FR3126769A1 - Échangeur de chaleur pour boucle de fluide refrigerant - Google Patents

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Kamel Azzouz
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Julio Guerra
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Abstract

La présente invention concerne un échangeur de chaleur (1) comprenant une surface d’échange de chaleur (2), un premier collecteur de fluide réfrigérant (3) scindé en une première chambre collectrice (40) et une deuxième chambre collectrice (41), et un deuxième collecteur de fluide réfrigérant (4), la surface d’échange de chaleur (2) comprenant des tubes (5) s’étendant longitudinalement entre les collecteurs (3, 4). Selon l’invention, les tubes (5) sont répartis en deux ensembles de tubes se distinguant par leurs dimensions longitudinales mesurées entre un plan médian (M) et le premier collecteur (3), les tubes d’un premier ensemble (5A) présentant une dimension longitudinale inférieure à une dimension longitudinale des tubes d’un deuxième ensemble (5B), les tubes du premier ensemble (5A) débouchant dans la première chambre collectrice (30) et les tubes du deuxième ensemble (5B) débouchant dans la deuxième chambre collectrice (31). Figure de l’abrégé : Figure 1

Description

ÉCHANGEUR DE CHALEUR POUR BOUCLE DE FLUIDE REFRIGERANT
La présente invention concerne le domaine des boucles de fluide réfrigérant pour véhicules automobiles, et plus particulièrement pour des véhicules électriques ou hybrides.
Une voiture électrique ou hybride comporte une installation de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation pour véhicule automobile et une boucle de fluide réfrigérant configurées pour 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 duquel 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.
La présente invention a ainsi pour principal objet un échangeur de chaleur pour une boucle de fluide réfrigérant, comprenant une surface d’échange de chaleur, un premier collecteur de fluide réfrigérant et un deuxième collecteur de fluide réfrigérant, le premier collecteur étant disposé à une première extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur et le deuxième collecteur étant disposé à une deuxième extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur, au moins le premier collecteur de fluide réfrigérant étant scindé en une première chambre collectrice et une deuxième chambre collectrice, la surface d’échange de chaleur comprenant des tubes s’étendant longitudinalement entre le premier collecteur de fluide réfrigérant et le deuxième collecteur de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur étant caractérisé en ce que les tubes sont répartis en deux ensembles de tubes qui se distinguent d’un ensemble à l’autre par les dimensions longitudinales des tubes mesurées entre le premier collecteur de fluide réfrigérant et un plan médian de l’échangeur de chaleur perpendiculaire à la surface d’échange de chaleur et à équidistance des deux collecteurs de fluide réfrigérant, les tubes d’un premier ensemble présentant une dimension longitudinale inférieure à une dimension longitudinale des tubes d’un deuxième ensemble, les tubes du premier ensemble débouchant dans la première chambre collectrice du premier collecteur de fluide réfrigérant et les tubes du deuxième ensemble débouchant dans la deuxième chambre collectrice du premier collecteur de fluide réfrigérant.
La boucle de fluide réfrigérant peut être disposée au sein d’un véhicule, par exemple hybride ou électrique, afin de refroidir ou de réchauffer l’habitacle de ce véhicule. L’échangeur de chaleur peut être un évapo-condenseur au sein duquel circule le fluide réfrigérant. Cet échangeur de chaleur comprend la surface d’échange de chaleur au sein de laquelle s’effectuent les échanges de calories entre un flux d’air, destiné à traverser ladite surface d’échange, et le fluide réfrigérant circulant au sein des tubes de cette 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 refroidir ou à chauffer l’habitacle du véhicule.
Le plan médian, s’étendant à équidistance du premier collecteur et du deuxième collecteur, sépare l’échangeur de chaleur en deux parties symétriques ou à tout le moins sensiblement équivalentes, étant entendu que des conduits d’alimentation et d’évacuation peuvent être raccordés en des zones différentes sur un collecteur par rapport à l’autre sans que cela empêche de considérer le plan perpendiculaire à la surface d’échange de chaleur et à équidistance des collecteurs comme un plan médian au sens de l’invention.
Selon l’invention, le différentiel de dimension longitudinale des tubes permet de raccorder les tubes à l’une ou l’autre des chambres collectrices du premier collecteur en fonction de leur dimension longitudinale. Ainsi, la dimension longitudinale des tubes du premier ensemble est définie pour que tous les tubes de cet ensemble débouchent dans la première chambre collectrice du premier collecteur tandis que la longueur d’extension des tubes du deuxième ensemble est définie pour que tous les tubes de ce deuxième ensemble débouchent dans la deuxième chambre collectrice de ce même collecteur.
Selon une caractéristique de l’invention, la première chambre collectrice et la deuxième chambre collectrice sont séparées par une paroi de séparation, cette paroi de séparation comportant des fenêtres dans lesquelles s’insèrent les tubes du deuxième ensemble.
La paroi de séparation permet ainsi de délimiter deux chambres collectrices au sein d’un même collecteur. La première chambre collectrice et la deuxième chambre collectrice sont donc séparées fluidiquement et le fluide réfrigérant amené à circuler dans une des chambres collectrices ne peut circuler que dans les tubes associés à cette chambre collectrice. Cette paroi de séparation étant percée de fenêtres aptes à recevoir les tubes du deuxième ensemble, le fluide réfrigérant circulant dans ces tubes peut ainsi être acheminé jusqu’à l’intérieur de la deuxième chambre collectrice ou à partir de celle-ci.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la première chambre collectrice est séparée de la surface d’échange de chaleur par une paroi d’étanchéité, cette paroi d’étanchéité comportant des premières fentes dans lesquelles s’insèrent les tubes du premier ensemble, et des deuxièmes fentes dans lesquelles s’insèrent les tubes du deuxième ensemble.
La paroi d’étanchéité permet ainsi de séparer la surface d’échange de chaleur du collecteur et participe à délimiter la première chambre collectrice. Cette paroi d’étanchéité étant percée de fentes aptes à recevoir les tubes du premier ensemble, le fluide réfrigérant circulant dans ces tubes peut ainsi être acheminé jusqu’à l’intérieur de la première chambre collectrice ou à partir de celle-ci. À l’inverse, les tubes du deuxième ensemble traversent la première chambre collectrice de part en part pour ensuite traverser la paroi de séparation à travers les fenêtres, de sorte que le fluide réfrigérant qui circule dans ces tubes du deuxième ensemble ne s’écoule donc pas dans la première chambre collectrice.
Selon l’invention, les fenêtres de la paroi de séparation dans lesquelles s’insèrent les tubes du deuxième ensemble sont en regard des deuxièmes fentes de la paroi d’étanchéité dans lesquelles s’insèrent les tubes du deuxième ensemble.
Cette disposition des fenêtres de la paroi de séparation et des deuxièmes fentes de la paroi d’étanchéité permet aux tubes du deuxième ensemble de traverser successivement la paroi de séparation et la paroi d’étanchéité.
Selon une caractéristique de l’invention, la première chambre collectrice et la deuxième chambre collectrice sont alignées selon une direction longitudinale, la première chambre collectrice étant située entre la surface d’échange de chaleur et la deuxième chambre collectrice.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la deuxième chambre collectrice est délimitée par la paroi de séparation et par un carter contre lequel repose la paroi de séparation.
