FR3126760A1 - Echangeur de chaleur d’une boucle de fluide refrigerant. - Google Patents

Echangeur de chaleur d’une boucle de fluide refrigerant. Download PDF

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Gael Durbecq
Kamel Azzouz
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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur (2) pour une boucle de fluide réfrigérant (1), comprenant une surface d’échange de chaleur (12) qui s’étend dans un plan principal (14) longitudinal (L), au moins un collecteur d’entrée (16) d’un fluide réfrigérant et au moins un collecteur de sortie (18) du fluide réfrigérant, la surface d’échange (12) de chaleur comprenant une pluralité de tubes (20), empilés le long d’une direction d’empilement (E) verticale (V) et de telle sorte à former entre deux tubes (20) voisins un espace (21) de passage du flux d’air (102) au travers de la surface d’échange (12),et une pluralité d’organes de dissipation thermique (22), chaque organe de dissipation thermique étant respectivement disposé dans un des espaces (21) entre les tubes (20), l’échangeur de chaleur (2) étant caractérisé en ce qu’au moins un des organes de dissipation thermique (22) présente une section (S1), prise dans un plan parallèle au plan principal (14) de la surface d’échange (2), ondulée , ledit organe de dissipation thermique (22) s’étendant suivant une direction transversale (T), perpendiculaire au plan principal (14) de la surface d’échange (12), au-delà d’un volume (VO) délimité par l’empilement des tubes de la surface d’échange (12). Fig 4

Description

ECHANGEUR DE CHALEUR D’UNE BOUCLE DE FLUIDE REFRIGERANT.
La présente invention concerne une boucle de fluide réfrigérant destinée à la circulation d’un fluide réfrigérant et appliquée à une installation de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation pour véhicule automobile, et plus particulièrement pour des voitures électriques ou des voitures hybrides.
Une voiture électrique ou hybride comporte une boucle de fluide réfrigérant afin de faire varier la température à l’intérieur de son habitacle, et notamment pour le réchauffer en période hivernale et pour le refroidir en période estivale. La température de l’habitacle est notamment modifiée au moyen du fluide réfrigérant circulant dans la boucle de fluide réfrigérant entre un dispositif d’échange thermique disposé dans le véhicule au voisinage de l’habitacle, et un échangeur de chaleur situé au contact de l’air ambiant, en face avant du véhicule. Ainsi, le fluide réfrigérant circulant dans la boucle de fluide réfrigérant absorbe ou cède des calories au niveau de l’échangeur de chaleur ou du dispositif d’échange thermique en fonction des besoins de chauffage ou de refroidissement de l’habitacle. L’utilisation d’un compresseur et le cas échéant d’un détendeur est notamment nécessaire pour modifier la pression du fluide réfrigérant dans la boucle de fluide réfrigérant afin de modifier thermodynamiquement la température du fluide réfrigérant amené à passer par la suite à travers le dispositif d’échange thermique et l’échangeur de chaleur.
L’échangeur de chaleur situé en face avant du véhicule permet l’échange de calories entre le fluide réfrigérant qui circule dans des tubes disposés les uns au-dessus des autres et espacés entre eux par des intercalaires, et un flux d’air, provenant de l’extérieur du véhicule et traversant ledit échangeur de chaleur entre les tubes au niveau des intercalaires.
Dans les véhicules électriques ou hybrides, il est connu de configurer la boucle de fluide réfrigérant et l’échangeur de chaleur en face avant pour former une pompe à chaleur réversible au sein de laquelle l’échangeur de chaleur est apte à fonctionner en mode condenseur, en été, pour assurer le refroidissement de l’habitacle via le dispositif d’échange thermique formant un évaporateur dans l’installation de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation, et à fonctionner en mode évaporateur, en hiver, pour assurer le chauffage dans l’habitacle via le dispositif d’échange thermique formant un condenseur.
Un problème d’un tel échangeur de chaleur placé en face avant du véhicule réside alors dans son fonctionnement en évaporateur, lorsque le différentiel de température tend à réchauffer le flux d’air humide et créer des gouttelettes de condensation qui se déposent en surface de l’échangeur de chaleur. Si la température du fluide réfrigérant circulant dans les tubes est trop basse, et que par conduction thermique les intercalaires entre les tubes sont trop froids, le refroidissement des gouttelettes de condensation peut former du givre localement sur les intercalaires entre les tubes de l’échangeur de chaleur. Une telle présence de givre génère des obstacles au passage d’air à travers l’échangeur de chaleur et tend donc à diminuer les capacités thermiques de l’échangeur de chaleur.
La présente invention vise à remédier à cet inconvénient, en proposant une boucle de fluide réfrigérant, et plus particulièrement un échangeur de chaleur, permettant de limiter la formation de givre sur ce dernier. L’invention permet donc d’augmenter les capacités thermiques de l’échangeur de chaleur et donc de la boucle de fluide réfrigérant.
L’invention porte sur un échangeur de chaleur pour une boucle de fluide réfrigérant, comprenant une surface d’échange de chaleur qui s’étend dans un plan principal longitudinal, au moins un collecteur d’entrée d’un fluide réfrigérant et au moins un collecteur de sortie du fluide réfrigérant, la surface d’échange de chaleur comprenant une pluralité de tubes, empilés le long d’une direction d’empilement verticale et de telle sorte à former entre deux tubes voisins un espace de passage du flux d’air au travers de la surface d’échange, et une pluralité d’organes de dissipation thermique, chaque organe de dissipation thermique étant respectivement disposé dans un des espaces entre les tubes, l’échangeur de chaleur étant caractérisé en ce qu’au moins un des organes de dissipation thermique présente une section, prise dans un plan parallèle au plan principal de la surface d’échange, ondulée, ledit organe de dissipation thermique s’étendant suivant une direction transversale, perpendiculaire au plan principal de la surface d’échange, au-delà d’un volume délimité par l’empilement des tubes de la surface d’échange.
La boucle de fluide réfrigérant peut être disposée au sein d’un véhicule, par exemple électrique ou hybride, afin de réchauffer ou refroidir un habitacle dudit véhicule, notamment via un échange de calories au sein de l’échangeur de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d’air extérieur. La boucle de fluide réfrigérant peut consister en une pompe à chaleur réversible et l’échangeur de chaleur peut être un évapo-condenseur au sein duquel circule le fluide réfrigérant. De manière plus précise, l’échangeur de chaleur comprend la surface d’échange de chaleur au sein de laquelle s’effectuent les échanges de calories entre le flux d’air traversant ladite surface d’échange, c’est-à-dire passant au travers des organes de dissipations thermiques, et le fluide réfrigérant circulant au sein de la pluralité de tubes de ladite surface d’échange, le fluide réfrigérant captant ou cédant des calories au flux d’air en fonction de la configuration de la boucle de fluide réfrigérant, destinée à chauffer ou refroidir l’habitacle.
Au moins l’un des organes de dissipation thermique présente un profil ondulé, définissant au moins un canal de circulation de passage d’air au sein de l’espace entre deux tubes voisins. Plus particulièrement, en le considérant en coupe dans un plan parallèle au plan principal de la surface d’échange, l’organe de dissipation thermique comprend une pluralité d’ondulations formant des bosses sur la surface de l’organe de dissipation thermique, au moins deux bosses adjacentes définissant l’au moins un canal de circulation de passage d’air au travers de la surface d’échange. Selon l’invention, tel que cela vient d’être évoqué, au moins un organe de dissipation thermique s’étend au-delà du volume délimité par les deux tubes qui entourent l’organe de dissipation thermique, et plus généralement au-delà du volume délimité par l’empilement de tubes formant la surface d’échange. Dans ce contexte, la partie de l’organe de dissipation thermique qui s’étend en dehors du volume délimité par la surface d’échange n’est pas en contact avec les tubes disposés de part et d’autre de cet organe de dissipation thermique. On tire avantage de cela en ce que l’on crée ainsi un gradient thermique sur la partie débordante, c’est-à-dire la partie de l’organe de dissipation thermique qui dépasse du volume délimité par la surface d’échange, favorisant une température plus élevée sur le bord d’attaque de cet organe de dissipation thermique, à savoir le bord opposé à la surface d’échange de chaleur. Ce gradient thermique permet d’homogénéiser la formation du givre sur la surface de l’organe de dissipation thermique et d’éviter un développement trop brutal de givre uniquement sur le bord d’attaque de cet organe de dissipation thermique qui pourrait conduire au colmatage de la surface d’échange de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, l’empilement des tubes de la surface d’échange de chaleur présente une dimension longitudinale et l’organe de dissipation thermique présente une longueur prise le long d’une droite parallèle à la direction longitudinale, la dimension longitudinale et la longueur étant sensiblement identiques l’une de l’autre.
