EP1739375A1 - Echangeur de chaleur à compacité et résistance à la pression améliorées - Google Patents

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EP1739375A1
EP1739375A1 EP06013318A EP06013318A EP1739375A1 EP 1739375 A1 EP1739375 A1 EP 1739375A1 EP 06013318 A EP06013318 A EP 06013318A EP 06013318 A EP06013318 A EP 06013318A EP 1739375 A1 EP1739375 A1 EP 1739375A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channels
collector
exchanger according
fluid
exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06013318A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jimmy Lemee
Philippe Doucet
Patrick Hoger
Stéphane MEUNIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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 SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP1739375A1 publication Critical patent/EP1739375A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • 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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, for example for a motor vehicle air conditioning circuit.
  • a heat exchanger has the function of ensuring a heat exchange between a first fluid and a second fluid circulating in the exchanger.
  • Exchangers comprising an elongate body in which are formed first and second longitudinal channels for the circulation of the first fluid and third longitudinal channels for the circulation of the second fluid are also known.
  • the channels are arranged in one or more rows.
  • Exchangers of this type are used in particular in the case of fluids flowing at high pressure.
  • the channels being formed in a relatively massive body, they have good resistance to pressure.
  • a collector is provided in which the first channels open at one end.
  • a collector for the second channels and a collector for the third channels are generally provided.
  • a collector for collecting the first fluid leaving the first channels to a first fluid outlet.
  • collectors are more generally provided for the second and third channels.
  • JP 2002098486 describes an exchanger comprising six collectors.
  • the space occupied by the collectors is a disadvantage. As the body is generally elongated and of small thickness, the bulk of the collectors appears to be important in comparison. The congestion of the collectors finally defines the bulk of the congestion of the exchanger, for the same reason. The size of the exchanger must be minimized in order to allow, facilitate and / or optimize its integration into the front part of a motor vehicle.
  • the exchanger must be able to be manufactured simply for a minimum cost and offer optimal heat transfer performance.
  • the object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks by proposing a heat exchanger comprising an elongated body in which are arranged at least one row of first longitudinal channels and at least one row of second longitudinal channels, in which a first fluid circulates, the first ones channels and the second channels being disposed on either side of at least one row of third longitudinal channels, in which a second fluid circulates, to allow a heat exchange between the first fluid and the second fluid.
  • the invention provides that the first channels and the second channels are shaped in the vicinity of at least one of their ends so as to be received in the same opening provided in a first collector while the third channels are shaped in the vicinity of the at least one of their ends so as to be received in the same opening provided in a second collector.
  • the number of collectors is thus reduced. In addition their individual size is also reduced.
  • the channels being received by the same opening with respect to the first collector, the resistance of the latter at high pressures is improved. It is known that the junction between the channels and the collectors is often a delicate point because of the pressures involved. As a result, the reduction in the number of openings allows simpler manufacture and assembly.
  • the first channels and the second channels each have a length substantially greater than a length of the third channels so that each end of the first channels and the second channels protrude from each end of the third channels.
  • the first channels and the second channels are further shaped in the vicinity of each end so as to jointly define a free space of material adapted to accommodate the second collector, each end of the third channels opening at said space.
  • optimum compactness of the exchanger is obtained.
  • the number of collectors is reduced.
  • the second collector integrating at the body of the exchanger, it does not occupy space at the ends of the body, where are usually arranged the first collectors.
  • a more homogeneous bulk of the exchanger according to more homogeneous space of the exchanger according to its length is obtained.
  • a heat exchange between the first and the second fluid can take place at the second collector with the second channels bordering the free space of material.
  • the first channels and the second channels have a generally semicircular portion longitudinally, so that said space has a generally cylindrical shape of substantially semicircular section.
  • the cylindrical shape is particularly advantageous in the case of high pressures due to the balancing of the forces exerted by the fluid.
  • the second collector advantageously comprises a tube portion of generally circular section of diameter adapted to be housed in said space, the tube portion being externally in contact with the first channels and the second channels.
  • the production of the second collector in the form of a tube portion is simple to implement and can be expensive.
  • the contact between the tube and the channels allows additional heat exchange between the first and the second fluid.
  • the second collector comprises said space.
  • the compactness of the exchanger is further improved since the thickness of the collector does not have to be housed in the interior space. This saves raw material. The number of parts needed to assemble the exchanger is further reduced.
  • the second collector then further comprises plugs of suitable shape to close said space.
  • At least one of these plugs has an opening adapted to be connected to a tubular element.
  • the tubing element can then ensure the arrival or the exit of the second fluid and be connected to the rest of a circulation circuit of fluid.
  • the first and second channels each have a length substantially shorter than a length of the third channels so that each end of the third channels protrudes from each end of the first and second channels.
  • the first collector has a shape adapted to house the second collector.
  • the overall size of these collectors is also decreased. An additional heat exchange can take place since the second collector can be surrounded by first fluid, improving the performance of the exchanger.
  • the first collector advantageously comprises a portion of tube of generally circular section of diameter adapted to house the second collector.
  • This configuration offers the advantage of good resistance to pressure thanks to the geometry of the collectors (circular section). In addition, it allows a simple and inexpensive realization.
  • the second collector comprises a tube portion of generally circular section.
  • first collector and the second collector are made in one piece in one piece, said piece being preferably in the form of a single piece in which are formed a first recess forming the first collector and a second obviously forming the second collector.
  • the exchanger advantageously comprises stop means between at least one of the first and second collectors and the first, second and third channels respectively.
  • stop means allow positioning these elements together. They possibly offer a temporary position in waiting for a subsequent soldering operation. They also confer good behavior of the elements relative to each other.
  • abutment means preferably comprise at least one channel of length substantially greater than the length of the other channels received, this channel coming into abutment against the bottom of the respective collector, which constitutes a simple and inexpensive way to achieve these abutment means .
  • the abutment means may comprise in addition or in replacement a notch arranged externally in the vicinity of said at least one end of the channels and a lug protruding internally from the opening of the collector, the lug being movable in the notch until to reach a stop position, which is another simple and inexpensive way to achieve or complete the abutment means.
  • the abutment means comprise a generally flat surface formed in the upper part of at least one of the plugs, the generally flat surface bearing against the first collector.
  • At least one of the collectors prefferably comprise a tubing element adapted to be connected to the remainder of a fluid circulation circuit.
  • the elongated body comprises a first portion and a second generally flat portion in which are formed respectively the first channels and the second channels, the first and second parts resting on either side of a third generally flat part in which are formed the third channels.
  • This multi-part body configuration avoids complicated body machining that would otherwise be required.
  • the exchanger is designed as an internal heat exchanger for an air conditioning circuit traversed by a refrigerant fluid operating in the supercritical state.
  • the first and second fluids are a same fluid flowing at high pressure.
  • the configuration of the exchanger according to the invention in this case offers advantageous characteristics of resistance to pressure, in particular when the fluid flowing in the third channels is at a pressure greater than that of the fluid flowing in the first and second channels.
  • the heat exchanger 1 partially shown in FIG. 1 comprises an elongate body 3 in which longitudinal channels are provided for the circulation of either a first fluid or a second fluid, the first and second fluids being able to exchange with one another heat. Only one part of the body 3 is shown in Figure 1, the other part can be deduced by symmetry.
  • the channels pass through the body 3 and open at their ends into collectors.
  • the channels in which the first fluid flows open at their ends into first collectors 5 (only one is shown in FIG. 1), whereas the channels in which the second fluid flows open into second collectors 7 (only one is shown in Figure 1).
  • the collectors 5 and 7 can be respectively connected to the remainder of first and second fluid flow circuits.