Selon un mode de réalisation particulier, l’au moins un collecteur est formé d’un assemblage d’au moins trois pièces, parmi lesquelles le carter, la paroi de séparation et la paroi d’étanchéité.
Cet assemblage peut par exemple se traduire par le fait qu’une fois la pièce correspondant au carter est réalisée, la paroi de séparation et la paroi d’étanchéité sont rapportées sur ce carter. Ce mode de réalisation nécessite plusieurs opérations de fabrication, avec la paroi de séparation et la paroi d’étanchéité qui peuvent par exemple être fixées au carter par brasage.
Selon un mode de réalisation alternatif, les deux chambres collectrices de l’au moins un collecteur sont formées d’un seul tenant.
L’au moins collecteur est ainsi formé d’un ensemble monobloc composé du carter, de la paroi de séparation et de la paroi d’étanchéité. La paroi de séparation délimite ensuite d’une part la première chambre collectrice, entre cette paroi de séparation et la paroi d’étanchéité, et d’autre part la deuxième chambre collectrice entre la paroi de séparation et le carter. Ces trois éléments étant réalisés d’un seul tenant, on ne peut donc pas les séparer les uns des autres sans les détériorer.
L’ensemble monobloc constitué par ces trois éléments peut notamment être obtenu par fabrication additive, par exemple par impression 3D. Une seule opération de fabrication étant nécessaire, ce mode de réalisation offre des facilités de fabrication ainsi qu’un gain de temps et des coûts réduits.
Selon une caractéristique de l’invention, les tubes sont empilés dans une direction d’empilement selon une alternance entre les tubes du premier ensemble et les tubes du deuxième ensemble.
On comprend que les tubes sont empilés de façon que la surface d’échange de chaleur comprenne une alternance entre un tube du premier ensemble et un tube du deuxième ensemble. Cette alternance forme ainsi un motif de disposition, qui se répète d’une extrémité à l’autre de la surface d’échange de chaleur selon la direction d’empilement.
Selon l’invention, la première chambre collectrice de l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant comprend une portion d’entrée de fluide et une portion de sortie de fluide.
Au sein de l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant, la première chambre collectrice comprend à la fois une portion d’entrée de fluide et une portion de sortie de fluide. Cette portion d’entrée de fluide et cette portion de sortie de fluide sont donc regroupées au sein du même collecteur de fluide réfrigérant. Ainsi, les embouts d’arrivée et de sortie de fluide peuvent être localisés sur un collecteur unique, en évitant d’avoir une portion d’entrée de fluide sur un premier collecteur à une extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur, et une portion de sortie de fluide sur un deuxième collecteur à l’autre extrémité longitudinale de cette surface d’échange de chaleur. Les branchements et connexions nécessaires à l’alimentation de la surface d’échange de chaleur se trouvent donc facilités, puisque les portions d’entrée et de sortie sont disposées à une même extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, la deuxième chambre collectrice de l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant comprend une portion d’entrée de fluide et une portion de sortie de fluide.
De la même façon que pour la première chambre collectrice, une telle disposition de la portion d’entrée de fluide et de la portion de sortie de fluide facilite les branchements et connexions permettant le raccordement de la surface d’échange de chaleur au reste des composants du véhicule impliqués dans la boucle d’échange de chaleur.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la portion de sortie de fluide de la première chambre collectrice et la portion d’entrée de fluide de la deuxième chambre collectrice sont séparées de la portion de sortie de fluide de la deuxième chambre collectrice et de la portion d’entrée de fluide de la première chambre collectrice par une cloison étanche.
Cette séparation par l’intermédiaire de la cloison étanche permet de rendre distincts deux circuits de fluide au sein d’un même collecteur. Un premier de ces circuits, par exemple le circuit de fluide réfrigérant présentant une portion d’entrée dans la deuxième chambre collectrice et une portion de sortie dans la première chambre collectrice, est ainsi distinct d’un deuxième circuit de fluide réfrigérant, par exemple le circuit présentant une portion d’entrée dans la première chambre collectrice et une portion de sortie dans la deuxième chambre collectrice. Chaque circuit dispose ainsi de portions d’entrée et de sortie de fluide qui lui sont propres, la cloison étanche permettant à ces deux circuits de cohabiter dans un même collecteur. De cette façon, toutes les portions d’entrée et de sortie de fluide sont regroupées au niveau d’une même extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la portion d’entrée de la première chambre collectrice et la portion d’entrée de la deuxième chambre collectrice sont reliées fluidiquement.
Au sein de la boucle d’échange de chaleur, la surface d’échange de chaleur est alimentée en fluide réfrigérant par l’intermédiaire de deux portions d’entrée : la portion d’entrée de la première chambre collectrice, et la portion d’entrée de la deuxième chambre collectrice. La boucle d’échange de chaleur dans laquelle circule le fluide réfrigérant se scinde en deux pour alimenter chacune de ces deux portions d’entrée.
Selon une caractéristique de l’invention, la portion de sortie de la première chambre collectrice et la portion de sortie de la deuxième chambre collectrice sont reliées fluidiquement.
Au sein de la boucle d’échange de chaleur, le fluide réfrigérant est évacué de la surface d’échange de chaleur par l’intermédiaire de deux portions de sortie, à savoir la portion de sortie de la première chambre collectrice, et la portion de sortie de la deuxième chambre collectrice. La boucle d’échange de chaleur dans laquelle circule le fluide réfrigérant présente en effet deux branches connectées respectivement à l’une des deux portions de sortie, ces branches se rejoignant pour n’en former plus qu’une.
La présente invention entend couvrir deux modes de réalisation alternatifs, un premier pour lequel les tubes du premier ensemble et du deuxième ensemble présentent des longueurs d’extension différentes et un deuxième pour lequel ces tubes sont de même longueur d’extension, étant entendu qu’on distingue la notion de dimension longitudinale précédemment évoquée des tubes, mesurées entre un collecteur de fluide réfrigérant et un plan médian de l’échangeur de chaleur, et la longueur d’extension des tubes, qui est mesurée selon le même axe entre une première extrémité longitudinale et une deuxième extrémité longitudinale.
Selon une caractéristique de l’invention, les tubes du premier ensemble présentent une longueur d’extension inférieure à une longueur d’extension des tubes du deuxième ensemble.
Selon une caractéristique de l’invention, le deuxième collecteur de fluide réfrigérant est scindé en deux chambres collectrices, les tubes du premier ensemble débouchant dans une première chambre collectrice et les tubes du deuxième ensemble débouchant dans une deuxième chambre collectrice.
Les tubes du premier ensemble présentant une longueur d’extension inférieure à la longueur d’extension des tubes du deuxième ensemble débouchent à une première de leurs extrémités longitudinales dans la première chambre collectrice du premier collecteur, et à une deuxième de leurs extrémités longitudinales dans la première chambre collectrice du deuxième collecteur.
