EP4623260A1 - Echangeur de chaleur pour vehicule automobile - Google Patents

Echangeur de chaleur pour vehicule automobile

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Publication number
EP4623260A1
EP4623260A1 EP23804723.7A EP23804723A EP4623260A1 EP 4623260 A1 EP4623260 A1 EP 4623260A1 EP 23804723 A EP23804723 A EP 23804723A EP 4623260 A1 EP4623260 A1 EP 4623260A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tubes
bundle
heat exchanger
branch
heat exchange
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23804723.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Stefan Karl
Mohamed Yahia
Bertrand Nicolas
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 Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP4623260A1 publication Critical patent/EP4623260A1/fr
Pending 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
    • 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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    • F28D1/0435—Combination of units extending one behind the other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D1/0452—Combination of units extending one behind the other with 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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    • F28D1/02—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
    • F28D1/05375—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with particular pattern of flow, e.g. change of flow direction

Definitions

  • the present invention relates to the field of heat exchangers, in particular heat exchangers for motor vehicles.
  • Such exchangers can equip a thermal conditioning system fitted to a motor vehicle.
  • a thermal conditioning system makes it possible to ensure thermal regulation of various components of the vehicle, such as the passenger compartment or an electrical energy storage battery, when the vehicle is electrically powered.
  • Heat exchanges are managed mainly by the compression and expansion of a refrigerant fluid circulating in a circuit in which several heat exchangers are arranged.
  • a compressor allows the refrigerant fluid to pass at high pressure and circulate it in the circuit.
  • the refrigerant fluid circuit usually includes a first heat exchanger ensuring the condensation of the high-pressure refrigerant fluid discharged by the compressor, or its cooling in the case of a fluid in a supercritical state.
  • the refrigerant fluid circulating in this first exchanger transfers heat to a flow of air passing through the heat exchanger.
  • a heat transfer liquid receives heat from the traction chain element, and dissipates heat, for example in an air flow, at the level of a second heat exchanger.
  • the present invention aims to propose a solution that is easier to integrate because it is more compact and provides improved thermodynamic performance.
  • the first branch of the tubes is, for the circulation of the air flow, upstream of the second heat exchange section, which is itself upstream of the second branch of the tubes of the first exchange section thermal.
  • Each tube, or portion of a tube thus receives a flow of air having a temperature adapted to the temperature of the fluid circulating inside.
  • the first branch of the first heat exchange section receives a flow of fresh ambient air which has not been heated by its passage through a heat exchanger, which increases its efficiency.
  • the air flow leaving the first branch of the first heat exchange section has a sufficiently low temperature to guarantee good exchange efficiency with the second heat exchange section.
  • the first heat exchange section functions as a condenser of the refrigerant fluid.
  • the refrigerant fluid circulating in the first heat exchange section receives heat from the air flow.
  • the air flow is an air flow external to the vehicle.
  • the refrigerant fluid can be a chemical fluid, such as R1234yf, or R134a.
  • each tube of the first tube bundle extends in a plane.
  • the tubes of the first bundle of tubes are aligned in a direction perpendicular to the plane of the tubes.
  • the second bundle of tubes extends between two parallel planes, these two planes being perpendicular to the plane of the tubes of the first bundle.
  • the fins improve the heat transfer between the air flow and the refrigerant circulating in the tubes of the first heat exchange section.
  • the fins have slots for the air flow to pass through.
  • the base of a tube of the first tube bundle is spaced from the base of a consecutive tube.
  • the outer periphery of the tubes of the first bundle of tubes has an oblong cross section.
  • the tubes of the first bundle of tubes can be twisted near a junction between the first branch and the base.
  • the base of the tubes of the first tube bundle defines a lower side of the heat exchanger when the heat exchanger is in the nominal installation position in the vehicle.
  • the base of the tubes of the first bundle defines a lateral side of the heat exchanger when the heat exchanger is in the nominal installation position in the vehicle.
  • the first branch of the tubes of the first bundle of tubes extends along a horizontal axis when the heat exchanger is in the nominal installation position in the vehicle .
  • This configuration makes it possible to avoid possible corrosion of the lowest part of the heat exchanger under the action of accumulated humidity.
  • this configuration makes it possible to limit the number of tubes necessary when the heat exchanger has a low height and a large width.
  • height we mean the dimension along the vertical axis and width the dimension along the transverse axis of the vehicle when the exchanger is nominally installed in the vehicle. The manufacture of the exchanger is thus facilitated for applications in which the vehicle has a low front face.
  • a first end of the tubes of the first bundle of tubes opens into a first distributor configured to distribute the refrigerant fluid between all of the tubes of the first bundle of tubes.
  • the first distributor extends transversely to the axis of the tubes of the first bundle of tubes.
  • the first distributor is cylindrical in shape.
  • the first distributor includes a refrigerant fluid inlet.
  • the first collector extends transversely to the axis of the tubes of the first bundle of tubes.
  • the first collector includes a refrigerant outlet.
  • the first collector and the first distributor extend in parallel directions.
  • the tubes of the first tube bundle are identical.
  • the first distributor is arranged downstream of the first collector in a direction of flow of the air flow when the heat exchanger is in the nominal position of installation in the vehicle.
  • the first collector is arranged downstream of the first distributor in a direction of flow of the air flow when the heat exchanger is in nominal position d installation in the vehicle.
  • the first branch of the tubes of the first bundle of tubes and the second branch of the tubes of the first bundle of tubes have the same length.
  • the length of the first branch and the second branch of the tubes of the first bundle of tubes is for example between 300 millimeters and 600 millimeters.
  • the length of the first branch of the tubes of the first bundle of tubes is for example between 100 millimeters and 300 millimeters.
  • the length of the second branch of the tubes of the first bundle of tubes is for example between 300 millimeters and 600 millimeters.
  • the tubes of the second bundle of tubes extend transversely to the tubes of the first bundle of tubes.
  • the tubes of the second tube bundle are identical.
  • a first end of the tubes of the second bundle of tubes opens into a second distributor configured to distribute the heat transfer liquid between all of the tubes of the second bundle of tubes.
  • the second distributor extends transversely to the axis of the tubes of the second bundle of tubes.
  • the second distributor includes a heat transfer liquid inlet.
  • a second end of the tubes of the second bundle of tubes opens into a second collector configured to collect the heat transfer liquid coming from all of the tubes of the second bundle of tubes.
  • the second collector extends transversely to the axis of the tubes of the second bundle of tubes.
  • the second collector includes a heat transfer liquid outlet.
  • the heat exchanger may include a support connecting the second heat exchange section to the base of the tubes of the first tube bundle.
  • the support provides mechanical support for the bases of the tubes of the first heat exchange section relative to the second heat exchange section, which makes it possible to attenuate the propagation of vehicle vibrations in the tubes of the first heat exchange section.
  • the support is for example made of plastic, in particular polyamide loaded with glass fibers (for example PA6 loaded with 30% glass fibers) or even polypropylene loaded with glass fibers (for example PP loaded with 30% of glass fibers.
  • the support can secure the second heat exchange section with the base of the tubes of the first bundle of tubes.
  • the second heat exchange section comprises a face arranged opposite the base of the tubes of the first bundle of tubes, and the support connects the base of the tubes of the first bundle of tubes with the face facing each other.
  • the sealed wall prevents the air flow from circulating in the space between the base of the tubes of the first bundle and the face of the second heat exchange section, which is located opposite.
  • the sealed wall thus prevents part of the air flow F from emerging from the exchanger without exchanging heat with the second heat exchange section.
  • the small base of the trapezoid is opposite the second heat exchange section.
  • the large base is opposite the base of the tubes of the first bundle of tubes.
  • the support guides towards the second heat exchange section the air flow flowing near the base of the tubes of the first bundle of tubes.
  • the water coming from the defrosting phases can also be guided towards the bottom of the exchanger, which promotes the evacuation of this water.
  • the support provides mechanical support for the tubes in relation to each other, which limits the amplitude of vibrations.
  • the mechanical robustness of the heat exchanger is improved.
  • the support is for example overmolded on the base of the tubes of the first bundle of tubes.
  • the face of the second heat exchange section can be secured to the base of the tubes of the first heat exchange section, in particular by brazing.
  • This arrangement makes it possible to arrange the second collector or the second distributor opposite the base of the tubes of the first bundle of tubes.
  • the base of the refrigerant tubes can thus be fixed to the second collector, or to the second distributor.
  • the support allowing the second heat exchange section to be joined to the base of the tubes of the first bundle of tubes is not necessary.
  • one of the distributor and the collector of the second tube bundle can be aligned with the refrigerant collector/distributor located upstream. The air flow passing through the heat exchanger is thus less disturbed, which improves its efficiency for a given size.
  • FIG. 2 is a schematic front view of the heat exchanger of Figure 1,
  • FIG. 3 is a schematic side view in section of a heat exchanger according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a schematic detail view, side and in section, of a variant of a heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 5 is a partial schematic perspective view of a heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 6 is a partial schematic view, from above, of three variants of a heat exchanger according to the invention,
  • a first element upstream of a second element means that the first element is placed before the second element with respect to the direction of circulation, or travel, of a fluid.
  • a first element downstream of a second element means that the first element is placed after the second element with respect to the direction of circulation, or travel, of the fluid considered.
  • a second element is placed between a first element and a third element means that the shortest path to go from the first element to the third element passes through the second element.
  • the second heat exchanger is for example arranged in the heating, ventilation and/or air conditioning installation of the vehicle, frequently referred to by the English term “HVAC”, for “Heating, Ventilating and Air Conditioning”.
  • HVAC Heating, Ventilating and Air Conditioning
  • the second heat exchanger thus allows the vehicle’s passenger compartment to be cooled.
  • the second heat exchanger may be a cooling exchanger thermally coupled to an electrical energy storage battery. The second exchanger thus allows the battery to be cooled, particularly during rapid charging phases.
  • the heat exchanger 50 can receive refrigerant fluid at low pressure and carry out the evaporation of the refrigerant fluid.
  • the phases of heating or dehumidifying the air in the passenger compartment correspond to these modes of use.
  • the heat transfer liquid circuit of the thermal conditioning system makes it possible to cool an element of the vehicle's electric traction chain.
