WO2023030977A1 - Échangeur de chaleur pour boucle de fluide réfrigérant - Google Patents

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WO2023030977A1
WO2023030977A1 PCT/EP2022/073520 EP2022073520W WO2023030977A1 WO 2023030977 A1 WO2023030977 A1 WO 2023030977A1 EP 2022073520 W EP2022073520 W EP 2022073520W WO 2023030977 A1 WO2023030977 A1 WO 2023030977A1
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collector
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Gael Durbecq
Kamel Azzouz
Jeremy Blandin
Julio GUERRA
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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 electric or hybrid vehicles.
  • An electric or hybrid car comprises a heating, ventilation and/or air conditioning installation for a motor vehicle and a refrigerant fluid loop configured to vary the temperature inside its passenger compartment, and in particular to heat it in winter and to cool it down in summer.
  • the temperature of the passenger compartment is modified in particular by means of the refrigerant fluid circulating in the refrigerant fluid loop between a heat exchange device arranged in the vehicle in the vicinity of the passenger compartment, and a heat exchanger located in contact with the ambient air, in front of the vehicle.
  • the coolant circulating in the coolant loop absorbs or releases calories at the heat exchanger or the heat exchange device depending on the heating or cooling needs of the passenger compartment.
  • the heat exchanger located on the front of the vehicle enables the exchange of calories between the coolant which circulates in tubes arranged one above the other and spaced from one another by spacers, and an air flow, coming from from outside the vehicle and passing through said heat exchanger between the tubes at the spacers.
  • the cooling of the condensation droplets may form frost locally on the spacers between the heat exchanger tubes. heat. Such a presence of frost generates obstacles to the passage of air through the heat exchanger and therefore tends to reduce the thermal capacities of the heat exchanger.
  • the present invention aims to remedy this drawback, by proposing a refrigerant loop, and more particularly a heat exchanger, making it possible to limit the formation of frost on the latter.
  • the invention therefore makes it possible to increase the thermal capacities of the heat exchanger and therefore of the refrigerant fluid loop.
  • the main object of the present invention is thus a heat exchanger for a refrigerant fluid loop comprising a heat exchange surface, a first refrigerant fluid collector and a second refrigerant fluid collector arranged respectively at a first longitudinal end of the surface of the refrigerant.
  • a connection device associated with the at least one refrigerant fluid collector comprises a refrigerant inlet split into a first fluid inlet channel connected to the fluid inlet portion of the first ch collecting amber and in a second fluid inlet channel connected to the fluid inlet portion of the second collecting chamber, and a coolant fluid outlet conduit making the junction between a first fluid outlet channel connected to the portion fluid outlet of the first collection chamber and a second fluid outlet channel connected to the fluid outlet portion of the second collection chamber.
  • 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 fluid circulates refrigerant.
  • This heat exchanger comprises the heat exchange surface within which heat exchanges take place between a flow of air, intended to pass through said exchange surface, and the refrigerant fluid circulating within the tubes of this exchange surface, the coolant capturing or transferring calories to the air flow depending on the configuration of the coolant loop, intended to cool or heat the passenger compartment of the vehicle.
  • the partition wall extends across a manifold to delimit two manifold chambers within the same refrigerant manifold, such that the first manifold chamber and the second manifold chamber are fluidically separated.
  • the coolant caused to circulate in one of the collecting chambers can circulate only in the tubes associated with this collecting chamber.
  • the first manifold chamber and the second manifold chamber each comprise both a fluid inlet portion and a fluid outlet portion. These fluid inlet portions and these fluid outlet portions are therefore grouped together within the same refrigerant fluid manifold.
  • the fluid inlets and outlets can be located on a single refrigerant fluid manifold.
  • the heat exchanger thus advantageously has a single connection device, this connection device being equipped with two fluid inlet channels and two fluid outlet channels. Each of these channels is connected to one of the fluid inlet or outlet portions of the collecting chambers of the at least one refrigerant fluid collector.
  • connection device comprises a connection flange fixed to the at least one refrigerant fluid manifold and in which the two fluid inlet channels and the two fluid outlet channels are formed.
  • the fluid inlet and fluid outlet channels are connected to one of the collecting chambers by means of tubular elements capable of connecting the body of the connection flange to the at least one coolant manifold.
  • tubular elements in particular allow the body of the connecting flange to be arranged on the at least one refrigerant fluid manifold at a distance from the fluid inlet or outlet portion which receives the fluid inlet or outlet channel corresponding fluid. Conversely, if the body of the connection flange is arranged directly opposite the corresponding fluid inlet or outlet portions, the fluid inlet or outlet channels are connected directly to the corresponding fluid manifold, without tubular elements.
  • the tubular elements are arranged in the extension of a main elongation plane of the heat exchange surface.
  • the two inlet channels formed in the connection flange extend perpendicular to each other, and/or in which the two outlet channels formed in the connection flange extend extend perpendicular to each other.
  • the heat exchange surface comprises tubes configured to channel the coolant, these tubes extending longitudinally between the first coolant manifold and the second coolant manifold, the tubes being distributed into two sets of tubes, the tubes of a first set opening into the first collecting chamber of the at least one coolant manifold and the tubes of a second set opening into the second collecting chamber of the at least one manifold of refrigerant fluid.
  • the tubes allow the circulation of the refrigerant fluid within the heat exchange surface, and convey the fluid either to the first collecting chamber or from it, or to the second chamber. manifold or from it.
  • the tubes are stacked in a stacking direction according to an alternation between the tubes of the first set and the tubes of 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 to the other of the heat exchange surface in a stacking direction of the tubes which is perpendicular to their direction of elongation.
  • the first collecting chamber and the second collecting chamber of the at least one refrigerant fluid collector are aligned in a longitudinal direction, the first collecting chamber being located between the heat exchange surface and the second collection chamber, the tubes of the first set having a longitudinal dimension less than a longitudinal dimension of the tubes of the second set, these longitudinal dimensions being measured between a median plane extending perpendicular to the heat exchange surface and the at least a coolant manifold.
  • the first collecting chamber is interposed, in a longitudinal direction, between the heat exchange surface and the second collecting chamber.
  • the median plane extending equidistant from the first collector and the second collector, separates the heat exchanger into two symmetrical or at least substantially equivalent parts, it being understood that supply and evacuation ducts can be connected in different zones on one collector with respect to the other without this preventing the plane perpendicular to the heat exchange surface and equidistant from the collectors from being considered as a median plane within the meaning of the invention.
  • the extension length of a tube can also be considered the extension length of a tube, which is distinguished from its longitudinal dimension.
  • the extension length is measured from a first longitudinal end of the tube to its second longitudinal end, i.e. from the first refrigerant manifold to the second refrigerant manifold, and the longitudinal dimension is measured between the median plane and the first refrigerant manifold.
  • refrigerant fluid is split into two collecting chambers, the tubes of the first set opening into a first collecting chamber and the tubes of the second set opening into a second collecting chamber, the tubes of the first together and the tubes of the second set being of different extension lengths.
  • the extension length of the tubes of the first set is such that these tubes extend, at one of their longitudinal ends, to the first collecting chamber of the first collector and at the other of their longitudinal ends to the first collecting chamber of the second collector.
  • the tubes of the second set have an extension length such that these tubes extend, at one of their longitudinal ends, as far as the second collecting chamber of the first collector and at the other of their longitudinal ends to the second collecting chamber of the second collector.
  • the second refrigerant fluid collector is split into two collecting chambers, the tubes of the first set opening into a second collecting chamber and the tubes of the second set opening into a first collecting chamber, the tubes of the first set and the tubes of the second set being of the same extension length.
  • the tubes of the first set open into the first collecting chamber of the first collector and into the second collector chamber of the second collector, while the tubes of the second set open into the second collector chamber of the first collector and into the first collector chamber of the second collector.
  • the heat exchanger comprises at least a first refrigerant circuit consisting of the first fluid inlet channel of the connection device, of the fluid inlet portion of the first collecting chamber of the first coolant manifold fluidically connected to the tubes of the first set, of the tubes of the first set, of the first collecting chamber of the second manifold fluidically connected to the tubes of the first set, of the fluid outlet portion of the first collecting chamber of the first refrigerant manifold fluidly connected to the tubes of the first set and the first fluid outlet channel, the first fluid inlet channel being configured to be fluidly connected to a first portion of the refrigerant loop and the first outlet channel of fluid being configured to be fluidically connected to a second portion of the refrigerant fluid loop, the heat exchanger comprising at least a second circuit of refrigerant fluid consisting of the second fluid inlet channel of the connection device, of the portion fluid inlet of the second collecting chamber of the first coolant manifold fluidically connected to the tubes of the second set, of the tubes of the second
  • the refrigerant circuits as they have just been described correspond to a heat exchanger according to the first embodiment, for which the tubes of the first set and the tubes of the second set have different extension lengths .
  • 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.
  • the heat exchanger comprises at least a first refrigerant fluid circuit consisting of the first fluid inlet channel of the connection device, of the fluid inlet portion of the first collecting chamber of the first refrigerant fluid fluidly connected to the tubes of the first set, of the tubes of the first set, of the second collecting chamber of the second manifold fluidically connected to the tubes of the first together, the fluid outlet portion of the first collecting chamber of the first coolant manifold fluidly connected to the tubes of the first set and the first fluid outlet channel, the first fluid inlet channel being configured to be fluidly connected to a first portion of the coolant loop and the first fluid outlet channel being configured to be fluidically connected to a second portion of the coolant loop, the heat exchanger comprising at least a second coolant circuit consisting of the second fluid inlet channel of the connection device, of the fluid inlet portion of the second collecting chamber of the first refrigerant fluid collector fluidically connected to the tubes of the second set, of the tubes of the second set, of the first chamber manifold of the second ref
  • the fluid outlet portion of the first collecting chamber and the fluid inlet portion of the second collecting chamber are separated from the fluid outlet portion of the second collecting chamber and from the fluid inlet of the first collecting chamber through a watertight bulkhead.
