WO2017109347A1 - Échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile - Google Patents

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WO2017109347A1
WO2017109347A1 PCT/FR2016/053494 FR2016053494W WO2017109347A1 WO 2017109347 A1 WO2017109347 A1 WO 2017109347A1 FR 2016053494 W FR2016053494 W FR 2016053494W WO 2017109347 A1 WO2017109347 A1 WO 2017109347A1
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WO
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frames
heat exchange
fluid
heat exchanger
exchange tubes
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/053494
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English (en)
Inventor
Sébastien JACOPE
Jérôme MOUGNIER
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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Definitions

  • Heat exchanger in particular for a motor vehicle
  • the invention relates to the field of heat exchangers and in particular to heat exchangers intended to be traversed by a fluid under high pressure.
  • the invention relates more particularly to heat exchangers able to be traversed by a refrigerant fluid having a relatively high operating pressure, as is the case with natural gases such as carbon dioxide designated by CO 2 , having an operating pressure higher than the refrigerant gases used in the solutions of the state of the art.
  • Such heat exchangers find particular application in motor vehicles. They may in particular constitute a gas cooler in which the cooling fluid such as CO 2 is cooled by a second fluid, such as liquid. Conversely, the second fluid can be cooled by the first fluid for example in gaseous form, the heat exchanger is then commonly referred to as "Water chiller" in English.
  • Such heat exchangers can in particular be used in the thermal regulation of one or more batteries of an electric or hybrid vehicle.
  • the thermal regulation of the batteries is an important point because if the batteries are subjected to temperatures too cold, their autonomy can decrease strongly and if they are subjected to too high temperatures, there is a risk of thermal runaway up to to the destruction of the battery, or even the motor vehicle.
  • a coolant generally coolant comprising a mixture of brine, which circulates in a heat exchanger in contact with the battery or batteries.
  • the cooling liquid can thus bring heat to the battery or batteries to heat them, this heat having been absorbed by the cooling liquid for example during the heat exchange with the C0 2 flowing in the gas cooler.
  • the coolant can also, if necessary, absorb the heat emitted by the battery or batteries to cool them and remove this heat at one or more other heat exchangers.
  • Such heat exchangers can also be used like any other gas cooler in an air conditioning circuit.
  • These heat exchangers can in particular be heat exchangers assembled by soldering.
  • Heat exchangers are known, for example, comprising a stack of plates allowing the circulation of the first fluid, such as the refrigerant or refrigerant gas, and the second fluid such as the cooling liquid.
  • cooling fluid such as C0 2 under a very high pressure, generally greater than 100 bar, with a burst pressure which can reach, for example, up to 340 bar, implies that heat exchangers such as gas coolers must withstand such high pressures.
  • Plate heat exchangers known from the prior art do not allow to withstand such high pressures.
  • heat exchangers comprising a stack of tubes interconnected by at least one collector of the first fluid, in particular the refrigerant fluid on each side of the tubes, and the second fluid, for example, are known from the prior art. in liquid form, can circulate around the tubes in an envelope connected to a water box.
  • the present invention aims to improve the solutions of the state of the art and to at least partially solve the disadvantages described above by providing a heat exchanger simple to achieve and having a small footprint all while having interesting properties to withstand the strong local pressures.
  • the subject of the invention is a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, said exchanger comprising a heat exchange bundle with a plurality of heat exchange tubes defining circulation channels for a fluid.
  • said exchanger comprising a heat exchange bundle with a plurality of heat exchange tubes defining circulation channels for a fluid.
  • the heat exchange bundle comprises a plurality of first heat exchange tube receiving frames
  • the first receiving frames of the heat exchange tubes respectively comprise at least one stress absorption zone, arranged on at least one edge facing an end of a heat exchange tube and capable of resist mechanical stress.
  • Such a heat exchanger has a better mechanical strength compared to the solutions of the prior art and very good resistance to high pressures, in particular due to the circulation of C0 2 as a refrigerant.
  • the frames designate a part, or an assembly of parts, which can be rigid, delimiting a closed space or not. In this space can be positioned, in our example, heat exchange tubes.
  • the heat exchange bundle which comprises a plurality of heat exchange tubes, is distinct from the frames.
  • the heat exchanger may further comprise one or more of the following features taken alone or in combination:
  • the stress absorption zones are formed by a predetermined number of stress absorption legs formed on at least one edge of a first receiving frame opposite one end of an exchange tube thermal and extending towards the end of the heat exchange tube;
  • the stress absorption legs extend longitudinally substantially parallel to the flow direction of the fluid in the circulation channels;
  • the first frames have a plurality of recesses, and two adjacent stress-absorbing legs extend on either side of a recess;
  • the first frames respectively have at least one edge opposite one end of a heat exchange tube shaped in a pattern defining a succession of arches, the arches legs forming the absorption legs of constraints;
  • the heat exchanger comprises at least one fluid collection box, and when heat exchange tubes are received in the first frames, arches vaults define with the ends of the heat exchange tubes of the fluidic communication connection openings between the collector box and the heat exchange tubes, so that a fluidic communication opening is arranged between two arches;
  • the heat exchanger is assembled by soldering and the stress absorption legs define soldering zones.
  • a first fluid is able to circulate in the heat exchange tubes, and the heat exchanger further comprises a plurality of second frames respectively arranged alternately with the first receiving frames of the tubes. of heat exchange, and respectively defining a second circulation channel for a second fluid so as to allow a heat exchange between the first fluid and the second fluid.
  • the heat exchange tubes are received and maintained in dedicated first frames while the turbulators can be received in the second dedicated frames and thus be superimposed on the heat exchange tubes.
  • the heat exchanger thus comprises a stack of simple elements, namely frames and heat exchange tubes in which the first fluid circulates, such as the refrigerant gas, inserted in the first frames and between which the second fluid flows. only coolant.
  • the second frames have through holes arranged in the alignment of the recesses, so as to allow the flow of the first fluid in the stack of the first frames and second frames.
  • the superimposed frames make it possible to create the flow path of the first fluid, when the frames are assembled together for example by brazing.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heat exchanger according to the invention
  • FIG. 2 is a sectional view from below of the heat exchanger of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a partial perspective view of a stack of first frames and second frames of the heat exchange bundle of the heat exchanger of FIG. 1;
  • FIG. 4 schematically represents a first frame of the beam heat exchanger receiving two heat exchange tubes
  • FIG. 5 is a view of the first single frame of FIG. 4, and
  • FIG. 6 is another perspective view of a stack of first frames and second frames of the heat exchange bundle of the heat exchanger of FIG. 1.
  • the invention relates to a heat exchanger 1, in particular for a motor vehicle, for a heat exchange between at least a first fluid and a second fluid.
  • the first fluid can enter the heat exchanger 1 in gaseous form and the second fluid in liquid form.
  • the heat exchanger 1 has at least partially, that is to say on at least some elements or parts, a coating intended to melt to ensure the joining of elements of the heat exchanger during the heat exchange. soldering assembly.
  • the coating is commonly referred to as "clad" in the field of brazing metal parts, in particular aluminum.
  • the coating is added on the core of the parts, during manufacture, for example by cold rolling. It may be a non-limiting example of a coating comprising aluminum and silicon.
  • the heat exchanger 1 according to the invention is particularly suitable for the circulation of at least one fluid having a high operating pressure, in particular greater than 100 bar.
  • the first fluid is a refrigerant intended to circulate at high pressure such as C0 2 , also designated R744 according to the industrial nomenclature.
  • the heat exchanger 1 can in particular be a gas cooler in which the cooling fluid such as CO 2 is cooled by a second fluid for example in liquid form, such as cooling liquid comprising a mixture of brine.
  • the second fluid such as the coolant can also be cooled by the first fluid such as CO 2 , such a heat exchanger is then commonly referred to as "Water chiller" in English.
  • the heat exchanger 1 comprises a heat exchange bundle 3 for the heat exchange between the first fluid and the second fluid.
  • the heat exchange bundle 3 has a generally parallelepipedal shape.
  • the circulation of the first and second fluids is advantageously countercurrent in the heat exchange bundle 3.
  • the introduction and the evacuation of the first fluid in the heat exchange bundle 3 or outside the heat exchange bundle 3 is shown schematically by way of example by the arrows Fli for the introduction and Fl 0 for the evacuation.
  • the introduction of the second fluid into the heat exchange bundle 3 and the evacuation of the second fluid out of the heat exchange bundle 3 is shown schematically by way of example by the arrows F2i for the introduction and F2o for evacuation.
  • the heat exchanger 1, and more precisely the heat exchange bundle 3 can be configured for circulation in at least two passes of one two fluids, or both fluids.
  • the heat exchange bundle 3 comprises a plurality of heat exchange tubes 5, visible in FIGS. 2 to 4, stacked so as to alternately define first channels (not visible in the figures) of circulation for the first fluid in the heat exchange tubes 5 and second circulation channels 9 for the second fluid between the heat exchange tubes 5.
  • the heat exchange tubes 5 can be made in the form of flat tubes, advantageous in terms of space.
  • the flat tubes 5 have a generally rectangular general shape, with a length for example of the order of 32 mm and a thickness of about one millimeter.
  • the thickness is here considered in the direction of the height of the heat exchange bundle 3, we can also speak of the height of the heat exchange tubes 5. In other words, it is the thickness in the direction of stacking heat exchange tubes 5.
  • Each heat exchange tube 5 defines a predetermined number of first circulation channels (not visible in the figures) for the first fluid, in particular micro-flow channels for the first fluid.
  • the first channels or micro-channels extend for example substantially longitudinally, in a substantially "I" or rectilinear shape.
  • the first circulation channels or micro-channels for the first fluid allowing the flow of the first fluid respectively extend in a direction parallel to the longitudinal direction of the heat exchange tubes 5.
