EP1770346B1 - Echangeur de chaleur à tubes plats alternés - Google Patents

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EP1770346B1
EP1770346B1 EP06020556A EP06020556A EP1770346B1 EP 1770346 B1 EP1770346 B1 EP 1770346B1 EP 06020556 A EP06020556 A EP 06020556A EP 06020556 A EP06020556 A EP 06020556A EP 1770346 B1 EP1770346 B1 EP 1770346B1
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EP
European Patent Office
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tubes
tube
fluid
heat exchanger
faces
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EP06020556A
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German (de)
English (en)
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EP1770346A1 (fr
Inventor
Carlos Martins
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0081—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by a single plate-like element ; the conduits for one heat-exchange medium being integrated in one single plate-like element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/108—Particular pattern of flow of the heat exchange media with combined cross flow and parallel flow

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for exchanging heat between a first fluid and a second fluid, comprising a bundle of flat tubes formed by the alternating stack of first tubes for the circulation of the first fluid and second tubes for the circulation of the second fluid, all the tubes of the beam opening into fluid collecting spaces at least on a first face of the beam.
  • a heat exchanger for exchanging heat between a first fluid and a second fluid, comprising a bundle of flat tubes formed by the alternating stack of first tubes for the circulation of the first fluid and second tubes for the circulation of the second fluid, all the tubes of the beam opening into fluid collecting spaces at least on a first face of the beam.
  • the object of the invention is to provide the fluid collection spaces in a simple and economical way with a small footprint.
  • the invention aims in particular at a heat exchanger of the type defined in the introduction, and provides that said collection spaces are formed by recesses formed in a first collector block and at least one of which is associated with each tube, the ends of the second tubes and the corresponding recesses being offset in the longitudinal direction of the tubes, relative to the ends of the first tubes and the corresponding recesses, so that the recess or recesses associated with a first tube are limited in the stacking direction by faces of the first block and that the recess or recesses associated with a second tube are limited in the stacking direction by the faces of the two first adjacent tubes.
  • the invention also relates to a fluid circuit containing a heat exchanger as defined above as an internal exchanger, the first fluid and the second fluid being constituted by the fluid circulating in the circuit, in two locations of this one where it presents different temperatures.
  • the circuit according to the invention may be an air conditioning loop in which circulates a refrigerant fluid operating at high pressures such as CO 2 , the first fluid and the second fluid being constituted by the high pressure refrigerant fluid. and the other by the refrigerant fluid at low pressure.
  • a refrigerant fluid operating at high pressures such as CO 2
  • the first fluid and the second fluid being constituted by the high pressure refrigerant fluid. and the other by the refrigerant fluid at low pressure.
  • the figure 1 is a diagram of a vehicle air conditioning loop containing an internal heat exchanger according to the invention.
  • the figure 2 is a perspective view of a heat exchanger according to the invention.
  • the figure 3 is a corresponding exploded perspective view.
  • the figure 4 is a partial view of the heat exchanger illustrated on the Figures 2 and 3 , in section along line IV-IV of the figure 5 .
  • FIGS. 5 and 6 are sectional views of this heat exchanger, respectively along the lines VV and VI-VI of the figure 4 .
  • the air conditioning loop shown on the figure 1 is known in itself in its general design. It comprises a compressor 1 which brings to a high pressure a cooling fluid consisting of CO 2 , followed by a gas cooler 2 which makes it possible to transfer to a flow of air not represented a portion of the heat stored by the refrigerant during its compression by the compressor 1. Downstream of the gas cooler 2 is disposed a path 3H of an internal heat exchanger 3 for further cooling of the fluid. The track 3H is followed by a pressure reducer 4, then an evaporator 5 which is swept by an unrepresented air flow intended to be sent into the passenger compartment of the vehicle. At the outlet of the evaporator, the fluid passes into a reservoir 6. The fluid in the relaxed gas state leaving the reservoir 6 passes into the second path 3B of the internal heat exchanger 3, against the flow of the circulation in lane 3H, to be heated by the high pressure gas flowing in the latter, before returning to the compressor 4.
  • the internal exchanger 3 has the structure illustrated on the Figures 2 to 6 . It comprises an alternating stack of first flat tubes 11 and second flat tubes 12.
