluralité de deuxièmes cadres 15 dits intercalaires, sont agencés entre deux premiers cadres 13 de réception des tubes d'échange thermique 5, définissant ainsi le pas entre deux étages de tubes d'échange thermique 5.
Les deuxièmes cadres 15 peuvent être conformés pour permettre une circulation en une ou plusieurs passes du deuxième fluide.
De façon complémentaire aux premiers cadres de réception 13, les deuxièmes cadres 15 présentent des guides (non visibles sur les figures), par exemple sous forme d'orifices, pour le passage du premier fluide permettant son écoulement dans l'empilement des premiers cadres de réception 13 et des deuxièmes cadres 15.
Les guides sont agencés dans l'alignement des évidements 131 de mise en communication fluidique des premiers cadres de réception 13, délimitées ici par la succession d'arches.
Les guides, par exemple sous forme d'orifices de passage traversants peuvent donc être agencés sur au moins un bord latéral d'un deuxième cadre 15.
En outre, les deuxièmes cadres 15 présentent respectivement des moyens de mise en communication fluidique (non visibles sur les figures), par exemple sous forme d'ouvertures traversantes de mise en communication fluidique, des deuxièmes canaux de circulation entre eux d'une part et avec les tubulures 21 pour le deuxième fluide d'autre part.
Ces moyens de mise en communication fluidique (non visibles sur les figures) sont par exemple agencés sur les bords longitudinaux des deuxièmes cadres 15 et alignés les unes par rapport aux autres dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3.
Les moyens de mise en communication fluidique (non visibles sur les figures) prévus sur les deuxièmes cadres 15 permettent de collecter le deuxième fluide et de le distribuer entre les tubes d'échange thermique.
De plus, les moyens de mise en communication fluidique (non visibles sur les figures) sont agencés de façon complémentaire à l'agencement des tubulures 21.
Pour ce faire, selon l'exemple illustré sur la figure 1, les deuxièmes cadres 15 présentent des anses 153 qui permettent de délimiter des ouvertures traversantes.
Les anses 153 des deuxièmes cadres 15 sont réalisées de façon similaire aux anses 134 des premiers cadres 13 et sont alignées avec ces anses 134 qui permettent le passage du deuxième fluide à travers le faisceau d'échange thermique 3.
La forme des anses 153 des deuxièmes cadres 15 est complémentaire de la forme des anses 134 des premiers cadres 13. Bien entendu toute autre forme des anses 153 peut être envisagée.
Par ailleurs, préférentiellement, on prévoit de façon complémentaire une circulation en deux passes, dite en « U », du premier fluide dans un premier cadre de réception 13 et une circulation en deux passes, dite en « U » du deuxième fluide dans un deuxième cadre 15. L'échangeur thermique 1 est alors à double circulation en « U ».
Ainsi, les premiers cadres 13 respectivement conformés pour recevoir un seul tube d'échange thermique 5 tout en assurant une circulation du premier fluide en au moins deux passes permet de limiter le nombre de pièces de l'échangeur thermique 1 à réaliser et à assembler.
En particulier, le retournement du premier fluide est assuré directement par le premier cadre 13, notamment par la conformation de ses bords latéraux avec des languettes 136 ou en variante 137, 138, en regard des extrémités des tubes d'échange thermique 5.
À cet effet, le tube d'échange thermique 5 est conformé de façon simple, pour une coopération de forme avec le premier cadre 13, avec notamment un orifice 54, qui correspond avantageusement à un orifice d'un canal central du tube d'échange thermique 5, ou en variante avec une encoche 56 ou rainure du tube d'échange thermique 5.

