WO2023030972A1 - Échangeur de chaleur pour boucle de fluide réfrigérant - Google Patents

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WO2023030972A1
WO2023030972A1 PCT/EP2022/073513 EP2022073513W WO2023030972A1 WO 2023030972 A1 WO2023030972 A1 WO 2023030972A1 EP 2022073513 W EP2022073513 W EP 2022073513W WO 2023030972 A1 WO2023030972 A1 WO 2023030972A1
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WO
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heat exchanger
exchange surface
manifold
heat exchange
tubes
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PCT/EP2022/073513
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Jeremy Blandin
Gael Durbecq
Kamel Azzouz
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Definitions

  • the present invention relates to the field of refrigerant fluid loops for motor vehicles, and more particularly for hybrid or electric vehicles.
  • Such refrigerant fluid loops are intended for the circulation of a refrigerant fluid, in particular in the context of a vehicle heating, ventilation and/or air conditioning installation.
  • These refrigerant fluid loops make it possible, thanks to a heat exchanger, to modify the temperature inside the passenger compartment of the vehicle. It is thus possible to cool the passenger compartment or to provide heating.
  • This modification of the temperature within the passenger compartment results in particular from the circulation of a refrigerant fluid in the refrigerant fluid loop, between a heat exchange device arranged in the passenger compartment and a heat exchanger located in contact with the ambient air in front of the vehicle.
  • the refrigerant fluid circulating in the refrigerant fluid loop absorbs or releases calories at the heat exchanger or the heat exchange device depending on the cooling or heating needs of the passenger compartment.
  • the heat exchanger located on the front of the vehicle allows the exchange of calories between the refrigerant fluid and an air flow passing through this heat exchanger.
  • One of the problems with such a heat exchanger is that its direct exposure to outside air, without the air flow being heated by the structure of the vehicle before it passes through the heat exchanger , is likely to form frost on the latter when the outside temperature is low. Indeed, the encounter between the flow of cold and humid outside air and the low-temperature refrigerant fluid at the heat exchanger inlet causes the water vapor contained in the air flow to freeze on the heat exchanger. Such icing of the heat exchanger thus generates additional thermal resistance between the air flow and the refrigerant, and tends to clog the passage of the air flow through the heat exchanger. It is thus understood that frost tends to reduce the thermal capacities of the heat exchanger.
  • heat exchangers in the prior art whose heat exchange surfaces have two rows of tubes capable of channeling the refrigerant fluid, which are placed in series on the passage of the air flow in the heat exchanger. . THE refrigerant fluid can thus circulate in two opposite directions of circulation, thus helping to reduce the formation of frost.
  • Such heat exchangers have significant space constraints due to the presence of these two rows of tubes.
  • Another proposed solution is to use a heat exchanger whose coolant inlet and outlet are made at the same end of the heat exchange surface in order to respect the constraints related to the size. It is then necessary to set up jumper lines, which are pipes making it possible to fluidically connect one end of the heat exchange surface to an opposite end without the refrigerant fluid circulating in the rows of tubes, in order to be able to ensure circulation of the refrigerant in opposite directions.
  • jumper lines can also cause significant space, reducing the interest presented by such a solution, or even disturbing the air flow if they are placed in front of the rows of tubes in the passage of this air flow.
  • the present invention aims to overcome this drawback by proposing a refrigerant fluid loop, and more particularly a heat exchanger, limiting the formation of frost on the latter while having a reduced size.
  • the invention therefore makes it possible to increase the thermal capacities of the heat exchanger, and a fortiori of the refrigerant fluid loop.
  • An object of the present invention thus relates to a heat exchanger for a refrigerant fluid loop, comprising a heat exchange surface, a refrigerant fluid inlet manifold and a refrigerant fluid outlet manifold arranged at a first longitudinal end of the heat exchange surface, a first refrigerant manifold and a second refrigerant manifold disposed at a second longitudinal end of the heat exchange surface opposite the first longitudinal end, this heat exchange surface heat comprising tubes configured to channel the coolant, these tubes extending in a longitudinal direction between the inlet and outlet manifolds on the one hand and the first and second manifolds on the other hand, these tubes being distributed in a first set of tubes and a second set of tubes, the heat exchanger being characterized in that it comprises a duct separate from the heat exchange surface, arranged between the inlet manifold and the first header box, and a channel separate from the heat exchange surface, disposed between the outlet header and the second header box, and in that it comprises at least one first refriger
  • the refrigerant fluid loop can be arranged within a vehicle, for example hybrid or electric, in order to cool or heat the passenger compartment of this vehicle.
  • the heat exchanger can be an evapo-condenser in which the refrigerant fluid circulates. This heat exchanger comprises the heat exchange surface within which heat exchanges take place between the air flow passing through said exchange surface, and the refrigerant fluid circulating within the tubes of this heat exchanger surface. exchange, the refrigerant fluid capturing or yielding calories to the air flow depending on the configuration of the refrigerant fluid loop, intended to cool or heat the passenger compartment of the vehicle.
  • placed between is meant that the duct is connected directly to the inlet manifold and to the first collector box, that is to say without any other component being interposed between the two.
  • the refrigerant can thus circulate from one to the other when it uses the duct.
  • the channel is directly connected to the outlet manifold and to the second collector box, the refrigerant fluid being able to circulate from one to the other via this channel.
  • the tubes are stacked in a stacking direction perpendicular to the longitudinal direction according to an alternation between tubes of the first set and tubes of the second set.
  • the tubes are stacked alternately between a tube from the first set and a tube from the second set.
  • the tubes are stacked so that the heat exchange surface comprises an alternation between a tube from the first set and a tube from the second set.
  • This alternation thus forms a layout pattern, which is repeated from one end of the heat exchange surface to the other in the direction stacking.
  • the stack of tubes therefore corresponds to a tube from the first set, a tube from the second set, a tube from the first set, a tube from the second set and so on.
  • the heat exchanger comprises at least one cheek located in a plane in which the heat exchange surface extends and at a first transverse end of the latter, the duct or the channel being secured to said cheek.
  • the flange is a cap which delimits the exchange surface at a first transverse end.
  • This first transverse end corresponds, when the exchanger is installed within the vehicle, to the end which is located vertically above the heat exchange surface, that is to say the farthest end. of the ground.
  • the plane in which the heat exchange surface extends corresponds to the plane in which the stacking direction of the tubes and the longitudinal direction of the heat exchange surface lie, this longitudinal direction being that in which s extend the tubes.
  • the cheek arranged at the first transverse end of the heat exchange surface is a first cheek
  • the heat exchanger comprising a second cheek located in the plane of the heat exchange surface and at a second transverse end opposite the first transverse end, the conduit being secured to the first cheek and the channel is secured to the second cheek.
  • the duct is thus secured to the first flange disposed at the first transverse end of the heat exchange surface, and the channel is secured to the second flange disposed at the second transverse end of the heat exchange surface.
  • the conduit extends along a first direction and the channel extends in a second direction, the first direction and the second direction being parallel.
