EP1762808A1 - Elément de circuit à tubes plats, et échangeur de chaleur muni de tels éléments de circuit - Google Patents

Elément de circuit à tubes plats, et échangeur de chaleur muni de tels éléments de circuit Download PDF

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Publication number
EP1762808A1
EP1762808A1 EP06018944A EP06018944A EP1762808A1 EP 1762808 A1 EP1762808 A1 EP 1762808A1 EP 06018944 A EP06018944 A EP 06018944A EP 06018944 A EP06018944 A EP 06018944A EP 1762808 A1 EP1762808 A1 EP 1762808A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tubes
circuit element
tube
fluid
heat 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Withdrawn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
EP06018944A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Philippe Berthome
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 EP1762808A1 publication Critical patent/EP1762808A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/025—Tubular elements of cross-section which is non-circular with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features
    • 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
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0471—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/04—Tubular elements of cross-section which is non-circular polygonal, e.g. rectangular
    • F28F1/045—Tubular elements of cross-section which is non-circular polygonal, e.g. rectangular with assemblies of stacked elements

Definitions

  • the invention relates to a flat-tube circuit element for a heat exchanger, in particular a heat exchanger for a vehicle equipment.
  • It relates in particular to a hydraulic circuit element, for a heat exchange between a first fluid and a second fluid, defining a path for the first fluid.
  • Heat exchangers of this type generally consist of a bundle of parallel circuit elements, mounted between at least two manifolds, the circuit elements alternating with spacers that enhance heat exchange.
  • the first fluid circulates inside the circuit elements while the second fluid circulates in the space between the tubes.
  • the circuit elements define a U-shaped path for the first fluid.
  • Each circuit element is then composed of two coplanar and parallel flat tubes.
  • the first fluid arrives in the circuit element through one of the tubes and exits the circuit element through the other tube.
  • a turning zone is provided at one end of the circuit element, to allow the first fluid to pass from one tube to the other.
  • Each collector box collector receives the end of one of the tubes of the circuit element, located on this side of the exchanger.
  • the intermediate box allows the passage of fluid from one tube to another of the circuit element.
  • each manifold comprises a collector plate parallel to the section of the tubes, which receives the ends of the tubes.
  • the width of the collector plate of each collector box and the internal diameter of the collector box are at least equal to the width of a tube.
  • the overall width of the two connected turning boxes is at least equal to the sum of the widths of the tubes and the intermediate box. This results in a large space requirement for the heat exchanger.
  • the width of the collector plate of the box is at least equal to the sum of the widths of the tubes.
  • the internal diameter of the collector box is then equal to this sum. Therefore, the space requirement and the overall width of the heat exchanger are important.
  • the manifolds increase the overall space in depth and / or width of the exchanger.
  • the invention further provides a heat exchanger, particularly for a motor vehicle, comprising a stack of circuit elements as defined above, assembled between at least two collector boxes.
  • Figure 1 is a general diagram of a heat exchanger 1 according to the invention.
  • the heat exchanger 1 comprises a bundle composed of stacked circuit elements 2, mounted between at least two manifolds 80, 82.
  • the circuit elements 2 are stacked in a stacking direction AA and are arranged parallel to each other. other.
  • the circuit elements also alternate with corrugated spacers 6.
  • the heat exchanger 1 allows an exchange between a first fluid flowing inside the tubes and a second fluid flowing between the tubes.
  • the spacers 6 fulfill the role of cooling fins.
  • the circuit element of the invention can be used to realize different types of heat exchangers and, in particular, condensers for motor vehicle air conditioning installations.
  • the circuit element of the invention is advantageously used to produce a gas-cooled type condenser in installations that use a supercritical refrigerant fluid, for example carbon dioxide.
  • the heat exchanger is formed of parts, made in particular based on aluminum, secured by brazing.
  • FIGS. 2 and 3 respectively represent a perspective view of a heat exchanger and a perspective view of a circuit element according to the invention
  • circuit elements 2 of the exchanger 1 shown in these figures define a U-shaped path for the first fluid.
  • Circuit elements of this type generally consist of an end branch through which the fluid arrives in the circuit element, and an output branch through which the fluid exits the circuit element.
  • the fluid inlet and outlet are generally provided on one side of the circuit element while on the other side a fluid reversal zone is provided to allow the fluid to pass from the incoming branch of the fluid. circuit element at its output branch.
  • the arrival branch and the fluid outlet branch of the circuit element 2 of the invention consist of two flat tubes 20 and 22.
  • each flat tube 20 (respectively 22) consists of two long parallel sides F0 (F2), and two small sides B0 (respectively B2) parallel to each other and perpendicular to the long sides.
  • the tubes 20 and 22 have a cross section over their entire length.
  • Each flat tube has an end portion 200 (respectively 220), and a main portion 203 (respectively 223) substantially longitudinal.
  • the longitudinal direction designates the direction (BB) perpendicular to the section of the tubes.
  • the tube 20 is shown schematically in FIG. 4.