  • a first of these circuits for example the refrigerant circuit having an inlet portion in the second collecting chamber and an outlet portion in the first collecting chamber, is thus separate from a second refrigerant circuit, for example the circuit having an input portion in the first collecting chamber and a portion of outlet in the second collecting chamber.
  • Each circuit thus has its own fluid inlet and outlet portions, the sealed partition allowing these two circuits to coexist in the same manifold. In this way, all the fluid inlet and outlet portions are grouped together at the same longitudinal end of the heat exchange surface.
  • the fluid outlet portion of the first collecting chamber and the fluid inlet portion of the second collecting chamber are separated from the fluid outlet portion of the second collecting chamber and from the fluid inlet of the first collecting chamber through a watertight bulkhead.
  • FIG. 1 schematically illustrates a cross-sectional view of the heat exchanger according to the invention, showing in particular a heat exchange surface and two coolant manifolds arranged on either side of this exchange surface heat, as well as a connection device arranged on one of the collectors;
  • FIG. 2 schematically illustrates, in a cross-sectional view, tubes configured to channel the coolant fluid and participating in forming the heat exchange surface and part of one of the coolant fluid collectors, making visible in particular the characteristic according to which tubes from a first set open into a first collecting chamber and tubes from a second set open into a second collecting chamber;
  • FIG. 3 illustrates, schematically, a perspective view of the connection device of the heat exchanger of FIG. 1, the collector on which the connection device is intended to be fixed being partially represented;
  • FIG. 4 illustrates, schematically, a cross-sectional view of the connection device of FIG. 3 and of the portion of the refrigerant fluid manifold on which the connection device is fixed;
  • FIG. 5 schematically illustrates a refrigerant loop including the heat exchanger of Figure 1.
  • characteristics, variants and different embodiments of the invention may be associated with each other, in various combinations, insofar as they are not incompatible or exclusive with respect to each other.
  • variants of the invention may be imagined comprising only a selection of characteristics described below in isolation from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage and/or to differentiate the invention. compared to the prior art.
  • a longitudinal direction corresponds to a main direction of elongation of the tubes configured to channel the refrigerant fluid, this longitudinal direction being parallel to a longitudinal axis L of a reference L, V, T illustrated in the figures.
  • a vertical direction corresponds to a stacking direction of these tubes, this vertical direction being parallel to a vertical axis V of the reference L, V, T and this vertical axis being perpendicular to the longitudinal axis L.
  • a transverse direction corresponds in a direction parallel to a transverse axis T of the reference L, V, T, this transverse axis T being perpendicular to the longitudinal axis L and to the vertical axis V.
  • 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 schematically illustrates a heat exchanger 1 according to the invention suitable for equipping a refrigerant fluid loop of a vehicle, represented schematically in FIG. 5, this heat exchanger 1 being represented here in section according to a plane of longitudinal and vertical section.
  • the heat exchanger 1 comprises a heat exchange surface 2, which is intended to be traversed by a flow of air 100 flowing substantially perpendicular to the plane of elongation in which the heat exchange surface mainly fits heat.
  • the heat exchanger 1 also comprises a first coolant manifold 3, disposed at a first longitudinal end 21 of the heat exchange surface 2, and a second coolant fluid manifold 4, disposed at a second longitudinal end 22 of the heat exchange surface 2. It is thus understood that the heat exchange surface 2 is delimited longitudinally by the first refrigerant fluid collector 3 on the one hand, and by the second refrigerant fluid collector 4 on the other hand.
  • the first coolant manifold 3 and the second coolant manifold 4 have at their respective vertical ends partitions, not shown in this figure. These partitions make it possible to seal the refrigerant fluid manifolds 3 and 4.
  • the heat exchange surface 2 comprises tubes 5 which are configured to channel the refrigerant fluid from one collector to another. These tubes 5 thus extend longitudinally between the first coolant manifold 3 and the second coolant fluid manifold 4, being stacked in a stacking direction E, which corresponds to a vertical direction of the heat exchanger 1.
  • the tubes 5 are divided into two sets of tubes, forming a first set 5A and a second set 5B, each set of tubes being fluidically distinct from the other set of tubes.
  • first set 5A and a second set 5B each set of tubes being fluidically distinct from the other set of tubes.
  • these tubes of the first set 5A open out at a first of their longitudinal ends into the first collecting chamber 30 of the first coolant manifold 3, and at a second of their longitudinal ends in the first collecting chamber 40 of the second coolant manifold 4.
  • the tubes of the second set 5B open out at a first of their longitudinal ends in the second collecting chamber 31 of the first coolant manifold 3, and at a second of their longitudinal ends in the second collecting chamber 41 of the second fluid manifold 4.
  • the tubes of the first set 5A open at a first of their longitudinal ends into the first collecting chamber 30 of the first refrigerant fluid collector 3, and at a second of their longitudinal ends in the second collecting chamber 41 of the second coolant manifold 4.
  • the tubes of the second set 5B open at a first of their longitudinal ends into the second collecting chamber 31 of the first coolant manifold 3, and at a second of their longitudinal ends in the first collector chamber 40 of the second fluid collector 4.
  • the tubes of the first set 5A have, at their two longitudinal ends, free ends capable of letting the refrigerant fluid pass, these free ends being arranged respectively in the first collecting chamber 30 of the first refrigerant fluid collector 3 and in the first collecting chamber 40 or the second collecting chamber 41 of the second refrigerant fluid collector 4, according to the embodiment.
  • the tubes of the second set 5B have, at their two longitudinal ends, free ends arranged respectively in the second collecting chamber 31 of the first refrigerant fluid collector 3, and in the first collecting chamber 40 or second collecting chamber 41 of the second coolant manifold 4 according to the embodiment.
  • At least one refrigerant fluid collector is split into two collecting chambers.
  • this at least one refrigerant fluid manifold corresponds to the first refrigerant fluid manifold 3.
  • This at least one refrigerant fluid manifold can however be disposed, indifferently, at a first longitudinal end 21 of the heat exchange surface 2 or at a second longitudinal end 22 of the heat exchange surface 2.
  • the two collectors may have such a partition into two collecting chambers, and it may in particular be provided for the two collectors to have equivalent configurations, mirroring one with respect to the other. 'other on either side of the heat exchange surface.
  • the first refrigerant fluid collector 3 is split into two collecting chambers 30 and 31, namely a first collecting chamber 30 and a second collecting chamber 31, and the second cooling fluid collector 4 is also split into two collecting chambers 40 and 41, namely a first collecting chamber 40, and a second collecting chamber 41.
  • the first collecting chamber 30 and the second collecting chamber 31 of the first refrigerant fluid collector 3 are aligned in a longitudinal direction, with the first collecting chamber 30 which is located between the heat exchange surface 2 and the second collecting chamber 31.
  • the first collecting chamber 40 and the second collecting chamber 41 of the second refrigerant fluid collector 4 are aligned in a longitudinal direction, with the first collecting chamber 40 which is located between the heat exchange surface 2 and the second collecting chamber 41.
  • the first collector chamber 30 of the first refrigerant fluid collector 3 comprises a fluid inlet portion 300 and a fluid outlet portion 301. Each of these portions of the first collector chamber is equipped with a fluidic connection endpiece, which allows the connection to the refrigerant fluid loop to allow the supply and evacuation of this refrigerant fluid.
  • a first inlet end piece and a first outlet end piece, forming connection means 83, as will be described in more detail below, are thus arranged in the first manifold so as to open into the first collecting chamber. and to have a free end opening out of the heat exchanger. As can be seen in FIG. 1, these end pieces are for this purpose arranged so as to pass through the second collecting chamber.
  • the second collecting chamber 31 of the first refrigerant fluid collector 3 comprises a fluid inlet portion 310 and a fluid outlet portion 311, which can also be connected to a fitting to facilitate connection to the refrigerant fluid loop, or well be only equipped with an orifice allowing fluid communication between the second collecting chamber and the refrigerant loop.
  • the fluid inlet portion 300 and the fluid inlet portion 310 correspond to the portions through which the refrigerant enters the heat exchanger 1, while the fluid outlet portion 301 and the fluid outlet portion 311 correspond to the portions through which the refrigerant is evacuated from the heat exchanger 1.
  • the fluid enters the heat exchanger through two separate inlet portions, the portion of fluid penetrating through the portion fluid inlet associated with the first collecting chamber, respectively the second collecting chamber, being intended to circulate in the heat exchange surface, and in particular through the first set of tubes, respectively the second set of tubes, as will be described below afterwards, to return in the direction of the fluid outlet portion associated with this first collecting chamber, respectively this second collecting chamber, and exit the heat exchanger.
  • the fluid inlet portions 300 and 310 and the fluid outlet portions 301 and 311 respectively associated with one or the other of the collecting chambers of the first refrigerant fluid collector 3 are advantageously arranged in the vicinity of the same longitudinal end 21 of the heat exchange surface 2.
  • the heat exchanger 1 has a connection device 68 associated with the first refrigerant fluid collector 3.
  • This connection device 68 comprises a refrigerant fluid inlet conduit 6 and a refrigerant fluid outlet conduit 7
  • the coolant fluid inlet duct 6 is split into a first fluid inlet channel 60 and a second fluid inlet channel 61, while the fluid outlet duct 7 forms the junction between a first fluid inlet channel fluid outlet 70 and a second fluid outlet channel 71.
  • connection device 68 comprises a connection flange 8 secured to the first refrigerant fluid manifold and consisting here of a substantially rectangular housing within which are made of hollow tubular portions to form the various channels.
  • the first fluid inlet channel 60 is connected to the fluid inlet portion 300 of the first collection chamber 30, and the second fluid inlet channel 61 is connected to the fluid inlet portion 310 of the second collecting chamber 31.
