EP2877802A1 - Echangeur thermique multi-fluides pour véhicules automobiles - Google Patents

Echangeur thermique multi-fluides pour véhicules automobiles

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Publication number
EP2877802A1
EP2877802A1 EP13744477.4A EP13744477A EP2877802A1 EP 2877802 A1 EP2877802 A1 EP 2877802A1 EP 13744477 A EP13744477 A EP 13744477A EP 2877802 A1 EP2877802 A1 EP 2877802A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
heat exchanger
fluid circuit
flat
tubes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13744477.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain Bauerheim
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 EP2877802A1 publication Critical patent/EP2877802A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • F28D1/0408—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids
    • F28D1/0426—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids with units having particular arrangement relative to the large body of fluid, e.g. with interleaved units or with adjacent heat exchange units in common air flow or with units extending at an angle to each other or with units arranged around a central element
    • F28D1/0443—Combination of units extending one beside or one above the other
    • 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
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    • F28D1/03—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 plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0391—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 plate-like or laminated conduits a single plate being bent to form one or more conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • 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
    • F28D1/053—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 straight
    • F28D1/0535—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 straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements

Definitions

  • the present invention relates to a multi-fluid heat exchanger, in particular for motor vehicles.
  • a multitude of fluids circulates in a motor vehicle.
  • This multitude of fluid comprises for example a refrigerant used for the air conditioning system of the vehicle, a lubricating oil of the engine, or even water used to cool the vehicle electronics.
  • heat exchangers are implemented, for example condensers which are used to control the temperature of the cooling liquid or for example oil coolers.
  • a low temperature water circuit which itself is cooled by a low temperature radiator. Since the heat exchange requirement is low, for example less than 1 kW, a small surface radiator is generally added upstream of all the heat exchangers in the front part of the vehicle.
  • multi-fluid heat exchangers comprising a plurality of heat exchangers.
  • a multi-fluid heat exchanger comprising a first heat exchanger for cooling a first fluid, and a second heat exchanger for cooling a second fluid.
  • these multi-fluid heat exchangers have the advantage of simplifying the assembly of the heat exchangers in the motor vehicle as well as reducing the costs of manufacturing and production, in fact reducing the number of elements.
  • a multi-fluid heat exchanger comprises a plurality of elements, generally a pair of manifolds connected by a bundle of tubes substantially parallel to each other. This bundle of tubes allows the circulation of fluids from one collector box to another.
  • the different fluids do not have the same physical properties and exert different constraints on the multi-fluid heat exchanger tubes.
  • a known solution is to adapt the shape of the tubes according to the nature of the fluids. For example, the adaptation of the diameter or shape of the tubes is known.
  • this requires manufacturing as many tube models as fluids. Consequently, the shape of the manifolds must be adapted according to the tube models and therefore fluids.
  • the invention therefore aims to at least partially overcome the disadvantages of the prior art by providing a multi-fluid heat exchanger that can easily be optimized fluids through it.
  • the subject of the invention is a multi-fluid heat exchanger for a motor vehicle comprising:
  • a first high pressure fluid circuit comprising at least a first flat tube allowing the circulation of a first fluid at a first pressure, said first flat tube comprising at least a first corrugated inner spacer whose ridges are fixed with a wall internal of the first flat tube,
  • a second liquid fluid circuit comprising at least a second flat tube allowing the circulation of a second liquid fluid at a second pressure lower than the first pressure
  • first flat tube and said second flat tube are folded tubes having a similar outer shape, and in that the number of ridges of the first inner spacer is sized to allow the first flat tube to withstand the pressure of the first fluid.
  • the first fluid circuit is in the form of a condenser
  • the second liquid fluid circuit is in the form of a radiator
  • At least one second tube of the second liquid fluid circuit comprises a second inner spacer.
  • At least one second end tube of the second liquid fluid circuit comprises a second inner spacer.
  • the second inner end tube comprises a second inner spacer.
  • the peaks of the second internal spacers are fixed with the inner wall of the second flat tubes.
  • the first flat tubes and second flat tubes being connected to a first common header and a second common header, the first manifold and the second manifold each comprise a double inner wall for separating the first fluid circuit and the second liquid fluid circuit.
  • the first pressure reaches up to 35 bars absolute, and the second pressure is substantially atmospheric.
  • the first flat tubes and the second flat tubes are tubes substantially bent "B" and have at least two circulation channels, said channels being separated by an internal partition formed by joining opposite edges of a metal strip.
  • the internal spacers extend over the entire length of the flat tubes.
  • FIG. 1 represents a schematic view of a multi-fluid heat exchanger
  • FIG. 2 represents a schematic view of a detail of the multi-fluid heat exchanger showing a collecting box and flat tubes
  • FIG. 3 represents a schematic view of a flat tube
  • FIG. 4 represents a schematic view of a first variant of the flat tube, the flat tube containing a first internal spacer
  • FIG. 5 shows a schematic view of a second variant of the flat tube, the flat tube containing a second inner spacer.
  • a multi-fluid heat exchanger 1 comprises a first fluid circuit 3 and a second liquid fluid circuit 5.
  • a first fluid 11 flows in the first fluid circuit 3.
  • the first fluid 11 is for example a refrigerant.