Claims

REVENDICATIONS
Échangeur thermique (1), notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau d'échange thermique (3) avec une pluralité de tubes d'échange thermique (5),
caractérisé en ce que le faisceau d'échange thermique (3) comprend :
- une pluralité de cadres (13) de réception des tubes d'échange thermique (5), chaque tube d'échange thermique (5) reçu dans un cadre (13) de réception définissant au moins deux groupes (70, 72) de canaux de circulation de fluide (7) communiquant entre eux à une extrémité, et en ce que
- le faisceau d'échange thermique (3) comprend en outre au moins un moyen de blocage (136, 138) du passage de fluide à l'autre extrémité des deux groupes (70, 72) de canaux de circulation de fluide (7) de chaque tube d'échange thermique (5),
de façon à définir une circulation du fluide en au moins deux passes dans les tubes d'échange thermique (5).
Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le moyen de blocage comprend au moins un élément de maintien du tube d'échange thermique (5) dans le cadre (13) de réception du tube d'échange thermique (5).
Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen de blocage du passage de fluide est réalisé par coopération de forme entre un cadre (13) de réception d'un tube d'échange thermique (5) et le tube d'échange thermique (5) reçu dans ledit cadre (13).
Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le moyen de blocage comporte au moins une languette (136) :
- formée sur un bord dudit cadre de réception (13) en s'étendant en direction de l'extrémité du tube d'échange thermique (5) en vis-à-vis, et - présentant une base (136a) d'épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur du tube d'échange thermique (5) en vis-à-vis, la base (136a) de la languette (136) étant agencée en appui contre l'extrémité du tube d'échange thermique (5) en vis-à- vis entre les deux groupes (70, 72) de canaux de circulation (7) du fluide, de manière à bloquer le passage du fluide d'un groupe (70) de canaux de circulation (7) du fluide à un autre (72).
Échangeur thermique (1) selon la revendication 2 prise en combinaison avec la revendication 4, dans lequel :
- chaque tube d'échange thermique (5) comporte un orifice d'assemblage (54) à son extrémité en vis-à-vis du bord dudit cadre (13) présentant la languette (136), et
- la languette (136) comporte une terminaison (136b) apte à être insérée dans l'orifice d'assemblage (54), la terminaison (136b) de la languette (136) s'étendant depuis la base (136a) de la languette (136) vers l'extrémité du tube d'échange thermique (5) et présentant une plus faible épaisseur que la base (136a) de la languette (136).
Échangeur thermique (1) selon la revendication 4, dans lequel chaque cadre (13) de réception d'un tube d'échange thermique (5) comprend :
- une première languette (137) agencée sur le bord (13A) dudit cadre (13) en vis- à-vis des extrémités, en communication fluidique, des deux groupes (70, 72) de canaux de circulation (7) du tube d'échange thermique (5), et
- une deuxième languette (138) agencée sur le bord opposé (13B) dudit cadre (13) en vis-à-vis des extrémités opposées des deux groupes (70, 72) de canaux de circulation (7), et formant le moyen de blocage du passage de fluide entre les deux groupes (70, 72) de canaux de circulation (7).
Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la première languette (137) présente une base (137b) agencée en retrait par rapport à l'extrémité du tube d'échange thermique (5), de sorte que le fluide peut circuler dans l'espace entre la base (137b) de la première languette (137) et l'extrémité du tube d'échange thermique (5).
8. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel les cadres (13) de réception des tubes d'échange thermique (5) présentent respectivement au moins un bord (13A, 13B) en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique (5) conformé selon un motif définissant une succession d'arches, et dans lequel au moins une languette (136 ; 137, 138) est formée par le prolongement d'un pied d'arche (133) en direction de l'extrémité du tube d'échange thermique (5).
9. Échangeur thermique (1) selon la revendication 2 prise en combinaison avec l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel :
- chaque tube d'échange thermique (5) présente au moins une encoche (56) au moins au niveau de ses extrémités, et
- la première languette (137) et la deuxième languette (138) présentent respectivement :
• une terminaison (137b, 138b) apte à être agencée dans l'encoche (56) au niveau de l'extrémité en vis-à-vis du tube d'échange thermique (5), · la terminaison (137b, 138b) de chaque languette (137, 138) s'étendant depuis la base de la languette (137a, 138a) vers l'extrémité du tube d'échange thermique (5) et présentant une plus faible épaisseur que la base de la languette (137a, 138a). 10. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la terminaison (136b ; 137b, 138b) de la languette (136 ; 137, 138) présente une épaisseur sensiblement égale à la moitié de l'épaisseur de la base (136a ; 137a, 138a) de la languette (136 ; 137, 138), par exemple de l'ordre de 0.5mm. 11. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fluide est un fluide réfrigérant destiné à circuler à haute pression, notamment supérieure à lOObars, tel que du C02.
12. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour un échange thermique entre un premier fluide apte à circuler dans les canaux de circulation (7) des tubes d'échange thermique (5) et un deuxième fluide apte à circuler entre les tubes d'échange thermique (5), configuré pour la circulation en au moins deux passes du premier fluide et du deuxième fluide. 13. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, comprenant un empilement alterné :
■··■ de premiers cadres (13) de réception des tubes d'échange thermique (5) définissant les canaux de circulation pour le premier fluide et
■··■ de deuxièmes cadres (15) définissant des canaux de circulation pour le deuxième fluide.
PCT/FR2016/053490 2015-12-21 2016-12-16 Échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile WO2017109344A1 (fr)

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