  • the first fluid outlet channel 70 is connected to the fluid outlet portion 301 of the first collecting chamber 30, and the second fluid outlet channel 71 is connected to the fluid outlet portion 311 of the second collecting chamber 31.
  • the first fluid inlet channel 60 and the second fluid outlet channel 71 are connected to their corresponding collecting chamber portion via a tubular element 82 .
  • Figure 2 is a sectional view of part of the tubes 5 configured to channel the refrigerant fluid and of the first refrigerant fluid manifold 3.
  • the tubes of the first set 5A have a main extension length of a value less than that of the main extension length of the tubes of the second set 5B.
  • These main extension lengths correspond to the dimension of the tubes 5 between their first longitudinal ends and their second longitudinal ends. It is thus understood that each of the tubes of the first set 5A is shorter than each of the tubes of the second set 5B, and conversely each of the tubes of the second set 5B is longer than each of the tubes of the first set 5A.
  • the tubes of the first set 5A and the second set 5B have the same main extension length.
  • the heat exchanger 1 according to the first embodiment is described here, but it is understood that the characteristics of this heat exchanger 1 are applicable mutatis mutandis to the second embodiment.
  • the tubes 5 are stacked in the stacking direction E alternately between the tubes of the first set 5A and the tubes of the second set 5B.
  • This alternation results in the repetition of an arrangement pattern composed of a tube from the first set 5A and a tube from the first set 5B, this arrangement pattern being repeated in the stacking direction E.
  • the alternation between tube of the first set 5A and tube of the second set 5B extends from one vertical end to the other of the exchange surface 2.
  • the first coolant manifold 3 has at a first of its longitudinal ends an outer wall 33, located at a distance from the heat exchange surface 2, and at a second of its longitudinal ends a sealing wall 34. These walls 33 and 34 extend in a substantially vertical direction, that is to say in the stacking direction E of the tubes 5.
  • the sealing wall 34 forms a contact surface between the heat exchange surface and the first collector, and it comprises slots 340 arranged in parallel one above the other along the vertical direction, and each sized to pass either a tube from the first set 5A or a tube from the second set 5B.
  • the first collecting chamber 30 and the second collecting chamber 31 are separated by a dividing wall 32.
  • This dividing wall 32 has a first face and a second face, the first face being facing the first collecting chamber 30 while the second face is facing the second collecting chamber 31.
  • the separating wall 32 has windows 320 able to let the tubes of the second set pass 5B, so that these tubes open into the second collecting chamber 30.
  • the heat exchange surface 2, the sealing wall 34, the first collecting chamber 30, the separating wall 32 and the second collecting chamber 31 are aligned along a longitudinal direction, which corresponds to the direction of tube extension 5.
  • the sealing wall 34 comprises first slots which are configured to receive the tubes of the first set 5A, which thus pass through the sealing wall to open into the first collecting chamber 30.
  • the sealing wall 34 also comprises second slots, configured to receive the tubes of the second set 5B. These tubes of the second set 5B, longer than the tubes of the first set 5A, also pass through the separation wall 32, which has windows 320 capable of receiving them.
  • the tubes of the second set 5B can therefore pass through the first sealing wall 34, the first collecting chamber 30 and the separating wall 32, to reach the second collecting chamber 31 into which they open. It is understood that to allow the passage of the tubes of the second set 5B through the partition wall 32 and the sealing wall 34, the windows 320 of the separating wall 32 are opposite the second slots of the sealing wall 34 .
  • the windows 320 and the slots 340 are formed at regular intervals, respectively, in the partition wall 32 and the sealing wall 34. Such openings in the partition walls 32 and sealing 34 form cylinders for receiving the tubes. 5.
  • these receiving cylinders all have a similar shape, the outer profile of the tubes being the same whether they form part of the first set of tubes or of the second set of tubes. Additionally, provision may be made for the outer profile of the tubes of the first set to be different from the outer profile of the tubes of the second set, and for the slots and the windows to have, in order to cooperate with their respective tubes, profiles which may vary. In this way, foolproofing means are formed which make it possible to ensure that a tube from the first set is not mounted in place of a tube from the second set.
  • the first coolant manifold 3 further comprises a sealed partition 9, which extends on either side of the separation wall 32, from the outer wall 33 of the first coolant manifold 3 to the wall of sealing 34 of this first refrigerant fluid collector 3.
  • This sealed partition 9 is parallel to the longitudinal direction of the heat exchanger 1 and perpendicular to the partition wall 32, to the outer wall 33 and to the sealing wall 34.
  • This sealed partition 9 operates a separation between on the one hand an assembly formed by the fluid outlet portion 301 of the first collecting chamber 30 and the fluid inlet portion 310 of the second collecting chamber 31, and on the other starts from an assembly formed by the fluid outlet portion 311 of the second collecting chamber 31 and the fluid inlet portion 300 of the first collecting chamber 30.
  • the sealed partition 9 has a first face 91 and a second face 92, which make it possible to distinguish the tubes of the first set 5A which are arranged opposite this first face 91 and the tubes of the first set 5A which are arranged opposite this second face 92.
  • the watertight partition 9 separates the tubes of the second set 5B which are arranged opposite the first face 91 and the tubes of the second set 5B which are arranged opposite the second face 92.
  • FIG. 3 is a perspective view of the connection device 68 of the heat exchanger 1, which makes the connection flange 8 mentioned above with reference to FIG. 1 more particularly visible.
  • the body 80 of the connection flange 8 is a substantially rectangular box, one longitudinal end face 85 of which is pressed against the first coolant manifold 3.
  • the housing forming a flange body has a connection face 84 on a transverse end face.
  • This connection face 84 is pierced with two connection orifices 63, 73 to which the inlet fluid 6 and the fluid outlet conduit 7.
  • connection flange 8 also has, on a first vertical end face, perpendicular to the connection face 84, a connection face 86 to which the tubular elements 82 which will be described below are connected. after and which allow the connection between the flange body and the collecting chambers of the first manifold arranged at a distance from the flange body.
  • connection orifices of the fluid inlet and outlet ducts may be arranged on a face other than the illustrated transverse end face, or else that they are distributed over two distinct faces and in particular over the two opposite transverse end faces of the casing, and provision may be made for the tubular elements 82 to be connected on a face other than the first vertical end face. It is however notable that the face of the housing of the flange body on which the tubular elements are attached is substantially perpendicular to the connection face.
  • the longitudinal end face 85 pressed against the collector, and more particularly against the outer wall 33 of the first collector 3, has a concave shape, which is complementary to a convex shape of the outer wall 33 of the first collector 3. This complementarity of the complementary face 85 and of the outer wall 33 allows easy assembly of these two elements, and ensures their relative maintenance.
  • the flange fixed to the first manifold and forming part of the connection device 68 is such that various channels are formed within it, so that the fluid inlet duct 6, communicating with a connection orifice inlet 63 formed in the connection face 84, is split into two fluid inlet channels extending distinctly into the flange from this inlet connection orifice 63 and among which the first inlet channel of fluid 60 and the second fluid inlet channel 61. And similarly, two fluid outlet channels extend distinctly within the housing until they meet at the outlet connection orifice 73 associated with the fluid outlet conduit 7, so that this fluid outlet conduit ensures the junction between the first fluid outlet channel 70 and the second fluid outlet channel 71.
  • the fluid inlet channels 60, 61 arranged in the body 80 of the connecting flange 8 extend perpendicular to one another from the inlet connection port 63.
  • the fluid outlet channels 70, 71 arranged in the body 80 of the connection flange 8 extend perpendicularly with respect to each other from the outlet connection orifice 73.
  • the channels of entry lead to faces of the housing forming the flange body 80 which are distinct and perpendicular to each other, and that analogously the outlet channels open onto faces of the casing forming the flange body which are separate and perpendicular with respect to one another.
  • the inlet and outlet connection orifices 63, 73, to which the inlet and outlet ducts 6, 7 are connected, as well as the inlet channels and the outlet channels, can in particular be made in the thickness of the casing forming the connection flange by a machining operation, for example by performing a drilling or a bore.
  • the housing and the channels made within it can be made by additive manufacturing.
  • the fluid inlet and outlet channels 60, 61, 70 and 71 can be connected to the first refrigerant fluid manifold 3 according to different embodiments, and in particular be directly connected by welding or brazing of the connection flange on the first manifold, or else be connected via a tubular element as mentioned above. More particularly, the flange is fixed on the manifold in such a way that two channels are arranged directly opposite orifices, not shown in FIG. 3, pierced in the outer wall 33 of the first refrigerant fluid manifold 3. embodiment represented by the present figure, the second fluid inlet channel 61 and the first fluid outlet channel 70 are directly opposite the corresponding orifices of the outer wall 33.
  • the first fluid inlet channel 60 and the second fluid outlet channel 71 are themselves connected to orifices formed in the first manifold 3 via the tubular elements 82.
  • These tubular elements 82 can in particular take the form of rigid and bent tubes capable of channeling the refrigerant fluid.
  • the tubular elements 82 are advantageously arranged in the extension of the elongation plane of the heat exchange surface 2 so that the heat exchanger 1 has a reduced bulk.
  • connection means 83 can be provided to ensure the sealing of the passage between the channels and the collecting chambers formed in the first manifold.
  • connection means 83 can for example be end pieces 830 equipped or not with collars 831.
  • the end pieces 830 can in particular be inserts and fitted onto the fluid inlet or outlet channels, or the associated tubular elements, the dimensions of which make it possible to pass through the orifice formed in the outer surface 33 of the first manifold, and to open into the collecting chamber with which the corresponding channel must communicate fluidly.
  • FIG. 3 illustrates a connection device 68 for which the fluid inlet channels 60 and 61 are perpendicular to each other, and the fluid outlet channels 70 and 71 are perpendicular to each other, so that they lead to perpendicular faces.