  • the first direction and the second direction are parallel to within a manufacturing tolerance.
  • the inlet collector and the first collector box are arranged on a first side of the plane in which the exchange surface extends, while the outlet collector and the second collector chamber are arranged on a second side of said plane.
  • the plane in which the exchange surface extends therefore separates on the one hand the inlet collector and the first collector box, and on the other hand the outlet collector and the second collector box.
  • the inlet and outlet manifolds both extend in a plane perpendicular to the plane of the heat exchange surface
  • the header boxes both extend in a plane perpendicular to said plane.
  • the inlet and outlet collectors are therefore aligned on either side of the heat exchange surface according to a plane perpendicular to the plane of this heat exchange surface, and the collector boxes are also aligned on either side. and other of this same plan.
  • the heat exchanger is equipped with a coolant inlet orifice and a coolant outlet orifice, these orifices being arranged at the same longitudinal end of the surface of the heat exchanger. heat exchange.
  • the fluid inlet and outlet can be located on the same longitudinal end.
  • Such an arrangement makes it possible to avoid having a fluid inlet at one longitudinal end of the heat exchange surface, and a fluid outlet at an opposite longitudinal end of this heat exchange surface.
  • the connections and connections necessary for supplying the heat exchange surface are therefore facilitated, since the inlet and the outlet are arranged on the same longitudinal end of the heat exchange surface.
  • the inlet manifold and the outlet manifold are welded together, and the first header box and the second header box are welded together.
  • the inlet manifold and the outlet manifold thus form a first assembly arranged at the first transverse end of the heat exchange surface, while the first header box and the second header box form a second assembly disposed at its second transverse end.
  • the invention further relates to a refrigerant fluid loop through which a refrigerant fluid passes and comprising at least one heat exchanger according to any preceding claim, the first circuit being traversed according to a first direction of circulation, the second circuit being traversed according to a second direction of circulation, the first and the second direction of circulation being opposite.
  • the circulation of the refrigerant fluid in the first circuit and the circulation of the refrigerant fluid in the second circuit being in opposite directions, they allow a better distribution of the temperature gradient of the refrigerant fluid in the heat exchange surface.
  • the temperature of the heat exchange surface is thus more homogeneous, so that the formation of frost on the exchange surface of the heat exchanger is limited.
  • FIG. 1 schematically illustrates a heat exchanger according to the invention in a perspective view
  • FIG. 2 is a top view of the heat exchanger of Figure 1;
  • FIG. 3 schematically illustrates a refrigerant loop comprising the heat exchanger of Figures 1 and 2.
  • the denominations “longitudinal” and “transverse” refer to the orientation of the heat exchanger according to the invention.
  • a longitudinal direction corresponds to a main direction of elongation of the tubes configured to channel the refrigerant fluid, while a transverse direction corresponds to a stacking direction of these tubes.
  • the terms “refrigerant fluid” can refer to any fluid or heat transfer liquid, cooling, dielectric or diphasic, since this fluid or liquid has the effect of cooling or heating the air flow. passing through the exchange surface of a heat exchanger.
  • FIG. 1 illustrates a heat exchanger 1 for the coolant loop of a vehicle according to the invention, this heat exchanger 1 being shown in perspective.
  • the heat exchanger 1 comprises a heat exchange surface 2, which is intended to be crossed by an air flow 100. This heat exchange surface 2 extends in a substantially longitudinal direction.
  • the heat exchanger 1 comprises a coolant fluid inlet manifold 3, disposed at a first longitudinal end 21 of the heat exchange surface 2, and a coolant fluid outlet manifold 4, disposed at this same first longitudinal end 21 of the heat exchange surface 2.
  • the heat exchanger 1 also comprises a first refrigerant fluid manifold 6 and a second refrigerant fluid manifold 7, these two refrigerant fluid manifolds 6 and 7 being arranged at a second longitudinal end 22 of the heat exchange surface 2, opposite the first longitudinal end 21 of the heat exchange surface 2. It is thus understood that the heat exchange surface 2 is delimited longitudinally by the refrigerant inlet and outlet manifolds 3 and 4 on the one hand, and by the first and second refrigerant fluid manifolds 6 and 7 on the other hand.
  • the heat exchanger 2 is further equipped with a coolant inlet 30 and a coolant outlet 40.
  • the coolant inlet 30 is a hole drilled in the manifold refrigerant inlet 3, while the coolant outlet orifice 40 is a hole drilled in the coolant outlet manifold 4.
  • These orifices 30 and 40 are therefore arranged at the same longitudinal end of the heat exchange surface 2, in this case the first longitudinal end 21.
  • Such an arrangement makes it possible to facilitate the connections and connections necessary for supplying the heat exchange surface 2 by concentrating them at the level of the same longitudinal end, and thus to limit the congestion caused by the heat exchanger 1.
  • the heat exchange surface 2 comprises tubes 5 which are configured to channel the refrigerant fluid. These tubes 5 extend longitudinally between the coolant inlet and outlet manifolds 3 and 4 on the one hand, and the first and second coolant fluid manifolds 6 and 7 on the other hand, i.e. that is, from the first longitudinal end 21 to the second longitudinal end 22.
  • the tubes 5 are stacked in a stacking direction E, which corresponds to a transverse direction of the heat exchanger 1 and which is therefore perpendicular to the longitudinal direction of the heat exchange surface 2. It is thus understood that the heat exchange surface 2 extends in a plane 20 defined by this longitudinal direction, which is the direction in which the tubes extend, and this stacking direction E, which is the direction in which the tubes are stacked.
  • tubes 5 are divided into two sets of tubes: the tubes of a first set 5A, and the tubes of a second set 5B.
  • the tubes 5 are stacked in the stacking direction E alternating between tubes of the first set 5A and tubes of the second set 5B. More specifically, the tubes 5 are stacked alternately between a tube from the first set 5A and a tube from the second set 5B. It is thus understood that the tubes 5 are stacked in such a way that the heat exchange surface 2 comprises an alternation between a tube of the first set 5A and a tube of the second set 5B, this alternation forming a layout pattern which is repeated from one end to the other of the heat exchange surface 2 along the stacking direction E.
  • the tubes 5 open both into the refrigerant fluid inlet and outlet manifolds 3 and 4, and into the first and second fluid manifolds refrigerant 6 and 7.
  • the term “open” means that the tubes 5 have at their two longitudinal ends two free ends able to let the refrigerant fluid pass, these free ends being arranged within the refrigerant fluid inlet and outlet manifolds 3 and 4 for one of these free ends, and within the first and second refrigerant fluid manifolds 6 and 7 for the other of these free ends.
  • the heat exchanger 1 comprises a conduit 8 distinct from the heat exchange surface 2, arranged between the refrigerant fluid inlet manifold 3 and the first refrigerant fluid manifold 6, and a channel 9 separate from the heat exchange surface 2, disposed between the coolant outlet manifold 4 and the second coolant manifold 7.