  • the first fluid can follow a circulation in a so-called flow in
  • the second circulation channels 9 for the second fluid may be shaped to allow circulation in a so-called “I” flow but also a circulation in two passes called “U” circulation.
  • Turbulators 11 of the flow of the second fluid are advantageously arranged in the second circulation channels 9, thus improving the heat exchange between the two fluids.
  • the turbulators 11 may be carried by an element 12 distinct from the heat exchange tubes 5 as illustrated in FIGS. 2 and 3.
  • turbulators 11 may be formed on the heat exchange tubes 5, for example by deformations such as corrugations of the heat exchange tubes 5 which protrude into the second circulation channels 9 for the second fluid.
  • Interlayers are advantageously arranged between the heat exchange tubes 5, and define the pitch between the heat exchange tubes 5.
  • the heat exchange bundle 3 comprises an alternating stack of first frames 13 and second frames 15.
  • At least some second frames 15 form the dividers.
  • the stack is here substantially vertically.
  • Each first frame 13 is able to receive at least one heat exchange tube 5 and this assembly forms a stage of the heat exchange bundle 3.
  • the first frames 13 can be designated by tube frames.
  • Each second frame 15 can receive turbulators 11 and this set forms another stage of the heat exchange bundle 3. These two sets or stages are repeated as many times as necessary depending on the space available and the performance to be achieved.
  • the first frames 13 and the second frames 15 are described in more detail below.
  • closure plates 17, 18 in particular at least one bottom closure plate 17 and at least one upper closure plate 18, can be arranged on either side of the wall. stacking of the first frames
  • the closure plates 17, 18 are of complementary shape to the shape of the first frames 13 and the second frames 15.
  • the heat exchanger 1 furthermore comprises less a manifold 19 of the first fluid arranged in fluid communication with the first circulation channels (not visible in the figures) defined in the heat exchange tubes 5.
  • the manifold 19 is, according to the illustrated example, arranged on an upper closure plate 18 disposed at the top of the heat exchange bundle 3.
  • the heat exchanger 1 further comprises at least two inlet and fluid outlet pipes 21 for introducing and evacuating the second fluid.
  • the two tubes 21 are arranged on the same upper closure plate 18 as the manifold 19 for the first fluid.
  • the manifold 19 can be arranged on one side of the heat exchange bundle 3 and the tubes 21 can be arranged on the other side of the heat exchange bundle 3, thus allowing a counter-current circulation of two fluids.
  • the manifold 19 is arranged on the left while the pipes 21 are arranged on the right.
  • the first frames 13 may be at least partially made of aluminum.
  • the first frames 13 present:
  • first frames 13 with respect to the general direction of flow of the first fluid, namely that the first frames 13 have:
  • the general direction of flow of the first fluid means the direction of the flow in "I” in the case of a flow in one pass of the first fluid, or the direction of the branches of the "U” in the case of a circulation in two passes of the first fluid.
  • the first frames 13 are of generally rectangular shape and have two longitudinal edges 13C, 13D, forming long sides, extending substantially parallel to the general direction of flow of the first fluid and two edges lateral sides 13A, 13B, forming narrow sides, extending in the width direction, substantially perpendicular to the direction of flow of the first fluid.
  • the longitudinal axis of the first frames 13 and heat exchange tubes 5 is here confused.
  • first frames 13 have the same thickness as the heat exchange tubes 5 they receive, in particular of the order of a few millimeters, for example of the order of 1mm. As previously, the thickness is considered in the direction of the height of the heat exchange bundle 3, we can also speak of the height of the first frames 13.
  • the heat exchange tubes 5 can be maintained in the first respective frames 13 before superposition of the various frames 13, 15.
  • Each first frame 13 may receive a heat exchange tube 5 or alternatively at least two heat exchange tubes 5, as illustrated in FIGS. 2 to 5, so that the heat exchange bundle 3 then has the minus two rows of heat exchange tubes 5.
  • each first frame 13 has two housings 130 for receiving in each housing 130 an associated heat exchange tube 5.
  • two adjacent heat exchange tubes 5 arranged in a first frame 13 can communicate with each other at one end.
  • Fluidic communication at one end of two adjacent heat exchange tubes 5 received in the same first frame 13 is advantageously provided by a second frame 15 as will be described in more detail later.
  • the first frames 13 comprise means for placing in fluid communication 131 the first circulation channels of the first fluid with the manifold 19.
  • each first frame 13 are advantageously arranged in fluid communication with the fluidic communication means 131 of the other first frames 13 of the heat exchange bundle 3 and with the manifold 19.
  • the means for placing in fluid communication 131 provided on the first frames 13 allow, in a simple way, to collect the first fluid and to distribute it for example in the heat exchange tubes 5 held in these first frames 13. It is no longer necessary to provide the collectors on each side of the tubes as in the known solutions.
  • the first frames 13 respectively have a predefined number of recesses 131 forming the means of fluidic communication, in which the ends, in particular the longitudinal ends, of the heat exchange tubes 5 open.
  • the number of recesses 131 is adapted as a function of the number of first circulation channels in the heat exchange tubes 5.
  • These recesses 131 are here provided on two opposite edges 13A, 13B (see FIGS. 4 and 5) of the first frames 13 which are facing the ends of the heat exchange tubes 5.
  • the first frames 13 are arranged so that their recesses 131 are in fluid communication with the recesses 131 of the other first frames 13.
  • the recesses 131 of the first frames 13 are aligned in the direction of the height of the heat exchange bundle 3 .
  • At least one lateral edge 13A, 13B of a first receiving frame 13, arranged opposite one end of a heat exchange tube 5, is shaped according to a pattern. defining a succession of arches.
  • the arches are advantageously arranged over the entire width of the lateral edge which is opposite one or more ends of tube (s) heat exchange 5.
  • the arches are provided over the entire width of the set of tubes heat exchange 5 that the first frame 13 can receive, here two heat exchange tubes 5.
  • Arch is understood to mean the group formed by an arch arch 132 connecting two feet of arch 133. In this series of arches, two adjacent arch arches 132 are connected by a common arch foot 133.
  • a recess 131 is delimited by an arch, otherwise said recess 131 is made between two adjacent arches 133 and is delimited by these two arches 133 and the arch arch 132 connecting them.
  • the fluid communication connection means 131 can define two rows respectively associated with a row of heat exchange tubes 5.
  • first communication means 131 ensure the fluidic communication of the first heat exchange tubes 5 or in other words the first row of first heat exchange tubes with the manifold 19.
  • second means of in communication 131 ensure the fluidic communication of the second heat exchange tubes 5 or in other words the second row of second heat exchange tubes with the manifold 19.
  • each first frame 13 advantageously comprises at least one stress absorption zone on at least one lateral edge 13A, 13B opposite one end of a heat exchange tube 5.
  • Such a stress absorption zone is able to withstand mechanical stresses, in particular due to pressure.
  • the stress absorption zones may be made by a predetermined number of stress absorption legs formed on at least one lateral edge 13A, 13B of a first frame 13 opposite one end of a heat exchange tube 5.
  • the arches 133 provide this function of absorption legs constraints.
  • the arches are dimensioned taking into account the mechanical strength of the first frame 13 and the flow of the first fluid through the recesses 131 defined by the arches.
  • the arches 133 still make it possible to define soldering zones with the second frames 15.
  • the first frames 13 also have guides 134 for the passage of the second fluid.
  • the first frames 13 are respectively shaped with at least one loop 134 which, when a heat exchange tube 5 is arranged in the first frame 13, defines a passage through opening allowing the flow of the second fluid.
  • the handles 134 allow to define the guides for the passage of the second fluid.
  • the handles 134 of each first frame 13 are arranged in alignment with the handles 134 of the other first frames 13 of the heat exchange bundle 3 so as to allow the flow of the second fluid through the bundle 3.
  • FIG. 1 illustrates a first embodiment of loops 134 of substantially rounded shape
  • FIGS. 2 to 5 illustrate a second exemplary embodiment.
  • handles 134 whose contour is more rectilinear shape.
  • any other form of the handles 134 may be considered.
  • each first receiving frame 13 may have at least one partition wall 135 which compartmentalizes the first receiving frame 13.
  • This partition wall 135 is here arranged in the extension of an arch foot 133.
  • each first receiving frame 13 has a partition wall 135, for example substantially central, which compartmentalizes the first receiving frame 13 into two housings 130 (see Figure 5) to receive each a heat exchange tube 5.
  • Partition wall 135 is therefore arranged between two tubes 5 in the first frame 13.
  • the partition wall 135 extends over the entire length of the heat exchange tubes 5 received in the first frame 13.
  • the partition wall 135 of a first frame 13 can be made in one piece with this first frame 13.
  • Such a first frame 13 can be made by cutting stamping in a simple manner.
  • the second frames 15 may be at least partially made of aluminum.
  • the second frames 15 When the second frames 15 receive turbulators 11, the second frames 15 are said frames-turbulators or turbulators frames.
  • the second frames 15 have: - two opposite edges extending parallel to the direction of the first channels (not visible in the figures) of circulation of the first fluid in the heat exchange tubes 5, otherwise said here parallel to the longitudinal direction of the heat exchange tubes 5, and
  • the second frames 15 with respect to the general direction of flow of the second fluid flowing against the current of the first fluid, namely that the second frames 15 have:
  • the general direction of flow of the second fluid means the direction of the circulation in "I” in the case of a circulation in a pass of the second fluid, or the direction of the branches of the "U” in the case of a circulation in two passes of the second fluid.
  • the second frames 15 are of generally similar shape to the first frames 13, here substantially rectangular.