  • the present invention intends to cover, in which the fluid inlet channels 60 and 61 would be in continuity with each other so as to open out on opposite faces, and / or in which the fluid outlet channels 70 and 71 are in continuity with each other so as to open out on opposite faces.
  • the body 8 of the connection flange 80 would then comprise a fluid inlet channel and a fluid outlet channel on its connection face 86, and a fluid inlet channel and a fluid outlet channel on its opposite face 87. And all the fluid inlet and outlet channels 60, 61, 70 and 71 would be associated with tubular elements 82 so as to connect them to the inlet or outlet portions of fluid 300, 301, 310, 311 respectively.
  • FIG. 4 is a sectional view of the connection device 68 of FIG. 3 and of the first refrigerant fluid collector 3, which makes visible the fact that the first collector is split into the first collector chamber 30 and the second collector chamber 31, which are themselves respectively divided into a fluid inlet portion 300 and a fluid outlet portion 301, and a fluid inlet portion 310 and a fluid outlet portion 311.
  • connection device 68 comprises a first fluid inlet channel 60, a second fluid inlet channel 61, a first fluid outlet channel 70 and a second fluid outlet channel 71.
  • Each of these channels 60, 61, 70 and 71 is connected to one of the portions 300, 301, 310 and 311 of the collecting chambers 30 and 31, as follows: the first fluid inlet channel 60 is connected to the fluid inlet portion 300 of the first collecting chamber 30, the first fluid outlet channel 70 is connected to the fluid outlet portion 301 of the first collecting chamber 30, the second fluid inlet channel 61 is connected to the fluid inlet portion 310 of the second collecting chamber 31, and the second fluid outlet channel 71 is connected to the fluid outlet portion 311 of the second collecting chamber 31.
  • connection means 83 and more particularly a tip 830 and/or a flange 831. Tips 830 and collars 831 thus form means capable of sealingly connecting the fluid inlet or outlet channels 60, 61, 70 and 71 which they decorate to the fluid inlet or outlet portions 300, 301, 310 and 311 to which they are connected.
  • the end pieces 830 can for example be forced into the outer wall 33 of the refrigerant fluid manifold 3, thus guaranteeing the tightness of the refrigerant fluid loop 10.
  • One of the end pieces 830 can also be a rigid end piece, and as such serve as a positioning point when assembling the connection flange 8 to the refrigerant fluid manifold 3.
  • the flanges 831 can be used abutment means during assembly, thus allowing easy positioning of this connection flange 8 in contact with the refrigerant fluid manifold 3.
  • Some tips 830 may have a conical shape, as is the case for the fluid inlet 60 and fluid outlet 70 channels according to the embodiment illustrated in the present figure. This conical shape allows the channels in particular to pass through the second collecting chamber 31 and the separating wall 32 without being in contact with the tubes of the second set 5B, in order to open into the first collecting chamber 30 into which the tubes of the first set 5A also open. .
  • the sealed partition 9 makes it possible to operate a physical and fluidic separation between, on the one hand, the fluid inlet portion 300 of the first collecting chamber 30, the first fluid inlet channel 60, the fluid outlet portion 311 of the second collecting chamber 31 and the second fluid outlet channel 71, and on the other hand the fluid outlet portion 301 of the first collecting chamber 30, the first fluid outlet channel 70, the inlet portion of fluid 310 from the second collecting chamber 31 and the second fluid inlet channel 61.
  • the refrigerant fluid collector 3 is split into two collecting chambers 30 and 31 which are aligned in one direction longitudinal, the second collecting chamber 31 being arranged between the first collecting chamber 30 and the connecting device 68.
  • the connecting device 68 is therefore configured to connect to the fluid inlet conduit and to the fluid outlet conduit two collecting chambers arranged one behind the other, and has for this purpose connection means 83 suitable for two of them to pass through one of these collecting chambers in order to reach the second.
  • two of the connection means of the connection device 68 pass through the second collecting chamber 31 to connect the first collecting chamber 30.
  • the present invention also intends to cover embodiments in which the collecting chambers would be distinct, that is to say not individualized within the same collector. It could in particular be two collecting chambers arranged one beside the other in a transverse direction.
  • a body 80 of connection flange 8 could for example be fixed to a first collecting chamber, so that the second fluid inlet channel 61 and the first fluid outlet channel 70 are directly connected to this first collecting chamber, c that is to say without requiring tubular elements 82.
  • the connection flange 8 would comprise a first fluid inlet channel 60 and a second fluid outlet channel 71, themselves equipped with tubular elements 82, these tubular elements 82 being connected to the second collecting chamber arranged transversely next to the first collecting chamber.
  • Figure 5 schematically illustrates a refrigerant loop 10 including the heat exchanger 1 according to the first embodiment of Figure 1, whose heat exchange surface 2 is crossed by an air flow 100.
  • first collecting chamber 30 of the first refrigerant fluid collector 3 has the inlet portion 300, which is connected to the first fluid inlet channel 60, and the outlet portion 301 which is connected to the first fluid outlet channel 70.
  • second collecting chamber 31 of the first refrigerant fluid collector 3 has the inlet portion 310, which is connected to the second fluid inlet channel 61, and the outlet portion 311 which is connected to the second fluid outlet channel 71.
  • the fluid inlet portion 300 of the first collecting chamber 30 and the fluid inlet portion 310 of the second collecting chamber 31 are therefore fluidically connected via connection device 68. Indeed, the fluid inlet portions 300 and 310 are respectively connected to the first fluid inlet channel 60 and to the second inlet channel of fluid 61, thus allowing the supply of the exchange surface 2 with refrigerant fluid through the fluid inlet conduit 6.
  • the outlet portion 301 of the first collecting chamber 30 and the outlet portion 311 of the second collecting chamber 31 are also fluidically connected; they are respectively connected to the first fluid outlet channel 70 and to the second fluid outlet channel 71, allowing the evacuation of the refrigerant fluid leaving the exchange surface 2 via the fluid outlet conduit 7.
  • the heat exchanger 1 comprises at least a first refrigerant circuit 50A consisting of the first fluid inlet channel 60 of the connection device 68, of the fluid inlet portion 300 of the first collecting chamber 30 of the first collector refrigerant fluid 3 fluidically connected to the tubes of the first set 5A, of the tubes of the first set 5A, of the first collecting chamber 40 of the second manifold 4 fluidically connected to the tubes of the first set 5A, of the fluid outlet portion 301 of the first collecting chamber 30 of the first refrigerant fluid collector 3 fluidly connected to the tubes of the first assembly 5A and of the first fluid outlet channel 70.
  • a first refrigerant circuit 50A consisting of the first fluid inlet channel 60 of the connection device 68, of the fluid inlet portion 300 of the first collecting chamber 30 of the first collector refrigerant fluid 3 fluidically connected to the tubes of the first set 5A, of the tubes of the first set 5A, of the first collecting chamber 40 of the second manifold 4 fluidically connected to the tubes of the first set 5A, of the
  • the first fluid inlet channel 60 is configured to be fluidically connected to a first portion of the refrigerant loop, and the first fluid outlet channel 70 is configured to be fluidically connected to a second portion of the fluid loop refrigerant.
  • the heat exchanger 1 also comprises at least one second refrigerant circuit 50B consisting of the second fluid inlet channel 61 of the connection device 68, of the fluid inlet portion 310 of the second collecting chamber 31 of the first coolant manifold 3 fluidically connected to the tubes of the second set 5B, of the tubes of the second set 5B, of the second collecting chamber 41 of the second coolant manifold 4 fluidically connected to the tubes of the second set 5B, of the outlet portion of fluid 311 from the second collecting chamber 31 of the first fluid collector 3 fluidically connected to the tubes of the second set 5B and of the second fluid outlet channel 71.
  • the second fluid inlet channel 61 is configured to be fluidically connected to the first portion of the refrigerant loop, and the second fluid outlet channel 71 is configured to be fluidically connected to the second portion of the fluid loop refrigerant.
  • the collecting chambers within the same collector being fluidically distinct from each other and the tubes of the first set 5A and the tubes of the second set 5B also being distinct from each other, it is understood that the portion of refrigerant fluid which flows in the first circuit of refrigerant fluid 50A can circulate within the heat exchanger independently of the portion of refrigerant fluid which flows in the second circuit of refrigerant fluid 50B, before being grouped together again in a common flow at the outlet of the heat exchanger.
  • Such an arrangement makes it possible in particular to circulate the refrigerant fluid within the exchange surface 2, and by extension within the heat exchanger 1, according to two distinct and opposite directions of circulation in neighboring tubes.
  • the coolant takes the first coolant circuit 50A
  • the coolant is routed to the heat exchanger 1 via the fluid inlet pipe 6 arranged in the connection device 68. It circulates in the first inlet channel 60 then through the tubes of the first set 5A which are arranged opposite the first face 91 of the sealed partition 9, from the inlet portion 300 of the first collecting chamber 30 of the first refrigerant fluid collector 3 to the first collecting chamber 40 of the second refrigerant fluid collector 4. It then borrows the tubes of the first set 5A which are arranged opposite the second face 92 of the sealed partition 9 in order to reach the outlet portion 301 from the first collecting chamber 30 of the first refrigerant fluid collector 3, where it passes through the first fluid outlet channel 70 to reach the fluid outlet conduit 7.
  • the second refrigerant fluid circuit 50B corresponds to a circulation of the refrigerant fluid from the fluid inlet pipe 6 arranged in the connection device 68.
  • the refrigerant fluid circulates through the second inlet channel 61 then, via tubes of the second set 5B which are arranged opposite of the second face 92 of the sealed partition 9, from the inlet portion 310 of the second collecting chamber 31 of the first manifold 3 as far as the second collecting chamber 41 of the second refrigerant fluid manifold 4.
  • the refrigerant fluid then circulates in the tubes of the second set 5B arranged opposite the first face 91 of the sealed partition 9 to be routed to the outlet portion 311 of the second collecting chamber 31 of the first refrigerant fluid collector 3, where it passes through the second fluid outlet channel 71 to join the fluid outlet duct 7.
