FR2913764A1 - Echangeur de chaleur et ensemble integre incorporant un tel echangeur - Google Patents

Abstract

L'invention propose un échangeur de chaleur (1), pour circuit de climatisation, comprenant au moins un tube (5) délimitant un parcours pour la circulation d'un premier fluide et d'un deuxième fluide, le tube étant enroulé autour d'un axe de manière à définir des enroulements successifs, lesquels enroulements sont étroitement serrés entre eux de manière à délimiter des canaux dits secondaires (54) étanches pour la circulation du deuxième fluide, lesdits canaux secondaires (54) se situant entre des zones saillantes dudit tube (5), ledit tube (5) présentant des canaux dits principaux (52) au niveau des zones saillantes, destinés à être traversés par le premier fluide. Application notamment aux circuits de climatisation pour véhicules automobiles.

Description

Echangeur de chaleur et ensemble intégré incorporant un tel échangeur

L'invention se rapporte à un échangeur de chaleur, notamment à un échangeur interne pour un circuit de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant supercritique, comme le dioxyde de carbone (CO2).

L'invention concerne également un ensemble intégré destiné à un tel circuit.

Dans les circuits de climatisation connus de ce type, le fluide réfrigérant supercritique reste essentiellement à 15 l'état gazeux et sous une pression très élevée.

Un tel circuit comprend généralement un compresseur, un refroidisseur de gaz, un échangeur interne, un détendeur, un évaporateur et un accumulateur. Le compresseur fait 20 passer le fluide réfrigérant à haute pression avant de l'envoyer au refroidisseur de gaz où il est refroidi. Le fluide passe ensuite dans une première partie de l'échangeur interne, puis est détendu par le détendeur. Le fluide à basse pression détendu passe ensuite à travers 25 l'évaporateur, puis traverse l'accumulateur avant de passer dans une deuxième partie de l'échangeur interne. Le fluide retourne ensuite vers le compresseur.

Dans l'échangeur interne, le fluide chaud à haute pression 30 de la première partie de l'échangeur de chaleur échange de la chaleur avec le fluide froid à basse pression de la deuxième partie.

L'accumulateur est prévu en sortie de l'évaporateur pour 35 stocker l'excédent de liquide qui sort de l'évaporateur. L'accumulateur se présente généralement sous la forme d'un réservoir adapté pour séparer la partie liquide du fluide

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réfrigérant de la partie gazeuse. L'accumulateur envoie la partie gazeuse du fluide réfrigérant à basse température vers le compresseur après avoir traversé l'échangeur interne.

Parmi les échangeurs internes classiquement utilisés, la solution la plus courante consiste à utiliser deux tubes plats brasés l'un à l'autre avec à leurs extrémités des collecteurs distincts pour les entrées et les sorties de fluide. Cette solution présente l'inconvénient de nécessiter l'ajout de matériaux de soudage sur les tubes et génère un encombrement important.

D'autres échangeurs internes connus, comme par exemple JP 2003-121086 et JP2003-202197, utilisent un tube profilé extrudé dans lequel sont ménagées deux rangées de canaux, l'une pour la circulation du fluide chaud, à haute pression, et l'autre pour la circulation du fluide froid, à basse pression. Les collecteurs sont raccordés aux tubes au moyen de fentes aménagées sur un côté du tube. Cette solution génère un encombrement qui reste très important.

Un tel circuit de climatisation nécessite un grand nombre de composants et de connexions, ce qui complique sa fabrication, augmente son coût et son encombrement. Par ailleurs, il est sujet à des risques de fuites, compte tenu en particulier de la pression élevée du fluide réfrigérant à l'état gazeux.

Pour minimiser le nombre de composants et leur connexion, ainsi que l'encombrement général du circuit de climatisation, d'autres solutions ont proposé l'intégration ou la combinaison de certains des composants du circuit.

Ainsi, les brevets US 6 523 365 et US 2000-0 752 419 divulguent un ensemble intégré comprenant un accumulateur et un échangeur interne disposés de manière coaxiale.

L'échangeur de chaleur interne a une forme générale de spirale et est composé de deux tubes enroulés, l'un pour la circulation du fluide chaud et l'autre pour la circulation du fluide froid.

On connaît également d'après FR 2 752 921 un ensemble intégré comportant un accumulateur horizontal et un échangeur interne ayant une forme générale de spirale. Un écartement est prévu entre les enroulements de l'échangeur interne pour permettre la circulation du fluide froid, tandis que le fluide chaud circule à l'intérieur du tube enroulé en spirale.

Les solutions précédentes nécessitent de prévoir un espace entre chaque enroulement pour créer le canal du fluide à basse pression. Elles génèrent par conséquent un encombrement diamétral important.