  • the second frames 15 have two longitudinal edges, forming long sides, extending substantially parallel to the longitudinal edges of the first frames 13 and the general direction of flow of the second fluid, and two lateral edges, forming short sides, extending in the width direction, substantially perpendicular to the direction of flow of the second fluid parallel to the side edges of the first frames 13.
  • the second frames 15 extend on the same length and on the same width as the first frames 13.
  • the outer contours of the first frames 13 and second frames 15 are substantially identical so that the alternating stack of the first frames 13 and second frames 15 forms a block.
  • each second frame 15 defines an internal width and an internal length.
  • internal width is meant the width defined between the inner walls of the opposite longitudinal edges.
  • internal length the length defined between the inner walls of the opposite side edges.
  • the lateral edges of the second frames 15 may be slightly larger than the lateral edges of the first frames 13, so that the ends heat exchange tubes 5 received in the first frames 13 stacked with the second frames 15, rest on the peripheral edge of the lateral edges of the second frames 15.
  • the second frames 15 thus define an internal length less than the internal length defined by the interior space of the first frames 13.
  • the second frames 15 have a thickness which is of the order of a few millimeters, for example of the order of 0.5mm to 4mm, preferably of the order of 2mm.
  • the thickness is here considered in the direction of the height of the heat exchange bundle 3, we can also speak of the height of the second frames 15. In other words, it is the thickness in the stacking direction of the frames 13, 15.
  • the second frames 15 can be made by stamping cut.
  • a plurality of second so-called interposed frames 15 are arranged between two first frames 13 for receiving the heat exchange tubes 5, thus defining the pitch between two stages of heat exchange tubes 5.
  • the heat exchange bundle 3 may furthermore comprise a second end frame optionally arranged between a first frame 13 and a closure plate, in particular the bottom closure plate 17.
  • second end frame can be put in place for reasons of mechanical strength.
  • the second frames allow two-pass circulation of the second fluid.
  • the second frames 15 each comprise a bar 150 arranged inside the second frame 15 so as to separate two flow passes for the second fluid. It is therefore an internal bar 150.
  • the bar 150 makes it possible to shape the second circulation channel 9 substantially in a "U" shape.
  • the strip 150 extends longitudinally inside a second frame 15.
  • the strip 150 therefore extends in this example substantially parallel to the longitudinal edges of the second frame 15.
  • the bar 150 does not extend over the entire internal length of the second frame 15.
  • the bar 150 extends from a side edge of a second frame 15 towards the opposite side edge but without reaching the opposite side edge.
  • the bar 150 is secured to a lateral edge of a second frame 15 and projects with its free end towards the internal space of the second frame 15 towards the opposite side edge, leaving a space.
  • the inner bar 150 thus extends longitudinally from a lateral edge of a second frame 15 over a length less than the internal length of the second frame 15.
  • the inner bar 150 does not extend over the entire internal width of the second frame 15.
  • the inner bar 150 has a width smaller than the internal width of the second frame 15.
  • the width of the inner bar 150 may be greater than or equal to, preferably greater than, the thickness of the second frame 15. It defines thus on each side of the bar 150, the inlet and the outlet of the flow path for the second fluid.
  • the bar 150 may also be called tongue.
  • the bar 150 is substantially of the same thickness as the second frame 15.
  • the bar 150 is for example arranged substantially centrally. More specifically, the bar 150 is arranged substantially in the center of a second frame 15 in the width direction of the second frame 15.
  • the bar 150 divides the second frame 15 into two parts of the same size.
  • the inner bar 150 extends over a length at least equal to half the internal length of a second frame 15.
  • the inner bars 150 of the second frames 15 are opposite partitions 135 of first frames 13.
  • the second frames 15, in particular the second intermediate frames 15, have guides 151 for the passage of the first fluid allowing it to flow in the stack of the first reception frames 13 and the second frames 15, especially spacers.
  • the guides 151 are here made in the form of through-passage orifices 151 arranged in alignment with the recesses 131 forming fluid communication with the first reception frames 13, delimited here by the succession of arches.
  • the through orifices 151 are thus arranged on at least one lateral edge of a second frame 15, here a second intermediate frame 15.
  • the number of throughthrough orifices 151 is adapted as a function of the number of recesses 131 and thus the number of first circulation channels of the heat exchange tubes 5.
  • the second frames 15 respectively have means for fluid communication 152 of the second circulation channels 9 between them on the one hand and with the pipes 21 for the second fluid on the other hand.
  • Fluidic communication means 152 provided on the second frames make it possible to collect the second fluid and distribute it between the heat exchange tubes.
  • the second frames 15 respectively have a predefined number of through-openings 152, here two through-openings 152, of fluid communication.
  • the through openings 152 are here arranged on the longitudinal edges of the second frames 15 and are aligned with each other in the direction of the height of the heat exchange bundle 3, in other words in the stacking direction of the various frames 13 , 15.
  • the through openings 152 open respectively to the inside of a second frame 15.
  • the through openings 152 are arranged on the same side of a second frame 15 in the longitudinal direction, that is to say right or left, complementary to the arrangement of the tubes 21 on a same side of the heat exchange bundle 3, here to the right with reference to the arrangement shown in FIG.
  • the through openings 152 define a fluid inlet 152 to the inner space of the second frame 15 on a longitudinal edge, and a fluid outlet 152 out of the second frame 15 on the opposite longitudinal edge.
  • the second frames 15 have handles 153 which define the through openings 152.
  • the loops 153 of the second frames 15 are made similarly to the loops 134 of the first frames 13 and are aligned with these handles 134 which allow the passage of the second fluid through the heat exchange bundle 3.
  • Figure 1 illustrates a first embodiment of the loops 153 of substantially rounded shape
  • Figure 6 illustrates a second embodiment of the invention. handles 153 whose contour is more rectilinear shape.
  • the loops 134 of the first frames 13 are made according to the first embodiment
  • the loops 153 of the second frames 15 are made similarly according to the first embodiment.
  • the handles 153 of the second frames 15 are made similarly according to the second embodiment.
  • any other form of the handles 153 may be considered.
  • the opening defined by a first loop is arranged in fluid communication with a first pipe 21 and the opening defined by a second loop is arranged in fluid communication with a second pipe 21. Furthermore, as said above, the heat exchanger 1 is preferably assembled by brazing.
  • the second frames 15 are intended to be soldered to the first frames 13.
  • the longitudinal edges of the second frames 15 are intended to be soldered to the longitudinal edges of the first frames 13 and the lateral edges of the second frames 15 are intended to to be assembled by soldering with the arches 133 provided on the lateral edges of the first frames 13.
  • the second frames 15, in particular the second intermediate frames may also be shaped to put into fluid communication two heat exchange tubes 5 received in the same first frame 13 as illustrated in FIGS. 2 to 4.
  • each second frame 15, in particular the spacer advantageously has at least one overturning orifice 155 (see FIGS. 2 and 6) which is in fluid communication with both first and second fluid communication means 131, here first and second recesses 131, first frames 13 on either side of the second spacer frame.
  • each turning orifice 155 is arranged between two adjacent heat exchange tubes 5 received in a first frame 13 and in fluid communication with these two heat exchange tubes 5.
  • the first fluid which opens out of a first heat exchange tube 5 undergoes a reversal in the overturning orifice 155 and then flows to a second heat exchange tube 5.
  • the two rows of heat exchange tubes 5 arranged in the first frames 13 then communicate at one end via the overturning orifices 155 provided on the second frames 15, in particular spacers.
  • Each turning orifice 155 is here formed between passage orifices 151 through at least one side edge of each second frame 15, including interlayers.
  • Each overturning orifice 155 advantageously has a longitudinal shape extending substantially perpendicular to the general direction of flow of the first fluid in the two heat exchange tubes 5.
  • each overturning orifice 155 has a longitudinal shape extending perpendicularly to the longitudinal edges of the second frame 15, especially intermediate.
  • each turning orifice 155 arranged facing a first receiving frame 13, extends longitudinally on either side of the partition wall 135 of this first receiving frame 13, as is better visible on 16.
  • the turning orifice 155 has a substantially oblong shape.
  • the turning orifice 155 is dimensioned so as to have a section for the overturning of the first fluid at least equal to the passage section of a heat exchange tube 5.
  • a two-pass circulation referred to as a "U" circulation
  • a two-pass circulation referred to as a "U" circulation
  • a two-pass circulation called a "U” circulation of the second fluid in a second 15.
  • the heat exchanger 1 is then double "U" circulation.
  • the heat exchanger 1 comprises a stack of first frames 13 receiving one or more heat exchange tubes 5 and second frames 15 advantageously receiving turbulators 11. These are simple elements and can be easily assembled by particular brazing.
  • Such a heat exchanger 1 as described above also has a very good resistance to high pressures, in particular due to the circulation of C0 2 , as well as optimized heat exchange performance.
  • the conformation of the edges of the first frames 13 receiving the heat exchange tubes 5 with stress absorption zones formed by arch feet 133 makes it possible to obtain a heat exchanger 1 having a better mechanical strength compared to the solutions of the prior art.
  • these arch feet 133 advantageously form brazing zones with the second frames 15.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur comprenant un faisceau d'échange thermique avec une pluralité de tubes d'échange thermique (5) définissant des canaux de circulation pour un fluide, Selon l'invention : - le faisceau d'échange thermique comprend une pluralité de premiers cadres (13) de réception des tubes d'échange thermique (5), et - les premiers cadres (13) de réception des tubes d'échange thermique comprennent respectivement au moins une zone d'absorption de contraintes (133), agencée sur au moins un bord (13A, 13B) en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique (5) et apte à résister aux contraintes mécaniques.

Description

Échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile
L'invention se rapporte au domaine des échangeurs thermiques et notamment aux échangeurs thermiques destinés à être parcourus par un fluide sous haute pression.