  • the refrigerant is intended to exchange calories with an air flow passing through the heat exchange surface.
  • the temperature of the refrigerant when it enters the heat exchanger is different from its temperature when it leaves this exchanger, and in particular the temperature decreases between the inlet and the outlet when the heat exchanger operates in evaporator mode .
  • the cross circulation as it has just been mentioned makes it possible to circulate side by side a portion of refrigerant fluid close to an inlet portion, and therefore at a first temperature value, and a portion of refrigerant fluid close to 'an outlet portion, and therefore at a second temperature value.
  • FIG. 6 schematically illustrates a refrigerant fluid loop 10 according to the second embodiment, the tubes of the first set 5A and of the second set 5B having the same extension length. It is understood that these tubes 5 are offset with respect to the median plane M, the tubes of the first set 5A being offset towards the second collector 4 and the tubes of the second set 5B being offset in the direction of the first collector 5B.
  • the heat exchanger 1 comprises at least a first refrigerant circuit 50A consisting of the first fluid inlet channel 60 of the connection device 68, of the fluid inlet portion 300 of the first collecting chamber 30 of the first refrigerant fluid collector 3 fluidically connected to the tubes of the first set 5A, of the tubes of the first set 5A, of the second collecting chamber 41 of the second manifold 4 fluidically connected to the tubes of the first set 5A, of the portion of fluid outlet 301 of the first collecting chamber 30 of the first refrigerant fluid collector 3 fluidically connected to the tubes of the first assembly 5A and of the first fluid outlet channel 70.
  • a first refrigerant circuit 50A consisting of the first fluid inlet channel 60 of the connection device 68, of the fluid inlet portion 300 of the first collecting chamber 30 of the first refrigerant fluid collector 3 fluidically connected to the tubes of the first set 5A, of the tubes of the first set 5A, of the second collecting chamber 41 of the second manifold 4 fluidically connected to the tubes of the first set 5A, of
  • the heat exchanger 1 also comprises at least one second refrigerant circuit 50B consisting of the second fluid inlet channel 61 of the connection device 68, of the fluid inlet portion 310 of the second collecting chamber 31 of the first coolant manifold 3 fluidically connected to the tubes of the second set 5B, of the tubes of the second set 5B, of the first collecting chamber 40 of the second coolant manifold 4 fluidically connected to the tubes of the second set 5B, of the outlet portion of fluid 311 from the second collecting chamber 31 of the first fluid collector 3 fluidly connected to the tubes of the second set 5B and the second fluid outlet channel 71.
  • the coolant takes the first coolant circuit 50A
  • the coolant is routed to the heat exchanger 1 via the fluid inlet pipe 6 arranged in the connection device 68. It circulates in the first inlet channel 60 then through the tubes of the first set 5A which are arranged opposite the first face 91 of the sealed partition 9, from the inlet portion 300 of the first collecting chamber 30 of the first refrigerant fluid collector 3 to the second collecting chamber 41 of the second refrigerant fluid collector 4. It then takes the tubes of the first set 5A which are arranged opposite the second face 92 of the sealed partition 9 in order to reach the outlet portion 301 of the first collecting chamber 30 of the first refrigerant fluid collector 3, where it passes through the first fluid outlet channel 70 to reach the fluid outlet duct 7.
  • the second refrigerant fluid circuit 50B corresponds to a circulation of the refrigerant fluid from the fluid inlet pipe 6 arranged in the connection device 68.
  • the refrigerant fluid circulates through the second inlet channel 61 then, via tubes of the second set 5B which are arranged opposite the second face 92 of the sealed partition 9, from the inlet portion 310 of the second collecting chamber 31 of the first collector 3 to the first collecting chamber 40 of the second collector of refrigerant fluid 4.
  • the refrigerant fluid then circulates in the tubes of the second set 5B arranged facing the first face 91 of the sealed partition 9 to be routed to the outlet portion 311 of the second collecting chamber 31 of the first manifold refrigerant fluid 3, where it passes through the second fluid outlet channel 71 to join the fluid outlet conduit 7.
  • the present invention thus proposes a heat exchanger included in a refrigerant loop, which is intended to limit the formation of frost on this heat exchanger while having a reduced size, with tubes of two sets which are stacked in the same plane of the heat exchange surface, collectors which comprise several collecting chambers aligned in the extension of this plane of the heat exchange surface, and a connection device arranged in the extension of the collecting chambers and of the surface of heat exchange.
  • the present invention cannot however be limited to the means and configurations described and illustrated here and it also extends to any equivalent means and configuration as well as to any technically effective combination of such means.

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur de chaleur (1) comprenant un collecteur de fluide réfrigérant (3) scindé en une première chambre collectrice (30) et une deuxième chambre collectrice (31), chacune comportant une portion d'entrée de fluide (300, 310) et une portion de sortie de fluide (301, 311). Selon l'invention, un dispositif de raccordement (68) comporte un conduit d'entrée de fluide réfrigérant (6) scindé en un premier canal d'entrée (60) raccordé à la portion d'entrée (300) de la première chambre collectrice (30) et en un deuxième canal d'entrée (61) raccordé à la portion d'entrée (310) de la deuxième chambre collectrice (31), et un conduit de sortie réfrigérant (7) faisant la jonction entre un premier canal de sortie (70) raccordé à la portion de sortie (301) de la première chambre collectrice (30) et un deuxième canal de sortie (71) raccordé à la portion de sortie (311) de la deuxième chambre collectrice (31).

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 électriques ou hybrides.
Une voiture électrique ou hybride comporte une installation de chauffage, de ventilation et/ ou de climatisation pour véhicule automobile et une boucle de fluide réfrigérant configurées pour faire varier la température à l’intérieur de son habitacle, et notamment pour le réchauffer en période hivernale et pour le refroidir en période estivale. La température de l’habitacle est notamment modifiée au moyen du fluide réfrigérant circulant dans la boucle de fluide réfrigérant entre un dispositif d’échange thermique disposé dans le véhicule au voisinage de l’habitacle, et un échangeur de chaleur situé au contact de l’air ambiant, en face avant du véhicule. Ainsi, le fluide réfrigérant circulant dans la boucle de fluide réfrigérant absorbe ou cède des calories au niveau de l’échangeur de chaleur ou du dispositif d’échange thermique en fonction des besoins de chauffage ou de refroidissement de l’habitacle. L’utilisation d’un compresseur et le cas échéant d’un détendeur est notamment nécessaire pour modifier la pression du fluide réfrigérant dans la boucle de fluide réfrigérant afin de modifier thermodynamiquement la température du fluide réfrigérant amené à passer par la suite à travers le dispositif d’échange thermique et l’échangeur de chaleur.
L’échangeur de chaleur situé en face avant du véhicule permet l’échange de calories entre le fluide réfrigérant qui circule dans des tubes disposés les uns au-dessus des autres et espacés entre eux par des intercalaires, et un flux d’air, provenant de l’extérieur du véhicule et traversant ledit échangeur de chaleur entre les tubes au niveau des intercalaires.
Dans les véhicules électriques ou hybrides, il est connu de configurer la boucle de fluide réfrigérant et l’échangeur de chaleur en face avant pour former une pompe à chaleur réversible au sein duquel l’échangeur de chaleur est apte à fonctionner en mode condenseur, en été, pour assurer le refroidissement de l’habitacle via le dispositif d’échange thermique formant un évaporateur dans l’installation de chauffage, de ventilation et/ ou de climatisation, et à fonctionner en mode évaporateur, en hiver, pour assurer le chauffage dans l’habitacle via le dispositif d’échange thermique formant un condenseur. Un problème d’un tel échangeur de chaleur placé en face avant du véhicule réside alors dans son fonctionnement en évaporateur, lorsque le différentiel de température tend à réchauffer le flux d’air humide et créer des gouttelettes de condensation qui se déposent en surface de l’échangeur de chaleur. Si la température du fluide réfrigérant circulant dans les tubes est trop basse, et que par conduction thermique les intercalaires entre les tubes sont trop froids, le refroidissement des gouttelettes de condensation peut former du givre localement sur les intercalaires entre les tubes de l’échangeur de chaleur. Une telle présence de givre génère des obstacles au passage d’air à travers l’échangeur de chaleur et tend donc à diminuer les capacités thermiques de l’échangeur de chaleur.
La présente invention vise à remédier à cet inconvénient, en proposant une boucle de fluide réfrigérant, et plus particulièrement un échangeur de chaleur, permettant de limiter la formation de givre sur ce dernier. L’invention permet donc d’augmenter les capacités thermiques de l’échangeur de chaleur et donc de la boucle de fluide réfrigérant.
La présente invention a ainsi pour principal objet un échangeur de chaleur pour boucle de fluide réfrigérant comprenant une surface d’échange de chaleur, un premier collecteur de fluide réfrigérant et un deuxième collecteur de fluide réfrigérant disposés respectivement à une première extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur et à une deuxième extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur, caractérisé en ce qu’au moins un des collecteurs de fluide réfrigérant est scindé en une première chambre collectrice et une deuxième chambre collectrice séparées par une paroi de séparation, chacune de ces chambres collectrices, comportant respectivement une portion d’entrée de fluide, et une portion de sortie de fluide, et en ce qu’un dispositif de raccordement associé à l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant comporte un conduit d’entrée de fluide réfrigérant scindé en un premier canal d’entrée de fluide raccordé à la portion d’entrée de fluide de la première chambre collectrice et en un deuxième canal d’entrée de fluide raccordé à la portion d’entrée de fluide de la deuxième chambre collectrice, et un conduit de sortie de fluide réfrigérant faisant la jonction entre un premier canal de sortie de fluide raccordé à la portion de sortie de fluide de la première chambre collectrice et un deuxième canal de sortie de fluide raccordé à la portion de sortie de fluide de la deuxième chambre collectrice.