Dans le brevet US 2005/0103046, un ensemble intégré qui remédie aux problèmes de l'encombrement diamétral est proposé. L'ensemble intégré comporte un cylindre externe et un cylindre interne aménagé à l'intérieur du cylindre externe, ainsi qu'un accumulateur. Le cylindre interne se présente sous la forme d'un tube plat enroulé muni de micro canaux pour la circulation de fluide à haute pression.

Cette solution présente l'inconvénient de générer un encombrement longitudinal important.

L'invention vient améliorer la situation en proposant un échangeur de chaleur pour circuit de climatisation, comprenant au moins un tube délimitant un parcours pour la circulation d'un premier fluide et d'un deuxième fluide, le tube étant enroulé autour d'un axe de manière à définir des enroulements successifs.

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Selon l'invention, il est prévu que les enroulements successifs du tube sont étroitement serrés entre eux de manière à délimiter des canaux dits secondaires étanches pour la circulation du deuxième fluide, lesdits canaux secondaires se situant entre des zones saillantes dudit tube, et que ledit tube présente des canaux dits principaux au niveau des zones saillantes, destinés à être traversés par le premier fluide.

Des caractéristiques optionnelles de l'échangeur de chaleur selon l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après:

- Le tube comporte un profil et le profil du tube comporte sur l'une de ses faces des nervures formées par les canaux principaux et des rainures entre les canaux principaux, tandis que l'autre face est sensiblement plane, et chaque canal secondaire pour le deuxième fluide est délimité par une rainure entre deux nervures adjacentes d'un enroulement donné et la face plane de l'enroulement suivant.

- Le profil du tube comporte sur ses deux faces des nervures formées par les canaux principaux et des rainures entre les canaux principaux, chaque canal secondaire pour le deuxième fluide étant alors délimité par une rainure entre deux nervures adjacentes d'un enroulement donné et la rainure en regard entre les deux nervures adjacentes de l'enroulement suivant. - Les extrémités des canaux principaux sont reçues entre une tubulure principale d'entrée propre à recevoir le premier fluide, et une tubulure principale de sortie propre à délivrer le premier fluide à l'extérieur de l'échangeur, tandis que les extrémités des canaux secondaires sont en communication fluidique avec une tubulure secondaire d'entrée propre à recevoir le deuxième fluide et une tubulure secondaire de sortie propre à délivrer le deuxième fluide à l'extérieur de l'échangeur.

- Chaque tubulure principale a une forme sensiblement 5 cylindrique autour d'un axe parallèle à l'axe de l'échangeur et présente une ouverture adaptée pour recevoir l'une des extrémités du tube.

- Chaque tubulure secondaire présente des ouvertures 10 allongées sur une partie de sa paroi pour une communication fluidique avec les canaux secondaires.

- L'échangeur comporte une plaque de liaison ayant une section courbée de forme adaptée pour venir se loger entre 15 l'avant dernier enroulement externe du tube et le dernier enroulement externe du tube, tandis que la tubulure principale d'entrée et la tubulure secondaire de sortie sont solidaires de la plaque de liaison.

20 - L'échangeur comporte un noyau interne de forme sensiblement cylindrique.

- Le noyau est monobloc.

25 - Le noyau est constitué de plusieurs parties imbriquées qui assurent l'alimentation et la distribution du circuit primaire et du circuit secondaire ainsi que l'enroulement du ou des tubes.

30 - Le noyau est constitué de deux parties coaxiales, la première partie comportant une structure rigide munie de gorges sur son pourtour et la deuxième partie comportant une feuille métallique enroulée autour de la première partie de manière à définir la tubulure principale de 35 sortie et la tubulure secondaire d'entrée. - Les tubulures secondaires d'entrée et de sortie comprennent une ou plusieurs ouvertures allongées dans l'axe de l'échangeur de manière à être en communication fluidique avec les canaux secondaires. - Les ouvertures sont décalées radialement et dans l'axe de l'échangeur les unes par rapport aux autres.

- La tubulure secondaire d'entrée comporte une ou plusieurs 10 ouvertures et elle est divisée en un ou plusieurs canaux d'entrée de sorte que chaque canal d'entrée communique avec l'une au moins des ouvertures.

- Le tube est formé en tant que pièce profilée en un ou 15 plusieurs éléments.

- Le tube est obtenu par extrusion.

- Les canaux principaux du tube présentent une section 20 sensiblement circulaire.

L'invention concerne aussi l'utilisation d'un échangeur de chaleur, tel que défini précédemment, en tant qu'échangeur interne, dans laquelle le premier fluide est un fluide à 25 haute pression et le deuxième fluide est un fluide à basse pression.