  • the conduit 8 allows to fluidically connect the coolant inlet manifold 3 and the first refrigerant fluid manifold 6, the refrigerant fluid being able to circulate from one to the other when it takes the conduit 8.
  • the refrigerant fluid inlet manifold 3 and the first refrigerant fluid manifold 6 are connected directly, that is to say without any other component being interposed between the two.
  • the channel 9 is fluidly and directly connected to the refrigerant fluid outlet manifold 4 and to the second refrigerant fluid manifold 7, the refrigerant fluid being able to circulate from one to the other via this channel 9
  • the refrigerant fluid inlet manifold 3 and the first refrigerant fluid manifold 6 are therefore fluidically connected, and the same for the refrigerant fluid outlet manifold 4 and the second refrigerant fluid manifold 7.
  • the heat exchanger 1 comprises at least one cheek located in the plane 20 in which the heat exchange surface 2 extends, at a first transverse end 23 of this heat exchange surface 2. According to the modes of embodiment of the invention, either the conduit 8 or the channel 9 can be secured to this cheek.
  • This cheek disposed at the first transverse end 23 of the heat exchange surface 2 is a first cheek 80.
  • the heat exchanger further comprises a second cheek 90 located in the plane 20 of the heat exchange surface 2 and at a second transverse end 24 opposite the first transverse end 23.
  • These flanges 80 and 90 form covers of substantially elongated shape, which extend from the first longitudinal end 21 of the heat exchange surface 2 to the second longitudinal end 22 of the heat exchange surface 2.
  • These cheeks 80 and 90 make it possible to transversely delimit the heat exchange surface 2.
  • the tubes 5 are therefore stacked in the direction of stacking towards the first cheek 80 on the one hand and towards the second cheek 90 on the other hand.
  • the conduit 8 is integral with the first flange 80, and in the same way the channel 9 is integral with the second flange 90.
  • the conduit 8 and the channel 9 can in particular be welded to the first flange 80 and the second flange 90 respectively.
  • the first cheek 80 extends from the refrigerant fluid inlet manifold 3 to the first refrigerant fluid manifold 6, and the second cheek 90 extends from the refrigerant fluid outlet manifold 4 to the second refrigerant manifold 7. It is thus understood that the conduit 8 is arranged at the first transverse end 23 of the heat exchange surface 2, and that the channel 9 is arranged at the second transverse end 24 of this heat exchange surface. heat exchange 2.
  • the conduit 8 extends along a first direction D8 and the channel 9 extends in a second direction D9, the first direction D8 and the second direction D9 being parallel; such parallelism will be assessed to within one manufacturing tolerance.
  • Figure 2 shows a top view of the heat exchanger 1 of Figure 1.
  • the pipe 8 and the first cheek 80 are superimposed on the channel 9 and the second cheek 90, so that their representations merge.
  • the tubes 5 are, in this top view, covered by the first cheek 80.
  • the tubes 5, the duct 8, the first flange 80, the channel 9 and the second flange 90 extend at the first longitudinal end 21 of the heat exchange surface 2 from the refrigerant fluid inlet manifold 3 and the coolant outlet manifold 4, as far as the first coolant manifold 6 and the second coolant manifold 7 at the second longitudinal end 22 of the heat exchange surface 2.
  • the coolant can thus circulate from one longitudinal end to the other of the heat exchange surface 2, by borrowing either the tubes 5, or the duct 8 which is integral with the first cheek 80, or the channel 9 which is integral with the second cheek 90. It is thus understood that the first longitudinal end 21 and the second longitudinal end 22 of the heat exchange surface 2 are fluidly connected.
  • the coolant fluid inlet manifold 3 and the coolant fluid outlet manifold 4 are welded to each other, just like the first collector box refrigerant fluid 6 and the second refrigerant fluid manifold 7 are welded to each other at the second longitudinal end 22 of the heat exchange surface 2, thus forming two inseparable assemblies.
  • the coolant inlet manifold 3 and the coolant fluid outlet manifold 4 are arranged on a first side of the plane 20 in which the exchange surface 2 extends, while the first coolant fluid manifold 6 and the second coolant manifold 7 are arranged on a second side of this plane 20.
  • the plane 20 in which the exchange surface 2 extends therefore separates the first side of the coolant inlet manifold 3 and the first coolant manifold 6, and on the second side the coolant outlet manifold 4 and the second coolant manifold 7.
  • the coolant inlet manifold 3 and the coolant fluid outlet manifold 4 both extend in a plane 210 perpendicular to the plane 20 of the heat exchange surface 2.
  • the coolant fluid inlet manifold 3 and the coolant fluid outlet manifold 4 are thus aligned along this perpendicular plane 210.
  • the first refrigerant manifold 6 and the second refrigerant manifold 7 both extend in another plane 220, also perpendicular to the plane 20 of the heat exchange surface 2.
  • First refrigerant manifold 6 and second refrigerant manifold 7 are thus aligned along this other perpendicular plane 220.
  • FIG. 3 schematically illustrates a refrigerant fluid loop 10 comprising the heat exchanger 1 as described above.
  • the conduit 8 and the channel 9 have been artificially separated from the other elements of the heat exchange surface 2 for the purpose of understanding, and likewise the first cheek 80 and the second cheek 90 are not shown.
  • the heat exchanger 1 comprises the heat exchange surface 2 delimited at each of its longitudinal ends 21 and 22 respectively the refrigerant inlet manifold 3 and the refrigerant outlet manifold 4 on the one hand, and the first refrigerant manifold 6 and the second refrigerant manifold 7 on the other hand.
  • the heat exchange surface 2 is crossed by an air flow 100.
  • the heat exchanger 1 comprises at least a first refrigerant fluid circuit 50A consisting of the refrigerant fluid inlet manifold 3, the conduit 8, the first refrigerant fluid manifold 6, the tubes of the first assembly 5 A and the refrigerant fluid outlet manifold 4.
  • the heat exchanger 1 further comprises at least one second refrigerant fluid circuit 50 B consisting of the refrigerant fluid inlet manifold 3, the tubes of the second assembly 5B, of the second refrigerant fluid manifold 7, of the channel 9 and of the refrigerant fluid outlet manifold 4.
  • the cooling fluid loop 10 is therefore traversed by a cooling fluid which circulates in the first cooling fluid circuit 50A as well as in the second cooling fluid circuit 50B.
  • the first refrigerant circuit 50A is traversed by the refrigerant in a first direction of circulation, represented in FIG. 3 by dotted lines, while the second refrigerant circuit 50B is traversed by the refrigerant in a second direction of circulation. , represented by dashes.
  • the first direction of circulation and the second direction of circulation are opposed.
  • the coolant takes the first coolant circuit 50A, it enters the heat exchanger 1 through the orifice 30 of the coolant inlet manifold 3. It circulates within this coolant inlet manifold 3 to conduit 8, which it crosses from side to side; it thus passes from the first longitudinal end 21 of the heat exchange surface 2 to the second longitudinal end 22 of the heat exchange surface 2.