  • the body 3 may consist of three elongate portions, each comprising at least one row of longitudinal channels.
  • An elongated portion comprising one or more rows of channels will be called “tube” in the remainder of this description.
  • the body 3 thus comprises a first tube 9 in the form of a generally rectangular, elongated, flat and monobloc piece.
  • a row of first longitudinal channels 11 is formed in the tube 9 allowing a longitudinal fluid flow.
  • the tube 9 could comprise several rows of channels 11.
  • the body 3 further comprises a second tube 13 similar to the tube 9 and comprising a row of second longitudinal channels 15.
  • body 3 finally comprises a third tube 17 in the form of a generally rectangular piece, flat and monobloc, in which are formed third longitudinal channels 19.
  • the tube 17 is interposed between the tubes 9 and 13, so that the channels 11 and the channels 15 are respectively disposed on either side of the channels 19.
  • each tube 9, 15 and 17 comprises two large substantially planar faces. Each large face of the tube 17 is in contact with a portion of one of the large faces of each of the tubes 9 and 13 respectively.
  • the tube 17 is shorter than the tubes 9 and 13 so that the ends of the latter protrude from the tube 17.
  • Each end of the tube 17 is received in a manifold 7 through an opening 21 (visible in Figure 8) whose contour is adapted to the contour of the tube 17.
  • the channels 19 thus provide a circulation of the second fluid of a collector 7 to the other manifold 7 (a single manifold 7 is shown in Figure 2).
  • Each end of the tubes 9 and 13 is received in a manifold 5 through the same opening 23 (visible in Figure 5) whose contour is adapted to the contour of the meeting of the contours of one end of each tube 9 and 13.
  • the tubes 9 and 13 thus each ensure a circulation of the first fluid of a manifold 5 to the other manifold 5.
  • Each tube 9 and 13 has over its entire width a deformation, respectively 25 and 27, over a portion of its length in the form of a curvature of the tubes 9 and 13 retaining the section of these tubes constant.
  • the body 3 assembled, the deformations 25 and 27 are arranged vis-à-vis so that they jointly define a free inner space 29, visible in Figure 3 in particular.
  • the deformations 25 and 27 are in the embodiment of Figure 2 half-cylindrical shape of semicircular section so that the space 29 has a general shape of cylinder circular section.
  • the collector 7 comprises a collecting portion 31 in which the opening 21 is formed in the form of a portion of straight cylindrical tube of substantially circular section.
  • the manifold 7 further comprises a connecting pipe 33, in the form of a cylindrical tube portion of circular section, connected to the portion 31 by an intermediate portion 35 in the form of a bent tube portion of also circular section.
  • the tubing 33 may be connected in fluid communication with the remainder of a second fluid circulation circuit.
  • the collector 7 may in particular be made from a straight cylindrical tube of circular section curved so as to form the portion 5 and to define the tubing 33 and the portion 31.
  • the collector 7 comprises a plug 37 closing sealing the end of the portion 31 opposite the portion 35. Any other means for closing this end can also be used.
  • the shape of the deformations 25 and 27 is adapted to allow the housing of the portion 31 in the space 29.
  • the outer surface of the portion 31 is in contact with the surface of the deformations 25 and 27, thus allowing a additional heat exchange between the second fluid flowing in the portion 31 and the first fluid flowing in this portion of the channels 11 and 15.
  • the collector 5 is made analogously to the collector 7 and thus comprises a collector portion 39 connected to a connection pipe 41 by an intermediate portion 43 bent.
  • the parts of the space 29 left free after the insertion of the part 31 and indicated in FIG. 3 by the circles A, B and C represent spaces in which the heat exchange between the first and second fluids is weak because of the absence of contact between the tubes 9 and 13 and the portion 31. These spaces A, B and C can be minimized to obtain better heat exchange performance.
  • the curvature 45 between the deformations 25 and 27 and the remaining tubes 9 and 13 respectively is such that the space A is reduced to the maximum.
  • the shape of the curvature 45 is dependent on the mechanical properties of the material used as well as geometric elements such as the thickness of the tube 9 (13 respectively) and / or its rigidity.
  • the portion 31 is surrounded by the tubes 9 and 13. At least partial compensation of the pressure forces applied internally against the portion 31 by the pressure force applied internally against the tubes 9 and 13 occurs. This leads to a better resistance to the pressure of the exchanger 1. Where appropriate this pressure compensation can be taken into account in the sizing of the tubes 9 and 13 and the portion 31 and lead in particular to a decrease in the thicknesses of these rooms. This results in a decrease in the mass of the exchanger, space and cost of raw material. It is known that in the case of a fluid flowing at high pressure (for example in the tube 17), the compensation, even partial, of the pressure forces has a particularly advantageous character.
  • the translational stop of the collector 5 and / or its positioning relative to the ends of the tubes 9 and 13 must be ensured. This contributes in particular to a temporary holding in position of the elements between them, for example while waiting for a soldering operation.
  • the purpose of the brazing operation is to definitively fix the elements together.
  • the portion 39 is based on the curvature 45 joining the deformations 25 and 27 at the ends of the tubes 9 and 13 respectively.
  • tenons 47 are provided facing each other projecting towards the inside of the opening 23.
  • the shape of the pins 47 is in accordance with the section of two blind grooves 49 formed externally on each of the tubes 9 and 13, in the vicinity of the end.
  • the pins 47 are thus adapted to slide inside the grooves 49 until reaching a final position in which the pins 47 rest on the bottom of the grooves 49.
  • the pins 47 are of trapezoidal section according to the section of the grooves 49. Any other form of pin 47 and groove 49 for a shape cooperation between the pins 47 and the grooves 49 may be used.
  • the section of the channels 15 is oval. More specifically, the section of a channel 12 here has two segments parallel to each other connected by semicircles. Sections of different shape can be used, for example round, rectangular or square.
  • the section of the channels 15 is advantageously provided identical to that of the channels 11 to obtain a symmetry in the heat exchange between the tubes 9 and 17 on the one hand and the tubes 17 and 13 on the other hand.
  • tubes 9 and 13 are identical, so that only one part model is to be manufactured. This reduces manufacturing costs.
  • the section of the channels 19 is not necessarily identical to that of the channels 11 and 15.
  • FIGS. 9 and 10 illustrate a second embodiment of the exchanger 1, in which the space 29 partially forms the second collector 7.
  • the fluid pressure forces applying against the tubes 9 and 13 at the level of deformations 25 and 27 internally (channels 11 and 15) and externally (space 29) tend to compensate, at least in part.
  • This entails the same advantages as those described above in the embodiment of FIGS. 2 to 4.
  • the elimination of the part 31 contributes to a still greater compactness of the exchanger 1.
  • the space 29 is closed on either side of the body 3 by a first plug 51 and a second plug 53, shown in detail in FIGS. 11 to 14.
  • the first cap 51 has an upper portion 55 whose inner contour is shaped to accommodate a lateral edge of each of the tubes 9 and 13, above the deformations 25 and 27.
  • the portion 55 is extended by a lower portion 57 whose contour is shaped to house a lateral edge of each of the tubes 9 and 13 at the deformations 25 and 27 and below them.
  • the plug 51 is traversed in the portion 57 by an orifice 59.
  • the plug 51 positioned at an upper corner of the tubes 9 and 13, the orifice 59 opens into the space 29.
  • the orifice 59 is bordered by a short centering 61 annular adapted to receive a junction tubing 63 visible in Figure 10.
  • the centering 61 is formed as a cylindrical portion of circular section.