L'invention propose en outre un ensemble intégré pour un circuit de climatisation fonctionnant avec un fluide 30 réfrigérant. Le circuit de climatisation comporte un échangeur interne ayant l'une des caractéristiques précédentes et un boîtier dans lequel est logé l'échangeur interne, le boîtier délimitant un fond. Le boîtier comporte une tubulure auxiliaire agencée à l'extérieur des 35 enroulements du tube, la tubulure auxiliaire étant propre à recevoir le deuxième fluide et à l'acheminer vers le fond du boîtier de manière à envoyer seulement la partie5 vaporisée du deuxième fluide dans la tubulure secondaire d'entrée.

L'invention propose également un circuit de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant, comprenant un compresseur, un refroidisseur de gaz, un détendeur, et un évaporateur. Le circuit comporte l'ensemble intégré défini ci-dessus. La tubulure principale d'entrée est reliée au refroidisseur de gaz, et la tubulure secondaire de sortie est reliée au compresseur, tandis que la tubulure principale de sortie est reliée au détendeur et la tubulure secondaire d'entrée est reliée à la partie basse d'un accumulateur et reçoit la partie vaporisée du fluide.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après et des dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est un schéma d'un circuit de climatisation 20 selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective montrant une partie de l'échangeur interne selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est un schéma en coupe du tube de l'échangeur 25 interne selon le premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est un schéma en coupe de l'échangeur interne montrant deux enroulements successifs selon le premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue en perspective d'une partie de 30 l'échangeur interne selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 est un schéma en coupe du tube de l'échangeur interne selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, 35 - la figure 7 est un schéma en coupe de l'échangeur interne montrant deux enroulements successifs selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, 8 - la figure 8 est une vue en perspective partielle de l'échangeur interne selon le premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 9 est une vue de haut de l'échangeur de la 5 figure 8, - la figure 10 est une vue en perspective d'une tubulure d'entrée pour le fluide à haute pression selon le premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 11 représente une tubulure d'entrée pour le 10 fluide à haute pression, selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 12 est une vue de dessus d'un échangeur interne, comprenant un noyau en trois parties, - les figures 13 à 15 représentent les éléments du noyau de 15 l'échangeur interne de la figure 12, - la figure 16 est une vue de dessus d'un échangeur interne, comprenant un noyau monobloc, - la figure 17 représente le noyau de l'échangeur interne de la figure 16, 20 - la figure 18 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur interne utilisant un noyau en deux parties coaxiales, - les figures 19 et 20 représentent les éléments du noyau de l'échangeur interne de la figure 18, et 25 - la figure 21 est une vue partielle en perspective montrant une réalisation possible des ouvertures de la tubulure secondaire de sortie.

Il est tout d'abord fait référence à la figure 1 qui montre 30 un circuit de climatisation 10 fonctionnant avec un fluide réfrigérant, en particulier un fluide réfrigérant supercritique, par exemple du dioxyde de carbone (CO2).

Le circuit de climatisation. 10 peut être installé dans un 35 véhicule automobile pour refroidir l'air de l'habitacle, en fonction des besoins des passagers.

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Un circuit de climatisation fonctionnant selon un cycle réfrigérant supercritique comprend pour l'essentiel un compresseur 14, un refroidisseur de gaz 11 associé à un ventilateur 16, un échangeur de chaleur interne 9, un détendeur 12, un évaporateur 13, et un accumulateur 17. Le compresseur 14 comprime le fluide réfrigérant jusqu'à une pression de décharge, dite haute pression. Le fluide traverse ensuite le refroidisseur de gaz où il subit un refroidissement en phase gazeuse sous haute pression. Dans le refroidisseur de gaz 11, le fluide n'est pas condensé pendant le refroidissement, contrairement aux circuits de climatisation qui utilisent des composés fluorés comme fluide réfrigérant.

Le fluide refroidi par le refroidisseur de gaz 11 passe ensuite dans une première partie 90 de l'échangeur interne, dite branche "chaude", pour être encore refroidie. Le fluide passe ensuite dans le détendeur 12 qui abaisse sa pression, en l'amenant au moins en partie à l'état liquide.

Le fluide traverse alors l'évaporateur 13. L'évaporateur 13 fait passer le fluide à l'état gazeux, à pression constante. L'échange dans l'évaporateur permet de produire un flux d'air climatisé qui est envoyé vers l'habitacle du véhicule.

Généralement, le fluide réfrigérant qui sort de l'évaporateur 13 n'est pas entièrement vaporisé. L'accumulateur est prévu en sortie de l'évaporateur pour stocker cet excédent de liquide qui sort de l'évaporateur. Les accumulateurs classiques se présentent sous la forme d'un réservoir adapté pour séparer la partie liquide du fluide réfrigérant de la partie gazeuse. L'accumulateur 17 envoie ensuite la partie gazeuse du fluide réfrigérant à basse température dans une deuxième partie 92 de l'échangeur interne 9, dite partie "froide", pour un échange de chaleur avec la partie "chaude" 90.