  • the element of the electric traction chain may comprise an electrical energy storage battery, or an electronic module for controlling an electric traction motor of the vehicle, or the engine itself.
  • the heat transfer liquid thus receives heat from the element of the traction chain, and this heat is dissipated at the level of a second heat exchange section 2 of the exchanger 50.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger 50 according to a first embodiment.
  • the heat exchanger 50 is for example a heat exchanger for a motor vehicle.
  • the X axis corresponds to the longitudinal axis of the vehicle
  • the Y axis corresponds to the transverse axis
  • the Z axis corresponds to the vertical axis.
  • the heat exchanger 50 for a motor vehicle comprises:
  • the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes have a U shape comprising a first branch 5 and a second branch 7 connected by a base 6.
  • the first branch 5 is arranged upstream of the second branch 7 in a direction of flow of the air flow F
  • the second bundle of tubes 12 is arranged between the first branch 5 and the second branch 7 of the tubes 3 of the first bundle of tubes 1 according to the direction of flow of the air flow F.
  • the U shape of the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes 3 makes it possible to increase the length participating in the heat exchanges of the first heat exchange section, while limiting the frontal surface of the exchanger 50. Furthermore, a portion of the tubes, forming the first branch 5, directly receives ambient air which has not been heated by another heat exchanger, which increases the efficiency of the heat exchange.
  • the second heat exchange section 2 is arranged in the free volume formed by the spacing of the branches 5.7 of each of the U-shaped tubes 3 of the first bundle 1 1 of tubes. The presence of the second heat exchange section 2 does not modify the external volume of the heat exchanger 50.
  • the heat exchanger 50 thus has a very compact and thermally optimized shape.
  • the first branch 5 of the tubes 3 is arranged, with respect to the circulation of the air flow F, upstream of the second heat exchange section 2, which is itself arranged upstream of the second branch 7 of the tubes 3 of the first heat exchange section 1.
  • Each tube, or portion of a tube thus receives a flow of air having a temperature adapted to the temperature of the fluid circulating inside this tube.
  • the first branch 5 of the first heat exchange section 1 receives a flow of fresh ambient air which has not been heated by a passage through a heat exchanger, which increases its efficiency for heat exchange.
  • the air flow leaving the first branch 5 of the first heat exchange section 1 has a sufficiently low temperature to guarantee good exchange efficiency with the fluid circulating in the second heat exchange section 2.
  • the air flow heated by its passage in the second heat exchange section 2 still has a sufficiently low temperature to guarantee good exchange efficiency with the refrigerant fluid circulating in the second branch 7 of the first heat exchange section 1.
  • the efficiency of the heat exchanger 50, for a given size, is thus optimized.
  • the tubes of the first bundle 1 1 have a U shape that the tubes comprise a first rectilinear portion, called the first branch 5, fluidly connected to a second rectilinear portion, called the second branch 7, by a intermediate portion called base 6.
  • the first branch 5 and the second branch 7 extend parallel to each other.
  • the intermediate portion 6 extends transversely to the first branch 5 and to the second branch 7.
  • the intermediate portion is here rectilinear.
  • the first branch 5, the second branch 7 and the intermediate portion 6 are arranged in the same plane.
  • the intermediate portion may have a curved shape.
  • the second bundle of tubes 12 is arranged downstream of the first branch of the tubes 3 of the first bundle 11 and upstream of the second branch 7 of the tubes 3 of the first bundle 11.
  • the refrigerant fluid circulating in the first heat exchange section 1 transfers heat to the air flow F.
  • the exchanger 50 functions as a cooler of the refrigerant fluid, without condensation occurring. Such operation occurs for example when the refrigerant used is R744.
  • the refrigerant fluid circulates from the second branch 7 of the tubes 3 towards the first branch 5 of the tubes 3.
  • the hottest refrigerant fluid arrives in the first section heat exchanger 1 by the portion of the tubes placed furthest downstream according to the circulation of the air flow F.
  • the first heat exchange section 1 functions as an evaporator of the refrigerant fluid.
  • the refrigerant fluid circulating in the first heat exchange section 1 receives heat from the air flow F.
  • This mode of operation corresponds for example to the heat pump mode.
  • the refrigerant fluid circulates from the first branch 5 of the tubes 3 towards the second branch 7 of the tubes 3.
  • the refrigerant fluid arrives in the first heat exchange section 1 via the portion of the tubes located furthest upstream according to the circulation of the air flow F.
  • the direction of circulation of the refrigerant fluid is reversed depending on whether the exchanger 50 operates as a condenser or as an evaporator. This reversal of direction of circulation depending on the operating mode in which the heat exchanger is used is optional.
  • the air flow F is an air flow external to the vehicle.
  • the exchanger 50 is for example arranged on the front of the vehicle, behind the grille.
  • the air flow F is an air flow inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the exchanger 50 is then placed in the heating, ventilation and/or air conditioning installation of the vehicle.
  • the refrigerant fluid can be a chemical fluid, such as R1234yf, or R134a.
  • the refrigerant can be R744 or R290.
  • the heat transfer liquid circulates in parallel in the tubes 4 of the second bundle 12 of tubes.
  • the heat transfer liquid can be a mixture of water and glycol.
  • the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes are arranged in parallel planes. In Figure 5, nine tubes 3 are shown. More generally, the first bundle 11 can include any number of tubes 3.
  • the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes are aligned in a direction D perpendicular to the plane of the tubes.
  • the tubes 3 of the first bundle 1 1 can in particular be made of aluminum or copper.
  • the tubes 4 of the second bundle 12 can for example be made of aluminum or copper.
  • the second bundle 12 of tubes 4 extends between two parallel planes P2, P24, these two planes being perpendicular to the plane of the tubes 3 of the first bundle 1.
  • the plane P2 is shown in Figure 6, which is a schematic top view of the heat exchanger 50.
  • the heat exchanger 50 thus has a compact shape, the second heat exchange section 2 filling the space left free between all of the first branches 5 of the tubes 3 of the first heat exchange section
  • the first branch 5 of a tube 3 of the first bundle 11 of tubes is connected to the first branch of a consecutive tube by a first set of fins 23.
  • two neighboring tubes of the first bundle 11 of tubes are connected by a set of fins 23.
  • I I of tubes is connected to the second branch of a consecutive tube by a second set of fins 24.
  • the fins 23, 24 improve the heat transfer between the air flow F and the refrigerant fluid circulating in the tubes 3 of the first heat exchange section 1.
  • the fins 23, 24 include slots 25 for the passage of the air flow F.
  • the slots 25 improve the heat transfer between the air flow F and the fins 23, 24.
  • the outer periphery of the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes has a cross section of oblong shape.
  • the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes are for example microchannel tubes.
  • each tube 3 comprises a plurality of parallel channels.
  • the microchannel tubes are formed by extrusion and then shaped into the desired U-shape.
  • the outer periphery of the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes has a cross section of oblong shape, defining a major axis a and a minor axis b.
  • the major axis a of the first branch 5 of the tubes is parallel to the air flow F.
  • the major axis of the second branch 7 of the tubes 3 is also parallel to the air flow F.
  • Figure 7 schematically details the shape exterior of the tubes 3. In this figure, the micro-channels have not been shown.
  • the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes can be twisted in the vicinity of a junction 35 between the first branch 5 and the base 6. Likewise, the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes can be twisted at vicinity of a junction 36 between the base 6 and the second branch 7. In other words, the major axis a of a cross section of a tube 3 gradually rotates by 90° around the axis of extension D5 of the first branch 5 of a tube 3 in the junction zone 35 between the first branch 5 and the base 6. This deformation of the tube makes it possible to produce the U shape without excessively deforming the material of the tubes.
  • the major axis a of the base 6 of the tubes 3 is perpendicular to the air flow F.
  • the base 6 of the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes defines a lower side of the heat exchanger 50 when the heat exchanger 50 is in nominal installation position in the vehicle.
  • base 6 extends in a plane parallel to the plane X, Y.
  • the different figures represent the exchanger 50 oriented in this way.
  • the first branch 5 of the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes extends along a vertical axis Z when the heat exchanger 50 is in the nominal installation position in the vehicle.
  • This configuration is favorable for the evacuation of water coming from defrosting of the heat exchanger, when an ice deposit accumulated on the surface of the first heat exchange section melts. In fact, liquid water can flow along the tubes without encountering any obstacle that could create a reservoir.
  • the first branch 5 of the tubes 3 of the first bundle 1 1 of tubes extends along a horizontal axis when the heat exchanger 50 is in the nominal installation position in the vehicle.
  • This horizontal axis is for example the transverse axis Y of the vehicle.
  • the base 6 of the tubes 3 of the first bundle 1 1 then defines a lateral side of the heat exchanger 50 when the heat exchanger 50 is in the nominal installation position in the vehicle.
  • the base 6 then extends in a plane parallel to the plane Y, Z. This configuration is particularly suitable for applications in which the vehicle has a front face of low height and wide width.
  • a first end 15 of the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes opens into a first distributor 9 configured to distribute the refrigerant fluid between all of the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes .
  • the first distributor 9 extends transversely to the axis of the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes.
  • the tubes 3 are tightly linked to the first distributor 9 at their first end 15. Likewise, the tubes 3 are tightly linked to the first collector 10 at their second end 16. The tubes 3 are for example brazed to the first distributor 9 as well as to the first collector 10.
  • the refrigerant inlet 13 and the refrigerant outlet 14 can be arranged relative to each other in different ways.
  • Figure 6 schematically illustrates several possible configurations.
  • the refrigerant fluid inlet 13 and the refrigerant fluid outlet 14 can be arranged on opposite side edges along the axis of the first distributor 9.
  • the inlet 13 and the outlet 14 of refrigerant fluid are not defined intrinsically to the exchanger 50, but can change depending on the mode of circulation of the refrigerant fluid within the thermal conditioning system in which the exchanger is integrated. In other words, what corresponds to an inlet 13 of refrigerant fluid in one operating mode can become an outlet 14 of refrigerant fluid in another operating mode.
  • the direction of circulation of the refrigerant fluid is imposed by a set of valves which can be selectively opened or closed. By controlling the different valves, the direction of circulation of the refrigerant fluid in the first heat exchange section 1 can be reversed. It is thus possible to modify the direction of circulation of the refrigerant fluid depending on the desired operating mode, for example as a condenser or evaporator.