  • the exchanger comprises three first tubes 11 and three second tubes 12, each tube having a multiplicity of parallel channels 13, 14 for the fluid flow, extending parallel to the longitudinal direction, here vertical, of the tube and opening at both ends thereof.
  • Each tube 11 is associated with an upper plate 15 and a lower plate 17 and each tube 12 is associated with an upper plate 16 and a lower plate 18.
  • the plates 15 and 17 associated with a tube 11 have main faces located in the same plans that the two main faces of this tube, and therefore have the same thickness as this one.
  • the plates 16 and 18 associated with a tube 12 have major faces located in the same planes as the two main faces of this tube, and therefore have the same thickness as this one. In the example shown, this thickness is the same for the tubes 11 and for the tubes 12.
  • Each of the plates 15-18 comprises a main part 20 extending facing the end of the tube over the entire width thereof, and two lateral flanges 21, 22 coming into sealing contact, after soldering, respectively with the two opposite longitudinal edges 23 and 24 of the tube, near its end. Between the main portion 20 of each plate and the corresponding tube end is a fluid collecting space 25 into which all channels 13 or 14 of the tube open.
  • the assembly formed by a first tube 11 and its associated plates 15 and 17 and the assembly constituted by a second tube 12 and its associated plates 16 and 18 have the same contour, and these sets are mutually stacked to make a block of cylindrical shape.
  • the tubes 11 and 12 have the same length, their upper and lower ends are not located in the same planes.
  • the lower ends of the first tubes 11 and those of the second tubes 12 are located in respective horizontal planes P1 and P2, the plane P1 being shifted upwards by a distance D with respect to the plane P2.
  • the length of the tubes being the same as indicated above, the upper ends of the tubes 11 and those of the tubes 12 are located in respective horizontal planes mutually offset by the distance D.
  • each recess is delimited, towards the inside of the bundle formed by the stacking of the tubes 11 and 12 and the plates 15 to 18, by one of these tubes or one of these plates as indicated above, and towards the outside the beam by a solid outer plate which will be described later, having the same outer contour as the plates 15 to 18 but without recess.
  • a notch 30 is formed in the rim 22, located to the right of the figure 5 of each upper plate 15, so as to be adjacent to the lateral edge 24 of the corresponding tube 11.
  • the notch 30 thus forms an orifice passing through the plate 15, surrounded by the rim 22 and the edge 24, and separated from the recess 25.
  • the orifices 30 of the different plates are mutually aligned and each communicates with the recesses 25 of the adjacent plates 16, so that the recesses 25 and the orifices 30 of all the plates 15 and 16 of the heat exchanger are interconnected to form an inlet manifold for the refrigerant fluid at low pressure.
  • each lower plate 17 is drilled a through hole 32 separated from the recess 25 of the same plate.
  • the holes 32 of the different plates are mutually aligned and each communicates with the recesses 25 of the two adjacent plates 18, the recesses and the holes 32 of the set of plates 18 thereby forming an outlet manifold for the low pressure fluid.
  • the low pressure fluid flows in parallel, from top to bottom, in all the channels 14 of the tubes 12, between the inlet chamber and the outlet chamber.
  • the upper plate assembly 16-tube 12-lower plate 18 shown on the figure 6 is identical to the lower plate 17-tube 11-upper plate assembly 15 of the figure 5 , and is deduced therefrom by a rotation of a half-turn about the central longitudinal axis of the beam and by a translation along this axis of the thickness of a tube.
  • notches 31 in the left flange 21 of the plates 18 cooperate with the recesses 25 of the plates 17 to form an inlet chamber for the high pressure fluid
  • holes 33 passing through the plates 16 cooperate with the recesses 25.
  • the inlet and the outlet of the fluids of the exchanger are made by pipes carried by the outer plates located at one end of the beam.
  • the upper outer plate 26 located at this end, aligned with the upper plates 15 and 16, is crossed by two not shown openings respectively aligned with the openings 30 and the openings 33 and respectively communicating with an inlet pipe 34 for the fluid to low pressure and with an outlet pipe 37 for the high pressure fluid.
  • the lower outer plate 28, aligned with the plates 17 and 18, located at the same end of the bundle as the plate 26 has unshown through openings aligned with the openings 31 and 32 and communicating respectively with an inlet manifold. 35 for the high pressure fluid and with an outlet pipe 36 for the low pressure fluid.