  • the first fluid circuit 3 is in the form of a condenser.
  • the first fluid circuit 3 is a high pressure circuit, in which the first fluid 11 circulates at a first pressure up to 35 bar absolute.
  • the first pressure is preferably 20 bar absolute. .
  • the first fluid circuit 3 comprises at least a first flat tube 7.
  • the first fluid circuit 3 comprises at least ten flat tubes 7.
  • a second liquid fluid 13 flows in the second liquid fluid circuit 5.
  • the second liquid fluid 13 is for example water.
  • the second liquid fluid circuit 5 is in the form of a radiator.
  • the second liquid fluid 13 flows at a second pressure lower than the first pressure.
  • the second pressure is substantially atmospheric.
  • the second liquid fluid circuit 5 comprises at least one second flat tube 9.
  • the second liquid fluid circuit 5 comprises at least two flat tubes 9.
  • the first flat tubes 7 and the second flat tubes 9 are connected to a first common collecting box 15 and to a second common header 17 having slots (not shown) allowing the insertion of the first tubes 7 and the second tubes 9.
  • the multi-fluid heat exchanger 1 further comprises cheeks 18a, 18b arranged parallel to the first tubes 7 and the second tubes 9 at the ends of the multi-fluid heat exchanger 1.
  • the cheeks 18a, 18b of the multi-heat exchanger fluids 1 form a spacer between the manifolds 15, 17 to maintain a constant gap between them and facilitate the manufacture of the multi-fluid heat exchanger 1.
  • the first manifold 15 has a plurality of manifolds 19, 21, 23, 25 for the entry and exit of fluids into the first manifold 15.
  • first fluid 11 coming from a first external circuit (not shown), for example an air conditioning circuit of the vehicle, enters the first manifold 15 by a first inlet pipe 19.
  • first fluid 11 gains the second manifold 17 via the first flat tubes 7, and then returns to the first manifold 15.
  • the first fluid 11 then leaves the first manifold 15 through the first outlet manifold 21 and thus joins the first circuit outside.
  • the first fluid 11 gives heat to a third fluid 23 which circulates between the flat tubes 7.
  • This third fluid 23 is for example air.
  • the second liquid fluid 13 coming from a second external circuit (not shown), for example a low-temperature water circuit used for cooling the vehicle electronics, enters the first header 15 by the second inlet tubing 25. Then the second liquid fluid 13 gains the second manifold 17 through the second tubes 9, and then returns to the first manifold 15. The second liquid fluid 13 then leaves the first manifold 15 by the second outlet pipe 27 and thus joins the second external circuit.
  • the second liquid fluid 13 When circulating inside the multi-fluid heat exchanger 1, the second liquid fluid 13 also gives heat to the third fluid 23.
  • the inlet pipes 19, 25 are carried by the first manifold 15 and the outlet pipes 21, 27 are carried by the second manifold 17 (or vice versa).
  • the multi-fluid heat exchanger 1 may further comprise a fluid reservoir 28 used for example for the first fluid 11.
  • the first fluid circuit 3 is of multi-pass type, the fluid reservoir 28 is connected in series between the before last pass and the last pass of the first fluid circuit 3 via the second manifold 17
  • the second liquid fluid circuit 5 comprises fewer second flat tubes 9 than the first fluid circuit 3.
  • the performance of the heat exchange of the first fluid circuit 3 is reduced.
  • the height hi and the length / / of the multi-fluid heat exchanger 1 are constrained by the space available in the front part of the vehicle. It is therefore difficult to increase the height hj or the length / / the multi-fluid heat exchanger 1 to compensate for the decrease in performance of the first fluid circuit 3.
  • FIG. 2 shows a detail of the multi-fluid heat exchanger 1.
  • the first manifold 15 and the second manifold 17 are divided into a plurality of parts including a first part A and a second part B.
  • the first part A is part of the first fluid circuit 3 and is reserved for the circulation of the first fluid 11.
  • the second part B is part of the second liquid fluid circuit 5 and is reserved for the circulation of the second liquid fluid 13.
  • the first and the second manifold 15, 17 may for example have a double inner wall comprising a first wall 29 and a second wall 31.
  • the first wall 29 and the second wall 31 are placed between a first slot and a second slot (not shown) of the manifolds 15, 17, the first slot receiving a first end tube 71 of the first bundle of tubes, and the second slot receiving a second end tube 91 of the second bundle of tubes.
  • the first inner wall 29 and the second inner wall 31 delimit a third portion C which is therefore located between the first portion A and the second portion B.
  • This third portion C serves as a buffer between the first portion A and the second portion B.
  • the first fluid 11 would flow into the third part C and not into the second part B.
  • This allows on the one hand to avoid mixing the first and the second fluid 11, 13 which could lead to a degradation of the multi-fluid heat exchanger 1 and the vehicle.
  • it avoids the pressure shock between the two fluids 11, 13, which would also degrade the multi-fluid heat exchanger 1 and the vehicle.
  • the first fluid 11 flows at a first pressure greater than the second circulation pressure of the second liquid fluid 13
  • the third portion C may comprise an opening 33 to the outside of the multi-fluid heat exchanger 1.
  • the fluid 11, 13 contained in the third part C may be discharged to the outside.
