WO2010063897A1 - Echangeur de chaleur à spires et dispositif de climatisation comprenant un tel échangeur de chaleur. - Google Patents

Echangeur de chaleur à spires et dispositif de climatisation comprenant un tel échangeur de chaleur. Download PDF

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WO2010063897A1
WO2010063897A1 PCT/FR2009/001360 FR2009001360W WO2010063897A1 WO 2010063897 A1 WO2010063897 A1 WO 2010063897A1 FR 2009001360 W FR2009001360 W FR 2009001360W WO 2010063897 A1 WO2010063897 A1 WO 2010063897A1
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WO
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heat exchanger
flat tube
air conditioning
equal
conditioning device
Prior art date
Application number
PCT/FR2009/001360
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English (en)
Inventor
Gilles Elliot
Bruno Hamery
Thomas Carton
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/04—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being spirally coiled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings

Definitions

  • Coiled heat exchanger and air conditioning device comprising such a heat exchanger.
  • the invention is in the field of air conditioning loops cooperating with a ventilation system, heating and / or air conditioning of a motor vehicle. It relates to a coil heat exchanger which is constitutive of an air conditioning device comprising an air conditioning loop associated with a secondary loop. It also relates to such an air conditioning device.
  • a motor vehicle is commonly equipped with a ventilation, heating and / or air conditioning system to modify the aerothermal parameters of the air contained inside the passenger compartment of the vehicle. Such a modification is obtained from the delivery inside the passenger compartment of at least one air flow.
  • the installation consists mainly of a housing, made of a plastic material, which channels the circulation of said air flow and which houses means for heat treatment of the latter, such as at least one evaporator for cooling said flow of air. 'air.
  • the installation cooperates with an air conditioning loop which comprises the evaporator and at least one compressor, a gas cooler, an internal heat exchanger, a detent and an accumulator inside which circulates a fluid.
  • refrigerant such as a supercritical fluid, carbon dioxide known as R744.
  • the refrigerant circulates from the compressor to the gas cooler, then to a "high pressure" branch of the internal heat exchanger, then to the expansion element, then to the evaporator, then to the accumulator, and finally to a branch "low pressure" of the internal heat exchanger, to return to the compressor.
  • the compressor is intended to receive the refrigerant fluid in the gaseous state and to compress it to carry it at high pressure.
  • the gas cooler is adapted to cool the compressed refrigerant at a relatively constant pressure, giving up heat to its environment.
  • the expansion member is able to lower the pressure of the refrigerant at the outlet of the gas cooler by bringing it at least partly in the liquid state.
  • the evaporator is itself capable of passing the coolant in the liquid state from the expansion element, at relatively constant pressure, to the gaseous state, by taking heat from said air flow which passes through the 'evaporator. The vaporized refrigerant is then sucked by the compressor.
  • the air conditioning loop comprises a "high pressure" line extending from the compressor to the expansion member and a “low pressure” line extending from the expansion member to compressor, according to a flow direction of the refrigerant fluid inside the air conditioning loop.
  • the air conditioning loop also includes a heat exchanger to allow heat transfer between the refrigerant circulating inside the air conditioning loop and a heat transfer fluid flowing inside a secondary loop.
  • the heat exchanger is part of the air conditioning loop and the secondary loop.
  • the air conditioning loop and the secondary loop together form an air conditioning device.
  • WO2007 / 136379 discloses a heat exchanger comprising two flat tubes associated with each other and arranged in interleaved spirals one inside the other.
  • the refrigerant circulates inside one of the flat tubes while the heat transfer fluid circulates inside the other flat tube, the flow of said fluids being effected inside the respective flat tubes against the current of one another.
  • a first drawback to the use of such an exchanger lies in the fact that it is bulky.
  • an exchanger of the aforementioned type has the disadvantage of being heavy.
  • such an exchanger is complex to manufacture; the assembly of the flat tubes between them proving to be long and likely to generate damage to the flat tubes and finally the operation of the heat exchanger.
  • such an air conditioning device comprising an exchanger as described above is likely to undergo substantial losses of loads affecting one and / or the other of the fluids, these pressure losses deserve to be minimized.
  • such an air conditioning device provides thermal performance, including thermal power, thermal efficiency and hydraulic power, which deserve to be improved.
  • a first object of the present invention is to provide a heat exchanger, intended to be traversed by a coolant and a coolant, which is compact, robust, lightweight, easy to manufacture and easy to install on a cooling device. relatively conformation.
  • Another object of the present invention is to provide such a heat exchanger arranged to allow a heat transfer between the refrigerant and the heat transfer fluid which, according to various embodiments, is "co-current", “against the current "Or” cross flow ".
  • Another object of the present invention is to provide such a heat exchanger which provides minimized pressure drops for one or the other of said fluids.
  • a final object of the present invention is to provide an air conditioning device comprising an air conditioning loop and a secondary loop on which is jointly installed said heat exchanger, the supercritical refrigerant fluid circulating inside the air conditioning loop, the fluid coolant circulating inside the secondary loop, such an air conditioning device offering a better compromise possible between an optimization of the heat transfer between said fluids, a minimization of pressure losses likely to affect the flow of one and / or either of said fluids and minimizing the external bulk. It is not understood that the heat exchanger according to the invention is installed at the intersection of the air conditioning loop and the secondary loop.
  • the heat exchanger of the present invention is a heat exchanger comprising a casing which houses a flat tube wound on itself to form consecutive turns. Two consecutive turns vis-à-vis one another are separated by an interstitial space.
  • the interstitial space (12) extends between two consecutive turns vis-à-vis one another a separation distance D which is between 0.5 mm and 5 mm.
  • the separation distance D is preferably at least 2 mm.
  • Such a heat exchanger provides a better compromise between low pressure losses that may affect the heat transfer fluid FC and optimized heat exchange between the refrigerant fluid FR and the heat transfer fluid FC.
  • the flat tube advantageously accommodates a plurality of channels which each extend between a central rod equipping a central end of the flat tube and a peripheral rod equipping a peripheral end of the flat tube.
  • Each channel preferably comprises a passage section (A1.A2), taken in a radial plane P of the heat exchanger comprising an axis winding ⁇ ⁇ of the flat tube on itself, which is between 0.2 mm 2 and
  • Each channel advantageously comprises a wet perimeter Pe1, Pe2. taken in said radial plane P, which is between 1.6 mm and 1.9 mm.
  • Each channel advantageously comprises a hydraulic diameter of between 0.4 mm and 0.9 mm.
  • the channels are for example in a number between 75 and 85.
  • the flat tube has a height H, taken parallel to the winding axis ⁇ ⁇ of the flat tube on itself between two opposite edges B1.E32 of the flat tube, which is between 75 mm and 80 mm.
  • the flat tube comprises channels in a number equal to 81,
  • the flat tube has a height H equal to 77.3 mm
  • each channel has a passage section A1 which is shaped as a rectangle with a length L of 1 mm and a width I of 0.7 mm;
  • each channel has a hydraulic diameter d equal to 0.86.
  • the heat exchanger comprises the following characteristics:
  • the flat tube comprises channels in a number equal to 77,
  • the flat tube has a height H equal to 77.3 mm
  • the flat tube has an extended length equal to 1400 mm
  • each channel comprises a passage section A2 which is shaped in a circle of diameter çT equal to 0.6 mm,
  • each channel has a hydraulic diameter d equal to 0.6.
  • the heat exchanger comprises for example finally the following characteristics:
  • the flat tube comprises channels in a number equal to 77,
  • the flat tube has a height H equal to 77.3 mm, the flat tube has an extended length equal to 695 mm,
  • each channel comprises a passage section A2 which is shaped in a circle of diameter çT equal to 0.6 mm,
  • each channel has a hydraulic diameter d equal to 0.6.
  • the casing preferably consists of a sleeve, a first end plate of a first end of the sleeve and a second end plate of a second end of the sleeve.
  • the sleeve is generally cylindrical and extends along a general axis of extension ⁇ which is substantially orthogonal to planes P1 and P2 of general extension respectively of the first flange and the second flange.
  • the flanges are for example reported on the sleeve indifferently by interlocking, by clipping or gluing.
  • the envelope is preferably provided with an inlet port and an outlet port.
  • any one of the inlet and outlet ports is formed through the first flange.
  • the other outlet and inlet ports is for example formed through the sleeve.
  • the other outlet and inlet ports is for example still formed through the second flange.
  • the orifice, indifferently input or output, assigned to the first flange is advantageously formed in a central zone of the first flange.
  • the central rod advantageously comprises a recess in relation to the channels which opens at a first end of the central rod and in that the peripheral rod has an orifice in relation to the channels which opens into a first end of the peripheral rod.
  • the first end of the central rod is advantageously provided with any one of an intake port or a discharge port while the first end of the peripheral rod is provided with the other port.
  • the first end and the first end emerge for example through a same flange.
  • the first end emerges through one of the flanges while the first end emerges through the other flanges.
  • the central rod having a second end and the peripheral rod having a second end, the second end and the second end are preferably nested inside respectively of a central shaft and a peripheral shaft constituting said envelope.
  • the orifice assigned to the first flange is preferably arranged in a crescent moon and partially covers the central shaft.
  • the orifice assigned to the first flange is advantageously provided with a bent duct which is integral with a bottom of the peripheral drum.
  • the flat tube is in particular made by extrusion of a thermally conductive material.
  • the envelope as for it is in particular made from a plastic material.
  • An air conditioning device of the present invention is mainly recognizable in that the air conditioning device comprises an air conditioning loop and a secondary loop on which is jointly installed at least one such heat exchanger.
  • the heat exchangers are preferably in plurality and are installed in series on the air conditioning loop and the secondary loop.
  • the air conditioning loop advantageously conveys a supercritical fluid FR in a first direction of circulation SJ . .
  • the secondary loop advantageously conveys a refrigerant consisting of a mixture of water and glycol in a second flow direction S2.
  • said first direction of flow SJ. is for example in the same sense as the second direction of circulation S2.
  • said first direction of movement Sl is for example still in the opposite direction to said second direction of circulation S2.
  • the first direction of circulation SJ is for example finally orthogonal to said second direction of circulation S2.
  • the flat tube is advantageously constitutive of the air conditioning loop while the interstitial space is constitutive of the secondary loop.
  • Said heat exchanger is for example installed on a line "low pressure" of the air conditioning loop.
  • Said heat exchanger is for example still installed on a line "high pressure” of the air conditioning loop.
  • FIG. 1 is a partial schematic illustration of an air conditioning device comprising a heat exchanger according to the present invention.
  • Fig.2 and Fig.3 are schematic illustrations of respective embodiments of the air conditioning device shown in the previous figure.
  • Fig.4 is a radial sectional view of a first embodiment of the heat exchanger shown schematically in the previous figures.
  • Fig.4bis is a detailed view of the heat exchanger shown in the previous figure.
  • FIG. 5 represents a curve illustrating a thermal power Rh of the heat exchanger illustrated in FIGS. 1 to 4 as a function of a separation distance D defining an interstitial space that comprises said exchanger.