  • the refrigerant fluid then circulates within the first refrigerant fluid manifold 6 , Who fluidically serves the tubes of the first set 5A.
  • the refrigerant fluid is thus conveyed to the refrigerant fluid outlet manifold 4 by these tubes of the first set 5 A.
  • the refrigerant fluid then leaves the heat exchanger 2 through the orifice 40 pierced in the refrigerant fluid outlet manifold 4, and continues its circulation through the refrigerant loop 10.
  • the refrigerant When the refrigerant circulates in the second refrigerant circuit 50B, it also reaches the heat exchanger 1 through the orifice 30. Once in the refrigerant inlet manifold 3, it borrows the tubes of the second set 5B which are fluidly connected to the coolant fluid inlet manifold 3. The coolant fluid passes through these tubes of the second set 5B from the first longitudinal end 21 of the heat exchange surface 2 to the second longitudinal end 22 of the heat exchange surface 2, where it is collected in the second refrigerant fluid manifold 7. The refrigerant fluid then circulates as far as the channel 9, which it borrows to join the fluid outlet manifold refrigerant 4. The refrigerant fluid exits the exchanger through orifice 40 and continues to circulate within the refrigerant fluid loop 10.
  • the tubes 5 being stacked along the stacking direction E according to an alternation between a tube of the first set 5A and a tube of the second set 5B, it is understood that the tubes 5 are therefore stacked along the stacking direction E according to a alternation between a tube of the first refrigerant circuit A and a tube of the second refrigerant circuit B.
  • the circulation of the refrigerant fluid in the first circuit of refrigerant fluid 50A and the circulation of the refrigerant fluid in the second circuit of refrigerant fluid 50B being in opposite directions, they allow a better distribution of the temperature gradient of the refrigerant fluid within of the heat exchange surface 2.
  • the temperature of the heat exchange surface 2 is thus more homogeneous, so that the formation of frost on the heat exchange surface 2 of the exchanger is limited heat 1.
  • the present invention thus proposes a heat exchanger whose opposite directions of circulation of the coolant make it possible to limit the formation of frost on the heat exchange surface, while having a reduced bulk of the makes special provisions for the duct and the channel participating in the circulation of this refrigerant fluid.

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Abstract

L'invention vise un échangeur de chaleur (1) comprenant une surface d'échange de chaleur (2), un collecteur d'entrée de fluide (3) et un collecteur de sortie de fluide (4), une première boîte collectrice (6) et une deuxième boîte collectrice (7), cette surface d'échange de chaleur (2) comprenant un premier ensemble de tubes (5A) et un deuxième ensemble de tubes (5B). Selon l'invention, l'échangeur de chaleur (1) comporte un conduit (8) et un canal (9). L'échangeur de chaleur (2) comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant constitué du collecteur d'entrée (3), du conduit (8), de la première boîte collectrice (6), des tubes du premier ensemble (5A) et du collecteur de sortie (4), et au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant constitué du collecteur d'entrée (3), des tubes du deuxième ensemble (5B), de la deuxième boîte collectrice (7), du canal (9) et du collecteur de sortie (4).

Description

Échangeur de chaleur pour boucle de fluide réfrigérant
La présente invention concerne le domaine des boucles de fluide réfrigérant pour véhicules automobiles, et plus particulièrement pour des véhicules hybrides ou électriques.
De telles boucles de fluide réfrigérant sont destinées à la circulation d’un fluide réfrigérant, notamment dans le cadre d’une installation de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation des véhicules. Ces boucles de fluide réfrigérant permettent, grâce à un échangeur de chaleur, de modifier la température à l’intérieur de l’habitacle du véhicule. Il est ainsi possible de refroidir l’habitacle ou bien d’en assurer le chauffage. Cette modification de la température au sein de l’habitacle résulte notamment de la circulation d’un fluide réfrigérant dans la boucle de fluide réfrigérant, entre un dispositif d’échange thermique disposé dans l’habitacle et un échangeur de chaleur situé au contact de l’air ambiant en face avant du véhicule. Ainsi, le fluide réfrigérant circulant dans la boucle de fluide réfrigérant absorbe ou cède des calories au niveau de l’échangeur de chaleur ou du dispositif d’échange thermique en fonction des besoins de refroidissement ou de chauffage de l’habitacle.
L’échangeur de chaleur situé en face avant du véhicule permet l’échange de calories entre le fluide réfrigérant et un flux d’air traversant cet échangeur de chaleur. L’un des problèmes d’un tel échangeur de chaleur réside cependant en ce que son exposition directe à l’air extérieur, sans que le flux d’air ne soit réchauffé par la structure du véhicule avant son passage dans l’échangeur de chaleur, est susceptible de former du givre sur ce dernier lorsque la température extérieure est faible. En effet, la rencontre entre le flux d’air extérieur froid et humide et le fluide réfrigérant à basse température en entrée de l’échangeur de chaleur provoque le givrage de la vapeur d’eau contenue dans le flux d’air, sur l’échangeur de chaleur. Un tel givrage de l’échangeur de chaleur génère ainsi une résistance thermique supplémentaire entre le flux d’air et le fluide réfrigérant, et tend à colmater le passage du flux d’air au travers de l’échangeur de chaleur. On comprend ainsi que le givre tend à diminuer les capacités thermiques de l’échangeur de chaleur.
Il existe dans l’art antérieur des échangeurs de chaleur dont les surfaces d’échange de chaleur présentent deux rangées de tubes aptes à canaliser le fluide réfrigérant, qui sont placées en série sur le passage du flux d’air dans l’échangeur de chaleur. Le fluide réfrigérant peut ainsi circuler selon deux sens de circulation opposés, contribuant ainsi à réduire la formation de givre. De tels échangeurs de chaleur présentent cependant des contraintes d’encombrement importantes du fait de la présence de ces deux rangées de tubes.
Une autre solution proposée est de recourir à un échangeur de chaleur dont les entrée et sortie de fluide réfrigérant s'effectuent à une même extrémité de la surface d’échange de chaleur afin de respecter les contraintes liées à l’encombrement. Il est alors nécessaire de mettre en place des jumper lines, qui sont des tuyaux permettant de raccorder fluidiquement une extrémité de la surface d’échange de chaleur à une extrémité opposée sans que le fluide réfrigérant ne circule dans les rangées de tubes, pour pouvoir assurer la circulation du fluide réfrigérant dans des sens opposés. Ces jumper lines peuvent cependant occasionner elles aussi un encombrement important, réduisant alors l’intérêt présenté par une telle solution, voire même perturber le flux d’air si elles sont placées devant les rangées de tubes sur le passage de ce flux d’air.
La présente invention vise à pallier cet inconvénient en proposant une boucle de fluide réfrigérant, et plus particulièrement un échangeur de chaleur, limitant la formation de givre sur ce dernier tout en présentant un encombrement réduit. L’invention permet donc d’augmenter les capacités thermiques de l’échangeur de chaleur, et a fortiori de la boucle de fluide réfrigérant.