  • the junction tubing 63 comprises a first junction portion 65 connected in fluid communication with the orifice 59 through the centering 61.
  • the portion 65 is formed as a straight cylindrical tube portion of circular section.
  • the tubing 63 further includes a second junction portion 67 connectable in fluid communication with the remainder of a second fluid circulation circuit.
  • the parts 65 and 67 are optionally connected by an intermediate portion 69, which is bent in this embodiment. It is understood that the configuration of the tubing 63 is a function of the constraints of arrangement of the exchanger in the motor vehicle and / or in the rest of fluid circulation circuits.
  • the plug 53 illustrated in FIGS. 13 and 14 is similar to the plug 51.
  • the plug 53 has an upper portion 71 similar to the portion 55 and a lower portion 73 similar to the portion 57.
  • the plug 53 has no orifice 59.
  • Each plug 51 and 53 has a portion 55 and 71 terminating at the top with a flat surface 75.
  • the collector 5 is supported on the surfaces 75 as shown in FIG. 15, so that it is both stopped in translation and positioned.
  • a third embodiment of the exchanger 1 is illustrated in Figures 16 and 17.
  • the tube 17 is longer than the tubes 9 and 13 so that it protrudes from their ends.
  • the tubes 9 and 13 are received in a first manifold 77.
  • the manifold 77 houses a second manifold 79 into which the tube 17 opens.
  • the manifold 77 is generally cylindrical in the form of a straight portion of circular section tube, while that the collector 79 is in the form of a straight portion of circular section tube of smaller diameter.
  • Collectors 77 and 79 of different shape may be used, for example parallelepipedal, provided that the collector 77 can be housed inside the collector 79.
  • a circular section is particularly suitable for high pressure fluids circulating cases.
  • the pressure forces applied internally to the collector 79 are at least partly compensated by the pressure forces due to the fluid contained in the manifold 77.
  • the collector 79 which is smaller in section, will therefore advantageously be devoted to a fluid at a higher pressure than the fluid of the collector 77.
  • the tubes 9 and 13 are flat; elongated and parallelogram-shaped, that is, their lower and upper edges are not perpendicular to the side edges. All channels 15 and 19, respectively, are of identical length but result in different heights in the collectors. Thus a corner of the end of the tubes 9 and 13 and on the other hand 17 abuts against the inside of the manifolds 77 and secondly 79. The translation stop mentioned above is thus achieved.
  • Other shapes of the tubes 9, 13 and 17 are conceivable. A symmetry between the lower and upper ends of these tubes is advantageous: it is then possible to obtain these tubes by cutting extruded strips with minimized material losses.
  • the manifolds 77 and 79 are closed by a common plug 81 on one side and by a connection box 83 on the other.
  • the connection box 83 is able to be connected to the remainder of circulation circuits of first and second fluids.
  • the heat exchanger 1 is, in all the embodiments described above, able to withstand high pressures.
  • the exchanger 1 is therefore particularly adapted to be integrated in an air conditioning circuit operating with a refrigerant fluid according to a supercritical cycle.
  • a refrigerant such as for example carbon dioxide
  • Such a circuit operates with a natural refrigerant, such as for example carbon dioxide, present in a single phase, namely a gas phase.
  • the operating conditions are such that the circuit generally exceeds the critical temperature of carbon dioxide (31.1 ° C) in most cases.
  • FIG. 18 illustrates such an air conditioning circuit, in particular for a motor vehicle, in which the heat exchanger 1 of the preceding figures can be integrated.
  • the circuit of FIG. 18 essentially comprises a compressor 85.
  • a refrigerant, for example carbon dioxide CO2 sent by the compressor 85 then passes through a gas cooler 87, from which it comes out in a state of high pressure and high temperature.
  • the fluid passes through the exchanger 1 through the channels 19 and is then expanded in a pressure reducer 89.
  • the fluid thus expanded is then conveyed to an evaporator 91 and to a battery 93, before joining the exchanger 1 in a state of low pressure and low temperature, through which it passes through the channels 11 and 15.
  • the exchanger 1 is traversed by the same fluid in different states. It is then generally referred to as the internal heat exchanger.
  • the value of the high pressure of the coolant influences the cooling performance, and this value can be very high, which imposes components and an assembly of these components capable of withstanding this pressure.
  • the fluid pressure can reach values of the order of 130 bar (high pressure).
  • FIG 19 partially illustrates another heat exchanger according to the invention in another embodiment.
  • the tubes 9 and 13 are made straight.
  • the tube 17 is made longer so that its ends protrude from the ends of the tubes 9 and 13.
  • the tubes 9, 13 and 17 are received in a general collector 95 made in the form of a single piece.
  • the collector 95 has an opening 101 shaped to allow the passage of the tubes 9, 13 and 17.
  • an additional opening 103 is provided between the recesses 97 and 99.
  • the opening 103 is shaped to ensure the passage of the tube 17.
  • the tubes 9 and 13 open into the recess 97, which thus forms a first collector 5.
  • the tube 17 enters the collector 95 through the opening 101, passes through the recess 97, and then opens into the recess 99 through the intermediate of the opening 105.
  • the recess 99 thus forms a second collector 7.
  • the recess 99 is here in the form of a cylindrical hole of circular section. This form gives it good resistance to pressure as explained above.
  • a part of the recess 97, in particular in the vicinity of the opening 105, is made to fit a part of the periphery of the recess 99. On this part, the forces due to a high pressure in the recess 99 can advantageously be compensated, at least in part, by the forces generated by a low pressure in the recess 97.
  • the collector 95 can be made in the form of a molded part in which the recesses 97 and 99 are machined. Connection means (not shown) to the remainder of fluid circulation circuits are provided. These connection means may comprise circular openings formed at the ends of the collector 95 and shaped to receive connecting tubes.
  • FIG. 20 partially illustrates a configuration of a tube 105 that can be used as tube 17 in particular.
  • the tube 105 is similar to the tube 17 described more.
  • the end of the tube 105 has a shoulder 107 made in the form of a section reduction.
  • the shoulder 107 borders an end section 109 in which there are fluid circulation channels, for example the channels 19.
  • the tube 105 is of rectangular section. It is the same for section 109.
  • Other configurations are possible, however, in which the section of section 109 and the section of tube 105 may be of identical shapes (oval section / oval section) or different (oval section / rectangular section).
  • the end of the tube 105 thus configured may be received in a manifold (not shown) having an aperture adapted to conform to the section 109, the shoulder 107 abutting against said collector.
  • This configuration of the tube 105 may be adapted for use in the exchanger of Figures 16 and 17 or Figures 2 and 3, in particular.

Abstract

Échangeur de chaleur (1), par exemple pour automobile, comprenant un corps allongé (3) dans lequel sont ménagées des premiers canaux longitudinaux (11) et des deuxièmes canaux longitudinaux (15), dans lesquels circule un premier fluide, et qui sont disposés de part et d'autre de troisièmes canaux longitudinaux (19), dans lesquels circule un second fluide. Les premiers et deuxièmes canaux sont conformés au voisinage de l'une au moins de leurs extrémités de manière à être reçus dans une même ouverture prévue dans un premier collecteur (5) tandis que les troisièmes canaux sont conformés au voisinage de l'une au moins de leurs extrémités de manière à être reçus dans une même ouverture prévue dans un second collecteur (7).

Description

  • L'invention a trait à un échangeur de chaleur, par exemple pour un circuit de climatisation de véhicule automobile.
  • On sait qu'un échangeur de chaleur a pour fonction d'assurer un échange thermique entre un premier fluide et un second fluide en circulation dans l'échangeur.
