EP3394545B1 - Heat exchanger, notably for a motor vehicle - Google Patents
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- EP3394545B1 EP3394545B1 EP16826393.7A EP16826393A EP3394545B1 EP 3394545 B1 EP3394545 B1 EP 3394545B1 EP 16826393 A EP16826393 A EP 16826393A EP 3394545 B1 EP3394545 B1 EP 3394545B1
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- 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
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- 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
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- F28F9/0253—Massive connectors, e.g. blocks; Plate-like connectors with multiple channels, e.g. with combined inflow and outflow channels
Definitions
- the invention relates to the field of heat exchangers.
- US 3,334,399 discloses a heat exchanger comprising the characteristics of the preamble of claim 1.
- Such heat exchangers find particular application in motor vehicles. They can in particular constitute a gas cooler in which the refrigerant 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 too cold temperatures, their autonomy can decrease significantly and if they are subjected to too high temperatures, there is a risk of thermal runaway which can go up to to the destruction of the battery, or even the motor vehicle.
- a heat transfer fluid generally a coolant comprising a mixture of glycol water, which circulates within a heat exchanger in contact with the battery(ies).
- the coolant can thus provide heat to the battery(ies) to heat them, this heat having been absorbed by the coolant for example during the heat exchange with the CO 2 circulating in the gas cooler.
- the coolant can also, if necessary, absorb heat emitted by the battery(ies) in order to cool them and evacuate this heat to one or more other heat exchangers.
- Such heat exchangers can also be used like any other gas cooler in an air conditioning circuit.
- heat exchangers comprising a stack of plates allowing the circulation of the first fluid, such as the refrigerant fluid or refrigerant gas, and the second fluid such as the cooling liquid.
- first fluid such as the refrigerant fluid or refrigerant gas
- second fluid such as the cooling liquid
- the subject of the invention is a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, said exchanger comprising a heat exchange bundle defining circulation channels for at least one fluid.
- Such frames allow, in a simple manner, circulation in at least two passes of at least one fluid, for example coolant, in the heat exchanger, thus improving the performance of the heat exchanger.
- the heat exchange bundle which comprises a plurality of heat exchange tubes, is distinct from the frames.
- the heat exchanger allows heat exchange between at least a first fluid and a second fluid, and comprises an alternating stack of first frames for receiving heat exchange tubes defining first circulation channels for the first fluid, and second frames respectively defining second circulation channels for the second fluid and respectively comprising said at least one internal bar.
- the superimposed frames make it possible to create the flow path of the first fluid such as a refrigerant fluid, when the frames are assembled, preferably by brazing, and likewise, the superimposed frames make it possible to create the flow path of the second fluid such as coolant in particular on two opposite sides of the heat exchange bundle.
- Such an architecture allows a simpler production of the heat exchanger as a whole which has a reduced bulk while having interesting properties in order to best resist high local pressures, in particular due to the circulation of CO 2 as refrigerant fluid in the first executives.
- the heat exchanger is assembled by brazing.
- Such a coating is commonly referred to as “clad” in the field of brazing metal parts, particularly aluminum.
- the first fluid is a refrigerant fluid intended to circulate at high pressure such as CO 2 , also designated by R744 according to industrial nomenclature.
- the heat exchanger 1 comprises a heat exchange bundle 3 allowing the heat exchange between the first fluid and the second fluid.
- the heat exchange bundle 3 has a shape generally substantially parallelepiped.
- 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 F2 I for the introduction and F2 O for evacuation.
- the heat exchange bundle 3 alternately comprises first circulation channels for the first fluid (not visible in the figures) and second circulation channels 9 for the second fluid (see figure 2 ).
- the heat exchange tubes can be made by extrusion, for example in the form of flat tubes, advantageous in terms of size.
- turbulators (not illustrated) of the flow of the second fluid can advantageously be arranged in the second circulation channels 9 defined by the second frames 15, thus improving the heat exchange of the two fluids.
- a plurality of second frames 15 arranged between two successive first frames 13 form the spacers.
- the stacking is done here approximately vertically.
- the first frames 13 can be designated as tube frames.
- Each second frame 15 can receive turbulators and this assembly forms another stage of the heat exchange bundle 3.
- the first frames 13 and the second frames 15 are described in more detail below.
- closure plates 17, 18, in particular at least one lower closure plate 17 and at least one upper closure plate 18, can be arranged on either side of the stack of first frames 13 and second frames 15, so as to close the heat exchange bundle 3.
- the closing 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 collector box 19 for the first fluid arranged in fluid communication with the first circulation channels in the first frames 13.
- the collector box 19 is, according to the example illustrated, arranged on an upper closing plate 18 placed at the top of the heat exchange bundle 3.
- the collector box 19 can be arranged on the lower closing plate 17 placed at the bottom of the heat exchange bundle 3.
- the same collector box 19 can be compartmentalized, so as to define on the one hand the introduction of the first fluid schematized by the arrow F1 I on the figure 1 and on the other hand the evacuation of the first fluid schematized by the arrow F1 O on the figure 1 .
- the two tubes 21 are arranged on the same upper closure plate 18 as the collector box 19 for the first fluid.
- the collector box 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 counter-current circulation of the two fluids.
- the collector box 19 is arranged on the left while the pipes 21 are arranged on the right.
- First frames called tube frames
- first frames 13 they can be at least partially made of aluminum.
- These first frames 13 can have a thickness of the order of a few millimeters, for example of the order of 1mm.
- these first frames 13 can have the same thickness as the heat exchange tubes that they receive.
- 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. This is the thickness in the stacking direction of the frames 13, 15.
- the heat exchange tubes can be held in the first respective frames 13 before superposition of the different frames.
- two adjacent heat exchange tubes arranged in a first frame 13 can communicate with each other at one end.
- the first frames 13 are for example of generally rectangular shape.
- frames could be provided having a general shape which is not rectangular, for example elliptical, or diamond-shaped.
- the first frames 13 comprise means for putting the first fluid into fluid communication (not visible in the figures) of the first circulation channels of the first fluid with the collector box 19.
- each first frame 13 are advantageously arranged in fluidic communication with the means of fluidic communication of the other first frames 13 of the heat exchange bundle 3 and with the collector box 19.
- fluidic communication means are for example made in the form of recesses defining through openings for fluidic communication, into which the first circulation channels of the first fluid open, in particular the longitudinal ends, heat exchange tubes received in the first frames 13.
- the first frames 13 also have guides 134 for the passage of the second fluid.
- the first receiving frames 13 can be made by stamping cutting.
- the second frames 15 can be at least partially made of aluminum.
- the second frames 15 can be made by stamping cutting.
- the second frames 15 have a thickness Th which is of the order of a few millimeters, for example of the order of 0.5mm to 4mm, preferably of the order of 2mm.
- 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 second frames 15. In this example it is the thickness in the direction of stacking of the frames 13, 15.
- the thickness or height of the second frames 15 makes it possible to define the pitch between the first frames 13.
- the second frames 15 When the second frames 15 receive turbulators (not shown), the second frames 15 are called turbulator frames or turbulator-carrying frames.
- the thickness of the turbulators (not shown) can be substantially equal to the thickness Th of a second frame 15.
- the second fluid can circulate in two passes, in a so-called “U” circulation, in each second frame 15.
- the second frames 15 have two opposite edges 15A, 15B extending perpendicular to the general direction of flow of the second fluid and two other opposite edges 15C, 15D extending parallel to the general direction of the second fluid.
- the general direction of flow of the second fluid here means the direction of the branches of the “U” in the case of two-pass circulation of the second fluid.
- the second frames 15 advantageously have a shape similar to and complementary to the shape of the first frames 13.
- the external contours of the first frames 13 and second frames 15 are practically identical so that the alternating stacking of the first frames 13 and second frames 15 forms a block.