On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente une vue d'une partie de l'échangeur interne, selon un premier mode de réalisation de l'invention. L'échangeur interne 9 comporte un tube plat 5 enroulé en spirale autour d'un axe (XX) de manière à définir des enroulements successifs, et de sorte que sa forme générale est sensiblement cylindrique. Ainsi, l'une des extrémités du tube se situe à l'extérieur de la spirale tandis que l'autre partie se situe à l'intérieur de la spirale.

Les enroulements successifs du tube sont étroitement serrés entre eux de manière à délimiter des canaux dits secondaires 54 étanches pour la circulation du fluide à basse pression. Les canaux secondaires 54 se situent entre des zones saillantes ou excroissances 53 du tube 5.

En outre, le tube 5 présente des canaux dits principaux 52 au niveau des zones saillantes, destinés à être 20 traversés par le fluide à haute pression.

Autrement dit, le tube 5 présente des canaux principaux saillants 52 pour la circulation du fluide à haute pression qui circule dans la partie 90 de l'échangeur interne. Comme 25 le montre la figure 2, les canaux principaux s'étendent sur toute la longueur du tube et donc entre l'extrémité externe de la spirale et l'extrémité interne de la spirale. Par ailleurs, les enroulements successifs du tube 50 sont étroitement serrés entre eux de manière à délimiter entre 30 certains au moins des canaux principaux adjacents 52 des canaux secondaires étanches 54 pour la circulation du fluide à basse pression (partie 92 de l'échangeur interne). Les canaux secondaires 54 sont représentés sur la figure 4.

35 Dans le premier mode de réalisation de l'invention, le tube plat 5 est réalisé sous la forme d'un profilé métallique

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monobloc présentant une section particulière illustrée sur la figure 3.

L'utilisation d'un tube profilé monobloc simplifie le procédé de fabrication de l'échangeur interne par rapport aux réalisations existantes basées sur l'utilisation de capillaires.

Plus précisément, le profil du tube comporte sur l'une de ses faces des nervures formées par les canaux principaux 52 et des rainures entre les canaux principaux 51. L'autre face du tube est sensiblement plane. Les nervures constituées par les canaux principaux 52 s'étendent le long des tubes et présentent une section circulaire.

La figure 4 est une vue en coupe montrant deux enroulements successifs 50n et 50n+1. Les enroulements successifs 50n et 50n+1 sont serrés étroitement l'un contre l'autre, de sorte qu'un canal secondaire 54 pour la circulation du fluide à basse pression est délimité par une rainure 51 entre deux nervures adjacentes 52 d'un enroulement donné 50n et la face plane de l'enroulement suivant 50n+i•

On se réfère maintenant à la figure 5 qui représente une 25 vue d'une partie de l'échangeur interne, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.

Dans ce mode de réalisation, le tube est encore réalisé sous la forme d'un profilé métallique. Toutefois, le profil 30 du tube, illustré plus en détail sur la figure 6, comporte sur ses deux faces des nervures saillantes 520 formées par les canaux principaux 52, et des rainures 51 entre ces nervures. Le tube 5 présente en outre une symétrie selon un axe (AA) perpendiculaire à l'axe des canaux principaux 52. 35 1l est maintenant fait référence à la figure 7 qui montre deux enroulements successifs 5011 et 50n+1 selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. Comme on peut le voir sur cette figure, chaque canal secondaire 54 pour le deuxième fluide est délimité par une rainure 51 entre deux nervures adjacentes 52 d'un enroulement donné 50n et la rainure en regard 51n+1 entre deux nervures adjacentes 52n+1 de l'enroulement suivant 50n+1. Les enroulements successifs du tube sont là encore étroitement serrés les uns contre les autres de manière à garantir l'étanchéité des canaux secondaires 54. Sur la figure 7, les nervures en regard 520n et 520n+1 sont en appui l'une contre l'autre.

L'échangeur interne 9 peut être brasé ou collé. Au cours du procédé de brasage ou de collage, les enroulements 50 sont fixés entre eux.

L'échangeur interne 9 de l'invention présente ainsi une alternance de canaux principaux chauds 52 et de canaux secondaires froids 54 dans l'axe (XX) de l'échangeur, ce qui permet de réduire l'encombrement diamétral de l'échangeur interne.