La boucle de fluide réfrigérant peut être disposée au sein d’un véhicule, par exemple hybride ou électrique, afin de refroidir ou de réchauffer l’habitacle de ce véhicule. L’échangeur de chaleur peut être un évapo-condenseur au sein duquel circule le fluide réfrigérant. Cet échangeur de chaleur comprend la surface d’échange de chaleur au sein de laquelle s’effectuent les échanges de calories entre un flux d’air, destiné à traverser ladite surface d’échange, et le fluide réfrigérant circulant au sein des tubes de cette surface d’échange, le fluide réfrigérant captant ou cédant des calories au flux d’air en fonction de la configuration de la boucle de fluide réfrigérant, destinée à refroidir ou à chauffer l’habitacle du véhicule.
La paroi de séparation s’étend en travers d’un collecteur pour délimiter deux chambres collectrices au sein du même collecteur de fluide réfrigérant, de sorte que la première chambre collectrice et la deuxième chambre collectrice sont séparées fluidiquement. Le fluide réfrigérant amené à circuler dans une des chambres collectrices ne peut circuler que dans les tubes associés à cette chambre collectrice.
Au sein de l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant, la première chambre collectrice et la deuxième chambre collectrice comprennent chacune à la fois une portion d’entrée de fluide et une portion de sortie de fluide. Ces portions d’entrée de fluide et ces portions de sortie de fluide sont donc regroupées au sein du même collecteur de fluide réfrigérant. Ainsi, les arrivées et les sorties de fluide peuvent être localisées sur un collecteur de fluide réfrigérant unique. Une telle disposition permet d’éviter d’avoir les portions d’entrée de fluide sur un premier collecteur à une extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur, et les portions de sortie de fluide sur un deuxième collecteur à l’autre extrémité longitudinale de cette surface d’échange de chaleur. Les branchements et connexions nécessaires à l’alimentation de la surface d’échange de chaleur se trouvent donc facilités, puisque les portions d’entrée et de sortie sont disposées à une même extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur.
L’échangeur de chaleur présente ainsi avantageusement un unique dispositif de raccordement, ce dispositif de raccordement étant équipé de deux canaux d’entrée de fluide et de deux canaux de sortie de fluide. Chacun de ces canaux est raccordé à l’une des portions d’entrée ou de sortie de fluide des chambres collectrices de l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant.
Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif de raccordement comporte une bride de raccordement fixée sur l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant et dans laquelle sont formées les deux canaux d’entrée de fluide et les deux canaux de sortie de fluide. Selon une caractéristique de l’invention, les canaux d’entrée de fluide et de sortie de fluide sont raccordés à l’une des chambres collectrices par l’intermédiaire d’éléments tubulaires aptes à relier le corps de la bride de raccordement à l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant.
Ces éléments tubulaires permettent notamment que le corps de la bride de raccordement soit disposé sur l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant à distance de la portion d’entrée ou de sortie de fluide qui reçoit le canal d’entrée de fluide ou de sortie de fluide correspondant. A l’inverse, si le corps de la bride de raccordement est disposé directement en regard des portions d’entrée ou de sortie de fluide correspondantes, les canaux d’entrée ou de sortie de fluide sont raccordés directement sur le collecteur de fluide correspondant, sans éléments tubulaires.
Selon une caractéristique de l’invention, les éléments tubulaires sont disposés dans le prolongement d’un plan d’allongement principal de la surface d’échange de chaleur.
Cette disposition particulière des éléments tubulaires permet de limiter l’encombrement de l’échangeur de chaleur au sein du véhicule qu’il est destiné à équiper.
Selon une caractéristique de l’invention, les deux canaux d’entrée formés dans la bride de raccordement s’étendent perpendiculairement l’un à l’autre, et/ ou dans lequel les deux canaux de sortie formés dans la bride de raccordement s’étendent perpendiculairement l’un à l’autre.
Selon une caractéristique de l’invention, la surface d’échange de chaleur comprend des tubes configurés pour canaliser le fluide réfrigérant, ces tubes s’étendant longitudinalement entre le premier collecteur de fluide réfrigérant et le deuxième collecteur de fluide réfrigérant, les tubes étant répartis en deux ensembles de tubes, les tubes d’un premier ensemble débouchant dans la première chambre collectrice de l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant et les tubes d’un deuxième ensemble débouchant dans la deuxième chambre collectrice de l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant.
De cette façon, les tubes permettent la circulation du fluide réfrigérant au sein de la surface d’échange de chaleur, et acheminent le fluide soit jusqu’à la première chambre collectrice ou à partir de celle-ci, soit jusqu’à la deuxième chambre collectrice ou à partir de celle-ci. Selon une caractéristique de l’invention, les tubes sont empilés dans une direction d’empilement selon une alternance entre les tubes du premier ensemble et les tubes du deuxième ensemble.
On comprend que les tubes sont empilés de façon que la surface d’échange de chaleur comprenne une alternance entre un tube du premier ensemble et un tube du deuxième ensemble. Cette alternance forme ainsi un motif de disposition, qui se répète d’une extrémité à l’autre de la surface d’échange de chaleur selon une direction d’empilement des tubes qui est perpendiculaire à leur direction d’allongement.
Selon une caractéristique de l’invention, la première chambre collectrice et la deuxième chambre collectrice de l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant sont alignées selon une direction longitudinale, la première chambre collectrice étant située entre la surface d’échange de chaleur et la deuxième chambre collectrice, les tubes du premier ensemble présentant une dimension longitudinale inférieure à une dimension longitudinale des tubes du deuxième ensemble, ces dimensions longitudinales étant mesurées entre un plan médian s’étendant perpendiculairement à la surface d’échange de chaleur et l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant.
On comprend ainsi que la première chambre collectrice s’interpose, selon une direction longitudinale, entre la surface d’échange de chaleur et la deuxième chambre collectrice.
Le plan médian, s’étendant à équidistance du premier collecteur et du deuxième collecteur, sépare l’échangeur de chaleur en deux parties symétriques ou à tout le moins sensiblement équivalentes, étant entendu que des conduits d’alimentation et d’évacuation peuvent être raccordés en des zones différentes sur un collecteur par rapport à l’autre sans que cela empêche de considérer le plan perpendiculaire à la surface d’échange de chaleur et à équidistance des collecteurs comme un plan médian au sens de l’invention.
Il peut également être considéré la longueur d’extension d’un tube, qui se distingue de sa dimension longitudinale. La longueur d’extension est mesurée d’une première extrémité longitudinale du tube à sa deuxième extrémité longitudinale, soit du premier collecteur de fluide réfrigérant au deuxième collecteur de fluide réfrigérant, et la dimension longitudinale est mesurée entre le plan médian et le premier collecteur de fluide réfrigérant. Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le deuxième collecteur de fluide réfrigérant est scindé en deux chambres collectrices, les tubes du premier ensemble débouchant dans une première chambre collectrice et les tubes du deuxième ensemble débouchant dans une deuxième chambre collectrice, les tubes du premier ensemble et les tubes du deuxième ensemble étant de longueurs d’extension différentes.
En d’autres termes, dans un premier mode de réalisation où les tubes présentent des longueurs d’extension différentes d’un ensemble de tubes à l’autre, la longueur d’extension des tubes du premier ensemble est telle que ces tubes s’étendent, à l’une de leurs extrémités longitudinales, jusqu’à la première chambre collectrice du premier collecteur et à l’autre de leurs extrémités longitudinales jusqu’à la première chambre collectrice du deuxième collecteur. A l’inverse, les tubes du deuxième ensemble ont une longueur d’extension telle que ces tubes s’étendent, à l’une de leurs extrémités longitudinales, jusqu’à la deuxième chambre collectrice du premier collecteur et à l’autre de leurs extrémités longitudinales jusqu’à la deuxième chambre collectrice du deuxième collecteur.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, le deuxième collecteur de fluide réfrigérant est scindé en deux chambres collectrices, les tubes du premier ensemble débouchant dans une deuxième chambre collectrice et les tubes du deuxième ensemble débouchant dans une première chambre collectrice, les tubes du premier ensemble et les tubes du deuxième ensemble étant de même longueur d’extension.
En d’autres termes, dans un deuxième mode de réalisation où les tubes présentent tous des longueurs d’extension égales d’un ensemble de tubes à l’autre, les tubes du premier ensemble débouchent dans la première chambre collectrice du premier collecteur et dans la deuxième chambre collectrice du deuxième collecteur, tandis que les tubes du deuxième ensemble débouchent dans la deuxième chambre collectrice du premier collecteur et dans la première chambre collectrice du deuxième collecteur.
Selon une autre caractéristique de l’invention, l’échangeur de chaleur comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant constitué du premier canal d’entrée de fluide du dispositif de raccordement, de la portion d’entrée de fluide de la première chambre collectrice du premier collecteur de fluide réfrigérant fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble, des tubes du premier ensemble, de la première chambre collectrice du deuxième collecteur fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble, de la portion de sortie de fluide de la première chambre collectrice du premier collecteur de fluide réfrigérant fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble et du premier canal de sortie de fluide, le premier canal d’entrée de fluide étant configuré pour être fluidiquement connecté à une première portion de la boucle de fluide réfrigérant et le premier canal de sortie de fluide étant configuré pour être fluidiquement connecté à une deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur comprenant au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant constitué du deuxième canal d’entrée de fluide du dispositif de raccordement, de la portion d’entrée de fluide de la deuxième chambre collectrice du premier collecteur de fluide réfrigérant fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble, des tubes du deuxième ensemble, de la deuxième chambre collectrice du deuxième collecteur de fluide réfrigérant fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble, de la portion de sortie de fluide de la deuxième chambre collectrice du premier collecteur de fluide fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble et du deuxième canal de sortie de fluide, le deuxième canal d’entrée de fluide étant configuré pour être fluidiquement connecté à la première portion de la boucle de fluide réfrigérant et le deuxième canal de sortie de fluide étant configuré pour être fluidiquement connecté à la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, les tubes du premier ensemble et les tubes du deuxième ensemble étant fluidiquement distincts les uns des autres.