  • the end portion 200 of the tube 20 is offset laterally with respect to the main portion 203 of the tube by a selected distance d.
  • the tube 22 has the same structure.
  • lateral offset refers here to an offset in the plane of the tube and in a direction perpendicular to the longitudinal direction (BB).
  • the tubes 20 and 22, respectively, may further include a set of internal partitions defining parallel interior flow channels 40, as further illustrated in FIG. 5.
  • Each tube 20, respectively 22 can be obtained by extruding an aluminum-based material so as to have a straight cross-section and a rectilinear shape.
  • the tubes are then deformed so as to laterally offset the end portion 200 (respectively 220) of the tube 20 (respectively 22) and the main part 203 (respectively 223) of the tube by any suitable deformation technique, for example by a belting technique. Jaws can then be used to prevent the tube from deforming during the belting.
  • This deformation technique is adapted to laterally offset the end portion without deforming the internal flow channels. Thus, the flow of fluid inside the tubes is not disturbed.
  • Each tube 20 or 22 thus has two parallel longitudinal axes and offset laterally by a distance d.
  • the flow direction of the fluid in each tube is therefore substantially longitudinal, except in the deformed portion.
  • each tube 20 or 22 advantageously has a substantially constant section over its entire length.
  • FIG. 3 shows the circuit element 2, as mounted in the beam.
  • the tubes 20 and 22 are associated so as to be superimposed on each other at their end portions 200 and 220 and to be separated laterally at their main portions 203 and 223, which gives the Y-shaped circuit element. More precisely, the end portion 200 of one of the tubes, here the tube 20 is superimposed on the end portion 202 of the other tube 22 and bears thereon. , while the main part 202 of the tube 20 and the main part 222 of the tube 22 are offset laterally.
  • the circuit element remains substantially parallel to the flow direction of the second fluid, which is in particular air,
  • the first fluid arrives in the tube 20, hereinafter referred to as the "arrival tube”, and leaves the circuit element via the tube 22, hereinafter referred to as "tube of The first fluid arriving in the inlet tube 20 passes through the main portion 203 of the tube 20 to its end portion 200.
  • the first fluid exits the tube 20 through its end portion 200 and enters the 22 through the end portion 220 thereof, the first fluid then flows through the main portion 223 of the tube 22 to exit the circuit element 2.
  • the first fluid arrives in the circuit element 2 through the free end 260 of the main portion 200 of the inlet tube 22, hereinafter referred to as the "arrival end”.
  • the inlet ends 260 and outlet ends 262 are located on the same side of the exchanger 1.
  • the superposed end portions 200 and 220 are located on the other side of the exchanger.
  • the circuit element 2 advantageously has a symmetry with respect to a central plane perpendicular to the plane and to the section of the tubes.
  • the lateral offset distance d between the end portion 200 of a tube 20 and the main portion 202 of the tube is chosen so as to provide a lateral gap between the main parts 203 and 223 of the tubes 20 and 22 when they are assembled.
  • This offset may also be chosen as a function of the number of internal flow channels, the width of the tube, the thickness of the walls of the tube and / or the desired radius of curvature in the deformation zone of the tube.
  • each tube 20 further comprises a connecting part 201 (respectively 221) connecting the end part 200 (respectively 220) of the tube 20 (respectively 22) to the main part 203 (FIG. respectively 223) of the tube.
  • This fitting portion corresponds to the deformation zone of the tube.
  • the end portion and the main portion of the same tube are substantially coplanar.
  • the respective main portions 203 and 223 of the tubes 20 and 22 then extend in planes offset in the stacking direction AA.
  • the offset distance of the planes is in particular substantially equal to the height of a tube, as defined by its short sides.
  • the main portions 203 and 223 of the tubes 20 and 22 may be coplanar.
  • the end portion and the main portion of one of the tubes extend in offset planes, while the end portion and the main portion of the other tube are substantially coplanar.
  • the end portion 200 and the main portion 203 of the outlet tube 22 extend in offset planes, while the end portion 220 and the main portion 223 of the outlet tube 22 are substantially coplanar.
  • the offset of the planes of the end portion 200 and the main portion 203 of the tube 20 is made so as to return the main portion 203 of the tube 20 to the same level as the main portion 223 of the tube 22.
  • Each circuit element 2 can be mounted between three collector boxes, as shown in FIG. 2. These collector boxes comprise a collector box 80 on one side of the bundle, and two collector boxes 82 and 84 on the other side. side of the beam for the arrival of the fluid in the exchanger and for the fluid outlet of the exchanger.
  • the connection manifold 82 is a fluid inlet manifold and the manifold manifold 84 is a fluid outlet manifold.
  • each circuit element 2 is received in the collector box 80, the arrival ends 260 of the circuit elements are received in the header manifold 82 and the ends 262 of the circuit elements are received in the outlet header 84.
  • the collector boxes, the bundle of circuit elements and the corrugated inserts are assembled by brazing.
  • Each manifold 80, 82 or 84 has a manifold plate 802, 822 or 842 respectively, extending in a plane parallel to the section of the tubes, in which slots are provided.