  • Des échangeurs comprenant un corps allongé dans lequel sont ménagés des premiers et des deuxièmes canaux longitudinaux pour la circulation du premier fluide et des troisièmes canaux longitudinaux pour la circulation du second fluide sont également connus. En général, les canaux sont disposés selon une ou plusieurs rangées. Pour permettre un bon échange thermique entre les fluides, on dispose communément les rangées de premiers et deuxièmes canaux de part et d'autre de la ou les rangées de troisièmes canaux.
  • Des échangeurs de ce type sont utilisés en particulier dans le cas de fluides circulant à haute pression. Les canaux étant ménagés dans un corps relativement massif, ils présentent une bonne résistance à la pression.
  • Pour permettre la répartition du premier fluide d'une arrivée de fluide vers les premiers canaux, on prévoit un collecteur dans lequel débouchent les premiers canaux à une extrémité. De même, un collecteur pour les deuxièmes canaux et un collecteur pour les troisièmes canaux sont généralement prévus.
  • Le plus souvent, on prévoit également, à l'autre extrémité des canaux, un collecteur pour rassembler le premier fluide sortant des premiers canaux vers une sortie de premier fluide. Deux autres collecteurs sont en plus généralement prévus pour les deuxièmes et les troisièmes canaux. Pour exemple, JP 2002098486 décrit un échangeur comprenant six collecteurs.
  • L'espace occupé par les collecteurs est un inconvénient. Le corps étant généralement allongé et de faible épaisseur, l'encombrement des collecteurs apparaît important en comparaison. L'encombrement des collecteurs définit enfin l'essentiel de l'encombrement de l'échangeur, pour cette même raison. L'encombrement de l'échangeur doit être minimisé afin de permettre, faciliter et/ou optimiser son intégration dans la partie avant d'un véhicule automobile.
  • Le nombre de collecteurs et leur dimension individuelle représente donc une contrainte importante.
  • En outre, et plus particulièrement dans le cas de fluides circulant à haute pression, se posent des problèmes de résistance de l'échangeur à la pression. Notamment, la connexion du corps aux collecteurs constitue une difficulté. On comprend que pour offrir une bonne résistance à la pression, il est intéressant de prévoir le volume intérieur des collecteurs aussi petit que possible.
  • Enfin, l'échangeur doit pouvoir être fabriqué simplement pour un coût minimum et offrir des performances de transfert thermique optimales.
  • US 6 386 277 décrit un échangeur à quatre collecteurs seulement, mais dont l'encombrement n'est pas optimisé. La zone de connexion des canaux dans les collecteurs est encombrante, en particulier en comparaison de l'épaisseur du corps. Cette zone de connexion constitue une zone d'absence d'échange thermique réduisant les performances de l'échangeur. En outre, ce document décrit une réalisation des collecteurs en une seule pièce particulièrement complexe et délicate à fabriquer.
  • L'invention a pour but de surmonter les inconvénients précités en proposant un échangeur de chaleur comprenant un corps allongé dans lequel sont ménagées au moins une rangée de premiers canaux longitudinaux et au moins une rangée de deuxièmes canaux longitudinaux, dans lesquels circule un premier fluide, les premiers canaux et les seconds canaux étant disposés de part et d'autre d'au moins une rangée de troisièmes canaux longitudinaux, dans lesquels circule un second fluide, pour permettre un échange thermique entre le premier fluide et le second fluide.
  • L'invention prévoit que les premiers canaux et les deuxièmes canaux soient conformés au voisinage de l'une au moins de leurs extrémités de manière à être reçus dans une même ouverture prévue dans un premier collecteur tandis que les troisièmes canaux sont conformés au voisinage de l'une au moins de leurs extrémités de manière à être reçus dans une même ouverture prévue dans un second collecteur.
  • Le nombre de collecteurs est ainsi diminué. En outre leur encombrement individuel est également réduit. Les canaux étant reçus par une même ouverture pour ce qui est du premier collecteur, la résistance de ce dernier à de fortes pressions est améliorée. On sait que la jonction entre les canaux et les collecteurs est souvent un point délicat du fait des pressions mises en jeu. En conséquence, la réduction du nombre d'ouvertures permet une fabrication et un montage plus simples.
  • Dans un premier type de réalisations, les premiers canaux et les deuxièmes canaux présentent chacun une longueur sensiblement supérieure à une longueur des troisièmes canaux en sorte que chaque extrémité des premiers canaux et des deuxièmes canaux dépasse de chaque extrémité des troisièmes canaux.
  • De préférence, les premiers canaux et les deuxièmes canaux sont en outre conformés au voisinage de chaque extrémité de manière à délimiter conjointement un espace libre de matière apte à loger le second collecteur, chaque extrémité des troisièmes canaux débouchant au niveau dudit espace. Dans cette configuration, une compacité optimale de l'échangeur est obtenue. D'une part, le nombre de collecteurs est réduit. D'autre part, le second collecteur s'intégrant au niveau du corps de l'échangeur, il n'occupe pas de place aux extrémités du corps, où sont habituellement disposés les premiers collecteurs. En conséquence, un encombrement plus homogène de l'échangeur selon encombrement plus homogène de l'échangeur selon sa longueur est obtenu. Enfin, un échange thermique entre le premier et le second fluide peut avoir lieu au niveau du second collecteur avec les deuxièmes canaux bordant l'espace libre de matière.
  • Dans un premier mode de réalisation, les premiers canaux et les deuxièmes canaux présentent longitudinalement une portion en forme générale de demi-cercle, en sorte que ledit espace présente une allure généralement cylindrique de section sensiblement demi-circulaire. La forme cylindrique est particulièrement avantageuse dans le cas de hautes pressions du fait de l'équilibrage des efforts exercés par le fluide.
  • Dans ce mode de réalisation, le second collecteur comprend avantageusement une portion de tube de section généralement circulaire de diamètre adapté pour être logé dans ledit espace, la portion de tube étant extérieurement en contact avec les premiers canaux et les deuxièmes canaux. D'une part, la réalisation du second collecteur sous forme de portion de tube est simple à mettre en oeuvre et peut coûteuse. D'autre part, le contact entre le tube et les canaux permet un échange thermique supplémentaire entre le premier et le second fluide.
  • Dans un second mode de réalisation, le second collecteur comprend ledit espace. Dans cette configuration, la compacité de l'échangeur est encore améliorée puisque l'épaisseur du collecteur n'a plus à être logée dans l'espace intérieur. On économise ainsi de la matière première. Le nombre de pièces nécessaires à l'assemblage de l'échangeur est encore réduit.
  • Dans ce mode de réalisation, le second collecteur comprend alors en outre des bouchons de forme adaptée pour fermer ledit espace.
  • De préférence, l'un au moins de ces bouchons présente une ouverture apte à être reliée à un élément de tubulure. L'élément de tubulure peut alors assurer l'arrivée ou la sortie du second fluide et être relié au reste d'un circuit de circulation de fluide.
  • Selon un second type de réalisations, les premiers et deuxièmes canaux présentent chacun une longueur sensiblement inférieure à une longueur des troisièmes canaux en sorte que chaque extrémité des troisièmes canaux dépasse de chaque extrémité des premiers et deuxièmes canaux.
  • Selon un troisième mode de réalisation, le premier collecteur présente une forme adaptée pour loger le second collecteur. Outre la réduction du nombre de collecteurs, l'encombrement global de ces collecteurs est également diminué. Un échange thermique supplémentaire peut avoir lieu puisque le second collecteur peut être entouré de premier fluide, améliorant les performances de l'échangeur.