  • the upper and lower outer plates 27, 29 at the opposite end of the bundle are devoid of openings and nozzles.
  • each recess 25 in the longitudinal direction of the tubes is not uniform, but varies gradually in the direction of the width of the tubes. This dimension is maximum at the point where the recess communicates with the openings of the adjacent plates, in the vicinity of one of the lateral edges of the tube, and gradually decreases to the right of the opposite edge of the tube, to take account of the decrease in fluid flow. This variation is advantageous but not necessary.
  • Both fluids can flow in the same direction and not against the current.
  • At least one of the two fluids can flow in the exchanger in two passes or more.
  • this fluid can flow in one direction in one part of the channels of each tube, and in the opposite direction in the other channels.
  • the plate associated with the end of the tube through which the fluid enters and exits then has two separate recesses, cooperating with respective orifices formed in the adjacent plates to contribute to the formation of the inlet and outlet chambers.
  • the channels of the tube can then communicate with each other, at the opposite end thereof, by a recess formed in a plate similar to the plates 15 to 18 but not communicating with any opening of neighboring plates, or by any other known means.
  • a circulation in two passes or more can also be obtained by removing, in at least one plate, the orifice 30 or 31 or 32 or 33, thus separating one of the inlet and outlet chambers described above in one or several chambers aligned in the stacking direction of the beam.
  • the two plates 15 and 17, or 16 and 18, associated with the same tube can be replaced by a single plate by extending and joining on the one hand the two flanges 21, on the other hand the two flanges 22, to form a frame completely surrounding the periphery of the tube. This results in a reduction in the number of parts to manufacture, store and handle during the assembly of the exchanger.
  • plate stacks 15-16 and 17-18 can be replaced by solid blocks in which the recesses 25 and the openings 30-33 are machined, or by other structures.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • L'invention concerne un échangeur de chaleur pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, comprenant un faisceau de tubes plats formé par l'empilement alterné de premiers tubes pour la circulation du premier fluide et de seconds tubes pour la circulation du second fluide, tous les tubes du faisceau débouchant dans des espaces de collecte de fluide au moins sur une première face du faisceau. Le document US 3860065 décrit un tel échangeur.
  • Le but de l'invention est de réaliser les espaces de collecte de fluide de manière simple et économique avec un encombrement réduit.
  • L'invention vise notamment un échangeur de chaleur du genre défini en introduction, et prévoit que lesdits espaces de collecte sont formés par des évidements ménagés dans un premier bloc collecteur et dont l'un au moins est associé à chaque tube, les extrémités des seconds tubes et les évidements correspondants étant décalés dans la direction longitudinale des tubes, par rapport aux extrémités des premiers tubes et aux évidements correspondants, de manière telle que le ou les évidements associés à un premier tube sont limités dans la direction d'empilement par des faces du premier bloc et que le ou les évidements associés à un second tube sont limités dans la direction d'empilement par les faces des deux premiers tubes adjacents.
  • Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après:
    • À chaque premier tube et/ou à chaque second tube est associé un seul évidement pour une circulation en une seule passe dans chacun de ces tubes.
    • Tous les tubes du faisceau débouchent, sur une seconde face du faisceau opposée à la première, dans des espaces de collecte de fluide formés par des évidements ménagés dans un second bloc collecteur et dont l'un au moins est associé à chaque tube, les évidements situés en regard de la seconde face du faisceau et les extrémités correspondantes des tubes étant également décalés dans la direction longitudinale des tubes de manière telle que le ou chacun de ces derniers évidements est limité dans la direction d'empilement par les faces des deux plaques adjacentes ou des deux tubes adjacents.
    • Le décalage sur la seconde face du faisceau est tel que chaque évidement associé à un premier tube est limité par les faces de deux seconds tubes et que chaque évidement associé à un second tube est limité par des faces du second bloc.
    • Les premiers tubes et les seconds tubes ont sensiblement la même longueur.
    • Le second bloc est formé d'un ou plusieurs composants séparés du ou des composants formant le premier bloc.