- the second frames 15 extend over the same length and over the same width as the first frames 13.
- the heat exchanger 1 is preferably assembled by brazing.
- the second frames 15 are intended to be assembled by brazing to the first frames 13.
- the longitudinal edges 15C, 15D of the second frames 15 are intended to be assembled by brazing to the longitudinal edges of the first frames 13 and the lateral edges of the second frames 15 are intended to be assembled by brazing to the lateral edges of the first frames 13.
- each second frame 15 defines an internal width and an internal length L (see figure 2 ).
- internal length is meant the length L defined between the internal walls, facing the inside of the second frame 15, of the opposite side edges 15A and 15B.
- the side edges of the second frames 15 can be slightly larger than the side edges of the first frames 13, so that when heat exchange tubes are received in the first frames 13, the ends of these exchange tubes thermal (not shown), rest on the peripheral edge of the side edges of the second frames 15.
- the second frames 15 define in this case an internal length L less than the internal length defined by the internal space of the first frames 13.
- the internal length L of a second frame 15 is defined relative to the surface of the second frame 15 which is actually crossed by the second fluid.
- the second frames 15 each comprise at least one bar 150, arranged inside the respective second frame 15 so as to separate two circulation passes for the second fluid. It is therefore an internal strip 150.
- the bar 150 makes it possible to shape the second circulation channel 9 defined by a second frame 15 substantially "U".
- a second frame 15 comprises a single bar 150.
- the turbulators are then advantageously arranged on either side of the or each internal bar 150.
- the internal bar 150 therefore extends longitudinally from a side edge 15A of a second frame 15 towards the opposite side edge 15B but without reaching this opposite side edge 15B.
- the internal bar 150 therefore extends longitudinally from a lateral edge 15A of a second frame 15 over a length l less than the internal length L of a second frame 15.
- the width W of the internal bar 150 can be greater than or equal to, preferably strictly greater than the thickness Th of the second frame 15.
- the strip 150 can also be described as a tab.
- the bar 150 is substantially of the same thickness as the second frame 15.
- the second frames 15, in particular the second intermediate frames 15 arranged between two first frames 13, present guides for the passage of the first fluid allowing its flow in the stack of the first frames 13 and second frames 15.
- the second frames 15 respectively present means 152 for placing the second circulation channels 9 in fluid communication with each other on the one hand and with the pipes 21 for the second fluid on the other hand.
- the fluid communication means 152 provided on the second frames 15 allow, in a simple manner, to collect the second fluid and distribute it in the second frames 15.
- the through openings 152 are arranged on the same side of a second frame 15 in the longitudinal direction, that is to say here on the right or on the left, in a manner complementary to the arrangement of the tubes 21 on the same side of the heat exchange bundle 3.
- the handles 153 of the second frames 15 are made in a similar manner to the handles 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 figures show an example of producing the handles 153 of substantially rounded shape.
- the fluid inlet 152 extends over a maximum fluid inlet length L1.
- This maximum fluid inlet length L1 is, according to the particular embodiment illustrated, defined by the maximum length of the loop 153, at the level of the start of its formation on the second frame 15.
- the internal bar 150 is arranged inside a second frame 15 so that the bar 150 is spaced by a lateral distance L2, here in the width direction, from the longitudinal edge 15C of the second frame 15 presenting the fluid inlet 152.
- the central bar 150 is spaced by the same lateral distance L2 from each longitudinal edge 15C, 15D of the second frame 15.
- This lateral distance L2 is considered in relation to the part of the edge, here the longitudinal edge 15C or 15D, which extends parallel to the bar 150, and not in relation to the loop 153 formed on the side of the longitudinal edge 15C or 15D.
- the fluid inlet length L1 is strictly greater than the lateral distance L2 according to the relation (b'): L 1 > L 2
- the lateral distance L2 is included in a range of the order of 15mm to 60mm.
- each through opening 152 defines a fluidic communication area S1.
- each through opening 152 is shaped so that the fluidic communication area S1 verifies a strict relationship: 0.1 ⁇ L 1 ⁇ L 3 ⁇ S 1 ⁇ 3 ⁇ L 1 ⁇ L 3 .
- the internal bar 150 as described above, defining several circulation passes for the second fluid, for example the cooling liquid, in a second frame 15 has dimensions advantageously chosen to optimize the thermal efficiency of the heat exchanger 1 while limiting coolant pressure losses.
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Description
L'invention se rapporte au domaine des échangeurs thermiques.
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 CO2, présentant une pression de fonctionnement supérieure aux gaz réfrigérants utilisés dans les solutions de l'état de l'art.In this regard, the invention relates more particularly to heat exchangers capable of being traversed by a refrigerant fluid having a relatively high operating pressure, as is the case for natural gases such as carbon dioxide designated by CO 2 , having an operating pressure higher than the refrigerant gases used in state-of-the-art solutions.
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 CO2 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.Such heat exchangers find particular application in motor vehicles. They can in particular constitute a gas cooler in which the refrigerant 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.
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 CO2 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.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 too cold temperatures, their autonomy can decrease significantly and if they are subjected to too high temperatures, there is a risk of thermal runaway which can go up to to the destruction of the battery, or even the motor vehicle. In order to regulate the temperature of the batteries, it is known to use a heat transfer fluid, generally a coolant comprising a mixture of glycol water, which circulates within a heat exchanger in contact with the battery(ies). The coolant can thus provide heat to the battery(ies) to heat them, this heat having been absorbed by the coolant for example during the heat exchange with the CO 2 circulating in the gas cooler. The coolant can also, if necessary, absorb heat emitted by the battery(ies) in order to cool them and evacuate this heat to one or more other heat exchangers.
De tels échangeurs thermiques peuvent aussi être utilisés comme tout autre refroidisseur de gaz dans un circuit de climatisation.Such heat exchangers can also be used like any other gas cooler in an air conditioning circuit.
Toutefois, l'utilisation d'un fluide réfrigérant tel que du CO2 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 refroidisseurs de gaz, doivent résister à de telles pressions élevées.However, the use of a refrigerant fluid such as CO 2 under very high pressure, generally greater than 100 bars, with a burst pressure which can reach for example up to 340 bars, implies that heat exchangers such as gas coolers, must withstand such high pressures.
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. Afin d'améliorer l'échange thermique, il est connu de prévoir des cloisons de séparation sur ces plaques délimitant plusieurs passes de circulation d'un fluide ou des deux fluides. Une problématique liée à la circulation d'un fluide en plusieurs passes est d'améliorer l'échange thermique tout en réduisant les pertes de charge du fluide. Par ailleurs, les échangeurs thermiques à plaques connus de l'art antérieur ne permettent pas de résister à de telles hautes pressions.For example, heat exchangers are known comprising a stack of plates allowing the circulation of the first fluid, such as the refrigerant fluid or refrigerant gas, and the second fluid such as the cooling liquid. In order to improve heat exchange, it is known to provide separation partitions on these plates delimiting several circulation passes of one fluid or both fluids. A problem linked to the circulation of a fluid in several passes is to improve the heat exchange while reducing the pressure losses of the fluid. Furthermore, the plate heat exchangers known from the prior art do not make it possible to withstand such high pressures.
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.We also know from the prior art heat exchangers comprising a stack of tubes connected together 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 in liquid form, can circulate around the tubes in an envelope connected to a water box.
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. Il a été également constaté qu'un tel échangeur thermique ne présente pas toujours une bonne tenue mécanique.However, such an architecture is complex to produce and presents in particular drawbacks in terms of sealing, in particular in the case of a brazed heat exchanger for which it proves necessary to provide multiple brazing points for several parts of the heat exchanger. In addition, with this architecture, the two fluids generally circulate in cross flow. It is not always possible to provide counter-current circulation or even in several passes of the two fluids, which limits the efficiency of the heat exchanger. It has also been noted that such a heat exchanger does not always have good mechanical strength.