Un objet de la présente invention concerne ainsi un échangeur de chaleur pour boucle de fluide réfrigérant, comprenant une surface d’échange de chaleur, un collecteur d’entrée de fluide réfrigérant et un collecteur de sortie de fluide réfrigérant disposés à une première extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur, une première boîte collectrice de fluide réfrigérant et une deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant disposées à une deuxième extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur opposée à la première extrémité longitudinale, cette surface d’échange de chaleur comprenant des tubes configurés pour canaliser le fluide réfrigérant, ces tubes s’étendant selon une direction longitudinale entre les collecteurs d’entrée et de sortie d’une part et les première et deuxième boîtes collectrices d’autre part, ces tubes étant répartis en un premier ensemble de tubes et un deuxième ensemble de tubes, l’échangeur de chaleur étant caractérisé en ce qu’il comporte un conduit distinct de la surface d’échange de chaleur, disposé entre le collecteur d’entrée et la première boîte collectrice, et un canal distinct de la surface d’échange de chaleur, disposé entre le collecteur de sortie et la deuxième boîte collectrice, et en ce qu’il comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant constitué du collecteur d’entrée, du conduit, de la première boîte collectrice, des tubes du premier ensemble et du collecteur de sortie, l’échangeur de chaleur comprenant au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant constitué du collecteur d’entrée, des tubes du deuxième ensemble, de la deuxième boîte collectrice, du canal et du collecteur de sortie.
La boucle de fluide réfrigérant peut être disposée au sein d’un véhicule, par exemple hybride ou électrique, afin de refroidir ou de réchauffer l’habitacle de ce véhicule. L’échangeur de chaleur peut être un évapo-condenseur au sein duquel circule le fluide réfrigérant. Cet échangeur de chaleur comprend la surface d’échange de chaleur au sein de laquelle s’effectuent les échanges de calories entre le flux d’air traversant ladite surface d’échange, et le fluide réfrigérant circulant au sein des tubes de cette surface d’échange, le fluide réfrigérant captant ou cédant des calories au flux d’air en fonction de la configuration de la boucle de fluide réfrigérant, destinée à refroidir ou à chauffer l’habitacle du véhicule.
On entend par « disposé entre » que le conduit est relié directement au collecteur d’entrée et à la première boîte collectrice, c’est-à-dire sans qu’un autre composant ne soit interposé entre les deux. Le fluide réfrigérant peut ainsi circuler de l’un à l’autre lorsqu’il emprunte le conduit. De la même façon, le canal est relié directement au collecteur de sortie et à la deuxième boîte collectrice, le fluide réfrigérant pouvant circuler de l’un à l’autre en empruntant ce canal.
Selon une caractéristique de l’invention, les tubes sont empilés selon une direction d’empilement perpendiculaire à la direction longitudinale selon une alternance entre tubes du premier ensemble et tubes du deuxième ensemble.
De manière avantageuse, les tubes sont empilés selon une alternance entre un tube du premier ensemble et un tube du deuxième ensemble.
On comprend que les tubes sont empilés de façon que la surface d’échange de chaleur comprenne une alternance entre un tube du premier ensemble et un tube du deuxième ensemble. Cette alternance forme ainsi un motif de disposition, qui se répète d’une extrémité à l’autre de la surface d’échange de chaleur selon la direction d’empilement. L’empilement des tubes correspond donc à un tube du premier ensemble, un tube du deuxième ensemble, un tube du premier ensemble, un tube du deuxième ensemble et ainsi de suite.
Selon une autre caractéristique de l’invention, l’échangeur de chaleur comprend au moins une joue située dans un plan dans lequel s’étend la surface d’échange de chaleur et à une première extrémité transversale de celle-ci, le conduit ou le canal étant solidaire de ladite joue.
La joue est un capot qui délimite la surface d’échange à une première extrémité transversale. Cette première extrémité transversale correspond, lorsque l’échangeur est installé au sein du véhicule, à l’extrémité qui est située verticalement au-dessus de la surface d’échange de chaleur, c’est-à-dire l’extrémité la plus distante du sol.
Le plan dans lequel s’étend la surface d’échange de chaleur correspond au plan dans lequel s’inscrivent la direction d’empilement des tubes et la direction longitudinale de la surface d’échange de chaleur, cette direction longitudinale étant celle dans laquelle s’étendent les tubes.
Selon une caractéristique, la joue disposée à la première extrémité transversale de la surface d’échange de chaleur est une première joue, l’échangeur de chaleur comprenant une deuxième joue située dans le plan de la surface d’échange de chaleur et à une deuxième extrémité transversale opposée à la première extrémité transversale, le conduit étant solidaire de la première joue et le canal est solidaire de la deuxième joue.
Le conduit est ainsi solidaire de la première joue disposée à la première extrémité transversale de la surface d’échange de chaleur, et le canal est solidaire de la deuxième joue disposée à la deuxième extrémité transversale de la surface d’échange de chaleur.
Selon une autre caractéristique, le conduit s’étend le long d’une première direction et le canal s’étend dans une deuxième direction, la première direction et la deuxième direction étant parallèles.
On considérera que la première direction et la deuxième direction sont parallèles à une tolérance de fabrication près. Selon une caractéristique de l’invention, le collecteur d’entrée et la première boîte collectrice sont disposés d’un premier côté du plan dans lequel s’étend la surface d’échange, tandis que le collecteur de sortie et la deuxième chambre collectrice sont disposés d’un deuxième côté dudit plan.
Le plan dans lequel s’étend la surface d’échange sépare donc d’une part le collecteur d’entrée et la première boîte collectrice, et d’autre part le collecteur de sortie et la deuxième boîte collectrice.
Selon une autre caractéristique, les collecteurs d’entrée et de sortie s’étendent tous deux dans un plan perpendiculaire au plan de la surface d’échange de chaleur, et les boîtes collectrices s’étendent toutes deux dans un plan perpendiculaire audit plan.
Les collecteurs d’entrée et de sortie sont donc alignés de part et d’autre de la surface d’échange de chaleur selon un plan perpendiculaire au plan de cette surface d’échange de chaleur, et les boîtes collectrices sont elles aussi alignées de part et d’autre de ce même plan.
Selon une autre caractéristique de l’invention, l’échangeur de chaleur est équipé d’un orifice d’entrée de fluide réfrigérant et d’un orifice de sortie de fluide réfrigérant, ces orifices étant disposés à une même extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur.
Ainsi, l’entrée et la sortie de fluide peuvent être localisées sur une même extrémité longitudinale. Une telle disposition permet d’éviter d’avoir une entrée de fluide à une extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur, et une sortie de fluide à une extrémité longitudinale opposée de cette surface d’échange de chaleur. Les branchements et connexions nécessaires à l’alimentation de la surface d’échange de chaleur se trouvent donc facilités, puisque l’entrée et la sortie sont disposées sur la même extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur.