    • Ledit premier bloc collecteur est constitué de plaques mutuellement empilées dont chacune est associée à un tube, les faces de chaque plaque du premier bloc collecteur étant situées sensiblement dans les mêmes plans que les faces du tube associé.
    • Ledit second bloc collecteur est constitué de plaques mutuellement empilées dont chacune est associée à un tube, les faces de chaque plaque du second bloc collecteur étant situées sensiblement dans les mêmes plans que les faces du tube associé.
    • Un orifice d'une plaque débouche dans un bord de celle-ci qui s'applique le long d'un bord longitudinal du tube associé.
  • L'invention a également pour objet un circuit de fluide contenant un échangeur de chaleur tel que défini ci-dessus en tant qu'échangeur interne, le premier fluide et le second fluide étant constitués par le fluide circulant dans le circuit, en deux endroits de celui-ci où il présente des températures différentes.
  • En particulier, le circuit selon l'invention peut être une boucle de climatisation dans laquelle circule un fluide réfrigérant travaillant à des pressions élevées tel que CO2, le premier fluide et le second fluide étant constitués l'un par le fluide réfrigérant à haute pression et l'autre par le fluide réfrigérant à basse pression.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention sont exposés plus en détail dans la description ci-après, avec référence aux dessins annexés.
  • La figure 1 est un schéma d'une boucle de climatisation de véhicule contenant un échangeur de chaleur interne selon l'invention.
  • La figure 2 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon l'invention.
  • La figure 3 est une vue en perspective éclatée correspondante.
  • La figure 4 est une vue partielle de l'échangeur de chaleur illustrée sur les figures 2 et 3, en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 5.
  • Les figures 5 et 6 sont des vues en coupe de cet échangeur de chaleur, respectivement selon les lignes V-V et VI-VI de la figure 4.
  • La boucle de climatisation représentée sur la figure 1 est connue en elle-même dans sa conception générale. Elle comprend un compresseur 1 qui porte à une pression élevée un fluide réfrigérant constitué de CO2, suivi d'un refroidisseur de gaz 2 qui permet de transférer à un flux d'air non représenté une partie de la chaleur emmagasinée par le fluide réfrigérant lors de sa compression par le compresseur 1. En aval du refroidisseur de gaz 2 est disposée une voie 3H d'un échangeur de chaleur interne 3 permettant un refroidissement supplémentaire du fluide. La voie 3H est suivie d'un détendeur 4, puis d'un évaporateur 5 qui est balayé par un flux d'air non représenté destiné à être envoyé dans l'habitacle du véhicule. À la sortie de l'évaporateur, le fluide passe dans un réservoir 6. Le fluide à l'état gazeux détendu quittant le réservoir 6 passe dans la seconde voie 3B de l'échangeur de chaleur interne 3, à contre-courant de la circulation dans la voie 3H, pour y être réchauffé par le gaz à haute pression circulant dans cette dernière, avant de retourner au compresseur 4.
  • Selon l'invention, l'échangeur interne 3 présente la structure illustrée sur les figures 2 à 6. Il comprend un empilement alterné de premiers tubes plats 11 et de seconds tubes plats 12. Dans l'exemple illustré, l'échangeur comprend trois premiers tubes 11 et trois seconds tubes 12, chaque tube présentant une multiplicité de canaux parallèles 13, 14 pour la circulation de fluide, s'étendant parallèlement à la direction longitudinale, ici verticale, du tube et débouchant aux deux extrémités de celui-ci. A chaque tube 11 sont associées une plaque supérieure 15 et une plaque inférieure 17 et à chaque tube 12 sont associées une plaque supérieure 16 et une plaque inférieure 18. Les plaques 15 et 17 associées à un tube 11 présentent des faces principales situées dans les mêmes plans que les deux faces principales de ce tube, et possèdent par conséquent la même épaisseur que celui-ci. De même, les plaques 16 et 18 associées à un tube 12 présentent des faces principales situées dans les mêmes plans que les deux faces principales de ce tube, et possèdent par conséquent la même épaisseur que celui-ci. Dans l'exemple illustrée cette épaisseur est 1a même pour les tubes 11 et pour les tubes 12.