L'échangeur interne de l'invention garantit de plus une séparation étanche entre les canaux secondaires 54 de sorte que les risques d'accumulation de liquide au fond de l'échangeur interne sont limités. Par ailleurs, les canaux secondaires 54 pour la circulation du fluide à basse pression n'ont aucun contact direct avec les deux rangées de canaux principaux 52 avoisinantes où circule le fluide à haute pression. Par conséquent, les risques d'interférence entre les canaux secondaires 54 et les canaux principaux 52 sont extrêmement faibles.

Il est maintenant fait référence à la figure 8 qui représente une vue partielle en perspective de la partie haute de l'échangeur interne, dans le deuxième mode de réalisation de l'invention.

Comme montré par les flèches de la figure 9 qui est une vue de dessus de l'échangeur de la figure 8, le fluide à haute pression et le fluide à basse pression circulent dans des sens opposés dans leurs canaux respectifs 52 et 54. Plus précisément, dans les formes de réalisation représentées sur les dessins, le fluide à haute pression circule dans les canaux principaux 52 de l'extérieur de la spirale vers l'intérieur, tandis que le fluide à basse pression circule dans les canaux secondaires 54 de l'intérieur de la spirale vers l'extérieur.

Des connexions fluidiques sont prévus pour l'arrivée et la sortie des fluides dans l'échangeur interne 9. Ainsi, l'échangeur interne 9 comporte une tubulure principale d'entrée 6 reliée à une arrivée de fluide à haute pression, une tubulure principale de sortie 32 reliée à une sortie pour le fluide à haute pression, une tubulure secondaire d'entrée 30 reliée à une arrivée de fluide à basse pression, et une tubulure secondaire de sortie 7 reliée à une sortie pour le fluide à basse pression. La tubulure principale d'entrée 6 et la tubulure secondaire de sortie 7 sont agencées au niveau de l'extrémité externe du tube 5, tandis que la tubulure principale de sortie 32 et la tubulure secondaire d'entrée 30 sont agencées au niveau de l'extrémité interne du tube 5.

Lorsque l'échangeur 9 est utilisé comme échangeur interne d'une installation de climatisation à cycle supercritique, la tubulure principale d'entrée 6 reçoit le fluide en provenance du refroidisseur de gaz 11 (flèche F1) et la tubulure principale de sortie 32 délivre le fluide vers le détendeur 12 (flèche F3). La tubulure secondaire d'entrée 30 reçoit le fluide à basse pression en provenance de l'accumulateur 17 (flèche F4) tandis que la tubulure secondaire de sortie 7 délivre le fluide à basse pression vers le compresseur 14 (flèche F2).

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La tubulure principale d'entrée 6 selon le premier mode de réalisation de l'invention est représentée sur la figure 10. Elle présente une forme généralement cylindrique d'axe parallèle à l'axe (XX). La tubulure principale 6 comporte en outre une ouverture allongée 60 de forme conjuguée au profil du tube 5 de manière à recevoir l'extrémité externe du tube 5. Dans la deuxième forme de réalisation, la tubulure principale d'entrée 6 a une forme analogue comme représentée sur la figure 11, à l'exception de l'ouverture allongée 60. Le fluide à haute pression arrive ainsi dans la tubulure principale d'entrée, en provenance du refroidisseur de gaz 11, puis est transmis aux canaux principaux 54, à travers l'ouverture 60.

La tubulure principale de sortie 32 pour le fluide à haute pression présente une forme générale analogue à celle de la tubulure principale 6 et comporte également une ouverture allongée 320 de forme conjuguée du profil du tube 5 de manière à recevoir l'extrémité interne du tube. Les tubulures principales 6 et 32 comportent toutes deux un fond fermé, tandis que leurs raccords fluidiques sont prévus en haut des tubulures. Le fluide à haute pression passe ainsi des canaux principaux 52 à la tubulure principale d'entrée, à travers l'ouverture 320, puis est acheminé vers l'extérieur en direction du détendeur 12.

La tubulure secondaire d'entrée 30 représentée partiellement sur les figures 8 et 9 reçoit le fluide à basse pression de bas en haut (flèche F4). Elle ne comporte donc pas de fond fermé. Des ouvertures 34 allongées suivant l'axe XX sont prévues sur la partie de la paroi de la tubulure 30 qui est tournée vers l'extérieur de l'échangeur interne de manière à envoyer le fluide dans les canaux secondaires 54. Ainsi le fluide à basse pression arrive par le bas de la tubulure 30 avant de remonter le long de celle-ci. Le fluide passe ensuite par les ouvertures 34, comme montré par les flèches indiquées dans la tubulure 30,

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pour se répandre dans les canaux secondaires 54, au début de l'échange thermique.

La tubulure secondaire d'entrée 30 peut comporter une pluralité de canaux 300 allongés suivant l'axe (XX), pour favoriser une meilleure répartition dans les canaux secondaires 54. Sur les figures des dessins, ces canaux sont au nombre de trois à titre d'exemple non limitatif. Les canaux d'entrées 300 génèrent une bonne distribution du fluide réfrigérant sur le plan vertical.