À cet égard, l'invention se rapporte plus particulièrement aux échangeurs thermiques aptes à être parcourus par un fluide réfrigérant ayant une pression de fonctionnement relativement élevée, comme c'est le cas de gaz naturels tels que le dioxyde de carbone désigné par C02, présentant une pression de fonctionnement supérieure aux gaz réfrigérants utilisés dans les solutions de l'état de l'art.
De tels échangeurs thermiques trouvent une application particulière dans les véhicules automobiles. Ils peuvent notamment constituer un refroidisseur de gaz dans lequel le fluide réfrigérant tel que du C02 est refroidi par un deuxième fluide, tel que du liquide. À l'inverse, le deuxième fluide peut être refroidi par le premier fluide par exemple sous forme gazeuse, l'échangeur thermique est alors couramment désigné par « Water chiller » en anglais.
De tels échangeurs thermiques peuvent notamment être utilisés dans la régulation thermique d'une ou plusieurs batteries d'un véhicule électrique ou hybride. La régulation thermique des batteries est un point important car si les batteries sont soumises à des températures trop froides, leur autonomie peut décroître fortement et si elles sont soumises à des températures trop importantes, il y a un risque d'emballement thermique pouvant aller jusqu'à la destruction de la batterie, voire du véhicule automobile. Afin de réguler la température des batteries, il est connu d'utiliser un fluide caloporteur, en général du liquide de refroidissement comprenant un mélange d'eau glycolée, qui circule au sein d'un échangeur thermique en contact avec la ou les batteries. Le liquide de refroidissement, peut ainsi apporter de la chaleur à la ou aux batteries pour les réchauffer, cette chaleur ayant été absorbée par le liquide de refroidissement par exemple lors de l'échange thermique avec le C02 circulant dans le refroidisseur de gaz. Le liquide de refroidissement peut également, si besoin est, absorber de la chaleur émise par la ou les batteries afin de les refroidir et évacuer cette chaleur au niveau d'un ou plusieurs autres échangeurs thermiques. De tels échangeurs thermiques peuvent aussi être utilisés comme tout autre refroidisseur de gaz dans un circuit de climatisation.
Ces échangeurs thermiques peuvent en particulier être des échangeurs thermiques assemblés par brasage.
On connaît par exemple des échangeurs thermiques comprenant un empilement de plaques permettant la circulation du premier fluide, tel que le fluide réfrigérant ou gaz réfrigérant, et du deuxième fluide tel que le liquide de refroidissement.
Toutefois, l'utilisation d'un fluide réfrigérant tel que du C02 sous une pression très élevée, généralement supérieure à 100 bars, avec une pression d'éclatement qui peut atteindre par exemple jusqu'à 340bars, implique que les échangeurs thermiques tels que des refroidis seurs de gaz, doivent résister à de telles pressions élevées.
Les échangeurs thermiques à plaques connus de l'art antérieur ne permettent pas de résister à de telles hautes pressions.
Afin d'y remédier, on connaît également de l'art antérieur des échangeurs thermiques comprenant un empilement de tubes reliés entre eux par au moins un collecteur du premier fluide notamment le fluide réfrigérant de chaque côté des tubes, et le deuxième fluide, par exemple sous forme liquide, peut circuler autour des tubes dans une enveloppe reliée à une boîte à eau.
Cependant une telle architecture est complexe à réaliser et présente notamment des inconvénients en termes d'étanchéité, en particulier dans le cas d'un échangeur thermique brasé pour lequel il s'avère nécessaire de prévoir de multiples points de brasage pour plusieurs pièces de l'échangeur thermique. De plus, avec cette architecture, les deux fluides circulent généralement à flux croisé. Il n'est pas toujours possible de prévoir une circulation à contre-courant ou encore en plusieurs passes des deux fluides, ce qui limite l'efficacité de l'échangeur thermique. En outre, il s'avère difficile de réduire la hauteur de tube en dessous de 2mm du fait de la conception connue du collecteur recevant les extrémités des tubes, ce qui limite également l'efficacité de l'échangeur thermique. Il a été également constaté qu'un tel échangeur thermique ne présente pas toujours une bonne tenue mécanique. En outre, il s'avère difficile de réduire la hauteur de tube en dessous de 2mm du fait de la conception connue du collecteur recevant les extrémités des tubes, ce qui limite également l'efficacité de l'échangeur thermique. Il a été également constaté qu'un tel échangeur thermique ne présente pas toujours une bonne tenue mécanique.
Par ailleurs, un problème constant des échangeurs thermiques implémentés dans un véhicule automobile réside en l'allocation d'une place réduite, afin de répondre aux exigences des constructeurs.
La présente invention vise à améliorer les solutions de l'état de la technique et à résoudre au moins partiellement les inconvénients exposés ci-dessus en proposant un échangeur thermique simple à réaliser et présentant un encombrement réduit tout en tout en présentant des propriétés intéressantes afin de résister au mieux aux fortes pressions locales.
À cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur comprenant un faisceau d'échange thermique avec une pluralité de tubes d'échange thermique définissant des canaux de circulation pour un fluide. Selon l'invention :
le faisceau d'échange thermique comprend une pluralité de premiers cadres de réception des tubes d'échange thermique, et
les premiers cadres de réception des tubes d'échange thermique comprennent respectivement au moins une zone d'absorption de contraintes, agencée sur au moins un bord en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique et apte à résister aux contraintes mécaniques.
Un tel échangeur thermique présente une meilleure tenue mécanique par rapport aux solutions de l'art antérieur et une très bonne résistance aux hautes pressions, notamment dues à la circulation de C02 comme fluide réfrigérant.
Dans l'invention, les cadres désignent une pièce, ou un assemblage de pièces, qui peuvent être rigides, délimitant un espace fermé ou non. Dans cet espace peuvent être positionnés, dans notre exemple, des tubes d'échange thermique.
On notera que le faisceau d'échange thermique, qui comporte une pluralité de tubes d'échange thermique, est distinct des cadres. L'échangeur thermique peut en outre comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :
les zones d'absorption de contraintes sont réalisées par un nombre prédéterminé de jambes d'absorption de contraintes formées sur au moins un bord d'un premier cadre de réception en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique et s'étendant en direction de l'extrémité du tube d'échange thermique ;
les jambes d'absorption de contraintes s'étendent longitudinalement sensiblement parallèlement à la direction d'écoulement du fluide dans les canaux de circulation ;
les premiers cadres présentent une pluralité d'évidements, et deux jambes d'absorption de contrainte adjacentes s'étendent de part et d'autre d'un évidement ;
les premiers cadres présentent respectivement au moins un bord en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique conformé selon un motif définissant une succession d'arches, les pieds d'arches formant les jambes d'absorption de contraintes ;
l'échangeur thermique comprend au moins une boîte collectrice du fluide, et lorsque des tubes d'échange thermique sont reçus dans les premiers cadres, les voûtes des arches définissent avec les extrémités des tubes d'échange thermique des ouvertures de mise en communication fluidique entre la boite collectrice et les tubes d'échange thermique, de sorte qu'une ouverture de mise en communication fluidique est agencée entre deux pieds d'arche ;
l'échangeur thermique est assemblé par brasage et les jambes d'absorption de contraintes définissent des zones de brasage.
Selon un autre aspect de l'invention, un premier fluide est apte à circuler dans les tubes d'échange thermique, et l'échangeur thermique comprend en outre une pluralité de deuxièmes cadres respectivement agencés de façon alternée avec les premiers cadres de réception des tubes d'échange thermique, et définissant respectivement un deuxième canal de circulation pour un deuxième fluide de manière à permettre un échange thermique entre le premier fluide et le deuxième fluide.
Les tubes d'échange thermiques sont reçus et maintenus dans des premiers cadres dédiés tandis que les turbulateurs peuvent être reçus dans les deuxièmes cadres dédiés et ainsi être superposés aux tubes d'échange thermique.
L'échangeur thermique comprend ainsi un empilement d'éléments simples, à savoir des cadres et des tubes d'échange thermique dans lesquels circule le premier fluide, tel que le gaz réfrigérant, insérés dans les premiers cadres et entre lesquels circule le deuxième fluide tel que du liquide de refroidissement.
Une telle architecture permet une réalisation plus simple de l'échangeur thermique dans son ensemble.
Selon un aspect additionnel, les deuxièmes cadres présentent des orifices de passage traversants agencés dans l'alignement des évidements, de manière à permettre l'écoulement du premier fluide dans l'empilement des premiers cadres et des deuxièmes cadres.
Les cadres superposés permettent de créer le chemin d'écoulement du premier fluide, lorsque les cadres sont assemblés ensemble par exemple par brasage.
De même, les cadres superposés permettent avantageusement de créer le trajet d'écoulement du deuxième fluide notamment sur deux côtés opposés du faisceau d'échange thermique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur thermique selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe de dessous de l'échangeur thermique de la figure 1,
- la figure 3 est une vue partielle en perspective d'un empilement de premiers cadres et de deuxièmes cadres du faisceau d'échange thermique de l'échangeur thermique de la figure 1,
- la figure 4 représente de façon schématique un premier cadre du faisceau d' échange thermique recevant deux tubes d'échange thermique,
- la figure 5 est une vue du premier cadre seul de la figure 4, et
- la figure 6 est une autre vue en perspective d'un empilement de premiers cadres et de deuxièmes cadres du faisceau d'échange thermique de l'échangeur thermique de la figure 1.
Sur ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente, les termes supérieur et inférieur, ou haut et bas, ou encore vertical et horizontal, sont désignés en référence à la disposition des éléments sur les figures. Cette disposition correspond à la disposition inversée des éléments à l'état monté dans un véhicule automobile notamment.