  • Chacune des plaques 15-18 comprend une partie principale 20 s'étendant en regard de l'extrémité du tube sur toute la largeur de celui-ci, et deux rebords latéraux 21, 22 venant en contact étanche, après brasage, respectivement avec les deux bords longitudinaux opposés 23 et 24 du tube, au voisinage de son extrémité. Entre la partie principale 20 de chaque plaque et l'extrémité de tube correspondante se situe un espace de collecte de fluide 25 dans lequel débouchent tous les canaux 13 ou 14 du tube.
  • Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 2, l'ensemble formé par un premier tube 11 et ses plaques associées 15 et 17 et l'ensemble constitué par un second tube 12 et ses plaques associées 16 et 18 présentent un même contour, et ces ensembles sont mutuellement empilés pour réaliser un bloc de forme cylindrique. En revanche, bien que les tubes 11 et 12 aient la même longueur, leurs extrémités supérieures et inférieures ne sont pas situées dans les mêmes plans.
  • Comme on le voit sur la figure 4, les extrémités inférieures des premiers tubes 11 et celles des seconds tubes 12 sont situées dans des plans horizontaux respectifs P1 et P2, le plan P1 étant décalé vers le haut d'une distance D par rapport au plan P2. La longueur des tubes étant la même comme indiqué plus haut, les extrémités supérieures des tubes 11 et celles des tubes 12 sont situées dans des plans horizontaux respectifs mutuellement décalés de la distance D.
  • Les espaces de collecte de fluide 25, adjacents aux extrémités des tubes, présentent également un décalage vertical mutuel, ce décalage étant tel que:
    • l'évidement d'une plaque supérieure 15 associée à un premier tube 11 est délimité dans la direction d'empilement par les deux plaques supérieures 16 voisines, associées à des seconds tubes 12 respectifs;
    • l'évidement d'une plaque inférieure 17 associée à un premier tube 11 est délimité dans la direction d'empilement par les faces planes des deux seconds tubes 12 adjacents;
    • l'évidement d'une plaque supérieure 16 associée à un second tube 12 est délimité dans la direction d'empilement par les faces planes des deux premiers tubes 11 adjacents;
    • l'évidement d'une plaque inférieure 18 associée à un second tube 12 est délimité dans la direction d'empilement par les deux plaques inférieures 17 voisines, associées à des premiers tubes 11 respectifs.
  • Ce qui précède vaut pour les évidements associés aux quatre tubes intermédiaires de l'empilement. En ce qui concerne les deux tubes terminaux, c'est-à-dire le tube 11 situé à droite et le tube 12 situé à gauche sur la figure 4, chaque évidement est délimité, vers l'intérieur du faisceau formé par l'empilement des tubes 11 et 12 et des plaques 15 à 18, par l'un de ces tubes ou l'une de ces plaques comme indiqué précédemment, et vers l'extérieur du faisceau par une plaque extérieure pleine qui sera décrite plus loin, présentant le même contour extérieur que les plaques 15 à 18 mais sans évidement.
  • Une encoche 30 est ménagée dans le rebord 22, situé à droite de la figure 5, de chaque plaque supérieure 15, de manière à être adjacente au bord latéral 24 du tube 11 correspondant. L'encoche 30 forme donc un orifice traversant la plaque 15, entouré par le rebord 22 et le bord 24, et séparé de l'évidement 25. Les orifices 30 des différentes plaques sont mutuellement alignés et chacun communique avec les évidements 25 des plaques 16 voisines, de sorte que les évidements 25 et les orifices 30 de l'ensemble des plaques 15 et 16 de l'échangeur de chaleur sont reliés entre eux pour former une chambre collectrice d'entrée pour le fluide réfrigérant à basse pression.
  • Dans chaque plaque inférieure 17 est percé un trou traversant 32 séparé de l'évidement 25 de cette même plaque. Les trous 32 des différentes plaques sont mutuellement alignés et chacun communique avec les évidements 25 des deux plaques 18 adjacentes, les évidements et les trous 32 de l'ensemble des plaques 18 formant ainsi une chambre collectrice de sortie pour le fluide à basse pression. Le fluide à basse pression circule en parallèle, du haut vers le bas, dans tous les canaux 14 des tubes 12, entre la chambre d'entrée et la chambre de sortie.