  • outer spacers 35 may be disposed between adjacent tubes 7, 9. These external spacers 35 have for example a substantially undulating shape. The peaks of the corrugations of the outer spacers 35 are in contact with the outer walls of the tubes 7, 9, for example by being brazed to the outer walls of the tubes 7, 9. The outer spacers 35 thus form a plurality of external channels through which the third fluid 23 is directed, for example by a fan (not shown). Thus the heat of the first fluid 11 and the second liquid fluid 13 is transferred to the tubes 7, 9 and the outer spacers 35, thus increasing the heat exchange surface with the third fluid 23 and thereby improving the efficiency of the heat exchange.
  • Figure 3 which shows a flat tube 7, 9 as used in the multi-fluid heat exchanger 1.
  • the flat tube 7, 9 has a first large flat face 35, and a second large flat face 37.
  • the first large face 35 and the second large flat face 37 are parallel and connected by two small curved faces 39, 41.
  • the flat tube 7, 9 has a height h 2 and a width L 2 .
  • a flat tube 7, 9 has an internal partition 43 forming a spacer between the two large parallel faces 35, 37.
  • Such a flat tube 7, 9 is obtained by folding a metal strip on itself by joining two opposite edges. in order to form the internal partition 43.
  • the internal partition 43 separates the folded flat tube 7, 9 into two channels 45, 47 of fluid circulation.
  • the flat tube 7, 9 thus has a cross section substantially "B".
  • a space between the internal partition 43 and the large second large flat face 37 allows the passage of an inner spacer 49, 53 (visible in Figures 4 and 5). The function of the inner spacer 49, 53 is described below.
  • the tube is for example made of aluminum or aluminum alloy.
  • the internal partition 43 makes it possible to increase the mechanical strength of the folded flat tubes 7,
  • the first fluid 11 and the second liquid fluid 13 have different characteristics which leads to different needs in the dimensioning of the flat tubes 7, 9.
  • the first fluid 11 flows at a first pressure up to 35 bars absolute, while the second fluid 13 flows at a second substantially atmospheric pressure.
  • the first flat tubes 7 must therefore have a greater mechanical strength than the second flat tubes 9 in order to withstand the circulation pressure of the first fluid 11.
  • first inner dividers 49 are arranged inside the first flat tubes 7.
  • the first internal dividers 49 extend over the entire length l 2 of the first flat tubes 7.
  • These internal spacers 49 have for example a substantially undulating shape.
  • the ridges 51 of the internal spacers 49 are in contact with the large parallel faces 35, 37 of the first flat tubes 7.
  • the peaks 51 of the inner spacers 49 are fixed on the large parallel faces 35, 37, for example by brazing or welding.
  • the greater the number of ridges 51 attached to the large parallel faces 35, 37 is large, and the better is the mechanical strength of the first flat tubes 7.
  • the number of ridges 51 of the first spacer 49 is chosen to allow the first flat tube 7 to resist at the pressure of the first fluid 11.
  • the mechanical strength requirements of the second flat tubes 9 are lower than those of the first flat tubes 7.
  • the second tubes 9 comprise second inner dividers 53 having a number of corrugations, and therefore ridges 55, smaller than the first internal spacers 51.
  • the ridges 55 of the second inner spacers 53 are attached to the large parallel faces second flat tubes 9, for example by brazing or welding.
  • the second inner spacers 53 extend over the entire length 1 2 of the first flat tubes 9.
  • the second tubes 9 do not include internal spacers.
  • the similar outer shape of the flat tubes 7, 9 allows the use of manifolds 15, 17 with similar slots.
  • a standard model of header can be used regardless of the fluid flowing in the multi-fluid heat exchanger.
  • the manifolds 13, 15 can also be used in a simple fluid exchanger. This further reduces the production costs of the heat exchanger.
  • the temperature of the second liquid fluid circuit 5 is higher than that of the first fluid circuit 3.
  • the temperature of the first fluid circuit is, for example, 20 ° C.
  • the temperature of the second liquid fluid circuit 5 is example of 70 ° C.
  • the second liquid fluid circuit 5 expands substantially more than the first fluid circuit 3, thus applying a stress on the first fluid circuit 3.
  • an inner spacer 53 is then added to the second inner end flat tube 91 of the second liquid fluid circuit 5 at the boundary between the first fluid circuit 3 and the second liquid fluid circuit 5.
  • the mechanical stress due to the expansion is applied to the inner spacer 53 and not to the first fluid circuit 3, which preserves the first fluid circuit 3.
  • an inner spacer 53 may be placed in the second outer end flat tube 93 at the boundary between the multi-fluid heat exchanger 1 and the cheek 18b.
  • first flat tubes 7 are allowed to resist the pressure of the first fluid 3.
  • a standard model of flat tubes 7, 9 for the first fluid circuit 3 and for the second liquid fluid circuit 5. This simplifies, on the one hand, the production of the flat tubes 7, 9. And on the other hand Part one simplifies the production of collector boxes because we can also use a standard model regardless of the type of heat exchanger. This lowers production costs.