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.Furthermore, a constant problem with heat exchangers implemented in a motor vehicle lies in the allocation of reduced space, in order to meet the manufacturers' requirements.
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 ayant une meilleure performance d'échange thermique, ceci en limitant les pertes de charge.The present invention aims to improve the solutions of the state of the art and to at least partially resolve the drawbacks set out above by proposing a simple to produce heat exchanger having better heat exchange performance, this by limiting heat losses. charge.
À cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur comprenant un faisceau d'échange thermique définissant des canaux de circulation pour au moins un fluide.To this end, the subject of the invention is a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, said exchanger comprising a heat exchange bundle defining circulation channels for at least one fluid.
Selon l'invention,
- l'échangeur thermique comprend un nombre prédéfini de cadres définissant respectivement un canal de circulation pour ledit fluide, chaque cadre définissant une largeur interne et une longueur interne, et
- chaque cadre comporte au moins une barrette interne :
- de plus petite largeur que ledit cadre, et
- s'étendant longitudinalement à l'intérieur dudit cadre sur une longueur inférieure à la longueur interne dudit cadre,
- the heat exchanger comprises a predefined number of frames respectively defining a circulation channel for said fluid, each frame defining an internal width and an internal length, and
- each frame has at least one internal bar:
- of smaller width than said frame, and
- extending longitudinally inside said frame over a length less than the internal length of said frame,
De tels cadres permettent, de façon simple, une circulation en au moins deux passes d'au moins un fluide, par exemple du liquide de refroidissement, dans l'échangeur thermique, améliorant ainsi les performances de l'échangeur thermique.Such frames allow, in a simple manner, circulation in at least two passes of at least one fluid, for example coolant, in the heat exchanger, thus improving the performance of the heat exchanger.
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.In the invention, the frames designate a part, or an assembly of parts, which can be rigid, delimiting a closed space or not. In this space, heat exchange tubes can be positioned in our example.
On notera que le faisceau d'échange thermique, qui comporte une pluralité de tubes d'échange thermique, est distinct des cadres.Note that the heat exchange bundle, which comprises a plurality of heat exchange tubes, is distinct from the frames.
L'échangeur thermique peut en outre comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :
- la barrette interne s'étend sur une longueur au moins égale à la moitié de la longueur interne dudit cadre. Les dimensions de la barrette ainsi choisies permettent d'optimiser les performances thermiques tout en limitant les pertes de charge ;
- ledit cadre et la barrette interne sont conformés de manière à vérifier la relation suivante :
- la longueur interne dudit cadre est comprise dans une plage de l'ordre de 30mm à 500mm ;
- chaque cadre est de forme sensiblement rectangulaire, et la barrette interne s'étend depuis un bord dudit cadre formant un petit côté s'étendant dans le sens de la largeur ;
- ledit cadre comprend un bord sensiblement parallèle à la barrette interne et présentant au moins une entrée de fluide s'étendant sur une longueur d'entrée de fluide, et la barrette interne est agencée à l'intérieur dudit cadre en étant éloignée dudit bord présentant l'entrée de fluide par une distance latérale, telle que la longueur d'entrée de fluide est supérieure ou égale à la distance latérale, selon la relation : L1 ≥ L2 ;
- la barrette interne est agencée sensiblement au centre dudit cadre dans le sens de la largeur dudit cadre ;
- la distance latérale entre la barrette interne et les deux bords opposés dudit cadre parallèles à la barrette interne, est la même de chaque côté de la barrette interne ;
- ledit cadre est dépourvu de barrette sur une longueur restante entre l'extrémité longitudinale libre de la barrette interne et le bord dudit cadre en regard de l'extrémité longitudinale libre de la barrette interne s'étendant sensiblement perpendiculairement à la barrette interne, et la longueur d'extension de la barrette interne est choisie de sorte que la distance latérale est supérieure ou égale à la longueur restante, selon la relation : L2 ≥ L3 = L - l;
- la distance latérale est comprise dans une plage de l'ordre de 15mm à 60mm ;
- l'échangeur thermique comprend au moins une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie pour ledit fluide, et lesdits cadres présentent respectivement des ouvertures traversantes de mise en communication fluidique avec les tubulures d'entrée et de sortie, et débouchant respectivement sur l'intérieur dudit cadre, au moins une ouverture traversante définissant une entrée de fluide ;
- lesdits cadres présentent respectivement au moins deux anses délimitant les ouvertures de mise en communication fluidique, et formées sur deux bords opposés dudit cadre s'étendant sensiblement parallèlement à la barrette interne ;
- ledit cadre et chaque ouverture de mise en communication fluidique sont conformés de manière à définir une aire de mise en communication fluidique comprise dans une plage dont :
- la borne supérieure correspond à trois fois le produit de la longueur d'entrée de fluide avec la longueur restante, et
- la borne inférieure est le dixième du produit de la longueur d'entrée de fluide avec la longueur restante,
de manière à vérifier la relation suivante :
- l'épaisseur dudit cadre est de l'ordre de 0.5mm à 4mm, de préférence de l'ordre de 2mm, dans la direction d'empilement desdits cadres ;
- chaque cadre comprend des turbulateurs d'écoulement dudit fluide disposés de part et d'autre de la barrette interne ;
- l'épaisseur des turbulateurs est sensiblement égale à l'épaisseur dudit cadre, dans la direction d'empilement desdits cadres.
- the internal bar extends over a length at least equal to half the length internal of said frame. The dimensions of the strip thus chosen make it possible to optimize thermal performance while limiting pressure losses;
- said frame and the internal bar are shaped so as to verify the following relationship:
- the internal length of said frame is included in a range of the order of 30mm to 500mm;
- each frame is of substantially rectangular shape, and the internal bar extends from an edge of said frame forming a short side extending in the width direction;
- said frame comprises an edge substantially parallel to the internal bar and having at least one fluid inlet extending over a fluid inlet length, and the internal bar is arranged inside said frame being distant from said edge having the fluid entry through a lateral distance, such that the fluid entry length is greater than or equal to the lateral distance, according to the relationship:
L1 ≥ L 2; - the internal bar is arranged substantially in the center of said frame in the direction of the width of said frame;
- the lateral distance between the internal bar and the two opposite edges of said frame parallel to the internal bar, is the same on each side of the internal bar;
- said frame is devoid of bar over a remaining length between the free longitudinal end of the internal bar and the edge of said frame facing the free longitudinal end of the internal bar extending substantially perpendicular to the internal bar, and the length extension of the internal bar is chosen so that the lateral distance is greater than or equal to the remaining length, according to the relationship:
L2 ≥ L 3 = L - l ; - the lateral distance is in a range of the order of 15mm to 60mm;
- the heat exchanger comprises at least one inlet pipe and one outlet pipe for said fluid, and said frames respectively have through openings for fluid communication with the inlet and outlet pipes, and opening respectively onto the interior of said frame, at least one through opening defining a fluid inlet;
- said frames respectively have at least two handles delimiting the openings for fluidic communication, and formed on two opposite edges of said frame extending substantially parallel to the internal bar;
- said frame and each fluidic communication opening are shaped so as to define a fluidic communication area included in a range including:
- the upper limit corresponds to three times the product of the fluid inlet length with the remaining length, and
- the lower limit is the tenth of the product of the fluid inlet length with the remaining length,
in order to verify the following relationship:
- the thickness of said frame is of the order of 0.5mm to 4mm, preferably of the order of 2mm, in the direction of stacking of said frames;
- each frame comprises flow turbulators of said fluid arranged on either side of the internal bar;
- the thickness of the turbulators is substantially equal to the thickness of said frame, in the direction of stacking of said frames.