  • Each manifold plate 802 (respectively 822 and 842) is closed by a tubular-walled lid 800 (respectively 820 and 840).
  • each manifold 80 has a row of slots, which extends in the stacking direction of the tubes AA, to receive the ends of the manifold. circuit element 2.
  • Each slot of the collector box 80 is shaped to receive simultaneously the two superposed end portions 200 and 220 of the tubes 20 and 22 of a circuit element.
  • the slots in the collector box are directed perpendicular to the longitudinal axis of the collector plate.
  • each slot of the header box 80 has a width substantially equal to the width of a tube 20 or 22 and a height substantially equal to the sum of the heights of the tubes 20 and 22, as defined by the short sides B0 and B2 of the tubes.
  • the inside diameter of the header box 80 is defined by the width of the header plate 802, which is limited by the width of the slots.
  • each slot of the collector box for reversal receives the superposed end portions 200 and 220 of the two tubes at a time.
  • the width of the collector plate can therefore be chosen substantially equal to the width of a tube. Consequently, the overall width and depth of the exchanger 1 of the invention is reduced.
  • the inlet manifolds 82 and exit manifolds 84 respectively comprise a row of arrival slots and a row of exit slots parallel to each other.
  • the rows extend along the stacking direction of the AA tubes.
  • the slots of the arrival row are shaped to receive the arrival ends 260 of the inlet tube and the slots of the outlet row are shaped to receive the outlet ends 262 of the outlet tube.
  • connection manifolds are directed perpendicular to the stacking direction of the AA tubes.
  • connection boxes 82 and 84 is substantially equal to the section of the tubes.
  • the inlet header box 82 is provided with an inlet manifold 32 for the admission of the first fluid, which may be a high pressure fluid, especially carbon dioxide.
  • the outlet manifold 84 is provided with an outlet pipe 34 serving for the outlet of the fluid out of the heat exchanger 1.
  • the path of the first fluid in the exchanger will now be described with reference to FIG. 2.
  • the first fluid arrives in the exchanger 1 through the inlet pipe 32.
  • the first fluid then passes into the inlet manifold 82 then is distributed in the arrival tubes 20 of each circuit element 2.
  • the first fluid passes through the main portion 203 and the connecting portion 201 of the tube 20 to the end portion 200 where it passes into the collector box 80. From there, it returns into the circuit element 2 by entering through the end portion 220 of the outlet tube 22.
  • the first fluid then passes through the tube 22 to its outlet end 262 for exiting the circuit element 2.
  • the fluid opens into the outlet collection box 84, then exits the latter through the outlet pipe 34.
  • the circuit elements of the invention have good resistance to high pressure.
  • the invention is therefore particularly advantageous for the production of heat exchangers traversed by a fluid at high pressure, such as carbon dioxide.
  • a fluid at high pressure such as carbon dioxide.
  • it also applies to the realization of heat exchangers traveled by other types of refrigerant fluids.
  • circuit elements defining a U-shaped path by way of non-limiting example.
  • the invention also applies to circuit elements defining a path I, the first fluid then having an identical direction of circulation in the two tubes 20 and 22 of the same circuit element.
  • the invention is also not limited to the types of manifolds 80, 82 and 84 shown in the figures.

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Abstract

L'invention propose un élément de circuit hydraulique, pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, définissant un parcours pour le premier fluide. L=élément de circuit comprend deux tubes plats (20, 22). Chaque tube comporte une partie d'extrémité (202, 220), et une partie principale (203, 223) sensiblement longitudinales, décalées entre elles latéralement d'une distance choisie. Les parties d'extrémité des tubes sont superposées l'une sur l'autre, tandis que les parties principales des tubes sont décalées latéralement.

Description

  • L'invention concerne un élément de circuit à tubes plats pour un échangeur de chaleur, notamment un échangeur de chaleur destiné à un équipement de véhicule.
  • Elle concerne en particulier un élément de circuit hydraulique, pour un échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, définissant un parcours pour le premier fluide.
  • Elle concerne également des échangeurs de chaleur obtenus à partir de tels éléments de circuit.
  • Les échangeurs de chaleur de ce type sont généralement constitués d'un faisceau d'éléments de circuit parallèles, montés entre au moins deux boîtes collectrices, les éléments de circuit alternant avec des intercalaires qui améliorent l'échange de chaleur.
  • Le premier fluide circule à l'intérieur des éléments de circuit tandis que le deuxième fluide circule dans l'espace compris entre les tubes.
  • Dans des réalisations existantes, les éléments de circuit définissent un parcours en U pour le premier fluide. Chaque élément de circuit est alors constitué de deux tubes plats coplanaires et parallèles. Le premier fluide arrive dans l'élément de circuit par l'un des tubes et ressort de l'élément de circuit par l'autre tube. Une zone de retournement est prévue au niveau de l'une des extrémités de l'élément de circuit, pour permettre au premier fluide de passer d'un tube à l'autre.