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Abstract

Echangeur thermique multi-fluides (1) pour véhicule comprenant : . un premier circuit de fluide (3) haute pression comprenant au moins un premier tube plat (7) permettant la circulation d'un premier fluide (11) à une première pression, ledit premier tube plat (7) comprenant un premier intercalaire interne (49) dont les crêtes (51) sont fixées avec une paroi interne du premier tube plat (7), . un second circuit de fluide liquide (5) comprenant un deuxième tube plat (9) permettant la circulation d'un deuxième fluide liquide (13) à une deuxième pression inférieure à la première pression, caractérisé en ce que ledit premier tube plat (7) et ledit deuxième tube plat (9) sont des tubes pliés présentant une forme extérieure similaire, et en ce que le nombre de crêtes (51) du premier intercalaire interne (49) est dimensionné pour permettre au premier tube plat (7) de résister à la pression du premier fluide (11).

Description

Echangeur thermique multi-fluides pour véhicules automobiles
La présente invention concerne un échangeur thermique multi-fluides, notamment pour véhicules automobiles.
Une multitude de fluides circule dans un véhicule automobile. Cette multitude de fluide comprend par exemple un fluide réfrigérant utilisé pour le système de climatisation du véhicule, une huile de lubrification du moteur, ou bien encore de l'eau utilisée pour refroidir l'électronique du véhicule.
La température de chacun de ces fluides doit être surveillée et contrôlée afin d'assurer un fonctionnement optimal du véhicule. Pour cela on implémente des échangeurs thermiques, par exemple des condenseurs qui sont utilisés pour contrôler la température du liquide réfrigérant ou par exemple des refroidisseurs d'huile.
Pour refroidir l'électronique des véhicules hybrides ou électriques, on utilise généralement un circuit d'eau basse température qui lui-même est refroidi par un radiateur basse température. Le besoin d'échange thermique étant faible, par exemple inférieur à 1 kW, on ajoute généralement un radiateur de faible surface en amont de l'ensemble des échangeurs thermiques dans la partie frontale du véhicule.
Afin de réduire l'encombrement dans la partie frontale du véhicule, il existe des échangeurs thermiques multi-fluides comprenant une pluralité d' échangeurs thermiques.
On connaît par exemple un échangeur thermique multi-fluides comprenant un premier échangeur thermique permettant le refroidissement d'un premier fluide, et un deuxième échangeur thermique permettant le refroidissement d'un deuxième fluide.
En plus de la réduction de l'encombrement, ces échangeurs thermiques multi- fluides présentent l'avantage de simplifier l'assemblage des échangeurs thermiques dans le véhicule automobile ainsi que de réduire les coûts de fabrication et de production, en effet on réduit ainsi le nombre d'éléments.
Un échangeur thermique multi-fluides comprend une pluralité d'éléments dont généralement une paire de boîtes collectrices reliées par un faisceau de tubes sensiblement parallèles entre eux. Ce faisceau de tubes permet la circulation des fluides d'une boîte collectrice à l'autre.
Cependant, les différents fluides n'ont pas les mêmes propriétés physiques et exercent des contraintes différentes sur les tubes de échangeur thermique multi- fluides. Afin d'optimiser l'échange thermique pour les différents fluides, une solution connue est d'adapter la forme des tubes en fonction de la nature des fluides. Par exemple, on connaît l'adaptation du diamètre ou de la forme des tubes. Cependant, ceci nécessite de fabriquer autant de modèles de tubes que de fluides. Par conséquent, la forme des boîtes collectrices doit être adaptée en fonction des modèles de tubes et donc de fluides. En augmentant le nombre de modèles des éléments de l'échangeur thermique multi-fluides, on complexifie la fabrication et on augmente les coûts de production.
L'invention a donc pour objectif de pallier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un échangeur thermique multi-fluides que l'on peut facilement optimiser aux fluides le traversant.
A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique multi-fluides pour véhicule automobile comprenant :
• un premier circuit de fluide haute pression comprenant au moins un premier tube plat permettant la circulation d'un premier fluide à une première pression, ledit premier tube plat comprenant au moins un premier intercalaire interne de forme ondulée dont les crêtes sont fixées avec une paroi interne du premier tube plat,
• un second circuit de fluide liquide comprenant au moins un deuxième tube plat permettant la circulation d'un deuxième fluide liquide à une deuxième pression inférieure à la première pression,
caractérisé en ce que ledit premier tube plat et ledit deuxième tube plat sont des tubes pliés présentant une forme extérieure similaire, et en ce que le nombre de crêtes du premier intercalaire interne est dimensionné pour permettre au premier tube plat de résister à la pression du premier fluide.
Selon un autre aspect de l'échangeur thermique multi-fluides, le premier circuit de fluide est réalisé sous la forme d'un condenseur, et le deuxième circuit de fluide liquide est réalisé sous la forme d'un radiateur.
Selon un autre aspect de l'échangeur thermique multi-fluides, qu'au moins un deuxième tube du deuxième circuit de fluide liquide comprend un deuxième intercalaire interne.
Selon un autre aspect de l'échangeur thermique multi-fluides, au moins un deuxième tube d'extrémité du deuxième circuit de fluide liquide comprend un deuxième intercalaire interne. Selon un autre aspect de l'échangeur thermique multi-fluides, dans lequel le premier circuit de fluide et le deuxième circuit de fluide liquide présentent des températures différentes, le deuxième tube d'extrémité intérieure comprend un deuxième intercalaire interne.
