WO2016083479A1 - Echangeur de chaleur avec étanchéité renforcée - Google Patents

Echangeur de chaleur avec étanchéité renforcée Download PDF

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Jean Lavenu
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Valeo Systemes Thermiques
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    • F28F2235/00—Means for filling gaps between elements, e.g. between conduits within casings

Definitions

  • the invention relates to heat exchangers, especially for air conditioning devices of a motor vehicle.
  • a motor vehicle air conditioning device usually comprises a compressor, a heat exchanger, a pressure reducer and an evaporator.
  • the heat exchanger has the function of cooling a first fluid, the refrigerant of the air conditioning device, generally in the gaseous state by heat exchange with another fluid.
  • the second fluid may be ambient air, in the case of air / gas type exchangers, or a liquid, in the case of liquid / gas type exchangers (such as a gas cooler or WGC for Water Gas Cooler ).
  • the heat exchanger generally comprises a collector member of the first fluid and a plurality of tubes in which the first fluid flows. These tubes are arranged at a distance from each other and thus define between them a space in which the second fluid flows. In addition, a sealed envelope surrounds all the tubes and also defines a circulation space of the second fluid.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger 10 in exploded perspective according to the state of the art.
  • the exchanger 10 comprises four walls 12, 14, 16, 18 planes forming the sealed envelope of the exchanger 10 and giving it a generally parallelepipedal general shape.
  • the exchanger 10 further comprises a plurality of tubes 20 for the circulation of the first fluid.
  • the walls 12 and 14 respectively comprise an orifice 22, 24 for positioning a respective member 26, 28 for feeding the second fluid assembly.
  • the exchanger 10 also comprises two first fluid collectors 30 and 32 positioned in contact with the four walls 12, 14, 16, 18 and participating in defining the substantially parallelepipedal shape of the exchanger 10.
  • the collectors 30, 32 are assembled to the walls 12, 14, 16, 18 by means known per se and are for this purpose provided with three metal plates. For each manifold 30, 32, one of these plates is specifically dedicated to the positioning of the plurality of tubes 20.
  • An object of the invention is therefore to provide a heat exchanger in which the risk of leakage is reduced.
  • a heat exchanger between a first fluid and a second fluid comprising at least one tube intended to allow the circulation of the first fluid and a sealed envelope surrounding the tube and delimiting a space intended to allow the circulation of the second fluid, characterized in that the envelope comprises at least two walls carrying means for positioning the tube.
  • the tube positioning means comprise at least one comb.
  • each of the two walls carries a comb.
  • the positioning of the tubes is thus done in a simple manner.
  • the tube positioning means are connected to one end of the tube.
  • the assembly of the exchanger is then easy.
  • first fluid supply means preferably comprising a collector, are positioned on the end of the tube connected to the positioning means of the tube.
  • a wall carrying a portion of the tube positioning means comprises an orifice for carrying out the supply of the exchanger as a second fluid.
  • each of the two walls carrying means for positioning the tube comprises an orifice making it possible to supply the exchanger with a second fluid.
  • the first fluid is a gas.
  • the second fluid is a liquid.
  • the heat exchanges with the first fluid are thus effective.
  • a motor vehicle air conditioning device comprising a heat exchanger as previously described.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of part of a heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 2 shows part of a heat exchanger 110 according to the invention.
  • This heat exchanger 110 is intended to be used for an air conditioning device of a motor vehicle. It comprises two walls 116 and 118 similar to those shown in Figure 1 except for their ends 119 which have a slightly larger width than the body of the walls 116, 118.
  • the exchanger 110 has a generally parallelepipedal shape.
  • the exchanger 110 comprises a plurality of parallel flat tubes 120 arranged in a beam, intended to allow the circulation of a first fluid.
  • the first fluid is a refrigerant of the air conditioning device.
  • This fluid can be in particular of the type HFO-1234yf or R744 or more generally any other type of fluid suitable for use in air conditioning devices of a motor vehicle.
  • the exchanger 110 further comprises two side walls 112, 114. These walls and the walls 116, 118 form a sealed envelope for the exchanger 110. This envelope defines an interior space inside which a second fluid is intended to circulate.
  • This second fluid is here ethylene glycol in the liquid state, but may be, according to variants, any other type of antifreeze fluid capable of cooling the first fluid.
  • Each tube 120 is thus positioned inside the sealed envelope and has a generally substantially flat shape.
  • the tubes 120 comprise streaks on their two main faces. These striations make it possible to maximize heat exchange between the first and the second fluid.
  • the pitch between each tube 120 further defines a spacer within which the second fluid is intended to flow.
  • the pitch between each tube 120 is zero, but the ridges of each of the tubes 120 define a space dedicated to the circulation of the second fluid.
  • Each wall 112, 114 carries, on its ends, an identical comb 115 and constant pitch between two consecutive teeth.
  • the teeth of the combs 115 have the same shape, the same width and the same length. This pitch between each tooth of the comb 115 is substantially equal to the thickness of a tube 120.
  • the respective combs 115 of the walls 112, 114 form means for positioning the tubes 120 in the sealed envelope of the exchanger 110.
  • the wall 112 carries, in a portion 121 outwardly recess, a circular orifice 122.
  • the diameter of this orifice 122 is adapted to accommodate a member 126 connected to the air conditioning device.
  • the recess towards the outside of the part 121 gives off a space for the parts of the member 126 protruding inside the sealed envelope of the exchanger 110.
  • This member 126 makes it possible to supply the exchanger 110 in second fluid.
  • the wall 114 also carries a circular orifice, not shown here, whose position in the exchanger 110 is similar to that shown in FIG.
  • the exchanger 110 also comprises a manifold 130 and a supply member 132 of this manifold connected to the air conditioning device.
  • the collector 130 and the supply member 132 form first fluid supply means for the tubes 120 of the exchanger 110.
  • each tooth of the comb 115 is substantially equal to the thickness of a tube 120
  • the teeth of the combs 115 enclose each tube end 120 and thus allow the positioning of this plurality of tubes 120.
  • the reciprocal positioning means are thus directly connected to each end of the tubes 120.
  • the pitch between two neighboring tubes can thus be very small.
  • the ends of the tubes 120 extend beyond the teeth of the combs 115. As a result, it is possible to directly connect the collector 130 to which the supply member 132 is connected.
  • the manifold 130 covers the overlapping ends of the teeth of the two combs facing each other.