Les ouvertures 34 sont agencées sur la tubulure secondaire d'entrée 30 de manière à optimiser la répartition du fluide à basse pression reçu dans tous les canaux secondaires 54.

Ainsi, comme le montre les figures 14, 17 et 20, les ouvertures 34 sont allongées et agencées de manière à occuper sensiblement toute la longueur du tube. En particulier, sur l'ensemble des figures, trois ouvertures 34 sont prévues pour la communication fluidique avec chacun des trois canaux 300 de la tubulure secondaire d'entrée 30. Les trois ouvertures sont en outre légèrement décalées de manière à venir en communication avec chacun des canaux 300 de la tubulure secondaire d'entrée 30.

La tubulure secondaire de sortie 7 s'étend selon un axe parallèle à l'axe (XX) et présente un fond fermé. Son raccord fluidique est prévu sur sa partie haute. Par ailleurs une ou plusieurs ouvertures 37 allongées selon l'axe (XX) sont prévues sur la partie de sa paroi tournée vers le centre de l'échangeur interne pour recevoir le fluide qui sort des canaux secondaires 54. Un exemple de réalisation des ouvertures 37 est représenté sur la figure 21.

Le fluide à basse pression passe ainsi des canaux secondaires 54 à l'intérieur de la tubulure secondaire de sortie 7, à la fin de l'échange thermique, puis remonte le

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long de la tubulure avant d'être envoyé vers le compresseur 14.

Comme représenté sur les figures 8 et 9, la tubulure principale d'entrée 6 et la tubulure secondaire de sortie 7 peuvent être solidaires d'une plaque de liaison 76 (voir aussi la figure 21. La plaque 76 a une section courbée et une forme adaptée pour venir se loger entre l'avant-dernier enroulement externe du tube et le dernier enroulement du tube. La tubulure secondaire 7 est agencée le long de la paroi de la plaque de liaison sous le dernier enroulement du tube tandis que la tubulure principale d'entrée 6 est agencée au niveau d'un bord de la plaque de liaison, à l'extérieure des enroulements. Comme on peut le voir sur la figure 8, la section de la tubulure secondaire 7 présente une section de faible largeur radiale pour favoriser son insertion sous le dernier enroulement du tube.

L'échangeur de chaleur comporte également un noyau interne de forme sensiblement cylindrique autour duquel est enroulé le tube 5. Ce noyau 3 permet de rigidifier l'échangeur interne.

Dans une première forme de réalisation représentée sur les figures 12 à 15, le noyau peut se présenter en trois parties imbriquées 360, 38 et 32, la dernière partie étant constituée par la tubulure principale de sortie tandis que la tubulure secondaire d'entrée 30 fait partie intégrante de la partie 360. L'assemblage des parties 360 et 38 délimite un renfoncement adapté pour loger la tubulure principale de sortie 32 pour la sortie du fluide à haute pression 32.

Dans une variante représentée sur les figures 16 et 17, le noyau 3 est monobloc et de forme générale cylindrique. Dans cette variante, la tubulure principale de sortie 32 et la tubulure secondaire d'entrée 30 font partie intégrante du

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noyau 3. Une tubulure 40 fait également partie intégrante du noyau 3 pour délimiter un passage servant à la réalisation de la spirale.

Dans une autre variante représentée sur les figures 18 à 20, le noyau peut être constitué de deux parties coaxiales 31 et 33. La partie 33 constitueune structure rigide interne présentant des renfoncements en forme de gorges sur son pourtour tandis que la partie 31 est constituée d'une feuille métallique venant entourer la structure rigide 31 pour définir la tubulure principale de sortie 32 et la tubulure secondaire d'entrée 30.

Le tube 5 selon l'invention est réalisé en tant que pièce 15 monobloc profilé et peut être obtenu par extrusion.

De préférence, le tube 5 est réalisé en alliage d'aluminium, mais d'autres matériaux sont envisageables.

20 L'invention a été décrite en référence à une section circulaire pour les canaux principaux 52. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à cette forme de réalisation.

L'invention permet d'obtenir un encombrement diamétral 25 réduit pour l'échangeur interne, grâce à l'alternance de canaux principaux chauds 52 et de canaux secondaires froids 54.

Par ailleurs, la séparation étanche entre, d'une part, les 30 canaux secondaires 54, et d'autre part, entre les canaux secondaires 54 et les canaux principaux voisins 52, permet de limiter les risques d'accumulation de liquide au fond de l'échangeur et les risques d'interférence thermique.