On comprend ainsi que les tubes du premier ensemble s’étendent selon une direction longitudinale entre la première chambre collectrice du premier collecteur à l’une de leurs extrémités, et la première chambre collectrice du deuxième collecteur à l’autre de leurs extrémités et que les tubes du deuxième ensemble s’étendent selon une direction longitudinale entre la deuxième chambre collectrice du premier collecteur à l’une de leurs extrémités, et la deuxième chambre collectrice du deuxième collecteur à l’autre de leurs extrémités.
Selon une caractéristique de l’invention, cet échangeur de chaleur comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant constitué des tubes du premier ensemble, de la portion d’entrée de la première chambre collectrice du premier collecteur fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble, de la première chambre collectrice du deuxième collecteur fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble et de la portion de sortie de la première chambre collectrice du premier collecteur fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble, la portion d’entrée de la première chambre collectrice du premier collecteur étant configurée pour être fluidiquement connectée à une première portion de la boucle de fluide réfrigérant et la portion de sortie de la première chambre collectrice du premier collecteur étant configurée pour être fluidiquement connectée à une deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur comprenant au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant constitué des tubes du deuxième ensemble, de la portion d’entrée de la deuxième chambre collectrice du premier collecteur fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble, de la deuxième chambre collectrice du deuxième collecteur fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble et de la portion de sortie de la deuxième chambre collectrice du premier collecteur fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble, la portion d’entrée de la deuxième chambre collectrice du premier collecteur étant configurée pour être fluidiquement connectée à la première portion de la boucle de fluide réfrigérant et la portion de sortie de la deuxième chambre collectrice du premier collecteur étant configurée pour être fluidiquement connectée à la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, les tubes du premier ensemble et les tubes du deuxième ensemble étant fluidiquement distincts les uns des autres.
On comprend que les circuits de fluide réfrigérant tels qu’ils viennent d’être décrits correspondent à un échangeur de chaleur selon le premier mode de réalisation, pour lequel les tubes du premier ensemble sont de longueur d’extension inférieure aux tubes du deuxième ensemble. La circulation du fluide réfrigérant dans le premier circuit et la circulation du fluide réfrigérant dans le deuxième circuit étant dans des sens inversés, elles permettent de faire circuler dans des portions de tubes proches l’une de l’autre du fluide réfrigérant qui est plus ou moins éloigné de la portion d’entrée du circuit correspondant et qui présente donc une température plus ou moins élevée, de sorte que l’on peut assurer une meilleure répartition de la température du fluide réfrigérant dans la surface d’échange et la température de la surface d’échange est ainsi plus homogène, de telle sorte qu’on limite l’apparition de zones froides et le risque de formation de givre sur la surface d’échange de l’échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique alternative de l’invention, qui correspond au deuxième mode de réalisation précédemment évoqué, les tubes du premier ensemble et les tubes du deuxième ensemble présentent une même longueur d’extension.
Selon une caractéristique, le deuxième collecteur de fluide réfrigérant est scindé en deux chambres collectrices, les tubes du premier ensemble débouchant dans une deuxième chambre collectrice et les tubes du deuxième ensemble débouchant dans une première chambre collectrice.
Ainsi, les tubes du premier ensemble s’étendent selon une direction longitudinale entre la première chambre collectrice du premier collecteur à l’une de leurs extrémités et la deuxième chambre collectrice du deuxième collecteur à l’autre de leurs extrémités, tandis que les tubes du deuxième ensemble s’étendent selon une direction longitudinale entre la deuxième chambre collectrice du premier collecteur à l’une de leurs extrémités et la première chambre collectrice du deuxième collecteur à l’autre de leurs extrémités. Cette configuration a notamment pour avantage de faciliter le procédé de fabrication de l’échangeur de chaleur puisqu’une unique référence de tubes est à fabriquer et le procédé d’assemblage puisque n’importe quel des tubes fabriqués peut être utilisé.
Selon une caractéristique, l’échangeur de chaleur comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant constitué des tubes du premier ensemble, de la portion d’entrée de la première chambre collectrice du premier collecteur fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble, de la deuxième chambre collectrice du deuxième collecteur fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble et de la portion de sortie de la première chambre collectrice du premier collecteur fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble, la portion d’entrée de la première chambre collectrice du premier collecteur étant configurée pour être fluidiquement connectée à une première portion de la boucle de fluide réfrigérant et la portion de sortie de la première chambre collectrice du premier collecteur étant configurée pour être fluidiquement connectée à une deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur comprenant au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant constitué des tubes du deuxième ensemble, de la portion d’entrée de la deuxième chambre collectrice du premier collecteur fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble, de la première chambre collectrice du deuxième collecteur fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble et de la portion de sortie de la deuxième chambre collectrice du premier collecteur fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble, la portion d’entrée de la deuxième chambre collectrice du premier collecteur étant configurée pour être fluidiquement connectée à la première portion de la boucle de fluide réfrigérant et la portion de sortie de la deuxième chambre collectrice du premier collecteur étant configurée pour être fluidiquement connectée à la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, les tubes du premier ensemble et les tubes du deuxième ensemble étant fluidiquement distincts les uns des autres.
On comprend que les circuits de fluide réfrigérant tels qu’ils viennent d’être décrits correspondent à un échangeur de chaleur selon le deuxième mode de réalisation, pour lequel les tubes du premier ensemble et les tubes du deuxième ensemble ont la même longueur d’extension, ces deux ensembles de tubes étant décalés par rapport au plan médian.
Selon une autre caractéristique de l’invention, au moins un tube du premier circuit est disposé entre deux tubes du deuxième circuit selon la direction d’empilement des tubes.
Une telle disposition permet une meilleure répartition de la température du fluide réfrigérant au sein de la surface d’échange de chaleur.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et d’exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins annexés d’autre part, sur lesquels :
illustre, schématiquement, une vue de coupe de l’échangeur de chaleur selon l’invention, selon un premier mode de réalisation ;
est une vue de dessus des chambres collectrices d’un collecteur de l’échangeur de chaleur de la ;
illustre schématiquement, dans une vue de coupe, une partie des tubes configurés pour canaliser le fluide réfrigérant et une partie de l’un des collecteurs de fluide réfrigérant, rendant notamment visible la caractéristique selon laquelle des tubes courts débouchent dans une première chambre collectrice et des tubes longs débouchent dans une deuxième chambre collectrice ;
illustre, schématiquement, une vue en éclaté de l’un des collecteurs de fluide selon l’invention, avec également un tube long et un tube court aptes à coopérer avec ce collecteur ;
illustre, schématiquement, une boucle de fluide réfrigérant incluant l’échangeur de chaleur de la , selon le premier mode de réalisation ;
illustre, schématiquement, une boucle de fluide réfrigérant incluant un échangeur de chaleur selon l’invention, selon un deuxième mode de réalisation.
Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Dans la description détaillée qui va suivre, les dénominations « longitudinale », « transversale » et « verticale » se réfèrent à l’orientation de l’échangeur de chaleur selon l’invention. Une direction longitudinale correspond à une direction principale d’allongement des tubes configurés pour canaliser le fluide réfrigérant, cette direction longitudinale étant parallèle à un axe longitudinal L d’un repère L, V, T illustré sur les figures. Une direction verticale correspond à une direction d’empilement de ces tubes, cette direction verticale étant parallèle à un axe vertical V du repère L, V, T et cet axe vertical étant perpendiculaire à l’axe longitudinal L. Enfin, une direction transversale correspond à une direction parallèle à un axe transversal T du repère L, V, T, cet axe transversal T étant perpendiculaire à l’axe longitudinal L et à l’axe vertical V.