Échangeur thermique
En référence à la figure 1, l'invention concerne un échangeur thermique 1 notamment pour véhicule automobile, pour un échange thermique entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide.
Le premier fluide peut entrer dans l'échangeur thermique 1 sous forme gazeuse et le deuxième fluide sous forme liquide.
II s'agit en particulier d'un échangeur thermique assemblé par brasage. Pour ce faire, l'échangeur thermique 1 présente au moins partiellement, c'est-à-dire sur au moins certains éléments ou certaines pièces, un revêtement destiné à fondre pour assurer la jonction d'éléments de l'échangeur thermique lors de l'assemblage par brasage.
Le revêtement est couramment désigné par « clad » dans le domaine du brasage de pièces métalliques, notamment en aluminium. En particulier, le revêtement est ajouté sur l'âme des pièces, lors de la fabrication, par exemple par laminage à froid. Il peut s'agir à titre d'exemple non limitatif d'un revêtement comprenant de l'aluminium et du silicium.
L'échangeur thermique 1 selon l'invention est en particulier adapté pour la circulation d'au moins un fluide ayant une haute pression de fonctionnement, notamment supérieure à lOObars.
Par exemple le premier fluide est un fluide réfrigérant destiné à circuler à haute pression tel que du C02, aussi désigné par R744 selon la nomenclature industrielle.
L'échangeur thermique 1 peut notamment être un refroidis seur de gaz dans lequel le fluide réfrigérant tel que du C02 est refroidi par un deuxième fluide par exemple sous forme liquide, tel que du liquide de refroidissement comprenant un mélange d'eau glycolée.
Le deuxième fluide tel que le liquide de refroidissement peut aussi être refroidi par le premier fluide tel que du C02, un tel échangeur thermique est alors couramment désigné par « Water chiller » en anglais.
L'échangeur thermique 1 comprend un faisceau d'échange thermique 3 permettant l'échange thermique entre le premier fluide et le deuxième fluide. Dans l'exemple illustré, le faisceau d'échange thermique 3 présente une forme générale sensiblement parallélépipédique.
La circulation des premier et deuxième fluides se fait avantageusement à contre- courant dans le faisceau d'échange thermique 3.
L'introduction et l'évacuation du premier fluide dans le faisceau d'échange thermique 3 ou hors du faisceau d'échange thermique 3 est schématisé à titre d'exemple par les flèches Fli pour l'introduction et Fl0 pour l'évacuation.
De même, l'introduction du deuxième fluide dans le faisceau d'échange thermique 3 et l'évacuation du deuxième fluide hors du faisceau d'échange thermique 3 est schématisé à titre d'exemple par les flèches F2i pour l'introduction et F2o pour l'évacuation.
Enfin, l'échangeur thermique 1, et plus précisément le faisceau d'échange thermique 3, peut être configuré pour une circulation en au moins deux passes de l'un des deux fluides, voire des deux fluides.
Un exemple de circulation des deux fluides à contre-courant et en deux passes est illustré de façon schématique par les flèches Fl et F2 sur la figure 1.
Plus précisément, le faisceau d'échange thermique 3, comprend une pluralité de tubes d'échange thermique 5, visibles sur les figures 2 à 4, empilés de manière à définir alternativement des premiers canaux (non visibles sur les figures) de circulation pour le premier fluide dans les tubes d'échange thermique 5 et des deuxièmes canaux de circulation 9 pour le deuxième fluide entre les tubes d'échange thermique 5.
Les tubes d'échange thermique 5 peuvent être réalisés sous forme de tubes plats, avantageux en termes d'encombrement.
Les tubes plats 5 présentent une forme générale sensiblement rectangulaire, avec une longueur par exemple de l'ordre de 32mm et une épaisseur de l'ordre du millimètre. L'épaisseur est ici considérée dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3, on peut parler également de la hauteur des tubes d'échange thermique 5. Autrement dit, il s'agit de l'épaisseur dans la direction d'empilement des tubes d'échange thermique 5.
Chaque tube d'échange thermique 5 définit un nombre prédéterminé de premiers canaux de circulation (non visibles sur les figures) pour le premier fluide, en particulier de micro-canaux de circulation pour le premier fluide.
Les premiers canaux ou micro-canaux s'étendent par exemple sensiblement longitudinalement, selon une forme sensiblement en « I » ou rectiligne. Les premiers canaux ou micro-canaux de circulation pour le premier fluide permettant l'écoulement du premier fluide s'étendent respectivement selon une direction parallèle à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5.
Le premier fluide peut suivre une circulation en une passe dite circulation en
« I » mais aussi une circulation en deux passes dite circulation « U ».
De même, les deuxièmes canaux 9 de circulation pour le deuxième fluide peuvent être conformés pour permettre une circulation en une passe dite circulation en « I » mais aussi une circulation en deux passes dite circulation en « U ».
Des turbulateurs 11 de l'écoulement du deuxième fluide, par exemple de forme sensiblement en créneaux, sont avantageusement agencés dans les deuxièmes canaux de circulation 9, améliorant ainsi l'échange thermique entre les deux fluides.
Les turbulateurs 11 peuvent être portés par un élément 12 distinct des tubes d'échange thermiques 5 comme illustré sur les figures 2 et 3.
En variante, des turbulateurs 11 peuvent être formés sur les tubes d'échange thermique 5, par exemple par des déformations telles que des ondulations des tubes d'échange thermique 5 qui font saillie dans les deuxièmes canaux de circulation 9 pour le deuxième fluide.
Des intercalaires sont avantageusement disposés entre les tubes d'échange thermique 5, et définissent le pas entre les tubes d'échange thermique 5.
Selon un mode de réalisation, le faisceau d'échange thermique 3 comprend un empilement alterné de premiers cadres 13 et de deuxièmes cadres 15.
Au moins certains deuxièmes cadres 15 forment les intercalaires. L'empilement se fait ici sensiblement verticalement.
Chaque premier cadre 13 est apte à recevoir au moins un tube d'échange thermique 5 et cet ensemble forme un étage du faisceau d'échange thermique 3. On peut désigner les premiers cadres 13 par cadres-tubes.
Chaque deuxième cadre 15 peut recevoir des turbulateurs 11 et cet ensemble forme un autre étage du faisceau d'échange thermique 3. Ces deux ensembles ou étages sont répétés autant de fois que nécessaire suivant l'espace disponible et la performance à atteindre.
Les premiers cadres 13 et les deuxièmes cadres 15 sont décrits plus en détail par la suite.
À titre d'exemple, des plaques de fermetures 17, 18 (voir figure 1), en particulier au moins une plaque de fermeture 17 inférieure et au moins une plaque de fermeture 18 supérieure, peuvent être agencées de part et d'autre de l'empilement des premiers cadres
13 et des deuxièmes cadres 15, de manière à fermer le faisceau d'échange thermique 3.
Les plaques de fermeture 17, 18 sont de forme complémentaire de la forme des premiers cadres 13 et des deuxièmes cadres 15.
En se référant aux figures 1 et 2, l'échangeur thermique 1 comprend de plus au moins une boîte collectrice 19 du premier fluide agencée en communication fluidique avec les premiers canaux de circulation (non visibles sur les figures) définis dans les tubes d'échange thermique 5.
La boîte collectrice 19 est, selon l'exemple illustré, agencée sur une plaque de fermeture supérieure 18 disposée en haut du faisceau d'échange thermique 3.
L'échangeur thermique 1 comprend en outre au moins deux tubulures 21 d'entrée et de sortie de fluide permettant l'introduction et l'évacuation du deuxième fluide. Dans cet exemple, les deux tubulures 21 sont agencées sur la même plaque de fermeture supérieure 18 que la boîte collectrice 19 pour le premier fluide.
Bien entendu, selon une variante non illustrée, on peut prévoir d'agencer les deux tubulures 21 sur la plaque inférieure 17.
Selon encore une autre variante non illustrée, on peut prévoir d'agencer séparément les tubulures 21, avec une tubulure 21 sur la plaque supérieure 18 et l'autre tubulure 21 sur la plaque inférieure 17.
En particulier, la boîte collectrice 19 peut être agencée d'un côté du faisceau d'échange thermique 3 et les tubulures 21 peuvent être agencées de l'autre côté du faisceau d'échange thermique 3, permettant ainsi une circulation à contre-courant des deux fluides.
Selon la disposition illustrée sur les figures 1 et 2, la boîte collectrice 19 est agencée à gauche tandis que les tubulures 21 sont agencées à droite.
Premiers cadres dits cadres-tubes
En référence aux figures 2 à 5, on décrit maintenant plus en détail les premiers cadres 13 de réception des tubes d'échange thermique 5.
Les premiers cadres 13 peuvent être au moins partiellement réalisés en aluminium.
Les premiers cadres 13 présentent :
deux bords opposés 13A, 13B (voir figures 4 et 5) s'étendant de façon perpendiculaire à la direction des premiers canaux (non représentés) de circulation du premier fluide dans les tubes d'échange thermique 5, autrement dit ici perpendiculairement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5, et
deux autres bords opposés 13C, 13D s'étendant parallèlement à la direction des premiers canaux (non représentés) de circulation du premier fluide dans les tubes d'échange thermique 5, autrement dit ici parallèlement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5.
On peut aussi définir les premiers cadres 13 par rapport à la direction générale d'écoulement du premier fluide, à savoir que les premiers cadres 13 présentent :
deux bords opposés 13A, 13B s'étendant perpendiculairement à la direction générale d'écoulement du premier fluide, et
deux autres bords opposés 13C, 13D s'étendant parallèlement à la direction générale d'écoulement du premier fluide.