  • I1 est connu de réaliser cette zone de retournement au moyen de deux boîtes collectrices de retournement, disposées du côté de la zone de retournement de l'élément de circuit, et reliées entre elles par une boite intermédiaire. Chaque boîte collectrice de retournement reçoit l'extrémité de l'un des tubes de l'élément de circuit, située de ce côté de l'échangeur. La boîte intermédiaire permet le passage du fluide d'un tube à l'autre de l'élément de circuit.
  • Il est également connu de réaliser cette zone de retournement au moyen d'une boite collectrice unique, recevant simultanément les deux extrémités des tubes du côté de la zone de retournement de fluide. La boite collectrice délimite alors un volume interne dans lequel le fluide passe d'un tube à l'autre de l'élément de circuit.
  • Généralement, chaque boîte collectrice comporte une plaque collectrice parallèle à la section des tubes, qui reçoit les extrémités des tubes. Lorsque l'échangeur utilise deux boîtes de retournement reliées par une boite collectrice intermédiaire, la largeur de la plaque collectrice de chaque boîte collectrice de retournement et le diamètre interne de 1a boîte collectrice sont donc au moins égaux à la largeur d'un tube. L'encombrement en largeur des deux boîtes de retournement reliées est donc au moins égal à la somme des largeurs des tubes et de la boîte intermédiaire. Il en résulte un encombrement en profondeur important pour l'échangeur de chaleur.
  • Lorsque l'échangeur utilise une boîte collectrice de retournement unique, la largeur de la plaque collectrice de la boîte est au moins égale à la somme des largeurs des tubes. Le diamètre interne de la boite collectrice est alors égal à cette somme. Par conséquent, l'encombrement en profondeur et l'encombrement en largeur de l'échangeur de chaleur sont importants.
  • Ainsi, dans les réalisations précitées, les boîtes collectrices viennent augmenter l'encombrement total en profondeur et/ou en largeur de l'échangeur.
  • Or, dans les véhicules actuels, il est souhaitable de réduire l'encombrement des composants placés dans le compartiment moteur du véhicule automobile, et donc l'encombrement des échangeurs de chaleur.
  • C'est un but de l'invention de fournir un élément de circuit hydraulique pour échangeur de chaleur, et un échangeur de chaleur utilisant de tels éléments de circuit qui permette une diminution de l'encombrement de l'échangeur.
  • A cet effet, l'invention propose un élément de circuit hydraulique, pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, définissant un parcours pour le premier fluide. L=élément de circuit comprend deux tubes plats. Selon l'invention, il est prévu que chaque tube comporte une partie d'extrémité, et une partie principale sensiblement longitudinales, décalées entre elles latéralement d'une distance choisie. Les parties d'extrémité des tubes sont superposées l'une sur l'autre, tandis que les parties principales des tubes sont décalées latéralement.
    Des caractéristiques optionnelles de l'élément de circuit selon l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après:
    • Chaque tube comporte en outre une partie de raccord reliant sa partie principale à sa partie d'extrémité.
    • La partie d'extrémité et la partie principale de l'un des tubes s'étendent dans des plans décalés, et la partie d'extrémité et la partie principale de l'autre tube sont coplanaires.
    • Les parties principales des tubes sont coplanaires.
    • L'élément de circuit présente une symétrie par rapport à un plan central perpendiculaire au plan et à la section des tubes.
    • La section de chaque tube est sensiblement constante.
    • Chaque tube comporte des cloisons internes longitudinales délimitant des canaux d'écoulement longitudinaux.
  • L'invention propose en outre un échangeur de chaleur, notamment pour un véhicule automobile, comportant un empilement d'éléments de circuit tels que définis ci-dessus, assemblés entre au moins deux boites collectrices.
  • Des caractéristiques optionnelles de l'échangeur de chaleur selon l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après:
    • Les boites collectrices comprennent une boite collectrice d'un côté du faisceau, présentant une unique rangée de fentes qui s'étend dans la direction d'empilement des tubes, chaque fente étant conformée pour recevoir les deux parties d'extrémités superposées des tubes d'un élément de circuit.
    • Chaque fente présente une largeur sensiblement égale à la largeur de la partie d'extrémité d'un tube, et une hauteur sensiblement égale à la somme des hauteurs des tubes.
    • Les boîtes collectrices comprennent deux boites collectrices de l'autre côté du faisceau comprenant chacune une rangée de fentes qui s'étend dans la direction d'empilement des tubes, lesdites rangées de fentes étant conformées pour recevoir les extrémités des parties principales des tubes de chaque élément de circuit.
    • Les boîtes collectrices comprennent une boîte collectrice unique de l'autre côté du faisceau, comprenant deux rangées de fentes parallèles qui s'étendent dans la direction d'empilement des tubes, lesdites rangées de fentes étant conformées pour recevoir les extrémités des parties principales des tubes de chaque élément de circuit.
    • Chaque élément de circuit définit un parcours en U pour le premier fluide, le premier fluide passant d'un tube à l'autre de l'élément de circuit au niveau des parties d'extrémité superposées.