On comprend que les circuits de fluide réfrigérant tels qu’ils viennent d’être décrits correspondent à un échangeur de chaleur selon le premier mode de réalisation, pour lequel les tubes du premier ensemble et les tubes du deuxième ensemble ont des longueurs d’extension différentes. La circulation du fluide réfrigérant dans le premier circuit et la circulation du fluide réfrigérant dans le deuxième circuit étant dans des sens inversés, elles permettent 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.
Selon une caractéristique alternative, l’échangeur de chaleur comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant constitué du premier canal d’entrée de fluide du dispositif de raccordement, de la portion d’entrée de fluide de la première chambre collectrice du premier collecteur de fluide réfrigérant fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble, des tubes du premier ensemble, de la deuxième chambre collectrice du deuxième collecteur fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble, de la portion de sortie de fluide de la première chambre collectrice du premier collecteur de fluide réfrigérant fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble et du premier canal de sortie de fluide, le premier canal d’entrée de fluide étant configuré pour être fluidiquement connecté à une première portion de la boucle de fluide réfrigérant et le premier canal de sortie de fluide étant configuré pour être fluidiquement connecté à une deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur comprenant au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant constitué du deuxième canal d’entrée de fluide du dispositif de raccordement, de la portion d’entrée de fluide de la deuxième chambre collectrice du premier collecteur de fluide réfrigérant fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble, des tubes du deuxième ensemble, de la première chambre collectrice du deuxième collecteur de fluide réfrigérant fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble, de la portion de sortie de fluide de la deuxième chambre collectrice du premier collecteur de fluide fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble et du deuxième canal de sortie de fluide, le deuxième canal d’entrée de fluide étant configuré pour être fluidiquement connecté à la première portion de la boucle de fluide réfrigérant et le deuxième canal de sortie de fluide étant configuré pour être fluidiquement connecté à la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, les tubes du premier ensemble et les tubes du deuxième ensemble étant fluidiquement distincts les uns des autres.
On comprend que les circuits de fluide réfrigérant tels qu’ils viennent d’être décrits correspondent à un échangeur de chaleur selon le deuxième mode de réalisation, pour lequel les tubes du premier ensemble et les tubes du deuxième ensemble ont la même longueur d’extension.
Selon une caractéristique de l’invention, la portion de sortie de fluide de la première chambre collectrice et la portion d’entrée de fluide de la deuxième chambre collectrice sont séparées de la portion de sortie de fluide de la deuxième chambre collectrice et de la portion d’entrée de fluide de la première chambre collectrice par une cloison étanche.
Cette séparation par l’intermédiaire de la cloison étanche permet d’individualiser deux circuits de fluide distincts au sein d’un même collecteur. Un premier de ces circuits, par exemple le circuit de fluide réfrigérant présentant une portion d’entrée dans la deuxième chambre collectrice et une portion de sortie dans la première chambre collectrice, est ainsi distinct d’un deuxième circuit de fluide réfrigérant, par exemple le circuit présentant une portion d’entrée dans la première chambre collectrice et une portion de sortie dans la deuxième chambre collectrice. Chaque circuit dispose ainsi de portions d’entrée et de sortie de fluide qui lui sont propres, la cloison étanche permettant à ces deux circuits de cohabiter dans un même collecteur. De cette façon, toutes les portions d’entrée et de sortie de fluide sont regroupées au niveau d’une même extrémité longitudinale de la surface d’échange de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, la portion de sortie de fluide de la première chambre collectrice et la portion d’entrée de fluide de la deuxième chambre collectrice sont séparées de la portion de sortie de fluide de la deuxième chambre collectrice et de la portion d’entrée de fluide de la première chambre collectrice par une cloison étanche.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et d’exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins annexés d’autre part, sur lesquels :
[Fig. 1] illustre, schématiquement, une vue de coupe de l’échangeur de chaleur selon l’invention, rendant notamment visible une surface d’échange de chaleur et deux collecteurs de fluide réfrigérant disposés de part et d’autre de cette surface d’échange de chaleur, ainsi qu’un dispositif de raccordement disposé sur l’un des collecteurs ;
[Fig. 2] illustre schématiquement, dans une vue de coupe, des tubes configurés pour canaliser le fluide réfrigérant et participant à former la surface d’échange de chaleur et une partie de l’un des collecteurs de fluide réfrigérant, rendant notamment visible la caractéristique selon laquelle des tubes d’un premier ensemble débouchent dans une première chambre collectrice et des tubes d’un deuxième ensemble débouchent dans une deuxième chambre collectrice ;
[Fig. 3] illustre, schématiquement, une vue en perspective du dispositif de raccordement de l’échangeur de chaleur de la figure 1, le collecteur sur lequel le dispositif de raccordement est destiné à être fixé étant représenté partiellement ;
[Fig. 4] illustre, schématiquement, une vue de coupe du dispositif de raccordement de la figure 3 et de la portion du collecteur de fluide réfrigérant sur laquelle le dispositif de raccordement est fixé ;
[Fig. 5] illustre, schématiquement, une boucle de fluide réfrigérant incluant l’échangeur de chaleur de la figure 1.
Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Dans la description détaillée qui va suivre, les dénominations « longitudinale », « transversale » et « verticale » se réfèrent à l’orientation de l’échangeur de chaleur selon l’invention. Une direction longitudinale correspond à une direction principale d’allongement des tubes configurés pour canaliser le fluide réfrigérant, cette direction longitudinale étant parallèle à un axe longitudinal L d’un repère L, V, T illustré sur les figures. Une direction verticale correspond à une direction d’empilement de ces tubes, cette direction verticale étant parallèle à un axe vertical V du repère L, V, T et cet axe vertical étant perpendiculaire à l’axe longitudinal L. Enfin, une direction transversale correspond à une direction parallèle à un axe transversal T du repère L, V, T, cet axe transversal T étant perpendiculaire à l’axe longitudinal L et à l’axe vertical V.
En outre, dans la présente description le terme « fluide réfrigérant » peut se rapporter à tout fluide 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, schématiquement, un échangeur de chaleur 1 selon l’invention apte à équiper une boucle de fluide réfrigérant d’un véhicule, représentée schématiquement sur la figure 5, cet échangeur de chaleur 1 étant représenté ici en coupe selon un plan de coupe longitudinal et vertical.
L’échangeur de chaleur 1 comprend une surface d’échange de chaleur 2, qui est destinée à être traversée par un flux d’air 100 s’éculant sensiblement perpendiculaire au plan d’allongement dans lequel s’inscrit principalement la surface d’échange de chaleur.
L’échangeur de chaleur 1 comprend également un premier collecteur de fluide réfrigérant 3, disposé à une première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2, et un deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4, disposé à une deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2. On comprend ainsi que la surface d’échange de chaleur 2 est délimitée longitudinalement par le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 d’une part, et par le deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 d’autre part.
Le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 et le deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 présentent à leurs extrémités verticales respectives des cloisons, non représentées sur cette figure. Ces cloisons permettent d’assurer l’étanchéité des collecteurs de fluide réfrigérant 3 et 4.
La surface d’échange de chaleur 2 comprend des tubes 5 qui sont configurés pour canaliser le fluide réfrigérant d’un collecteur à l’autre. Ces tubes 5 s’étendent ainsi longitudinalement entre le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 et le deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4, en étant empilés selon une direction d’empilement E, qui correspond à une direction verticale de l’échangeur de chaleur 1.
Les tubes 5 sont répartis en deux ensembles de tubes, en formant un premier ensemble 5A et un deuxième ensemble 5B, chaque ensemble de tubes étant fluidiquement distinct de l’autre ensemble de tubes. En d’autres termes, le fluide réfrigérant circulant de l’entrée à la sortie de l’échangeur de chaleur au sein des tubes du premier ensemble de tubes ne peut circuler au sein des tubes du deuxième ensemble de tubes.
Selon un premier mode de réalisation, dans lequel les tubes du premier ensemble 5A ont des longueurs d’extension inférieures aux tubes du deuxième ensemble 5B, ces tubes du premier ensemble 5A débouchent à une première de leurs extrémités longitudinales dans la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, et à une deuxième de leurs extrémités longitudinales dans la première chambre collectrice 40 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4. Les tubes du deuxième ensemble 5B débouchent à une première de leurs extrémités longitudinales dans la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, et à une deuxième de leurs extrémités longitudinales dans la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide 4.
Selon un deuxième mode de réalisation, dans lequel les tubes 5 ont tous la même longueur d’extension, les tubes du premier ensemble 5A débouchent à une première de leurs extrémités longitudinales dans la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, et à une deuxième de leurs extrémités longitudinales dans la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4. Les tubes du deuxième ensemble 5B débouchent à une première de leurs extrémités longitudinales dans la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, et à une deuxième de leurs extrémités longitudinales dans la première chambre collectrice 40 du deuxième collecteur de fluide 4.
On entend par déboucher que les tubes du premier ensemble 5A présentent à leurs deux extrémités longitudinales des extrémités libres aptes à laisser passer le fluide réfrigérant, ces extrémités libres étant disposées respectivement dans la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 et dans la première chambre collectrice 40 ou la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4, selon le mode de réalisation. De la même façon, les tubes du deuxième ensemble 5B présentent à leurs deux extrémités longitudinales des extrémités libres disposées respectivement dans la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, et dans la première chambre collectrice 40 ou deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 selon le mode de réalisation.
