EP2140218A1 - Echangeur de chaleur pour fluides a circulation en u - Google Patents

Echangeur de chaleur pour fluides a circulation en u

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Publication number
EP2140218A1
EP2140218A1 EP07848064A EP07848064A EP2140218A1 EP 2140218 A1 EP2140218 A1 EP 2140218A1 EP 07848064 A EP07848064 A EP 07848064A EP 07848064 A EP07848064 A EP 07848064A EP 2140218 A1 EP2140218 A1 EP 2140218A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
walls
heat exchanger
tubes
fluids
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07848064A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Carlos Martins
Anne-Sylvie Magnier-Cathenod
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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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP2140218A1 publication Critical patent/EP2140218A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D7/1692—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0221—Header boxes or end plates formed by stacked elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0068—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles
    • F28D2021/0073—Gas coolers
    • 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
    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • F28F2009/222—Particular guide plates, baffles or deflectors, e.g. having particular orientation relative to an elongated casing or conduit
    • F28F2009/224—Longitudinal partitions

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger for U-circulating fluids, in particular a high-pressure heat exchanger, that is to say having at least one circuit in which a high-pressure gas circulates, said circuit consisting of by tubes adapted for this high pressure gas.
  • a high-pressure coolant for example CO2
  • CO2 which operates under a very high pressure which can reach several levels. hundreds of bars.
  • patent FR 2852383 describes a particular arrangement for a header and a high pressure heat exchanger including this manifold.
  • the architecture described in this patent is particularly well suited for this type of heat exchanger, in particular from the point of view of its construction, its assembly, its small space requirement and its mechanical strength, but this device does not have good qualities or heat exchange performance.
  • the present invention intends, from a structure or architecture substantially as described in the patent, to overcome the drawbacks of this type of exchanger by significantly improving their performance, while maintaining an equivalent space requirement.
  • the present invention relates to a heat exchanger between two fluids, comprising tubes aligned parallel to each other and at least two manifolds, called inlet and outlet manifold, for one of said fluids, said first fluid, said first fluid flowing in the tubes, characterized in that it comprises at least one partition wall for forming a U-shaped circuit for the second fluid; said wall comprising at least one recess to allow the passage of the second fluid on either side of said wall.
  • the heat exchanger according to the present invention is capable, compared to the heat exchanger of patent FR 2852383, in proposing a circuit for heat exchange between the two fluids having a double length.
  • the heat exchanger of the invention comprises at least one intermediate collector for the first fluid circulating in the tubes for its U-shaped circulation;
  • the partition wall is optionally connected to this intermediate manifold, so that in this case, the first fluid passes through recesses in said partition wall.
  • the intermediate collector is formed by a stack or superposition, alternately, of first walls, called solid walls, and of second walls, called hollow walls, the hollow walls forming a space between the ends of tubes and the contiguous solid walls;
  • the aforesaid collector boxes are formed by an alternating superposition of first walls, called cap walls, and second walls, called spacer walls, the cap walls having through-cuts, the spacer walls having recesses, at least one part of the passage cuts of the cap walls overlapping the recesses of the spacer walls to form at least one channel for the first fluid;
  • the separation wall comprises a first series of recesses for the U circulation of the second fluid;
  • the separation wall comprises a second series of recesses for the U-shaped circulation of the first fluid
  • the aforesaid wall consists of a metal plate; the heat exchanger comprises two attached flanks, fixed laterally;
  • each side has an inlet / outlet manifold for one of the two fluids, said second fluid;
  • the heat exchanger comprises two end plates, one of which has two inlet / outlet pipes for one of the two fluids, said first fluid;
  • the partition wall is connected and fixed to the manifolds and to the intermediate manifold;
  • the heat exchanger also includes partition plates for making circulation passes for the first fluid.
  • the partition wall according to the invention makes it possible to obtain the U-shaped circulation simultaneously on the two fluids. Indeed, the return of each of the two fluids is provided solely by the partition wall because the ends of the heat exchanger are otherwise closed and do not allow the return of the fluid (s). Furthermore, the partition wall also has the function of increasing the mechanical strength of the exchanger, creating in particular a mechanical link between the two end walls.