Selon un aspect de l’invention, le collecteur d’entrée et le collecteur de sortie sont soudés l’un à l’autre, et la première boîte collectrice et la deuxième boîte collectrice sont soudées l’une à l’autre.
Le collecteur d’entrée et le collecteur de sortie forment ainsi un premier ensemble disposé à la première extrémité transversale de la surface d’échange de chaleur, tandis que la première boîte collectrice et la deuxième boîte collectrice forment un second ensemble disposé à sa deuxième extrémité transversale.
L’invention concerne en outre une boucle de fluide réfrigérant parcourue par un fluide réfrigérant et comprenant au moins un échangeur de chaleur selon une quelconque revendication précédente, le premier circuit étant parcouru selon un premier sens de circulation, le deuxième circuit étant parcouru selon un deuxième sens de circulation, le premier et le deuxième sens de circulation étant opposés.
La circulation du fluide réfrigérant dans le premier circuit et la circulation du fluide réfrigérant dans le deuxième circuit étant dans des sens opposés, elles permettent une meilleure répartition du gradient de température du fluide réfrigérant dans la surface d’échange de chaleur. La température de la surface d’échange de chaleur est ainsi plus homogène, de telle sorte qu’on limite la formation de givre sur la surface d’échange de l’échangeur de chaleur.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et d’un exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins annexés d’autre part, sur lesquels :
[Fig. 1] illustre, schématiquement, un échangeur de chaleur selon l’invention selon une vue en perspective ;
[Fig. 2] est une vue de dessus de l’échangeur de chaleur de la figure 1 ;
[Fig. 3] illustre, schématiquement, une boucle de fluide réfrigérant comprenant l’échangeur de chaleur des figures 1 et 2.
Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur. Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Dans la description détaillée qui va suivre, les dénominations « longitudinale » et « transversale » se réfèrent à l’orientation de l’échangeur de chaleur selon l’invention. Une direction longitudinale correspond à une direction principale d’allongement des tubes configurés pour canaliser le fluide réfrigérant, tandis qu’une direction transversale correspond à une direction d’empilement de ces tubes.
En outre, dans la présente description les termes « fluide réfrigérant » peuvent se rapporter à tout fluide ou liquide caloporteur, de refroidissement, diélectrique ou diphasique, dès lors que ce fluide ou liquide a pour effet de refroidir ou de chauffer le flux d’air traversant la surface d’échange d’un échangeur de chaleur.
La figure 1 illustre un échangeur de chaleur 1 pour boucle de fluide réfrigérant d’un véhicule selon l’invention, cet échangeur de chaleur 1 étant représenté en perspective. L’échangeur de chaleur 1 comprend une surface d’échange de chaleur 2, qui est destinée à être traversée par un flux d’air 100. Cette surface d’échange de chaleur 2 s’étend selon une direction sensiblement longitudinale.
L’échangeur de chaleur 1 comprend un collecteur d’entrée fluide réfrigérant 3, disposé à une première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2, et un collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4, disposé à cette même première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2. L’échangeur de chaleur 1 comprend par ailleurs une première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6 et une deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7, ces deux boîtes collectrices de fluide réfrigérant 6 et 7 étant disposées à une deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2, opposée à la première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2. On comprend ainsi que la surface d’échange de chaleur 2 est délimitée longitudinalement par les collecteurs d’entrée et de sortie de fluide réfrigérant 3 et 4 d’une part, et par les première et deuxième boîtes collectrices de fluide réfrigérant 6 et 7 d’autre part.
L’échangeur de chaleur 2 est en outre équipé d’un orifice d’entrée de fluide réfrigérant 30 et d’un orifice de sortie de fluide réfrigérant 40. L’orifice d’entrée de fluide réfrigérant 30 est un trou percé dans le collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3, tandis que l’orifice de sortie de fluide réfrigérant 40 est un trou percé dans le collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4. Ces orifices 30 et 40 sont donc disposés à une même extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur 2, en l’occurrence la première extrémité longitudinale 21. Une telle disposition permet de faciliter les branchements et connexions nécessaires à l’alimentation de la surface d’échange de chaleur 2 en les concentrant au niveau de la même extrémité longitudinale, et ainsi de limiter l’encombrement occasionné par l’échangeur de chaleur 1.
La surface d’échange de chaleur 2 comprend des tubes 5 qui sont configurés pour canaliser le fluide réfrigérant. Ces tubes 5 s’étendent longitudinalement entre les collecteurs d’entrée et de sortie de fluide réfrigérant 3 et 4 d’une part, et les première et deuxième boîtes collectrices de fluide réfrigérant 6 et 7 d’autre part, c’est-à-dire depuis la première extrémité longitudinale 21 jusqu’à la deuxième extrémité longitudinale 22. Les tubes 5 sont empilés selon une direction d’empilement E, qui correspond à une direction transversale de l’échangeur de chaleur 1 et qui est donc perpendiculaire à la direction longitudinale de la surface d’échange de chaleur 2. On comprend ainsi que la surface d’échange de chaleur 2 s’étend dans un plan 20 défini par cette direction longitudinale, qui est la direction dans laquelle s’étendent les tubes, et cette direction d’empilement E, qui est la direction dans laquelle les tubes sont empilés.
Ces tubes 5 sont répartis en deux ensembles de tubes : les tubes d’un premier ensemble 5 A, et les tubes d’un deuxième ensemble 5B. les tubes 5 sont empilés selon la direction d’empilement E selon une alternance entre tubes du premier ensemble 5 A et tubes du deuxième ensemble 5B. Plus précisément, les tubes 5 sont empilés selon une alternance entre un tube du premier ensemble 5A et un tube du deuxième ensemble 5B. On comprend ainsi que les tubes 5 sont empilés de telle sorte que la surface d’échange de chaleur 2 comprenne une alternance entre un tube du premier ensemble 5 A et un tube du deuxième ensemble 5B, cette alternance formant un motif de disposition qui se répète d’une extrémité à l’autre de la surface d’échange de chaleur 2 selon la direction d’empilement E.
Les tubes 5 débouchent à la fois dans les collecteurs d’entrée et de sortie de fluide réfrigérant 3 et 4, et dans les première et deuxième boîtes collectrices de fluide réfrigérant 6 et 7. On entend par déboucher que les tubes 5 présentent à leurs deux extrémités longitudinales deux extrémités libres aptes à laisser passer le fluide réfrigérant, ces extrémités libres étant disposées au sein des collecteurs d’entrée et de sortie de fluide réfrigérant 3 et 4 pour l’une de ces extrémités libres, et au sein des première et deuxième boîtes collectrices de fluide réfrigérant 6 et 7 pour l’autre de ces extrémités libres.