Selon différentes alternatives de l’invention, l’au moins un organe de dissipation thermique peut présenter une section, prise dans un plan longitudinal et transversal perpendiculaire au plan principal de la surface d’échange, présentant une pluralité de formes ondulées parallèles, ou bien présenter une section, prise dans un plan longitudinal et transversal perpendiculaire au plan principal de la surface d’échange, présentant une pluralité de formes anguleuses parallèles, ou bien encore présenter une section, prise dans un plan longitudinal et transversal perpendiculaire au plan principal de la surface d’échange, présentant une pluralité de formes droites comportant à intervalle régulier un bossage.
Quelle que soit l’alternative choisie, chaque organe de dissipation thermique comporte en son sein des canaux de circulation délimités par deux formes successives ondulées, anguleuses ou droites, chacun des canaux formant des chemins sinueux parallèles les uns des autres. Avantageusement, on forme ainsi des obstacles à un passage d’air rectiligne à travers la surface d’échange de chaleur et on améliore le brassage du flux d’air frais, et ce sans réaliser de découpe dans les parois participant à délimiter les canaux de circulation. On évite ainsi la création de zones dans lesquelles des gouttelettes de condensation sont susceptibles de se déposer et de stagner pour ensuite former du givre en cas de basse température.
Selon une caractéristique de l’invention, l’organe de dissipation thermique comprend une portion extérieure qui s’étend en dehors du volume délimité par l’empilement des tubes de la surface d’échange, la portion extérieure présentant une dimension transversale et la pluralité de tubes présentant une largeur moyenne prise le long d’une droite parallèle à la direction transversale, la dimension transversale de la portion extérieure étant strictement inférieure à une moitié de la largeur moyenne de la pluralité de tubes.
Une telle caractéristique dimensionnelle a été définie par les inventeurs pour offrir un compromis intéressant entre d’une part la fonction précédemment évoquée de lisser la localisation de la formation des gouttelettes et notamment éviter que ces gouttelettes se forment au niveau de l’entrée de la surface d’échange de chaleur, et d’autre part des considérations d’encombrement de l’échangeur de chaleur dans la direction transversale, perpendiculaire à la surface d’échange de chaleur et/ou des considérations de flexibilité de l’organe de dissipation thermique dont la portion extérieure est en porte à faux par rapport aux deux tubes de la surface d’échange de chaleur l’entourant.
Selon une caractéristique de l’invention, l’organe de dissipation thermique comprend une portion interne qui s’étend dans le volume délimité par la surface d’échange, la portion interne et la portion extérieure présentant une continuité de forme.
On comprend ici que les parois de guidage de l’organe de dissipation thermique, définissant les canaux de circulation du flux d’air à travers l’échangeur de chaleur entre deux tubes voisins, sont formées de manière continue sur la portion interne et la portion extérieure dudit organe de dissipation thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, l’échange de chaleur comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant constitué d’une première partie de la pluralité de tubes, d’un premier collecteur d’entrée et d’un premier collecteur de sortie fluidiquement connectés à la première partie de la pluralité de tubes, l’échangeur de chaleur comprenant au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant constitué d’une deuxième partie de la pluralité de tubes, d’un deuxième collecteur d’entrée et d’un deuxième collecteur de sortie fluidiquement connectés à des tubes de la deuxième partie de la pluralité de tubes, la première partie de la pluralité de tubes et la deuxième partie de la pluralité de tubes étant fluidiquement distinctes l’une de l’autre.
Le premier collecteur d’entrée et le deuxième collecteur d’entrée respectivement du premier circuit et du deuxième circuit sont fluidiquement reliés à une première portion de la boucle de fluide réfrigérant, ladite première portion étant à considérer comme la portion reliant un échangeur thermique, qui peut consister en un condenseur ou un évaporateur selon la configuration de fonctionnement de la boucle de régulation, à l’échangeur de chaleur et empruntée en ce sens par le fluide réfrigérant. Cette première portion peut notamment comporter au moins un compresseur ou un organe de détente. Un embranchement est formé sur la première portion de la boucle de fluide réfrigérant et le fluide réfrigérant qui y circule est scindé en deux flux dirigés respectivement vers le premier collecteur d’entrée et vers le deuxième collecteur d’entrée.
Le premier collecteur de sortie et le deuxième collecteur de sortie respectivement du premier circuit et du deuxième circuit sont fluidiquement reliés à une deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant étant à considérer comme la portion reliant l’échangeur de chaleur à l’échangeur thermique précédemment évoqué, qui peut consister en un condenseur ou un évaporateur selon la configuration de fonctionnement de la boucle de régulation, et empruntée en ce sens par le fluide réfrigérant. Cette deuxième portion peut notamment comporter au moins un compresseur ou un organe de détente. Un raccordement est formé entre les deux collecteurs de sortie et la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant afin que les deux flux sortant des collecteurs de sortie convergent vers la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant.
Lorsque la boucle de fluide réfrigérant est dans une configuration où elle chauffe l’habitacle, le fluide réfrigérant entrant dans l’échangeur de chaleur est plus froid que le flux d’air traversant ledit échangeur de chaleur, ledit fluide réfrigérant ayant été détendu par l’organe de détente en amont de l’entrée de l’échangeur de chaleur. Ainsi, bien que le flux d’air en provenance de l’extérieur du véhicule présente une température basse, on comprend que ledit flux d’air est destiné à céder ses calories au fluide réfrigérant afin de le réchauffer. Le fluide réfrigérant est réchauffé au fur et à mesure qu’il circule dans la pluralité de tubes, depuis le collecteur d’entrée jusqu’au collecteur de sortie.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier collecteur d’entrée est disposé à une première extrémité de la surface d’échange de chaleur et le deuxième collecteur d’entrée est disposé à une deuxième extrémité de la surface d’échange de chaleur opposée à la première extrémité le long de la direction d’allongement principal de la pluralité de tubes.
On tire avantage du premier collecteur d’entrée et du deuxième collecteur d’entrée, et notamment de leur disposition particulière à des extrémités opposées de la surface d’échange, en ce qu’ils permettent d’éviter des gradients de température importants d’une extrémité à l’autre de la surface d’échange de chaleur, la portion de fluide réfrigérant destinée à pénétrer dans la surface d’échange via le premier collecteur d’entrée étant destinée à circuler en sens opposé à celui de la circulation de la portion de fluide réfrigérant destinée à pénétrer dans la surface d’échange via le deuxième collecteur d’entrée. De manière plus précise, la circulation du fluide réfrigérant dans le premier circuit et la circulation du fluide réfrigérant dans le deuxième circuit sont dans des sens inversés, permettant une meilleure répartition du gradient de température du fluide réfrigérant dans la surface d’échange. La température de la surface d’échange est ainsi plus homogène, de telle sorte qu’on limite la formation de givre sur ladite surface d’échange de l’échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins un tube du premier circuit est disposé entre deux tubes du deuxième circuit le long de la direction d’empilement des tubes et/ou au moins un tube du deuxième circuit est disposé entre deux tubes du premier circuit le long de la direction d’empilement des tubes. Plus particulièrement, les tubes de la première partie de la pluralité de tubes peuvent être disposés en alternance avec les tubes de la deuxième partie de la pluralité de tubes suivant la direction d’empilement des tubes.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins un du premier circuit et/ou du deuxième circuit est configuré pour former dans la surface d’échange au moins deux passes de circulation de fluide réfrigérant entre les collecteurs dudit circuit.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
est une vue schématique d’une boucle de fluide réfrigérant équipé d’un échangeur de chaleur selon l’invention, ladite boucle de fluide réfrigérant étant ici selon une première configuration ;
est une vue schématique de la boucle de fluide réfrigérant de la selon une deuxième configuration ;
est une vue en perspective de l’échangeur de chaleur selon l’invention équipant la boucle de fluide réfrigérant des figures 1 et 2, ledit échangeur comprenant une surface d’échange de chaleur formé d’un empilement de tubes agencés de manière à former un premier circuit de fluide réfrigérant et un deuxième circuit de fluide réfrigérant, au moins deux tubes étant séparés dans l’empilement par un organe de dissipation thermique ;
est une vue de dessus de l’échangeur de chaleur de la , rendant plus particulièrement visible un organe de dissipation thermique caractéristique de l’invention en ce qu’il s’étend au-delà du volume délimité par l’empilement de tubes de la surface d’échange de chaleur ;
est une vue schématique en coupe d’un échangeur de chaleur semblable à celui illustré sur la , rendant là encore visible un organe de dissipation thermique dont une portion extérieure est en porte à faux par rapport aux tubes de la surface d’échange de chaleur ;
est une vue rapprochée en perspective de l’organe de dissipation thermique de la selon un premier exemple de l’invention, la illustrant la direction de circulation d’un flux d’air à travers l’organe de dissipation thermique ;
est une vue schématique d’un détail de l’organe de dissipation thermique de la , vue en coupe dans un plan longitudinal et vertical perpendiculaire à la direction du flux d’air, cette rendant visible un canal de circulation du passage d’air ;
est une vue rapprochée de l’organe de dissipation thermique de la ou de la selon un deuxième exemple de l’invention ;
est une vue rapprochée de l’organe de dissipation thermique de la ou de la selon un troisième exemple de l’invention ;
est une vue schématique de l’échangeur de chaleur de la boucle de fluide réfrigérant des figures 1 et 2 selon une alternative de l’invention dans lequel au moins un du premier circuit et/ou du deuxième circuit comprend au moins deux passes.