  • FIG. 6 represents a curve illustrating a thermal efficiency E of the heat exchanger illustrated in FIGS. 1 to 4 as a function of the separation distance D.
  • FIG. 7 represents a curve illustrating pressure drops Pc capable of affecting a refrigerant circulating inside the heat exchanger illustrated in Fig.1 to Fig.4 according to the separation distance D.
  • Fig.8 shows a curve illustrating a hydraulic power Ph of the heat exchanger illustrated in fig.1 to fig.4 according to the separation distance D.
  • Fig.9 is a perspective view of the heat exchanger shown in Fig.1 to Fig.4.
  • Fig.1O is a cross-sectional view of a turn of a flat tube constituting the heat exchanger shown in fig.2.
  • Fig.11 is a cross-sectional view of a turn of a flat tube constituting the heat exchanger shown in Fig.3.
  • FIGS. 1 to FIG. 4 are diagrammatic illustrations of relative circulation direction variations of a refrigerant and a heat transfer fluid circulating inside the heat exchanger shown in FIGS. 1 to FIG. 4, Fig.12a to Fig.12c being similar to Fig.4bis.
  • Fig.13 is a partial perspective view of the heat exchanger shown in Fig.1 to Fig.4.
  • Fig.14 is a longitudinal sectional view of a first embodiment of the heat exchanger illustrated in Fig.1 to Fig.4 and Fig.13.
  • Fig.15 is a longitudinal sectional view of a second embodiment of the heat exchanger illustrated in Fig.1 to Fig.4 and Fig.13.
  • FIG.16 is a longitudinal sectional view of an embodiment of the heat exchanger illustrated in Fig.1 to Fig.4 and Fig.14 to Fig.15.
  • FIGS. 17 to 20 are perspective views of respective choices for connecting the heat exchanger shown in FIGS. 13 and 14 to the air conditioning device illustrated in FIG.
  • Fig.21 is a perspective view of a heat exchanger shown in Fig.1 to Fig.4 and Fig.14 to Fig.15.
  • Fig.22 is a side view of the heat exchanger shown in the previous figure.
  • a motor vehicle is equipped with a ventilation, heating and / or air conditioning system to modify the aerothermal parameters of the air contained inside the passenger compartment. Such a modification is obtained from the delivery of at least one air flow F inside the passenger compartment.
  • the installation consists mainly of a plastic housing arranged under a dashboard of the vehicle. The housing is intended to channel the flow of air flow F prior to the delivery of the latter F inside the passenger compartment.
  • the installation houses means for heat treatment of the air flow F to cool and / or heat the latter F.
  • the installation cooperates with an air conditioning device 1 comprising an air conditioning loop 2 inside which circulates a refrigerant fluid FR, preferably supercritical, such as carbon dioxide referenced R 744, for example.
  • the air conditioning loop 2 comprises at least one heat exchanger 3 arranged to allow a heat transfer between the refrigerant fluid FJR and a heat transfer fluid FC flowing inside a secondary loop 4.
  • the heat transfer fluid F ⁇ is preferably constituted by a mixture of water and glycol.
  • the heat exchanger 3 is constitutive or integrated at the intersection of the air conditioning loop 2 and the secondary loop 4 and is traversed by the refrigerant fluid FR and the heat transfer fluid F ⁇ _ according to separate circuits. Note that this exchanger 3 does not exchange with air, that is to say that it is not crossed by a flow of air.
  • the heat exchanger 3 comprises an inlet 5 for the refrigerant fluid FJR which communicates with a discharge orifice 6 of the refrigerant fluid FR via a first circulation path 7 of the refrigerant fluid FR inside. of said heat exchanger 3.
  • the refrigerant fluid FR circulates in a first direction of flow Sl.
  • the heat exchanger 3 comprises an orifice of inlet 8 of the heat transfer fluid F ⁇ which communicates with an outlet orifice 9 of the second heat transfer fluid F ⁇ through a second circulation path 10 of the heat transfer fluid FC inside said exchanger 3.
  • the heat transfer fluid F ⁇ circulates in a second direction of circulation S_2.
  • the air conditioning device 1 comprises two heat exchangers 3 arranged in series on the air conditioning loop 2 and the secondary loop 4.
  • the first paths 7 of each exchanger 3 are placed one after the other so that the refrigerant circulates both in the other and the first of the first paths 7.
  • the discharge port 6 of a first heat exchanger 3 is in relation with the inlet orifice 5 of a second heat exchanger 3 while the outlet orifice 9 of the first heat exchanger 3 is in relation with the inlet orifice 8 of the second heat exchanger 3.
  • the air conditioning loop 2 further comprises a compressor 100, a gas cooler 101, an internal heat exchanger
  • the air conditioning loop 2 comprises a "high pressure" line 106 extending from the outlet of the compressor 100 to the inlet of the expansion member 103 and a "low pressure” line 107 extending from the outlet of the expansion member
  • the heat exchanger 3 is installed on the "low pressure" branch 107 of the air conditioning loop 2. More particularly, the heat exchanger 3 is interposed between the outlet of the expansion device 103 and the inlet of the internal heat exchanger 102, according to the flow direction Sl of the refrigerant FR inside the air conditioning loop 2.
  • the heat exchanger 3 behaves thermally as an evaporator , in that it is able to cool the heat transfer fluid F ⁇ which circulates therethrough, by giving away refrigerants to the coolant FC.
  • An air cooler / heat transfer fluid 120 is integrated on the secondary loop 4 whose function is to transfer the frigories carried by the heat transfer fluid to an air F which enters the passenger compartment of the motor vehicle to condition the latter.
  • the heat exchanger 3 is installed on the "high pressure" branch 106 of the air conditioning loop 2. More particularly, the heat exchanger 3 is interposed between the output of the compressor 100 and the exchanger of internal heat 102, according to the direction of circulation SJ. in this configuration, the heat exchanger 3 behaves thermally like a gas cooler, in that it is able to cool the refrigerating fluid FR which circulates at the same time. through, giving up heat to the FC heat transfer fluid.
  • the secondary loop 4 comprises a fluid cooler capor / air 121 which is placed in the front of the vehicle so as to exchanger with the air outside the vehicle and thus cool the coolant FC.
  • said first path 7 consists of a flat tube wound on itself to form a spiral consisting of successive turns 11, preferably concentric.
  • Said second path 10 consists at least partially of an interstitial space 12 formed between two consecutive turns 11 of the winding of the flat tube 7.
  • the interstitial space 12 is defined by a separation distance D between two consecutive turns 11 which is between 0.5 mm and 5 mm.
  • the separation distance D is measured between two consecutive turns 11 arranged facing each other.
  • the separation distance D is equivalent to a spacing formed between two consecutive turns 11 directly vis-à-vis one another.
  • the separation distance D is measured between an outer face 108 of an outer wall 109 of a first turn 11a and an inner face 110 of an inner wall 111 of a second turn 11b, the second turn 11b being disposed vis-à-vis the first turn 11a.
  • An outer face of a wall of a turn is further away from a winding axis ⁇ ⁇ of the flat tube 7 on itself than an inner face of the same wall of the same turn.
  • the interstitial space 12, forming at least partially the second circulation path 10 extends from a first turn 11a to a second turn 11b, or more precisely from an outer wall 109 of the first turn 11a to the internal wall 111 of the second turn 11b, without any other wall channeling the flow of heat transfer fluid FC.
  • the thermal power Rh corresponds to the energy yielded by the hottest fluid (namely respectively the coolant F F according to the configuration of the air conditioning device 1 illustrated in FIG. 2 and the refrigerant fluid FR according to the configuration of the air conditioning device. 1 illustrated in FIG. 3) to the coldest fluid (namely respectively the refrigerant fluid FR according to the configuration of the air conditioning device 1 illustrated in FIG. 2 and the heat transfer fluid FC according to the configuration of the air conditioning device 1 illustrated in FIG. fig.3).
  • the thermal power Rh corresponds to the energy yielded by the hottest fluid (namely respectively the coolant F F according to the configuration of the air conditioning device 1 illustrated in FIG. 2 and the refrigerant fluid FR according to the configuration of the air conditioning device. 1 illustrated in FIG. 3) to the coldest fluid (namely respectively the refrigerant fluid FR according to the configuration of the air conditioning device 1 illustrated in FIG. 2 and the heat transfer fluid FC according to the configuration of the air conditioning device 1 illustrated in FIG. fig.3).
  • the thermal power Rh decreases linearly from a power Pth1 to a power Pth2, when the separation distance D changes from 0.5 mm to 5 mm. More particularly, between these two values of the separation distance D, a ratio Pth2 / Pth1 equals 40% for a separation distance D of 5 mm and a ratio Pth3 / Pth1 is equivalent to 25% for a separation distance D of 3 mm.
  • a thermal efficiency E of the heat exchanger 3 also decreases linearly between an efficiency EJ. up to an efficiency E2, when the separation distance D changes from 0.5 mm to 5 mm, as shown in fig.6. More particularly, between these two values of the separation distance D, we obtain a ratio E2 / El. Which equals 40% for a separation distance D of 5 mm and a ratio E3 / EJ. which equals 25% for a separation distance D of 3 mm.
  • a hydraulic power Ph procured by such a heat exchanger 3 decreases linearly between a hydraulic power Ph1 to a hydraulic power Ph2, when the separation distance D changes from 0.5 mm to 2 mm, then remains stable when the separation distance D changes from 2 mm to 5 mm, as illustrated in fig.8. More particularly, it has been observed that the hydraulic power Ph2 is ten times less than the hydraulic power Ph1.
  • the hydraulic power Ph is defined as the product of a flow rate of the refrigerant fluid FR by a pressure difference between an inlet pressure of the refrigerant fluid FR inside the flat tube 7 and an outlet pressure. FR refrigerant out of the flat tube 7.
  • the flat tube 7 is housed inside an envelope 13 constituted by a sleeve 14 whose ends 15, 16 are respectively closed by a first flange 17 and a second flange 18. It is therefore understood that the envelope 9 is tight vis vis the external environment.
  • the flat tube 7 is immersed in the coolant FC that fills the casing 13.
  • the fact that the flat tube 7 is immersed in a heat transfer fluid bath FC facilitates the heat exchange between the heat transfer fluid FC and the refrigerant fluid FR.
  • the casing 13 is provided with a plurality of fingers 119, otherwise called grooves, for holding the flat tube 7 in position inside the casing 13.
  • Said fingers 119 come into contact with the outermost turn 11 of the winding of the flat tube 7 on itself. This results in rigidity and optimized strength of the heat exchanger 3, the fingers 119 being formed and shaped so as not to interfere with a circulation of the heat transfer fluid FC between the casing 13 and the outermost turn 11.
  • the sleeve 14 is generally cylindrical and extends along a general axis of extension ⁇ which is substantially orthogonal to the planes PJ . and P2 of general extension respectively of the first flange 17 and the second flange 18. These flanges 17, 18 are attached to the corresponding ends 15 and 16 of the sleeve 14 by interlocking, or by any other similar assembly technique, such as the clipage or collage in particular.
  • the flat tube 7 is made in particular from the extrusion of a thermally conductive and mechanically resistant material, aluminum, for example, to tolerate the circulation of the refrigerant fluid FR at a pressure greater than atmospheric pressure.