  • the first collector 10 is arranged downstream of the first distributor 9 in a direction of flow of the flow d air F when the heat exchanger 50 is in the nominal installation position in the vehicle.
  • This configuration is preferably used when the heat exchanger 50 operates as an evaporator, in particular for heat pump mode.
  • the refrigerant fluid inlet is on the side of the second branch 7 of the tubes 3, located furthest downstream in the direction of flow of the air flow.
  • Figure 3 illustrates a second embodiment of the heat exchanger 50.
  • the length L1 of the first branch 5 of the tubes 3 of the first bundle 1 1 of tubes is less than the length L2 of the second branch 7 of the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes.
  • only part of the tubes 4 of the second heat exchange section 2 is opposite the first branch 5 of the tubes 3 of the first heat exchange section 1.
  • the tubes 4 of the second bundle 12 of tubes extend transversely to the tubes 3 of the first bundle
  • the second heat exchange section 2 is of substantially parallelepiped shape.
  • the tubes 4 of the second bundle 12 of tubes are tightly linked to the second distributor 19 at their first end 17. Likewise, the tubes 4 of the second bundle 12 of tubes are tightly linked to the second collector 20 at their second end 18. The tubes 4 of the second bundle 12 of tubes are for example brazed to the second distributor 19 as well as to the second collector 20.
  • the second collector 20 extends transversely to the axis of the tubes 4 of the second bundle 12 of tubes.
  • the second collector 20 includes a heat transfer liquid outlet 22.
  • the second collector 20 and the second distributor 19 extend along the vertical axis Z.
  • the relative position of the inlet 21 and the outlet 22 of the heat transfer liquid can vary, according to different embodiments.
  • the heat transfer liquid inlet 21 and the heat transfer liquid outlet 22 are arranged on opposite lateral sides of the heat exchanger 50.
  • inlet 21 and outlet 22 are on the same lateral side.
  • the circulation of the heat transfer liquid in the collector and the distributor is adapted accordingly.
  • the periphery of the tubes 4 of the second bundle 12 of tubes has a cross section of oblong shape.
  • Figure 4 describes an alternative embodiment in which the heat exchanger 50 comprises a support 30 disposed between at least part of the tubes 4 of the second bundle 12 of tubes and the base 6 of at least part of the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes.
  • the heat exchanger 50 comprises a support 30 connecting the second heat exchange section 2 to the base 6 of the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes.
  • the support 30 has a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the tubes 3 of the first bundle 11, preferably less than 10% of the thermal conductivity of the tubes 3 of the first bundle 11.
  • the support 30 thermally insulates the base 6 of the tubes 3 of the first heat exchange section 1 with respect to the second heat exchange section, avoiding the formation of a thermal bridge.
  • the support 30 is for example made of plastic, in particular polyamide loaded with glass fibers (for example PA6 loaded with 30% glass fibers) or even polypropylene loaded with glass fibers (for example PP loaded with 30 % glass fibers.
  • the support 30 here comprises a sealed wall 27 connecting the second heat exchange section 2 to the base 6 of the tubes 3 of the first bundle 1 1 of tubes so as to block circulation of the air flow F between the second heat exchange section 2 and the base 6 of the tubes 3 of the first bundle 11 of tubes.
  • the sealed wall 27 prevents the air flow from circulating in the space between the base of the tubes 3 of the first bundle 11 and the face 26 of the second heat exchange section, which is located opposite -screw.
  • the sealed wall 27 thus prevents part of the air flow F from emerging from the exchanger 1 without exchanging heat with the second heat exchange section 2.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur (50) pour véhicule automobile, comportant : - une première section d'échange thermique (1) configurée pour permettre un échange thermique entre un fluide réfrigérant et un flux d'air (F), comprenant un premier faisceau de tubes (3) formant un ensemble de canaux de circulation du fluide réfrigérant, - une deuxième section d'échange thermique (2) configurée pour permettre un échange thermique entre un liquide caloporteur et le flux d'air (F), comprenant un deuxième faisceau de tubes (4) formant un ensemble de canaux de circulation de liquide caloporteur, dans lequel les tubes (3) du premier faisceau de tubes ont une forme en U comportant une première branche (5) et une deuxième branche (7) reliées par une base (6), dans lequel la première branche (5) est disposée en amont de la deuxième branche (7) selon un sens d'écoulement du flux d'air (F), et dans lequel le deuxième faisceau de tubes (4) est disposé entre la première branche (5) et la deuxième branche (7) des tubes (3).

Description

Description
Titre : ECHANGEUR DE CHALEUR POUR VEHICULE AUTOMOBILE
Domaine technique
[1] La présente invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleurs, en particulier des échangeurs de chaleur pour véhicule automobile. De tels échangeurs peuvent équiper un système de conditionnement thermique équipant un véhicule automobile. Un tel système de conditionnement thermique permet d’assurer une régulation thermique de différents organes du véhicule, comme l’habitacle ou une batterie de stockage d’énergie électrique, lorsque le véhicule est à propulsion électrique. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant circulant dans un circuit dans lequel sont disposés plusieurs échangeurs de chaleur. Un compresseur permet de faire passer le fluide réfrigérant à haute pression et de le faire circuler dans le circuit.
Technique antérieure
[2] Le circuit de fluide réfrigérant comporte habituellement un premier échangeur de chaleur assurant la condensation du fluide réfrigérant à haute pression refoulé par le compresseur, ou son refroidissement dans le cas d’un fluide à l’état supercritique. Le fluide réfrigérant circulant dans ce premier échangeur et cède de la chaleur à un flux d’air traversant l’échangeur de chaleur.
[3] Par ailleurs, il est également habituel de refroidir un élément de la chaine de traction du véhicule grâce à une circulation de liquide caloporteur. Pour cela, un liquide caloporteur reçoit de la chaleur de l’élément de la chaine de traction, et dissipe de la chaleur par exemple dans un flux d’air, au niveau d’un deuxième échangeur de chaleur.
[4] L’intégration de ces deux échangeurs de chaleur dans le véhicule peut être délicate, en raison notamment de leur encombrement lorsque les deux échangeurs sont décalés l’un par rapport à l’autre de façon à recevoir simultanément un même flux d’air. Afin de limiter l’encombrement, les deux échangeurs peuvent aussi être alignés selon la direction du flux d’air de façon à être parcourus successivement par un même flux d’air. Cependant, réchauffement de l’air lors de sa traversée de l’échangeur situé en amont tend à pénaliser l’efficacité de l’échangeur situé en aval.
[5] La présente invention vise à proposer une solution plus facile à intégrer car plus compacte et fournissant des performances thermodynamiques améliorées.
Résumé
[6] A cette fin, la présente invention propose un échangeur de chaleur pour véhicule automobile, comportant :
- une première section d’échange thermique configurée pour permettre un échange de chaleur entre un fluide réfrigérant et un flux d’air, la première section d’échange thermique comprenant un premier faisceau de tubes formant un ensemble de canaux de circulation du fluide réfrigérant configurés pour être disposés dans le flux d’air,
- une deuxième section d’échange thermique configurée pour permettre un échange de chaleur entre un liquide caloporteur et le flux d’air, la deuxième section d’échange thermique comprenant un deuxième faisceau de tubes formant un ensemble de canaux de circulation de liquide caloporteur configurés pour être disposés dans le flux d’air, dans lequel les tubes du premier faisceau de tubes ont une forme en U comportant une première branche et une deuxième branche reliées par une base, dans lequel la première branche est disposée en amont de la deuxième branche selon un sens d’écoulement du flux d’air, et dans lequel le deuxième faisceau de tubes est disposé entre la première branche et la deuxième branche des tubes du premier faisceau de tubes selon le sens d’écoulement du flux d’air.
[7] La forme en U des tubes du premier faisceau de tubes permet d’augmenter la longueur participant aux échanges thermiques de la première section d’échange thermique, tout en limitant la surface frontale de l’échangeur. La deuxième section d’échange thermique étant disposée dans le volume libre formé par l’espacement des branches de chacun des tubes en U du premier faisceau de tubes, la présence de la deuxième section d’échange thermique ne modifie pas le volume extérieur de l’échangeur de chaleur. L’échangeur de chaleur possède ainsi une forme très compacte.
De plus, la première branche des tubes est, pour la circulation du flux d’air, en amont de la deuxième section d’échange thermique, qui est elle-même en amont de la deuxième branche des tubes de la première section d’échange thermique. Chaque tube, ou portion de tube, reçoit ainsi un flux d’air possédant une température adaptée à la température du fluide circulant à l’intérieur. Autrement dit, la première branche de la première section d’échange thermique reçoit un flux d’air ambiant frais qui n’a pas été échauffé par son passage dans un échangeur thermique, ce qui augmente son efficacité. Le flux d’air sortant de la première branche de la première section d’échange thermique possède une température suffisamment faible pour garantir une bonne efficacité d’échange avec la deuxième section d’échange thermique. De même, le flux d’air échauffé par son passage dans la deuxième section d’échange thermique a encore une température suffisamment faible pour garantir une bonne efficacité d’échange avec le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième branche de la première section d’échange thermique. L’efficacité de l’échangeur de chaleur, pour un encombrement donné, est ainsi optimisée. De plus, d’éventuelles contraintes de température maximale du caloporteur en sortie de la deuxième section d’échange thermique peuvent être respectées grâce à la disposition proposée.
[8] Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
[9] Selon un aspect de l’échangeur de chaleur proposé, le deuxième faisceau de tubes est disposé en aval de la première branche des tubes du premier faisceau et en amont de la deuxième branche des tubes du premier faisceau.
[10] Selon un mode de fonctionnement de l’échangeur de chaleur, la première section d’échange thermique fonctionne en condenseur du fluide réfrigérant.
[11] Selon un mode de fonctionnement de l’échangeur, le fluide réfrigérant circulant dans la première section d’échange thermique cède de la chaleur au flux d’air.
[12] Selon ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule depuis la deuxième branche des tubes vers la première branche des tubes. [13] Selon un autre mode de fonctionnement de l’échangeur de chaleur, la première section d’échange thermique fonctionne en évaporateur du fluide réfrigérant.
[14] Selon un mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circulant dans la première section d’échange thermique reçoit de la chaleur du flux d’air.