Selon un autre aspect de l'échangeur thermique multi-fluides, les crêtes des deuxièmes intercalaires internes sont fixées avec la paroi interne des deuxièmes tubes plats.
Selon un autre aspect de l'échangeur thermique multi-fluides, les premiers tubes plats et deuxièmes tubes plats étant reliés à une première boîte collectrice commune et à une deuxième boîte collectrice commune, la première boîte collectrice et la deuxième boîte collectrice comprennent chacune une double paroi interne afin de séparer le premier circuit de fluide et le deuxième circuit de fluide liquide.
Selon un autre aspect de l'échangeur thermique multi-fluides, la première pression atteint jusqu'à 35 bars absolus, et la deuxième pression est sensiblement atmo sphérique .
Selon un autre aspect de l'échangeur thermique multi-fluides, les premiers tubes plats et les deuxièmes tubes plats sont des tubes pliés sensiblement en « B » et présentent au moins deux canaux de circulation, lesdits canaux étant séparés par une cloison interne formée par jonction des bordures opposées d'une bande métallique.
Selon un autre aspect de l'échangeur thermique multi-fluides, les intercalaires internes s'étendent sur toute la longueur des tubes plats.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et des dessins annexés parmi lesquels :
la figure 1 représente une vue schématique d'un échangeur thermique multi- fluides,
la figure 2 représente une vue schématique d'un détail de l'échangeur thermique multi-fluides montrant une boîte collectrice et des tubes plats,
- la figure 3 représente une vue schématique d'un tube plat,
la figure 4 représente une vue schématique d'une première variante du tube plat, le tube plat contenant un premier intercalaire interne,
la figure 5 représente une vue schématique d'une deuxième variante du tube plat, le tube plat contenant un deuxième intercalaire interne. Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références. Comme cela est illustré sur la figure 1, un échangeur thermique multi-fluides 1 comprend un premier circuit de fluide 3 et un deuxième circuit de fluide liquide 5.
Un premier fluide 11 circule dans le premier circuit de fluide 3. Le premier fluide 11 est par exemple un fluide réfrigérant. Le premier circuit de fluide 3 est réalisé sous la forme d'un condenseur. Le premier circuit de fluide 3 est un circuit haute pression, dans lequel le premier fluide 11 circule à une première pression atteignant jusqu'à 35 bars absolus. La première pression est de préférence 20 bars absolus. .
Le premier circuit de fluide 3 comprend au moins un premier tube plat 7. De préférence, le premier circuit de fluide 3 comprend au moins dix tubes plats 7.
Un deuxième fluide liquide 13 circule dans le deuxième circuit de fluide liquide 5. Le deuxième fluide liquide 13 est par exemple de l'eau. Le deuxième circuit de fluide liquide 5 est réalisé sous la forme d'un radiateur. Le deuxième fluide liquide 13 circule à une deuxième pression inférieure à la première pression. De préférence, la deuxième pression est sensiblement atmosphétique.
Le deuxième circuit de fluide liquide 5 comprend au moins un deuxième tube plat 9. De préférence, le deuxième circuit de fluide liquide 5 comprend au moins deux tubes plats 9.
Les premiers tubes plats 7 et les deuxièmes tubes plats 9 sont reliés à une première boîte collectrice 15 commune et à une deuxième boîte collectrice 17 commune présentant des fentes (non représentées) permettant l'insertion des premiers tubes 7 et des deuxièmes tubes 9. L' échangeur thermique multi-fluides 1 comprend en outre des joues 18a, 18b disposées parallèlement aux premiers tubes 7 et aux deuxièmes tubes 9 aux extrémités de l'échangeur thermique multi-fluides 1. Les joues 18a, 18b de l'échangeur thermique multi-fluides 1 forment une entretoise entre les boîtes collectrices 15, 17 pour maintenir un écart constant entre elles et faciliter la fabrication de l'échangeur thermique multi-fluides 1.
La première boîte collectrice 15 présente une pluralité de tubulures 19, 21, 23, 25 permettant l'entrée et la sortie de fluides dans la première boîte collectrice 15. Ainsi le premier fluide 11, en provenance d'un premier circuit extérieur (non représenté), par exemple un circuit de climatisation du véhicule, pénètre dans la première boîte collectrice 15 par une première tubulure d'entrée 19. Puis, le premier fluide 11 gagne la deuxième boîte collectrice 17 par l'intermédiaire des premiers tubes plats 7, et retourne ensuite vers la première boîte collectrice 15. Le premier fluide 11 quitte ensuite la première boîte collectrice 15 par la première tubulure de sortie 21 et rejoint ainsi le premier circuit extérieur. Lorsqu'il circule à l'intérieur de l'échangeur thermique multi-fluides 1, le premier fluide 11 cède de la chaleur à un troisième fluide 23 qui circule entre les tubes plats 7. Ce troisième fluide 23 est par exemple l'air.