    • Chaque élément de circuit définit un parcours en I pour le premier fluide, le premier fluide ayant un sens de circulation identique dans chaque tube de l'élément de circuit.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après et des dessins annexés sur lesquels :
    • 1a figure 1 est un schéma général de face d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention ;
    • la figure 2 est un schéma en perspective de l'échangeur de chaleur conforme à l'invention ;
    • la figure 3 est une vue en perspective d'un élément de circuit de l'échangeur de chaleur de l'invention ;
    • la figure 4 est un schéma représentant un tube de l'élément de circuit de l'invention ; et
    • la figure 5 est une vue partielle en perspective d'une extrémité d'un tube de l'élément de circuit de l'invention.
  • Il est tout d'abord fait référence à la figure 1 qui est un schéma général d'un échangeur de chaleur 1 conforme à l'invention.
  • L'échangeur de chaleur 1 comporte un faisceau composé d'éléments de circuit 2 empilés, montés entre au moins deux boîtes collectrices 80, 82. Les éléments de circuit 2 sont empilés selon une direction d'empilement AA et sont disposés parallèlement les uns aux autres. Les éléments de circuit alternent en outre avec des intercalaires ondulés 6.
  • L'échangeur de chaleur 1 permet un échange entre un premier fluide circulant à l'intérieur des tubes et un deuxième fluide circulant entre les tubes. Les intercalaires 6 remplissent le rôle d'ailettes de refroidissement.
  • L'élément de circuit de l'invention peut être utilisé pour réaliser différents types d'échangeurs de chaleur et, en particulier, des condenseurs pour installations de climatisation de véhicules automobiles. L'élément de circuit de l'invention est avantageusement utilisé pour réaliser un condenseur de type refroidisseur de gaz, dans les installations qui utilisent un fluide réfrigérant supercritique, par exemple le dioxyde de carboné.
  • L'échangeur de chaleur est formé de pièces, réalisées en particulier à base d'aluminium, solidarisées par brasage.
  • Il est maintenant fait référence aux figures 2 et 3 qui représentent respectivement une vue en perspective d'un échangeur de chaleur et une vue en perspective d'un élément de circuit conformes à l'invention,
  • Les éléments de circuit 2 de l'échangeur 1 représentés sur ces figures définissent un parcours en U pour le premier fluide.
  • Les éléments de circuit de ce type sont généralement constitués d'une branche d'arrivée par laquelle le fluide arrive dans l'élément de circuit, et d'une branche de sortie par laquelle le fluide sort de l'élément de circuit. L'arrivée et la sortie de fluide sont généralement prévues d'un côté de l'élément de circuit tandis que de l'autre côté est prévue une zone de retournement de fluide pour permettre au fluide de passer de la branche d'arrivée de l'élément de circuit à sa branche de sortie.
  • La branche d'arrivée et la branche de sortie de fluide de l'élément de circuit 2 de l'invention sont constituées de deux tubes plats 20 et 22.
  • L'élément de circuit de l'invention est représenté plus en détail sur la figure 3. Comme on peut le voir sur cette figure, chaque tube plat 20 (respectivement 22) est constitué de deux grands côtés F0 (respectivement F2) parallèles, et de deux petits côtés B0 (respectivement B2) parallèles entre eux et perpendiculaires aux grands côtés. Les tubes 20 et 22 présentent une section droite sur toute leur longueur.
  • Chaque tube plat présente une partie d'extrémité 200 (respectivement 220), et une partie principale 203 (respectivement 223) sensiblement longitudinales.
  • La direction longitudinale désigne la direction (BB) perpendiculaire à la section des tubes.
  • Le tube 20 est représenté schématiquement sur la figure 4. La partie d'extrémité 200 du tube 20 est décalée latéralement par rapport à la partie principale 203 du tube d'une distance choisie d. Le tube 22 présente la même structure.
  • L'expression "décalage latéral" fait ici référence à un décalage dans le plan du tube et selon une direction perpendiculaire à la direction longitudinale (BB).
  • Les tubes 20 respectivement 22 peuvent en outre comporter un ensemble de cloisons internes définissant des canaux d'écoulement intérieurs parallèles 40, comme représenté plus en détail sur la figure 5.
  • Chaque tube 20, respectivement 22, peut être obtenu par extrusion d'un matériau à base d'aluminium de manière à présenter une section droite et une forme rectiligne. Les tubes sont ensuite déformés de manière à décaler latéralement la partie d'extrémité 200 (respectivement 220) du tube 20 (respectivement 22) et la partie principale 203 (respectivement 223) du tube par toute technique de déformation adaptée, par exemple par une technique de ceintrage. Des mâchoires peuvent alors être utilisées pour éviter que 1e tube ne se déforme lors du ceintrage. Cette technique de déformation est adaptée pour décaler latéralement la partie d'extrémité sans déformer les canaux d'écoulement internes. Ainsi, l'écoulement du fluide à l'intérieur des tubes n'est pas perturbé.