[15] Selon ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule depuis la première branche des tubes vers la deuxième branche des tubes.
[16] Selon un exemple de mise en oeuvre de l’échangeur de chaleur, le flux d’air est un flux d’air extérieur au véhicule.
[17] Selon un autre exemple de mise en oeuvre de l’échangeur de chaleur, le flux d’air est un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[18] Dans une application de l’échangeur de chaleur, le fluide réfrigérant peut être un fluide chimique, comme du R1234yf, ou du R134a.
[19] Dans une autre application de l’échangeur de chaleur, le fluide réfrigérant peut être du R744 ou du R290.
[20] Le liquide caloporteur peut être un mélange d’eau et de glycol.
[21] Selon un aspect de l’échangeur de chaleur, chaque tube du premier faisceau de tubes s’étend dans un plan.
[22] Les tubes du premier faisceau de tubes sont disposés dans des plans parallèles.
[23] Les tubes du premier faisceau de tubes sont alignés selon une direction perpendiculaire au plan des tubes.
[24] Selon un mode de réalisation de l’échangeur de chaleur, le deuxième faisceau de tubes s’étend entre deux plans parallèles, ces deux plans étant perpendiculaires au plan des tubes du premier faisceau.
[25] L’échangeur de chaleur possède ainsi une forme compacte, la deuxième section d’échange thermique remplissant l’espace laissé libre entre l’ensemble des premières branches des tubes de la première section d’échange thermique et l’ensemble des deuxièmes branches des tubes. [26] La première branche d’un tube du premier faisceau de tubes est reliée à la première branche d’un tube consécutif par un premier ensemble d’ailettes.
[27] La deuxième branche d’un tube du premier faisceau de tubes est reliée à la deuxième branche d’un tube consécutif par un deuxième ensemble d’ailettes.
[28] Les ailettes améliorent le transfert thermique entre le flux d’air et le fluide réfrigérant circulant dans les tubes de la première section d’échange thermique.
[29] Les ailettes comportent des fentes de passage du flux d’air.
[30] Selon un aspect de l’échangeur de chaleur, la base d’un tube du premier faisceau de tubes est espacée de la base d’un tube consécutif.
[31] Lorsque la première section d’échange thermique fonctionne en évaporateur alors que la température extérieure est inférieure à 0°C ou proche de 0°C, de la glace peut se former sur au moins une partie des tubes du faisceau de tubes. Lorsque la glace fond, l’eau coule le long des tubes jusqu’à la base des tubes. L’écartement existant entre deux tubes voisins permet à l’eau de s’écouler, et évite l’accumulation d’eau au niveau de la base des tubes. Le risque de givrer à nouveau la première section d’échange thermique est ainsi réduit.
[32] Le pourtour extérieur des tubes du premier faisceau de tubes possède une section transversale de forme oblongue.
Les tubes du premier faisceau de tubes sont par exemple des tubes à micro-canaux.
[33] Selon un mode de réalisation de l’échangeur de chaleur, le pourtour extérieur des tubes du premier faisceau de tubes possède une section transversale de forme oblongue, définissant un grand axe et un petit axe, et le grand axe de la première branche des tubes est parallèle au flux d’air.
[34] Selon un mode de réalisation, le grand axe de la deuxième branche des tubes est parallèle au flux d’air.
[35] Les tubes du premier faisceau de tubes peuvent être vrillés au voisinage d’une jonction entre la première branche et la base.
[36] De même, les tubes du premier faisceau de tubes peuvent être vrillés au voisinage d’une jonction entre la base et la deuxième branche. [37] Dans ce mode de réalisation, le grand axe de la base des tubes est perpendiculaire au flux d’air.
[38] Selon un exemple de mise en oeuvre de l’échangeur de chaleur, la base des tubes du premier faisceau de tubes définit un coté inférieur de l’échangeur de chaleur lorsque l’échangeur de chaleur est en position nominale d’installation dans le véhicule.
[39] Selon cet exemple de mise en oeuvre de l’échangeur de chaleur, la première branche des tubes du premier faisceau de tubes s’étend selon un axe vertical lorsque l’échangeur de chaleur est en position nominale d’installation dans le véhicule.
[40] Cette configuration est favorable à l’évacuation de l’eau provenant du dégivrage de l’échangeur de chaleur, lorsqu’un dépôt de glace accumulé sur la surface de la première section d’échange thermique et/ou la deuxième section d’échange thermique fond. En effet, l’eau liquide peut couler le long des tubes sans rencontrer d’obstacle pouvant créer une retenue.
[41] Selon un autre exemple de mise en oeuvre, la base des tubes du premier faisceau définit un coté latéral de l’échangeur de chaleur lorsque l’échangeur de chaleur est en position nominale d’installation dans le véhicule.
[42] Selon cet exemple de mise en oeuvre de l’échangeur de chaleur, la première branche des tubes du premier faisceau de tubes s’étend selon un axe horizontal lorsque l’échangeur de chaleur est en position nominale d’installation dans le véhicule.
[43] Cette configuration permet d’éviter une éventuelle corrosion de la partie la plus basse de l’échangeur de chaleur sous l’action de l’humidité accumulée. De plus, cette configuration permet de limiter le nombre de tubes nécessaires lorsque l’échangeur de chaleur possède une faible hauteur et une largeur importante. On entend par hauteur la dimension selon l’axe vertical et la largeur la dimension selon l’axe transversal du véhicule lorsque l’échangeur est installé dans le véhicule de manière nominale. La fabrication de l’échangeur est ainsi facilitée pour les applications dans lesquelles le véhicule possède une face avant de faible hauteur. [44] Une première extrémité des tubes du premier faisceau de tubes débouche dans un premier distributeur configuré pour répartir le fluide réfrigérant entre l’ensemble des tubes du premier faisceau de tubes.
[45] Le premier distributeur s’étend transversalement à l’axe des tubes du premier faisceau de tubes.
[46] Le premier distributeur est de forme cylindrique.
[47] Le premier distributeur comprend une entrée de fluide réfrigérant.
[48] Une deuxième extrémité des tubes du premier faisceau de tubes débouche dans un premier collecteur configuré pour rassembler le fluide réfrigérant provenant de l’ensemble des tubes du premier faisceau de tubes.
[49] Le premier collecteur s’étend transversalement à l’axe des tubes du premier faisceau de tubes.
[50] Le premier collecteur est de forme cylindrique.
[51] Le premier collecteur comprend une sortie de fluide réfrigérant.
[52] Le premier collecteur et le premier distributeur s’étendent selon des directions parallèles.
[53] Les tubes du premier faisceau de tubes sont identiques.
[54] Selon un mode de réalisation, l’entrée de fluide réfrigérant et la sortie de fluide réfrigérant sont en vis-à-vis selon une direction perpendiculaire à l’axe du premier distributeur.
[55] Selon un exemple de mise en oeuvre de l’échangeur de chaleur, le premier distributeur est disposé en aval du premier collecteur selon un sens d’écoulement du flux d’air lorsque l’échangeur de chaleur est en position nominale d’installation dans le véhicule.
[56] Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l’échangeur de chaleur, le premier collecteur est disposé en aval du premier distributeur selon un sens d’écoulement du flux d’air lorsque l’échangeur de chaleur est en position nominale d’installation dans le véhicule. [57] Selon un mode de réalisation de l’échangeur de chaleur, la première branche des tubes du premier faisceau de tubes et la deuxième branche des tubes du premier faisceau de tubes ont la même longueur. La longueur de la première branche et de la deuxième branche des tubes du premier faisceau de tubes est par exemple comprise entre 300 millimètres et 600 millimètres.
[58] Selon un autre mode de réalisation de l’échangeur de chaleur, la longueur de la première branche des tubes du premier faisceau de tubes est inférieure à la longueur de la deuxième branche des tubes du premier faisceau de tubes.
[59] La quantité de matière utilisée pour réaliser le premier faisceau de tubes est ainsi diminuée. De plus, une partie des tubes du deuxième faisceau de tubes reçoit directement le flux d’air F, sans aucun tube du premier faisceau disposé en amont. Le cout de revient de l’échangeur peut être diminué sans compromettre son efficacité.
[60] Dans ce cas, la longueur de la première branche des tubes du premier faisceau de tubes est par exemple comprise entre 100 millimètres et 300 millimètres.
La longueur de la deuxième branche des tubes du premier faisceau de tubes est par exemple comprise entre 300 millimètres et 600 millimètres.
[61] Selon un mode de réalisation, les tubes du deuxième faisceau de tubes s’étendent transversalement aux tubes du premier faisceau de tubes.
[62] Les tubes du deuxième faisceau de tubes sont parallèles entre eux.
[63] Les tubes du deuxième faisceau de tubes sont identiques.
[64] La deuxième section d’échange thermique est de forme sensiblement parallélépipédique.
[65] Une première extrémité des tubes du deuxième faisceau de tubes débouche dans un deuxième distributeur configuré pour répartir le liquide caloporteur entre l’ensemble des tubes du deuxième faisceau de tubes.
[66] Le deuxième distributeur s’étend transversalement à l’axe des tubes du deuxième faisceau de tubes.
[67] Le deuxième distributeur comprend une entrée de liquide caloporteur. [68] Une deuxième extrémité des tubes du deuxième faisceau de tubes débouche dans un deuxième collecteur configuré pour rassembler le liquide caloporteur provenant de l’ensemble des tubes du deuxième faisceau de tubes.
[69] Le deuxième collecteur s’étend transversalement à l’axe des tubes du deuxième faisceau de tubes.
[70] Le deuxième collecteur comprend une sortie de liquide caloporteur.
[71] Le pourtour des tubes du deuxième faisceau de tubes possède une section transversale de forme oblongue.
[72] Selon un mode de réalisation, l’échangeur de chaleur comporte un support disposé entre au moins une partie des tubes du deuxième faisceau de tubes et la base d’au moins une partie des tubes du premier faisceau de tubes.
[73] L’échangeur de chaleur peut comporter un support reliant la deuxième section d’échange thermique à la base des tubes du premier faisceau de tubes.
[74] Le support assure un maintien mécanique des bases des tubes de la première section d’échange thermique par rapport à la deuxième section d’échange thermique, ce qui permet d’atténuer la propagation des vibrations du véhicule dans les tubes de la première section d’échange thermique.