  • the heat exchanger 3 of the present invention is sized to allow a reliable and secure circulation of the refrigerant fluid FR at a pressure between 20 bar and 120 bar.
  • the envelope 13 is for its part made for example by molding a lightweight plastic material and sufficiently resistant to channel the circulation of coolant F F at atmospheric pressure. These provisions are such that the heat exchanger 3 has a mass as small as possible.
  • FIG. 10 which represents a section of a flat tube 7 installed on the "low pressure" line 107 of the air conditioning loop 2
  • the flat tube 7 houses a plurality of channels 112, preferably 81 in number. adjacent channels 112 are spaced from each other by a space e which is constant, of the order of 0.25 mm.
  • the channels 112 are formed in respective general extension planes P which are parallel to each other and orthogonal to said general extension axis ⁇ .
  • the flat tube 7 has a height H taken parallel to the general extension axis ⁇ of an edge B1 at the opposite edge B2 of the flat tube 7, which is between 75 mm and 80 mm, preferably of the order of 77 mm. mm, and preferentially still equivalent to 77.3 mm.
  • a flat tube 7 has a hydraulic diameter d, defined as being the result of four times a passage section Al of the refrigerant FR divided by a wet perimeter Pe 1 of the passage section A1, which is between 0, 8 and 0.9, preferably equivalent to 0.86.
  • the passage section Al of the refrigerant FR is of rectangular conformation.
  • Said section A1 is in particular of length L, taken parallel to said plane P, which is of the order of 1 mm, and of a width I 1 taken orthogonally to said plane P, which is of the order of 0.7 mm.
  • FIG. 11 which represents a section of a flat tube 7 installed on the "high pressure" line 106 of the air conditioning loop 2
  • the flat tube 7 houses a plurality of channels 112, preferably 77 in number. adjacent channels 112 are spaced from each other by a space e which is constant, of the order of 0.4 mm.
  • the channels 112 are formed in respective general extension planes P which are parallel to each other and orthogonal to said general extension axis ⁇ .
  • the flat tube 7 has a height H, taken parallel to the general extension axis ⁇ of the edge B1 at the opposite edge B2 of the flat tube 7, which is between 75 mm and 80 mm, preferably of the order of 77 mm. , and preferably still equivalent to 77.3 mm.
  • a flat tube 7 has a hydraulic diameter d, defined as being the result of four times a passage section A2 of the refrigerant FR divided by a wet perimeter Pe2 of the passage section A2, which is between 0.4 and 0.65, preferably equivalent to 0.6.
  • the passage section A2 of the refrigerant fluid FR is of circular conformation.
  • Said section A2 is in particular of a diameter çT which is of the order of 0.6 mm.
  • the heat exchanger 3 has the advantageous characteristic of allowing a heat transfer between the refrigerant fluid FR and the coolant FC that is "to co-current ", or” against the current ", or” cross current ", as respectively illustrated in Fig.12a to Fig.12c. It follows that such a heat exchanger 3 offers various operating possibilities relating to said heat transfer, from the same flat tube 7 and from an interchangeability of the envelope 13, which is obtained at lower cost , and from a connection choice of the heat exchanger 3 on the air conditioning loop 2 and the secondary loop 4.
  • said flow directions SJ. and S2 within the heat exchanger 3 are rotational directions both of which are clockwise positive.
  • said flow directions SJ . and S2 within the heat exchanger 3 are directions of rotation which are both trigonometric.
  • said flow directions SJ . and S2 are said to be "parallel" and of the same meaning.
  • Such a heat exchanger 3 is called "co-current”.
  • said flow direction SJ. is clockwise positive direction while said flow direction S2 is trigonometric positive direction.
  • said flow direction Sl is trigonometric positive sense while said flow direction S2 is clockwise positive direction.
  • said SJ circulation directions . and S2 are said to be "parallel" and of opposite direction.
  • Such a heat exchanger 3 is said to be "against the current”.
  • said flow direction SJ. is clockwise positive direction while said flow direction S2 is perpendicular to the plane of Fig.12c oriented from the front to the rear of the plane of Fig.12c.
  • said flow direction S2 is oriented from the rear towards the front of the plane of fig.12c.
  • said direction of movement Si is trigonometric positive direction while said direction of flow S2 is still perpendicular to the plane of Fig.12c, indifferently oriented from the front to the rear of the plane of Fig.12c, or from the back to the front of the latter.
  • Such a heat exchanger 3 is called "cross flow".
  • the flat tube 7 extends between a central end 21 and a peripheral end 22 of its winding, the central end 21 being positioned at the heart of the winding of the tube 7 while the peripheral end 22 is disposed at the outer edge of said winding.
  • the central end 21 is equipped with a central rod 23 which extends along a first axis ⁇ l while the peripheral end 22 is provided with a peripheral rod 24 which extends along a second axis ⁇ 2.
  • the first axis ⁇ l, the second axis ⁇ 2 and the axis of general extension ⁇ of the sleeve 14 are parallel to each other and also parallel to the winding axis ⁇ ⁇ of the flat tube 7 on itself.
  • the said axes ⁇ and ⁇ ⁇ are preferably parallel or even merged.
  • the peripheral rod 24 abuts against an abutment 31 formed inside the sleeve 14 to prevent a passage of the coolant FC on either side of the peripheral rod 24.
  • the stop 31 against which relies the peripheral rod 24 is formed upstream of the inlet port 8 of the heat transfer fluid FC inside the heat exchanger 3 according to said first direction of circulation SJ . to facilitate a fluid and homogeneous circulation of the coolant F F inside the heat exchanger 3.
  • the central rod 23 is provided with a recess 25 which opens at a first end 26 of the central rod 23.
  • the peripheral rod 24 is provided with a orifice 28 which opens at a first end 29 of the peripheral rod 24.
  • the recess 25 and the orifice 28 are connected to each other via said channels 112.
  • the recess 25 is in relation with the inlet orifice 5 and the orifice 28 is in relation with the discharge orifice 6, ie the recess 25 is in relation with the discharge orifice 6 and the orifice 28 is in relation with the inlet orifice 5.
  • the first end 26 of the central rod 23 and the first end 29 of the peripheral rod 24 emerge from the casing 13 through the second flange 18 for connection to the air conditioning loop 2.
  • the rod central 23 and the peripheral rod 24 respectively comprise a second end 27 and a second end 30 which are nested inside respective drums 33,32 formed on the first flange 17.
  • the first end 26 of the central rod 23 emerges from the casing 13 through the first flange 17 and the first end 29 of the peripheral rod 24 emerges from the casing 13 through the second flange 18 for their connection to the air-conditioning loop 2.
  • the second end 27 of the central rod 23 is fitted inside a peripheral shaft 32 formed on the second flange 18 and the second end 30 of the peripheral rod 24 is nested. inside a central shaft 33 formed on the first flange 17.
  • the heat exchanger 3 shown is indifferently "co-current” or "against the current", as respectively illustrated in Fig.14a and Fig.14b.
  • the first flange 17 is provided with the outlet orifice 9 of the coolant F 1 - while the second flange 18 is provided with the inlet orifice 8 of the coolant FC.
  • These provisions are such that the heat exchanger 3 is "cross flow". Indeed, the flat tube 7 being indifferently arranged as described in FIG. 14 or in FIG. 15, the fact that the inlet orifice 8 and the outlet orifice 9 are formed on flanges 17, 18 different, as shown in Fig.16, allows the coolant FC to cross the heat exchanger 3 from the first flange 17 to the second flange 18 in a second flow direction S2 punctually perpendicular to the first direction SJ circulation. FR refrigerant inside the flat tube 7, as shown in Fig.12c. These provisions minimize the pressure losses Pc that may affect the heat transfer fluid FC.
  • a first shim 113 is interposed between the edges JH of the flat tube 7 and the first flange 17 while a second shim 114 is interposed between the edges B2 of the flat tube 7 and the second flange .
  • the first shim 113 is interposed between the edges Bl of the flat tube 7 and the barrels 32,33 formed on the first flange 17 while the second shim 114 is interposed between the edges B2 of the flat tube 7 and two elementary sleeves 115,116 associated with the second flange 18.
  • the first shim 113 is interposed between the edges BJ . of the flat tube 7 and on the one hand the peripheral barrel 32 and secondly a central elementary sleeve 115 which are formed on the first flange 17.
  • the second shim 114 as for it is interposed between the edges B2 of the flat tube 7 and on the one hand the central shaft 33 and on the other hand a peripheral elementary sleeve 116 which are formed on the second flange 18.
  • the first shim 113 and / or the second shim 114 are for example arranged in a cross.
  • the peripheral rod 24 is provided with the inlet port 5 while the central rod
  • the sleeve 14 is provided with the inlet orifice 8 while the first flange 17 is provided with the outlet orifice 9.
  • the latter 9 is positioned in a central zone 19 of the first flange 17, said central zone 19 being more particularly visible in Fig.21.
  • the sleeve 14 is provided with the outlet orifice 9 while the first flange 17 is provided with the inlet orifice 8.
  • the latter 8 is positioned in the central zone 19 of the first flange 17.
  • the peripheral rod 24 is provided with the discharge port 6 while the central rod 23 is provided with the inlet port 5.
  • the sleeve 14 is provided with the inlet orifice 8 while the first flange 17 is provided with the outlet orifice 9.
  • the latter 9 is positioned in the central zone 19 of the first flange 17.
  • the peripheral rod 24 is provided with the discharge port 6 while the central rod 23 is provided with the inlet port 5.
  • the sleeve 14 is provided with the outlet orifice 9 while the first flange 17 is provided with the inlet port 8.
  • the latter 8 is positioned in the central zone 19 of the first flange 17.
  • the orifice 8,9 assigned to the first flange 17 is provided with an angled duct 117 which is integral with a bottom 118 of the peripheral barrel 32. These provisions are intended to optimize a mechanical cohesion of the elbow duct 117 with the first flange 17 and strengthens the solidity of the latter 17.

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Abstract

L'invention a pour objet un echangeur de chaleur (3) comprenant une enveloppe (13) qui loge un tube plat (7) enroulé sur lui-même pour former des spires consécutives (11,11a, 11 b). Deux spires consécutives (11,11a, 11 b) en vis- à-vis l'une de l'autre sont séparées par un espace interstitiel (12). L'espace interstitiel (12) s'étend entre deux spires consécutives (11,11a, 11 b) en vis-à-vis l'une de l'autre d'une distance de séparation D qui est comprise entre 0,5 mm et 5 mm.

Description

Echangeur de chaleur à spires et dispositif de climatisation comprenant un tel echangeur de chaleur.
Domaine technique de l'invention.
L'invention est du domaine des boucles de climatisation coopérant avec une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation d'un véhicule automobile. Elle a pour objet un echangeur de chaleur à spires qui est constitutif d'un dispositif de climatisation comprenant une boucle de climatisation associée à une boucle secondaire. Elle a aussi pour objet un tel dispositif de climatisation.
Etat de la technique.