Il faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, ces figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention, le cas échéant. Il est également à noter que ces figures n’exposent que des exemples de réalisation de l’invention. Enfin, les mêmes repères désignent les mêmes éléments dans l'ensemble des figures.
Les figures 1 et 2 illustrent une boucle de fluide réfrigérant 1 selon un aspect de l’invention destinée à équiper un véhicule, électrique ou hybride, afin de réchauffer ou refroidir un habitacle du véhicule, au moyen d’un premier flux d’air 101 dirigé vers l’habitacle du véhicule.
La boucle de fluide réfrigérant 1 comprend au moins un échangeur de chaleur 2 spécifique de l’invention, et comprend ici, dans l’exemple illustré sur les figures 1 et 2, un compresseur 4, un échangeur thermique 6, un évaporateur 8 et au moins un organe de détente 10. L’échangeur de chaleur 2 est avantageusement disposé à l’avant du véhicule afin d’être traversé par un deuxième flux d’air 102 en provenance de l’extérieur du véhicule.
Dans une première configuration de la boucle de fluide réfrigérant 1, destinée à refroidir l’habitacle du véhicule et illustrée ici sur la , le fluide réfrigérant traverse l’échangeur de chaleur 2 au sein duquel il cède des calories au deuxième flux d’air 102 traversant ledit échangeur de chaleur 2, de telle sorte que le fluide réfrigérant sort de l’échangeur de chaleur 2 à l’état liquide alors qu’il est entré à l’état gazeux, de telle sorte que le fluide réfrigérant sorte de l’échangeur de chaleur 2 plus froid qu’en entrée de l’échangeur de chaleur 2. Par la suite, le fluide réfrigérant est dirigé vers un premier organe de détente 10a de la boucle de fluide réfrigérant 1, par exemple un détendeur, assurant la détente du fluide réfrigérant et l’abaissement de sa température. Ainsi, le fluide réfrigérant est plus froid en sortie du premier organe de détente 10a qu’en entrée. Suite à son passage par le premier organe de détente 10a, le fluide réfrigérant traverse l’évaporateur 8 et échange des calories avec le premier flux d’air 101 traversant ledit évaporateur 8. De manière plus précise, l’évaporateur 8 s’intègre dans un boîtier d’une installation de chauffage du véhicule qui est configuré pour diriger le premier flux d’air 101 qui traverse l’évaporateur vers l’habitacle du véhicule, et le fluide réfrigérant circulant dans l’évaporateur est plus froid que le premier flux d’air 101 lorsque celui-ci traverse l’évaporateur de sorte que le fluide réfrigérant est apte à capter les calories du premier flux d’air 101 afin de le refroidir avant son entrée dans l’habitacle. Lors de l’échange de calories dans l’évaporateur 8, le fluide réfrigérant passe donc à l’état gazeux lorsqu’il capte les calories du premier flux d’air 101, notamment de par l’abaissement de son point de changement d’état par le premier organe de détente 10a.
Par la suite, en sortie d’évaporateur 8, le fluide réfrigérant sous forme gazeux est dirigé vers le compresseur 4 qui augmente la pression du fluide réfrigérant et donc augmente sa température. Le fluide réfrigérant traverse ensuite l’échangeur thermique 6 sans effectuer d’échange de calories, ledit échangeur thermique 6 n’étant pas, dans cette configuration de la boucle de fluide réfrigérant 1, traversé par le premier flux d’air 101. En sortie de l’échangeur thermique 6, le fluide réfrigérant est dirigé vers un deuxième organe de détente 10b qui, dans cette configuration de la boucle de fluide réfrigérant 1, est inactif, le fluide réfrigérant étant dirigé vers l’échangeur de chaleur 2 en sortie du deuxième organe de détente 10b.
Dans une deuxième configuration de la boucle de fluide réfrigérant 1, destinée à chauffer l’habitacle du véhicule et illustrée ici sur la , le fluide réfrigérant traverse le compresseur 4 à l’état gazeux afin que ce dernier augmente la pression et la température du fluide réfrigérant. Par la suite, le fluide réfrigérant traverse l’échangeur thermique 6 au sein duquel il échange des calories avec le premier flux d’air 101 qui dans cette configuration traverse l’échangeur thermique 6 avant d’être dirigé vers l’habitacle du véhicule. De manière plus précise, le fluide réfrigérant cède ses calories au premier flux d’air 101, alors plus froid, afin que ledit premier flux d’air 101 soit plus chaud après avoir traversé l’échangeur thermique 6 de sorte à réchauffer l’habitacle du véhicule.
En sortie d’échangeur thermique 6, le fluide réfrigérant est devenu liquide mais est plus froid qu’en entrée d’échangeur thermique 6 et il est amené à traverser le deuxième organe de détente 10b afin que ce dernier abaisse encore la pression et la température du fluide réfrigérant. Par la suite le fluide réfrigérant traverse l’échangeur de chaleur 2 au sein duquel il échange des calories avec le deuxième flux d’air 102 le traversant. De manière plus précise, le deuxième flux d’air 102 est plus chaud que le fluide réfrigérant, et le fluide réfrigérant capte donc des calories dudit deuxième flux d’air 102 lors de son passage dans l’échangeur de chaleur 2 et ressort de ce dernier à l’état gazeux. Par la suite le fluide réfrigérant, à l’état gazeux, est redirigé vers le compresseur 4.
On comprend par ailleurs que lors de l’utilisation de la boucle de fluide réfrigérant 1 dans la deuxième configuration, qui réchauffe l’habitacle du véhicule, le fluide réfrigérant froid qui traverse l’échangeur de chaleur 2 capte des calories du deuxième flux d’air 102 en provenance de l’extérieur du véhicule, de telle sorte que la température du fluide réfrigérant augmente en sortie de l’échangeur de chaleur 2. De plus, il convient de considérer que lors de l’utilisation de la boucle de fluide réfrigérant 1 dans la deuxième configuration qui réchauffe l’habitacle, c’est-à-dire en période hivernale, le deuxième flux d’air 102 est à une température basse, de sorte que la température du fluide réfrigérant peut présenter une température négative en entrée de l’échangeur de chaleur et la température des composants de cet échangeur de chaleur est particulièrement froide, susceptible de créer du givre si des gouttelettes de condensation du deuxième flux d’air se forme en surface de l’échangeur de chaleur.