[75] Selon un exemple de réalisation de l’échangeur de chaleur, le support possède une conductivité thermique inférieure à la conductivité thermique des tubes du premier faisceau, de préférence inférieure à 10% de la conductivité thermique des tubes du premier faisceau.
[76] Ainsi, le support isole thermiquement la base des tubes de la première section d’échange thermique par rapport à la deuxième section d’échange thermique, en évitant la formation d’un pont thermique.
[77] Le support est par exemple en plastique, notamment en polyamide chargé de fibres de verres (par exemple PA6 chargé de 30% de fibres de verre) ou encore en polypropylène chargé de fibres de verres, (par exemple PP chargé de 30% de fibres de verre.
[78] Le support peut solidariser la deuxième section d’échange thermique avec la base des tubes du premier faisceau de tubes. [79] Selon un exemple de réalisation, la deuxième section d’échange thermique comprend une face disposée en vis-à-vis de la base des tubes du premier faisceau de tubes, et le support relie la base des tubes du premier faisceau de tubes avec la face disposée en vis-à-vis.
[80] Selon un mode de réalisation de l’échangeur de chaleur, le support comprend une paroi étanche reliant la deuxième section d’échange thermique à la base des tubes du premier faisceau de tubes de façon à bloquer une circulation du flux d’air entre la deuxième section d’échange thermique et la base des tubes du premier faisceau de tubes.
[81] La paroi étanche évite que le flux d’air circule dans l’espace compris entre la base des tubes du premier faisceau et la face de la deuxième section d’échange thermique, qui est située en vis-à-vis. La paroi étanche évite ainsi qu’une partie du flux d’air F ressorte de l’échangeur sans échanger de chaleur avec la deuxième section d’échange thermique.
[82] Le support peut avoir une section trapézoïdale.
[83] La petite base du trapèze est en vis-à-vis de la deuxième section d’échange thermique. La grande base est en vis-à-vis de la base des tubes du premier faisceau de tubes.
[84] Ainsi, le support guide vers la deuxième section d’échange thermique le flux d’air s’écoulant à proximité de la base des tubes du premier faisceau de tubes. De plus, l’eau provenant des phases de dégivrage peut aussi être guidée vers le bas de l’échangeur, ce qui favorise l’évacuation de cette eau.
[85] Selon un exemple de réalisation, le support est solidaire de la base de chacun des tubes du premier faisceau de tubes.
[86] Le support assure un maintien mécanique des tubes les uns par rapport aux autres, ce qui limite l’amplitude des vibrations. La robustesse mécanique de l’échangeur de chaleur est améliorée.
[87] Le support est par exemple surmoulé sur la base des tubes du premier faisceau de tubes. [88] En variante, la face de la deuxième section d’échange thermique peut être solidarisée avec la base des tubes de la première section d’échange thermique, notamment par une brasure.
[89] Selon une variante de réalisation, les tubes du deuxième faisceau de tubes s’étendent parallèlement à la première branche des tubes du premier faisceau de tubes.
[90] Cette disposition permet de disposer le deuxième collecteur ou le deuxième distributeur en vis-à-vis de la base des tubes du premier faisceau de tubes. La base des tubes de fluide réfrigérant peut ainsi être fixée au deuxième collecteur, ou au deuxième distributeur. Le support permettant de solidariser la deuxième section d’échange thermique avec la base des tubes du premier faisceau de tubes n’est pas nécessaire.
De plus, l’un parmi le distributeur et le collecteur du deuxième faisceau de tubes peut être aligné avec le collecteur/distributeur de fluide réfrigérant situé en amont. Le flux d’air traversant l’échangeur de chaleur est ainsi moins perturbé, ce qui améliore son efficacité pour un encombrement donné.
Brève description des dessins
[91] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
[92] [Fig. 1 ] est une vue schématique, de côté et en coupe, d’un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de l’invention,
[93] [Fig. 2] est une vue schématique, de face, de l’échangeur de chaleur de la figure 1 ,
[94] [Fig. 3] est une vue schématique, de côté et en coupe, d’un échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
[95] [Fig. 4] est une vue schématique de détail, de côté et en coupe, d’une variante d’un échangeur de chaleur selon l’invention,
[96] [Fig. 5] est une vue schématique partielle, en perspective, d’un échangeur de chaleur selon l’invention. [97] [Fig. 6] est une vue schématique partielle, de dessus, de trois variantes d’un échangeur de chaleur selon l’invention,
[98] [Fig. 7] est une vue schématique partielle d’un tube du premier faisceau de tubes d’un échangeur de chaleur selon l’invention.
Description des modes de réalisation
[99] Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre et on peut interchanger les dénominations.
[100] Dans la description qui suit, le terme " un premier élément en amont d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, d'un fluide. De manière analogue, le terme " un premier élément en aval d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, du fluide considéré.
[101] Le terme « un deuxième élément est placé entre un premier élément et un troisième élément >> signifie que le plus court trajet pour passer du premier élément au troisième élément passe par le deuxième élément.
[102] Quand il est précisé qu'un sous-système comporte un élément donné, cela n'exclut pas la présence d'autres éléments dans ce sous-système.
[103] Le terme «échangeur» est équivalent au terme «échangeur de chaleur » ainsi qu’au terme « échangeur thermique ».
[104] L’échangeur de chaleur 50 qui va être décrit peut être intégré à un système de conditionnement thermique. Le système de conditionnement thermique comprend un circuit de fluide réfrigérant et un circuit de liquide caloporteur. Le circuit de fluide réfrigérant forme un circuit fermé dans lequel peut circuler le fluide réfrigérant. Le circuit de fluide réfrigérant est étanche lorsque celui-ci est dans un état nominal de fonctionnement, c’est-à-dire sans défaut ou fuite. De même, le circuit de liquide caloporteur forme un circuit fermé et étanche dans lequel un liquide caloporteur peut circuler.
[105] Le système de conditionnement thermique comprend un compresseur faisant passer le fluide réfrigérant à un état de haute pression et haute température. Le fluide réfrigérant à haute pression et haute température peut être envoyé vers une première section d’échange thermique 1 de l’échangeur de chaleur 50 où le fluide réfrigérant va céder de la chaleur à un flux d’air F. L’échangeur de chaleur 50 est par exemple disposé dans la face avant du véhicule, et reçoit un flux d’air F extérieur à l’habitacle du véhicule, résultant notamment de l’avancement du véhicule. Le fluide réfrigérant refroidi peut ensuite traverser un détendeur et passer à basse pression, puis s’évaporer dans un deuxième échangeur de chaleur. Le deuxième échangeur de chaleur est par exemple disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule, désignée fréquemment par le terme Anglais « HVAC », pour « Heating, Ventilating and Air Conditioning >>. Le deuxième échangeur de chaleur permet ainsi de refroidir l’habitacle du véhicule. En variante, le deuxième échangeur de chaleur peut être un échangeur de refroidissement couplé thermiquement à une batterie de stockage d’énergie électrique. Le deuxième échangeur permet ainsi de refroidir la batterie, notamment lors des phases de charge rapide.
Selon d’autres modes d’utilisation du système de conditionnement thermique, l’échangeur de chaleur 50 peut recevoir du fluide réfrigérant à basse pression et réaliser l’évaporation du fluide réfrigérant. Les phases de chauffage ou de déshumidification de l’air de l’habitacle correspondent à ces modes d’utilisation.
[106] Le circuit de liquide caloporteur du système de conditionnement thermique permet de refroidir un élément de la chaine de traction électrique du véhicule. L’élément de la chaine de traction électrique peut comprendre une batterie de stockage d’énergie électrique, ou un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule, ou le moteur lui-même. Le liquide caloporteur reçoit ainsi de la chaleur de l’élément de la chaine de traction, et cette chaleur est dissipée au niveau d’une deuxième section d’échange thermique 2 de l’échangeur 50.
[107] On a représenté sur la figure 1 un échangeur de chaleur 50 selon un premier mode de réalisation. L’échangeur de chaleur 50 est par exemple un échangeur de chaleur pour véhicule automobile. Sur les différentes figures, l’axe X correspond à l’axe longitudinal du véhicule, l’axe Y correspond à l’axe transversal, et l’axe Z correspond à l’axe vertical.
[108] L’échangeur de chaleur 50 pour véhicule automobile comporte :
- une première section d’échange thermique 1 configurée pour permettre un échange de chaleur entre un fluide réfrigérant et un flux d’air F, la première section d’échange thermique 1 comprenant un premier faisceau 11 de tubes 3 formant un ensemble de canaux de circulation du fluide réfrigérant configurés pour être disposés dans le flux d’air F,
- une deuxième section d’échange thermique 2 configurée pour permettre un échange de chaleur entre un liquide caloporteur et le flux d’air F, la deuxième section d’échange thermique comprenant un deuxième faisceau 12 de tubes 4 formant un ensemble de canaux de circulation de liquide caloporteur configurés pour être disposés dans le flux d’air F.
Les tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes ont une forme en U comportant une première branche 5 et une deuxième branche 7 reliées par une base 6.
La première branche 5 est disposée en amont de la deuxième branche 7 selon un sens d’écoulement du flux d’air F, et le deuxième faisceau de tubes 12 est disposé entre la première branche 5 et la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau de tubes 1 selon le sens d’écoulement du flux d’air F.
[109] La forme en U des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes 3 permet d’augmenter la longueur participant aux échanges thermiques de la première section d’échange thermique, tout en limitant la surface frontale de l’échangeur 50. De plus, une portion des tubes, formant la première branche 5, reçoit directement de l’air ambiant n’ayant pas été réchauffé par un autre échangeur de chaleur, ce qui augmente l’efficacité de l’échange thermique. La deuxième section d’échange thermique 2 est disposée dans le volume libre formé par l’espacement des branches 5,7 de chacun des tubes 3 en U du premier faisceau 1 1 de tubes. La présence de la deuxième section d’échange thermique 2 ne modifie pas le volume extérieur de l’échangeur de chaleur 50. L’échangeur de chaleur 50 possède ainsi une forme très compacte et optimisée thermiquement.