Un véhicule automobile est couramment équipé d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour modifier les paramètres aérothermiques de l'air contenu à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. Une telle modification est obtenue à partir de la délivrance à l'intérieur de l'habitacle d'au moins un flux d'air. L'installation est principalement constituée d'un boîtier, réalisé en une matière plastique, qui canalise la circulation dudit flux d'air et qui loge des moyens de traitement thermique de ce dernier, tels qu'au moins un évaporateur pour refroidir ledit flux d'air.
A cette fin, l'installation coopère avec une boucle de climatisation qui comprend l'évaporateur et au moins un compresseur, un refroidisseur de gaz, un echangeur de chaleur interne, un organe de détente et un accumulateur à l'intérieur desquels circule un fluide réfrigérant, tel qu'un fluide supercritique, dioxyde de carbone connu sous la référence R744.
Le fluide réfrigérant circule depuis le compresseur vers le refroidisseur de gaz, puis vers une branche « haute pression » de l'échangeur de chaleur interne, puis vers l'organe de détente, ensuite vers l'évaporateur, puis vers l'accumulateur, et enfin vers une branche « basse pression » de l'échangeur de chaleur interne, pour retourner au compresseur.
Le compresseur est destiné à recevoir le fluide réfrigérant à l'état gazeux et à le comprimer pour le porter à haute pression. Le refroidisseur de gaz est apte à refroidir le fluide réfrigérant comprimé, à pression relativement constante, en cédant de la chaleur à son environnement. L'organe de détente est à même d'abaisser la pression du fluide réfrigérant en sortie du refroidisseur de gaz en l'amenant au moins en partie à l'état liquide. L'évaporateur est quant à lui propre à faire passer à l'état gazeux le fluide réfrigérant à l'état liquide provenant de l'organe de détente, à pression relativement constante, en prélevant de la chaleur audit flux d'air qui traverse l'évaporateur. Le fluide réfrigérant vaporisé est ensuite aspiré par le compresseur.
II résulte de ces dispositions que la boucle de climatisation comprend une ligne « haute pression » s'étendant depuis le compresseur jusqu'à l'organe de détente et une ligne « basse pression » s'étendant depuis l'organe de détente jusqu'au compresseur, selon un sens d'écoulement du fluide réfrigérant à l'intérieur de la boucle de climatisation.
La boucle de climatisation comprend aussi un échangeur de chaleur pour permettre un transfert thermique entre le fluide réfrigérant circulant à l'intérieur de la boucle de climatisation et un fluide caloporteur circulant à l'intérieur d'une boucle secondaire. L'échangeur de chaleur est constitutif de la boucle de climatisation et de la boucle secondaire. La boucle de climatisation et la boucle secondaire forment conjointement un dispositif de climatisation.
Le document WO2007/136379 (CARRIER CORPORATION) décrit un échangeur de chaleur comprenant deux tubes plats associés l'un à l'autre et agencés en spirales imbriquées l'une dans l'autre. Le fluide réfrigérant circule à l'intérieur de l'un des tubes plats tandis que le fluide caloporteur circule à l'intérieur de l'autre tube plat, la circulation desdits fluides s'effectuant à l'intérieur des tubes plats respectifs à contre-courant l'un de l'autre.
Un premier inconvénient à l'utilisation d'un tel échangeur réside dans le fait qu'il est encombrant. De plus, un échangeur du type susvisé présente l'inconvénient d'être lourd. Par ailleurs, un tel échangeur est complexe à fabriquer ; l'assemblage des tubes plats entre eux s'avérant long et étant susceptible de générer des détériorations affectant les tubes plats et finalement le fonctionnement de l'échangeur de chaleur.
D'autre part, un tel dispositif de climatisation comprenant un échangeur tel que précédemment décrit est susceptible de subir des pertes de charges conséquentes affectant l'un et/ou l'autre des fluides, ces pertes de charge méritant d'être minimisées. Enfin, un tel dispositif de climatisation offre des performances thermiques, et notamment une puissance thermique, une efficacité thermique et une puissance hydraulique, qui méritent d'être améliorées.
Objet de l'invention.
Un premier but de la présente invention est de proposer un échangeur de chaleur, destiné à être parcouru par un fluide réfrigérant et un fluide caloporteur, qui soit peu encombrant, robuste, léger, aisé à fabriquer et facile à installer sur un dispositif de climatisation de conformation relativement quelconque.
Un autre but de la présente invention est de proposer un tel échangeur de chaleur agencé pour permettre un transfert thermique entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur qui, selon diverses variantes de réalisation, soit « à co-courant », « à contre-courant » ou « à courant croisé ».
Un autre but de la présente invention est de proposer un tel échangeur de chaleur qui procure des pertes de charge minimisées pour l'un ou l'autre desdits fluides. Un dernier but de la présente invention est de proposer un dispositif de climatisation comprenant une boucle de climatisation et une boucle secondaire sur lesquelles est conjointement installé ledit échangeur de chaleur, le fluide réfrigérant supercritique circulant à l'intérieur de la boucle de climatisation, le fluide caloporteur circulant à l'intérieur de la boucle secondaire, un tel dispositif de climatisation offrant un meilleur compromis possible entre une optimisation du transfert de chaleur entre lesdits fluides, une minimisation de pertes de charge susceptibles d'affecter la circulation de l'un et/ou l'autre desdits fluides et un minimisation de l'encombrement extérieur. On entend pas conjointement le fait que l'échangeur de chaleur selon l'invention est installé au croisement de la boucle de climatisation et la boucle secondaire.
L'échangeur de chaleur de la présente invention est un échangeur de chaleur comprenant une enveloppe qui loge un tube plat enroulé sur lui-même pour former des spires consécutives. Deux spires consécutives en vis-à-vis l'une de l'autre sont séparées par un espace interstitiel. L'espace interstitiel (12) s'étend entre deux spires consécutives en vis-à-vis l'une de l'autre d'une distance de séparation D qui est comprise entre 0,5 mm et 5 mm.
La distance de séparation D est préférentiellement d'au moins 2 mm.
Un tel échangeur de chaleur procure un meilleur compromis possible entre de faibles pertes de charge susceptibles d'affecter le fluide caloporteur FC et un échange de chaleur optimisé entre le fluide réfrigérant FR et le fluide caloporteur FC.
Le tube plat loge avantageusement une pluralité de canaux qui s'étendent chacun entre une tige centrale équipant une extrémité centrale du tube plat et une tige périphérique équipant une extrémité périphérique du tube plat.
Chaque canal comporte préférentiellement une section de passage (A1.A2), prise dans un plan radial P de l'échangeur de chaleur comprenant un axe d'enroulement Δ^ du tube plat sur lui-même, qui est comprise entre 0,2 mm2 et
0,5 mm
Chaque canal comporte avantageusement un périmètre mouillé Pe1 ,Pe2. pris dans ledit plan radial P, qui est compris entre 1 ,6 mm et 1 ,9 mm.
Chaque canal comporte avantageusement un diamètre hydraulique d compris entre 0,4 mm et 0,9 mm.
Les canaux sont par exemple en un nombre compris entre 75 et 85.
Le tube plat comporte une hauteur H, prise parallèlement à l'axe d'enroulement Δ^ du tube plat sur lui-même entre deux bords opposés B1.E32 du tube plat, qui est comprise entre 75 mm et 80 mm.
L'échangeur de chaleur comporte par exemple les caractéristiques suivantes :
- le tube plat comporte des canaux en un nombre égal à 81 ,
- le tube plat comporte une hauteur H égale à 77,3 mm,
- le tube plat comporte une longueur déployée égale à 1 400 mm, - chaque canal comporte une section de passage Al qui est conformée en un rectangle d'une longueur L de 1 mm et d'une largeur I de 0,7 mm,
- chaque canal comporte un diamètre hydraulique d égal à 0,86.
L'échangeur de chaleur comporte par exemple encore les caractéristiques suivantes :
- le tube plat comporte des canaux en un nombre égal à 77,
- le tube plat comporte une hauteur H égale à 77,3 mm,
- le tube plat comporte une longueur déployée égale à 1 400 mm,
- chaque canal comporte une section de passage A2 qui est conformée en un cercle de diamètre çT égal à 0,6 mm,
- chaque canal comporte un diamètre hydraulique d égal à 0,6. L'échangeur de chaleur comporte par exemple enfin les caractéristiques suivantes :
- le tube plat comporte des canaux en un nombre égal à 77,
- le tube plat comporte une hauteur H égale à 77,3 mm, - le tube plat comporte une longueur déployée égale à 695 mm,
- chaque canal comporte une section de passage A2 qui est conformée en un cercle de diamètre çT égal à 0,6 mm,
- chaque canal comporte un diamètre hydraulique d égal à 0,6.
L'enveloppe est préférentiellement constituée d'un manchon, d'un premier flasque d'obturation d'une première extrémité du manchon et d'un deuxième flasque d'obturation d'une deuxième extrémité du manchon.
De préférence, le manchon est globalement cylindrique et s'étend selon un axe d'extension générale Δ qui est sensiblement orthogonal à des plans P1 et P2 d'extension générale respectivement du premier flasque et du deuxième flasque.
Les flasques sont par exemple rapportés sur le manchon indifféremment par emboîtement, par clipage ou par collage.
L'enveloppe est préférentiellement pourvue d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie.
De préférence, l'un quelconque des orifices d'entrée et de sortie est ménagé à travers le premier flasque.
L'autre des orifices de sortie et d'entrée est par exemple ménagé à travers le manchon.
L'autre des orifices de sortie et d'entrée est par exemple encore ménagé à travers le deuxième flasque. L'orifice, indifféremment d'entrée ou de sortie, affecté au premier flasque est avantageusement ménagé en une zone centrale du premier flasque.
La tige centrale comporte avantageusement un évidement en relation avec les canaux qui débouche en une première extrémité de la tige centrale et en ce que la tige périphérique comporte un orifice en relation avec les canaux qui débouche en un premier bout de la tige périphérique.
La première extrémité de la tige centrale est avantageusement pourvue de l'un quelconque d'un orifice d'admission ou d'un orifice d'évacuation tandis que le premier bout de la tige périphérique est pourvu de l'autre orifice.
La première extrémité et le premier bout émergent par exemple au travers d'un même flasque.
Par exemple encore, la première extrémité émerge au travers de l'un des flasques tandis que le premier bout émerge au travers de l'autre des flasques.
La tige centrale comportant une deuxième extrémité et la tige périphérique comportant un deuxième bout, la deuxième extrémité et le deuxième bout sont préférentiellement emboîtés à l'intérieur respectivement d'un fût central et d'un fût périphérique constitutifs de ladite enveloppe.
L'orifice affecté au premier flasque est préférentiellement agencé en un croissant de lune et recouvre partiellement le fût central.
L'orifice affecté au premier flasque est avantageusement pourvu d'un conduit coudé qui est solidaire d'un fond du fût périphérique.
Le tube plat est notamment réalisé par extrusion d'un matériau thermiquement conducteur. L'enveloppe quant à elle est notamment réalisée à partir d'un matériau plastique.