  • Chaque tube 20 ou 22 présente donc deux axes longitudinaux parallèles et décalés latéralement d'une distance d. La direction d'écoulement du fluide dans chaque tube est donc sensiblement longitudinale, excepté dans la partie déformée.
  • En outre, chaque tube 20 ou 22 a avantageusement une section sensiblement constante sur toute sa longueur.
  • Il est à nouveau fait référence à la figure 3, qui montre l'élément de circuit 2, tel que monté dans le faisceau. Les tubes 20 et 22 sont associés de manière être superposés l'un sur l'autre au niveau de leurs parties d'extrémité 200 et 220 et à être séparés latéralement au niveau de leurs parties principales 203 et 223, ce qui confère à l'élément de circuit une forme de Y. Plus précisément, la partie d'extrémité 200 de l'un des tubes, ici le tube 20 est superposée à la partie d'extrémité 202 de l'autre tube 22 et en appui contre celle-ci, tandis que la partie principale 202 du tube 20 et la partie principale 222 du tube 22 sont décalées latéralement.
  • Ainsi, sur toute sa longueur, y compris au niveau des parties d'extrémités 200 et 220, l'élément de circuit reste sensiblement parallèle à la direction d'écoulement du deuxième fluide, qui est en particulier l'air,
  • Sur la figure 3, le premier fluide arrive dans le tube 20, désigné ci-après par "tube d'arrivée", et sort de l'élément de circuit par le tube 22, désigné ci-après par "tube de sortie". Le premier fluide arrivant dans le tube d'arrivée 20 traverse la partie principale 203 du tube 20 jusqu'à sa partie d'extrémité 200. Le premier fluide sort du tube 20 par sa partie d'extrémité 200 puis entre dans le tube 22 par la partie d'extrémité 220 de celui-ci. Le premier fluide parcourt alors la partie principale 223 du tube 22 pour sortir de l'élément de circuit 2.
  • Ainsi le fluide passe du tube d'arrivée 20 au tube de sortie 22 au niveau des parties d'extrémité superposées 200 et 220. Le retournement du fluide dans l'élément de circuit 2 se fait dans un plan parallèle à la section des tubes 20 et 22.
  • Le premier fluide arrive dans l'élément de circuit 2 par l'extrémité libre 260 de la partie principale 200 du tube d'arrivée 22, désignée ci-après par "extrémité d'arrivée".
  • Le premier fluide sort de l'élément de circuit 2 par l'extrémité libre 262 de la partie principale 220 du tube de sortie 22, désignée ci-après par "extrémité de sortie". Sur les figures, les extrémités d'arrivée 260 et de sortie 262 sont situées du même côté de l'échangeur 1. Les parties d'extrémité superposées 200 et 220 sont situées de l'autre côté de l'échangeur.
  • L'élément de circuit 2 présente avantageusement une symétrie par rapport à un plan central perpendiculaire au plan et à la section des tubes.
  • La distance de décalage latéral d entre la partie d'extrémité 200 d'un tube 20 et la partie principal 202 du tube est choisie de manière à ménager un écart latéral entre les parties principales 203 et 223 des tubes 20 et 22 lorsqu'ils sont assemblés. Ce décalage peut également être choisi en fonction du nombre de canaux d'écoulement internes, de la largeur du tube, de l'épaisseur des parois du tube et/ou du rayon de courbure souhaité dans la zone de déformation du tube.
  • En référence à la figure 3, chaque tube 20 (respectivement 22) comporte en outre une partie de raccord 201 (respectivement 221) reliant la partie d'extrémité 200 (respectivement 220) du tube 20 (respectivement 22) à la partie principale 203 (respectivement 223) du tube. Cette partie de raccord correspond à la zone de déformation du tube.
  • Dans une forme de réalisation particulière, la partie d'extrémité et la partie principale d'un même tube sont sensiblement coplanaires. Les parties principales respectives 203 et 223 des tubes 20 et 22 s'étendent alors dans des plans décalés dans la direction d'empilement AA. La distance de décalage des plans est notamment sensiblement égale à la hauteur d'un tube, telles que définie pas ses petits côtés.
  • En variante, les parties principales 203 et 223 des tubes 20 et 22 peuvent être coplanaires.
  • Pour cela, la partie d'extrémité et la partie principale de l'un des tubes s'étendent dans des plans décalés, tandis que la partie d'extrémité et la partie principale de l'autre tube sont sensiblement coplanaires. Par exemple, sur la figure 3, la partie d'extrémité 200 et la partie principale 203 du tube de sortie 22 s'étendent dans des plans décalés, tandis que la partie d'extrémité 220 et la partie principale 223 du tube de sortie 22 sont sensiblement coplanaires. Le décalage des plans de la partie d'extrémité 200 et de la partie principale 203 du tube 20 est réalisé de manière à ramener la partie principale 203 du tube 20 au même niveau que la partie principale 223 du tube 22.