[110] De plus, la première branche 5 des tubes 3 est disposée, par rapport à la circulation du flux d’air F, en amont de la deuxième section d’échange thermique 2, qui est elle-même disposée en amont de la deuxième branche 7 des tubes 3 de la première section d’échange thermique 1 . Chaque tube, ou portion de tube, reçoit ainsi un flux d’air possédant une température adaptée à la température du fluide circulant à l’intérieur de ce tube. Autrement dit, la première branche 5 de la première section d’échange thermique 1 reçoit un flux d’air ambiant frais qui n’a pas été échauffé par un passage dans un échangeur thermique, ce qui augmente son efficacité pour l’échange thermique. Le flux d’air sortant de la première branche 5 de la première section d’échange thermique 1 possède une température suffisamment faible pour garantir une bonne efficacité d’échange avec le fluide circulant dans la deuxième section d’échange thermique 2. De même, le flux d’air échauffé par son passage dans la deuxième section d’échange thermique 2 a encore une température suffisamment faible pour garantir une bonne efficacité d’échange avec le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième branche 7 de la première section d’échange thermique 1 . L’efficacité de l’échangeur de chaleur 50, pour un encombrement donné, est ainsi optimisée.
[111] On entend par le fait que les tubes du premier faisceau 1 1 ont une forme en U que les tubes comprennent une première portion rectiligne, dite première branche 5, reliée fluidiquement à une deuxième portion rectiligne, dite deuxième branche 7, par une portion intermédiaire dite base 6. La première branche 5 et la deuxième branche 7 s’étendent parallèlement en vis-à-vis l’une de l’autre. La portion intermédiaire 6 s’étend transversalement à la première branche 5 et à la deuxième branche 7. La portion intermédiaire est ici rectiligne. La première branche 5, la deuxième branche 7 et la portion intermédiaire 6 sont disposées dans un même plan.
Selon une variante non représentée, la portion intermédiaire peut avoir une forme courbe. [112] Le deuxième faisceau de tubes 12 est disposé en aval de la première branche des tubes 3 du premier faisceau 1 1 et en amont de la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 .
[113] Selon un mode de fonctionnement de l’échangeur de chaleur 50, la première section d’échange thermique 1 fonctionne en condenseur du fluide réfrigérant.
[114] Selon ce mode de fonctionnement de l’échangeur 50, le fluide réfrigérant circulant dans la première section d’échange thermique 1 cède de la chaleur au flux d’air F. Il en est de même lorsque le fluide réfrigérant utilisé est dans un état supercritique. Dans ce cas, l’échangeur 50 fonctionne en refroidisseur du fluide réfrigérant, sans qu’il y ait condensation. Un tel fonctionnement se produit par exemple lorsque le fluide réfrigérant employé est le R744.
[115] Selon ce mode de fonctionnement en condenseur et ou en refroidisseur, le fluide réfrigérant circule depuis la deuxième branche 7 des tubes 3 vers la première branche 5 des tubes 3. Autrement dit, le fluide réfrigérant le plus chaud arrive dans la première section d’échange thermique 1 par la portion des tubes disposée la plus en aval selon la circulation du flux d’air F.
[116] Selon un autre mode de fonctionnement de l’échangeur de chaleur 50, la première section d’échange thermique 1 fonctionne en évaporateur du fluide réfrigérant.
[117] Selon ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circulant dans la première section d’échange thermique 1 reçoit de la chaleur du flux d’air F. Ce mode de fonctionnement correspond par exemple au mode pompe à chaleur.
[118] Selon ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule depuis la première branche 5 des tubes 3 vers la deuxième branche 7 des tubes 3. Autrement dit, le fluide réfrigérant arrive dans la première section d’échange thermique 1 par la portion des tubes située la plus en amont selon la circulation du flux d’air F. De préférence, le sens de circulation du fluide réfrigérant est inversé suivant que l’échangeur 50 fonctionne en condenseur ou en évaporateur. Cette inversion de sens de circulation en fonction du mode de fonctionnement dans lequel l’échangeur de chaleur est utilisé est optionnelle. [119] Selon un exemple de mise en oeuvre de l’échangeur de chaleur 50, le flux d’air F est un flux d’air extérieur au véhicule. Dans ce cas, l’échangeur 50 est par exemple disposé en face avant du véhicule, derrière la calandre.
[120] Selon un autre exemple de mise en oeuvre de l’échangeur de chaleur 50, le flux d’air F est un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule. L’échangeur 50 est alors disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule.
[121] Dans une application de l’échangeur de chaleur 50, le fluide réfrigérant peut être un fluide chimique, comme du R1234yf, ou du R134a. Dans une autre application de l’échangeur de chaleur, le fluide réfrigérant peut être du R744 ou du R290.
[122] Le fluide réfrigérant circule en parallèle dans les tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes.
[123] D’une manière similaire, le liquide caloporteur circule en parallèle dans les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes. Le liquide caloporteur peut être un mélange d’eau et de glycol.
[124] La figure 5 illustre la première section d’échange thermique 1 et la deuxième section d’échange thermique 2 prises isolément. Autrement dit, la deuxième section d’échange thermique 2 et la première section d’échange thermique 1 ont été décalées le long de l’axe transversal Y de façon à être plus facilement distinguables. Comme schématisé sur cette figure, chaque tube 3 du premier faisceau 11 de tubes s’étend dans un plan P1 .
Les tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes sont disposés dans des plans parallèles. Sur la figure 5, neuf tubes 3 sont représentés. Plus généralement, le premier faisceau 1 1 peut comporter un nombre quelconque de tubes 3.
[125] Les tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes sont alignés selon une direction D perpendiculaire au plan des tubes.
[126] Les tubes 3 du premier faisceau 1 1 peuvent être notamment en aluminium, ou en cuivre. De même, les tubes 4 du deuxième faisceau 12 peuvent être par exemple en aluminium ou en cuivre. [127] Selon l’exemple illustré, le deuxième faisceau 12 de tubes 4 s’étend dans entre deux plans parallèles P2, P24, ces deux plans étant perpendiculaires au plan des tubes 3 du premier faisceau 1 . Le plan P2 est représenté sur la figure 6, qui est une vue schématique de dessus de l’échangeur de chaleur 50.
[128] L’échangeur de chaleur 50 possède ainsi une forme compacte, la deuxième section d’échange thermique 2 remplissant l’espace laissé libre entre l’ensemble des premières branches 5 des tubes 3 de la première section d’échange thermique
I et l’ensemble des deuxièmes branches 7 des tubes 3.
[129] Comme on peut le voir particulièrement sur la figure 2, la première branche 5 d’un tube 3 du premier faisceau 1 1 de tubes est reliée à la première branche d’un tube consécutif par un premier ensemble d’ailettes 23. Autrement dit, deux tubes voisins du premier faisceau 1 1 de tubes sont reliés par un ensemble d’ailettes 23.
[130] D’une façon analogue, la deuxième branche 7 d’un tube 3 du premier faisceau
I I de tubes est reliée à la deuxième branche d’un tube consécutif par un deuxième ensemble d’ailettes 24.
[131] Les ailettes 23, 24 améliorent le transfert thermique entre le flux d’air F et le fluide réfrigérant circulant dans les tubes 3 de la première section d’échange thermique 1 .
[132] Les ailettes 23, 24 comportent des fentes 25 de passage du flux d’air F. Les fentes 25 améliorent le transfert thermique entre le flux d’air F et les ailettes 23, 24.
[133] D’une façon similaire, un tube 4 du deuxième faisceau 12 de tubes est relié au tube voisin par un ensemble d’ailettes 32. Ces ailettes améliorent le transfert thermique entre le flux d’air F et le liquide caloporteur circulant dans la deuxième section échange thermique 2. Sur la figure 2, seule une partie du premier faisceau 1 1 de tubes a été représentée, de façon à rendre visible une partie de la deuxième section d’échange thermique 2.
[134] La base 6 d’un tube 3 du premier faisceau 1 1 de tubes est espacée de la base d’un tube 3 consécutif. Autrement dit, les bases des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes sont espacées les unes des autres. L’espace libre entre les bases 6 de deux tubes consécutifs peut être constant. [135] Lorsque la première section d’échange thermique 1 fonctionne en évaporateur alors que la température extérieure est inférieure à 0°C ou proche de 0°C, de la glace peut se former sur au moins une partie des tubes du faisceau 11 de tubes. Lorsque la glace fond, l’eau coule le long des tubes 3 jusqu’à la base 6 des tubes. L’écartement existant entre deux tubes 3 voisins permet à l’eau de s’écouler, et évite l’accumulation d’eau au niveau de la base 6 des tubes. Le risque de givrer à nouveau la première section d’échange thermique 1 est ainsi réduit.
[136] Le pourtour extérieur des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes possède une section transversale de forme oblongue. Les tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes sont par exemple des tubes à micro-canaux. Autrement dit, chaque tube 3 comprend une pluralité de canaux parallèles. Les tubes à micro-canaux sont formés par extrusion, puis mis en forme de manière à obtenir la forme en U souhaitée. Le pourtour extérieur des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes possède une section transversale de forme oblongue, définissant un grand axe a et un petit axe b. Le grand axe a de la première branche 5 des tubes est parallèle au flux d’air F. Le grand axe de la deuxième branche 7 des tubes 3 est aussi parallèle au flux d’air F. La figure 7 détaille de manière schématique la forme extérieure des tubes 3. Sur cette figure, les micro-canaux n’ont pas été représentés.
[137] Les tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes peuvent être vrillés au voisinage d’une jonction 35 entre la première branche 5 et la base 6. De même, les tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes peuvent être vrillés au voisinage d’une jonction 36 entre la base 6 et la deuxième branche 7. Autrement dit, le grand axe a d’une section transversale d’un tube 3 tourne progressivement de 90° autour de l’axe d’extension D5 de la première branche 5 d’un tube 3 dans la zone de jonction 35 entre la première branche 5 et la base 6. Cette déformation du tube permet de réaliser la forme en U sans déformer exagérément la matière des tubes.
[138] Dans ce mode de réalisation, le grand axe a de la base 6 des tubes 3 est perpendiculaire au flux d’air F.
[139] Selon un exemple de mise en oeuvre de l’échangeur de chaleur 50, la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes définit un coté inférieur de l’échangeur de chaleur 50 lorsque l’échangeur de chaleur 50 est en position nominale d’installation dans le véhicule. Autrement dit, la base 6 s’étend dans un plan parallèle au plan X, Y. Les différentes figures représentent l’échangeur 50 orienté ainsi.