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Abstract

L'échangeur de chaleur (110) entre un premier et un second fluides comprend au moins un tube (120) destiné à permettre la circulation du premier fluide et une enveloppe étanche entourant le tube (120) et délimitant un espace destiné à permettre la circulation du second fluide. L'enveloppe comprend au moins deux parois (112, 114) portant des moyens de positionnement (115) du tube (120)

Description

Echangeur de chaleur avec étanchéité renforcée
L'invention concerne les échangeurs de chaleur, notamment pour dispositifs de climatisation de véhicule automobile.
Un dispositif de climatisation de véhicule automobile comprend habituellement un compresseur, un échangeur de chaleur, un détendeur et un évaporateur. L'échangeur de chaleur a pour fonction de refroidir un premier fluide, le réfrigérant du dispositif de climatisation, généralement à l'état gazeux par échange thermique avec un autre fluide. Le second fluide peut être de l'air ambiant, dans le cas des échangeurs de type air/gaz, ou un liquide, dans le cas des échangeurs de type liquide/gaz (tel qu'un refroidisseur de gaz ou WGC pour Water Gaz Cooler).
L'échangeur de chaleur comprend généralement un organe formant collecteur du premier fluide et une pluralité de tubes dans lesquels ce premier fluide circule. Ces tubes sont disposés à distance les uns des autres et définissent ainsi entre eux un espace dans lequel le second fluide circule. En outre, une enveloppe étanche entoure l'ensemble des tubes et définit également un espace de circulation du second fluide.
On a représenté à la figure 1 un échangeur de chaleur 10 en perspective éclatée selon l'état de la technique. L'échangeur 10 comprend quatre parois 12, 14, 16, 18 planes formant l'enveloppe étanche de l'échangeur 10 et lui conférant une forme générale sensiblement parallélépipédique. L'échangeur 10 comprend en outre une pluralité de tubes 20 permettant la circulation du premier fluide.
Les parois 12 et 14 comprennent respectivement un orifice 22, 24 pour y positionner un organe 26, 28 respectif permettant l'alimentation de l'ensemble en second fluide. L'échangeur 10 comprend également deux collecteurs en premier fluide 30 et 32 positionnés en contact avec les quatre parois 12, 14, 16, 18 et participant à délimiter la forme sensiblement parallélépipédique de l'échangeur 10. Les collecteurs 30, 32 sont assemblés aux parois 12, 14, 16, 18 par des moyens connus en soi et sont pour ce faire munis de trois plaques métalliques. Pour chaque collecteur 30, 32, l'une de ces plaques est spécifiquement dédiée au positionnement de la pluralité de tubes 20.
Ainsi, un grand nombre de pièces forme l'enveloppe étanche de l'échangeur 10. Le risque de fuite en second fluide suivant les liaisons entre ces pièces est donc important.
Un but de l'invention est donc de proposer un échangeur de chaleur dans lequel le risque de fuite est réduit.
A cet effet, on prévoit selon l'invention un échangeur de chaleur entre un premier fluide et un second fluide comprenant au moins un tube destiné à permettre la circulation du premier fluide et une enveloppe étanche entourant le tube et délimitant un espace destiné à permettre la circulation du second fluide, caractérisé en ce que l'enveloppe comprend au moins deux parois portant des moyens de positionnement du tube.
Ainsi, il n'est plus nécessaire de prévoir une plaque spécifiquement dédiée au positionnement du tube car les parois délimitant l'enveloppe portent les moyens permettant le positionnement du tube. Comme le nombre de pièces est réduit, le risque de fuites entre les liaisons entre ces pièces l'est également. L'étanchéité globale de l'échangeur est donc renforcée.
Selon un mode réalisation, les moyens de positionnement du tube comprennent au moins un peigne.
De préférence, chacune des deux parois porte un peigne.
Le positionnement des tubes s'effectue ainsi de manière simple.
Selon un mode de réalisation les moyens de positionnement du tube sont reliés à une extrémité du tube.