L’échangeur de chaleur 2 selon l’invention, particulièrement visible à la , comprend une surface d’échange 12 de chaleur, qui s’étend dans un plan principal 14 longitudinal L et vertical V, et qui est destinée à être traversée par le deuxième flux d’air 102 en provenance de l’extérieur du véhicule. L’échangeur de chaleur 2 comprend également au moins un collecteur d’entrée 16 et au moins un collecteur de sortie 18 du fluide réfrigérant reliés fluidiquement à la surface d’échange 12 de manière à permettre respectivement l’entrée du fluide réfrigérant dans la surface d’échange 12 et la sortie du fluide réfrigérant de cette surface d’échange 12.
La surface d’échange 12 de chaleur comprend une pluralité de tubes 20 au sein desquels circule le fluide réfrigérant et qui sont empilés le long d’une direction d’empilement E, ici verticale V, et de manière à former entre deux tubes voisins un espace 21 de passage du deuxième flux d’air 102 au travers de la surface d’échange 12. De manière plus précise, les tubes 20 sont configurés pour canaliser le fluide réfrigérant en leur sein, entre l’au moins un collecteur d’entrée 16 et l’au moins un collecteur de sortie 18 le long d’une direction d’allongement principal A des tubes 20, ici longitudinale L.
La surface d’échange 12 de l’échangeur de chaleur 2 comprend par ailleurs une pluralité d’organes de dissipation thermique 22, dont un premier exemple de réalisation est visible notamment sur les figures 4 à 7.
Chacun des organes de dissipation thermique 22 s’étend dans l’un des espaces 21 ménagés entre deux tubes 20 voisins de la pluralité de tubes 20, de manière à remplir cet espace tout en étant configuré pour laisser passer l’air. Tel que cela sera évoqué plus en détail ci-après, chaque organe de dissipation thermique 22 peut prendre la forme d’une tôle déformée, par exemple ondulée ou crénelée, pour permettre le passage de l’air et augmenter la surface d’échange de calories avec le deuxième flux d’air 102 traversant l’échangeur de chaleur,, de manière à augmenter les performances d’échange thermique entre le fluide réfrigérant et ledit deuxième flux d’air 102.
Chacun de ces organes de dissipation thermique 22 s’étend parallèlement à la direction d’allongement principal A des tubes 20, sensiblement sur toute la dimension longitudinale de l’échangeur de chaleur, depuis l’au moins un collecteur d’entrée 16 jusqu’à l’au moins un collecteur de sortie 18. En d’autres termes, on définit une dimension longitudinale DL1 de la surface d’échange 12 de chaleur et une longueur DL2 d’au moins un organe de dissipation thermique 22 prise le long d’une droite parallèle à la direction longitudinale L, la dimension longitudinale DL1 et la longueur DL2 étant sensiblement identiques l’une de l’autre.
Tel que cela est particulièrement visible sur la et la , au moins un des organes de dissipation thermique 22 s’étend suivant une direction transversale T, perpendiculaire au plan principal 14 de la surface d’échange 12, au-delà d’un volume VO délimité par la surface d’échange 12. De manière plus précise, l’au moins un organe de dissipation thermique 22 comprend une portion interne 24 qui s’étend dans le volume VO délimité par la surface d’échange 12, c’est-à-dire en contact avec les tubes 20, et une portion extérieure 26 qui s’étend en dehors du volume VO délimité par la surface d’échange 12, c’est-à-dire qui n’est pas en contact avec les tubes 20.
On définit alors une largeur moyenne LM de la pluralité de tubes 20, prise le long d’une droite parallèle à la direction transversale T. Selon une caractéristique de l’invention chaque organe de dissipation thermique qui s’étend au-delà du volume défini par l’empilement de tubes, et qui s’étend donc en porte à faux susceptible de fragiliser sa structure, présente une dimension transversale DT qui est strictement inférieure à une moitié de la largeur moyenne LM de la pluralité de tubes 20. De la sorte, un organe de dissipation thermique selon l’invention présente une largeur LG, le long de la direction transversale, qui est égale à la somme de la largeur moyenne LM de la pluralité de tubes et de la dimension transversale DT de la portion extérieure en porte à faux.
La dimension transversale de l’organe de dissipation thermique et plus particulièrement de la portion extérieure 26 en porte à faux est notamment définie pour trouver un compromis entre d’une part le fait de disposer l’extrémité libre de la portion extérieure 26 suffisamment à distance de la surface d’échange de chaleur pour créer une zone suffisamment grande de dépôt de gouttelettes à l’extérieur de la surface d’échange de chaleur et d’autre part le besoin de s’assurer que l’organe de dissipation thermique ne fléchisse pas et que la portion extérieure 26 reste bien dans l’alignement vertical de la portion interne, ainsi que le besoin de garder un échangeur relativement compact. Tel que cela a pu être évoqué précédemment, des gouttelettes peuvent se former au contact de l’air humide sur l’organe de dissipation thermique, qui est apte à céder des calories à l’air frais venant de l’extérieur par conduction thermique entre le fluide réfrigérant, les tubes et l’organe de dissipation thermique. Le givre se développant principalement au niveau du bord d’attaque de l’organe de dissipation thermique, il est avantageux de créer un gradient thermique sur la partie en porte-à-faux, pour générer une température plus élevée sur le bord d’attaque de cet organe de dissipation thermique, à savoir le bord opposé à la surface d’échange de chaleur. Ce gradient thermique permet d’homogénéiser la formation du givre sur la surface de l’organe de dissipation thermique et d’éviter un développement trop brutal de givre uniquement sur le bord d’attaque de cet organe de dissipation thermique qui pourrait conduire au colmatage de la surface d’échange de chaleur.
En d’autres termes, selon l’invention, en faisant s’étendre l’organe de dissipation thermique au-delà de la surface d’échange thermique, on permet d’étendre la zone de formation de givre et on évite que le givre qui se forme sur l’échangeur ne bouche l’entrée de la surface d’échange de chaleur.
On va maintenant décrire la forme donnée à chaque organe de dissipation thermique pour qu’il permette d’améliorer encore la performance thermique de l’échangeur de chaleur notamment en évitant là encore la formation de givre. Dans chacun des exemples qui va suivre, il est ainsi notable que l’organe de dissipation thermique ne présente pas de persienne, c’est-à-dire d’ouverture dans la tôle pour brasser le passage du flux d’air frais, et que le guidage du flux d’air se fait par des formes sinueuses mais régulières, sans découpe de la tôle.
Dans le premier exemple de réalisation précédemment évoqué, et tel que cela est notamment visible à la , l’au moins un organe de dissipation thermique 22 présente une première section S1, prise dans un plan parallèle au plan principal 14 de la surface d’échange 12, qui est crénelée ou ondulée. De manière plus précise, l’au moins un organe de dissipation thermique 22 présente, dans la première section S1 parallèle au plan principal 14 de la surface d’échange, un profil ondulatoire 28 formé d’une succession de bosses 30 espacées les unes des autres de telle sorte à former entre elles des canaux de circulation 32 du deuxième flux d’air 102. Le profil ondulatoire 28 de l’organe de dissipation thermique est régulier, de telle sorte que les bosses 30 sont disposées à intervalles réguliers les unes des autres, de manière à définir des canaux de circulation de dimension constante d’un canal à l’autre.
Chacune des bosses 30 de l’organe de dissipation thermique 22 définit deux parois de guidage 34 d’air qui s’étendent chacune sensiblement dans un plan vertical et transversal, tel que cela est représenté schématiquement à la , de sorte que deux bosses 30 adjacentes délimitent un des canaux de circulation 32 du deuxième flux d’air, au moyen chacune d’une de leurs parois de guidage 34, ces parois étant disposées en regard l’une de l’autre.
Dans ce contexte, on peut définir une épaisseur de bosse EB de chacune des bosses 30 et une épaisseur de canal EC de chacun des canaux de circulation 32 du deuxième flux d’air, visibles à la , et prise le long d’une droite parallèle à la direction longitudinale de l’échangeur de chaleur. L’épaisseur de bosse EB peut notamment être égale, ou sensiblement égale, à l’épaisseur de canal EC.