Un dispositif de climatisation de la présente invention est principalement reconnaissable en ce que le dispositif de climatisation comprend une boucle de climatisation et une boucle secondaire sur lesquelles est conjointement installé au moins un tel échangeur de chaleur.
Les échangeurs de chaleur sont préférentiellement en pluralité et sont installés en série sur la boucle de climatisation et la boucle secondaire.
La boucle de climatisation véhicule avantageusement un fluide réfrigérant FR supercritique selon un premier sens de circulation SJ..
La boucle secondaire véhicule avantageusement un fluide frigorigène constitué d'un mélange d'eau et de glycol selon un deuxième sens de circulation S2.
A l'intérieur de l'échangeur de chaleur, le ledit premier sens de circulation SJ. est par exemple de même sens que le deuxième sens de circulation S2.
A l'intérieur de l'échangeur de chaleur, ledit premier sens de circulation Sl est par exemple encore de sens opposé au dit deuxième sens de circulation S2.
A l'intérieur de l'échangeur de chaleur, le premier sens de circulation SJ. est par exemple enfin orthogonal au dit deuxième sens de circulation S2.
Le tube plat est avantageusement constitutif de la boucle de climatisation tandis que l'espace interstitiel est constitutif de la boucle secondaire.
Le dit échangeur de chaleur est par exemple installé sur une ligne « basse pression » de la boucle de climatisation. Le dit échangeur de chaleur est par exemple encore installé sur une ligne « haute pression » de la boucle de climatisation.
Description des figures.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va être faite d'exemples de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles : La fig.1 est une illustration schématique partielle d'un dispositif de climatisation comportant un échangeur de chaleur selon la présente invention.
Les fig.2 et fig.3 sont des illustrations schématiques de variantes respectives de réalisation du dispositif de climatisation représenté sur la figure précédente. La fig.4 est une vue en coupe radiale d'une première variante de réalisation de l'échangeur de chaleur schématisé sur les figures précédentes. La fig.4bis est une vue de détail de l'échangeur de chaleur représenté sur la figure précédente.
La fig.5 représente une courbe illustrant une puissance thermique Rh de l'échangeur de chaleur illustré sur les fig.1 à fig.4 en fonction d'une distance de séparation D définissant un espace interstitiel que comporte ledit échangeur. La fig.6 représente une courbe illustrant une efficacité thermique E de l'échangeur de chaleur illustré sur les fig.1 à fig.4 en fonction de la distance de séparation D. La fig.7 représente une courbe illustrant des pertes de charge Pc susceptibles d'affecter un fluide réfrigérant circulant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur illustré sur les fig.1 à fig.4 en fonction de la distance de séparation D. La fig.8 représente une courbe illustrant une puissance hydraulique Ph de l'échangeur de chaleur illustré sur les fig.1 à fig.4 en fonction de la distance de séparation D.
La fig.9 est une vue en perspective de l'échangeur de chaleur illustré sur les fig.1 à fig.4. La fig.1O est une vue en coupe transversale d'une spire d'un tube plat constitutif de l'échangeur de chaleur représenté sur la fig.2. La fig.11 est une vue en coupe transversale d'une spire d'un tube plat constitutif de l'échangeur de chaleur représenté sur la fig.3.
Les fig.12a à fig.12c sont des illustrations schématiques de variantes de sens de circulation relatifs d'un fluide réfrigérant et d'un fluide caloporteur circulant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur représenté sur les fig.1 à fig.4, les fig.12a à fig.12c étant similaires à la fig.4bis.
La fig.13 est une vue partielle en perspective de l'échangeur de chaleur illustré sur les fig.1 à fig.4.
La fig.14 est une vue en coupe longitudinale d'une première variante de réalisation de l'échangeur de chaleur illustré sur les fig.1 à fig.4 et fig.13.
La fig.15 est une vue en coupe longitudinale d'une deuxième variante de réalisation de l'échangeur de chaleur illustré sur les fig.1 à fig.4 et fig.13.
La fig.16 est une vue en coupe longitudinale d'une forme de réalisation de l'échangeur de chaleur illustré sur les fig.1 à fig.4 et fig.14 à fig.15. Les fig.17 à fig.20 sont des vues en perspective de choix respectifs de mise en relation de l'échangeur de chaleur représenté sur les fig.13 et fig.14 sur le dispositif de climatisation illustré sur la fig.1.
La fig.21 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur représenté sur les fig.1 à fig.4 et fig.14 à fig.15. La fig.22 est une vue de coté de l'échangeur de chaleur représenté sur la figure précédente.
Un véhicule automobile est équipé d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour modifier les paramètres aérothermiques de l'air contenu à l'intérieur de l'habitacle. Une telle modification est obtenue à partir de la délivrance d'au moins un flux d'air F à l'intérieur de l'habitacle. L'installation est principalement constituée d'un boîtier en matière plastique disposé sous une planche de bord du véhicule. Le boîtier est destiné à canaliser la circulation du flux d'air F préalablement à la délivrance de ce dernier F à l'intérieur de l'habitacle. L'installation loge des moyens de traitement thermique du flux d'air F pour refroidir et/ou réchauffer ce dernier F. Sur les fig.1 à fig.3, l'installation coopère avec un dispositif de climatisation 1 comprenant une boucle de climatisation 2 à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant FR, préférentiellement supercritique, tel que le dioxyde de carbone référencé R 744, par exemple. La boucle de climatisation 2 comprend au moins un échangeur de chaleur 3 agencé pour permettre un transfert de chaleur entre le fluide réfrigérant FJR et un fluide caloporteur FC circulant à l'intérieur d'une boucle secondaire 4. Le fluide caloporteur FÇ_ est préférentiellement constitué d'un mélange d'eau et de glycol.
L'échangeur de chaleur 3 est constitutif ou intégré au croisement de la boucle de climatisation 2 et de la boucle secondaire 4 et est traversé par le fluide réfrigérant FR et le fluide caloporteur FÇ_ selon des circuits distincts. On notera que cet échangeur 3 n'échange pas avec de l'air, c'est-à-dire qu'il n'est pas traversé par un flux d'air.
L'échangeur de chaleur 3 comporte un orifice d'admission 5 du fluide réfrigérant FJR qui communique avec un orifice d'évacuation 6 du fluide réfrigérant FR par l'intermédiaire d'un premier chemin de circulation 7 du fluide réfrigérant FR à l'intérieur dudit échangeur 3. Le long dudit premier chemin 7 et plus généralement à l'intérieur de la boucle de climatisation 2, le fluide réfrigérant FR circule selon un premier sens de circulation Sl De même, l'échangeur de chaleur 3 comporte un orifice d'entrée 8 du fluide caloporteur FÇ_ qui communique avec un orifice de sortie 9 du deuxième fluide caloporteur FÇ_ par l'intermédiaire d'un deuxième chemin de circulation 10 du fluide caloporteur FC à l'intérieur dudit échangeur 3. Le long du dit deuxième chemin 10, et plus généralement à l'intérieur de la boucle secondaire 4, le fluide caloporteur FÇ_ circule selon un deuxième sens de circulation S_2. Ledit premier chemin 7 et ledit deuxième chemin 10 sont agencés entre eux pour permettre le transfert de chaleur entre le fluide réfrigérant FR et le fluide caloporteur FÇ_. Sur la fig.ibis, le dispositif de climatisation 1 comprend deux échangeurs de chaleur 3 disposés en série sur la boucle de climatisation 2 et la boucle secondaire 4. Ainsi, les premiers chemins 7 de chaque échangeur 3 sont placés l'un après l'autre de sorte que le fluide réfrigérant circule à la fois dans puis l'autre des premiers chemins 7. Il en va de même pour les deuxièmes chemins 10. L'orifice d'évacuation 6 d'un premier échangeur de chaleur 3 est en relation avec l'orifice d'admission 5 d'un deuxième échangeur de chaleur 3 tandis que l'orifice de sortie 9 du premier échangeur de chaleur 3 est en relation avec l'orifice d'entrée 8 du deuxième échangeur de chaleur 3.
Sur les fig.2 et fig.3, la boucle de climatisation 2 comprend en outre un compresseur 100, un refroidisseur de gaz 101 , un échangeur de chaleur interne
102 et un organe de détente 103. Ces dispositions sont telles que la boucle de climatisation 2 comprend une ligne « haute pression » 106 s'étendant depuis la sortie du compresseur 100 jusqu'à l'entrée de l'organe de détente 103 et une ligne « basse pression » 107 s'étendant depuis la sortie de l'organe de détente
103 jusqu'à l'entrée du compresseur 100, selon le sens de circulation SJ. du fluide réfrigérant FR à l'intérieur de la boucle de climatisation 2.
Sur la fig.2, l'échangeur de chaleur 3 est installé sur la branche « basse pression » 107 de la boucle de climatisation 2. Plus particulièrement, l'échangeur de chaleur 3 est interposé entre la sortie de l'organe de détente 103 et l'entrée de l'échangeur de chaleur interne 102, selon le sens de circulation Sl du fluide réfrigérant FR à l'intérieur de la boucle de climatisation 2. Dans cette configuration, l'échangeur de chaleur 3 se comporte thermiquement comme un évaporateur, en ce qu'il est apte à refroidir le fluide caloporteur FÇ_ qui circule à son travers, en cédant des frigories au fluide caloporteur FC. Un refroidisseur air/fluide caloporteur 120 est intégré sur la boucle secondaire 4 dont la fonction est de transférer les frigories portées par le fluide caloporteur à un air F qui entre dans l'habitacle du véhicule automobile pour conditionner ce dernier. Sur la fig.3, l'échangeur de chaleur 3 est installé sur la branche « haute pression » 106 de la boucle de climatisation 2. Plus particulièrement, l'échangeur de chaleur 3 est interposé entre la sortie du compresseur 100 et l'échangeur de chaleur interne 102, selon le sens de circulation SJ. du fluide réfrigérant FR à l'intérieur de la boucle de climatisation 2. Dans cette configuration, l'échangeur de chaleur 3 se comporte thermiquement comme un refroidisseur de gaz, en ce qu'il est apte à refroidir le fluide réfrigérant FR qui circule à son travers, en cédant de la chaleur au fluide caloporteur FC. La boucle secondaire 4 comprend un refroidisseur fluide caporteur/air 121 qui est placé dans la face avant du véhicule de sorte à échangeur avec l'air extérieur au véhicule et ainsi refroidir le fluide caloporteur FC.
Sur la fig.4, ledit premier chemin 7 est constitué d'un tube plat enroulé sur lui- même pour former une spirale constituée de spires successives 11 , préférentiellement concentriques. Ledit deuxième chemin 10 est constitué au moins partiellement d'un espace interstitiel 12 ménagé entre deux spires consécutives 11 de l'enroulement du tube plat 7.
Il est proposé par la présente invention que l'espace interstitiel 12 soit défini par une distance de séparation D entre deux spires consécutives 11 qui est comprise entre 0,5 mm et 5 mm.
La distance de séparation D est mesurée entre deux spires consécutives 11 disposées face à face l'une de l'autre. La distance de séparation D est équivalente à un écartement ménagé entre deux spires consécutives 11 directement en vis-à-vis l'une de l'autre.