35 La structure de l'échangeur interne selon l'invention garantit de plus une bonne isolation thermique entre les canaux principaux 52 et les canaux secondaires 54, sans

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qu'il soit nécessaire d'interposer des feuilles d'isolation. L'invention permet donc de réduire le nombre de composants dans l'échangeur, ce qui simplifie le procédé de fabrication de l'échangeur et permet de réduire ses coûts.

Le profil du ou des tubes est défini de telle façon que les canaux formés par enroulement de celui-ci ne comportent pas de formes convexes afin d'éviter tout remplissage de la forme précédemment citée par de l'huile et donc d'augmenter la surface d'échange.

L'invention concerne aussi l'utilisation d'un échangeur de chaleur, tel que défini ci-dessus, en tant qu'échangeur interne, dans laquelle le premier fluide est un fluide à haute pression et le deuxième fluide est un fluide à basse pression.

L'invention propose en outre un ensemble intégré comprenant 20 un accumulateur et l'échangeur interne 9 décrit ci-dessus.

La figure 1 montre schématiquement un circuit de climatisation incorporant un tel ensemble intégré 100.

25 L'ensemble intégré comporte un boîtier externe 115 dans lequel est agencé l'échangeur interne 9 et un accumulateur 17. Le boîtier 115 est délimité par un fond et est fermé par un couvercle, non représenté, afin de former une chambre interne étanche. Le couvercle et le boîtier peuvent 30 être fixés entre eux par brasage. Le couvercle et le boîtier peuvent être formés de tout matériau adapté.

L'ensemble intégré comporte également une tubulure auxiliaire 4 prévue pour recevoir le fluide à basse 35 pression en provenance de l'évaporateur et l'acheminer vers le fond du boîtier, comme représenté sur les figures 8 et 9. La tubulure auxiliaire 4 a une forme générale cylindrique et est agencée à l'extérieur des enroulements du tube comme le montre la figure 9. Le fluide qui arrive dans la tubulure 4 est reçu dans le fond du boîtier 115, de sorte que la partie liquide du fluide réfrigérant à basse pression reste au fond du boîtier, tandis que seule la partie vaporisée du fluide passe dans la tubulure secondaire d'entrée 30 dont le fond est ouvert. Le fluide à basse pression est alors envoyé dans les canaux secondaires 54 grâce aux ouvertures 34. Parallèlement, la tubulure principale externe 6 reçoit le fluide à haute pression qui est envoyé dans les canaux principaux 52 pour circuler en sens inverse de celui du fluide à basse pression dans les canaux secondaires 54. Les fluides échangent ainsi de la chaleur avant de ressortir par leurs tubulures de sortie respectives 32 et 7.

Le nombre de canaux principaux 52 peut varier en fonction de l'échange de chaleur à réaliser.

Les différents composants de l'ensemble intégré 100 sont avantageusement réalisés en un alliage d'aluminium et sont brasés ensuite au moyen d'un plaquage de brasure. L'ensemble peut être brasé en une seule fois par passage dans un four de brasage. L'ensemble étant ainsi réalisé, il suffit ensuite de le relier aux branches du circuit comme indiqué ci-dessus.

Un tel ensemble intégré permet de réduire l'encombrement général du circuit de climatisation tout en offrant des 30 performances frigorifiques satisfaisantes.

Bien que l'invention s'applique à tout type d'échangeurs de chaleur, elle est particulièrement avantageuse pour un échangeur de chaleur interne d'un circuit de climatisation 35 fonctionnant avec un fluide supercritique.

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L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. Elle englobe toutes les variantes de réalisation qui pourront être envisagées par l'homme du métier, notamment en ce qui concerne les tubulures de connexion fluidique 6, 7, 30 et 32, et le noyau 3.

L'invention s'applique en particulier aux circuits de climatisation des véhicules automobiles.

Claims (20)

Revendications

1. Échangeur de chaleur (1), pour circuit de climatisation, comprenant au moins un tube (5) délimitant un parcours pour la circulation d'un premier fluide et d'un deuxième fluide, le tube étant enroulé autour d'un axe de manière à définir des enroulements successifs, caractérisé en ce que les enroulements successifs du tube sont étroitement serrés entre eux de manière à délimiter des canaux dits secondaires (54) étanches pour la circulation du deuxième fluide, lesdits canaux secondaires (54) se situant entre des zones saillantes dudit tube (5), et en ce que ledit tube (5) présente des canaux dits principaux (52) au niveau des zones saillantes, destinés à être traversés par le premier fluide.

2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (5) comporte un profil, et en ce que le profil du tube (5) comporte sur l'une de ses faces des nervures formées par les canaux principaux (52) et des rainures (51) entre les canaux principaux, tandis que l'autre face est sensiblement plane, et en ce que chaque canal secondaire (54) pour le deuxième fluide est délimité par une rainure (51) entre deux nervures adjacentes d'un enroulement donné et la face plane de l'enroulement suivant.

3. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (5) comporte un profil et en ce que le profil du tube comporte sur ses deux faces des nervures (520) formées par les canaux principaux (52) et des rainures (51) entre les canaux principaux, chaque canal secondaire pour le deuxième fluide étant alors délimité par une rainure entre deux nervures adjacentes d'un enroulement donné (50) et la rainure en regard entre les deux nervures adjacentes de l'enroulement suivant. @ 2135

4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités des canaux principaux sont reçues entre une tubulure principale d'entrée (6) propre à recevoir le premier fluide, et une tubulure principale de sortie (32) propre à délivrer le premier fluide à l'extérieur de l'échangeur, et en ce que les extrémités des canaux secondaires (54) sont en communication fluidique avec une tubulure secondaire d'entrée (30) propre à recevoir le deuxième fluide et une tubulure secondaire de sortie (7) propre à délivrer le deuxième fluide à l'extérieur de l'échangeur.

5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque tubulure principale a une forme sensiblement cylindrique autour d'un axe parallèle à l'axe de l'échangeur et présente une ouverture (60, 320) adaptée pour recevoir l'une des extrémités du tube (5).

6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que chaque tubulure secondaire présente des ouvertures allongées (34, 37) sur une partie de sa paroi pour une communication fluidique avec les canaux secondaires (54).

7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque de liaison (76) ayant une section courbée de forme adaptée pour venir se loger entre l'avant dernier enroulement externe du tube et le dernier enroulement externe du tube, et en ce que la tubulure principale d'entrée (6) et la tubulure secondaire de sortie (7) sont solidaires de la plaque de liaison (76).

8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un noyau interne (3) de 35 forme sensiblement cylindrique.

9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le noyau (3) est monobloc.

10. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le noyau (3) est constitué de plusieurs parties imbriquées (360, 38, 32) qui assurent l'alimentation et la distribution du circuit primaire et du circuit secondaire ainsi que l'enroulement du ou des tubes (5).

11. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le noyau (3) est constitué de deux parties coaxiales (33,31), la première partie comportant une structure rigide munie de gorges sur son pourtour et la deuxième partie comportant une feuille métallique enroulée autour de la première partie de manière à définir la tubulure principale de sortie {32) et la tubulure secondaire d'entrée (30).

12. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que les tubulures secondaires d'entrée et de sortie (30 ; 7) comprennent une ou plusieurs ouvertures allongées (34) dans l'axe de l'échangeur de manière à être en communication fluidique avec les canaux secondaires.

13. Echangeur de chaleur selon la revendication 12, caractérisé en ce que les ouvertures (34) sont décalées radialement et dans l'axe de l'échangeur les unes par rapport aux autres.

14. Echangeur de chaleur selon la revendication 13, caractérisé en ce que la tubulure secondaire d'entrée (30) comporte une ou plusieurs ouvertures (34) et en ce qu'elle est divisée en un ou plusieurs canaux d'entrée (300) desorte que chaque canal d'entrée communique avec l'une au moins des ouvertures.

15. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce que le tube (5) est formé en tant que pièce profilée en un ou plusieurs éléments.

16. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube (5) est obtenu 10 par extrusion.

17. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux principaux (52) du tube présentent une section sensiblement circulaire. 15

18. Utilisation d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes en tant qu'échangeur interne, dans laquelle le premier fluide est un fluide à haute pression et le deuxième fluide est un fluide à basse 20 pression.

19. Ensemble intégré pour un circuit de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant, caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur interne (9) selon l'une des 25 revendications 4 à 17 et un boîtier (115) dans lequel est logé l'échangeur interne, le boîtier (115) délimitant un fond, et en ce que le boîtier comporte une tubulure auxiliaire (4) agencée à l'extérieur des enroulements du tube (5), la tubulure auxiliaire étant propre à recevoir le 30 deuxième fluide et à l'acheminer vers le fond du boîtier de manière à envoyer seulement la partie vaporisée du deuxième fluide dans la tubulure secondaire d'entrée (30).

20. Circuit de climatisation fonctionnant avec un fluide 35 réfrigérant, comprenant un compresseur (14), un refroidisseur de gaz (11), un détendeur (12), et unévaporateur (13), caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble intégré selon la revendication 19, la tubulure principale d'entrée (6) étant reliée au refroidisseur de gaz (11), et la tubulure secondaire de sortie (7) étant reliée au compresseur (14), tandis que la tubulure principale de sortie (32) est reliée au détendeur (12) et la tubulure secondaire d'entrée (30) est reliée à la partie basse d'un accumulateur (17) et reçoit la partie vaporisée du fluide.