En outre, dans la présente description le terme « fluide réfrigérant » peut se rapporter à tout fluide caloporteur, de refroidissement, diélectrique ou diphasique, dès lors que ce fluide, liquide ou gazeux, a pour effet de refroidir ou de chauffer le flux d’air traversant la surface d’échange d’un échangeur de chaleur.
La illustre, schématiquement, un échangeur de chaleur 1 selon l’invention apte à équiper une boucle de fluide réfrigérant d’un véhicule, représentée schématiquement sur la , cet échangeur de chaleur 1 étant représenté ici en coupe selon un plan de coupe longitudinal et vertical.
L’échangeur de chaleur 1 comprend une surface d’échange de chaleur 2, qui est destinée à être traversée par un flux d’air 100 s’éculant sensiblement perpendiculaire au plan d’allongement dans lequel s’inscrit principalement la surface d’échange de chaleur. L’échangeur de chaleur 1 comprend également un premier collecteur de fluide réfrigérant 3, disposé à une première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2, et un deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4, disposé à une deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2. On comprend ainsi que la surface d’échange de chaleur 2 est délimitée longitudinalement par le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 d’une part, et par le deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 d’autre part.
Le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 et le deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 présentent à leurs extrémités verticales respectives des cloisons, non représentées sur cette figure. Ces cloisons permettent d’assurer l’étanchéité des collecteurs de fluide réfrigérant 3 et 4.
La surface d’échange de chaleur 2 comprend des tubes 5 qui sont configurés pour canaliser le fluide réfrigérant d’un collecteur à l’autre. Ces tubes 5 s’étendent ainsi longitudinalement entre le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 et le deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4, en étant empilés selon une direction d’empilement E, qui correspond à une direction verticale de l’échangeur de chaleur 1.
Les tubes 5 sont répartis en deux ensembles de tubes, en formant un premier ensemble 5A et un deuxième ensemble 5B, chaque ensemble de tubes étant fluidiquement distinct de l’autre ensemble de tubes. En d’autres termes, le fluide réfrigérant circulant de l’entrée à la sortie de l’échangeur de chaleur au sein des tubes du premier ensemble de tubes ne peut circuler au sein des tubes du deuxième ensemble de tubes.
Selon l’invention, les tubes du premier ensemble 5A présentent une dimension longitudinale d’une valeur inférieure à celle de la dimension longitudinale des tubes du deuxième ensemble 5B. Ces dimensions longitudinales correspondent à la dimension des tubes 5 mesurée entre le plan médian M et leurs premières extrémités longitudinales, qui débouchent dans le premier collecteur de fluide réfrigérant 3. Ce plan médian M est un plan perpendiculaire à la surface d’échange de chaleur 2, qui s’étend à équidistance du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 et du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 selon des directions verticale et transversale. Les tubes du deuxième ensemble 5B s’étendent ainsi plus profondément au sein du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 que les tubes du premier ensemble 5A.
Les tubes 5 sont empilés dans la direction d’empilement E selon une alternance entre les tubes du premier ensemble 5A, ou tubes de dimension longitudinale inférieure, et les tubes du deuxième ensemble 5B, ou tubes de dimension longitudinale supérieure. Cette alternance se traduit par la répétition d’un motif de disposition composé d’un tube du premier ensemble 5A et d’un tube du premier ensemble 5B, ce motif de disposition étant répété selon la direction d’empilement E. Dans l’exemple illustré, l’alternance entre tube du premier ensemble 5A et tube du deuxième ensemble 5B s’étend d’une extrémité verticale à l’autre de la surface d’échange 2. En conséquence, la surface d’échange 2 se compose d’une alternance entre des tubes courts, les tubes du premier ensemble 5A, et des tubes longs, les tubes du deuxième ensemble 5B.
L’échangeur de chaleur 1 peut, selon l’invention, être mis en œuvre selon deux modes de réalisation alternatifs. Selon un premier mode de réalisation, les tubes 5 sont répartis en deux ensembles de tubes de longueurs d’extension différentes, les tubes du premier ensemble 5A présentant une longueur d’extension inférieure à une longueur d’extension des tubes du deuxième ensemble 5B. Selon un deuxième mode de réalisation, les tubes 5 présentent une même longueur d’extension mais sont décalés par rapport au plan médian M. On comprend que cette longueur d’extension est distincte de la dimension longitudinale des tubes 5, en ce que la longueur d’extension est mesurée d’une première extrémité longitudinale des tubes 5 à leur deuxième extrémité longitudinale, c'est-à-dire du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 au deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4, tandis que la dimension longitudinale est mesurée entre le plan médian M et l’un des collecteurs, ici au moins le premier collecteur de fluide réfrigérant 3. Le premier mode de réalisation est décrit relativement aux figures 1 et 5, tandis que le deuxième mode de réalisation est illustré à la . Selon l’invention, au moins un collecteur de fluide réfrigérant est scindé en deux chambres collectrices. Dans ce mode de réalisation, on considérera que cet au moins un collecteur de fluide réfrigérant correspond au premier collecteur de fluide réfrigérant 3. Cet au moins un collecteur de fluide réfrigérant peut cependant être disposé, de façon indifférente, à une première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2 ou à une deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2.
Sans sortir du contexte de l’invention, il peut être prévu que les deux collecteurs présentent une telle partition en deux chambres collectrices, et il peut notamment être prévu que les deux collecteurs présentent des configurations équivalentes, en miroir l’un par rapport à l’autre de part et d’autre de la surface d’échange de chaleur.
Dans l’exemple illustré, le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 est scindé en deux chambres collectrices 30 et 31, à savoir une première chambre collectrice 30 et une deuxième chambre collectrice 31, et le deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 est également scindé en deux chambres collectrices 40 et 41, à savoir une première chambre collectrice 40, et une deuxième chambre collectrice 41.
Au voisinage de la première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2, la première chambre collectrice 30 et la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 sont alignées selon une direction longitudinale, avec la première chambre collectrice 30 qui est située entre la surface d’échange de chaleur 2 et la deuxième chambre collectrice 31. De manière analogue, au voisinage de la deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2, la première chambre collectrice 40 et la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 sont alignées selon une direction longitudinale, avec la première chambre collectrice 40 qui est située entre la surface d’échange de chaleur 2 et la deuxième chambre collectrice 41.
La première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 comprend une portion d’entrée de fluide 300 et une portion de sortie de fluide 301. Chacune de ces portions de la première chambre collectrice est équipée d’un embout de connexion fluidique, qui permet le raccordement à la boucle de fluide réfrigérant pour permettre l’alimentation et l’évacuation de ce fluide réfrigérant. Un premier embout d’entrée 302 et un premier embout de sortie 303 sont ainsi agencés dans le premier collecteur de manière à déboucher dans la première chambre collectrice et à présenter une extrémité libre débouchant hors de l’échangeur de chaleur. Tel que cela est visible sur la , ces embouts sont à cet effet agencés de manière à traverser la deuxième chambre collectrice.
La deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 comprend une portion d’entrée de fluide 310 et une portion de sortie de fluide 311, qui peuvent également être liées à un embout pour faciliter le raccordement à la boucle de fluide réfrigérant, ou bien être uniquement équipée d’un orifice permettant la communication fluidique entre la deuxième chambre collectrice et la boucle de fluide réfrigérant.
La portion d’entrée de fluide 300 et la portion d’entrée de fluide 310 correspondent aux portions par lesquelles le fluide réfrigérant pénètre dans l’échangeur de chaleur 1, tandis que la portion de sortie de fluide 301 et la portion de sortie de fluide 311 correspondent aux portions par lesquelles le fluide réfrigérant est évacué de l’échangeur de chaleur 1. En d’autres termes, le fluide pénètre dans l’échangeur de chaleur par deux portions d’entrée distinctes, la portion de fluide pénétrant par la portion d’entrée de fluide associée à la première chambre collectrice, respectivement la deuxième chambre collectrice, étant destinée à circuler dans la surface d’échange de chaleur, et notamment à travers le premier ensemble de tubes, respectivement le deuxième ensemble de tubes, tel que cela sera décrit ci-après, pour revenir en direction de la portion de sortie de fluide associée à cette première chambre collectrice, respectivement cette deuxième chambre collectrice, et sortir de l’échangeur de chaleur.
Tel que cela est visible sur la , les portions d’entrée de fluide 300 et 310 et les portions de sortie de fluide 301 et 311 respectivement associées à l’une ou l’autre des chambres collectrices du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 sont avantageusement disposées au voisinage d’une même extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2.
Selon le premier mode de réalisation, les tubes du premier ensemble 5A débouchent à une première de leurs extrémités longitudinales dans la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, et à une deuxième de leurs extrémités longitudinales dans la première chambre collectrice 40 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4. Les tubes du deuxième ensemble 5B débouchent à une première de leurs extrémités longitudinales dans la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, et à une deuxième de leurs extrémités longitudinales dans la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide 4. On entend par déboucher que les tubes courts, du premier ensemble de tubes 5A, présentent à leurs deux extrémités longitudinales des extrémités libres aptes à laisser passer le fluide réfrigérant, ces extrémités libres étant disposées respectivement dans la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, et dans la première chambre collectrice 40 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4. De la même façon, les tubes longs, du deuxième ensemble de tubes 5B, présentent à leurs deux extrémités longitudinales des extrémités libres disposées respectivement dans la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, et dans la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4.
La est une vue de dessus du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 de l’échangeur de chaleur 1 de la , qui rend particulièrement l’agencement d’un collecteur de fluide réfrigérant scindé en deux cambres collectrices alignées selon une direction longitudinale parallèle à la direction d’allongement des tubes. La illustre plus particulièrement le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 disposé à une première extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur, avec une première chambre collectrice 30 et une deuxième chambre collectrice 31, mais il convient de noter que ce qui va être décrit en lien avec le premier collecteur de fluide réfrigérant pourra être appliqué de façon analogue au deuxième collecteur de fluide réfrigérant à l’opposé.
La première chambre collectrice 30 et la deuxième chambre collectrice 31 sont séparées par une paroi de séparation 6. Cette paroi de séparation 6 présente une première face 61 et une deuxième face 62, la première face 61 étant en regard de la première chambre collectrice 30 tandis que la deuxième face 62 est en regard de la deuxième chambre collectrice 31. La première chambre collectrice 30 est séparée de la surface d’échange de chaleur 2 par une paroi d’étanchéité 7. On comprend donc que la surface d’échange de chaleur 2, la paroi d’étanchéité 7, la première chambre collectrice 30, la paroi de séparation 6 et la deuxième chambre collectrice 31 sont disposées successivement l’une après l’autre selon une direction longitudinale, qui correspond à la direction d’extension des tubes 5.
La paroi de séparation 6 s’étend dans un plan transversal et vertical, en étant perpendiculaire à la direction longitudinale dans laquelle s’étendent les tubes 5. La paroi d’étanchéité 7 s’étend selon une direction sensiblement parallèle à la paroi de séparation 6.
La deuxième chambre collectrice 31 est délimitée par la paroi de séparation 6 et par un carter 8 contre lequel repose la paroi de séparation. Le carter 8 comporte un corps 81 qui présente ici une section en forme de demi-cercle, ce corps étant prolongé transversalement par deux portions d’appui 82 contre lesquelles reposent la paroi de séparation 6 et des bras 71 prolongeant la paroi d’étanchéité 7. Le carter 8 est par ailleurs équipé d’ailettes 80 qui prolongent les portions d’appui 82 en s’étendant en direction de la paroi d’étanchéité 7. La deuxième chambre collectrice 31 est ainsi délimitée par la paroi de séparation 6 à l’une de ses extrémités longitudinales, et par le corps 81 du carter 8 qui participe à former l’autre de ses extrémités longitudinales, à savoir l’extrémité longitudinale la plus éloignée de la surface d’échange de chaleur 2.
La première chambre collectrice 30 est délimitée par longitudinalement par la paroi d’étanchéité 7 et la paroi de séparation 6 et transversalement par les bras 71 précédemment évoqués. Les bras 71 de la paroi d’étanchéité 7 sont partiellement recouverts par les ailettes 80 du carter 8.
Un tube d’un premier ensemble 5A, ou tube court, représenté en pointillés sur la car disposé derrière le tube long 5B visible sur cette figure, traverse la paroi d’étanchéité 7 et débouche dans la première chambre collectrice 30. Un tube d’un premier ensemble 5B, ou tube long, traverse la paroi d’étanchéité 7, la première chambre collectrice 30, la paroi de séparation 6 et débouche dans la deuxième chambre collectrice 31.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 est formé d’un assemblage d’au moins trois pièces, parmi lesquelles le carter 8, la paroi de séparation 6 et la paroi d’étanchéité 7. Cet assemblage peut par exemple être réalisé en rapportant la paroi de séparation 6 et la paroi d’étanchéité 7 sur le carter 8.
Selon un mode de réalisation alternatif, les deux chambres collectrices 30 et 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 peuvent être formées d’un seul tenant. Le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 est ainsi formé d’un ensemble monobloc composé du carter 8, de la paroi de séparation 6 et de la paroi d’étanchéité 7. L’ensemble monobloc constitué par ces trois éléments peut notamment être obtenu par fabrication additive, par exemple par impression 3D.
La est une vue de coupe d’une partie des tubes 5 configurés pour canaliser le fluide réfrigérant et du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, tandis que la illustre schématiquement une vue en éclaté de ce premier collecteur de fluide réfrigérant 3.
Ces figures rendent particulièrement visibles une caractéristique de l’invention selon laquelle les tubes 5 sont empilés selon la direction d’empilement E suivant une alternance entre tubes du premier ensemble 5A, ou tubes de dimension longitudinale inférieure, et tubes du deuxième ensemble 5B, ou tubes de dimension longitudinale supérieure.