L'assemblage de l'échangeur est alors facile.
Avantageusement, des moyens d'alimentation en premier fluide, comprenant de préférence un collecteur, sont positionnés sur l'extrémité du tube reliée aux moyens de positionnement du tube.
Ainsi, il n'est plus nécessaire d'assembler au collecteur les plaques métalliques, le nombre de composants de l'échangeur s'en trouve réduit. De plus, comme les moyens d'alimentation recouvrent la liaison entre le tube et les moyens de positionnement du tube, cette liaison est protégée.
De préférence, une paroi portant une partie des moyens de positionnement du tube comprend un orifice permettant de réaliser l'alimentation de l'échangeur en second fluide.
Avantageusement, chacune des deux parois portant des moyens de positionnement du tube comprend un orifice permettant de réaliser l'alimentation de l'échangeur en second fluide.
Selon un mode de réalisation, le premier fluide est un gaz.
De préférence, le second fluide est un liquide.
Les échanges thermiques avec le premier fluide sont ainsi efficaces.
On prévoit également selon l'invention un dispositif de climatisation de véhicule automobile comprenant un échangeur de chaleur tel que précédemment décrit.
On va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention en se référant aux figures suivantes :
- la figure 2 est une vue en perspective éclatée d'une partie d'un échangeur de chaleur selon l'invention, et
- la figure 3 est une vue de cette partie de l'échangeur partiellement assemblé. On a représenté à la figure 2 une partie d'un échangeur de chaleur 110 selon l'invention. Cet échangeur de chaleur 110 est destiné à être utilisé pour un dispositif de climatisation d'un véhicule automobile. Il comprend deux parois 116 et 118 semblables à celles représentées à la figure 1 à l'exception de leurs extrémités 119 qui présentent une largeur légèrement plus importante que le corps des parois 116, 118. L'échangeur 110 a une forme générale sensiblement parallélépipédique.
L'échangeur 110 comprend une pluralité de tubes plats 120 parallèles disposés en faisceau, destinés à permettre la circulation d'un premier fluide. Ici, le premier fluide est un réfrigérant du dispositif de climatisation. Ce fluide peut être notamment du type HFO-1234yf ou R744 ou plus généralement tout autre type de fluide apte à être utilisé dans les dispositifs de climatisation de véhicule automobile.
L'échangeur 110 comprend en outre deux parois latérales 112, 114. Ces parois ainsi que les parois 116, 118 forment une enveloppe étanche pour l'échangeur 110. Cette enveloppe définit un espace intérieur à l'intérieur duquel un second fluide est destiné à circuler. Ce second fluide est ici de l'éthylène glycol à l'état liquide, mais peut être, selon des variantes, tout autre type de fluide antigel apte à refroidir le premier fluide.
Chaque tube 120 est ainsi positionné à l'intérieur de l'enveloppe étanche et a en outre une forme générale sensiblement plane. Les tubes 120 comprennent des stries sur leurs deux faces principales. Ces stries permettent de maximiser les échanges thermiques entre le premier et le second fluide. Le pas entre chaque tube 120 définit en outre une entretoise à l'intérieur de laquelle le second fluide est destiné à circuler.
Selon une variante du présent mode de réalisation, le pas entre chaque tube 120 est nul, mais les stries de chacun des tubes 120 définissent un espace dédié à la circulation du second fluide.
Chaque paroi 112, 114 porte, sur ses extrémités, un peigne 115 identique et de pas constant entre deux dents consécutives. Les dents des peignes 115 ont la même forme, la même largeur et la même longueur. Ce pas entre chaque dent du peigne 115 est sensiblement égal à l'épaisseur d'un tube 120. Les peignes 115 respectifs des parois 112, 114 forment des moyens de positionnement des tubes 120 dans l'enveloppe étanche de l'échangeur 110.