  • FIG. 1 represents a schematic view of a heat exchanger according to the invention
  • FIG. 2 is an exploded view of the heat exchanger according to the invention
  • FIG. 3 schematically represents a view from above of the heat exchanger according to the invention
  • FIG. 4 is a sectional view of the exchanger according to the section AA illustrated in FIG. 3,
  • FIG. 5 is a sectional view of the exchanger according to section BB illustrated in FIG. 3;
  • FIG. 6 is a sectional view of the exchanger according to section CC illustrated in FIG.
  • the present invention will be described for a use particularly adapted to a fluid / fluid exchanger in which at least one of the two fluids is a gas or quasi-gas (essentially consisting of gas), that is to say having a pressure greater than 50 bars.
  • a gas or quasi-gas essentially consisting of gas
  • the two fluids are of the same nature, gas / quasi-gas or liquid / quasi-liquid.
  • Figure 1 is a perspective representation of a heat exchanger 1 according to the invention. It is constituted by the juxtaposition of a multiplicity of 2 planar tubes arranged parallel to each other.
  • the tubes 2 are multichannel type. They are pierced internally with a multiplicity of parallel channels 3 intended, in the example, for the circulation of a fluid under high pressure, for example CO 2 .
  • a cap wall 4 is disposed at one end of each tube 2.
  • a spacer wall 5 is interposed between each cap wall 4. There is thus an overlap, alternately, of a cap wall 4 and a spacer wall 5.
  • the cap walls 4 and the spacer walls 5 are constituted by individualized elements, separated from each other, cut individually in a sheet.
  • the cap walls 4 and the spacer walls 5 thus constitute individual plate-shaped elements constituting cap plates 4 and spacer plates 5.
  • the spacer plates 5 comprise two circular cutouts 7, 8.
  • the walls or cover plates 4 comprise two cutouts 7 ', 8'.
  • the cut-outs 1 1 of the cover plates 4 are open so as to have a housing cut-out adapted to receive the end of the tube 2 to 1. end of which they are mounted.
  • the cut-outs 7 ', 8' are thus in fluid communication with the multiple longitudinal channels 3 of the multi-channel tubes 2.
  • the cut-outs 7 ' are in communication with the tubes 2', while the others cutouts 8 'of passage are in fluid communication with the other tubes
  • the passage cutouts 7, 8 of the spacer plates 5 and the cut-outs 7 ', 8' of the cover plates 4 are superposed, at least in part, in order to produce fluid channels for the distribution of the coolant in the tubes. 2.
  • partition plates not shown in the accompanying figures but in accordance with those of patent FR 2852383, which have no cut.
  • the replacement of a spacer plate by a partition plate closes the fluid channels, which makes it possible conventionally to make passes for the circulation of the first fluid which circulates in the tubes.
  • the first object of the invention is to provide a U-shaped circulation for at least one of the fluids thanks to the partition wall 9, the U-shaped circuit extending horizontally, that is to say in the plane of Extension of the tubes 2 or inter-tube conduits 18. Moreover, thanks to the partition plates, it will be possible to create passes for the circulation of the first fluid so that its circulation is also vertical or perpendicular to the U-shaped circulation plane made possible by to the circulation wall 9.
  • the heat exchanger comprises an upper end plate 10 and a lower end plate 11.
  • the end plate 10 has two cut-outs which are superimposed on the cut-outs of the spacer plate 5 attached to the end plate. end 10. The cuts allow the connection of the inlet pipes 12 and outlet 13 for the fluid, for example CO 2.
  • the exchanger according to the invention comprises alternately at one end a cap plate 4 and a spacer plate 5 and at the other end a solid plate 14 and a hollow plate 15.
  • the space defined between two tubes 2 is equal to the thickness of the spacer plates 5. This space is therefore not important. Consequently, an exchanger of this type is particularly suitable for liquid / gas exchange.