La paroi d’étanchéité 7 comporte des premières fentes 70A qui sont configurées pour recevoir les tubes du premier ensemble 5A, ou tubes courts. Les tubes du premier ensemble 5A traversent ainsi la paroi d’étanchéité 7 pour déboucher dans la première chambre collectrice 30. La paroi d’étanchéité 7 comporte également des deuxièmes fentes 70 B, configurées pour recevoir les tubes du deuxième ensemble 5B, ou tubes longs. Ces tubes du deuxième ensemble 5B traversent également la paroi de séparation 6, qui comporte des fenêtres 60 aptes à les recevoir. Les tubes du deuxième ensemble 5B peuvent de ce fait traverser la première paroi d’étanchéité 7, la première chambre collectrice 30 et la paroi de séparation 6, pour arriver jusqu’à la deuxième chambre collectrice 31 dans laquelle ils débouchent. On comprend que pour permettre le passage des tubes du deuxième ensemble 5B à travers la paroi de séparation 6 et la paroi d’étanchéité 7, les fenêtres 60 de la paroi de séparation 6 sont en regard des deuxièmes fentes 70B de la paroi d’étanchéité 7.
Les fenêtres 60, les premières fentes 70A et les deuxièmes fentes 70B sont percées à des intervalles réguliers, respectivement dans la paroi de séparation 6 et la paroi d’étanchéité 7. De telles ouvertures dans les parois de séparation 6 et d’étanchéité 7 forment des cylindres de réception des tubes 5. Dans l’exemple illustré, ces cylindres de réception présentent tous une forme similaire, le profil extérieur des tubes 5 étant le même qu’ils soient issus du premier ensemble 5A ou du deuxième ensemble 5B. De manière additionnelle, on peut prévoir que le profil extérieur des tubes du premier ensemble 5A est différent du profil extérieur des tubes du deuxième ensemble 5B, et que les fentes et les fenêtres présentent pour coopérer avec leurs tubes respectifs des profils qui peuvent varier. De la sorte, on forme des moyens de détrompage qui permettent de s’assurer qu’un tube du premier ensemble 5A n’est pas monté à la place d’un tube du deuxième ensemble 5B.
Le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 comporte en outre une cloison étanche 9, qui s’étend depuis la paroi d’étanchéité 7 jusqu’au carter 8, tel que cela est notamment visible sur la . Cette cloison étanche 9 est parallèle à la direction longitudinale de l’échangeur de chaleur 1, et perpendiculaire à la paroi de séparation 6, à la paroi d’étanchéité 7 et au carter 8. Cette cloison étanche 9 opère une séparation entre d’une part un ensemble formé de la portion de sortie de fluide 301 de la première chambre collectrice 30 et de la portion d’entrée de fluide 310 de la deuxième chambre collectrice 31, et d’autre part un ensemble formé de la portion de sortie de fluide 311 de la deuxième chambre collectrice 31 et de la portion d’entrée de fluide 300 de la première chambre collectrice 30. La cloison étanche 9 dispose d’une première face 91 et d’une deuxième face 92, qui permettent de distinguer les tubes du premier ensemble 5A qui sont disposés en regard de cette première face 91 et les tubes du premier ensemble 5A qui sont disposés en regard de cette deuxième face 92. De la même façon, la cloison étanche 9 sépare les tubes du deuxième ensemble 5B qui sont disposés en regard de la première face 91 et les tubes du deuxième ensemble 5B qui sont disposés en regard de la deuxième face 92.
La illustre schématiquement une boucle de fluide réfrigérant 10 comprenant un échangeur de chaleur 1 selon l’invention, relativement au premier mode de réalisation pour lequel les tubes du premier ensemble 5A et les tubes du deuxième ensemble 5B présentent des longueurs d’extension différentes. Plus particulièrement, les tubes du premier ensemble 5A sont des tubes courts tandis que les tubes du deuxième ensemble 5B sont des tubes longs. On comprend ainsi que chacun des tubes du premier ensemble 5A est plus court que chacun des tubes du deuxième ensemble 5B, et inversement chacun des tubes du deuxième ensemble 5B est plus long que chacun des tubes du premier ensemble 5A.
Au sein de la boucle de fluide réfrigérant 10, la portion d’entrée 300 de la première chambre collectrice 30 et la portion d’entrée 310 de la deuxième chambre collectrice 31 sont reliées fluidiquement. Ces deux portions d’entrée 300 et 310 permettent ainsi l’alimentation de la surface d’échange 2 en fluide réfrigérant.
Dans cette boucle de fluide réfrigérant 10, la portion de sortie 301 de la première chambre collectrice 30 et la portion de sortie 311 de la deuxième chambre collectrice 31 sont elles aussi reliées fluidiquement. On comprend que ces deux portions de sortie 301 et 311 permettent l’évacuation du fluide réfrigérant au sortir de la surface d’échange 2.
L’échangeur de chaleur 1 comprend en outre au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant 50B constitué des tubes du deuxième ensemble 5B ou tubes longs, de la portion d’entrée 310 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble 5B, de la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble 5B et de la portion de sortie 311 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble 5B.
La portion d’entrée 310 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 est configurée pour être fluidiquement connectée à la première portion de la boucle de fluide réfrigérant, tandis que la portion de sortie 311 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 est configurée pour être fluidiquement connectée à la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant.
Les chambres collectrices au sein d’un même collecteur étant fluidiquement distinctes l’une de l’autre et les tubes du premier ensemble 5A et les tubes du deuxième ensemble 5B étant également distincts les uns des autres, on comprend que la portion de fluide réfrigérant qui s’écoule dans le premier circuit de fluide réfrigérant 50A peut circuler au sein de l’échangeur de chaleur indépendamment de la portion de fluide réfrigérant qui s’écoule dans le deuxième circuit de fluide réfrigérant 50B, avant d’être regroupé à nouveau dans un flux commun en sortie de l’échangeur de chaleur.
Un tel agencement permet notamment de faire circuler le fluide réfrigérant au sein de la surface d’échange 2, et par extension au sein de l’échangeur de chaleur 1, selon deux sens de circulation distincts et opposés dans des tubes voisins.
Lorsque le fluide réfrigérant emprunte le premier circuit de fluide réfrigérant 50A, il circule à travers les tubes du premier ensemble 5A qui sont disposés en regard de la première face 91 de la cloison étanche 9, depuis la portion d’entrée 300 de la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 jusqu’à la première chambre collectrice 40 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4. Il emprunte ensuite les tubes du premier ensemble 5A qui sont disposés en regard de la deuxième face 92 de la cloison étanche 9 afin de parvenir jusqu’à la portion de sortie 301 de la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3.
Le second circuit de fluide réfrigérant 50B correspond à une circulation du fluide réfrigérant depuis la portion d’entrée 310 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur 3 jusqu’à la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4, par l’intermédiaire des tubes du second ensemble 5B qui sont disposés en regard de la deuxième face 92 de la cloison étanche 9. Le fluide réfrigérant circule alors dans les tubes du second ensemble 5B disposés en regard de la première face 91 de la cloison étanche 9 pour être acheminé jusqu’à la portion de sortie 311 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3.