La direction générale d'écoulement du premier fluide s'entend de la direction de la circulation en « I » dans le cas d'une circulation en une passe du premier fluide, ou de la direction des branches du « U » dans le cas d'une circulation en deux passes du premier fluide.
Dans l'exemple illustré, les premiers cadres 13 sont de forme générale sensiblement rectangulaire et présentent deux bords longitudinaux 13C, 13D, formant des grands côtés, s'étendant de façon sensiblement parallèle à la direction générale d'écoulement du premier fluide et deux bords latéraux 13 A, 13B, formant des petits côtés, s'étendant dans le sens de la largeur, de façon sensiblement perpendiculaire à la direction d'écoulement du premier fluide.
Toutefois, selon d'autres modes de réalisation, on pourrait prévoir des cadres présentant une forme générale qui ne soit pas rectangulaire, par exemple elliptique, ou en forme de losange.
L'axe longitudinal des premiers cadres 13 et des tubes d'échange thermique 5 est ici confondu.
Ces premiers cadres 13 présentent une même épaisseur que les tubes d'échange thermique 5 qu'ils reçoivent, notamment de l'ordre de quelques millimètres, par exemple de l'ordre de 1mm. Comme précédemment, l'épaisseur est considérée dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3, on peut parler également de la hauteur des premiers cadres 13.
Autrement dit, il s'agit de l'épaisseur dans la direction d'empilement des cadres 13, 15.
Ainsi, les tubes d'échange thermique 5 peuvent être maintenus dans les premiers cadres 13 respectifs avant superposition des différents cadres 13, 15.
Chaque premier cadre 13 peut recevoir un tube d'échange thermique 5 ou en variante au moins deux tubes d'échange thermique 5, tel qu'illustré sur les figures 2 à 5, de sorte que le faisceau d'échange thermique 3 présente alors au moins deux rangées de tubes d'échange thermique 5.
À cet effet, chaque premier cadre 13 présente deux logements 130 pour recevoir dans chaque logement 130 un tube d'échange thermique 5 associé.
De plus, afin de permettre une circulation en au moins deux passes du premier fluide, deux tubes d'échange thermique 5 adjacents agencés dans un premier cadre 13 peuvent communiquer entre eux à une extrémité.
La mise en communication fluidique à une extrémité de deux tubes d'échange thermique 5 adjacents reçus dans un même premier cadre 13 est avantageusement assurée par un deuxième cadre 15 tel que cela sera décrit plus en détail par la suite.
Par ailleurs, afin de permettre l'écoulement du premier fluide dans le faisceau d'échange thermique 3, les premiers cadres 13 comprennent des moyens de mise en communication fluidique 131 des premiers canaux de circulation du premier fluide avec la boite collectrice 19.
Les moyens de mise en communication fluidique 131 de chaque premier cadre 13 sont avantageusement agencés en communication fluidique avec les moyens de mise en communication fluidique 131 des autres premiers cadres 13 du faisceau d'échange thermique 3 et avec la boîte collectrice 19.
Les moyens de mise en communication fluidique 131 prévus sur les premiers cadres 13 permettent, de façon simple, de collecter le premier fluide et de le distribuer par exemple dans les tubes d'échange thermique 5 maintenus dans ces premiers cadres 13. Il n'est plus nécessaire de prévoir les collecteurs de chaque côté des tubes comme dans les solutions connues.
Selon l'exemple illustré sur les figures 2 à 5, les premiers cadres 13 présentent respectivement un nombre prédéfini d'évidements 131 formant les moyens de mise en communication fluidique, dans lesquels les extrémités, notamment les extrémités longitudinales, des tubes d'échange thermique 5 débouchent.
Bien entendu, le nombre d'évidements 131 est adapté en fonction du nombre de premiers canaux de circulation dans les tubes d'échange thermique 5.
Ces évidements 131 sont ici prévus sur deux bords opposés 13A, 13B (voir figures 4 et 5) des premiers cadres 13 qui sont en regard des extrémités des tubes d'échange thermique 5.
Il s'agit ici des bords latéraux 13 A, 13B des premiers cadres 13.
Les premiers cadres 13 sont agencés de sorte que leurs évidements 131 soient en communication fluidique avec les évidements 131 des autres premiers cadres 13. Ici, les évidements 131 des premiers cadres 13 sont alignés dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3.
En outre, en référence aux figures 1 et 2, sur un côté des premiers cadres 13, les évidements 131 sont alignés avec la boîte collectrice 19.
Selon un mode de réalisation, au moins un bord latéral 13 A, 13B d'un premier cadre de réception 13, agencé en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique 5, est conformé selon un motif définissant une succession d'arches.
Les arches sont avantageusement disposées sur toute la largeur du bord latéral qui est en regard d'une ou plusieurs extrémités de tube(s) d'échange thermique 5. Autrement dit, les arches sont prévues sur toute la largeur de l'ensemble des tubes d'échange thermique 5 que le premier cadre 13 peut recevoir, ici deux tubes d'échange thermique 5.
On entend par arche l'ensemble formé par une voûte d'arche 132 reliant deux pieds d'arche 133. Dans cette succession d'arches, deux voûtes d'arche 132 adjacentes sont reliées par un pied d'arche 133 commun.
Selon l'exemple illustré, un évidement 131 est délimité par une arche, autrement dit chaque évidement 131 est réalisé entre deux pieds d'arche 133 adjacents et est délimité par ces deux pieds d'arche 133 et la voûte d'arche 132 les reliant.
Lorsqu'un tube d'échange thermique 5 est agencé dans le logement 130 d'un premier cadre 13, l'espace restant entre une extrémité du tube d'échange thermique 5 et une voûte d'arche 132 permet de définir une ouverture traversante de mise en communication fluidique.
Enfin de façon complémentaire aux deux rangées de tubes d'échange thermique 5, à savoir une première rangée de premiers tubes d'échange thermique 5 et une deuxième rangée de deuxièmes tubes d'échange thermique 5, les moyens de mise en communication fluidique 131 peuvent définir deux rangées respectivement associées à une rangée de tubes d'échange thermique 5.
Ainsi, des premiers moyens de mise en communication 131 assurent la mise en communication fluidique des premiers tubes d'échange thermique 5 ou autrement dit de la première rangée de premiers tubes d'échange thermique avec la boîte collectrice 19. Et, des deuxièmes moyens de mise en communication 131 assurent la mise en communication fluidique des deuxièmes tubes d'échange thermique 5 ou autrement dit de la deuxième rangée de deuxième tubes d'échange thermique avec la boîte collectrice 19.
En outre, chaque premier cadre 13 comprend avantageusement au moins une zone d'absorption de contraintes sur au moins un bord latéral 13 A, 13B en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique 5.
Une telle zone d'absorption de contraintes est apte à résister aux contraintes mécaniques, notamment dues à la pression.
Les zones d'absorption de contraintes peuvent être réalisées par un nombre prédéterminé de jambes d'absorption de contraintes formées sur au moins un bord latéral 13 A, 13B d'un premier cadre 13 en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique 5.
Ces jambes d'absorption de contraintes s'étendent en direction de l'extrémité du tube d'échange thermique 5. Dans l'exemple illustré sur les figures 2 à 5, les pieds d'arches 133 assurent cette fonction de jambes d'absorption de contraintes. Les arches sont donc dimensionnées en prenant en compte la tenue mécanique du premier cadre 13 et l'écoulement du premier fluide à travers les évidements 131 définis par les arches.
De plus, dans le cas d'un échangeur thermique 1 assemblé par brasage, les pieds d'arches 133 permettent encore de définir des zones de brasage avec les deuxièmes cadres 15.
Par ailleurs, afin de permettre l'écoulement du deuxième fluide dans le faisceau d'échange thermique 3, les premiers cadres 13 présentent également des guides 134 pour le passage du deuxième fluide.
Selon l'exemple illustré, les premiers cadres 13 sont respectivement conformés avec au moins une anse 134 qui, lorsqu'un tube d'échange thermique 5 est agencé dans le premier cadre 13, permet de définir une ouverture traversante de passage permettant l'écoulement du deuxième fluide.
Les anses 134 permettent de définir les guides pour le passage du deuxième fluide. Les anses 134 de chaque premier cadre 13 sont agencées dans l'alignement des anses 134 des autres premiers cadres 13 du faisceau d'échange thermique 3 de manière à permettre l'écoulement du deuxième fluide à travers le faisceau 3.
À titre illustratif, sur les figures on a représenté différents modes de réalisation des anses 134, en particulier la figure 1 illustre un premier exemple de réalisation des anses 134 de forme sensiblement arrondie, tandis que les figures 2 à 5 illustrent un deuxième exemple de réalisation des anses 134 dont le contour est de forme plus rectiligne. Bien entendu, toute autre forme des anses 134 peut être envisagée.
En outre, chaque premier cadre de réception 13 peut présenter au moins une cloison de séparation 135 qui compartimente le premier cadre de réception 13. Cette cloison de séparation 135 est ici agencée dans le prolongement d'un pied d'arche 133.
Dans l'exemple illustré sur les figures 2 à 5, chaque premier cadre de réception 13 présente une cloison de séparation 135, par exemple sensiblement centrale, qui compartimente le premier cadre de réception 13 en deux logements 130 (voir figure 5) pour recevoir chacun un tube d'échange thermique 5.
La cloison de séparation 135 se retrouve donc agencée entre deux tubes d' échange thermique 5 lorsqu'ils sont mis en place dans le premier cadre 13. La cloison de séparation 135 s'étend dans cet exemple sur toute la longueur des tubes d'échange thermique 5 reçus dans le premier cadre 13.
La cloison de séparation 135 d'un premier cadre 13 peut être réalisée d'une seule pièce avec ce premier cadre 13. Un tel premier cadre 13 peut être réalisé par découpe en emboutissage de façon simple.