  • Dans ce mode de réalisation, le premier collecteur comprend avantageusement une portion de tube de section généralement circulaire de diamètre adapté pour loger le second collecteur. Cette configuration offre l'avantage d'une bonne résistance à la pression grâce à la géométrie des collecteurs (section circulaire). En outre, elle permet une réalisation simple et peu coûteuse.
  • De préférence, le second collecteur comprend une portion de tube de section généralement circulaire.
  • Dans un autre mode de réalisation, le premier collecteur et le second collecteur sont réalisés en une pièce d'un seul tenant, ladite pièce se présentant de préférence sous la forme d'une pièce monobloc dans laquelle sont ménagés un premier évidement formant le premier collecteur et un second évidemment formant le second collecteur.
  • Quel que soit le mode de réalisation, l'échangeur comprend avantageusement des moyens de butée entre l'un au moins des premier et second collecteurs et respectivement les premiers, deuxièmes et troisièmes canaux. Ces moyens de butée permettent un positionnement de ces éléments entre eux. Ils offrent éventuellement un maintien en position temporaire dans l'attente d'une opération de brasage ultérieure. Ils confèrent en outre une bonne tenue des éléments les uns par rapports aux autres.
  • Ces moyens de butée comprennent de préférence au moins un canal de longueur sensiblement supérieure à la longueur des autres canaux reçus, ce canal venant en butée contre le fond du collecteur respectif, ce qui constitue un moyen simple et peu coûteux de réaliser ces moyens de butée.
  • Les moyens de butée peuvent comprendre en plus ou en remplacement une encoche ménagée extérieurement au voisinage de ladite au moins une extrémité des canaux et un ergot faisant saillie intérieurement de l'ouverture du collecteur, l'ergot pouvant être déplacé dans l'encoche jusqu'à atteindre une position de butée, ce qui constitue un autre moyen simple et bon marché pour réaliser ou compléter les moyens de butée.
  • Dans le cas du second mode de réalisation, les moyens de butée comprennent une surface généralement plane ménagée en partie haute de l'un au moins des bouchons, la surface généralement plane venant en appui contre le premier collecteur.
  • Dans tous les cas, il est avantageux que l'un au moins des collecteurs comprenne un élément de tubulure adapté pour être connecté au reste d'un circuit de circulation de fluide.
  • Avantageusement, le corps allongé comprend une première partie et une deuxième partie généralement plates dans lesquelles sont ménagés respectivement les premiers canaux et les seconds canaux, les première et seconde parties s'appuyant de part et d'autre d'une troisième partie généralement plate dans laquelle sont ménagés les troisièmes canaux. Cette configuration du corps en plusieurs partie évite un usinage compliqué du corps qui autrement serait nécessaire.
  • Dans une réalisation particulière, l'échangeur est réalisé sous la forme d'un échangeur de chaleur interne pour un circuit de climatisation parcouru par un fluide réfrigérant fonctionnant à l'état supercritique. Dans ce cas, les premier et second fluides sont un même fluide circulant à haute pression. La configuration de l'échangeur selon l'invention offre dans ce cas des caractéristiques avantageuses de résistance à la pression, en particulier quand le fluide circulant dans les troisièmes canaux est à une pression supérieure à celle du fluide circulant dans les premiers et seconds canaux.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un échangeur de chaleur selon l'invention dans un premier mode de réalisation,
    • la figure 2 est une vue partielle en perspective éclatée de l'échangeur de la figure 1,
    • la figure 3 est une vue en coupe selon le plan III de l'échangeur de la figure 1 dans une première variante de réalisation,
    • la figure 4 est une vue partielle analogue à la figure 3 dans une seconde variante de réalisation,
    • la figure 5 est une vue en perspective d'un premier collecteur pour l'échangeur des figures 1 et 2, notamment,
    • la figure 6 est une vue en perspective d'un deuxième tube pour l'échangeur des figures 1 et 2, notamment,
    • la figure 7 est une vue agrandie du détail VII de la figure 6,
    • la figure 8 est une vue en perspective d'un second collecteur pour l'échangeur des figures 1 et 2, notamment,
    • la figure 9 est une vue partielle en perspective d'un échangeur de chaleur selon l'invention dans un second mode de réalisation,
    • la figure 10 est une vue en perspective éclatée de l'échangeur de la figure 9,
    • la figure 11 est une vue en perspective d'un premier bouchon pour l'échangeur des figures 9 et 10, vu de face,
    • la figure 12 est une vue analogue à la figure 11, le bouchon étant vu de derrière,
    • la figure 13 est une vue en perspective d'un second bouchon pour l'échangeur des figures 9 et 10, vu de derrière,
    • la figure 14 est une vue analogue à la figure 13, le bouchon étant vu de devant,
    • la figure 15 est une vue partielle de face de l'échangeur de la figure 9,
    • la figure 16 est une vue en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon l'invention dans un troisième mode de réalisation,
    • la figure 17 est une vue en coupe selon la ligne XVII-XVII de l'échangeur de la figure 16,
    • la figure 18 est un schéma d'un circuit de climatisation intégrant un échangeur de chaleur selon l'invention,
    • la figure 19 est une vue partielle en coupe d'un échangeur de chaleur selon l'invention dans un quatrième mode de réalisation, et
    • la figure 20 est une représentation schématique en perspective d'une configuration avantageuse d'un tube pouvant être intégré dans certains au moins des modes de réalisation de l'invention.
  • Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
  • L'échangeur de chaleur 1 partiellement représenté sur la figure 1 comprend un corps allongé 3 dans lequel sont ménagés des canaux longitudinaux pour la circulation soit d'un premier fluide, soit d'un second fluide, les premier et second fluides pouvant échanger entre eux de la chaleur. Seule une partie du corps 3 est représentée sur la figure 1, l'autre partie pouvant être déduite par symétrie. Les canaux traversent le corps 3 et débouchent à leurs extrémités dans des collecteurs. En particulier, Les canaux dans lesquels circule le premier fluide débouchent à leurs extrémités dans des premiers collecteurs 5 (un seul est représenté sur la figure 1), tandis que les canaux dans lesquels circule le second fluide débouchent dans des seconds collecteurs 7 (un seul est représenté sur la figure 1). Les collecteurs 5 et 7 peuvent être respectivement reliés au reste de circuits de circulation de premier et second fluides.
  • Comme le montre mieux la figure 2, le corps 3 peut être constitué de trois parties allongées, chacune comprenant au moins une rangée de canaux longitudinaux. Une partie allongée comprenant une ou plusieurs rangées de canaux sera appelée "tube" dans la suite de cette description.
  • Le corps 3 comprend ainsi un premier tube 9 sous la forme d'une pièce généralement rectangulaire, allongée, plate et monobloc. Une rangée de premiers canaux longitudinaux 11 est ménagée dans le tube 9 permettant une circulation de fluide longitudinale. Le tube 9 pourrait comprendre plusieurs rangées de canaux 11. Le corps 3 comprend en outre un second tube 13 analogue au tube 9 et comprenant une rangée de seconds canaux longitudinaux 15. Le corps 3 comprend enfin un troisième tube 17 sous la forme d'une pièce généralement rectangulaire, plate et monobloc, dans laquelle sont ménagés des troisièmes canaux longitudinaux 19. Le tube 17 est intercalé entre les tubes 9 et 13, en sorte que les canaux 11 et les canaux 15 sont disposés respectivement de part et d'autre des canaux 19. En particulier, chaque tube 9, 15 et 17 comprend deux grandes faces sensiblement planes. Chaque grande face du tube 17 est en contact avec une partie d'une des grandes faces de chacun des tubes 9 et 13 respectivement. Le tube 17 est plus court que les tubes 9 et 13 en sorte que les extrémités de ces derniers dépassent du tube 17.