Plus particulièrement sur la fig.4bis, la distance de séparation D est mesurée entre une face externe 108 d'une paroi externe 109 d'une première spire 11a et une face interne 110 d'une paroi interne 111 d'une deuxième spire 11b, la deuxième spire 11b étant disposée en vis-à-vis de la première spire 11a. Une face externe d'une paroi d'une spire est plus éloignée d'un axe d'enroulement Δ^ du tube plat 7 sur lui-même qu'une face interne de la même paroi de la même spire. L'espace interstitiel 12, formant au moins partiellement le deuxième chemin de circulation 10, s'étend d'une première spire 11a à une seconde spire 11b, ou plus précisément d'une paroi externe 109 de la première spire 11a jusqu'à la paroi interne 111 de la deuxième spire 11b, sans qu'aucune autre paroi ne canalise la circulation du fluide caloporteur FC. Il en ressort qu'une même paroi 109, 111 d'une spire 11 canalise simultanément les circulations respectives du fluide réfrigérant FR et du fluide caloporteur FÇ_. Il en découle finalement qu'une face d'une spire est en contact avec l'un des fluides FR1FC tandis que l'autre face de la même spire est en contact avec l'autre fluide FC1FR.
Ces dispositions sont telles qu'une puissance thermique Rh échangée entre le fluide réfrigérant FR et le fluide caloporteur FÇ_ est maximale. La puissance thermique Rh correspond à l'énergie cédée par le fluide le plus chaud (à savoir respectivement le fluide caloporteur FÇ_ selon la configuration du dispositif de climatisation 1 illustré sur la fig.2 et le fluide réfrigérant FR selon la configuration du dispositif de climatisation 1 illustré sur la fig.3) au fluide le plus froid (à savoir respectivement le fluide réfrigérant FR selon la configuration du dispositif de climatisation 1 illustré sur la fig.2 et le fluide caloporteur FC selon la configuration du dispositif de climatisation 1 illustré sur la fig.3). Sur la fig.5, la puissance thermique Rh décroît linéairement depuis une puissance Pth1 jusqu'à une puissance Pth2, quand la distance de séparation D évolue de 0,5 mm à 5 mm. Plus particulièrement, entre ces deux valeurs de la distance de séparation D, un ratio Pth2 / Pth1 équivaut à 40 % pour une distance de séparation D de 5 mm et un ratio Pth3 / Pth1 équivaut à 25 % pour une distance de séparation D de 3 mm.
Ces dispositions sont encore telles qu'une efficacité thermique E de l'échangeur de chaleur 3 décroît aussi linéairement entre une efficacité EJ. jusqu'à une efficacité E2, quand la distance de séparation D évolue de 0,5 mm à 5 mm, tel qu'illustré sur la fig.6. Plus particulièrement, entre ces deux valeurs de la distance de séparation D, on obtient un ratio E2 / El. qui équivaut à 40 % pour une distance de séparation D de 5 mm et un ratio E3 / EJ. qui équivaut à 25 % pour une distance de séparation D de 3 mm.
Le fluide réfrigérant FR pénétrant à l'intérieur du tube plat 7 à une température d'entrée TER et étant évacué hors du tube plat 7 à une température de sortie TSR tandis que le fluide caloporteur FC pénètre à l'intérieur de l'espace interstitiel 12 à une température d'entrée TEC et est évacué hors de l'espace interstitiel 12 à une température de sortie TSC. on rappelle que dans la configuration du dispositif de climatisation 1 illustré sur la fig.2, l'efficacité thermique E du point de vue du fluide caloporteur FC est définie par la relation :
E = (TEC - TSC) / (TEC - TER), tandis que l'efficacité thermique E du point de vue du fluide réfrigérant FR est définie par la relation :
E = (TSR - TER) / (TEC - TER).
On rappelle aussi que dans la configuration du dispositif de climatisation 1 illustré sur la fig.3, l'efficacité thermique E du point de vue du fluide caloporteur FÇ_ est définie par la relation :
E = (TSC - TEC) / (TER - TEC). tandis que l'efficacité thermique E du point de vue du fluide réfrigérant FR est définie par la relation :
E = (TER - TSR) / (TER - TER).
Ces dispositions sont encore telles que des pertes de charge Pc susceptibles d'affecter le fluide réfrigérant FR et/ou le fluide caloporteur FC décroient linéairement entre des pertes de charge PcJ. jusqu'à des pertes de charge Pc2. quand la distance de séparation D évolue de 0,5 mm à 2 mm, puis restent stables quand la distance de séparation D évolue de 2 mm à 5 mm, tel qu'illustré sur la fig.7. Plus particulièrement, il a été observé que les pertes de charge Pc2 sont dix fois moindre que les pertes de charge Pd . Ces dispositions sont enfin telles qu'une puissance hydraulique Ph procurée par un tel échangeur de chaleur 3 décroît linéairement entre une puissance hydraulique Ph1 jusqu'à une puissance hydraulique Ph2, quand la distance de séparation D évolue de 0,5 mm à 2 mm, puis reste stable quand la distance de séparation D évolue de 2 mm à 5 mm, tel qu'illustré sur la fig.8. Plus particulièrement, il a été observé que la puissance hydraulique Ph2 est dix fois moindre que la puissance hydraulique Ph1.
On rappelle que la puissance hydraulique Ph est définie comme étant le produit d'un débit volumique du fluide réfrigérant FR par une différence de pression entre une pression d'entrée du fluide réfrigérant FR à l'intérieur du tube plat 7 et une pression de sortie du fluide réfrigérant FR hors du tube plat 7.
II en résulte que le choix proposé par les concepteurs de la présente invention de ménager un espace interstitiel 12 d'une distance de séparation D comprise entre 0,5 mm et 5 mm, préférentiellement de 2 mm, permet de déterminer précisément à la fois la puissance thermique Pth, l'efficacité E, les pertes de charges Pc et la puissance hydraulique Ph que procure un tel échangeur de chaleur 3. Finalement, à partir d'un choix raisonné de la distance de séparation D, il est possible de contrôler précisément un comportement thermique de l'échangeur de chaleur 3, et finalement celui du dispositif de climatisation 1. Une distance de séparation D à partir de 2 mm apparaît comme le meilleur compromis possible entre une minimisation des pertes de charges Pc et une maximisation de la puissance thermique PJh, de l'efficacité E, de la puissance hydraulique Ph et finalement de l'encombrement externe de l'échangeur de chaleur.
Il en découle finalement qu'un tel choix ne s'avère nullement arbitraire mais est un choix calculé permettant de déterminer la puissance thermique Ph, l'efficacité E, les pertes de charges Pc et la puissance hydraulique Ph que procure un tel échangeur de chaleur 3. Par ailleurs, un tel échangeur de chaleur 3 s'avère aisé à fabriquer à moindre coût, facile à assembler, léger tout en étant robuste, et peu encombrant.
En se reportant conjointement sur les fig.4 et fig.9, le tube plat 7 est logé à l'intérieur d'une enveloppe 13 constituée d'un manchon 14 dont les extrémités 15,16 sont respectivement obturées par un premier flasque 17 et un deuxième flasque 18. On comprend donc que l'enveloppe 9 est étanche vis de l'environnement extérieur. Ces dispositions sont telles que le tube plat 7 est immergé dans le fluide caloporteur FC qui remplit l'enveloppe 13. Le fait que le tube plat 7 soit plongé à l'intérieur d'un bain de fluide caloporteur FC facilite l'échange thermique entre le fluide caloporteur FC et le fluide réfrigérant FR. La circulation du fluide caloporteur FC entre les spires consécutives 11 du tube plat 7 étant directement canalisée par ces dernières 11 , le fluide caloporteur FÇ_ étant directement en contact avec les spires consécutives 11 de l'enroulement du tube plat 7, l'échange de chaleur 3 entre lesdits fluides FÇ_,FR s'en trouve facilité ce qui améliore les performances thermique de l'échangeur de chaleur 3 et/ou du dispositif de climatisation 1.
L'enveloppe 13 est pourvue d'une pluralité de doigts 119, autrement appelé rainures, de maintien en position du tube plat 7 à l'intérieur de l'enveloppe 13.
Lesdits doigts 119 viennent en contact de la spire 11 la plus externe de l'enroulement du tube plat 7 sur lui-même. Il en découle une rigidité et une robustesse optimisée de l'échangeur de chaleur 3, les doigts 119 étant ménagés et conformés de manière à ne pas gêner une circulation du fluide caloporteur FC entre l'enveloppe 13 et la spire 11 la plus externe.
Le manchon 14 est globalement cylindrique et s'étend selon un axe d'extension général Δ qui est sensiblement orthogonal aux plans PJ. et P2 d'extension générale respectivement du premier flasque 17 et du deuxième flasque 18. Ces flasques 17,18 sont rapportés sur les extrémités correspondantes 15 et 16 du manchon 14 par emboîtement, ou par toute autre technique d'assemblage analogue, telle que le clipage ou le collage notamment. Le tube plat 7 est réalisé notamment à partir de l'extrusion d'un matériau thermiquement conducteur et mécaniquement résistant, aluminium par exemple, pour tolérer la circulation du fluide réfrigérant FR à une pression supérieure à la pression atmosphérique. Typiquement, l'échangeur de chaleur 3 de la présente invention est dimensionné pour permettre une circulation fiable et sécurisée du fluide réfrigérant FR à une pression comprise entre 20 bars et 120 bars.
Plus particulièrement, un échangeur de chaleur 3 représenté sur la fig.2, installé sur la ligne « basse pression » 107 de la boucle de climatisation 2, est agencé pour permettre une circulation du fluide réfrigérant FR à une pression comprise entre 20 bars et 50 bars.
Plus particulièrement encore, un échangeur de chaleur 3 représenté sur la fig.3, installé sur fa ligne « haute pression » 106 de la boucle de climatisation 2, est agencé pour permettre une circulation du fluide réfrigérant FJR à une pression comprise entre 80 bars et 120 bars.
L'enveloppe 13 est quant à elle réalisée par exemple par moulage d'un matériau plastique léger et suffisamment résistant pour canaliser la circulation du fluide caloporteur FÇ_ à pression atmosphérique. Ces dispositions sont telles que l'échangeur de chaleur 3 présente une masse la plus réduite possible.
Sur la fig.1O, qui représente une coupe d'un tube plat 7 installé sur la ligne « basse pression » 107 de la boucle de climatisation 2, le tube plat 7 loge une pluralité de canaux 112, préférentiellement au nombre de 81. Deux canaux adjacents 112 sont espacés l'un de l'autre d'un espace e qui est constant, de l'ordre de 0,25 mm. Les canaux 112 sont ménagés dans des plans d'extension générale respectifs P qui sont parallèles entre eux et orthogonaux audit axe d'extension général Δ. Le tube plat 7 présente une hauteur H prise parallèlement à l'axe d'extension général Δ d'un bord Bl au bord opposé B2 du tube plat 7, qui est comprise entre 75 mm et 80 mm, préférentiellement de l'ordre de 77 mm, et préférentiellement encore équivalente à 77,-3 mm. Par ailleurs, une longueur déployée du tube plat 7, c'est-à-dire la longueur du tube plat 7 déroulé et mis à plat, est de l'ordre de 1 400 mm. Enfin, un tel tube plat 7 présente un diamètre hydraulique d, défini comme étant le résultat de quatre fois une section de passage Al du fluide réfrigérant FR divisé par un périmètre mouillé Pe 1 de la section de passage Al, qui est compris entre 0,8 et 0,9, préférentiellement équivalent à 0,86. La section de passage Al du fluide réfrigérant FR est de conformation rectangulaire. Ladite section Al est notamment d'une longueur L, prise parallèlement audit plan P, qui est de l'ordre de 1 mm, et d'une largeur I1 prise orthogonalement audit plan P, qui est de l'ordre de 0,7 mm.