Selon l’invention, l’au moins un organe de dissipation thermique 22 présente une deuxième section S2, prise dans un plan longitudinal L et transversal T, perpendiculaire au plan principal 14 de la surface d’échange 12, présentant une pluralité de formes ondulées s’étendant à égale distance les unes des autres. On comprend notamment que chacune des bosses 30 définies précédemment, et plus particulièrement chacune des parois de guidage 34 participant à définir ces bosses, présente dans cette deuxième section S2, une forme ondulée de manière à rendre sinueux les canaux de circulation 32 du deuxième flux d’air 102. La forme ondulée des parois de guidage 34 dans cette deuxième section S2 présente une alternance de reliefs positifs et négatifs par rapport à un plan d’allongement transversal et vertical, selon un motif qui est reproduit avec un pas régulier suivant la direction transversale T de l’échangeur de chaleur 2. L’agencement des bosses successivement le long de la direction longitudinale est telle que le relief positif d’une bosse est disposé en regard d’un même relief positif d’une bosse voisine, de sorte que l’épaisseur du canal reste constante d’une extrémité à l’autre du canal selon le sens de circulation du flux d’air.
Par ailleurs, la forme ondulée des bosses 30, et donc des parois de guidage 34, dans la deuxième section S2 selon un plan longitudinal L et transversal T, est réalisée de manière continue entre la portion interne 24 et la portion extérieure 26 de l’organe de dissipation thermique 22. Le trajet du flux d’air frais amené à traverser l’échangeur de chaleur est ainsi sensiblement constant et régulier depuis le moment où il circule dans les canaux formés dans la portion extérieure 26 jusqu’au moment où il sort de l’échangeur de chaleur après être passé dans les espaces 21 entre les tubes.
Un deuxième exemple de réalisation de l’invention, visible à la , diffère de ce qui vient d’être précédemment décrit en ce que l’au moins un organe de dissipation thermique 22 présente une deuxième section S2 dans le plan longitudinal L et transversal T présentant une pluralité de formes anguleuses, parallèles les unes des autres. En d’autres termes, dans cet exemple de l’invention, les parois de guidage 34 de chacune des bosses 30, prises dans la deuxième section S2, présentent une pluralité de profils angulaires formés à un pas régulier le long de chacune desdites parois de guidage 34. Ces profils angulaires forment alternativement sur chaque paroi de guidage des pointes saillantes et des dégagements, avec des angles au sommets, aigus et obtus, compris entre 120° et 170°. Conformément à ce qui a pu être décrit précédemment pour le premier exemple de réalisation de l’invention, les parois de guidage 34 de chacune des bosses 30 présentent un profil identique les unes par rapport aux autres et sont agencées l’une par rapport à l’autre de sorte que l’épaisseur du canal formé entre deux parois de guidage reste constante d’une extrémité à l’autre du canal selon le sens de circulation du flux d’air. Plus particulièrement, pour un canal de circulation donné, l’arête formée à l’extrémité d’une pointe réalisée sur une paroi latérale est en regard d’une arête formée au centre du dégagement, de sorte que l’épaisseur définie longitudinalement entre les deux parois latérales est constante.
Un troisième exemple de réalisation de l’invention, visible à la , diffère de ce qui vient d’être précédemment décrit en ce que l’au moins un organe de dissipation thermique 22 présente, suivant la deuxième section S2 dans le plan longitudinal L et transversal T, une pluralité de canaux de circulation droits comportant à intervalles réguliers un bossage formé sur une paroi de guidage participant à délimiter ce canal. Comme pour les formes ondulées et anguleuses précédemment décrites, la présence du bossage permet de casser la forme droite du canal de circulation d’air et de s’assurer que l’air est brassé lors de son passage dans ce canal. Chaque bossage formé sur une paroi de guidage est disposé en regard d’un bossage formant son négatif sur la paroi de guidage opposée de l’autre côté du canal de circulation, de sorte que l’épaisseur du canal reste constante d’une extrémité à l’autre du canal selon le sens de circulation du flux d’air.
Dans chacun des exemples précédemment décrits, il convient de noter que les caractéristiques décrites pour l’au moins un organe de dissipation thermique peuvent s’appliquermutatis mutandisà l’ensemble des organes de dissipation thermique de la surface d’échange de chaleur.
On tire avantage d’une telle structure des organes de dissipation thermique en ce qu’ils limitent et localisent la rétention d’eau et donc le développement de givre potentiel sur leurs surfaces, tel que cela a pu être précédemment décrit. De manière complémentaire à l’augmentation de la zone de dépôt potentiel des gouttelettes sur les tubes, et donc à la délocalisation de la formation potentielle de givre à distance de la surface d’échange de chaleur, le profil sinueux des canaux de circulation du passage d’air permet de brasser le flux de circulation du deuxième flux d’air au sein desdits canaux en cassant la direction rectiligne dudit deuxième flux d’air au travers de la surface d’échange de chaleur, et donc de s’assurer que l’échange thermique est optimale.
Selon l’invention, l’échangeur de chaleur 2 comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant 40 et un deuxième circuit de fluide réfrigérant 42, visibles à la .
Le premier circuit de fluide réfrigérant 40 comporte notamment une première partie 44a de la pluralité de tubes 20, ainsi qu’un premier collecteur d’entrée 16a et un premier collecteur de sortie 18a qui sont fluidiquement reliés à la première partie 44a de la pluralité de tubes 20. On comprend que le premier collecteur d’entrée 16a permet de distribuer le fluide réfrigérant dans chacun des tubes de la première partie 44a, tandis que le premier collecteur de sortie 18a permet d’évacuer le fluide réfrigérant une fois qu’il a circulé à travers les tubes de la première partie 44a.
De manière plus précise, le premier collecteur d’entrée 16a est fluidiquement relié à une première portion 46a de la boucle de fluide réfrigérant 1, visible aux figures 1 et 2, agencée entre l’échangeur thermique 6, ici sous forme de condenseur, et l’échangeur de chaleur, et comportant le deuxième organe de détente 10b, évoqué précédemment. Par ailleurs le premier collecteur de sortie 18a est fluidiquement relié à une deuxième portion 46b de la boucle de fluide réfrigérant 1, reliée à l’évaporateur 8 ou au compresseur 4 selon la configuration de la boucle de régulation thermique.
Le deuxième circuit de fluide réfrigérant 42 comporte une deuxième partie 44b de la pluralité de tubes 20 de fluide réfrigérant, ainsi qu’un deuxième collecteur d’entrée 16b et un deuxième collecteur de sortie 18b qui sont fluidiquement reliés à la deuxième partie 44b de la pluralité de tubes 20. Conformément à ce qui a été décrit précédemment, le deuxième collecteur d’entrée 16b permet de distribuer le fluide réfrigérant dans chacun des tubes de la deuxième partie 44b, tandis que le deuxième collecteur de sortie 18b permet d’évacuer le fluide réfrigérant une fois qu’il a circulé à travers les tubes de la deuxième partie 44b.
Le deuxième collecteur d’entrée 16b est fluidiquement relié à la première portion 46a de la boucle de fluide réfrigérant 1 précédemment décrite et visible aux figures 1 et 2, tandis que le deuxième collecteur de sortie 18b est fluidiquement relié à la deuxième portion 46b de la boucle de fluide réfrigérant 1.
La première partie 44a de la pluralité de tubes 20 et la deuxième partie 44b de la pluralité de tubes 20 sont fluidiquement distinctes l’une de l’autre. Le premier collecteur d’entrée 16a et le deuxième collecteur d’entrée 16b étant configurés pour être fluidiquement reliés à la même première portion 46a de la boucle de fluide réfrigérant, on comprend que cette première portion 46a comporte un embranchement à deux branches sur lesquelles sont raccordées le premier collecteur d’entrée 16a et le deuxième collecteur d’entrée 16b. Le fluide réfrigérant circulant dans la première portion 46a de la boucle de fluide réfrigérant est scindé au passage de cet embranchement en deux portions de flux circulant l’une dans le premier circuit 40 via le premier collecteur d’entrée 16a et l’autre dans le deuxième circuit 42 via le deuxième collecteur d’entrée 16b.
Le premier collecteur d’entrée 16a et le deuxième collecteur d’entrée 16b sont configurés pour être fluidiquement reliés de manière commune au deuxième organe de détente de la boucle de fluide réfrigérant. De manière plus précise, on définit un canal d’entrée 48 du fluide réfrigérant dans l’échangeur de chaleur 2, visible aux figures 1 et 2, et un canal de sortie 50 du fluide réfrigérant de l’échangeur de chaleur 2. Les collecteurs d’entrée 16a, 16b sont alors fluidiquement reliés au canal d’entrée 48 du fluide réfrigérant tandis que les collecteurs de sortie 18a, 18b sont fluidiquement reliés au canal de sortie 50 du fluide réfrigérant. En d’autres termes, le canal d’entrée 48 du fluide réfrigérant s’étend entre le deuxième organe de détente 10b et les collecteurs d’entrée 16a, 16b, tandis que le canal de sortie 50 s’étend entre les collecteurs de sortie 18a, 18b et le compresseur 4 ou l’évaporateur 8 suivant la configuration de la boucle de fluide réfrigérant 1.