  • the heat exchanger according to the present invention differs from that described in patent FR 2852383 essentially in that the walls spacer 5 / cap 4 and the solid walls 14 / hollow 15 are adapted to accommodate a partition wall 9.
  • the spacer walls 5 and the cap walls 4 have a slot or a recess 16 intended to receive one end of the partition wall 9.
  • the heat exchanger 1 On the opposite side to the manifold 4, 5 for the refrigerant or supercritical fluid, the heat exchanger 1 also comprises two types of stacked walls, called the solid walls 14 and the hollow walls 15.
  • the hollow walls 15 are fixed in screws with respect to the ends of the tubes 2, and therefore also of the cap walls 4, so that the circulation of the fluid conveyed by the tubes 2 can be made from a contiguous tube 2 'to the other 2 "while the walls 14 are facing the walls 5 and extend beyond the ends of the tubes 2 so that the fluid flowing in the tubes 2 can not pass or circulate between the tubes 2 located at different heights or levels.
  • the heat exchanger 1 is closed by a housing or the like consisting of two end plates 10, 11, located respectively below 11 and above 10 of the stack of 2 and / or walls 4, 5, 14, 15, and two side plates 16, 17 laterally closing the exchanger 1 and forming the side walls of the ducts or inter-tube passages 18.
  • the tubes 2 themselves form or include the means for closing the inter-tube ducts 18.
  • the side plates 16, 17 each comprise a tubing respectively inlet 19 and outlet 20 of fluid, in this case heat transfer fluid (mixture of water + glycol) while the end plate 10 comprises two pipes 1, respectively input 13 and output 12, for the circulation of the refrigerant, for example of CO2 type.
  • heat transfer fluid mixture of water + glycol
  • end plate 10 comprises two pipes 1, respectively input 13 and output 12, for the circulation of the refrigerant, for example of CO2 type.
  • All the elements of the heat exchanger 1 according to the invention is brazed together so as to result in a compact and resistant structure.
  • the partition wall 9 comprises two types of recesses 21, 22, which function of the two fluid circuits of the heat exchanger 1 according to the invention.
  • the heat exchanger 1 of the invention comprises two fluid circulation circuits, in this case relative to the object of the invention set out here, one of the fluids is essentially in gaseous form and the other fluid is essentially in liquid form.
  • the fluid essentially in gaseous form consists of a refrigerant or supercritical fluid of CO2 type (also called R744) or for example fluid H; this fluid being used for the air conditioning of the motor vehicle.
  • the fluid essentially in liquid form consists of a coolant such as for example a mixture of water and glycol and is conventionally used to cool the engine of the motor vehicle.
  • the circuit for the fluid essentially in gaseous form starts from the tubes 12, 13 located on the end plate 11. This fluid then passes into the inlet manifold 4, 5 formed by the cap walls 4 and the recesses of the spacer walls. 5.
  • the first row 2 'of tubes 2 opening into this inlet manifold this fluid flows in the tubes T of this first row up into the plurality of intermediate collectors, each formed by the hollow walls 15.
  • the fluid substantially gaseous then passes through the recesses or orifices 21, here consisting of circular recesses present in the partition wall 9 to reach the second row 2 "of tubes 2.
  • the gaseous fluid then passes through the tubes 2" of this second row to lead to the formed outlet manifold, like the manifold inlet, by stacking the walls cap 4 and walls spacer 5.
  • This fluid arr Into the outlet manifold is then evacuated through the outlet manifold 12, or second manifold, present on the endplate 11.
  • the circuit for the essentially liquid fluid starts from one of the tubes 19 provided on one of the side walls 16. This fluid circulates in the ducts 18 formed by the space between two contiguous tubes 2, called the inter-tube duct.
  • the fluid coming from the inlet pipe 19 is distributed in the plurality of inter-tube conduits 18 of the exchanger 1, here for example between the tubes of the second row 2 ", to go to the holes or recesses 22 of the partition wall 9 to circulate in the inter-tube ducts 18 formed by the tubes 2 'contiguous or adjacent to the first row of tubes, and finally out through the outlet pipe 20.
  • the second fluid circuit also performs a U in order to exchange heat better with the first fluid.