Similairement, le deuxième fluide liquide 13, en provenance d'un deuxième circuit extérieur (non représenté), par exemple un circuit d'eau à basse température utilisé pour refroidir l'électronique du véhicule, pénètre dans la première boîte collectrice 15 par la deuxième tubulure d'entrée 25. Puis le deuxième fluide liquide 13 gagne la deuxième boîte collectrice 17 par l'intermédiaire des deuxièmes tubes 9, et retourne ensuite vers la première boîte collectrice 15. Le deuxième fluide liquide 13 quitte ensuite la première boîte collectrice 15 par la deuxième tubulure de sortie 27 et rejoint ainsi le deuxième circuit extérieur. Lorsqu'il circule à l'intérieur de l'échangeur thermique multi-fluides 1, le deuxième fluide liquide 13 cède aussi de la chaleur au troisième fluide 23.
Selon une variante (non représentée), les tubulures d'entrées 19, 25 sont portées par la première boîte collectrice 15 et les tubulures de sortie 21, 27 sont portées par la deuxième boîte collectrice 17 (ou vice-versa).
L'échangeur thermique multi-fluides 1 peut en outre comporter un réservoir de fluide 28 utilisé par exemple pour le premier fluide 11. Le premier circuit de fluide 3 est de type multi-passages, le réservoir de fluide 28 est connecté en série entre l'avant dernière passe et la dernière passe du premier circuit de fluide 3 par l'intermédiaire de la deuxième boîte collectrice 17
Selon cet exemple, le besoin en échange thermique du deuxième fluide liquide
13, l'eau, est plus faible que celui du premier fluide 11, le fluide réfrigérant. Par conséquent le deuxième circuit de fluide liquide 5 comprend moins de deuxièmes tubes plats 9 que le premier circuit de fluide 3.
En utilisant une partie des tubes plats de l'échangeur thermique multi-fluides 1 au deuxième circuit de fluide liquide 5, on diminue les performances de l'échange thermique du premier circuit de fluide 3. La hauteur hi et la longueur // de l'échangeur thermique multi-fluides 1, sont contraintes par la place disponible dans la partie frontale du véhicule. On peut donc difficilement augmenter la hauteur hj ou la longueur // l'échangeur thermique multi- fluides 1 pour compenser la diminution des performances du premier circuit de fluide 3.
On peut cependant augmenter la largeur L/ de l'échangeur thermique multi- fluides 1, pour cela on augmente la largeur L2 des tubes plats 7, 9 (voir figure 3).
On se réfère à présent à la figure 2 qui montre un détail de l'échangeur thermique multi-fluides 1. Afin que le premier fluide 11 et le deuxième fluide liquide 13 ne se mélangent pas, la première boîte collectrice 15 et la deuxième boîte collectrice 17 sont divisées en une pluralité de parties dont une première partie A et une deuxième partie B. La première partie A fait partie du premier circuit de fluide 3 et est réservée à la circulation du premier fluide 11. La deuxième partie B fait partie du deuxième circuit de fluide liquide 5 et est réservée à la circulation du deuxième fluide liquide 13.
Pour séparer la première partie A de la deuxième partie B, la première et la deuxième boîte collectrice 15, 17 (une seule boîte collectrice, est visible sur cette figure) peuvent par exemple présenter une double paroi interne comprenant une première paroi 29 et une deuxième paroi 31. La première paroi 29 et la deuxième paroi 31 sont placées entre une première fente et une deuxième fente (non représentées) des boîtes collectrices 15, 17, la première fente accueillant un premier tube d'extrémité 71 du premier faisceau de tubes, et la deuxième fente accueillant un deuxième tube d'extrémité 91 du deuxième faisceau de tubes.
La première paroi interne 29 et la deuxième paroi interne 31 délimitent une troisième partie C qui est donc située entre la première partie A et la deuxième partie B. Cette troisième partie C sert de tampon entre la première partie A et la deuxième partie B. En effet, au cas où une fuite apparaîtrait par exemple sur la première paroi 29, alors le premier fluide 11 se déverserait dans la troisième partie C et non pas dans la deuxième partie B. Ceci permet d'une part d'éviter le mélange du premier et du deuxième fluide 11, 13 qui pourrait conduire à une dégradation de l'échangeur thermique multi-fluides 1 et du véhicule. D'autre part on évite le choc en pression entre les deux fluides 11, 13, qui dégraderait aussi l'échangeur thermique multi-fluides 1 et le véhicule. En effet, le premier fluide 11 circule à une première pression supérieure à la deuxième pression de circulation du deuxième fluide liquide 13 Avantageusement, la troisième partie C peut comprendre une ouverture 33 vers l'extérieur de l'échangeur thermique multi-fluides 1. Ainsi, le fluide 11, 13 contenu dans la troisième partie C peut être déversé vers l'extérieur.
Afin d'améliorer l'échange de chaleur, des intercalaires externes 35 peuvent être disposés entre des tubes 7, 9 adjacents. Ces intercalaires externes 35 présentent par exemple une forme sensiblement ondulée. Les crêtes des ondulations des intercalaires externes 35 sont en contact avec les parois externes des tubes 7, 9, par exemple en étant brasés aux parois externes des tubes 7, 9. Les intercalaires externes 35 forment donc une pluralité de canaux externes à travers desquels le troisième fluide 23 est dirigé, par exemple grâce à un ventilateur (non représenté). Ainsi la chaleur du premier fluide 11 et du deuxième fluide liquide 13 est transférée aux tubes 7, 9 puis aux intercalaires externes 35, augmentant ainsi la surface d'échange thermique avec le troisième fluide 23 et améliorant de ce fait l'efficacité de l'échange de chaleur. On se réfère à présent à la figure 3 qui représente un tube plat 7, 9 tel qu'utilisé dans l'échangeur thermique multi-fluides 1.