Selon l’invention, l’échangeur de chaleur 1 comporte un conduit 8 distinct de la surface d’échange de chaleur 2, disposé entre le collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3 et la première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6, et un canal 9 distinct de la surface d’échange de chaleur 2, disposé entre le collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4 et la deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7. On comprend que le conduit 8 permet de relier fluidiquement le collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3 et la première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6, le fluide réfrigérant pouvant circuler de l’un à l’autre lorsqu’il emprunte le conduit 8. Collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3 et première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6 sont reliés directement, c’est-à-dire sans qu’un autre composant ne soit interposé entre les deux. De la même façon, le canal 9 est connecté fluidiquement et directement au collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4 et à la deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7, le fluide réfrigérant pouvant circuler de l’un à l’autre en empruntant ce canal 9. Le collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3 et la première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6 sont donc fluidiquement connectés, et de même pour le collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4 et la deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7.
L’échangeur de chaleur 1 comprend au moins une joue située dans le plan 20 dans lequel s’étend la surface d’échange de chaleur 2, à une première extrémité transversale 23 de cette surface d’échange de chaleur 2. Selon les modes de réalisation de l’invention, soit le conduit 8 soit le canal 9 peuvent être solidaires de cette joue.
Cette joue disposée à la première extrémité transversale 23 de la surface d’échange de chaleur 2 est une première joue 80. L’échangeur de chaleur comprend en outre une deuxième joue 90 située dans le plan 20 de la surface d’échange de chaleur 2 et à une deuxième extrémité transversale 24 opposée à la première extrémité transversale 23. Ces joues 80 et 90 forment des capots de forme sensiblement allongée, qui s’étendent de la première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2 à la deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2. Ces joues 80 et 90 permettent de délimiter transversalement la surface d’échange de chaleur 2. Les tubes 5 sont donc empilés selon la direction d’empilement vers la première joue 80 d’une part et vers la deuxième joue 90 d’autre part.
Le conduit 8 est solidaire de la première joue 80, et de la même manière le canal 9 est solidaire de la deuxième joue 90. Le conduit 8 et le canal 9 peuvent notamment être soudés sur la première joue 80 et la deuxième joue 90 respectivement.
La première joue 80 s’étend depuis le collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3 jusqu’à la première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6, et la deuxième joue 90 s’étend depuis le collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4 jusqu’à la deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7. On comprend ainsi que le conduit 8 est disposé à la première extrémité transversale 23 de la surface d’échange de chaleur 2, et que le canal 9 est disposé à la deuxième extrémité transversale 24 de cette surface d’échange de chaleur 2.
Le conduit 8 s’étend le long d’une première direction D8 et le canal 9 s’étend dans une deuxième direction D9, la première direction D8 et la deuxième direction D9 étant parallèles ; un tel parallélisme sera apprécié à une tolérance de fabrication près.
La figure 2 présente une vue de dessus de l’échangeur de chaleur 1 de la figure 1. Sur cette vue de dessus, le conduit 8 et la première joue 80 sont superposés au canal 9 et à la deuxième joue 90, de telle sorte que leurs représentations se confondent. Les tubes 5 sont, dans cette vue de dessus, recouverts par la première joue 80.
Les tubes 5, le conduit 8, la première joue 80, le canal 9 et la deuxième joue 90 s’étendent à la première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2 depuis le collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3 et le collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4, jusqu’à la première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6 et la deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7 à la deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2. Le fluide réfrigérant peut ainsi circuler d’une extrémité longitudinale à l’autre de la surface d’échange de chaleur 2, en empruntant soit les tubes 5, soit le conduit 8 qui est solidaire de la première joue 80, soit le canal 9 qui est solidaire de la deuxième joue 90. On comprend ainsi que la première extrémité longitudinale 21 et la deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2 sont reliées fluidiquement.
À la première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2, le collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3 et le collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4 sont soudés l’un à l’autre, tout comme la première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6 et la deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7 sont soudées l’une à l’autre à la deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2, formant ainsi deux ensembles indissociables.
Le collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3 et le collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4 sont disposés d’un premier côté du plan 20 dans lequel s’étend la surface d’échange 2, tandis que la première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6 et la deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7 sont disposés d’un deuxième côté de ce plan 20. Le plan 20 dans lequel s’étend la surface d’échange 2 sépare donc du premier côté le collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3 et la première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6, et du deuxième côté le collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4 et la deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7.
Au voisinage de la première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2, le collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3 et le collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4 s’étendent tous deux dans un plan 210 perpendiculaire au plan 20 de la surface d’échange de chaleur 2. Le collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3 et le collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4 sont ainsi alignés selon ce plan perpendiculaire 210. De même, au voisinage de la deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2, la première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6 et la deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7 s’étendent toutes les deux dans un autre plan 220, lui aussi perpendiculaire au plan 20 de la surface d’échange de chaleur 2. Première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6 et deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7 sont ainsi alignées selon cet autre plan perpendiculaire 220.
La figure 3 illustre schématiquement une boucle de fluide réfrigérant 10 comprenant l’échangeur de chaleur 1 tel que décrit précédemment. Sur cette figure, le conduit 8 et le canal 9 ont été artificiellement désolidarisés des autres éléments de la surface d’échange de chaleur 2 à des fins de compréhension, et de la même façon la première joue 80 et la deuxième joue 90 ne sont pas représentées.
L’échangeur de chaleur 1 comporte la surface d’échange de chaleur 2 délimitée à chacune de ses extrémités longitudinales 21 et 22 respectivement le collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3 et le collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4 d’une part, et la première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6 et la deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7 d’autre part. La surface d’échange de chaleur 2 est traversée par un flux d’air 100.
Selon l’invention, l’échangeur de chaleur 1 comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant 50A constitué du collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3, du conduit 8, de la première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6, des tubes du premier ensemble 5 A et du collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4. L’échangeur de chaleur 1 comprend par ailleurs au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant 50 B constitué du collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3, des tubes du deuxième ensemble 5B, de la deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7, du canal 9 et du collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4.
La boucle de fluide réfrigérant 10 est donc parcourue par un fluide réfrigérant qui circule dans le premier circuit de fluide réfrigérant 50A ainsi que dans le deuxième circuit de fluide réfrigérant 50B. Le premier circuit de fluide réfrigérant 50A est parcouru par le fluide réfrigérant selon un premier sens de circulation, représenté sur la figure 3 par des pointillés, tandis que le deuxième circuit de fluide réfrigérant 50B est parcouru par le fluide réfrigérant selon un deuxième sens de circulation, représenté par des tirets. Le premier sens de circulation et le deuxième sens de circulation sont opposés.
Lorsque le fluide réfrigérant emprunte le premier circuit de fluide réfrigérant 50A, il entre dans l’échangeur de chaleur 1 par l’orifice 30 du collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3. Il circule au sein de ce collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3 jusqu’au conduit 8, qu’il traverse de part en part ; il passe ainsi de la première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2 à la deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2. Le fluide réfrigérant circule ensuite au sein de la première boîte collectrice de fluide réfrigérant 6, qui dessert fluidiquement les tubes du premier ensemble 5A. Le fluide réfrigérant est ainsi acheminé jusqu’au collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4 par ces tubes du premier ensemble 5 A. Le fluide réfrigérant quitte ensuite l’échangeur de chaleur 2 par l’orifice 40 percé dans le collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4, et poursuit sa circulation à travers la boucle de fluide réfrigérant 10.