Pour ce qui est des tubes qui sont disposés dans la partie de la surface d’échange de chaleur 2 en regard de la première face 91 de la cloison étanche 9, on a ainsi une portion du flux de fluide réfrigérant qui circule dans un premier sens, du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 au deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4, dans les tubes longs, ou tubes du deuxième ensemble de tubes 5B et l’autre portion du flux de fluide réfrigérant qui circule dans l’autre sens, du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 au premier collecteur de fluide réfrigérant 3, dans les tubes courts, ou tubes du premier ensemble de tubes 5A. Les deux types de tubes 5A et 5B étant disposés en alternance dans l’empilement de tubes 5 de la surface d’échange de chaleur, on s’assure ainsi que du fluide réfrigérant circulant dans deux tubes 5 voisins circule dans des sens opposés.
Il convient de noter que le fluide réfrigérant est destiné à échanger des calories avec un flux d’air traversant la surface d’échange de chaleur 2. La température du fluide réfrigérant lorsqu’il pénètre dans l’échangeur de chaleur 1 est différente de sa température lorsqu’il sort de cet échangeur, et notamment la température diminue entre l’entrée et la sortie lorsque l’échangeur de chaleur 1 fonctionne en mode évaporateur. La circulation croisée telle qu’elle vient d’être évoquée permet de faire circuler côte à côte une portion de fluide réfrigérant proche d’une portion d’entrée, et donc à une première valeur de température, et une portion de fluide réfrigérant proche d’une portion de sortie, et donc à une deuxième valeur de température.
Ces deux sens de circulation du fluide réfrigérant au sein de la surface d’échange de chaleur 2 permettent d’aboutir à une meilleure répartition de la température au sein de celle-ci, et ceci participe à prévenir la formation de givre en évitant des gradients de température importants d’une zone à l’autre de la surface d’échange de chaleur 2 et le risque que des zones froides ainsi générées participent à former du givre si l’humidité de l’air s’est condensé au préalable pour former des gouttelettes en surface de l’échangeur de chaleur.
La illustre schématiquement une boucle de fluide réfrigérant 10 comprenant un échangeur de chaleur 1 selon l’invention, relativement au deuxième mode de réalisation pour lequel les tubes du premier ensemble 5A et les tubes du deuxième ensemble 5B ont la même longueur d’extension. On comprend ainsi que les tubes du premier ensemble 5A et les tubes du deuxième ensemble 5B sont de même longueur, et donc qu’il n’y a plus de distinction entre tubes courts et tubes longs comme c’était le cas pour le premier mode de réalisation. Les deux ensembles de tubes 5A et 5B sont toutefois toujours distinguables par la caractéristique de l’invention selon laquelle les dimensions longitudinales des tubes considérées par rapport au plan médian diffèrent d’un ensemble de tubes à l’autre, les tubes du premier ensemble 5A ayant une dimension longitudinale inférieure aux tubes du deuxième ensemble 5B.
Tel qu’illustré, les tubes du premier ensemble 5A sont de ce fait décalés par rapport au plan médian M en direction du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4, tandis que les tubes du deuxième ensemble B sont décalés par rapport au plan médian M en direction du premier collecteur de fluide réfrigérant 3. En d’autres termes, les tubes du premier ensemble 5A s’étendent selon une direction longitudinale entre la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 à l’une de leurs extrémités et la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur 4 à l’autre de leurs extrémités, tandis que les tubes du deuxième ensemble 5B s’étendent selon une direction longitudinale entre la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur 3 à l’une de leurs extrémités et la première chambre collectrice 40 du deuxième collecteur 4 à l’autre de leurs extrémités.
Selon ce deuxième mode de réalisation, l’échangeur de chaleur 1 comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant 50A constitué des tubes du premier ensemble 5A, de la portion d’entrée 300 de la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble 5A, de la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble 5A et de la portion de sortie 301 de la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble 5A.
À la différence du premier mode de réalisation, les tubes du premier ensemble 5A débouchent donc, pour ce premier circuit de fluide réfrigérant 50A, dans la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 et non plus dans sa première chambre collectrice 40.
L’échangeur de chaleur 1 comprend par ailleurs au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant 50B constitué des tubes du deuxième ensemble 5B, de la portion d’entrée 310 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble 5B, de la première chambre collectrice 40 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble 5B et de la portion de sortie 311 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble 5B.
De la même façon, pour ce deuxième circuit de fluide réfrigérant 50B les tubes du deuxième ensemble 5B ne débouchent plus dans la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 mais dans sa première chambre collectrice 40.
Les autres caractéristiques de l’invention décrites relativement au premier mode de réalisation ont vocation à s’appliquer,mutatis mutandis, à ce deuxième mode de réalisation décrit en .
La présente invention propose ainsi un échangeur de chaleur inclus dans une boucle de fluide réfrigérant, qui est destiné à limiter la formation de givre sur cet échangeur de chaleur tout en présentant un encombrement réduit, avec des tubes de deux ensembles qui sont empilés dans un même plan de la surface d’échange de chaleur et des collecteurs qui comprennent plusieurs chambres collectrices alignées dans le prolongement de ce plan de la surface d’échange de chaleur.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen et toute configuration équivalents ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens, dès lors que l’échangeur de chaleur comporte des tubes répartis en plusieurs ensembles en fonction de leur dimension longitudinale, ces tubes étant raccordés fluidiquement à une chambre collectrice particulière en fonction de leur taille.

Claims (21)

  1. Échangeur de chaleur (1) pour une boucle de fluide réfrigérant (10), comprenant une surface d’échange de chaleur (2), un premier collecteur de fluide réfrigérant (3) et un deuxième collecteur de fluide réfrigérant (4), le premier collecteur (3) étant disposé à une première extrémité longitudinale (21) de la surface d’échange de chaleur (2) et le deuxième collecteur (4) étant disposé à une deuxième extrémité longitudinale (22) de la surface d’échange de chaleur (2), au moins le premier collecteur de fluide réfrigérant (3) étant scindé en une première chambre collectrice (30) et une deuxième chambre collectrice (31), la surface d’échange de chaleur (2) comprenant des tubes (5) s’étendant longitudinalement entre le premier collecteur de fluide réfrigérant (3) et le deuxième collecteur de fluide réfrigérant (4), l’échangeur de chaleur (1) étant caractérisé en ce que les tubes (5) sont répartis en deux ensembles de tubes qui se distinguent d’un ensemble à l’autre par les dimensions longitudinales des tubes mesurées entre le premier collecteur de fluide réfrigérant (3) et un plan médian (M) de l’échangeur de chaleur perpendiculaire à la surface d’échange de chaleur (2) et à équidistance des deux collecteurs de fluide réfrigérant (2, 3), les tubes d’un premier ensemble (5A) présentant une dimension longitudinale inférieure à une dimension longitudinale des tubes d’un deuxième ensemble (5B), les tubes du premier ensemble (5A) débouchant dans la première chambre collectrice (30) du premier collecteur de fluide réfrigérant (3) et les tubes du deuxième ensemble (5B) débouchant dans la deuxième chambre collectrice (31) du premier collecteur de fluide réfrigérant (3).
  2. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel la première chambre collectrice (30) et la deuxième chambre collectrice (31) sont séparées par une paroi de séparation (6), cette paroi de séparation (6) comportant des fenêtres (60) dans lesquelles s’insèrent les tubes du deuxième ensemble (5B).