  • the inlet 19 of the second fluid is located at a distance from the holes or recesses 22 so that this fluid flows over the entire length, or almost the entire length of the inter-tube duct 18.
  • the flow of the two fluids is desirable for the flow of the two fluids to be against or counter-current and to provide for the second fluid (or first fluid) to begin to exchange with the first fluid (or second fluid) at its outlet section. 2 "corresponding to the inlet section for the second fluid so as to optimize the heat exchange performance between the fluids.
  • the holes or recesses 21 for the first fluid namely the essentially gaseous fluid
  • the holes or recesses 22 for the second fluid namely the essentially liquid fluid

Landscapes

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur de chaleur entre deux fluides, comportant des tubes (2, 2', 2") alignés parallèlement les uns aux autres ainsi qu'au moins deux boîtes collectrice (4), dites de boîte collectrice d'entrée et de sortie, pour l'un desdits fluides, dit premier fluide, ledit premier fluide circulant dans les tubes (2, 2', 2"), caractérisé en ce qu'il comprend au moins une paroi de séparation (9) destinée à former un circuit en U pour le second fluide; ladite paroi comportant au moins un évidement (22) pour autoriser le passage du second fluide de part et d'autre de ladite paroi (9) entre au moins deux rangées de tubes (2' et 2").

Description

Titre : Echangeur de chaleur pour fluides à circulation en U
La présente invention concerne un echangeur de chaleur pour fluides à circulation en U, en particulier un echangeur de chaleur à haute pression, c'est-à-dire comportant au moins un circuit dans lequel circule un gaz à haute pression, ledit circuit étant constitué par des tubes adaptés pour ce gaz haute pression.
Certains des échangeurs de chaleur qui équipent actuellement les véhicules automobiles modernes, notamment les circuits de climatisation de l'habitacle du véhicule automobile, utilisent un fluide caloporteur à haute pression, par exemple le CO2, qui travaille sous une pression très élevée qui peut atteindre plusieurs centaines de bars.
On connaît à l'heure actuelle le brevet FR 2852383 qui décrit un agencement particulier pour une boîte collectrice ainsi qu'un echangeur de chaleur à haute pression incluant cette boîte collectrice.
L'architecture décrite dans ce brevet est particulièrement bien adaptée pour ce type d'échangeurs de chaleur, en particulier d'un point de vue de sa réalisation, son assemblage, son encombrement spatial réduit et de sa résistance mécanique mais ce dispositif ne présente pas de bonnes qualités ou performances d'échange thermique. La présente invention entend, à partir d'une structure ou architecture sensiblement telle que décrite dans le brevet, remédier aux inconvénients de ce type d'échangeurs en améliorant très significativement leurs performances, tout en conservant un encombrement spatial équivalent.
Ainsi, la présente invention concerne un échangeur de chaleur entre deux fluides, comportant des tubes alignés parallèlement les uns aux autres ainsi qu'au moins deux boîtes collectrice, dites de boîte collectrice d'entrée et de sortie, pour l'un desdits fluides, dit premier fluide, ledit premier fluide circulant dans les tubes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une paroi de séparation destinée à former un circuit en U pour le second fluide ; ladite paroi comportant au moins un évidement pour autoriser le passage du second fluide de part et d'autre de ladite paroi.
Autrement dit, l' échangeur de chaleur selon la présente invention est apte, comparativement à l' échangeur de chaleur du brevet FR 2852383, à proposer un circuit pour l'échange de chaleur entre les deux fluides présentant une longueur double.