Selon un autre aspect de l'invention, l'échangeur thermique permet un échange thermique entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide, et comprend un empilement alterné de premiers cadres de réception de tubes d'échange thermique définissant des premiers canaux de circulation pour le premier fluide, et de deuxièmes cadres définissant respectivement des deuxièmes canaux de circulation pour le deuxième fluide et comprenant respectivement ladite au moins une barrette interne.According to another aspect of the invention, the heat exchanger allows heat exchange between at least a first fluid and a second fluid, and comprises an alternating stack of first frames for receiving heat exchange tubes defining first circulation channels for the first fluid, and second frames respectively defining second circulation channels for the second fluid and respectively comprising said at least one internal bar.
L'échangeur thermique comprend ainsi un empilement d'éléments simples, à savoir des premiers cadres dans lesquels circule le premier fluide, tel qu'un fluide réfrigérant, et entre lesquels des deuxièmes cadres sont agencés, le deuxième fluide tel que du liquide de refroidissement circulant dans ces deuxièmes cadres.The heat exchanger thus comprises a stack of simple elements, namely first frames in which the first fluid circulates, such as a fluid refrigerant, and between which second frames are arranged, the second fluid such as coolant circulating in these second frames.
Les cadres superposés permettent de créer le chemin d'écoulement du premier fluide tel qu'un fluide réfrigérant, lorsque les cadres sont assemblés, de préférence par brasage, et de même, les cadres superposés permettent de créer le trajet d'écoulement du deuxième fluide tel que du liquide de refroidissement notamment sur deux côtés opposés du faisceau d'échange thermique.The superimposed frames make it possible to create the flow path of the first fluid such as a refrigerant fluid, when the frames are assembled, preferably by brazing, and likewise, the superimposed frames make it possible to create the flow path of the second fluid such as coolant in particular on two opposite sides of the heat exchange bundle.
Une telle architecture permet une réalisation plus simple de l'échangeur thermique dans son ensemble qui présente un encombrement réduit tout en présentant des propriétés intéressantes afin de résister au mieux aux fortes pressions locales, notamment dues à la circulation de CO2 comme fluide réfrigérant dans les premiers cadres.Such an architecture allows a simpler production of the heat exchanger as a whole which has a reduced bulk while having interesting properties in order to best resist high local pressures, in particular due to the circulation of CO 2 as refrigerant fluid in the first executives.
Selon encore un autre aspect, l'échangeur thermique est assemblé par brasage.According to yet another aspect, the heat exchanger is assembled by brazing.
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, et - la
figure 2 est une vue en perspective d'un cadre de l'échangeur thermique de lafigure 1 .
- there
figure 1 is a perspective view of a heat exchanger, and - there
figure 2 is a perspective view of a heat exchanger frame of thefigure 1 .
Sur ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références.In these figures, the substantially identical elements bear the same references.
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.The following achievements are examples. Although the description refers to one or more embodiments, this does not necessarily mean that each reference relates to the same embodiment, or that the features only apply to a single embodiment. Single features of different embodiments may also be combined to provide other embodiments.
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.In this document, the terms upper and lower, or top and bottom, or vertical and horizontal, are designated with reference to the arrangement of the elements on the figures. This arrangement corresponds to the inverted arrangement of the elements in the mounted state in a motor vehicle in particular.
En référence à la
Le premier fluide peut entrer dans l'échangeur thermique 1 sous forme gazeuse et le deuxième fluide sous forme liquide.The first fluid can enter the
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.It is in particular a heat exchanger assembled by brazing. To do this, the
Un tel revêtement est couramment désigné par « clad » en anglais dans le domaine du brasage de pièces métalliques, notamment en aluminium.Such a coating is commonly referred to as “clad” in the field of brazing metal parts, particularly aluminum.
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 100bars.The
Par exemple le premier fluide est un fluide réfrigérant destiné à circuler à haute pression tel que du CO2, aussi désigné par R744 selon la nomenclature industrielle.For example, the first fluid is a refrigerant fluid intended to circulate at high pressure such as CO 2 , also designated by R744 according to industrial nomenclature.
L'échangeur thermique 1 peut notamment être un refroidisseur de gaz dans lequel le fluide réfrigérant tel que du CO2 est refroidi par un deuxième fluide par exemple sous forme liquide, tel que du liquide de refroidissement comprenant un mélange d'eau glycolée.The
Le deuxième fluide tel que le liquide de refroidissement peut aussi être refroidi par le premier fluide tel que du CO2, un tel échangeur thermique est alors couramment désigné par « Water chiller » en anglais.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.
L'échangeur thermique 1 comprend un faisceau d'échange thermique 3 permettant l'échange thermique entre le premier fluide et le deuxième fluide.The
Dans l'exemple illustré, le faisceau d'échange thermique 3 présente une forme générale sensiblement parallélépipédique.In the example illustrated, the
La circulation des premier et deuxième fluides se fait avantageusement à contre-courant dans le faisceau d'échange thermique 3.The circulation of the first and second fluids advantageously takes place countercurrently in the
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 F1I pour l'introduction et F1O pour l'évacuation.The introduction and evacuation of the first fluid into the
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.Likewise, the introduction of the second fluid into the
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, ici au moins du deuxième fluide, voire une circulation en au moins deux passes des deux fluides.Finally, the
Un exemple de circulation des deux fluides à contre-courant et en deux passes est illustré de façon schématique par les flèches F1 et F2 sur la
Plus précisément, le faisceau d'échange thermique 3, comprend alternativement des premiers canaux de circulation pour le premier fluide (non visibles sur les figures) et des deuxièmes canaux de circulation 9 pour le deuxième fluide (voir
Selon un exemple de réalisation préféré, le faisceau d'échange thermique 3 comprend une pluralité de tubes d'échange thermique (non visibles sur les figures) empilés de manière à définir alternativement les premiers canaux de circulation pour le premier fluide dans les tubes d'échange thermique (non visibles sur les figures) et les deuxièmes canaux de circulation 9 pour le deuxième fluide entre les tubes d'échange thermique (non visibles sur les figures).According to a preferred embodiment, the
Les tubes d'échange thermique peuvent être réalisés par extrusion, par exemple sous forme de tubes plats, avantageux en termes d'encombrement.The heat exchange tubes can be made by extrusion, for example in the form of flat tubes, advantageous in terms of size.
Les premiers canaux ou micro-canaux (non visibles sur les figures) s'étendent alors sensiblement longitudinalement, selon une direction parallèle à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique (non visibles sur les figures).The first channels or micro-channels (not visible in the figures) then extend substantially longitudinally, in a direction parallel to the direction longitudinal of the heat exchange tubes (not visible in the figures).
Le premier fluide peut suivre une circulation en une passe dite circulation en « I » ou rectiligne, mais aussi en variante une circulation en au moins deux passes, par exemple une circulation dite en « U ».The first fluid can follow a circulation in one pass called “I” or rectilinear circulation, but also as a variant a circulation in at least two passes, for example a so-called “U” circulation.
Avantageusement, les tubes d'échange thermique (non visibles sur les figures) peuvent être reçus dans des premiers cadres 13.Advantageously, the heat exchange tubes (not visible in the figures) can be received in first frames 13.