En outre, la paroi 112 porte, dans une partie 121 en décrochement vers l'extérieur, un orifice circulaire 122. Le diamètre de cet orifice 122 est adapté pour accueillir un organe 126 relié au dispositif de climatisation. Le décrochement vers l'extérieur de la partie 121 dégage un espace pour les parties de l'organe 126 dépassant à l'intérieur de l'enveloppe étanche de l'échangeur 110. Cet organe 126 permet de réaliser l'alimentation de l'échangeur 110 en second fluide. De manière symétrique, la paroi 114 porte également un orifice circulaire, non représenté ici, dont la position dans l'échangeur 110 est similaire à celle représentée sur la figure 1 .
L'échangeur 110 comprend également un collecteur 130 ainsi qu'un organe d'alimentation 132 de ce collecteur relié au dispositif de climatisation. Le collecteur 130 et l'organe d'alimentation 132 forment des moyens d'alimentation en premier fluide des tubes 120 de l'échangeur 110.
On a représenté à la figure 3 une partie de l'échangeur 110 partiellement assemblé.
Comme le pas entre chaque dent du peigne 115 est sensiblement égal à l'épaisseur d'un tube 120, les dents des peignes 115 enserrent chaque extrémité de tube 120 et permettent ainsi le positionnement de cette pluralité de tubes 120. Les moyens de positionnement réciproque sont ainsi directement reliés à chaque extrémité des tubes 120. Le pas entre deux tubes voisins peut ainsi être très faible.
Comme on le voit sur la figure 3, les extrémités des tubes 120 s'étendent au-delà des dents des peignes 115. De ce fait, il est possible de relier directement le collecteur 130, auquel est relié l'organe d'alimentation 132, aux tubes 120. Le collecteur 130 recouvre les extrémités qui se chevauchent des dents des deux peignes en vis-à-vis.
Grâce à cet agencement, comme les peignes font partie des parois 112, 114 qui sont recouvertes d'un placage, on augmente l'apport de placage au niveau du collecteur 130, d'où une meilleure étanchéité de l'échangeur après brasage, étanchéité qui est par ailleurs accrue du fait de la diminution du nombre de pièces formant l'échangeur.
Bien entendu, on pourra apporter de nombreuses modifications à l'invention sans sortir du cadre de celle-ci.
On pourra notamment modifier le nombre ou la forme des tubes 120 de circulation du premier fluide.
On pourra également modifier les moyens d'alimentation en premier et second fluides.
On pourra en outre utiliser différents moyens de positionnement réciproque.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Echangeur de chaleur (110) entre un premier fluide et un second fluide comprenant au moins un tube (120) destiné à permettre la circulation du premier fluide et une enveloppe étanche (112, 114, 116, 118) entourant le tube (120) et délimitant un espace destiné à permettre la circulation du second fluide, caractérisé en ce que l'enveloppe (112, 114, 116, 118) comprend au moins deux parois (112, 114) portant des moyens de positionnement (115) du tube (120).
2. Echangeur (110) selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de positionnement du tube (120) comprennent au moins un peigne (115).
3. Echangeur (110) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de positionnement (110) du tube (120) sont reliés à une extrémité du tube (120).
4. Echangeur (110) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel des moyens d'alimentation (130, 132) en premier fluide, comprenant de préférence un collecteur (130), sont positionnés sur l'extrémité du tube (120) reliée aux moyens de positionnement (115) du tube (120).
5. Echangeur (110) selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une paroi (112, 114) portant une partie des moyens de positionnement (115) du tube (120) comprend un orifice (122) permettant de réaliser l'alimentation de l'échangeur (110) en second fluide.
6. Echangeur (110) selon la revendication précédente, dans lequel chacune des deux parois (112, 114) portant des moyens de positionnement (115) du tube (120) comprend un orifice (122) permettant de réaliser l'alimentation de l'échangeur (110) en second fluide.
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