D'autres particularités ou caractéristiques sont présentées dans la suite :
- l'échangeur de chaleur de l'invention comprend au moins un collecteur intermédiaire pour le premier fluide circulant dans les tubes pour sa circulation en U ; Ainsi, la paroi de séparation est de manière optionnelle raccordée à ce collecteur intermédiaire, de sorte que dans ce cas de figure, le premier fluide passe par des évidements pratiqués dans ladite paroi de séparation. Dans la suite, on décrira l'invention dans la réalisation avec la liaison entre la paroi de séparation et le collecteur intermédiaire, le premier fluide passant au travers d'évidements de ladite paroi pour sa circulation en U. - le collecteur intermédiaire est formé par un empilement ou superposition, en alternance, de premières parois, appelés parois pleines, et de secondes parois, appelées parois creuses, les parois creuses formant un espace entre les extrémités de tubes et les parois pleines contiguës ;
- les susdites boîtes collectrices sont formées par une superposition, en alternance, de premières parois, appelés parois coiffes, et de seconde parois, appelés parois entretoise, les parois coiffes présentant des découpes de passage, les parois entretoise présentant des évidements, au moins une partie des découpes de passage des parois coiffes se superposant aux évidements des parois entretoises pour former au moins un canal pour le premier fluide ; - la paroi de séparation comprend une première série d' évidements pour la circulation en U du second fluide ;
- la paroi de séparation comprend une deuxième série d' évidements pour la circulation en U du premier fluide ;
- la susdite paroi consiste en une plaque métallique ; - l'échangeur de chaleur comprend deux flancs rapportés, fixés latéralement ;
- chaque flanc comporte une tubulure d'entrée/sortie pour l'un des deux fluides, dit second fluide ;
- l'échangeur de chaleur comprend deux plaques d'extrémité dont l'une comporte deux tubulures d'entrée/sortie pour l'un des deux fluides, dit premier fluide ;
- la paroi de séparation est reliée et fixée aux boîtes collectrices et au collecteur intermédiaire ;
- l'échangeur de chaleur comprend également des plaques cloisons destinées à réaliser des passes de circulation pour le premier fluide.
La paroi de séparation selon l'invention permet d'obtenir la circulation en U simultanément sur les deux fluides. En effet, le retour de chacun des deux fluides est assuré uniquement par la paroi de séparation car les extrémités de l'échangeur de chaleur sont par ailleurs fermées et n'autorisent le retour du ou des fluide(s). Par ailleurs, La paroi de séparation a aussi pour fonction d'augmenter la tenue mécanique de l'échangeur, en créant notamment un lien mécanique entre les deux parois d'extrémités.
Elle a aussi pour fonction d'augmenter la tenue mécanique de l'échangeur, en créant notamment un lien mécanique entre les 2 parois d'extrémités.
Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente une vue schématique d'un échangeur de chaleur selon l'invention,
La figure 2 est une vue éclatée de l'échangeur de chaleur selon l'invention,
La figure 3 représente schématiquement une vue de dessus de l'échangeur de chaleur selon l'invention,
La figure 4 est une vue en coupe de l'échangeur selon la section AA illustrée sur la figure 3,
La figure 5 est une vue en coupe de l'échangeur selon la section BB illustrée sur la figure 3, La figure 6 est une vue en coupe de l'échangeur selon la section CC illustrée sur la figure 3.
La présente invention sera décrite pour une utilisation particulièrement adaptée à un échangeur fluide/fluide dans lequel au moins l'un des deux fluides est un gaz ou quasi-gaz (essentiellement constitué de gaz), c'est-à-dire présentant une pression supérieure à 50 bars. Bien entendu, on pourra prévoir d'utiliser cette structure ou architecture pour un échangeur fluide/fluide où les deux fluides sont de même nature, gaz / quasi-gaz ou liquide / quasi-liquide.
La figure 1 est une représentation en perspective d'un échangeur de chaleur 1 conforme à l'invention. Il est constitué par la juxtaposition d'une multiplicité de tubes 2 plans disposés parallèlement les uns aux autres. Les tubes 2 sont de type multicanaux. Ils sont percés intérieurement d'une multiplicité de canaux 3 parallèles destinés, dans l'exemple, à la circulation d'un fluide sous haute pression, par exemple le CO2. Une paroi coiffe 4 est disposée à l'une des extrémités de chaque tube 2, Une paroi entretoise 5 est intercalée entre chaque paroi coiffe 4. On a donc une superposition, en alternance, d'une paroi coiffe 4 et d'une paroi entretoise 5.