Des intercalaires sont avantageusement disposés entre les premiers cadres 13, et définissent le pas entre les tubes d'échange thermique (non visibles sur les figures) par exemple reçus dans les premiers cadres 13.Spacers are advantageously arranged between the
Selon l'invention, les deuxièmes canaux de circulation 9 sont définis par des cadres 15, nommés par la suite deuxièmes cadres 15.According to the invention, the
Par ailleurs, des turbulateurs (non illustrés) de l'écoulement du deuxième fluide peuvent avantageusement être agencés dans les deuxièmes canaux de circulation 9 définis par les deuxièmes cadres 15, améliorant ainsi l'échange thermique les deux fluides.Furthermore, turbulators (not illustrated) of the flow of the second fluid can advantageously be arranged in the
Les turbulateurs (non représentés) peuvent par exemple être de forme sensiblement en créneaux, formant saillies dans les deuxièmes canaux de circulation 9.The turbulators (not shown) can for example have a substantially crenellated shape, forming projections in the
Selon un mode de réalisation, le faisceau d'échange thermique 3 comprend un empilement alterné de premiers cadres 13 et de deuxièmes cadres 15.According to one embodiment, the
Une pluralité de deuxièmes cadres 15 agencés entre deux premiers cadres 13 successifs forment les intercalaires.A plurality of
L'empilement se fait ici sensiblement verticalement.The stacking is done here approximately vertically.
Chaque premier cadre 13 est apte à définir au moins un premier canal de circulation pour le premier fluide, par exemple chaque premier cadre 13 est apte à recevoir au moins un tube d'échange thermique, et cet ensemble forme un étage du faisceau d'échange thermique 3.Each
On peut désigner les premiers cadres 13 par cadres-tubes.The first frames 13 can be designated as tube frames.
Chaque deuxième cadre 15 peut recevoir des turbulateurs et cet ensemble forme un autre étage du faisceau d'échange thermique 3.Each
Ces deux ensembles ou étages sont répétés autant de fois que nécessaire suivant l'espace disponible et la performance à atteindre.These two sets or stages are repeated as many times as necessary following the space available and the performance to be achieved.
Les premiers cadres 13 et les deuxièmes cadres 15 sont décrits plus en détail par la suite.The first frames 13 and the
À titre d'exemple, des plaques de fermetures 17, 18, 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.For example,
Les plaques de fermeture 17, 18 présentent avantageusement une forme complémentaire de la forme des premiers cadres 13 et des deuxièmes cadres 15.The
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 dans les premiers cadres 13.The
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.The
Bien entendu, selon une variante non illustrée, la boîte collectrice 19 peut être agencée sur la plaque de fermeture inférieure 17 disposée en bas du faisceau d'échange thermique 3.Of course, according to a variant not illustrated, the
Une même boîte collectrice 19 peut être compartimentée, de manière à définir d'une part l'introduction du premier fluide schématisée par la flèche F1I sur la
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.The
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.In this example, the two
Bien entendu, selon une variante non illustrée, on peut prévoir d'agencer les deux tubulures 21 sur la plaque inférieure 17.Of course, according to a variant not illustrated, it is possible to arrange the two
Selon une variante non illustrée, on peut prévoir d'agencer séparément les tubulures 21, avec une tubulure 21 sur la plaque de fermeture supérieure 18 et l'autre tubulure 21 sur la plaque de fermeture inférieure 17.According to a variant not illustrated, it is possible to arrange the
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.In particular, the
Selon la disposition illustrée sur la
Par ailleurs, préférentiellement, on prévoit de façon complémentaire à la fois 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.Furthermore, preferably, we provide in a complementary manner both a two-pass, so-called “U”-shaped circulation of the first fluid in a
L'échangeur thermique 1 est alors à double circulation en « U ».The
En ce qui concerne les premiers cadres 13, ils peuvent être au moins partiellement réalisés en aluminium.Concerning the
Ces premiers cadres 13 peuvent présenter une épaisseur de l'ordre de quelques millimètres, par exemple de l'ordre de 1mm.These
Lorsqu'ils reçoivent des tubes d'échange thermique (non représentés sur les figures), ces premiers cadres 13 peuvent présenter une même épaisseur que les tubes d'échange thermique qu'ils reçoivent.When they receive heat exchange tubes (not shown in the figures), these
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. Il s'agit ici de l'épaisseur dans la direction d'empilement des cadres 13, 15.The thickness is considered in the direction of the height of the
Ainsi, les tubes d'échange thermique peuvent être maintenus dans les premiers cadres 13 respectifs avant superposition des différents cadres.Thus, the heat exchange tubes can be held in the first
Chaque premier cadre 13 peut recevoir un tube d'échange thermique ou en variante au moins deux tubes d'échange thermique, de sorte que le faisceau d'échange thermique 3 présente alors au moins deux rangées de tubes d'échange thermique.Each
De plus, afin de permettre une circulation en au moins deux passes du premier fluide, deux tubes d'échange thermique adjacents agencés dans un premier cadre 13 peuvent communiquer entre eux à une extrémité.Furthermore, in order to allow circulation in at least two passes of the first fluid, two adjacent heat exchange tubes arranged in a
Les premiers cadres 13 sont par exemple de forme générale sensiblement rectangulaire.The first frames 13 are for example of generally rectangular shape.
Toutefois, selon d'autres modes de réalisation, on pourrait prévoir des cadres présentant une forme générale qui ne soit pas rectangulaire, par exemple elliptique, ou en forme de losange.However, according to other embodiments, frames could be provided having a general shape which is not rectangular, for example elliptical, or diamond-shaped.
Par ailleurs, 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 (non visibles sur les figures) des premiers canaux de circulation du premier fluide avec la boite collectrice 19.Furthermore, in order to allow the flow of the first fluid in the
Les moyens de mise en communication fluidique (non visibles sur les figures) de chaque premier cadre 13 sont avantageusement agencés en communication fluidique avec les moyens de mise en communication fluidique des autres premiers cadres 13 du faisceau d'échange thermique 3 et avec la boîte collectrice 19.The means of fluidic communication (not visible in the figures) of each
Ces moyens de mise en communication fluidique (non visibles sur les figures) sont par exemple réalisés sous forme d'évidements définissant des ouvertures traversantes de mise en communication fluidique, dans lesquelles débouchent les premiers canaux de circulation du premier fluide, notamment les extrémités longitudinales, des tubes d'échange thermique reçus dans les premiers cadres 13.These fluidic communication means (not visible in the figures) are for example made in the form of recesses defining through openings for fluidic communication, into which the first circulation channels of the first fluid open, in particular the longitudinal ends, heat exchange tubes received in the first frames 13.
Des ouvertures traversantes sont avantageusement agencées sur deux bords opposés des premiers cadres 13. Il s'agit par exemple des bords latéraux des premiers cadres 13 s'étendant dans le sens de la largeur de l'échangeur thermique 1.Through openings are advantageously arranged on two opposite edges of the first frames 13. These are for example the lateral edges of the
Les moyens de mise en communication fluidique prévus sur les premiers cadres permettent, de façon simple, de collecter le premier fluide et de le distribuer par exemple dans les tubes d'échange thermique maintenus dans ces premiers cadres.The fluidic communication means provided on the first frames allow, in a simple manner, to collect the first fluid and distribute it for example in the heat exchange tubes maintained in these first frames.
Il n'est plus nécessaire de prévoir les collecteurs de chaque côté des tubes comme dans les solutions connues.It is no longer necessary to provide collectors on each side of the tubes as in known solutions.
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.Furthermore, in order to allow the flow of the second fluid in the
Selon l'exemple illustré, les premiers cadres 13 sont respectivement conformés avec au moins une anse 134 qui lorsqu'au moins un tube d'échange thermique est agencé dans le premier cadre 13 permet de définir un orifice traversant permettant l'écoulement du deuxième fluide.According to the example illustrated, the
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 d'échange thermique 3.The handles 134 of each
À titre d'exemple illustratif, sur les figures on a représenté un mode de réalisation des anses 134 de forme sensiblement arrondie.As an illustrative example, in the figures there is shown an embodiment of the handles 134 of substantially rounded shape.