[140] La première branche 5 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes s’étend selon un axe vertical Z lorsque l’échangeur de chaleur 50 est en position nominale d’installation dans le véhicule.
[141] Cette configuration est favorable à l’évacuation de l’eau provenant du dégivrage de l’échangeur de chaleur, lorsqu’un dépôt de glace accumulé sur la surface de la première section d’échange thermique fond. En effet, l’eau liquide peut couler le long des tubes sans rencontrer d’obstacle pouvant créer une retenue.
[142] Selon un autre exemple de mise en oeuvre, non représenté, la première branche 5 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes s’étend selon un axe horizontal lorsque l’échangeur de chaleur 50 est en position nominale d’installation dans le véhicule. Cet axe horizontal est par exemple l’axe transversal Y du véhicule. La base 6 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 définit alors un coté latéral de l’échangeur de chaleur 50 lorsque l’échangeur de chaleur 50 est en position nominale d’installation dans le véhicule. Autrement dit, la base 6 s’étend alors dans un plan parallèle au plan Y, Z. Cette configuration est particulièrement adaptée aux applications dans lesquelles le véhicule possède une face avant de faible hauteur et de grande largeur.
[143] Comme illustré sur la figure 5, une première extrémité 15 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes débouche dans un premier distributeur 9 configuré pour répartir le fluide réfrigérant entre l’ensemble des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes. Le premier distributeur 9 s’étend transversalement à l’axe des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
[144] Le premier distributeur 9 est par exemple de forme cylindrique. Le premier distributeur 9 comprend une entrée 13 de fluide réfrigérant.
[145] Une deuxième extrémité 16 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes débouche dans un premier collecteur 10 configuré pour rassembler le fluide réfrigérant provenant de l’ensemble des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes. Le premier collecteur 10 s’étend transversalement à l’axe des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes. [146] Le premier collecteur 10 est par exemple de forme cylindrique. Le premier collecteur 10 comprend une sortie 14 de fluide réfrigérant.
[147] Le premier collecteur 10 et le premier distributeur 9 s’étendent selon des directions parallèles.
[148] Les tubes 3 sont liés de manière étanche au premier distributeur 9 au niveau de leur première extrémité 15. De même, les tubes 3 sont liés de manière étanche au premier collecteur 10 au niveau de leur deuxième extrémité 16. Les tubes 3 sont par exemple brasés au premier distributeur 9 ainsi qu’au premier collecteur 10.
[149] Dans l’exemple illustré, notamment à la figure 5, les tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes sont identiques.
[150] L’ entrée de fluide réfrigérant 13 et la sortie de fluide réfrigérant 14 peuvent être disposées l’une par rapport à l’autre de différentes manières. La figure 6 illustre schématiquement plusieurs configurations possibles.
[151] Selon les exemples illustrés, l’entrée de fluide réfrigérant 13 et la sortie de fluide réfrigérant 14 sont en vis-à-vis selon une direction perpendiculaire à l’axe du premier distributeur 9. Autrement dit, l’entrée 13 et la sortie 14 de fluide réfrigérant sont disposées sur un même bord latéral de l’échangeur 50.
Selon des variantes non illustrées, l’entrée de fluide réfrigérant 13 et la sortie de fluide réfrigérant 14 peuvent être disposés sur des bords latéraux opposés selon l’axe du premier distributeur 9.
L’entrée de fluide réfrigérant 13 et la sortie de fluide réfrigérant 14 peuvent aussi être disposés à proximité du milieu du premier distributeur 9 et du premier collecteur 10, selon leur direction principale d’extension. Une telle disposition peut permettre de réduire les pertes de charge du réfrigérant et d’amélioration la distribution du réfrigérant. En effet, la distance entre l’entrée de fluide réfrigérant et le tube le plus éloigné est ainsi réduite. Il en est de même pour la distance entre la sortie de fluide réfrigérant et la sortie la plus éloignée.
[152] On notera que l’entrée 13 et la sortie 14 de fluide réfrigérant ne sont pas définies de manière intrinsèque à l’échangeur 50, mais peuvent changer suivant le mode de circulation du fluide réfrigérant au sein du système de conditionnement thermique dans lequel l’échangeur est intégré. En d’autres termes, ce qui correspond à une entrée 13 de fluide réfrigérant dans un mode de fonctionnement peut devenir une sortie 14 de fluide réfrigérant dans un autre mode de fonctionnement. En effet, une fois l’échangeur de chaleur 50 intégré dans un système de conditionnement thermique, le sens de circulation du fluide réfrigérant est imposé par un ensemble de vannes pouvant être sélectivement ouvertes ou fermées. En commandant les différentes vannes, le sens de circulation du fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique 1 peut être inversé. Il est ainsi possible de modifier le sens de circulation du fluide réfrigérant en fonction du mode de fonctionnement souhaité, par exemple en condenseur ou en évaporateur.
[153] Selon un exemple de mise en oeuvre de l’échangeur de chaleur 50, illustré sur la partie A de la figure 6, le premier distributeur 9 est disposé en aval du premier collecteur 10 selon un sens d’écoulement du flux d’air F lorsque l’échangeur de chaleur 50 est en position nominale d’installation dans le véhicule. Cette configuration est de préférence employée lorsque l’échangeur de chaleur 50 fonctionne en condenseur ou en refroidisseur de gaz. Autrement dit, dans ce mode de fonctionnement, l’entrée de fluide réfrigérant est du côté de la première branche 5 des tubes 3 située la plus en amont selon le sens d’écoulement du flux d’air.
[154] Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l’échangeur de chaleur 50, schématisé sur la partie B de la figure 6, le premier collecteur 10 est disposé en aval du premier distributeur 9 selon un sens d’écoulement du flux d’air F lorsque l’échangeur de chaleur 50 est en position nominale d’installation dans le véhicule. Cette configuration est de préférence employée lorsque l’échangeur de chaleur 50 fonctionne en évaporateur, pour le mode pompe à chaleur notamment. Autrement dit, dans ce mode de fonctionnement, l’entrée de fluide réfrigérant est du côté de la deuxième branche 7 des tubes 3, située la plus en aval selon le sens d’écoulement du flux d’air.
[155] Dans le premier mode de réalisation, illustré notamment sur la figure 1 et la figure 2, la première branche 5 et la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau 11 ont sensiblement la même longueur. Cette longueur est par exemple comprise entre 300 millimètres et 600 millimètres. Les tubes 4 du deuxième faisceau 12 s’étendent, le long de l’axe Z, le long de toute la longueur de la première branche 5 et de la deuxième branche 7. En d’autres termes, la totalité du deuxième faisceau de tubes 12 est disposée entre la première branche 5 et la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau de tubes 1 selon le sens d’écoulement du flux d’air F.
[156] La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation de l’échangeur de chaleur 50. Dans ce mode de réalisation, la longueur L1 de la première branche 5 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes est inférieure à la longueur L2 de la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes. Autrement dit, seule une partie des tubes 4 de la deuxième section d’échange thermique 2 est en vis à vis de la première branche 5 des tubes 3 de la première section d’échange thermique 1.
[157] La quantité de matière utilisée pour réaliser le premier faisceau 1 1 de tubes est ainsi diminuée. De plus, une partie des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes reçoit directement le flux d’air F, sans aucun tube du premier faisceau 1 1 disposé en amont. Cette partie des tubes 4 est donc particulièrement efficace en termes d’échange thermique. Le cout de revient de l’échangeur 50 peut être diminué sans compromettre son efficacité.
[158] Dans ce cas, la longueur L1 de la première branche 5 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes 3 est par exemple comprise entre 100 millimètres et 300 millimètres. La longueur L2 de la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes 3 est par exemple comprise entre 300 millimètres et 600 millimètres.
[159] Selon l’exemple de réalisation illustré sur les figures, les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes s’étendent transversalement aux tubes 3 du premier faisceau
1 1 de tubes. Les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes sont parallèles entre eux. Les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes sont par exemple identiques. Comme illustré schématiquement sur la figure 5, les tubes 4 du deuxième faisceau
12 de tubes s’étendent selon l’axe transversal Y.
[160] La deuxième section d’échange thermique 2 est de forme sensiblement parallélépipédique.
[161] Un jeu est présent, selon la direction longitudinale X, entre la première branche 5 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 et les tubes 4 du deuxième faisceau 12. De même, un jeu est présent, selon cette même direction longitudinale X, entre les tubes 4 du deuxième faisceau 12 et la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 .
[162] Une première extrémité 17 des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes débouche dans un deuxième distributeur 19 configuré pour répartir le liquide caloporteur entre l’ensemble des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes. Le deuxième distributeur 19 s’étend transversalement à l’axe des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes. Le deuxième distributeur 19 comprend une entrée 21 de liquide caloporteur.
[163] Une deuxième extrémité 18 des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes débouche dans un deuxième collecteur 20 configuré pour rassembler le liquide caloporteur provenant de l’ensemble des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes. La deuxième extrémité des tubes 4 et le deuxième collecteur 20 ne sont pas visibles sur la figure 2, car disposés en arrière de la première branche 5 des tubes 3 représentés.
[164] Les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes sont liés de manière étanche au deuxième distributeur 19 au niveau de leur première extrémité 17. De même, les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes sont liés de manière étanche au deuxième collecteur 20 au niveau de leur deuxième extrémité 18. Les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes sont par exemple brasés au deuxième distributeur 19 ainsi qu’au deuxième collecteur 20.
[165] Le deuxième collecteur 20 s’étend transversalement à l’axe des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes. Le deuxième collecteur 20 comprend une sortie 22 de liquide caloporteur. Le deuxième collecteur 20 et le deuxième distributeur 19 s’étendent selon l’axe vertical Z.
[166] La position relative de l’entrée 21 et de la sortie 22 de liquide caloporteur peut varier, selon différents exemples de réalisation. Sur l’exemple de la figure 5, de la figure 2 et de la partie C de la figure 6, l’entrée de liquide caloporteur 21 et la sortie de liquide caloporteur 22 sont disposées sur des cotés latéraux opposés de l’échangeur de chaleur 50. Sur l’exemple de la partie A et de la partie B de la figure 6, l’entrée 21 et la sortie 22 sont sur le même coté latéral. La circulation du liquide caloporteur dans le collecteur et le distributeur est adaptée en conséquence.