  • L'ensemble plaque supérieure 16-tube 12-plaque inférieure 18 représenté sur la figure 6 est identique à l'ensemble plaque inférieure 17-tube 11-plaque supérieure 15 de la figure 5, et se déduit de celui-ci par une rotation d'un demi-tour autour de l'axe longitudinal central du faisceau et par une translation le long de cet axe de l'épaisseur d'un tube. En conséquence, des encoches 31 ménagées dans le rebord gauche 21 des plaques 18 coopèrent avec les évidements 25 des plaques 17 pour former une chambre d'entrée pour le fluide à haute pression, et des trous 33 traversant les plaques 16 coopèrent avec les évidements 25 des plaques 15 pour former une chambre de sortie pour le fluide à haute pression, le fluide à haute pression s'écoulant en parallèle dans tous les canaux 13 des tubes 11, de bas en haut, c'est-à-dire à contre courant par rapport au fluide à basse pression, entre la chambre d'entrée et la chambre de sortie.
  • L'entrée et la sortie des fluides de l'échangeur se font par des tubulures portées par les plaques extérieures situées à l'une des extrémités du faisceau. La plaque extérieure supérieure 26 située à cette extrémité, alignée avec les plaques supérieures 15 et 16, est traversée par deux ouvertures non représentées alignées respectivement avec les ouvertures 30 et les ouvertures 33 et communiquant respectivement avec une tubulure d'entrée 34 pour le fluide à basse pression et avec une tubulure de sortie 37 pour le fluide à haute pression. De même, la plaque extérieure inférieure 28, alignée avec les plaques 17 et 18, située à la même extrémité du faisceau que la plaque 26 présente des ouvertures traversantes non représentées alignées avec les ouvertures 31 et 32 et communiquant respectivement avec une tubulure d'entrée 35 pour le fluide à haute pression et avec une tubulure de sortie 36 pour le fluide à basse pression. Les plaques extérieures supérieure et inférieure 27, 29 situées à l'extrémité opposée du faisceau sont dépourvues d'ouvertures et de tubulures.
  • Dans l'exemple illustré, la dimension de chaque évidement 25 dans la direction longitudinale des tubes n'est pas uniforme, mais varie progressivement dans la direction de la largeur des tubes. Cette dimension est maximale à l'endroit où l'évidement communique avec les ouvertures des plaques adjacentes, au voisinage de l'un des bords latéraux du tube, et diminue progressivement jusqu'au droit du bord opposé du tube, pour tenir compte de la diminution du débit de fluide. Cette variation est avantageuse mais non nécessaire.
  • D'autres modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit et représenté sans sortir de l'invention, dont quelques-unes sont évoquées ci-après.
  • Les deux fluides peuvent circuler dans le même sens et non à contre-courant.
  • L'un au moins des deux fluides peut circuler dans l'échangeur en deux passes ou plus. Par exemple, ce fluide peut circuler dans un sens dans une partie des canaux de chaque tube, et dans le sens opposé dans les autres canaux. La plaque associée à l'extrémité du tube par où le fluide entre et sort présente alors deux évidements séparés, coopérant avec des orifices respectifs ménagés dans les plaques voisines pour contribuer à la formation des chambres d'entrée et de sortie. Les canaux du tube peuvent alors communiquer entre eux, à l'extrémité opposée de celui-ci, par un évidement ménagé dans une plaque analogue aux plaques 15 à 18 mais ne communiquant avec aucune ouverture des plaques voisines, ou par tout autre moyen connu. Une circulation en deux passes ou plus peut également être obtenue en supprimant, dans au moins une plaque, l'orifice 30 ou 31 ou 32 ou 33, séparant ainsi l'une des chambres d'entrée et de sortie décrites plus haut en une ou plusieurs chambres alignées dans la direction d'empilement du faisceau. Selon la disposition des chambres d'entrée et de sortie pour les deux fluides, il pourra être avantageux ou nécessaire de répartir les tubulures d'entrée et de sortie entre les deux extrémités du faisceau. Une telle répartition est également possible avec la disposition des chambres décrites.
  • Les deux plaques 15 et 17, ou 16 et 18, associées à un même tube peuvent être remplacées par une plaque unique en prolongeant et en réunissant d'une part les deux rebords 21, d'autre part les deux rebords 22, pour former un cadre entourant entièrement la périphérie du tube. Il en résulte une diminution du nombre de pièces à fabriquer, à stocker et à manipuler lors de l'assemblage de l'échangeur.