Bien entendu, toute autre forme des anses 134 peut être envisagée.Of course, any other shape of the handles 134 can be considered.
Les premiers cadres de réception 13 peuvent être réalisés par découpe en emboutissage.The first receiving frames 13 can be made by stamping cutting.
En référence à la
Les deuxièmes cadres 15 peuvent être au moins partiellement réalisés en aluminium.The second frames 15 can be at least partially made of aluminum.
Les deuxièmes cadres 15 peuvent être réalisés par découpe en emboutissage.The second frames 15 can be made by stamping cutting.
Les deuxièmes cadres 15 présentent une épaisseur Th qui est de l'ordre de quelques millimètres, par exemple de l'ordre de 0.5mm à 4mm, de préférence de l'ordre de 2mm.The second frames 15 have a thickness Th which is of the order of a few millimeters, for example of the order of 0.5mm to 4mm, preferably of the order of 2mm.
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 deuxièmes cadres 15. Il s'agit dans cet exemple de l'épaisseur dans la direction d'empilement des cadres 13, 15.The thickness is here considered in the direction of the height of the
L'épaisseur ou hauteur des deuxièmes cadres 15 permet de définir le pas entre les premiers cadres 13.The thickness or height of the
Une pluralité de deuxièmes cadres 15 dits intercalaires, agencés entre deux premiers cadres 13 de réception des tubes d'échange thermique 5, définissent ainsi le pas entre deux étages du faisceau d'échange thermique 3 dans lesquels circule le premier fluide.A plurality of
Lorsque les deuxièmes cadres 15 reçoivent des turbulateurs (non représentés), les deuxièmes cadres 15 sont dits cadres-turbulateurs ou cadres porte-turbulateurs. L'épaisseur des turbulateurs (non représentés) peut être sensiblement égale à l'épaisseur Th d'un deuxième cadre 15.When the
Avantageusement, le deuxième fluide peut circuler en au moins deux passes dans chaque deuxième cadre 15.Advantageously, the second fluid can circulate in at least two passes in each
Selon le mode de réalisation illustré, le deuxième fluide peut circuler en deux passes, selon une circulation dite circulation en « U », dans chaque deuxième cadre 15.According to the illustrated embodiment, the second fluid can circulate in two passes, in a so-called “U” circulation, in each
Les deuxièmes cadres 15 présentent deux bords opposés 15A, 15B s'étendant de façon perpendiculaire à la direction générale d'écoulement du deuxième fluide et deux autres bords opposés 15C, 15D s'étendant parallèlement à la direction générale du deuxième fluide.The second frames 15 have two
La direction générale d'écoulement du deuxième fluide s'entend ici de la direction des branches du « U » dans le cas d'une circulation en deux passes du deuxième fluide.The general direction of flow of the second fluid here means the direction of the branches of the “U” in the case of two-pass circulation of the second fluid.
Dans les exemples illustrés, les deuxièmes cadres 15 sont de forme générale sensiblement rectangulaire. Les deuxièmes cadres 15 présentent dans ce cas :
- deux bords latéraux 15A, 15B, formant des petits côtés, s'étendant dans le sens de la largeur, et
- deux bords longitudinaux 15C, 15D, formant des grands côtés.
- two
15A, 15B, forming short sides, extending in the width direction, andside edges - two
15C, 15D, forming long sides.longitudinal edges
Les deuxièmes cadres 15 présentent avantageusement une forme similaire et complémentaire de la forme des premiers cadres 13.The second frames 15 advantageously have a shape similar to and complementary to the shape of the first frames 13.
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.In particular, the external contours of the
Selon le mode de réalisation illustré, les deuxièmes cadres 15 s'étendent sur une même longueur et sur une même largeur que les premiers cadres 13.According to the illustrated embodiment, the
Comme dit précédemment, l'échangeur thermique 1 est de préférence assemblé par brasage. Dans ce cas, les deuxièmes cadres 15 sont destinés à être assemblés par brasage aux premiers cadres 13.As said previously, the
En particulier, les bords longitudinaux 15C, 15D des deuxièmes cadres 15 sont destinés à être assemblés par brasage aux bords longitudinaux des premiers cadres 13 et les bords latéraux des deuxièmes cadres 15 sont destinés à être assemblés par brasage aux bords latéraux des premiers cadres 13.In particular, the
Plus particulièrement, chaque deuxième cadre 15 définit une largeur interne et une longueur interne L (voir
On entend par « largeur interne », la largeur définie entre les parois internes, donnant sur l'intérieur du deuxième cadre 15, des bords longitudinaux opposés 15C et 15D.By “internal width” is meant the width defined between the internal walls, facing the interior of the
On entend par « longueur interne », la longueur L définie entre les parois internes, donnant sur l'intérieur du deuxième cadre 15, des bords latéraux opposés 15A et 15B.By “internal length” is meant the length L defined between the internal walls, facing the inside of the
En outre, les bords latéraux des deuxièmes cadres 15 peuvent être légèrement plus grands que les bords latéraux des premiers cadres 13, de sorte que lorsque des tubes d'échange thermique sont reçus dans les premiers cadres 13, les extrémités de ces tubes d'échange thermique (non représentés), reposent sur la bordure périphérique des bords latéraux des deuxièmes cadres 15.Furthermore, the side edges of the
Les deuxièmes cadres 15 définissent dans ce cas une longueur interne L inférieure à la longueur interne définie par l'espace intérieur des premiers cadres 13.The second frames 15 define in this case an internal length L less than the internal length defined by the internal space of the first frames 13.
Autrement dit, la longueur interne L d'un deuxième cadre 15 est définie par rapport à la surface du deuxième cadre 15 qui est effectivement traversée par le deuxième fluide.In other words, the internal length L of a
En outre, les deuxièmes cadres 15 comprennent chacun au moins une barrette 150, agencée à l'intérieur du deuxième cadre 15 respectif de manière à séparer deux passes de circulation pour le deuxième fluide. Il s'agit donc d'une barrette interne 150.In addition, the
Dans l'exemple illustré, la barrette 150 permet de conformer le deuxième canal de circulation 9 défini par un deuxième cadre 15 sensiblement en « U ».In the example illustrated, the
Selon le mode de réalisation illustré, un deuxième cadre 15 comprend une seule barrette 150.According to the illustrated embodiment, a
Bien entendu, on pourrait prévoir une circulation du deuxième fluide en plus de deux passes dans un deuxième cadre 15 et à cet effet plus d'une barrette 150 à l'intérieur du deuxième cadre 15 qui seraient, à titre d'exemple non limitatif, agencées de manière décalée et opposée l'une par rapport à l'autre.Of course, one could provide a circulation of the second fluid in more than two passes in a
Lorsque les deuxièmes cadres 15 reçoivent des turbulateurs (non représentés) d'écoulement du deuxième fluide, les turbulateurs sont alors avantageusement disposés de part et d'autre de la ou chaque barrette interne 150.When the
La ou chaque barrette 150 s'étend longitudinalement à l'intérieur d'un deuxième cadre 15.The or each
La ou chaque barrette 150 s'étend donc dans cet exemple de façon sensiblement parallèle aux bords longitudinaux 15C et 15D du deuxième cadre 15.The or each
La barrette 150 ne s'étend pas sur toute la longueur interne L du deuxième cadre 15. Autrement dit, la barrette 150 s'étend depuis un bord latéral 15A d'un deuxième cadre 15 en direction du bord latéral opposé 15B mais sans atteindre ce bord latéral opposé 15B.The
La barrette interne 150 s'étend donc longitudinalement depuis un bord latéral 15A d'un deuxième cadre 15 en direction du bord latéral opposé 15B mais sans atteindre ce bord latéral opposé 15B.The
La barrette 150 est donc solidaire d'un bord latéral 15A d'un deuxième cadre 15 et fait saillie avec son extrémité libre vers l'espace interne du deuxième cadre 15 en direction du bord latéral opposé 15B, en laissant un espace.The
La barrette interne 150 s'étend donc longitudinalement depuis un bord latéral 15A d'un deuxième cadre 15 sur une longueur l inférieure à la longueur interne L d'un deuxième cadre 15.The
La barrette interne 150 ne s'étend pas non plus sur toute la largeur interne du deuxième cadre 15. Plus précisément, la barrette interne 150 présente une largeur W plus petite que la largeur interne du deuxième cadre 15.The
La largeur W de la barrette interne 150 peut être supérieure ou égale, de préférence strictement supérieure, à l'épaisseur Th du deuxième cadre 15.The width W of the
On définit ainsi de chaque côté de la barrette 150, l'entrée et la sortie du trajet d'écoulement pour le deuxième fluide. La barrette 150 peut aussi être qualifiée de languette.We thus define on each side of the
En outre, la barrette 150 est sensiblement de même épaisseur que le deuxième cadre 15.In addition, the
La barrette 150 est par exemple agencée de façon sensiblement centrale. Plus précisément, la barrette 150 est agencée sensiblement au centre d'un deuxième cadre 15 dans le sens de la largeur du deuxième cadre 15. De la sorte, la barrette 150 divise le deuxième cadre 15 en deux parties de même taille.The
Avantageusement, la barrette interne 150 s'étend sur une longueur l au moins égale à la moitié de la longueur interne L d'un deuxième cadre 15.Advantageously, the
En particulier, chaque deuxième cadre 15 et la barrette interne 150 de ce deuxième cadre 15 donné peuvent être conformés de manière à vérifier la relation (a) suivante :
- l = longueur d'extension de la barrette
interne 150, et - L = longueur interne du deuxième
cadre 15.