  3. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première chambre collectrice (30) est séparée de la surface d’échange de chaleur (2) par une paroi d’étanchéité (7), cette paroi d’étanchéité (7) comportant des premières fentes (70A) dans lesquelles s’insèrent les tubes du premier ensemble (5A), et des deuxièmes fentes (70B) dans lesquelles s’insèrent les tubes du deuxième ensemble (5B).
  4. Échangeur de chaleur (1) selon les revendications 2 et 3, dans lequel les fenêtres (60) de la paroi de séparation (6) dans lesquelles s’insèrent les tubes du deuxième ensemble (5B) sont en regard des deuxièmes fentes (70B) de la paroi d’étanchéité (7) dans lesquelles s’insèrent les tubes du deuxième ensemble (5B).
  5. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première chambre collectrice (30) et la deuxième chambre collectrice (31) sont alignées selon une direction longitudinale, la première chambre collectrice (30) étant située entre la surface d’échange de chaleur (2) et la deuxième chambre collectrice (31).
  6. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 2, la deuxième chambre collectrice (31) étant délimitée par la paroi de séparation (6) et par un carter (8) contre lequel repose la paroi de séparation (6).
  7. Échangeur de chaleur selon la revendication précédente en combinaison avec les revendications 2 et 3, dans lequel l’au moins un collecteur est formé d’un assemblage d’au moins trois pièces, parmi lesquelles le carter (8), la paroi de séparation (6) et la paroi d’étanchéité (7).
  8. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les deux chambres collectrices (30, 31) de l’au moins un collecteur sont formées d’un seul tenant.
  9. Échangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les tubes (5) sont empilés dans une direction d’empilement (E) selon une alternance entre les tubes du premier ensemble (5A) et les tubes du deuxième ensemble (5B).
  10. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première chambre collectrice (30) de l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant comprend une portion d’entrée de fluide (300) et une portion de sortie de fluide (301).
  11. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième chambre collectrice (31) de l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant comprend une portion d’entrée de fluide (310) et une portion de sortie de fluide (311).
  12. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec les revendications 10 et 11, dans lequel la portion de sortie de fluide (301) de la première chambre collectrice (30) et la portion d’entrée de fluide (310) de la deuxième chambre collectrice (31) sont séparées de la portion de sortie de fluide (311) de la deuxième chambre collectrice (31) et de la portion d’entrée de fluide (300) de la première chambre collectrice (30) par une cloison étanche (9).
  13. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec les revendications 10 et 11, dans lequel la portion d’entrée (300) de la première chambre collectrice (30) et la portion d’entrée (310) de la deuxième chambre collectrice (31) sont reliées fluidiquement.
  14. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec les revendications 10 et 11, dans lequel la portion de sortie (301) de la première chambre collectrice (30) et la portion de sortie (311) de la deuxième chambre collectrice (31) sont reliées fluidiquement.
  15. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les tubes du premier ensemble (5A) présentent une longueur d’extension inférieure à une longueur d’extension des tubes du deuxième ensemble (5B).
  16. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième collecteur de fluide réfrigérant (4) est scindé en deux chambres collectrices, les tubes du premier ensemble (5A) débouchant dans une première chambre collectrice (40) et les tubes du deuxième ensemble (5B) débouchant dans une deuxième chambre collectrice (41).
  17. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec les revendications 10, 11, 15 et 16, cet échangeur de chaleur (1) comprenant au moins un premier circuit de fluide réfrigérant constitué des tubes du premier ensemble (5A), de la portion d’entrée (300) de la première chambre collectrice (30) du premier collecteur (3) fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble (5A), de la première chambre collectrice (40) du deuxième collecteur (4) fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble (5A) et de la portion de sortie (301) de la première chambre collectrice (30) du premier collecteur (3) fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble (5A), la portion d’entrée (300) de la première chambre collectrice (30) du premier collecteur (3) étant configurée pour être fluidiquement connectée à une première portion de la boucle de fluide réfrigérant et la portion de sortie (301) de la première chambre collectrice (30) du premier collecteur (3) étant configurée pour être fluidiquement connectée à une deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur (1) comprenant au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant constitué des tubes du deuxième ensemble (5B), de la portion d’entrée (310) de la deuxième chambre collectrice (31) du premier collecteur (3) fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble (5B), de la deuxième chambre collectrice (41) du deuxième collecteur (4) fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble (5B) et de la portion de sortie (311) de la deuxième chambre collectrice (31) du premier collecteur (3) fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble (5B), la portion d’entrée (310) de la deuxième chambre collectrice (31) du premier collecteur (3) étant configurée pour être fluidiquement connectée à la première portion de la boucle de fluide réfrigérant et la portion de sortie (311) de la deuxième chambre collectrice (31) du premier collecteur (3) étant configurée pour être fluidiquement connectée à la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, les tubes du premier ensemble (5A) et les tubes du deuxième ensemble (5B) étant fluidiquement distincts les uns des autres.
  18. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes 1 à 14, dans lequel les tubes du premier ensemble (5A) et les tubes du deuxième ensemble (5B) présentent une même longueur d’extension.
  19. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième collecteur de fluide réfrigérant (4) est scindé en deux chambres collectrices, les tubes du premier ensemble (5A) débouchant dans une deuxième chambre collectrice (41) et les tubes du deuxième ensemble (5B) débouchant dans une première chambre collectrice (40).
  20. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec les revendications 10, 11, 18 et 19, cet échangeur de chaleur (1) comprenant au moins un premier circuit de fluide réfrigérant constitué des tubes du premier ensemble (5A), de la portion d’entrée (300) de la première chambre collectrice (30) du premier collecteur (3) fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble (5A), de la deuxième chambre collectrice (41) du deuxième collecteur (4) fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble (5A) et de la portion de sortie (301) de la première chambre collectrice (30) du premier collecteur (3) fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble (5A), la portion d’entrée (300) de la première chambre collectrice (30) du premier collecteur (3) étant configurée pour être fluidiquement connectée à une première portion de la boucle de fluide réfrigérant et la portion de sortie (301) de la première chambre collectrice (30) du premier collecteur (3) étant configurée pour être fluidiquement connectée à une deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur (1) comprenant au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant constitué des tubes du deuxième ensemble (5B), de la portion d’entrée (310) de la deuxième chambre collectrice (31) du premier collecteur (3) fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble (5B), de la première chambre collectrice (40) du deuxième collecteur (4) fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble (5B) et de la portion de sortie (311) de la deuxième chambre collectrice (31) du premier collecteur (3) fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble (5B), la portion d’entrée (310) de la deuxième chambre collectrice (31) du premier collecteur (3) étant configurée pour être fluidiquement connectée à la première portion de la boucle de fluide réfrigérant et la portion de sortie (311) de la deuxième chambre collectrice (31) du premier collecteur (3) étant configurée pour être fluidiquement connectée à la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, les tubes du premier ensemble (5A) et les tubes du deuxième ensemble (5B) étant fluidiquement distincts les uns des autres.
  21. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 17 ou 20, dans lequel au moins un tube du premier circuit est disposé entre deux tubes du deuxième circuit selon la direction d’empilement (E) des tubes (5).
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