Dans l'exemple représenté, les parois coiffes 4 et les parois entretoise 5 sont constituées par des éléments individualisés, séparés les uns des autres, découpés individuellement dans une tôle. Les parois coiffes 4 et les parois entretoises 5 constituent donc des éléments individuels en forme de plaques constituant des plaques coiffes 4 et des plaques entretoises 5. Dans l'exemple, les plaques entretoises 5 comportent deux découpes de passage 7, 8 de forme circulaire.
De manière similaire, les parois ou plaques coiffe 4 comportent deux découpes de passage 7', 8'. Toutefois, alors que les découpes de passage 7, 8 des plaques entretoise 5 sont fermées, les découpes 1\ V des plaques coiffe 4 sont ouvertes de manière à posséder une découpe de logement adaptée à la réception de l'extrémité du tube 2 à l'extrémité duquel elles sont montées. Les découpes de passage 7', 8' sont ainsi en communication de fluide avec les multiples canaux 3 longitudinaux des tubes multi-canaux 2. Les découpes 7' de passage sont en communication avec les tubes 2', tandis que les autres découpes 8' de passage sont en communication de fluide avec les autres tubes
2".
Les découpes de passage 7, 8 des plaques entretoise 5 et les découpes de passage 7', 8' des plaques coiffe 4 se superposent, tout au moins en partie, afin de réaliser des canaux de fluide pour la distribution du fluide caloporteur dans les tubes 2.
On peut également prévoir des plaques cloisons, non représentées sur les figures annexées mais conforme aux celles du brevet FR 2852383, qui ne comportent aucune découpe. Le remplacement d'une plaque entretoise par une plaque cloison ferme les canaux de fluide, ce qui permet de réaliser, de manière classique, des passes pour Ia circulation du premier fluide qui circule dans les tubes.
Ainsi, l'invention a pour but premier de réaliser une circulation en U pour au moins un des fluides grâce à la paroi de séparation 9, le circuit en U s'étendant horizontalement, c'est-à-dire dans le plan d'extension des tubes 2 ou des conduits inter-tubes 18. Par ailleurs, grâce aux plaques cloisons, on pourra créer des passes pour la circulation du premier fluide de sorte que sa circulation est également verticale ou perpendiculaire au plan de circulation en U rendue possible grâce à la paroi de circulation 9.
Enfin, l'échangeur comporte une plaque d'extrémité supérieure 10 et une plaque d'extrémité inférieure 11. La plaque d'extrémité 10 comporte deux découpes de passage qui se superposent aux découpes de passage de la plaque entretoise 5 accolée à la plaque d'extrémité 10. Les découpes permettent le raccordement des tubulures d'entrée 12 et de sortie 13 pour le fluide, par exemple le C02.
L'échangeur selon l'invention comporte en alternance à une extrémité une plaque coiffe 4 et une plaque entretoise 5 et à l'autre extrémité une plaque pleine 14 et une plaque creuse 15. L'espace défini entre deux tubes 2 est donc égal à l'épaisseur des plaques entretoises 5. Cet espace est donc peu important. En conséquence, un échangeur de ce type est particulièrement adapté à l'échange liquide/gaz.
L'échangeur de chaleur selon la présente invention diffère de celui décrit dans le brevet FR 2852383 essentiellement en ce que les parois entretoise 5 / coiffe 4 et les parois pleines 14 / creuses 15 sont adaptées pour accueillir une paroi de séparation 9.
Ainsi, dans l'exemple choisi pour illustrer l'invention, du côté de l'échangeur 1 logeant une boîte collectrice 4, 5 pour le fluide frigorigène ou supercritique, les parois entretoise 5 et les parois coiffe 4 présentent une fente ou un évidement 16 destiné à accueillir une extrémité de la paroi de séparation 9.