- l = extension length of the
internal bar 150, and - L = internal length of the
second frame 15.
De préférence, la borne supérieure est aussi définie par une relation stricte, de sorte que le deuxième cadre 15 et sa barrette interne 150 vérifient la relation (a') suivante :
Selon un exemple de réalisation, chaque deuxième cadre 15 peut présenter une longueur interne L comprise dans une plage de l'ordre de 30mm à 500mm.According to an exemplary embodiment, each
Par ailleurs, de façon complémentaire aux premiers cadres de réception 13, les deuxièmes cadres 15, en particulier les deuxièmes cadres intercalaires 15 agencés entre deux premiers cadres 13, présentent des guides pour le passage du premier fluide permettant son écoulement dans l'empilement des premiers cadres 13 et des deuxièmes cadres 15.Furthermore, in addition to the first receiving frames 13, the
Les guides, par exemple réalisés sous forme d'orifices de passage traversants, sont par exemple agencés dans l'alignement des moyens de mise en communication fluidique des premiers cadres de réception 13.The guides, for example made in the form of through passage orifices, are for example arranged in the alignment of the means for fluidic communication of the first reception frames 13.
De plus, les deuxièmes cadres 15 présentent respectivement des moyens de mise en communication fluidique 152 des deuxièmes canaux de circulation 9 entre eux d'une part et avec les tubulures 21 pour le deuxième fluide d'autre part.In addition, the
Les moyens de mise en communication fluidique 152 prévus sur les deuxièmes cadres 15 permettent, de façon simple, de collecter le deuxième fluide et de le distribuer dans les deuxièmes cadres 15.The fluid communication means 152 provided on the
Selon l'exemple illustré sur la
Les ouvertures traversantes 152 débouchent respectivement sur l'intérieur d'un deuxième cadre 15.The through
De plus, dans l'exemple illustré sur les
Les ouvertures traversantes 152 permettent de définir une entrée de fluide 152 vers l'espace intérieur du deuxième cadre 15, qui est dans l'exemple illustré, prévue sur un bord longitudinal 15C, et une sortie de fluide 152 hors du deuxième cadre 15, qui est dans l'exemple illustré, agencée sur le bord longitudinal opposé 15D.The through
Plus précisément, selon l'exemple illustré, les deuxièmes cadres 15 présentent des anses 153 qui permettent de délimiter les ouvertures traversantes 152.More precisely, according to the example illustrated, the
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.The
À titre illustratif, sur les figures on a représenté un exemple de réalisation des anses 153 de forme sensiblement arrondie.For illustration purposes, the figures show an example of producing the
La forme des anses 153 des deuxièmes cadres 15 est complémentaire de la forme des anses 134 des premiers cadres 13.The shape of the
Bien entendu toute autre forme des anses 153 peut être envisagée.Of course any other shape of the
Parmi les deux anses 153 des deuxièmes cadres 15, l'ouverture délimitée par une première anse 153 est agencée en communication fluidique avec une première tubulure 21 et l'ouverture délimitée par une deuxième anse 153 est agencée en communication fluidique avec une deuxième tubulure 21.Among the two
De plus, selon le mode de réalisation illustré sur la
Cette longueur d'entrée de fluide maximale L1 est, selon le mode de réalisation particulier illustré, définie par la longueur maximale de l'anse 153, au niveau du début de sa formation sur le deuxième cadre 15.This maximum fluid inlet length L1 is, according to the particular embodiment illustrated, defined by the maximum length of the
Par ailleurs, la barrette interne 150 est agencée à l'intérieur d'un deuxième cadre 15 de sorte que la barrette 150 est espacée d'une distance latérale L2, ici dans le sens de la largeur, du bord longitudinal 15C du deuxième cadre 15 présentant l'entrée de fluide 152.Furthermore, the
En particulier dans cet exemple, la barrette 150 centrale est espacée de la même distance latérale L2 de chaque bord longitudinal 15C, 15D du deuxième cadre 15.In particular in this example, the
Cette distance latérale L2 est considérée par rapport à la partie du bord, ici le bord longitudinal 15C ou 15D, qui s'étend parallèlement à la barrette 150, et non par rapport à l'anse 153 formée sur le côté du bord longitudinal 15C ou 15D.This lateral distance L2 is considered in relation to the part of the edge, here the
Avantageusement, la longueur d'entrée de fluide L1 est supérieure ou égale à la distance latérale L2 selon la relation (b) :
- L1 = longueur d'entrée de fluide maximale et
- L2 = distance latérale entre la barrette et le bord longitudinal du cadre.
-
L 1 = maximum fluid inlet length and -
L 2 = lateral distance between the bar and the longitudinal edge of the frame.
De préférence, la longueur d'entrée de fluide L1 est strictement supérieure à la distance latérale L2 selon la relation (b') :
En outre, la distance latérale L2 entre la barrette interne 150 et le bord, ici le bord longitudinal 15C ou 15D, d'un deuxième cadre 15, s'étendant parallèlement à la barrette interne 150, est supérieure ou égale à la longueur restante L3 du deuxième cadre 15 :
- entre l'extrémité longitudinale libre de la barrette interne 150 et
- le bord, ici le bord latéral du 15B, du deuxième
cadre 15 en regard de l'extrémité de la barrette interne 150 s'étendant sensiblement perpendiculairement à la barretteinterne 150, autrement dit la longueur restante L3 dépourvue de barrette 150, selon la relation :
- L3 = longueur restante dépourvue de barrette interne 150,
- l = longueur d'extension de la barrette
interne 150, et - L = longueur interne du deuxième
cadre 15.
- between the free longitudinal end of the
internal bar 150 and - the edge, here the lateral edge of 15B, of the
second frame 15 facing the end of theinternal bar 150 extending substantially perpendicular to theinternal bar 150, in other words the remaining length L3 devoid ofbar 150, according to the relationship :
- L3 = remaining length without
internal bar 150, - l = extension length of the
internal bar 150, and - L = internal length of the
second frame 15.