Deuxièmes cadres
En référence à la figure 6, on décrit maintenant les deuxièmes cadres 15.
Les deuxièmes cadres 15 peuvent être au moins partiellement réalisés en aluminium.
Lorsque les deuxièmes cadres 15 reçoivent des turbulateurs 11, les deuxièmes cadres 15 sont dits cadres-turbulateurs ou cadres porte-turbulateurs.
De façon similaire aux premiers cadres 13, les deuxièmes cadres 15 présentent : - deux bords opposés s'étendant parallèlement à la direction des premiers canaux (non visibles sur les figures) de circulation du premier fluide dans les tubes d'échange thermique 5, autrement dit ici parallèlement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5, et
deux autres bords opposés s'étendant de façon perpendiculaire à la direction des premiers canaux (non visibles sur les figures) de circulation du premier fluide dans les tubes d'échange thermique 5, autrement dit ici perpendiculairement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5.
On peut aussi définir les deuxièmes cadres 15 par rapport à la direction générale d'écoulement du premier fluide, à savoir que les deuxièmes cadres 15 présentent :
- deux bords opposés s'étendant parallèlement à la direction générale d'écoulement du premier fluide, et
deux autres bords opposés s'étendant perpendiculairement à la direction générale d'écoulement du premier fluide.
En outre, selon le mode de réalisation décrit, on peut encore définir les deuxièmes cadres 15 par rapport à la direction générale d'écoulement du deuxième fluide circulant à contre-courant du premier fluide, à savoir que les deuxièmes cadres 15 présentent :
deux bords opposés s'étendant parallèlement à la direction générale d'écoulement du deuxième fluide, et
- deux autres bords opposés s'étendant perpendiculairement à la direction générale d'écoulement du deuxième fluide.
La direction générale d'écoulement du deuxième fluide s'entend de la direction de la circulation en « I » dans le cas d'une circulation en une passe du deuxième fluide, ou de la direction des branches du « U » dans le cas d'une circulation en deux passes du deuxième fluide .
Dans l'exemple illustré, les deuxièmes cadres 15 sont de forme générale similaire aux premiers cadres 13, ici sensiblement rectangulaire.
Les deuxièmes cadres 15 présentent deux bords longitudinaux, formant des grands côtés, s'étendant de façon sensiblement parallèle aux bords longitudinaux des premiers cadres 13 et à la direction générale d'écoulement du deuxième fluide, et deux bords latéraux, formant des petits côtés, s'étendant dans le sens de la largeur, de façon sensiblement perpendiculaire à la direction d'écoulement du deuxième fluide de façon parallèle aux bords latéraux des premiers cadres 13.
Selon le mode de réalisation décrit, les deuxièmes cadres 15 s'étendent sur une même longueur et sur une même largeur que les premiers cadres 13.
En particulier, les contours extérieurs des premiers cadres 13 et deuxièmes cadres 15 sont pratiquement identiques de sorte que l'empilement en alternance des premiers cadres 13 et deuxièmes cadres 15 forme un bloc.
Plus particulièrement, chaque deuxième cadre 15 définit une largeur interne et une longueur interne.
On entend par « largeur interne », la largeur définie entre les parois internes des bords longitudinaux opposés. De même, on entend par « longueur interne », la longueur définie entre les parois internes des bords latéraux opposés.
En outre, les bords latéraux des deuxièmes cadres 15 peuvent être légèrement plus grands que les bords latéraux des premiers cadres 13, de sorte que, les extrémités des tubes d'échange thermique 5 reçus dans les premiers cadres 13 empilés avec les deuxièmes cadres 15, reposent sur la bordure périphérique des bords latéraux des deuxièmes cadres 15.
Les deuxièmes cadres 15 définissent donc une longueur interne inférieure à la longueur interne définie par l'espace intérieur des premiers cadres 13.
Les deuxièmes cadres 15 présentent une épaisseur qui est de l'ordre de quelques millimètres, par exemple de l'ordre de 0.5mm à 4mm, de préférence de l'ordre de 2mm. L'épaisseur est ici considérée dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3, on peut parler également de la hauteur des deuxièmes cadres 15. Autrement dit, il s'agit de l'épaisseur dans la direction d'empilement des cadres 13, 15.
De façon similaire aux premiers cadres 13, les deuxièmes cadres 15 peuvent être réalisés par découpe en emboutissage.
Une pluralité de deuxièmes cadres 15 dits intercalaires, sont agencés entre deux premiers cadres 13 de réception des tubes d'échange thermique 5, définissant ainsi le pas entre deux étages de tubes d'échange thermique 5.
Selon un mode de réalisation non limitatif, le faisceau d'échange thermique 3 peut comprendre de plus un deuxième cadre d'extrémité agencé de façon optionnelle entre un premier cadre 13 et une plaque de fermeture, notamment la plaque de fermeture inférieure 17. Un tel deuxième cadre d'extrémité peut être mis en place pour des raisons de tenue mécanique.
Bien entendu, on prévoit avantageusement un empilement de premiers cadres 13 et de deuxièmes cadres 15 sans un tel cadre d'extrémité.
Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 6, les deuxièmes cadres 15 permettent une circulation en deux passes du deuxième fluide.
À cet effet, les deuxièmes cadres 15 comprennent chacun une barrette 150 agencée à l'intérieur du deuxième cadre 15 respectif de manière à séparer deux passes de circulation pour le deuxième fluide. Il s'agit donc d'une barrette interne 150.
Dans l'exemple illustré, la barrette 150 permet de conformer le deuxième canal de circulation 9 sensiblement en « U ».
Bien entendu, on pourrait prévoir une circulation du deuxième fluide en plus de deux passes dans un deuxième cadre 15 et à cet effet plus d'une barrette 150 à l'intérieur du deuxième cadre 15 qui seraient, à titre d'exemple non limitatif, agencées de manière décalée et opposée l'une par rapport à l'autre.
La barrette 150 s'étend longitudinalement à l'intérieur d'un deuxième cadre 15. La barrette 150 s'étend donc dans cet exemple de façon sensiblement parallèle aux bords longitudinaux du deuxième cadre 15.
Pour ce faire, la barrette 150 ne s'étend pas sur toute la longueur interne du deuxième cadre 15.
Autrement dit, la barrette 150 s'étend depuis un bord latéral d'un deuxième cadre 15 en direction du bord latéral opposé mais sans atteindre ce bord latéral opposé. La barrette 150 est donc solidaire d'un bord latéral d'un deuxième cadre 15 et fait saillie avec son extrémité libre vers l'espace interne du deuxième cadre 15 en direction du bord latéral opposé, en laissant un espace.
La barrette interne 150 s'étend donc longitudinalement depuis un bord latéral d'un deuxième cadre 15 sur une longueur inférieure à la longueur interne du deuxième cadre 15.
La barrette interne 150 ne s'étend pas non plus sur toute la largeur interne du deuxième cadre 15.
Plus précisément, la barrette interne 150 présente une largeur plus petite que la largeur interne du deuxième cadre 15. La largeur de la barrette interne 150 peut être supérieure ou égale, de préférence strictement supérieure, à l'épaisseur du deuxième cadre 15. On définit ainsi de chaque côté de la barrette 150, l'entrée et la sortie du trajet d'écoulement pour le deuxième fluide.
La barrette 150 peut aussi être qualifiée de languette. En outre, la barrette 150 est sensiblement de même épaisseur que le deuxième cadre 15.
La barrette 150 est par exemple agencée de façon sensiblement centrale. Plus précisément, la barrette 150 est agencée sensiblement au centre d'un deuxième cadre 15 dans le sens de la largeur du deuxième cadre 15.
De la sorte, la barrette 150 divise le deuxième cadre 15 en deux parties de même taille. Avantageusement, la barrette interne 150 s'étend sur une longueur au moins égale à la moitié de la longueur interne d'un deuxième cadre 15.
Selon la variante de réalisation illustrée en référence aux figures 2 à 6, les barrettes internes 150 des deuxièmes cadres 15 se trouvent en regard des cloisons 135 de premiers cadres 13.
De façon complémentaire aux premiers cadres 13, les deuxièmes cadres 15, en particulier les deuxièmes cadres intercalaires 15, présentent des guides 151 pour le passage du premier fluide permettant son écoulement dans l'empilement des premiers cadres de réception 13 et des deuxièmes cadres 15, en particulier intercalaires.
Les guides 151 sont ici réalisés sous forme d'orifices de passage traversants 151 agencés dans l'alignement des évidements 131 de mise en communication fluidique des premiers cadres de réception 13, délimités ici par la succession d'arches.
Les orifices de passage traversants 151 sont donc agencés sur au moins un bord latéral d'un deuxième cadre 15, ici d'un deuxième cadre intercalaire 15.
Bien entendu, le nombre d'orifices de passage traversants 151 est adapté en fonction du nombre d' évidements 131 et donc du nombre de premiers canaux de circulation des tubes d'échange thermique 5.
En outre, les deuxièmes cadres 15 présentent respectivement des moyens de mise en communication fluidique 152 des deuxièmes canaux de circulation 9 entre eux d'une part et avec les tubulures 21 pour le deuxième fluide d'autre part.
Les moyens de mise en communication fluidique 152 prévus sur les deuxièmes cadres permettent de collecter le deuxième fluide et de le distribuer entre les tubes d'échange thermique.
Selon l'exemple illustré sur la figure 6, les deuxièmes cadres 15 présentent respectivement un nombre prédéfini d'ouvertures traversantes 152, ici deux ouvertures traversantes 152, de mise en communication fluidique.