Du côté opposé à la boîte collectrice 4, 5 pour le fluide frigorigène ou supercritique, l'échangeur de chaleur 1 comprend également deux types de parois empilées, dénommées les parois pleines 14 et les parois creuses 15. Les parois creuses 15 sont fixées en vis-à-vis des extrémités des tubes 2, et donc également des parois coiffe 4, de sorte que la circulation du fluide véhiculé par les tubes 2 puisse se faire d'un tube contigu 2' à l'autre 2" tandis que les parois pleines 14 sont en vis-à-vis des parois entretόise 5 et s'étendent au-delà des extrémités des tubes 2 de sorte que le fluide circulant dans les tubes 2 ne puissent pas passer ou circuler entre les tubes 2 situés à des hauteurs ou niveaux différents.
Dans l'exemple choisi pour illustrer l'invention, l'échangeur de chaleur 1 est fermé par un carter ou analogue constitué par deux plaques d'extrémité 10, 11, situées respectivement en dessous 11 et au-dessus 10 de l'empilement de tubes 2 et/ou de parois 4, 5, 14, 15, ainsi que deux plaques latérales 16, 17 fermant latéralement l'échangeur 1 et formant les cloisons latérales des conduits ou passages inter-tubes 18. Bien entendu, on pourra prévoir que les tubes 2 eux-mêmes forment ou comprennent les moyens de fermer les conduits inter-tubes 18.
Les plaques latérales 16, 17 comportent chacune une tubulure respectivement d'entrée 19 et de sortie 20 de fluide, en l'occurrence du fluide caloporteur (mélange d'eau + glycol) tandis que la plaque d'extrémité 10 comprend deux tubulures 1, respectivement d'entrée 13 et de sortie 12, pour la circulation du fluide frigorigène, par exemple de type CO2.
L'ensemble des éléments de l'échangeur de chaleur 1 selon l'invention est brasé ensemble de manière à aboutir à une structure compacte et résistante.
La paroi de séparation 9 comprend deux types d'évidements 21, 22, fonction des deux circuits de fluide de l'échangeur de chaleur 1 selon l'invention. En effet, l'échangeur de chaleur 1 de l'invention comprend deux circuits de circulation de fluide, en l'occurrence relativement à l'objet de l'invention exposé ici, l'un des fluides est essentiellement sous forme gazeuse et l'autre fluide est essentiellement sous forme liquide. Le fluide essentiellement sous forme gazeuse consiste en un fluide frigorigène ou supercritique de type CO2 (également dénommé R744) ou par exemple du fluide H; ce fluide étant utilisé pour la climatisation du véhicule automobile. Le fluide essentiellement sous forme liquide consiste en un fluide caloporteur tel que par exemple un mélange d'eau et de glycol et est classiquement utilisé pour refroidir le moteur du véhicule automobile.
Le circuit pour le fluide essentiellement sous forme gazeuse part des tubulures 12, 13 situées sur la plaque d'extrémité 11. Ce fluide passe ensuite dans la boîte collectrice d'entrée 4, 5 formée par les parois coiffe 4 et les évidements des parois entretoise 5. La première rangée 2' de tubes 2 débouchant dans cette boîte collectrice d'entrée, ce fluide circule dans les tubes T de cette première rangée jusqu'à dans la pluralité de collecteurs intermédiaires, formés chacun par les parois creuses 15. Le fluide essentiellement gazeux passe alors par les évidements ou orifices 21, ici consistant en des évidements circulaires, présents dans la paroi de séparation 9 afin d'atteindre la deuxième rangée 2" de tubes 2. Le fluide gazeux passe alors par les tubes 2" de cette deuxième rangée pour aboutir à la boîte collectrice de sortie formée, à l'instar de la boîte collectrice d'entrée, par l'empilement des parois coiffe 4 et des parois entretoise 5. Ce fluide arrivé dans la boîte collectrice de sortie est ensuite évacué par la tubulure de sortie 12, ou seconde tubulure, présente sur Ia plaque d'extrémité 11.