  • Chaque extrémité du tube 17 est reçue dans un collecteur 7 au travers d'une ouverture 21 (visible sur la figure 8) dont le contour est adapté au contour du tube 17. Les canaux 19 assurent ainsi une circulation du second fluide d'un collecteur 7 à l'autre collecteur 7 (un seul collecteur 7 est représenté sur la figure 2).
  • Chaque extrémité des tubes 9 et 13 est reçue dans un collecteur 5 au travers d'une même ouverture 23 (visible sur la figure 5) dont le contour est adapté au contour de la réunion des contours de l'une des extrémités de chacun des tubes 9 et 13. Les tubes 9 et 13 assurent ainsi chacun une circulation du premier fluide d'un collecteur 5 à l'autre collecteur 5.
  • Chaque tube 9 et 13 présente sur la totalité de sa largeur une déformation, respectivement 25 et 27, sur une partie de sa longueur sous la forme d'une courbure des tubes 9 et 13 conservant la section de ces tubes constante. Le corps 3 assemblé, les déformations 25 et 27 sont disposées en vis-à-vis en sorte qu'elles délimitent conjointement un espace intérieur libre 29, visible sur la figure 3 notamment. En particulier, les déformations 25 et 27 sont dans le mode de réalisation de la figure 2 d'allure demi-cylindrique de section demi-circulaire en sorte que l'espace 29 présente une allure générale de cylindre de section circulaire.
  • Le collecteur 7 comprend une partie collectrice 31 dans laquelle est ménagée l'ouverture 21, sous la forme d'une portion de tube cylindrique droit de section sensiblement circulaire. Le collecteur 7 comprend en outre une tubulure de connexion 33, sous la forme d'une portion de tube cylindrique de section circulaire, reliée à la partie 31 par une portion intermédiaire 35 sous forme d'une portion de tube coudée de section également circulaire. La tubulure 33 peut être connectée en communication de fluide avec le reste d'un circuit de circulation de second fluide. Le collecteur 7 peut en particulier être réalisé à partir d'un tube cylindrique droit de section circulaire courbé de manière à former la portion 5 et à délimiter la tubulure 33 et la partie 31. Enfin, le collecteur 7 comprend un bouchon 37 fermant de manière étanche l'extrémité de la partie 31 opposée à la partie 35. Tout autre moyen permettant de fermer cette extrémité peut être également utilisé.
  • La forme des déformations 25 et 27 est adaptée de manière à permettre le logement de la partie 31 dans l'espace 29. En particulier, la surface extérieure de la partie 31 est en contact avec la surface des déformations 25 et 27, permettant ainsi un échange de chaleur supplémentaire entre le second fluide circulant dans la partie 31 et le premier fluide circulant dans cette portion des canaux 11 et 15.
  • Le collecteur 5 est réalisé de manière analogue au collecteur 7 et comprend ainsi une partie collectrice 39 reliée à une tubulure de connexion 41 par une portion intermédiaire 43 coudée. Les parties de l'espace 29 laissées libres après l'insertion de la partie 31 et indiquées sur la figure 3 par les cercles A, B et C représentent des espaces dans lesquels l'échange thermique entre les premier et second fluides est faible du fait de l'absence de contact entre les tubes 9 et 13 et la partie 31. Ces espaces A, B et C peuvent être minimisés afin d'obtenir de meilleures performances d'échange de chaleur.
  • En particulier, dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 4, la courbure 45 entre les déformations 25 et 27 et le reste des tubes 9 et 13 respectivement est telle que l'espace A est réduit au maximum. La forme de la courbure 45 est dépendante des propriétés mécaniques du matériau utilisé ainsi que d'éléments géométriques tels que l'épaisseur du tube 9 (13 respectivement) et/ou sa rigidité.
  • Dans ce mode de réalisation, la partie 31 est entourée par les tubes 9 et 13. Une compensation au moins partielle des efforts de pression s'appliquant intérieurement contre la partie 31 par les effort de pression s'appliquant intérieurement contre les tubes 9 et 13 survient. Ceci conduit à une meilleure résistance à la pression de l'échangeur 1. Le cas échéant cette compensation de pression peut être prise en compte dans le dimensionnement des tubes 9 et 13 et de la partie 31 et conduire notamment à une diminution des épaisseurs de ces pièces. Il s'ensuit une diminution de masse de l'échangeur, d'encombrement et de coût de matière première. On sait que dans le cas d'un fluide circulant à haute pression (par exemple dans le tube 17), la compensation, même partielle, des efforts de pression présente un caractère particulièrement avantageux.
  • On comprendra aisément que dans cette configuration l'encombrement de l'échangeur 1 est réduit par rapport aux configurations classiques de l'art antérieur.
  • L'arrêt en translation du collecteur 5 et/ou son positionnement par rapport aux extrémités des tubes 9 et 13 doit être assuré. Ceci participe en particulier à un maintien provisoire en position des éléments entre eux, par exemple dans l'attente d'une opération de brasage. L'opération de brasage a pour objet la fixation définitive des éléments entre eux.
  • Selon une première solution illustrée sur la figure 4, la partie 39 vient s'appuyer sur la courbure 45 joignant les déformations 25 et 27 aux extrémités des tubes 9 et 13 respectivement.
  • Selon une seconde solution illustrée sur les figures 5 à 7, des tenons 47 sont prévus en vis-à-vis faisant saillie vers l'intérieur de l'ouverture 23. La forme des tenons 47 est conforme à la section de deux rainures 49 borgnes ménagées extérieurement sur chacun des tubes 9 et 13, au voisinage de l'extrémité. Les tenons 47 sont ainsi adaptés pour glisser à l'intérieur des rainures 49 jusqu'à atteindre une position finale dans laquelle les tenons 47 sont en appui sur le fond des rainures 49. Dans l'exemple des figures 5 à 7, les tenons 47 sont de section trapézoïdale conformément à la section des rainures 49. Toute autre forme de tenon 47 et de rainure 49 permettant une coopération de forme entre les tenons 47 et les rainures 49 peut être utilisée.
  • Comme le montre la figure 7, dans ce mode réalisation, la section des canaux 15 est d'allure ovale. Plus précisément, la section d'un canal 12 présente ici deux segments parallèles entre eux reliés par des demi-cercles. Des sections de forme différente peuvent être utilisées, par exemple rondes, rectangulaires ou carrées. La section des canaux 15 est avantageusement prévue identique à celle des canaux 11 pour obtenir une symétrie dans l'échange de chaleur entre les tubes 9 et 17 d'une part et les tubes 17 et 13 d'autre part. On obtient en outre des tubes 9 et 13 identiques, en sorte qu'un seul modèle de pièce est à fabriquer. Ceci permet de réduire les coûts de fabrication. La section des canaux 19 n'est pas nécessairement identique à celle des canaux 11 et 15.
  • Les figures 9 et 10 illustrent un second mode de réalisation de l'échangeur 1, dans lequel l'espace 29 forme en partie le second collecteur 7. Dans cette configuration, les efforts de pression de fluide s'appliquant contre les tubes 9 et 13 au niveau des déformations 25 et 27 intérieurement (canaux 11 et 15) et extérieurement (espace 29) ont tendance à se compenser, du moins en partie. Ceci entraîne les mêmes'avantages que ceux décrits plus haut dans le mode de réalisation des figures 2 à 4.
    L'élimination de la partie 31 concourt à une plus grande compacité encore de l'échangeur 1.