Sur la fig.11 , qui représente une coupe d'un tube plat 7 installé sur la ligne « haute pression » 106 de la boucle de climatisation 2, le tube plat 7 loge une pluralité de canaux 112, préférentiellement au nombre de 77. Deux canaux adjacents 112 sont espacés l'un de l'autre d'un espace e qui est constant, de l'ordre de 0,4 mm. Les canaux 112 sont ménagés dans des plans d'extension générale respectifs P qui sont parallèles entre eux et orthogonaux audit axe d'extension général Δ. Le tube plat 7 présente une hauteur H, prise parallèlement à l'axe d'extension général Δ du bord Bl au bord opposé B2 du tube plat 7, qui est comprise entre 75 mm et 80 mm, préférentiellement de l'ordre de 77 mm, et préférentiellement encore équivalente à 77,3 mm. Par ailleurs, la longueur déployée du tube plat 7, c'est-à-dire la longueur du tube plat 7 déroulé et mis à plat, est de l'ordre de 1 400 mm ou 695 mm selon diverses variantes de réalisation. Enfin, un tel tube plat 7 présente un diamètre hydraulique d, défini comme étant le résultat de quatre fois une section de passage A2 du fluide réfrigérant FR divisé par un périmètre mouillé Pe2 de la section de passage A2, qui est compris entre 0,4 et 0,65, préférentiellement équivalent à 0,6. La section de passage A2 du fluide réfrigérant FR est de conformation circulaire. Ladite section A2 est notamment d'un diamètre çT qui est de l'ordre de 0,6 mm.
Par ailleurs, à partir de positionnements différents de l'orifice d'entrée 8 et de l'orifice de sortie 9 du fluide caloporteur FC sur l'enveloppe 13 et de choix de raccordement de l'échangeur de chaleur 3 sur la boucle de climatisation 2 et la boucle secondaire 4, l'échangeur de chaleur 3 présente la caractéristique avantageuse de permettre un transfert de chaleur entre le fluide réfrigérant FR et le fluide caloporteur FC qui est « à co-courant », ou « à contre-courant », ou encore « à courant croisé », tels que respectivement illustrés sur les fig.12a à fig.12c. Il en ressort qu'un tel échangeur de chaleur 3 offre diverses possibilités de fonctionnement relatives audit transfert de chaleur, à partir d'un même tube plat 7 et à partir d'une interchangeabilité de l'enveloppe 13, qui est obtenue à moindre coût, et à partir d'un choix de raccordement de l'échangeur de chaleur 3 sur la boucle de climatisation 2 et la boucle secondaire 4.
Sur la fig.12a, lesdits sens de circulation SJ. et S2 à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 3 sont des sens de rotation qui sont tous deux à sens positif horaire. Selon une variante de réalisation non représentée et équivalente, lesdits sens de circulation SJ. et S2 à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 3 sont des sens de rotation qui sont tous deux trigonométriques. Par abus de langage, selon ces deux variantes de réalisation, lesdits sens de circulation SJ. et S2 sont dits « parallèles » et de même sens. Un tel échangeur de chaleur 3 est dit « co- courant ».
Sur la fig.12b, ledit sens de circulation SJ. est à sens positif horaire tandis que ledit sens de circulation S2 est à sens positif trigonométrique. Selon une variante de réalisation non représentée et équivalente, ledit sens de circulation Sl est à sens positif trigonométrique tandis que ledit sens de circulation S2 est à sens positif horaire. Selon ces deux variantes de réalisation, lesdits sens de circulation SJ. et S2 sont dits « parallèles » et de sens opposé. Un tel échangeur de chaleur 3 est dit « à contre-courant ».
Sur la fig.12c, ledit sens de circulation SJ. est à sens positif horaire tandis que ledit sens de circulation S2 est perpendiculaire au plan de la fig.12c orienté de l'avant vers l'arrière du plan de la fig.12c. Selon une variante de réalisation non représentée et équivalente, ledit sens de circulation S2 est orienté de l'arrière vers l'avant du plan de la fig.12c. Enfin selon d'autres variantes non représentées, ledit sens de circulation Si est à sens positif trigonométrique tandis que ledit sens de circulation S2 est encore perpendiculaire au plan de la fig.12c, indifféremment orienté de l'avant vers l'arrière du plan de la fig.12c, ou de l'arrière vers l'avant de ce dernier. Un tel échangeur de chaleur 3 est dit à « courant croisé ».
Sur la fig.13, le tube plat 7 s'étend entre une extrémité centrale 21 et une extrémité périphérique 22 de son enroulement, l'extrémité centrale 21 étant positionnée au cœur de l'enroulement du tube 7 tandis que l'extrémité périphérique 22 est disposée en bordure externe dudit enroulement. L'extrémité centrale 21 est équipée d'une tige centrale 23 qui s'étend selon un premier axe Δl tandis que l'extrémité périphérique 22 est pourvue d'une tige périphérique 24 qui s'étend selon un deuxième axe Δ2. Le premier axe Δl, le deuxième axe Δ2 et l'axe d'extension générale Δ du manchon 14 sont parallèles entre eux et également parallèles à l'axe d'enroulement Δ^ du tube plat 7 sur lui-même. Les dits axes Δ et Δ^ sont préférentiellement parallèles, voire confondus.
Selon une variante de réalisation, la tige périphérique 24 vient en appui contre une butée 31 ménagée à l'intérieur du manchon 14 pour empêcher un passage du fluide caloporteur FC de part et d'autre de la tige périphérique 24. La butée 31 contre laquelle s'appuie la tige périphérique 24 est ménagée en amont de l'orifice d'entrée 8 du fluide caloporteur FC à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 3 selon ledit premier sens de circulation SJ. pour faciliter une circulation fluide et homogène du fluide caloporteur FÇ_ à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 3.
En se reportant également sur les fig.14 à fig.16, la tige centrale 23 est pourvue d'un évidement 25 qui débouche à une première extrémité 26 de la tige centrale 23. De même, la tige périphérique 24 est pourvue d'un orifice 28 qui débouche à un premier bout 29 de la tige périphérique 24. L'évidement 25 et l'orifice 28 sont reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire desdits canaux 112. Selon diverses variantes, soit l'évidement 25 est en relation avec l'orifice d'admission 5 et l'orifice 28 est en relation avec l'orifice d'évacuation 6, soit l'évidement 25 est en relation avec l'orifice d'évacuation 6 et l'orifice 28 est en relation avec l'orifice d'admission 5.
Sur la fig.14, la première extrémité 26 de la tige centrale 23 et le premier bout 29 de la tige périphérique 24 émergent hors de l'enveloppe 13 à travers le deuxième flasque 18 pour leur connexion à la boucle de climatisation 2. La tige centrale 23 et la tige périphérique 24 comportent respectivement une deuxième extrémité 27 et un deuxième bout 30 qui sont emboîtés à l'intérieur de fûts respectifs 33,32 ménagés sur le premier flasque 17.
Sur la fig.15, la première extrémité 26 de la tige centrale 23 émerge hors de l'enveloppe 13 à travers le premier flasque 17 et le premier bout 29 de la tige périphérique 24 émerge hors de l'enveloppe 13 à travers le deuxième flasque 18 pour leur connexion à la boucle de climatisation 2. La deuxième extrémité 27 de la tige centrale 23 est emboîtée à l'intérieur d'un fût périphérique 32 ménagé sur le deuxième flasque 18 et le deuxième bout 30 de la tige périphérique 24 est emboîté à l'intérieur d'un fût central 33 ménagé sur le premier flasque 17.
Sur les fig.14 et fig.15, l'échangeur de chaleur 3 représenté est indifféremment « co-courant » ou « à contre-courant », tel que respectivement illustré sur les fig.14a et fig.14b.
Sur la fig.16, le premier flasque 17 est pourvu de l'orifice de sortie 9 du fluide caloporteur FÇ_ tandis que le deuxième flasque 18 est muni de l'orifice d'entrée 8 du fluide caloporteur FC. Ces dispositions sont telles que l'échangeur de chaleur 3 est à « courant croisé ». En effet, le tube plat 7 étant indifféremment agencé tel que décrit sur la fig.14 ou sur la fig.15, le fait que l'orifice d'entrée 8 et l'orifice de sortie 9 soient ménagés sur des flasques 17,18 différents, tel que représenté sur la fig.16, permet au fluide caloporteur FC de traverser l'échangeur de chaleur 3 depuis le premier flasque 17 vers le deuxième flasque 18 selon un deuxième sens de circulation S2 ponctuellement perpendiculaire au premier sens de circulation SJ. du fluide réfrigérant FR à l'intérieur du tube plat 7, tel qu'illustré sur la fig.12c. Ces dispositions minimisent les pertes de charges Pc susceptibles d'affecter le fluide caloporteur FC.
Sur les fig.14 et fig.15, une première cale 113 est interposée entre les bords JH du tube plat 7 et le premier flasque 17 tandis qu'une deuxième cale 114 est interposée entre les bords B2 du tube plat 7 et le deuxième flasque.
Plus particulièrement sur la fig.14, la première cale 113 est interposée entre les bords Bl du tube plat 7 et les fûts 32,33 ménagés sur le premier flasque 17 tandis que la deuxième cale 114 est interposée entre les bords B2 du tube plat 7 et deux manchons élémentaires 115,116 associés au deuxième flasque 18.
Plus particulièrement sur la fig.15, la première cale 113 est interposée entre les bords BJ. du tube plat 7 et d'une part le fût périphérique 32 et d'autre part un manchon élémentaire central 115 qui sont ménagés sur le premier flasque 17. La deuxième cale 114 quant à elle est interposée entre les bords B2 du tube plat 7 et d'une part le fût central 33 et d'autre part un manchon élémentaire périphérique 116 qui sont ménagés sur le deuxième flasque 18.
Ces dispositions visent à faciliter un assemblage du tube plat 7, des flasques 17,18 et du manchon 14 entre eux. La première cale 113 et/ou la deuxième cale 114 sont par exemple agencées en un croisillon.