Le tube plat 7, 9 présente une première grande face plane 35, et une deuxième grande face plane 37. La première grande face 35 et la deuxième grande face plane 37 sont parallèles et reliées par deux petites faces incurvées 39, 41. Le tube plat 7, 9 présente une hauteur h2 et une largeur L2.
De plus, un tube plat 7, 9 présente une cloison interne 43 formant une entretoise entre les deux grandes faces parallèles 35, 37. Un tel tube plat 7, 9 est obtenu en repliant une bande métallique sur elle-même en joignant deux bordures opposées afin de former la cloison interne 43. Ainsi la cloison est issue de la première grande face plane 35 et est en regard de la deuxième grande face plane 37. La cloison interne 43 sépare le tube plat plié 7, 9 en deux canaux 45, 47 de circulation de fluide. Le tube plat 7, 9 présente ainsi une section transversale sensiblement en « B ». Un espace entre la cloison interne 43 et la grande deuxième grande face plane 37 permet le passage d'un intercalaire interne 49, 53 (visibles sur les figures 4 et 5). La fonction de l'intercalaire interne 49, 53 est décrite par la suite.
Le tube est par exemple réalisé en aluminium ou en alliage d'aluminium. La cloison interne 43 permet d'augmenter la résistance mécanique des tubes plats pliés 7, Le premier fluide 11 et le deuxième fluide liquide 13 ont des caractéristiques différentes ce qui entraîne différents besoins dans le dimensionnement des tubes plats 7, 9.
Comme dit précédemment, le premier fluide 11 circule à une première pression atteignant jusqu'à 35 bars absolus, tandis que le deuxième fluide liquide 13 circule à une deuxième pression sensiblement atmosphérique. Les premiers tubes plats 7 doivent donc présenter une plus grande résistance mécanique que les deuxièmes tubes plats 9 afin de résister à la pression de circulation du premier fluide 11.
On se réfère à la figure 4. Afin d'augmenter la résistance mécanique des premiers tubes plats 7, des premiers intercalaires internes 49 sont agencés à l'intérieur des premiers tubes plats 7. Les premiers intercalaires internes 49 s'étendent sur toute la longueur l2 des premiers tubes plats 7.
Ces intercalaires internes 49 présentent par exemple une forme sensiblement ondulée. Les crêtes 51 des intercalaires internes 49 sont en contact avec les grandes faces parallèles 35, 37 des premiers tubes plats 7. Les crêtes 51 des intercalaires internes 49 sont fixées sur les grandes faces parallèles 35, 37, par exemple par brasage ou par soudure. Plus le nombre de crêtes 51 fixées aux grandes faces parallèles 35, 37 est grand, et meilleure est la résistance mécanique des premiers tubes plats 7. Le nombre de crêtes 51 du premier intercalaire 49 est donc choisi pour permettre au premier tube plat 7 de résister à la pression du premier fluide 11.
On se réfère à présent à la figure 5. Selon l'exemple, les besoins en résistance mécanique des deuxièmes tubes plats 9 sont plus faibles que ceux des premiers tubes plats 7.
Selon une variante, les deuxièmes tubes 9 comprennent des deuxièmes intercalaires internes 53 présentant un nombre d'ondulations, et donc de crêtes 55, plus faible que les premiers intercalaires internes 51. Les crêtes 55 des deuxièmes intercalaires internes 53 sont fixées aux grandes faces parallèles des deuxièmes tubes plats 9, par exemple par brasage ou par soudure. Les deuxièmes intercalaires internes 53 s'étendent sur toute la longueur l2 des premiers tubes plats 9.
Selon une autre variante, les deuxièmes tubes 9 ne comprennent pas d'intercalaires internes.
L'ajout d'intercalaires internes 49, 53 en fonction des caractéristiques des premier et deuxième fluides 11, 13 permet d'utiliser des tubes plats 7, 9 présentant une forme extérieure similaire, entre autre une section transversale identique, une même hauteur et une même largeur L2. En utilisant un modèle standard de tubes 7, 9 pour le premier circuit de fluide 3 et pour le deuxième circuit de fluide liquide 5, on simplifie la production des tubes plats 7, 9 et on réduit les coûts de production.
De plus, la forme extérieure similaire des tubes plats 7, 9 permet d'utiliser des boîtes collectrices 15, 17 présentant des fentes similaires. Ainsi, un modèle standard de boîte collectrice peut être utilisé quel que soit le fluide circulant dans l'échangeur thermique multi-fluides. De fait, les boîtes collectrices 13, 15 peuvent aussi être utilisées dans un échangeur fluide simple. Ceci permet de réduire encore les coûts de production d' échangeur de chaleur.
Selon une autre variante, seul le deuxième tube plat situé à l'extrémité intérieure 91 du deuxième circuit de fluide liquide 5 et le deuxième tube plat situé à l'extrémité extérieure 93 du deuxième circuit de fluide 5 (sur la figure 2) contiennent des deuxièmes intercalaires internes 53.