  • L'espace 29 est fermé de part et d'autre du corps 3 par un premier bouchon 51 et par un second bouchon 53, représentés en détail sur les figures 11 à 14.
  • Le premier bouchon 51 présente une partie supérieure 55 dont le contour intérieur est conformé pour loger un bord latéral de chacun des tubes 9 et 13, au-dessus des déformations 25 et 27. La partie 55 se prolonge par une partie inférieure 57 dont le contour est conformé pour loger un bord latéral de chacun des tubes 9 et 13 au niveau des déformations 25 et 27 et en dessous de celles-ci. Le bouchon 51 est traversé dans la partie 57 par un orifice 59. Le bouchon 51 positionné à un coin supérieur des tubes 9 et 13, l'orifice 59 débouche dans l'espace 29. L'orifice 59 est bordé par un centrage court 61 annulaire apte à recevoir une tubulure de jonction 63 visible sur la figure 10. Ici, le centrage 61 est réalisé sous la forme d'une portion de cylindre de section circulaire. La tubulure de jonction 63 comprend une première partie de jonction 65 reliée en communication fluidique avec l'orifice 59 par l'intermédiaire du centrage 61. Ici la partie 65 est réalisée sous la forme d'une portion de tube cylindrique droit de section circulaire. La tubulure 63 comprend en outre une seconde partie de jonction 67 pouvant être connectée en communication fluidique avec le reste d'un circuit de circulation de second fluide. Les parties 65 et 67 sont optionnellement reliées par une partie intermédiaire 69, qui est coudée dans ce mode de réalisation. Il s'entend que la configuration de la tubulure 63 est fonction des contraintes d'agencement de l'échangeur dans le véhicule automobile et/ou dans le reste de circuits de circulation de fluides.
  • Le bouchon 53 illustré sur les figures 13 et 14 est analogue au bouchon 51. Le bouchon 53 présente une partie supérieure 71 analogue à la partie 55 et une partie inférieure 73 analogue à la partie 57. Le bouchon 53 est dépourvu d'orifice 59.
  • Chaque bouchon 51 et 53 présente une partie 55 et 71 se terminant supérieurement par une surface plane 75. Les bouchons montés sur le corps 3 en des coins supérieurs, les surfaces 75 font fonction de surface d'appui. Le collecteur 5 est s'appui sur les surfaces 75 comme cela est montré sur la figure 15, en sorte qu'il est à la fois arrêté en translation et positionné.
  • Un troisième mode de réalisation de l'échangeur 1 est illustré sur les figures 16 et 17. Le tube 17 est plus long que les tubes 9 et 13 en sorte que celui-ci dépasse de leurs extrémités. Les tubes 9 et 13 sont reçus dans un premier collecteur 77. Le collecteur 77 loge un second collecteur 79 dans lequel débouche le tube 17. Le collecteur 77 est réalisé généralement cylindrique sous la forme d'une portion droite de tube de section circulaire, tandis que le collecteur 79 est réalisé sous la forme d'une portion droite de tube de section circulaire de diamètre inférieur. Des collecteurs 77 et 79 de forme différente peuvent être employés, par exemple parallélipipédique, pourvu que le collecteur 77 puisse être logé à l'intérieur du collecteur 79. Une section circulaire est particulièrement adaptée aux cas de fluides circulant à haute pression. À ce sujet, on note, comme dans les modes de réalisation précédents, que les efforts de pression s'appliquant intérieurement au collecteur 79 sont, en partie au moins, compensés par les efforts de pression dus au fluide contenu dans le collecteur 77. Le collecteur 79, qui est de plus petite section, sera de ce fait avantageusement consacré à un fluide à plus haute pression que le fluide du collecteur 77.
  • Dans ce mode de réalisation, les tubes 9 et 13 sont plats; allongés et en forme de parallélogramme, c'est-à-dire que leurs bords inférieurs et supérieurs ne sont pas perpendiculaires aux bords latéraux. Tous les canaux 15, et respective19, sont de longueur identique mais aboutissent à des hauteurs différentes dans les collecteurs. Ainsi un coin de l'extrémité des tubes 9 et 13 et d'autre part 17 vient en butée contre l'intérieur des collecteurs 77 et d'autre part 79. L'arrêt en translation évoqué plus haut est ainsi réalisé. D'autres formes des tubes 9, 13 et 17 sont envisageables. Une symétrie entre les extrémités inférieures et supérieures de ces tubes est avantageuse : il est alors possible d'obtenir ces tubes par découpe de bandes extrudées avec des pertes de matière minimisées.
  • Les collecteurs 77 et 79 sont'fermés par un bouchon commun 81 d'un côté et par une boîte de connexion 83 de l'autre. La boîte de connexion 83 est apte à être reliée au reste de circuits de circulation.de premier et de second fluides.
  • Par sa forme massive, l'échangeur 1 est, dans tous les modes de réalisation précédemment décrit, apte à résister à de hautes pressions. L'échangeur 1 est par conséquent particulièrement adapté à être intégré à un circuit de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant selon un cycle supercritique. Un tel circuit fonctionne avec un fluide réfrigérant naturel, comme par exemple le dioxyde de carbone, présent dans une unique phase, à savoir une phase gazeuse. Les conditions opératoires sont telles que le circuit dépasse généralement la température critique du dioxyde de carbone (31,1°C) dans la plupart des cas.
  • La figure 18 illustre un tel circuit de climatisation, en particulier pour un véhicule automobile, dans lequel peut être intégré l'échangeur de chaleur 1 des figures précédentes. Le circuit de la figure 18 comprend pour l'essentiel un compresseur 85. Un fluide réfrigérant, par exemple du dioxyde de carbone CO2, envoyé par le compresseur 85 traverse ensuite un refroidisseur de gaz 87, duquel il ressort dans un état de haute pression et de haute température. À la sortie du refroidisseur 87, le fluide traverse l'échangeur 1 en empruntant les canaux 19 puis est détendu dans un détendeur 89. Le fluide ainsi détendu est ensuite acheminé vers un évaporateur 91 puis vers un accumulateur 93, avant de rejoindre l'échangeur 1 dans un état de basse pression et de basse température, qu'il traverse en empruntant les canaux 11 et 15. Dans cette configuration, l'échangeur 1 est traversé par un même fluide dans des états différents. Il est alors généralement désigné par le terme d'échangeur interne. À la sortie de l'échangeur 1 le fluide gagne à nouveau le compresseur 85 et ainsi de suite.
  • Dans des conditions opératoires supercritiques, la valeur de la haute pression du fluide réfrigérant influence les performances du refroidissement, et cette valeur peut être très élevée, ce qui impose des composants et un assemblage de ces composants capables de résister à cette pression. La pression du fluide peut atteindre de valeurs de l'ordre de 130 bars (haute pression).
  • La figure 19 illustre partiellement un autre échangeur de chaleur selon l'invention dans un autre mode de réalisation. Ici, les tubes 9 et 13 sont réalisés droits. Le tube 17 est réalisé plus long en sorte que ses extrémités dépassent des extrémités des tubes 9 et 13. Les tubes 9, 13 et 17 sont reçus dans un collecteur général 95 réalisé sous la forme d'une pièce monobloc. Dans le collecteur 95 sont ménagés un premier évidement 97 et un second évidement 99, distincts. Le collecteur 95 présente une ouverture 101 conformée pour permettre le passage des tubes 9, 13 et 17. En outre, une ouverture supplémentaire 103 est prévue entre les évidements 97 et 99. L'ouverture 103 est conformée pour assurer le passage du tube 17. Les tubes 9 et 13 débouchent dans l'évidement 97, qui forme ainsi un premier collecteur 5. Le tube 17 pénètre dans le collecteur 95 par l'ouverture 101, traverse l'évidement 97, puis débouche dans l'évidement 99 par l'intermédiaire de l'ouverture 105.