  • Chaque élément de circuit 2 peut être monté entre trois boites collectrices, comme représenté sur la figure 2. Ces boîtes collectrices comprennent une boite collectrice de retournement 80 d'un côté du faisceau, et deux boîtes collectrices de connexion 82 et 84 de l'autre côté du faisceau pour l'arrivée du fluide dans l'échangeur et pour la sortie du fluide de l'échangeur. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, la boîte collectrice de connexion 82 est une boite collectrice d'arrivée de fluide et la boîte collectrice de connexion 84 est une boîte collectrice de sortie de fluide.
  • Plus précisément, les parties d'extrémités superposées 200 et 220 de chaque élément de circuit 2 sont reçues dans la boite collectrice de retournement 80, les extrémités d'arrivée 260 des éléments de circuit sont reçues dans la boîte collectrice d'arrivée 82 et les extrémités 262 des éléments de circuit sont reçues dans la boîte collectrice de sortie 84.
  • Les boites collectrices, le faisceau d'éléments de circuit et les intercalaires ondulés sont assemblés par brasage.
  • Chaque boîte collectrice 80, 82 ou 84 comporte une plaque collectrice 802, 822 ou 842 respectivement, s'étendant dans un plan parallèle à 1a section des tubes, dans laquelle sont ménagées des fentes. Chaque plaque collectrice 802 (respectivement 822 et 842) est fermée par un couvercle 800 (respectivement 820 et 840) à paroi tubulaire.
  • Plus précisément, la plaque collectrice 802 (respectivement 822 et 844) de chaque boîte collectrice 80 (respectivement 82 et 84) comporte une rangée de fentes, qui s'étend dans la direction d'empilement des tubes AA, pour recevoir les extrémités de l'élément de circuit 2.
  • Chaque fente de la boîte collectrice de retournement 80 est conformée pour recevoir simultanément les deux parties d'extrémité superposées 200 et 220 des tubes 20 et 22 d'un élément de circuit. Les fentes de la boîte collectrice de retournement sont dirigées perpendiculairement à l'axe longitudinal de la plaque collectrice.
  • En outre, chaque fente de la boite collectrice 80 présente une largeur sensiblement égale à la largeur d'un tube 20 ou 22 et une hauteur sensiblement égale à la somme des hauteurs des tubes 20 et 22, telles que définies par les petits côtés B0 et B2 des tubes.
  • Le diamètre intérieur de la boîte collectrice 80 est défini par la largeur de la plaque collectrice 802, laquelle est limitée par la largeur des fentes. Or chaque fente de la boîte collectrice de retournement reçoit les parties d'extrémité superposées 200 et 220 des deux tubes à la fois. La largeur de la plaque collectrice peut donc être choisie sensiblement égale à la largeur d'un tube. Par conséquent, l'encombrement en largeur et en profondeur de l'échangeur 1 de l'invention est réduit.
  • Les boîtes collectrices d'arrivée 82 et de sortie 84 comprennent respectivement une rangée de fentes d'arrivée et une rangée de fentes de sortie parallèles entre elles. Les rangées s'étendent suivant 1a direction d'empilement des tubes AA. Les fentes de la rangée d'arrivée sont conformées pour recevoir les extrémités d'arrivée 260 du tube d'arrivée et les fentes de la rangée de sortie sont conformées pour recevoir les extrémités de sortie 262 du tube de sortie.
  • Chaque fente des boites collectrices de connexion est dirigée perpendiculairement à la direction d'empilement des tubes AA.
  • En variante, il est possible de prévoir une boîte collectrice de connexion unique délimitée par une plaque collectrice unique dans laquelle sont ménagées les deux rangées de fentes d'arrivée et de sortie.
  • La suite de la description sera faite en référence à un élément de chaleur comportant deux boîtes collectrices de connexion séparées 82 et 84, à titre d'exemple non limitatif.
  • La section des fentes des boîtes collectrices de connexion 82 et 84 est sensiblement égale à la section des tubes.
  • Les intercalaires ondulés 6, non représentés sur la figure 2, viennent en contact avec les parties principales 203 et 223 des tubes.
  • La boîte collectrice d'arrivée 82 est munie d'une tubulure d'arrivée 32 servant à l'admission du premier fluide qui peut être un fluide sous pression élevée, notamment le dioxyde de carbone. La boite collectrice de sortie 84 est munie d'une tubulure de sortie 34 servant à la sortie du fluide hors de l'échangeur de chaleur 1.
  • Le parcours du premier fluide dans l'échangeur va maintenant être décrit en référence à la figure 2. Le premier fluide arrive dans l'échangeur 1 par la tubulure d'arrivée 32. Le premier fluide passe alors dans la boite collectrice d'arrivée 82 puis se répartit dans les tubes d'arrivée 20 de chaque élément de circuit 2. Dans chaque élément de circuit 2, le premier fluide traverse la partie principale 203 puis la partie de raccord 201 du tube 20 jusqu'à la partie d'extrémité 200 où il passe dans la boîte collectrice de retournement 80. De là, il revient dans l'élément de circuit 2 en entrant par 1a partie d'extrémité 220 du tube de sortie 22. Le premier fluide traverse alors le tube 22 jusqu'à son extrémité de sortie 262 pour sortir de l'élément de circuit 2. A sa sortie de l'élément de circuit, le fluide débouche dans la boite collectrice de sortie 84, puis sort de celle-ci par la tubulure de sortie 34.