  • Enfin, les empilements de plaques 15-16 et 17-18 peuvent être remplacés par des blocs massifs dans lesquels sont usinés les évidements 25 et les orifice 30-33, ou par d'autres structures.

Claims (12)

  1. Échangeur de chaleur (3) pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, comprenant un faisceau de tubes plats formé par l'empilement alterné de premiers tubes (11) pour la circulation du premier fluide et de seconds tubes (12) pour la circulation du second fluide, tous les tubes du faisceau débouchant dans des espaces de collecte de fluide au moins sur une première face du faisceau, caractérisé en ce que lesdits espaces de collecte sont formés par des évidements (25) ménagés dans un premier bloc collecteur (15, 16) et dont l'un au moins est associé à chaque tube, les extrémités des seconds tubes et les évidements correspondants étant décalés dans la direction longitudinale des tubes, par rapport aux extrémités des premiers tubes et aux évidements correspondants, de manière telle que le ou les évidements associés à un premier tube sont limités dans la direction d'empilement par des faces du premier bloc et que le ou les évidements associés à un second tube sont limités dans la direction d'empilement par les faces des deux premiers tubes adjacents.
  2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel à chaque premier tube et/ou à chaque second tube est associé un seul évidement pour une circulation en une seule passe dans chacun de ces tubes.
  3. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel tous les tubes du faisceau débouchent, sur une seconde face du faisceau opposée à la première, dans des espaces de collecte de fluide formés par des évidements (25) ménagés dans un second bloc collecteur (17, 18) et dont l'un au moins est associé à chaque tube, les évidements situés en regard de la seconde face du faisceau et les extrémités correspondantes des tubes étant également décalés dans la direction longitudinale des tubes de manière telle que le ou chacun de ces derniers évidements est limité dans la direction d'empilement par les faces des deux plaques adjacentes ou des deux tubes adjacents.
  4. Échangeur de chaleur selon la revendication précédente, dans lequel le décalage sur la seconde face du faisceau est tel que chaque évidement (25) associé à un premier tube (11) est limité par les faces de deux seconds tubes (12) et que chaque évidement (25) associé à un second tube (12) est limité par des faces du second bloc (17).
  5. Échangeur de chaleur selon la revendication précédente, dans lequel les premiers tubes et les seconds tubes ont sensiblement la même longueur.
  6. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le second bloc (17, 18) est formé d'un ou plusieurs composants séparés du ou des composants formant le premier bloc (15, 16).
  7. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit premier bloc collecteur est constitué de plaques (15, 16) mutuellement empilées dont chacune est associée à un tube (11, 12), les faces de chaque plaque du premier bloc collecteur étant situées sensiblement dans les mêmes plans que les faces du tube associé.
  8. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit second bloc collecteur est constitué de plaques (17, 18) mutuellement empilées dont chacune est associée à un tube (11, 12), les faces de chaque plaque du second bloc collecteur étant situées sensiblement dans les mêmes plans que les faces du tube associé.
  9. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel plusieurs évidements (25) pour l'un des premier et second fluides, ménagées dans différentes plaques (15, 16) d'un même bloc, communiquent entre eux par des orifices (33) des plaques intermédiaires (16, 15) de ce bloc pour former une chambre pour ledit premier ou second fluide, séparée des évidements (25) pour l'autre fluide.
  10. Échangeur de chaleur selon la revendication précédente, dans lequel un orifice (30) d'une plaque (15) débouche dans un bord de celle-ci qui s'applique le long d'un bord longitudinal (24) du tube associé (11).
  11. Circuit de fluide contenant un échangeur de chaleur (3) selon l'une des revendications précédentes en tant qu'échangeur interne, le premier fluide et le second fluide étant constitués par le fluide circulant dans le circuit, en deux endroits (3H, 3B) de celui-ci où il présente des températures différentes.
  12. Boucle de climatisation selon la revendication 11, dans laquelle circule un fluide réfrigérant travaillant à des pressions élevées tel que CO2, le premier fluide et le second fluide étant constitués l'un par le fluide réfrigérant à haute pression et l'autre par le fluide réfrigérant à basse pression.
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