Tel que cela est particulièrement visible à la figures 3, le premier collecteur d’entrée 16a et le deuxième collecteur d’entrée 16b sont disposés à l’opposé l’un de l’autre suivant la direction d’allongement principal A des tubes 20. De manière plus précise, on définit une première extrémité 52a de la surface d’échange 12 et une deuxième extrémité 52b de la surface d’échange 12, opposées l’une de l’autre suivant la direction d’allongement principal A desdits tubes 20, et le premier collecteur d’entrée 16a est disposé à la première extrémité 52a de la surface d’échange 12 tandis que le deuxième collecteur d’entrée 16b est disposé à la deuxième extrémité 52b de la surface d’échange 12.
De manière analogue, le premier collecteur de sortie 18a est disposé à la deuxième extrémité 52b de la surface d’échange 12 de chaleur tandis que le deuxième collecteur de sortie 18b est disposé à la première extrémité 52a de la surface d’échange 12. On comprend alors que le premier collecteur d’entrée 16a et le deuxième collecteur de sortie 18b forment un ensemble disposé à la première extrémité 52a de la surface d’échange 12 et qu’un autre ensemble formé par le premier collecteur de sortie 18a et le deuxième collecteur d’entrée 16b est disposé à la deuxième extrémité 52b de la surface d’échange 12.
Selon l’exemple de l’invention de la , le premier collecteur d’entrée 16a et le premier collecteur de sortie 18a du premier circuit 40 sont en regard l’un de l’autre suivant la direction d’allongement principal A des tubes 20. De même, le deuxième collecteur d’entrée 16b et le deuxième collecteur de sortie 18b du deuxième circuit 42 sont en regard l’un de l’autre suivant la direction d’allongement principal A des tubes 20. Par ailleurs, et toujours selon un exemple de l’invention, le premier collecteur d’entrée 16a et le deuxième collecteur de sortie 18b positionnés à la première extrémité 52a de la surface d’échange 12 sont alignés le long d’une droite I sécante au plan principal 14 de la surface d’échange 12, ladite droite I étant par exemple perpendiculaire audit plan principal 14. Il convient de considérer que cette caractéristique s’appliquemutatis mutandisau premier collecteur de sortie 18a et au deuxième collecteur d’entrée 16b positionnés à la deuxième extrémité 52b de la surface d’échange 12.
D’autres agencements des collecteurs d’entrée et de sortie peuvent être mis en œuvre selon l’invention, dès lors que deux collecteurs d’entrée permettant deux zones d’alimentation distinctes d’un même fluide réfrigérant sont agencés à des extrémités opposés de la surface d’échange de chaleur. A titre d’exemple ici non représentés, les collecteurs d’entrée et de sortie formant un ensemble disposé à une extrémité de la surface d’échange de chaleur peuvent être agencés de manière à être alignés dans la direction d’allongement principal.
On comprend de ce qui précède, que la circulation du fluide réfrigérant au sein de l’échangeur de chaleur 2, et plus particulièrement au sein de la surface d’échange 12, est croisée. Dit autrement, lors du fonctionnement de la boucle de fluide réfrigérant, le fluide réfrigérant est amené à circuler dans la pluralité de tubes 20 de la surface d’échange 12 de l’échangeur de chaleur 2 selon deux sens de circulation opposés. Plus précisément, un premier sens B1 de circulation correspond à une circulation depuis la première extrémité 52a de la surface d’échange 12 vers la deuxième extrémité 52b de la surface d’échange 12, c’est-à-dire du premier collecteur d’entrée 16a vers le premier collecteur de sortie 18a, tandis qu’un deuxième sens B2 de circulation correspond à un circulation depuis la deuxième extrémité 52b de la surface d’échange 12 vers la première extrémité 52a de la surface d’échange 12, c’est-à-dire du deuxième collecteur d’entrée 16b vers le deuxième collecteur de sortie 18b.
On comprend par ailleurs que le premier collecteur d’entrée 16a et le premier collecteur de sortie 18a sont reliés fluidiquement uniquement au canal d’entrée 48, à la première partie 44a de la pluralité de tubes 20 et au canal de sortie 50, tandis que le deuxième collecteur d’entrée 16b et le deuxième collecteur de sortie 18b sont reliés fluidiquement uniquement au canal d’entrée 48, à la deuxième partie 44b de la pluralité de tubes 20 et au canal de sortie 50, le canal d’entrée 48 et le canal de sortie 50 étant commun à ces portions de fluide réfrigérant amenées à circuler dans des sens opposés au sein de la surface d’échange de chaleur.
Une telle circulation croisée du fluide réfrigérant au sein de l’échangeur de chaleur 2 permet avantageusement d’obtenir une meilleure répartition de la température au sein de la surface d’échange 12. En d’autres termes, le gradient de température du fluide réfrigérant circulant au sein du premier circuit 40 est opposé au gradient de température du fluide réfrigérant circulant au sein du deuxième circuit 42, limitant ainsi la concentration de température basse ou négative dans une zone localisée de la surface d’échange 12, ce qui permet de limiter la formation de givre sur ladite surface d’échange 12 de chaleur de manière additionnelle à ce qui a pu être précisé notamment sur l’agencement en porte à faux des organes de dissipation thermique évoqué précédemment et le cas échéant sur les structures de ces organes de dissipation thermique.
Afin d’optimiser l’homogénéisation de la température des composants de l’échangeur de chaleur lorsque le fluide réfrigérant circule au sein de la surface d’échange de chaleur, au moins un des tubes 20 du premier circuit 40 est disposé entre deux tubes 20 du deuxième circuit 42 le long de la direction d’empilement E des tubes 20, et/ou au moins un des tubes 20 du deuxième circuit 42 est disposé entre deux tubes 20 du premier circuit 40 le long de la direction d’empilement E des tubes 20. Selon un autre exemple de l’invention, les tubes 20 de la première partie 44a de la pluralité de tubes 20 sont disposés en alternance avec les tubes 20 de la deuxième partie 44b de la pluralité de tubes 20 suivant la direction d’empilement E des tubes 20.
On va maintenant décrire une alternative de mise en œuvre de l’invention en référence à la . Il faut alors comprendre que seules les caractéristiques distinctes des exemples précédents vont être décrites et que pour les caractéristiques communes il conviendra de se reporter à la description faite en référence aux figures 1 à 9, et notamment en ce qui concerne la présence d’un organe de dissipation thermique dans les espaces formés entre les tubes de la surface d’échange de chaleur et au moins la caractéristique sur l’agencement en porte à faux de cet organe de dissipation thermique.
Dans cette alternative de l’invention, le premier collecteur d’entrée 16a forme un premier collecteur 16a, le premier collecteur de sortie 18a forme un deuxième collecteur 18a, le deuxième collecteur d’entrée 16b forme un troisième collecteur 16b et le deuxième collecteur de sortie 18b forme un quatrième collecteur 18b de l’échangeur de chaleur 2. Par ailleurs, dans cette alternative de l’invention, le premier circuit 40 de fluide réfrigérant comprend une première chambre d’entrée 54a et une première chambre de sortie 56a qui sont fluidiquement reliées à des tubes 20 de la première partie 44a de la pluralité de tubes 20. On comprend alors que la première chambre d’entrée 54a permet de distribuer le fluide réfrigérant dans chacun des tubes 20 de la première partie 44a de la pluralité de tubes 20, tandis que la première chambre de sortie 56a permet d’évacuer le fluide réfrigérant une fois qu’il a circulé à travers ces tubes de la première partie 44a de la pluralité de tubes.
Ces caractéristiques s’appliquentmutatis mutandisau deuxième circuit 42 qui comprend une deuxième chambre d’entrée 54b et une deuxième chambre de sortie 56b qui sont fluidiquement reliées à des tubes 20 de la deuxième partie 44b de la pluralité de tubes 20.