  • Les éléments de circuit de l'invention présentent une bonne résistance à une pression élevée. L'invention est donc particulièrement avantageuse pour la réalisation d'échangeurs de chaleur parcourus par un fluide à pression élevée, tel que le dioxyde de carbone. Toutefois elle s'applique également à la réalisation d'échangeurs de chaleur parcourus par d'autres types de fluides réfrigérant.
  • L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment et s'étend à d'autres variantes.
  • En particulier, l'invention a été décrite en référence à des éléments de circuit définissant un parcours en U, à titre d'exemple non limitatif. Toutefois, l'invention s'applique également à des éléments de circuit définissant un parcours en I, le premier fluide ayant alors un sens de circulation identique dans les deux tubes 20 et 22 d'un même élément de circuit.
  • Par ailleurs, l'invention a été décrite en référence à un élément de circuit dans lequel la partie d'extrémité 203 du tube d'arrivée 20 est placée au-dessus de la partie d'extrémité 223 du tube de sortie 22, à titre d'exemple non limitatif, le terme "dessus" faisant référence au positionnement de l'échangeur sur la figure 2. Toutefois, il est également possible, dans le cadre de l'invention, de placer en variante la partie d'extrémité 223 du tube de sortie 22 au dessus de la partie d'extrémité 203 du tube d'arrivée 20.
  • L'invention n'est pas non plus limitée aux types de boîtes collectrices 80, 82 et 84 représentées sur les figures.

Claims (14)

  1. Elément de circuit hydraulique, pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, définissant un parcours pour le premier fluide, 1=élément de circuit comprenant deux tubes plats (20, 22),
    caractérisé en ce que chaque tube comporte une partie d'extrémité (202, 220), et une partie principale (203, 223) sensiblement longitudinales, décalées entre elles latéralement d'une distance choisie (d), et en ce que les parties d'extrémité des tubes sont superposées l'une sur l'autre, tandis que les parties principales des tubes sont décalées latéralement.
  2. Elément de circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tube comporte en outre une partie de raccord (201, 221) reliant sa partie principale à sa partie d'extrémité.
  3. Elément de circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie d'extrémité et la partie principale de l'un des tubes (20) s'étendent dans des plans décalés, et en ce que la partie d'extrémité et la partie principale de l'autre tube (22) sont coplanaires.
  4. Elément de circuit selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les parties principales (203, 223) des tubes sont coplanaires.
  5. Elément de circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de circuit (2) présente une symétrie par rapport à un plan central perpendiculaire au plan et à la section des tubes.
  6. Elément de circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section de chaque tube est sensiblement constante.
  7. Elément de circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tube comporte des cloisons internes longitudinales délimitant des canaux d'écoulement longitudinaux (40).
  8. Echangeur de chaleur, notamment pour un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un empilement d'éléments de circuit (2) selon l'une des revendications précédentes, assemblés entre au moins deux boîtes collectrices (80, 82, 84).
  9. Echangeur de chaleur selon 1a revendication 8, caractérisé en ce que les boîtes collectrices comprennent une boîte collectrice (80) d'un côté du faisceau, présentant une rangée de fentes qui s'étend dans la direction d'empilement des tubes, chaque fente étant conformée pour recevoir les deux parties d'extrémités superposées (202, 220) des tubes d'un élément de circuit.
  10. Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque fente présente une largeur sensiblement égale à la largeur de la partie d'extrémité d'un tube, et une hauteur sensiblement égale à la somme des hauteurs des tubes.
  11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les boîtes collectrices comprennent deux boîtes collectrices de l'autre côté du faisceau (82, 84) comprenant chacune une rangée de fentes qui s'étend dans la direction d'empilement des tubes, lesdites rangées de fentes étant conformées pour recevoir les extrémités des parties principales (203,223) des tubes de chaque élément de circuit.
  12. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 9 et 10. caractérisé en ce que les boîtes collectrices comprennent une boîte collectrice unique (82, 84) de l'autre côté du faisceau, comprenant deux rangées de fentes parallèles qui s'étendent dans la direction d'empilement des tubes, lesdites rangées de fentes étant conformées pour recevoir les extrémités des parties principales (203,223) des tubes de chaque élément de circuit.
  13. Echangeur de chaleur selon l'une des revendication 8 à 12, caractérisé en ce que chaque élément de circuit définit un parcours en U pour le premier fluide, le premier fluide passant d'un tube à l'autre de l'élément de circuit au niveau des parties d'extrémité superposées (200,220).
  14. Echangeur de chaleur selon l'une des revendication 8 à 12, caractérisé en ce que chaque élément de circuit définit un parcours en I pour le premier fluide, le premier fluide ayant un sens de circulation identique dans chaque tube (20,22) de l'élément de circuit.
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