En effet, la température du deuxième circuit de fluide liquide 5 est plus élevée que celle du premier circuit de fluide 3. La température du premier circuit de fluide est par exemple de 20°C, la température du deuxième circuit de fluide liquide 5 est par exemple de 70°C. Sous l'effet de la chaleur, le deuxième circuit de fluide liquide 5 se dilate sensiblement plus que le premier circuit de fluide 3, appliquant ainsi une contrainte sur le premier circuit de fluide 3.
Afin d'éviter de dégrader le premier circuit de fluide 3, on ajoute donc un intercalaire interne 53 dans le deuxième tube plat d'extrémité intérieure 91 du deuxième circuit de fluide liquide 5 se trouvant à la limite entre le premier circuit de fluide 3 et le deuxième circuit de fluide liquide 5. Ainsi la contrainte mécanique due à la dilatation est appliquée à l'intercalaire interne 53 et non au premier circuit de fluide 3, ce qui permet de préserver le premier circuit de fluide 3.
Similairement on peut placer un intercalaire interne 53 dans le deuxième tube plat d'extrémité extérieure 93 se trouvant à la limite entre l'échangeur thermique multi- fluides 1 et la joue 18b. Ainsi on évite le transfert des contraintes mécaniques dues à la dilatation sur la joue 18b.
On comprend donc qu'en fixant des premiers intercalaires internes 49 à l'intérieur des premiers tubes plats 7 d'un circuit de fluide 3 à haute pression d'un échangeur thermique multi-fluides 1 on permet aux premiers tubes plats 7 de résister à la pression du premier fluide 3. Ainsi, on peut utiliser un modèle standard de tubes plats 7, 9 pour le premier circuit de fluide 3 et pour le deuxième circuit de fluide liquide 5. Ceci simplifie d'une part la production des tubes plats 7, 9. Et d'autre part on simplifie la production des boîtes collectrices car on peut aussi utiliser un modèle standard quel que soit le type d'échangeur thermique. Ceci permet de baisser les coûts de production.

Claims

Revendications
1. Echangeur thermique multi-fluides (1) pour véhicule automobile comprenant :
• un premier circuit de fluide (3) haute pression comprenant au moins un premier tube plat (7) permettant la circulation d'un premier fluide (11) à une première pression, ledit premier tube plat (7) comprenant au moins un premier intercalaire interne (49) de forme ondulée dont les crêtes (51) sont fixées avec une paroi interne du premier tube plat (7),
• un second circuit de fluide liquide (5) comprenant au moins un deuxième tube plat (9) permettant la circulation d'un deuxième fluide liquide (13) à une deuxième pression inférieure à la première pression,
caractérisé en ce que ledit premier tube plat (7) et ledit deuxième tube plat (9) sont des tubes pliés présentant une forme extérieure similaire, et en ce que le nombre de crêtes (51) du premier intercalaire interne (49) est dimensionné pour permettre au premier tube plat (7) de résister à la pression du premier fluide (11).
2. Echangeur thermique multi-fluides (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier circuit de fluide (3) est réalisé sous la forme d'un condenseur, et le deuxième circuit de fluide liquide (5) est réalisé sous la forme d'un radiateur.
3. Echangeur thermique multi-fluides (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un deuxième tube (9) du deuxième circuit de fluide liquide (5) comprend un deuxième intercalaire interne (53).
4. Echangeur thermique multi-fluides (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un deuxième tube d'extrémité (91, 93) du deuxième circuit de fluide liquide (5) comprend un deuxième intercalaire interne (53).
5. Echangeur thermique multi-fluides (1) selon la revendication 4, dans lequel le premier circuit de fluide (3) et le deuxième circuit de fluide liquide (5) présentent des températures différentes, caractérisé en ce que le deuxième tube d'extrémité intérieure (91) comprend un deuxième intercalaire interne (53).
6. Echangeur thermique multi-fluides (1) selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les crêtes (55) des deuxièmes intercalaires internes (53) sont fixées avec la paroi interne des deuxièmes tubes plats (9).
7. Echangeur thermique multi-fluides (1) selon l'une des revendications précédentes, les premiers tubes plats (7) et deuxièmes tubes plats (9) étant reliés à une première boîte collectrice (15) commune et à une deuxième boîte collectrice (17) commune, caractérisé en ce que la première boîte collectrice (15) et la deuxième boîte collectrice (17) comprennent chacune une double paroi interne (29,31) afin de séparer le premier circuit de fluide (3) et le deuxième circuit de fluide liquide (5).
8. Echangeur thermique multi-fluides (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première pression atteint jusqu'à 35 bars absolus, et la deuxième pression est sensiblement atmosphérique.
9. Echangeur thermique multi-fluides (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers tubes plats (7) et les deuxièmes tubes plats (9) sont des tubes pliés sensiblement en « B » et présentent au moins deux canaux (45, 47) de circulation, lesdits canaux étant séparés par une cloison interne (43) formée par jonction des bordures opposées d'une bande métallique.
10. Echangeur thermique multi-fluides (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les intercalaires internes (49, 53) s'étendent sur toute la longueur (12) des tubes plats (7, 9).
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