Selon l’exemple de la , les circuits, les chambres et les collecteurs sont agencés au sein de l’échangeur de chaleur selon l’invention de telle sorte que le fluide réfrigérant puisse circuler en deux passes au sein d’au moins l’un des circuits 40, 42. En d’autres termes, au moins un du premier circuit 40 et/ou du deuxième circuit 42 comprend au moins une chambre de renvoi 58 du fluide réfrigérant, disposée fluidiquement entre la chambre d’entrée 54 et la chambre de sortie 56 du circuit 40, 42 concerné, cette chambre de renvoi 58 permettant de réorienter dans un sens de circulation opposé le fluide réfrigérant de manière à faire circuler dans deux tubes 20 voisins du fluide réfrigérant dans des sens opposés.
Selon cet exemple de l’invention, la première chambre d’entrée 54a et la première chambre de sortie 56a du premier circuit 40 sont disposées dans le même collecteur et plus particulièrement le premier collecteur 16a. Par ailleurs, la deuxième chambre d’entrée 54b et la deuxième chambre de sortie 56b du deuxième circuit 42 sont disposées respectivement dans le quatrième collecteur 18b et le troisième collecteur 16b. Ainsi, le premier circuit 40 est configuré de sorte que le fluide réfrigérant est destiné à entrer et sortie de la surface d’échange 12 via le même premier collecteur 16a, tandis que le deuxième circuit 42 est configuré de sorte que le fluide réfrigérant entre dans la surface d’échange 12 par le quatrième collecteur 18b et sort de la surface d’échange 12 par le troisième collecteur 16b.
Une paroi de séparation 60 permet notamment de séparer fluidiquement la première chambre d’entrée 54a et la première chambre de sortie 56a au sein du premier collecteur 16a du premier circuit 40. Il convient de considérer que dans la suite de la description, une paroi de séparation 60 est disposée dans un collecteur dès lors que deux chambres sont formées au sein de ce collecteur, de manière à isoler fluidiquement ces chambres les unes des autres.
On comprend alors de ce qui précède que la première chambre d’entrée 54a et la première chambre de sortie 56a partagent un volume interne 62 du premier collecteur 16a, en étant séparées par la paroi de séparation 60. Tel qu’illustré, le volume de chacune de ces deux chambres peut être le même, et représenter sensiblement la moitié du volume interne 46 du premier collecteur 40a.
La première chambre d’entrée 54a du premier circuit 24 est fluidiquement connectée à une première portion 64a de la première partie 44a de la pluralité de tubes 20 tandis que la première chambre de sortie 56a du premier circuit 40 est fluidiquement connectée à une deuxième portion 64b de la première partie 44a de la pluralité de tubes 20. En d’autres termes, la première chambre d’entrée 54a et la première chambre de sortie 56a du premier circuit 40 sont fluidiquement connectées à des tubes 20 distincts de la première partie 44a de la pluralité de tubes 20. Dans l’exemple évoqué où le volume de chacune des deux chambres est sensiblement égal à la moitié du volume interne 46 du premier collecteur 16a, lesdits première portion 64a et deuxième portion 64b comprennent chacune la moitié des tubes 20 composant la première partie 44a de la pluralité de tubes 20.
Tel qu’évoqué, au moins une chambre de renvoi 58 du fluide réfrigérant est disposée fluidiquement entre la chambre d’entrée 54 et la chambre de sortie 56 d’un des circuits 40, 42. Dans l’exemple de l’invention illustré sur la , le premier circuit 40 comprend une chambre de renvoi 58 logée au sein du deuxième collecteur 18a et le deuxième circuit 42 est dépourvu de chambre de renvoi.
La chambre de renvoi 58 du premier circuit 40, logée au sein du deuxième collecteur 18a, s’étend par ailleurs dans l’intégralité d’un volume interne 62 du deuxième collecteur 18a, de telle sorte que la chambre de renvoi 58 du premier circuit 40 est fluidiquement connectée à l’intégralité des tubes 20 de la première partie 44a de la pluralité de tubes 20. En d’autres termes, ici, la chambre de renvoi 58 du premier circuit 40 est connectée à l’ensemble des tubes 20 connectés à la première chambre d’entrée 54a et à l’ensemble des tubes 20 connectés à la première chambre de sortie 56a.
Concernant le deuxième circuit 42, la deuxième chambre d’entrée 54b logée dans le quatrième collecteur 18b s’étend sur l’intégralité d’un volume interne 62 dudit quatrième collecteur 18b et est ainsi connectée fluidiquement à l’intégralité des tubes 20 de la deuxième partie 44b de la pluralité de tubes 20. De manière analogue, la deuxième chambre de sortie 56b du deuxième circuit 42 logée dans le troisième collecteur 16b s’étend dans l’intégralité d’un volume interne 62 dudit troisième collecteur 16b et est ainsi connectée fluidiquement à l’intégralité des tubes 20 de la deuxième partie 44b de la pluralité de tubes 20.
Conformément à cet exemple de l’invention, au moins un circuit, à savoir ici le premier circuit 40, de fluide réfrigérant formé au sein de l’échangeur de chaleur 2 est configuré pour présenter au moins deux passes 68 dans la surface d’échange 12 entre sa première chambre d’entrée 54a et sa première chambre de sortie 56a. En d’autres termes, au sein du premier circuit 40 de circulation de fluide réfrigérant, qui est représenté de manière arbitraire sur cette par des flèches simples, le fluide réfrigérant est configuré pour circuler suivant des sens de circulation opposés formant une première passe 68a dans laquelle le fluide réfrigérant circule dans le premier sens B1 de circulation et une deuxième passe 68b dans laquelle le fluide réfrigérant circule dans le deuxième sens B2 de circulation, opposé au premier sens B1 suivant la direction d’allongement A des tubes 20.
De manière plus précise et selon ce premier exemple de l’invention, la première passe 68a du premier circuit 40 s’étend depuis la première chambre d’entrée 54a jusqu’à la chambre de renvoi 58 en passant par la première portion 64a de la première partie 44a de la pluralité de tubes 20. Dans cette première passe 68a, le fluide réfrigérant circule donc depuis la première chambre d’entrée 54a vers la chambre de renvoi 58 suivant le premier sens B1 de circulation, parallèle à la direction d’allongement A des tubes 20. Une fois arrivé dans la chambre de renvoi 58 après avoir traversé la première passe 68a, le fluide réfrigérant est réinjecté dans la surface d’échange 12, et notamment dans la deuxième portion 64b de la première partie 44a de la pluralité de tubes 20, jusqu’à la première chambre de sortie 56a, de telle sorte à former la deuxième passe 68b, en circulant suivant le deuxième sens B2 de circulation.
Tel qu’évoqué, dans cet exemple de l’invention, le deuxième circuit 42 est configuré de manière à ne former qu’une seule passe 68 de circulation de fluide réfrigérant dans la surface d’échange 12, le fluide réfrigérant circulant dans un unique sens de circulation, ici le premier sens B1 de circulation, depuis la deuxième chambre d’entrée 54b logée dans le quatrième collecteur 18b vers la deuxième chambre de sortie 56b logée dans le troisième collecteur 16b, tel que cela est représenté de manière arbitraire sur la par des doubles flèches.
Cet agencement de l’échangeur de chaleur permet la mise en œuvre d’une circulation croisée du fluide réfrigérant en au moins une zone de la surface d’échange 12. Le fluide réfrigérant est amené à circuler dans la pluralité de tubes 20 de la surface d’échange 12 de l’échangeur de chaleur 2 selon deux sens B1, B2 de circulation opposés que ce soit au sein du premier ou du deuxième circuit, puisqu’au moins un des circuits présente au moins deux passes de circulation en sens opposés et qu’il en résulte que dans au moins une zone de la surface d’échange, au moins deux tubes voisins de la surface d’échange sont traversés par un fluide réfrigérant circulant dans des sens opposés, étant entendu que la pluralité de tubes formant la surface d’échange de chaleur en s’étendant dans un même plan sont répartis entre le premier circuit et le deuxième circuit.