Le circuit pour le fluide essentiellement liquide part d'une des tubulures 19 prévues sur une des parois latérales 16. Ce fluide circule dans les conduits 18 formés par l'espace entre deux tubes 2 contigus, dénommé conduit inter-tube. Ainsi, le fluide en provenance de la tubulure d'entrée 19 se répartit dans la pluralité de conduits inter-tubes 18 de l'échangeur 1, ici par exemple entre les tubes de la seconde rangée 2", pour aller jusqu'aux trous ou évidements 22 de la paroi de séparation 9 afin de circuler dans les conduits inter-tubes 18 formés par les tubes 2' contigus ou adjacents de la première rangée de tubes, et enfin sortir par la tubulure de sortie 20. Pour le second fluide, le circuit du second fluide réalise également un U afin d'échanger de la chaleur au mieux avec le premier fluide. Ainsi, dans la structure de l'échangeur de chaleur selon l'invention, il est notamment important que l'entrée 19 du second fluide soit située à distance des trous ou évidements 22 de sorte que ce fluide circule sur toute la longueur, ou quasiment toute la longueur, du conduit inter-tubes 18.
Par ailleurs, il est souhaitable que la circulation des deux fluides soient à contresens ou contre-courant et de prévoir que le second fluide (ou premier fluide) commence à échanger avec le premier fluide (ou second fluide) au niveau de sa section de sortie 2" correspondant à la section d'entrée pour le second fluide de sorte à optimiser la performance d'échange thermique entre les fluides.
Les trous ou évidements 21 pour le premier fluide, à savoir le fluide essentiellement gazeux, sont ici circulaires tandis que les trous ou évidements 22 pour le second fluide, à savoir le fluide essentiellement liquide, présente une section plus grande, ici donc de forme allongée.
L'homme de l'art pourra appliquer ce concept à de nombreux autres systèmes similaires sans sortir du cadre de l'invention défini dans les revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Echangeur de chaleur (1) entre deux fluides, comportant des tubes (2, 2', 2") alignés parallèlement les uns aux autres ainsi qu'au moins deux boîtes collectrice (4, 5), dites de boîte collectrice d'entrée et de sortie, pour l'un desdits fluides, dit premier fluide, ledit premier fluide circulant dans les tubes (2, 2', 2"), caractérisé en ce qu'il comprend au moins une paroi de séparation (9) destinée à former un circuit en U pour le second fluide ; ladite paroi comportant au moins un évidement (22) pour autoriser le passage du second fluide de part et d'autre de ladite paroi (9) entre au moins deux rangées de tubes (T et 2").
2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un collecteur intermédiaire (15) pour le premier fluide circulant dans les tubes (2, 2', 2") pour sa circulation en U.
3. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que Ie collecteur intermédiaire (15) est formé par un empilement ou superposition, en alternance, de premières parois, appelés parois pleines (14), et de secondes parois, appelés parois creuses (15), les parois creuses (15) formant un espace entre les extrémités de tubes (2, 2', 2") et les parois pleines contiguës (14).
4. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les susdites boîtes collectrices (4, 5) sont formées par une superposition, en alternance, de premières parois, appelés parois coiffe (4), et de seconde parois, appelés parois entretoise (5), les parois coiffe (4) présentant des découpes de passage, les parois entretoise (5) présentant des évidements, au moins une partie des découpes de passage des parois coiffes (4) se superposant aux évidements des parois entretoises (5) pour former au moins un canal pour le premier fluide.
5. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de séparation (9) comprend une première série d'évidements (22) pour la circulation en U du second fluide.
6. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de séparation (9) comprend une deuxième série d'évidements (21) pour la circulation en U du premier fluide.
7. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la susdite paroi (9) consiste en une plaque métallique.
8. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux flancs rapportés (16 et 17), fixés latéralement.
9. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque flanc (16, 17) comporte une tubulure d'entrée/sortie (19, 20) pour l'un des deux fluides, dit second fluide.
10. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux plaques d'extrémité (10, 1 1) dont l'une (10) comporte deux tubulures d'entrée/sortie (12, 13) pour l'un des deux fluides, dit premier fluide.
11. Echangeur de chaleur (1) selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la paroi de séparation (9) est reliée et fixée aux boîtes collectrices (4, 5) et au collecteur intermédiaire (15).
12. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend également des plaques cloisons destinées à réaliser des passes de circulation pour le premier fluide.
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