Lorsque le fluide réfrigérant circule dans le deuxième circuit de fluide réfrigérant 50B, il parvient également jusqu’à l’échangeur de chaleur 1 par le biais de l’orifice 30. Une fois dans le collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3, il emprunte les tubes du deuxième ensemble 5B qui sont reliés fluidiquement au collecteur d’entrée de fluide réfrigérant 3. Le fluide réfrigérant traverse ces tubes du deuxième ensemble 5B depuis la première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2 jusqu’à la deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2, où il est collecté dans la deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant 7. Le fluide réfrigérant circule ensuite jusqu’au canal 9, qu’il emprunte pour rejoindre le collecteur de sortie de fluide réfrigérant 4. Le fluide réfrigérant sort de l’échangeur par l’orifice 40 et continue à circuler au sein de la boucle de fluide réfrigérant 10.
Les tubes 5 étant empilés selon la direction d’empilement E selon une alternance entre un tube du premier ensemble 5 A et un tube du deuxième ensemble 5B, on comprend que les tubes 5 sont par conséquent empilés selon la direction d’empilement E selon une alternance entre un tube du premier circuit de fluide réfrigérant A et un tube du deuxième circuit de fluide réfrigérant B.
Par ailleurs, la circulation du fluide réfrigérant dans le premier circuit de fluide réfrigérant 50A et la circulation du fluide réfrigérant dans le deuxième circuit de fluide réfrigérant 50B étant dans des sens opposés, elles permettent une meilleure répartition du gradient de température du fluide réfrigérant au sein de la surface d’échange de chaleur 2. La température de la surface d’échange de chaleur 2 est ainsi plus homogène, de telle sorte qu’on limite la formation de givre sur la surface d’échange de chaleur 2 de l’échangeur de chaleur 1.
La présente invention propose ainsi un échangeur de chaleur dont les sens de circulation opposés du fluide réfrigérant permettent de limiter la formation de givre sur la surface d’échange de chaleur, tout en présentant un encombrement réduit du fait des dispositions particulières du conduit et du canal participant à la circulation de ce fluide réfrigérant.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen et toute configuration équivalents ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens.

Claims

REVENDICATIONS
1. Échangeur de chaleur (1) pour boucle de fluide réfrigérant (10), comprenant une surface d’échange de chaleur (2), un collecteur d’entrée de fluide réfrigérant (3) et un collecteur de sortie de fluide réfrigérant (4) disposés à une première extrémité longitudinale (21) de la surface d’échange de chaleur (2), une première boîte collectrice de fluide réfrigérant (6) et une deuxième boîte collectrice de fluide réfrigérant (7) disposées à une deuxième extrémité longitudinale (22) de la surface d’échange de chaleur (2) opposée à la première extrémité longitudinale (21), cette surface d’échange de chaleur (2) comprenant des tubes (5) configurés pour canaliser le fluide réfrigérant, ces tubes (5) s’étendant selon une direction longitudinale entre les collecteurs d’entrée et de sortie (3,4) d’une part et les première et deuxième boîtes collectrices (6,7) d’autre part, ces tubes (5) étant répartis en un premier ensemble de tubes (5A) et un deuxième ensemble de tubes (5B), l’échangeur de chaleur (1) étant caractérisé en ce qu’il comporte un conduit (8) distinct de la surface d’échange de chaleur (2), disposé entre le collecteur d’entrée (3) et la première boîte collectrice
(6), et un canal (9) distinct de la surface d’échange de chaleur (2), disposé entre le collecteur de sortie (4) et la deuxième boîte collectrice (7), et en ce qu’il comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant (50A) constitué du collecteur d’entrée (3), du conduit (8), de la première boîte collectrice (6), des tubes du premier ensemble (5A) et du collecteur de sortie (4), l’échangeur de chaleur (2) comprenant au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant (50B) constitué du collecteur d’entrée (3), des tubes du deuxième ensemble (5B), de la deuxième boîte collectrice
(7), du canal (9) et du collecteur de sortie (4).
2. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel les tubes (5) sont empilés selon une direction d’empilement (E) perpendiculaire à la direction longitudinale selon une alternance entre tubes du premier ensemble (5 A) et tubes du deuxième ensemble (5B).
3. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel les tubes (5) sont empilés selon une alternance entre un tube du premier ensemble (5A) et un tube du deuxième ensemble (5B).
4. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins une joue située dans un plan (20) dans lequel s etend la surface d échangé de chaleur (2) et a une premiere extrémité transversale (23) de celle-ci, le conduit (8) ou le canal (9) étant solidaire de ladite joue.
5. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel la joue disposée à la première extrémité transversale (23) de la surface d’échange de chaleur (2) est une première joue (80), l’échangeur de chaleur (2) comprenant une deuxième joue (90) située dans le plan (20) de la surface d’échange de chaleur (2) et à une deuxième extrémité transversale (24) opposée à la première extrémité transversale (23), le conduit (8) étant solidaire de la première joue (80) et le canal (9) est solidaire de la deuxième joue (90).
6. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conduit (8) s’étend le long d’une première direction (D8) et le canal (9) s’étend dans une deuxième direction (D9), la première direction (D8) et la deuxième direction (D9) étant parallèles.
7. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 4, dans lequel le collecteur d’entrée (3) et la première boîte collectrice (6) sont disposés d’un premier côté du plan (20) dans lequel s’étend la surface d’échange (2), tandis que le collecteur de sortie (4) et la deuxième chambre collectrice (7) sont disposés d’un deuxième côté dudit plan (20).
8. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel les collecteurs d’entrée et de sortie (3, 4) s’étendent tous deux dans un plan perpendiculaire au plan (20) de la surface d’échange de chaleur (2), et les première et deuxième boîtes collectrices (6,7) s’étendent toutes deux dans un plan perpendiculaire audit plan (20).
9. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, équipé d’un orifice d’entrée de fluide réfrigérant (30) et d’un orifice de sortie de fluide réfrigérant (40), ces orifices (30,40) étant disposés à une même extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur (2).
10. Échangeur de chaleur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le collecteur d’entrée (3) et le collecteur de sortie (4) sont soudés l’un à l’autre, et la première boîte collectrice (6) et la deuxième boîte collectrice (7) sont soudées l’une à l’autre.
11. Boucle de fluide réfrigérant (10) parcourue par un fluide réfrigérant et comprenant au moins un échangeur de chaleur (1) selon une quelconque revendication précédente, le premier circuit (50A) étant parcouru selon un premier sens de circulation, le deuxième circuit (50B) étant parcouru selon un deuxième sens de circulation, le premier et le deuxième sens de circulation étant opposés.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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