Les ouvertures traversantes 152 sont ici agencées sur les bords longitudinaux des deuxièmes cadres 15 et sont alignées les unes par rapport aux autres dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3, autrement dit dans la direction d'empilement des différents cadres 13, 15. Les ouvertures traversantes 152 débouchent respectivement sur l'intérieur d'un deuxième cadre 15.
De plus, les ouvertures traversantes 152 sont agencées sur un même côté d'un deuxième cadre 15 dans le sens longitudinal, c'est-à-dire ici à droite ou à gauche, de façon complémentaire à l'agencement des tubulures 21 sur un même côté du faisceau d'échange thermique 3, ici à droite en référence à la disposition montrée sur la figure 1.
Les ouvertures traversantes 152 permettent de définir une entrée de fluide 152 vers l'espace intérieur du deuxième cadre 15 sur un bord longitudinal, et une sortie de fluide 152 hors du deuxième cadre 15 sur le bord longitudinal opposé.
Plus précisément, selon l'exemple illustré, les deuxièmes cadres 15 présentent des anses 153 qui permettent de délimiter les ouvertures traversantes 152.
Les anses 153 des deuxièmes cadres 15 sont réalisées de façon similaire aux anses 134 des premiers cadres 13 et sont alignées avec ces anses 134 qui permettent le passage du deuxième fluide à travers le faisceau d'échange thermique 3.
À titre illustratif, sur les figures on a représenté différents modes de réalisation des anses 153, en particulier, la figure 1 illustre un premier exemple de réalisation des anses 153 de forme sensiblement arrondie, tandis que la figure 6 illustre un deuxième exemple de réalisation des anses 153 dont le contour est de forme plus rectiligne.
Bien entendu, lorsque les anses 134 des premiers cadres 13 sont réalisées selon le premier exemple de réalisation, les anses 153 des deuxièmes cadres 15 sont réalisées de façon similaire selon le premier exemple de réalisation.
Et, lorsque les anses 134 des premiers cadres 13 sont réalisées selon le deuxième exemple de réalisation, les anses 153 des deuxièmes cadres 15 sont réalisées de façon similaire selon le deuxième exemple de réalisation. Bien entendu toute autre forme des anses 153 peut être envisagée.
Parmi les deux anses 153 des deuxièmes cadres 15, l'ouverture délimitée par une première anse est agencée en communication fluidique avec une première tubulure 21 et l'ouverture délimitée par une deuxième anse est agencée en communication fluidique avec une deuxième tubulure 21. Par ailleurs, comme dit précédemment, l'échangeur thermique 1 est de préférence assemblé par brasage.
Les deuxièmes cadres 15 sont destinés à être assemblés par brasage aux premiers cadres 13. En particulier, les bords longitudinaux des deuxièmes cadres 15 sont destinés à être assemblés par brasage aux bords longitudinaux des premiers cadres 13 et les bords latéraux des deuxièmes cadres 15 sont destinés à être assemblés par brasage avec les pieds d'arche 133 prévus sur les bords latéraux des premiers cadres 13.
Par ailleurs, les deuxièmes cadres 15, notamment les deuxièmes cadres 15 intercalaires, peuvent aussi être conformés pour mettre en communication fluidique deux tubes d'échange thermique 5 reçus dans un même premier cadre 13 tel qu'illustré sur les figures 2 à 4.
Ce sont donc les deuxièmes cadres 15 qui permettent la circulation en au moins deux passes du premier fluide dans chaque premier cadre 13, tout en garantissant une bonne tenue mécanique des premiers cadres 13 du fait du C02 sous haute pression circulant dans les tubes d'échange thermique 5.
Plus précisément, chaque deuxième cadre 15, notamment intercalaire, présente avantageusement au moins un orifice de retournement 155 (voir figures 2 et 6) qui est en communication fluidique avec à la fois un premier et un deuxième moyens de mise en communication fluidique 131, ici un premier et un deuxième évidements 131, des premiers cadres 13 de part et d'autre du deuxième cadre 15 intercalaire.
Ainsi, chaque orifice de retournement 155 est agencé entre deux tubes d'échange thermique 5 adjacents reçus dans un premier cadre 13 et en communication fluidique avec ces deux tubes d'échange thermique 5.
De la sorte, le premier fluide qui débouche d'un premier tube d'échange thermique 5 subit un retournement dans l'orifice de retournement 155 puis circule vers un deuxième tube d'échange thermique 5.
Les deux rangées de tubes d'échange thermique 5 agencées dans les premiers cadres 13 communiquent alors à une extrémité via les orifices de retournement 155 prévus sur les deuxièmes cadres 15, notamment intercalaires.
Chaque orifice de retournement 155 est ici ménagé entre des orifices de passage traversants 151 sur au moins un bord latéral de chaque deuxième cadre 15, notamment intercalaire.
Chaque orifice de retournement 155 présente avantageusement une forme longitudinale s 'étendant de manière sensiblement perpendiculaire à la direction générale d'écoulement du premier fluide dans les deux tubes d'échange thermique 5.
Dans cet exemple, chaque orifice de retournement 155 présente une forme longitudinale s 'étendant perpendiculairement aux bords longitudinaux du deuxième cadre 15, notamment intercalaire.
En particulier, chaque orifice de retournement 155 agencé en regard d'un premier cadre de réception 13, s'étend longitudinalement de part et d'autre de la cloison de séparation 135 de ce premier cadre de réception 13, comme cela est mieux visible sur la figure 16. À titre d'exemple, l'orifice de retournement 155 présente une forme sensiblement oblongue.
Par ailleurs, l'orifice de retournement 155 est dimensionné de manière à présenter une section pour le retournement du premier fluide au moins égale à la section de passage d'un tube d'échange thermique 5.
Par ailleurs, préférentiellement, on prévoit de façon complémentaire une circulation en deux passes, dite en « U », du premier fluide dans un premier cadre de réception 13 et une circulation en deux passes, dite en « U » du deuxième fluide dans un deuxième cadre 15. L'échangeur thermique 1 est alors à double circulation en « U ».
Ainsi, l'échangeur thermique 1 comprend un empilement de premiers cadres 13 recevant un ou plusieurs tubes d'échange thermique 5 et de deuxièmes cadres 15 recevant avantageusement des turbulateurs 11. Il s'agit d'élément simples et pouvant être assemblés facilement, par brasage notamment.
Un tel échangeur thermique 1 tel que décrit précédemment présente en outre une très bonne résistance aux hautes pressions, notamment dues à la circulation de C02, ainsi que des performances d'échange thermique optimisées.
En particulier, la conformation des bords des premiers cadres 13 recevant les tubes d'échange thermique 5 avec des zones d'absorption de contraintes formées par des pieds d'arche 133 permet d'obtenir un échangeur thermique 1 présentant une meilleure tenue mécanique par rapport aux solutions de l'art antérieur. En outre, ces pieds d'arche 133 forment de façon avantageuse des zones de brasage avec les deuxièmes cadres 15.

Claims

REVENDICATIONS
1. Échangeur thermique (1), notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur (1) comprenant un faisceau d'échange thermique (3) avec une pluralité de tubes d'échange thermique (5) définissant des canaux de circulation pour un fluide, caractérisé en ce que :
- le faisceau d'échange thermique (3) comprend une pluralité de premiers cadres (13) de réception des tubes d'échange thermique (5), et en ce que
- les premiers cadres (13) de réception des tubes d'échange thermique comprennent respectivement au moins une zone d'absorption de contraintes
(133), agencée sur au moins un bord (13A, 13B) en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique (5) et apte à résister aux contraintes mécaniques.
2. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel les zones d'absorption de contraintes sont réalisées par un nombre prédéterminé de jambes d'absorption de contraintes (133) formées sur au moins un bord (13 A, 13B) d'un premier cadre (13) de réception en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique (5) et s'étendant en direction de l'extrémité du tube d'échange thermique (5).
3. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel les jambes d'absorption de contraintes (133) s'étendent longitudinalement sensiblement parallèlement à la direction d'écoulement du fluide dans les canaux de circulation.
4. Échangeur thermique (1) selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel les premiers cadres (13) présentent une pluralité d'évidements (131), et dans lequel deux jambes d'absorption de contrainte (133) adjacentes s'étendent de part et d'autre d'un évidement (131).
5. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel les premiers cadres (13) présentent respectivement au moins un bord (13A, 13B) en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique (5) conformé selon un motif définissant une succession d'arches, les pieds d'arches (133) formant les jambes d'absorption de contraintes.
Échangeur thermique (1) selon les revendications 4 et 5, comprenant au moins une boîte collectrice (19) du fluide, et dans lequel lorsque des tubes d'échange thermique (5) sont reçus dans les premiers cadres (13), les voûtes (132) des arches définissent avec les extrémités des tubes d'échange thermique (5), des ouvertures de mise en communication fluidique entre la boite collectrice (19) et les tubes d'échange thermique (5), de sorte qu'une ouverture de mise en communication fluidique est agencée entre deux pieds d'arche (133).
Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, assemblé par brasage et dans lequel les jambes d'absorption (133) de contraintes définissent des zones de brasage.
Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel un premier fluide est apte à circuler dans les tubes d'échange thermique (5), et comprenant en outre une pluralité de deuxièmes cadres (15) respectivement agencés de façon alternée avec les premiers cadres (13) de réception des tubes d'échange thermique (5), et définissant respectivement un deuxième canal de circulation (9) pour un deuxième fluide de manière à permettre un échange thermique entre le premier fluide et le deuxième fluide.
Échangeur thermique selon la revendication 6 prise en combinaison avec la revendication 8, dans lequel les deuxièmes cadres (15) présentent des orifices de passage traversants (151) agencés dans l'alignement des évidements (131), de manière à permettre l'écoulement du premier fluide dans l'empilement des premiers cadres (13) et des deuxièmes cadres (15).
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Citations (4)

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