    L'évidement 99 forme ainsi un second collecteur 7. L'évidement 99 se présente ici sous la forme d'un trou cylindrique de section circulaire. Cette forme lui confère une bonne résistance à la pression comme exposé plus haut. Une partie de l'évidement 97, en particulier au voisinage de l'ouverture 105, est réalisée de manière à épouser une partie du pourtour de l'évidement 99. Sur cette partie, les efforts dus à une haute pression dans l'évidement 99 pourront avantageusement être compensés, au moins en partie, par les efforts engendrés par une basse pression présente dans l'évidement 97. Le collecteur 95 peut être réalisé sous la forme d'une pièce moulée dans laquelle les évidements 97 et 99 sont usinés. Des moyens de connexion (non représentés) au reste de circuits de circulation de fluide sont prévus. Ces moyens de connexion peuvent comprendre des ouvertures circulaires ménagées aux extrémités du collecteur 95 et conformées de manière à recevoir des tubulures de connexion.
  • La figure 20 illustre partiellement une configuration d'un tube 105 pouvant être utilisé en tant que tube 17 notamment. Le tube 105 est semblable au tube 17 décrit plus. L'extrémité du tube 105 présente cependant un épaulement 107 réalisé sous la forme d'une diminution de section. L'épaulement 107 borde une section terminale 109 dans laquelle se trouvent des canaux de circulation de fluide, par exemple les canaux 19. Ici, le tube 105 est de section rectangulaire. Il en est de même pour la section 109. D'autres configurations sont cependant envisageables, dans lesquelles la section de la section 109 et la section du tube 105 peuvent être de formes identiques (section ovale/section ovale) ou différentes (section ovale/section rectangulaire).
  • L'extrémité du tube 105 ainsi configurée pourra être reçue dans un collecteur (non représenté) présentant une ouverture conformée de manière adaptée à la section 109, l'épaulement 107 venant en butée contre ledit collecteur. Cette configuration du tube 105 peut être adaptée pour une mise en oeuvre dans l'échangeur des figures 16 et 17 ou encore des figures 2 et 3, notamment.
  • L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant, seulement à titre d'exemples, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.

Claims (22)

  1. Échangeur de chaleur (1) comprenant un corps allongé (3) dans lequel sont ménagées au moins une rangée de premiers canaux longitudinaux (11) et au moins une rangée de deuxièmes canaux longitudinaux (15), dans lesquels circule un premier fluide, les premiers canaux (11) et les seconds canaux (15) étant disposés de part et d'autre d'au moins une rangée de troisièmes canaux longitudinaux (19), dans lesquels circule un second fluide, pour permettre un échange thermique entre le premier fluide et le second fluide, caractérisé en ce que les premiers canaux et les deuxièmes canaux sont conformés au voisinage de l'une au moins de leurs extrémités de manière à être reçus dans une même ouverture (23) prévue dans un premier collecteur (5, 77) tandis que les troisièmes canaux sont conformés au voisinage de l'une au moins de leurs extrémités de manière à être reçus dans une même ouverture (20) prévue dans un second collecteur (7, 79).
  2. Échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers canaux (11) et les deuxièmes (15) canaux présentent chacun une longueur sensiblement supérieure à une longueur des troisièmes canaux (19) en sorte que chaque extrémité des premiers canaux et des deuxièmes canaux dépasse de chaque extrémité des troisièmes canaux.
  3. Échangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers canaux (11) et les deuxièmes canaux (15) sont en outre conformés au voisinage de chaque extrémité de manière à délimiter conjointement un espace libre de matière (29) apte à loger le second collecteur (7), chaque extrémité des troisièmes canaux (19) débouchant au niveau dudit espace.
  4. Échangeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les premiers canaux (11) et les deuxièmes canaux (15) présentent longitudinalement une portion en forme générale de demi-cercle, en sorte que ledit espace (29) présente une allure généralement cylindrique de section sensiblement demi-circulaire.
  5. Échangeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second collecteur (7) comprend une portion de tube (31) de section généralement circulaire de diamètre adapté pour être logé dans ledit espace (29), la portion de tube étant extérieurement en contact avec les premiers canaux (11) et les deuxièmes canaux (15).
  6. Échangeur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le second collecteur (7) comprend ledit espace (29).
  7. Échangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le second collecteur (7) comprend en outre des bouchons (51, 53) de forme adaptée pour fermer ledit espace (29).
  8. Échangeur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'un au moins des bouchons (51) présente une ouverture (59) apte à être reliée à un élément de tubulure (65).
  9. Échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers canaux (11) et deuxièmes canaux (15) présentent chacun une longueur sensiblement inférieure à une longueur des troisièmes canaux (19) en sorte que chaque extrémité des troisièmes canaux dépasse de chaque extrémité des premiers et deuxièmes canaux.
  10. Échangeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier collecteur (77) présente une forme adaptée pour loger le second collecteur (79).
  11. Échangeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le premier collecteur (77) comprend une portion de tube de section généralement circulaire de diamètre adapté pour loger le second collecteur (79).
  12. Échangeur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le second collecteur (79) comprend une portion de tube de section généralement circulaire.
  13. Échangeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier collecteur (5) et le second collecteur (7) sont réalisés en une pièce (95) d'un seul tenant.
  14. Échangeur selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite pièce (95) se présente sous la forme d'une pièce monobloc
    dans laquelle sont ménagés un premier évidement (97) formant le premier collecteur (5) et un second évidemment (99) formant le second collecteur (7).
  15. Échangeur selon l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de butée entre l'un au moins des premier (5, 77) et second collecteurs (7, 79) et respectivement les premiers (11), deuxièmes (15) et troisièmes (19) canaux.
  16. Échangeur selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de butée comprennent au moins un canal de longueur sensiblement supérieure à la longueur des autres canaux reçus, ce canal venant en butée contre le fond du collecteur respectif.
  17. Échangeur selon l'une des revendications 15 et 16, caractérisé en ce que les moyens de butée comprennent une encoche (49) ménagée extérieurement au voisinage de ladite au moins une extrémité des canaux et un ergot (47) faisant saillie intérieurement de l'ouverture (23) du collecteur, l'ergot pouvant être déplacé dans l'encoche jusqu'à atteindre une position de butée.
  18. Échangeur selon l'une des revendications 15 à 17 rattachée à l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les moyens de butée comprennent une surface (75) généralement plane ménagée en partie haute de l'un au moins des bouchons (51, 53) la surface généralement plane venant en appui contre le premier collecteur (5).
  19. Échangeur selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de butée comprennent un épaulement (107) ménagé au voisinage de l'extrémité desdits canaux (19) venant en appui contre ledit collecteur.
  20. Échangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins des collecteurs (5, 7, 77, 79) comprend un élément de tubulure (33, 41, 67) apte à être connecté au reste d'un circuit de circulation de fluide.
  21. Échangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps allongé (3) comprend une première partie (9) et une deuxième partie (13) généralement plates dans lesquelles sont ménagés respectivement les premiers canaux (11) et les seconds canaux (15), les première (9) et seconde (13) parties s'appuyant de part et d'autre d'une troisième partie (17) généralement plate dans laquelle sont ménagés les troisièmes canaux (19).
  22. Échangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un échangeur de chaleur interne pour un circuit de climatisation parcouru par un fluide réfrigérant fonctionnant à l'état supercritique.
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