Selon une première forme de réalisation représentée sur la fig.17, la tige périphérique 24 est pourvue de l'orifice d'admission 5 tandis que la tige centrale
23 est pourvue de l'orifice d'évacuation 6. Le manchon 14 est muni de l'orifice d'entrée 8 tandis que le premier flasque 17 est pourvu de l'orifice de sortie 9. Ce dernier 9 est positionné en une zone centrale 19 du premier flasque 17, la dite zone centrale 19 étant plus particulièrement visible sur la fig.21. Ces dispositions sont telles que l'échangeur de chaleur 3 est à « co-courant », tel que schématisé sur la fig.12a. En effet, le fluide réfrigérant FR et le fluide caloporteur FÇ_ circulent l'un et l'autre de la périphérie vers le centre de l'échangeur de chaleur 3. Selon une deuxième forme de réalisation représentée sur la fig.18, la tige périphérique 24 est pourvue de l'orifice d'admission 5 tandis que la tige centrale
23 est pourvue de l'orifice d'évacuation 6. Le manchon 14 est muni de l'orifice de sortie 9 tandis que le premier flasque 17 est pourvu de l'orifice d'entrée 8. Ce dernier 8 est positionné en zone centrale 19 du premier flasque 17. Ces dispositions sont telles que l'échangeur de chaleur 3 est à « contre-courant », tel que schématisé sur la fig.12b. En effet, le fluide réfrigérant FR circule de la périphérie vers le centre de l'échangeur de chaleur 3 tandis que le fluide caloporteur FC circule du centre vers la périphérie de l'échangeur de chaleur 3.
Selon une troisième forme de réalisation représentée sur la fig.19, la tige périphérique 24 est pourvue de l'orifice d'évacuation 6 tandis que la tige centrale 23 est pourvue de l'orifice d'admission 5. Le manchon 14 est muni de l'orifice d'entrée 8 tandis que le premier flasque 17 est pourvu de l'orifice de sortie 9. Ce dernier 9 est positionné en zone centrale 19 du premier flasque 17. Ces dispositions sont telles que l'échangeur de chaleur 3 est à « contre-courant », tel que schématisé sur la fig.12b. En effet, le fluide réfrigérant FR circule du centre vers la périphérie de l'échangeur de chaleur 3 tandis que le fluide caloporteur FC circule de la périphérie vers le centre de l'échangeur de chaleur 3.
Selon une quatrième forme de réalisation représentée sur la fig.20, la tige périphérique 24 est pourvue de l'orifice d'évacuation 6 tandis que la tige centrale 23 est pourvue de l'orifice d'admission 5. Le manchon 14 est muni de l'orifice de sortie 9 tandis que le premier flasque 17 est pourvu de l'orifice d'entrée 8. Ce dernier 8 est positionné en zone centrale 19 du premier flasque 17. Ces dispositions sont telles que l'échangeur de chaleur 3 est à « co-courant », tel que schématisé sur la fig.12a. En effet, le fluide réfrigérant FR et le fluide caloporteur FC circulent l'un et l'autre du centre vers la périphérie de l'échangeur de chaleur 3. Sur les fig.21 et fig.22, l'orifice 8,9 affecté au premier flasque 17 est agencé en un croissant de lune et recouvre partiellement le fût central 33. Ces dispositions permettent un agencement entre eux dudit orifice 8,9 et du fût central 33 qui sont conjointement ménagés en la zone centrale 19 du premier flasque 17.
L'orifice 8,9 affecté au premier flasque 17 est pourvu d'un conduit coudé 117 qui est solidaire d'un fond 118 du fût périphérique 32. Ces dispositions visent à optimiser une cohésion mécanique du conduit coudé 117 avec le premier flasque 17 et renforce la solidité de ce dernier 17.

Claims

Revendications
1.- Echangeur de chaleur (3) comprenant une enveloppe (13) qui loge un tube plat (7) enroulé sur lui-même pour former des spires consécutives (11 ,11a, 11b), deux spires consécutives (11 ,11a, 11b) en vis-à-vis l'une de l'autre étant séparées par un espace interstitiel (12), caractérisé en ce que l'espace interstitiel (12) s'étend entre deux spires consécutives (11,11a, 11b) en vis-à-vis l'une de l'autre d'une distance de séparation D qui est comprise entre 0,5 mm et 5 mm.
2.- Echangeur de chaleur (3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la distance de séparation D est au minimum de 2 mm.
3.- Echangeur de chaleur (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube plat (7) loge une pluralité de canaux (112) qui s'étendent chacun entre une tige centrale (23) équipant une extrémité centrale (21) du tube plat (7) et une tige périphérique (24) équipant une extrémité périphérique (22) du tube plat (7).
4.- Echangeur de chaleur (3) selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque canal (112) comporte une section de passage (A1.A2). prise dans un plan radial P de l'échangeur de chaleur (3) comprenant un axe d'enroulement Δ^ du tube plat (7) sur lui-même, qui est comprise entre 0,2 mm2 et 0,5 mm2.
5.- Echangeur de chaleur (3) selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque canal (112) comporte un périmètre mouillé Pe1 ,Pe2, pris dans ledit plan radial P, qui est compris entre 1 ,6 mm et 1 ,9 mm.
6.- Echangeur de chaleur (3) selon les revendications 3 à 5, caractérisé en ce que chaque canal (112) comporte un diamètre hydraulique d compris entre 0,4 mm et 0,9 mm.
7.- Echangeur de chaleur (3) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les canaux (112) sont en un nombre compris entre 75 et 85. 5
8.- Echangeur de chaleur (3) selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le tube plat (7) comporte une hauteur H, prise parallèlement à l'axe d'enroulement Δ^ du tube plat (7) sur lui-même entre deux bords opposés B1..B2 du tube plat (7), qui est comprise entre 75 mm et0 80 mm.
9.- Echangeur de chaleur (3) selon les revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (3) comporte les caractéristiques suivantes :
- le tube plat (7) comporte des canaux (112) en un nombre égal à 81 ,5 - le tube plat (7) comporte une hauteur H égale à 77,3 mm,
- le tube plat (7) comporte une longueur déployée égale à 1 400 mm,
- chaque canal (112) comporte une section de passage Ai qui est conformée en un rectangle d'une longueur L de 1 mm et d'une largeur I de 0,7 mm, 0 - chaque canal (112) comporte un diamètre hydraulique d égal à 0,86.
10.- Echangeur de chaleur (3) selon les revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (3) comporte les caractéristiques suivantes :
- le tube plat (7) comporte des canaux (112) en un nombre égal à 77, 5 - le tube plat (7) comporte une hauteur H égale à 77,3 mm,
- le tube plat (7) comporte une longueur déployée égale à 1 400 mm,
- chaque canal (112) comporte une section de passage A2 qui est , conformée en un cercle de diamètre çT égal à 0,6 mm,
- chaque canal (112) comporte un diamètre hydraulique d égal à 0,6.
11.- Echangeur de chaleur (3) selon les revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (3) comporte les caractéristiques suivantes : - le tube plat (7) comporte des canaux (112) en un nombre égal à 77,
- le tube plat (7) comporte une hauteur H égale à 77,3 mm,
- le tube plat (7) comporte une longueur déployée égale à 695 mm,
- chaque canal (112) comporte une section de passage A2 qui est conformée en un cercle de diamètre çT égal à 0,6 mm,
- chaque canal (112) comporte un diamètre hydraulique d égal à 0,6.
12.- Echangeur de chaleur (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe (13) est constituée d'un manchon (14), d'un premier flasque (17) d'obturation d'une première extrémité (15) du manchon (14) et d'un deuxième flasque (18) d'obturation d'une deuxième extrémité (16) du manchon (14).
13.- Echangeur de chaleur (3) selon la revendication 12, caractérisé en ce que le manchon (14) est globalement cylindrique et s'étend selon un axe d'extension générale Δ qui est sensiblement orthogonal à des plans P1 et P2 d'extension générale respectivement du premier flasque (17) et du deuxième flasque (18).
14.- Echangeur de chaleur (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe (13) est pourvue d'un orifice d'entrée (8) et d'un orifice de sortie (9).
15.- Echangeur de chaleur (3) selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'un quelconque des orifices d'entrée (8) et de sortie (9) est ménagé à travers le premier flasque (17).
16.- Echangeur de chaleur (3) selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'autre des orifices de sortie (9) et d'entrée (8) est ménagé à travers le manchon (14).
17.- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 3 à 16, caractérisé en ce que la tige centrale (23) comporte un évidement (25) en relation avec les canaux (112) qui débouche en une première extrémité (26) de la tige centrale (23) et en ce que la tige périphérique (24) comporte un orifice (28) en relation avec les canaux (112) qui débouche en un premier bout (29) de la tige périphérique (24).
18.- Echangeur de chaleur selon la revendication 17, caractérisé en ce que la première extrémité (26) et/ou le premier bout (29) émergent au travers d'un même flasque (17,18).
19.- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 17 à 18, la tige centrale (23) comportant une deuxième extrémité (27) et la tige périphérique (24) comportant un deuxième bout (30), caractérisé en ce que la deuxième extrémité (27) et le deuxième bout (30) sont emboîtés à l'intérieur respectivement d'un fût central (33) et d'un fût périphérique (32) constitutifs de ladite enveloppe (13).
20.- Dispositif de climatisation (1) comprenant une boucle de climatisation (2) et une boucle secondaire (4) sur lesquelles est conjointement installé au moins un echangeur de chaleur (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
21.- Dispositif de climatisation (1) selon la revendication 20, caractérisé en ce que les échangeurs de chaleur sont en pluralité et sont installés en série sur la boucle de climatisation (2) et la boucle secondaire (4).
22.- Dispositif de climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications 20 ou 21 , caractérisé en ce que la boucle de climatisation (2) véhicule un fluide réfrigérant FR supercritique selon un premier sens de circulation Sl
23.- Dispositif de climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications 20 à 22, caractérisé en ce que la boucle secondaire (4) véhicule un fluide caloporteur FC constitué d'un mélange d'eau et de glycol selon un deuxième sens de circulation S2.
24.- Dispositif de climatisation (1) selon les revendications 22 et 23, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de l'échangeur de chaleur (3), le ledit premier sens de circulation SJ. est de même sens que le deuxième sens de circulation S2.
25.- Dispositif de climatisation (1) selon les revendications 22 et 23, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de l'échangeur de chaleur (3), ledit premier sens de circulation SJ. est de sens opposé au dit deuxième sens de circulation S2.
26.- Dispositif de climatisation (1) selon les revendications 22 et 23, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de l'échangeur de chaleur (3), le premier sens de circulation Sl est orthogonal au dit deuxième sens de circulation S2.
27.- Dispositif de climatisation (1) selon les revendications 20 à 26, caractérisé en ce que le tube plat (7) est constitutif de la boucle de climatisation (2) tandis que l'espace interstitiel (12) est constitutif de la boucle secondaire (4).
28.- Dispositif de climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications 20 à
27 comportant un échangeur de chaleur (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et 12 à 19, caractérisé en ce que le dit échangeur de chaleur (3) est installé sur une ligne « basse pression » (107) de la boucle de climatisation (2).
29.- Dispositif de climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications 20 à
27 comportant un échangeur de chaleur (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et 10 à 19, caractérisé en ce que le dit échangeur de chaleur (3) est installé sur une ligne « haute pression » (106) de la boucle de climatisation (2).
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