De préférence, la distance latérale L2 et la longueur restante L3 vérifient une relation (c') stricte :
À titre d'exemple non limitatif, la distance latérale L2 est comprise dans une plage de l'ordre de 15mm à 60mm.As a non-limiting example, the lateral distance L2 is included in a range of the order of 15mm to 60mm.
Par ailleurs, chaque ouverture traversante 152 définit une aire de mise en communication fluidique S1.Furthermore, each through
Selon un mode de réalisation particulier, chaque ouverture traversante 152 est conformée de sorte que l'aire de mise en communication fluidique S1 est comprise dans une plage ayant :
- une borne supérieure correspondant à trois fois le produit de la longueur d'entrée de fluide L1 avec la longueur restante L3, et
- une borne inférieure correspondant au dixième du produit de la longueur d'entrée de fluide L1 avec la longueur restante L3.
- an upper limit corresponding to three times the product of the fluid inlet length L1 with the remaining length L3, and
- a lower limit corresponding to one tenth of the product of the fluid inlet length L1 with the remaining length L3.
Autrement dit, chaque ouverture traversante 152 est conformée de sorte que l'aire de mise en communication fluidique S1 vérifie la relation (d) suivante :
- S1 = aire de mise en communication fluidique.
- L1 = longueur d'entrée de fluide maximale et
- L3 = longueur restante dépourvue de barrette
interne 150.
-
S 1 = fluidic communication area. -
L 1 = maximum fluid inlet length and -
L 3 = remaining length withoutinternal bar 150.
De préférence, chaque ouverture traversante 152 est conformée de sorte que l'aire de mise en communication fluidique S1 vérifie une relation (d') stricte :
Les ouvertures traversantes 152 définissent en outre respectivement une aire d'entrée de fluide S2 qui est donc égale au produit de la longueur maximale d'entrée de fluide L1 par l'épaisseur Th ou hauteur du deuxième cadre 15, selon la relation (e) suivante :
- S2 = aire d'entréede fluide,
- L1 = longueur d'entrée de fluide maximale et
- Th = épaisseur du deuxième
cadre 15 dans la direction d'empilement.
-
S 2 = fluid entry area, -
L 1 = maximum fluid inlet length and - Th = thickness of the
second frame 15 in the stacking direction.
De façon similaire, le deuxième cadre 15 définit une aire d'écart latéral S3 entre la barrette interne 150 et un bord longitudinal 15C du deuxième cadre 15 qui est donc égale au produit de la distance latérale L2 par l'épaisseur Th ou hauteur du deuxième cadre 15, selon la relation (f) suivante :
- S3 = aire d'écart latéral.
- L2 = distance latérale entre la barrette et le bord longitudinal du cadre,
- Th = épaisseur du deuxième
cadre 15 dans la direction d'empilement.
-
S 3 = lateral deviation area. -
L 2 = lateral distance between the bar and the longitudinal edge of the frame, - Th = thickness of the
second frame 15 in the stacking direction.
Enfin, le deuxième cadre 15 définit une aire restante S4 égale au produit de la longueur restante L3 par l'épaisseur Th du deuxième cadre 15, selon la relation (g) suivante :
- S4 = aire restante,
- l = longueur d'extension de la barrette
interne 150, et - L = longueur interne du deuxième
cadre 15.
-
S 4 = remaining area, - l = extension length of the
internal bar 150, and - L = internal length of the
second frame 15.
Ainsi la barrette interne 150 telle que décrite précédemment, définissant plusieurs passes de circulation pour le deuxième fluide, par exemple le liquide de refroidissement, dans un deuxième cadre 15 présente, des dimensions avantageusement choisies pour optimiser l'efficacité thermique de l'échangeur thermique 1 tout en limitant les pertes de charges du liquide de refroidissement.Thus the
Claims (12)
- Heat exchanger (1), notably for a motor vehicle, said exchanger (1) comprising a heat exchange core bundle (3) defining circulation channels (9) for at least one fluid, such that:- the heat exchanger (1) comprises a predefined number of frames (15) respectively defining a circulation channel for said fluid, each frame (15) defining an internal width and an internal length (L) and that- each frame (15) comprises at least one internal strip (150) of smaller width (W) than said internal width of said frame (15), and extending longitudinally inside said frame (15) over a length (1) less than the internal length (L) of said frame (15) so as to define an at least two-pass path for said fluid in said frame (15), and characterized in that- the width (W) of the internal strip (150) is greater than or equal to, preferably strictly greater than, the thickness (Th) of said frame (15) in the direction of stacking of said frames (15) .
- Heat exchanger (1) according to the preceding claim, wherein the internal strip (150) extends over a length (1) at least equal to half of the internal length (L) of said frame (15).
- Heat exchanger (1) according to one of the preceding claims, wherein the internal length (L) of said frame (15) is comprised in a range of the order of 30 mm to 500 mm.
- Heat exchanger (1) according to any one of the preceding claims, wherein:- said frame (15) comprises an edge substantially parallel to the internal strip (150) and having at least one fluid inlet (152) extending over a fluid inlet length (L1), and wherein- the internal strip (150) is arranged inside said frame (15) distant from said edge having the fluid inlet (152) by a lateral distance (L2) such that the fluid inlet length (L1) is greater than or equal to the lateral distance (L2), according to the relationship: L1 ≥ L2.
- Heat exchanger (1) according to the preceding claim, wherein:- said frame (15) is devoid of strip (150) over a remaining length (L3) between the free longitudinal end of the internal strip (150) and the edge of said frame (15) facing the free longitudinal end of the internal strip (150) extending substantially perpendicular to the internal strip (150), and wherein- the length (l) over which the internal strip (150) extends is chosen so that the lateral distance (L2) is greater than or equal to the remaining length (L3) according to the relationship: L2 ≥ L3 = L-l.
- Heat exchanger (1) according to one of Claims 5 or 6, wherein the lateral distance (L2) is comprised in a range of the order of 15 mm to 60 mm.
- Heat exchanger (1) according to any one of Claims 5 to 7, comprising at least one inlet nozzle and one outlet nozzle (21) for said fluid, and wherein said frames (15) respectively have through-openings (152) providing fluidic communication with the inlet and outlet nozzles (21) and respectively opening onto the inside of said frame (15), at least one through-opening (152) defining a fluid inlet.
- Heat exchanger (1) according to the preceding claim, wherein said frames (15) respectively have at least two bows (153) defining the fluidic-communication openings (152) and formed on two opposite edges (15C, 15D) of said frame (15) extending substantially parallel to the internal strip (150).
- Heat exchanger (1) according to Claims 5 and 6 considered in combination with any one of the preceding claims, wherein said frame (15) and each fluidic-communication opening (152) are configured in such a way as to define a fluidic-communication area (S1) comprised within a range of which:- the upper limit corresponds to three times the product of the fluid inlet length (L1) times the remaining length (L3), and- the lower limit is one tenth of the product of the fluid inlet length (L1) times the remaining length (L3),so as to satisfy the following relationship:
- Heat exchanger (1) according to any one of the preceding claims, wherein the thickness (Th) of said frame (15) is of the order of 0.5 mm to 4 mm, preferably of the order of 2 mm, in the direction of stacking of said frames (15).
- Heat exchanger (1) for exchange of heat between at least a first fluid and a second fluid according to any one of the preceding claims, comprising an alternating stack of:- first frames (13) receiving heat-exchange tubes defining first circulation channels for the first fluid, and- second frames (15) respectively defining second circulation channels for the second fluid and respectively comprising said at least one internal strip (150).
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- 2016-12-16 WO PCT/FR2016/053505 patent/WO2017109356A1/en active Application Filing
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FR3045804B1 (en) | 2017-12-29 |
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