[167] Le pourtour des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes possède une section transversale de forme oblongue.
[168] La figure 4 décrit une variante de réalisation dans lequel l’échangeur de chaleur 50 comporte un support 30 disposé entre au moins une partie des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes et la base 6 d’au moins une partie des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
[169] Sur l’exemple représenté, l’échangeur de chaleur 50 comporte un support 30 reliant la deuxième section d’échange thermique 2 à la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
[170] Le support 30 assure un maintien mécanique des bases 6 des tubes 3 de la première section d’échange thermique 1 par rapport à la deuxième section d’échange thermique 2, ce qui permet d’atténuer la propagation des vibrations du véhicule dans les tubes 3 de la première section d’échange thermique 1 .
[171] Le support 30 possède une conductivité thermique inférieure à la conductivité thermique des tubes 3 du premier faisceau 11 , de préférence inférieure à 10% de la conductivité thermique des tubes 3 du premier faisceau 11 .
[172] Ainsi, le support 30 isole thermiquement la base 6 des tubes 3 de la première section d’échange thermique 1 par rapport à la deuxième section d’échange thermique, en évitant la formation d’un pont thermique.
[173] Le support 30 est par exemple en plastique, notamment en polyamide chargé de fibres de verres (par exemple PA6 chargé de 30% de fibres de verre) ou encore en polypropylène chargé de fibres de verres, (par exemple PP chargé de 30% de fibres de verre.
[174] Le support 30 peut solidariser la deuxième section d’échange thermique 2 avec la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
[175] Sur l’exemple illustré à la figure 6, la deuxième section d’échange thermique 2 comprend une face 26 disposée en vis-à-vis de la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes, et le support 30 relie la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes avec la face 26 disposée en vis-à-vis.
[176] Le support 30 comprend ici une paroi étanche 27 reliant la deuxième section d’échange thermique 2 à la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes de façon à bloquer une circulation du flux d’air F entre la deuxième section d’échange thermique 2 et la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes.
[177] La paroi étanche 27 évite que le flux d’air circule dans l’espace compris entre la base des tubes 3 du premier faisceau 11 et la face 26 de la deuxième section d’échange thermique, qui est située en vis-à-vis. La paroi étanche 27 évite ainsi qu’une partie du flux d’air F ressorte de l’échangeur 1 sans échanger de chaleur avec la deuxième section d’échange thermique 2.
[178] Le support 30 a ici une section trapézoïdale. La petite base 28 du trapèze est en vis-à-vis de la deuxième section d’échange thermique 2. La grande base 29 est en vis-à-vis de la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes.
[179] Ainsi, le support 30 guide vers la deuxième section d’échange thermique 2 le flux d’air F s’écoulant à proximité de la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes. De plus, l’eau provenant des phases de dégivrage peut aussi être guidée vers le bas de l’échangeur 50 par la paroi étanche 27, ce qui favorise l’évacuation de cette eau.
[180] Selon un exemple de réalisation, le support 30 est solidaire de la base 6 de chacun des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes.
[181] Le support 30 assure un maintien mécanique des tubes 3 les uns par rapport aux autres, ce qui limite l’amplitude des vibrations. La robustesse mécanique de l’échangeur de chaleur 50 est améliorée.
[182] Le support 30 est par exemple surmoulé sur la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes.
[183] Selon une variante non représentée, la face 26 de la deuxième section d’échange thermique 2 peut être solidarisée avec la base 6 des tubes 3 de la première section d’échange thermique 1 , notamment par une brasure. Dans ce cas, le support 30 n’est pas présent. Aucun jeu le long de l’axe Z n’est présent entre la face 26 de la deuxième section d’échange thermique 2 et la base 6 des tubes 3 de la première section d’échange thermique 1 .
[184] Selon encore une variante de réalisation, les tubes 4 du deuxième faisceau
12 de tubes s’étendent parallèlement à la première branche 5 des tubes 3 du premier faisceau 1 1 de tubes.
Cette disposition permet de disposer le deuxième collecteur 20 ou le deuxième distributeur 19 en vis-à-vis de la base 6 des tubes 4 du premier faisceau 1 1 de tubes. La base 6 des tubes de fluide réfrigérant peut ainsi être fixée au deuxième collecteur 20, ou au deuxième distributeur 19, afin d’assurer un maintien des tubes en U du faisceau 1 1 de tubes de la première section d’échange thermique 1 .
[185] Les tubes 3 du premier faisceau 1 1 de fluide réfrigérant pouvant être soit horizontaux soit verticaux, et les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de liquide caloporteur pouvant eux aussi être soit horizontaux soit verticaux, quatre dispositions sont possibles.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Echangeur de chaleur (50) pour véhicule automobile, comportant :
- une première section d’échange thermique (1 ) configurée pour permettre un échange de chaleur entre un fluide réfrigérant et un flux d’air (F), la première section d’échange thermique (1 ) comprenant un premier faisceau (1 1 ) de tubes (3) formant un ensemble de canaux de circulation du fluide réfrigérant configurés pour être disposés dans le flux d’air (F),
- une deuxième section d’échange thermique (2) configurée pour permettre un échange de chaleur entre un liquide caloporteur et le flux d’air (F), la deuxième section d’échange thermique comprenant un deuxième faisceau (12) de tubes (4) formant un ensemble de canaux de circulation de liquide caloporteur configurés pour être disposés dans le flux d’air (F), dans lequel les tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes ont une forme en U comportant une première branche (5) et une deuxième branche (7) reliées par une base (6), dans lequel la première branche (5) est disposée en amont de la deuxième branche (7) selon un sens d’écoulement du flux d’air (F), et dans lequel le deuxième faisceau de tubes (12) est disposé entre la première branche (5) et la deuxième branche (7) des tubes (3) du premier faisceau de tubes (1 ) selon le sens d’écoulement du flux d’air (F).
[Revendication 2] Echangeur de chaleur (50) selon la revendication 1 , dans lequel chaque tube (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes s’étend dans un plan, dans lequel les tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes sont disposés dans des plans parallèles, et dans lequel les tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes sont alignés selon une direction (D) perpendiculaire au plan des tubes.
[Revendication 3] Echangeur de chaleur (50) selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième faisceau (12) de tubes (4) s’étend entre deux plans parallèles (P2, P2’), ces deux plans (P2, P2’) étant perpendiculaires au plan des tubes (3) du premier faisceau (1 ).
[Revendication 4] Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la base (6) d’un tube (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes est espacée de la base d’un tube (3) consécutif.
[Revendication 5] Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le pourtour extérieur des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes possède une section transversale de forme oblongue, définissant un grand axe et un petit axe, dans lequel le grand axe de la première branche (5) des tubes est parallèle au flux d’air (F), dans lequel le grand axe de la deuxième branche (7) des tubes (3) est parallèle au flux d’air (F), et dans lequel le grand axe de la base (6) des tubes (3) est perpendiculaire au flux d’air (F).
[Revendication 6] Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la base (6) des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes définit un coté inférieur de l’échangeur de chaleur (50) lorsque l’échangeur de chaleur (50) est en position nominale d’installation dans le véhicule, et dans lequel la première branche (5) des tubes (3) du premier faisceau (11 ) de tubes s’étend selon un axe vertical (Z) lorsque l’échangeur de chaleur (50) est en position nominale d’installation dans le véhicule.
[Revendication 7] Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la base (6) des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes définit un coté latéral de l’échangeur de chaleur (50) lorsque l’échangeur de chaleur (50) est en position nominale d’installation dans le véhicule, et dans lequel la première branche (5) des tubes (3) du premier faisceau (11 ) de tubes s’étend selon un axe horizontal lorsque l’échangeur de chaleur (50) est en position nominale d’installation dans le véhicule.
[Revendication 8] Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel une première extrémité (15) des tubes (3) du premier faisceau (11 ) de tubes débouche dans un premier distributeur (9) configuré pour répartir le fluide réfrigérant entre l’ensemble des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes, dans lequel une deuxième extrémité (16) des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes débouche dans un premier collecteur (10) configuré pour rassembler le fluide réfrigérant provenant de l’ensemble des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes, et dans lequel le premier distributeur (9) est disposé en aval du premier collecteur
(10) selon un sens d’écoulement du flux d’air (F) lorsque l’échangeur de chaleur (50) est en position nominale d’installation dans le véhicule.
[Revendication 9] Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel une première extrémité (15) des tubes (3) du premier faisceau (11 ) de tubes débouche dans un premier distributeur (9) configuré pour répartir le fluide réfrigérant entre l’ensemble des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes, dans lequel une deuxième extrémité (16) des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes débouche dans un premier collecteur (10) configuré pour rassembler le fluide réfrigérant provenant de l’ensemble des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes, et dans lequel le premier collecteur (10) est disposé en aval du premier distributeur (9) selon un sens d’écoulement du flux d’air (F) lorsque l’échangeur de chaleur (50) est en position nominale d’installation dans le véhicule.
[Revendication 10] Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la longueur (L1 ) de la première branche (5) des tubes (3) du premier faisceau (11 ) de tubes est inférieure à la longueur (L2) de la deuxième branche (7) des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes.
[Revendication 11] Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications précédentes, comportant un support (30) reliant la deuxième section d’échange thermique (2) à la base (6) des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes.
[Revendication 12] Echangeur de chaleur (50) selon la revendication précédente, dans lequel le support (30) possède une conductivité thermique inférieure à la conductivité thermique des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ), de préférence inférieure à 10% de la conductivité thermique des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ).
[Revendication 13] Echangeur de chaleur (50) selon la revendication 11 ou 12, dans lequel le support (30) comprend une paroi étanche (27) reliant la deuxième section d’échange thermique (2) à la base (6) des tubes (3) du premier faisceau
(1 1 ) de tubes de façon à bloquer une circulation du flux d’air (F) entre la deuxième section d’échange thermique (2) et la base (6) des tubes (3) du premier faisceau (1 1 ) de tubes.
[Revendication 14] Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel les tubes (4) du deuxième faisceau (12) de tubes s’étendent transversalement aux tubes (3) du premier faisceau (11 ) de tubes.
[Revendication 15] Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel les tubes (4) du deuxième faisceau (12) de tubes s’étendent parallèlement à la première branche (5) des tubes (3) du premier faisceau (11 ) de tubes.
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