Dans le cas où les tubes formant la surface d’échange de chaleur sont disposés de manière alternée, avec au moins un des tubes 20 du premier circuit 40 qui est disposé entre deux tubes 20 du deuxième circuit 42 le long de la direction d’empilements E des tubes 20 et/ou au moins un des tubes 20 du deuxième circuit 42 qui est disposé entre deux tubes 20 du premier circuit 40 le long de la direction d’empilement E des tubes 20, la zone de la surface d’échange de chaleur sur laquelle la circulation de fluide réfrigérant est à sens opposés est agrandie. Et cette zone est d’autant plus grande que les tubes du premier circuit et les tubes du deuxième circuit sont disposés dans une alternance régulière et répétée sur toute la surface d’échange de chaleur, ce qui permet de mieux homogénéiser la température des composants de l’échangeur thermique lorsque le fluide réfrigérant circule au sein de la surface d’échange de chaleur.
Plus précisément, dans le premier exemple de réalisation de l’échangeur de chaleur, dans le premier circuit 40, le fluide réfrigérant circule dans la première passe 68a suivant le premier sens B1 de circulation dans la première portion de tubes 64a, c’est-à-dire depuis la première extrémité 52a de la surface d’échange vers la deuxième extrémité 52b de la surface d’échange, puis dans la deuxième passe 68b suivant le deuxième sens B2 de circulation dans la deuxième portion de tubes 64b, c’est-à-dire depuis la deuxième extrémité 52b de la surface d’échange 12 vers la première extrémité 52a de la surface d’échange 12. Et dans le deuxième circuit 42, le fluide réfrigérant circule uniquement dans le premier sens B1 de circulation, depuis la première extrémité 52a de la surface d’échange vers la deuxième extrémité 52b de la surface d’échange. Dans la zone où les tubes du deuxième circuit 42 sont disposés en alternance avec les tubes de la première portion de tubes 64a du premier circuit 40, le fluide réfrigérant circule dans le même sens de circulation que ce soit dans le premier circuit ou dans le deuxième circuit. Mais dans la zone où les tubes du deuxième circuit 42 sont disposés en alternance avec les tubes de la deuxième portion de tubes 64b du premier circuit 40, le fluide réfrigérant circule dans des sens opposés de circulation selon qu’il circule dans le premier circuit ou dans le deuxième circuit.
L’invention telle qu’elle vient d’être décrite ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations exclusivement décrits et illustrés, et s’applique également à tous moyens ou configurations, équivalents et à toute combinaison de tels moyens ou configurations. A titre d’exemple de variante, donné ici de manière non exhaustive, on pourrait prévoir que l’échangeur de chaleur comprenne plus ou moins de passes formées sur chacun des circuits que ce qui a été décrit précédemment, dès lors que le fluide réfrigérant circule dans des sens opposés dans deux tubes voisins. Il pourrait également être prévu que les formes sinueuses des canaux de circulation du passage d’air au sein des organes de dissipation thermique présentent un aspect différent, dès lors qu’ils sont formés sans zone de découpe des parois de ces organes et donc sans zone dans lequel les gouttelettes peuvent être emprisonnés. Il convient toutefois de noter que s’il est intéressant de combiner cette caractéristique à celle selon laquelle un organe de dissipation thermique est en porte à faux de la surface d’échange de chaleur pour délocaliser la zone d’accrochage des gouttelettes sur l’organe de dissipation thermique en amont de la surface d’échange de chaleur, l’invention est mise en œuvre dès lors que seule cette dernière caractéristique de porte à faux de l’organe de dissipation thermique est présente.

Claims (10)

  1. Echangeur de chaleur (2) pour une boucle de fluide réfrigérant (1), comprenant une surface d’échange de chaleur (12) qui s’étend dans un plan principal (14) longitudinal (L), au moins un collecteur d’entrée (16) d’un fluide réfrigérant et au moins un collecteur de sortie (18) du fluide réfrigérant, la surface d’échange (12) de chaleur comprenant une pluralité de tubes (20), empilés le long d’une direction d’empilement (E) verticale (V) et de telle sorte à former entre deux tubes (20) voisins un espace (21) de passage du flux d’air (102) au travers de la surface d’échange (12),et une pluralité d’organes de dissipation thermique (22), chaque organe de dissipation thermique étant respectivement disposé dans un des espaces (21) entre les tubes (20), l’échangeur de chaleur (2) étant caractérisé en ce qu’au moins un des organes de dissipation thermique (22) présente une section (S1), prise dans un plan parallèle au plan principal (14) de la surface d’échange (2), ondulée , ledit organe de dissipation thermique (22) s’étendant suivant une direction transversale (T), perpendiculaire au plan principal (14) de la surface d’échange (12), au-delà d’un volume (VO) délimité par l’empilement des tubes de la surface d’échange (12).
  2. Echangeur de chaleur (2) selon la revendication précédente, dans lequel l’empilement des tubes de la surface d’échange (12) de chaleur présente une dimension longitudinale (DL1) et l’organe de dissipation thermique (22) présente une longueur (DL2) prise le long d’une droite parallèle à la direction longitudinale (L), la dimension longitudinale (DL1) et la longueur (DL2) étant sensiblement identiques l’une à l’autre.
  3. Echangeur de chaleur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un organe de dissipation thermique (22) présente une section (S2), prise dans un plan longitudinal (L) et transversal (T) perpendiculaire au plan principal (14) de la surface d’échange (12), présentant une pluralité de formes ondulées parallèles.
  4. Echangeur de chaleur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l’au moins un organe de dissipation thermique (22) présente une section (S2), prise dans un plan longitudinal (L) et transversal (T) perpendiculaire au plan principal (14) de la surface d’échange (12), présentant une pluralité de formes anguleuses parallèles les unes aux autres.
  5. Echangeur de chaleur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l’au moins un organe de dissipation thermique (22) présente une section (S2), prise dans un plan longitudinal (L) et transversal (T) perpendiculaire au plan principal (14) de la surface d’échange (12), présentant une pluralité de formes droites comportant à intervalle régulier un bossage.
  6. Echangeur de chaleur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe de dissipation thermique (22) comprend une portion extérieure (26) qui s’étend en dehors du volume (VO) délimité par l’empilement des tubes de la surface d’échange (12), la portion extérieure (26) présentant une dimension transversale (DT) et la pluralité de tubes (20) présentant une largeur moyenne (LM) prise le long d’une droite parallèle à la direction transversale (T), la dimension transversale (DT) de la portion extérieure étant strictement inférieure à une moitié de la largeur moyenne (LM) de la pluralité de tubes (20).
  7. Echangeur de chaleur (2) selon la revendication précédente, dans lequel l’organe de dissipation thermique (22) comprend une portion interne (24) qui s’étend dans le volume (VO) délimité par l’empilement des tubes de la surface d’échange (12), la portion interne (24) et la portion extérieur (26) présentant une continuité de forme.
  8. Echangeur de chaleur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un premier circuit (40) de fluide réfrigérant constitué d’une première partie (44a) de la pluralité de tubes (20), d’un premier collecteur d’entrée (16a) et d’un premier collecteur de sortie (18a) fluidiquement connectés à la première partie (44a) de la pluralité de tubes (20), l’échangeur de chaleur (2) comprenant au moins un deuxième circuit (42) de fluide réfrigérant constitué d’une deuxième partie (44b) de la pluralité de tubes (20), d’un deuxième collecteur d’entrée (16b) et d’un deuxième collecteur de sortie (18b) fluidiquement connectés à des tubes (20) de la deuxième partie (44b) de la pluralité de tubes (20), la première partie (44a) de la pluralité de tubes (20) et la deuxième partie (44b) de la pluralité de tubes (20) étant fluidiquement distinctes l’une de l’autre.
  9. Echangeur de chaleur (2) selon la revendication précédente, dans lequel le premier collecteur d’entrée (16a) est disposé à une première extrémité (52a) de la surface d’échange de chaleur (12) et le deuxième collecteur d’entrée (16b) est disposé à une deuxième extrémité (52b) de la surface d’échange de chaleur (12) opposée à la première extrémité (52a) le long de la direction d’allongement principal (A) de la pluralité de tubes (20).
  10. Echangeur de chaleur (2) selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, dans lequel au moins un tube (20) du premier circuit (40) est disposé entre deux tubes (20) du deuxième circuit (42) le long de la direction d’empilement (E) des tubes (20) et/ou au moins un tube (20) du deuxième circuit (42) est disposé entre deux tubes (20) du premier circuit (40) le long de la direction d’empilement (E) des tubes (20).
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