Selon l’invention, au moins un collecteur de fluide réfrigérant est scindé en deux chambres collectrices. Dans ce mode de réalisation, on considérera que cet au moins un collecteur de fluide réfrigérant correspond au premier collecteur de fluide réfrigérant 3. Cet au moins un collecteur de fluide réfrigérant peut cependant être disposé, de façon indifférente, à une première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2 ou à une deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2.
Sans sortir du contexte de l’invention, il peut être prévu que les deux collecteurs présentent une telle partition en deux chambres collectrices, et il peut notamment être prévu que les deux collecteurs présentent des configurations équivalentes, en miroir l’un par rapport à l’autre de part et d’autre de la surface d’échange de chaleur.
Dans l’exemple illustré, le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 est scindé en deux chambres collectrices 30 et 31, à savoir une première chambre collectrice 30 et une deuxième chambre collectrice 31, et le deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 est également scindé en deux chambres collectrices 40 et 41, à savoir une première chambre collectrice 40, et une deuxième chambre collectrice 41. Au voisinage de la première extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2, la première chambre collectrice 30 et la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 sont alignées selon une direction longitudinale, avec la première chambre collectrice 30 qui est située entre la surface d’échange de chaleur 2 et la deuxième chambre collectrice 31. De manière analogue, au voisinage de la deuxième extrémité longitudinale 22 de la surface d’échange de chaleur 2, la première chambre collectrice 40 et la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 sont alignées selon une direction longitudinale, avec la première chambre collectrice 40 qui est située entre la surface d’échange de chaleur 2 et la deuxième chambre collectrice 41.
La première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 comprend une portion d’entrée de fluide 300 et une portion de sortie de fluide 301. Chacune de ces portions de la première chambre collectrice est équipée d’un embout de connexion fluidique, qui permet le raccordement à la boucle de fluide réfrigérant pour permettre l’alimentation et l’évacuation de ce fluide réfrigérant. Un premier embout d’entrée et un premier embout de sortie, formant des moyens de raccordement 83, tels qu’ils vont être décrits plus en détails ci-après, sont ainsi agencés dans le premier collecteur de manière à déboucher dans la première chambre collectrice et à présenter une extrémité libre débouchant hors de l’échangeur de chaleur. Tel que cela est visible sur la figure 1, ces embouts sont à cet effet agencés de manière à traverser la deuxième chambre collectrice.
La deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 comprend une portion d’entrée de fluide 310 et une portion de sortie de fluide 311, qui peuvent également être liées à un embout pour faciliter le raccordement à la boucle de fluide réfrigérant, ou bien être uniquement équipée d’un orifice permettant la communication fluidique entre la deuxième chambre collectrice et la boucle de fluide réfrigérant.
La portion d’entrée de fluide 300 et la portion d’entrée de fluide 310 correspondent aux portions par lesquelles le fluide réfrigérant pénètre dans l’échangeur de chaleur 1, tandis que la portion de sortie de fluide 301 et la portion de sortie de fluide 311 correspondent aux portions par lesquelles le fluide réfrigérant est évacué de l’échangeur de chaleur 1. En d’autres termes, le fluide pénètre dans l’échangeur de chaleur par deux portions d’entrée distinctes, la portion de fluide pénétrant par la portion d’entrée de fluide associée à la première chambre collectrice, respectivement la deuxième chambre collectrice, étant destinée à circuler dans la surface d’échange de chaleur, et notamment à travers le premier ensemble de tubes, respectivement le deuxième ensemble de tubes, tel que cela sera décrit ci-après, pour revenir en direction de la portion de sortie de fluide associée à cette première chambre collectrice, respectivement cette deuxième chambre collectrice, et sortir de l’échangeur de chaleur.
Tel que cela est visible sur la figure 1, les portions d’entrée de fluide 300 et 310 et les portions de sortie de fluide 301 et 311 respectivement associées à l’une ou l’autre des chambres collectrices du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 sont avantageusement disposées au voisinage d’une même extrémité longitudinale 21 de la surface d’échange de chaleur 2.
Selon l’invention, l’échangeur de chaleur 1 présente un dispositif de raccordement 68 associé au premier collecteur de fluide réfrigérant 3. Ce dispositif de raccordement 68 comporte un conduit d’entrée de fluide réfrigérant 6 et un conduit de sortie de fluide réfrigérant 7. Le conduit d’entrée de fluide réfrigérant 6 est scindé en un premier canal d’entrée de fluide 60 et un deuxième canal d’entrée de fluide 61, tandis que le conduit de sortie de fluide 7 fait la jonction entre un premier canal de sortie de fluide 70 et un deuxième canal de sortie de fluide 71.
Plus particulièrement, et tel que cela sera décrit plus en détail en référence à la figure 3, ce dispositif de raccordement 68 comporte une bride de raccordement 8 rendue solidaire du premier collecteur de fluide réfrigérant et consistant ici en un boîtier sensiblement rectangulaire au sein duquel sont réalisées des portions tubulaires creuses pour former les différents canaux.
Le premier canal d’entrée de fluide 60 est raccordé à la portion d’entrée de fluide 300 de la première chambre collectrice 30, et le deuxième canal d’entrée de fluide 61 est raccordé à la portion d’entrée de fluide 310 de la deuxième chambre collectrice 31. Le premier canal de sortie de fluide 70 est raccordé à la portion de sortie de fluide 301 de la première chambre collectrice 30, et le deuxième canal de sortie de fluide 71 est raccordé à la portion de sortie de fluide 311 de la deuxième chambre collectrice 31. Tel que cela est ici illustré, le premier canal d’entrée de fluide 60 et le deuxième canal de sortie de fluide 71 sont raccordés à leur portion de chambre collectrice correspondante par l’intermédiaire d’un élément tubulaire 82. La figure 2 est une vue de coupe d’une partie des tubes 5 configurés pour canaliser le fluide réfrigérant et du premier collecteur de fluide réfrigérant 3.
Selon le premier mode de réalisation représenté ici, les tubes du premier ensemble 5A présentent une longueur d’extension principale d’une valeur inférieure à celle de la longueur d’extension principale des tubes du deuxième ensemble 5B. Ces longueurs d’extension principale correspondent à la dimension des tubes 5 entre leurs premières extrémités longitudinales et leurs deuxièmes extrémités longitudinales. On comprend ainsi que chacun des tubes du premier ensemble 5A est plus court que chacun des tubes du deuxième ensemble 5B, et inversement chacun des tubes du deuxième ensemble 5B est plus long que chacun des tubes du premier ensemble 5A. A l’inverse, selon le deuxième mode de réalisation, visible en figure 6, les tubes du premier ensemble 5A et du deuxième ensemble 5B sont de même longueur d’extension principale. On décrit ici l’échangeur de chaleur 1 selon le premier mode de réalisation, mais on comprend que les caractéristiques de cet échangeur de chaleur 1 sont applicables mutatis mutandis au deuxième mode de réalisation.
Les tubes 5 sont empilés dans la direction d’empilement E selon une alternance entre les tubes du premier ensemble 5A et les tubes du deuxième ensemble 5B. Cette alternance se traduit par la répétition d’un motif de disposition composé d’un tube du premier ensemble 5A et d’un tube du premier ensemble 5B, ce motif de disposition étant répété selon la direction d’empilement E. Dans l’exemple illustré, l’alternance entre tube du premier ensemble 5A et tube du deuxième ensemble 5B s’étend d’une extrémité verticale à l’autre de la surface d’échange 2.
Le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 présente à une première de ses extrémités longitudinales une paroi externe 33, située à distance de la surface d’échange de chaleur 2, et à une deuxième de ses extrémités longitudinales une paroi d’étanchéité 34. Ces parois 33 et 34 s’étendent selon une direction sensiblement verticale, c’est-à-dire selon la direction d’empilement E des tubes 5. La paroi d’étanchéité 34 forme une surface de contact entre la surface d’échange de chaleur et le premier collecteur, et elle comporte des fentes 340 disposées en parallèle les unes au-dessus des autres le long de la direction verticale, et dimensionnées chacune pour laisser passer indifféremment un tube du premier ensemble 5A ou un tube du deuxième ensemble 5B.
La première chambre collectrice 30 et la deuxième chambre collectrice 31 sont séparées par une paroi de séparation 32. Cette paroi de séparation 32 présente une première face et une deuxième face, la première face étant en regard de la première chambre collectrice 30 tandis que la deuxième face est en regard de la deuxième chambre collectrice 31. La paroi de séparation 32 présente des fenêtres 320 aptes à laisser passer les tubes du deuxième ensemble 5B, de façon que ces tubes débouchent dans la deuxième chambre collectrice 30.
Dans cet agencement, la surface d’échange de chaleur 2, la paroi d’étanchéité 34, la première chambre collectrice 30, la paroi de séparation 32 et la deuxième chambre collectrice 31 sont alignées selon une direction longitudinale, qui correspond à la direction d’extension des tubes 5.
Plus particulièrement, la paroi d’étanchéité 34 comporte des premières fentes qui sont configurées pour recevoir les tubes du premier ensemble 5A, qui traversent ainsi la paroi d’étanchéité pour déboucher dans la première chambre collectrice 30. La paroi d’étanchéité 34 comporte également des deuxièmes fentes, configurées pour recevoir les tubes du deuxième ensemble 5B. Ces tubes du deuxième ensemble 5B, plus longs que les tubes du premier ensemble 5A, traversent également la paroi de séparation 32, qui comporte des fenêtres 320 aptes à les recevoir. Les tubes du deuxième ensemble 5B peuvent de ce fait traverser la première paroi d’étanchéité 34, la première chambre collectrice 30 et la paroi de séparation 32, pour arriver jusqu’à la deuxième chambre collectrice 31 dans laquelle ils débouchent. On comprend que pour permettre le passage des tubes du deuxième ensemble 5B à travers la paroi de séparation 32 et la paroi d’étanchéité 34, les fenêtres 320 de la paroi de séparation 32 sont en regard des deuxièmes fentes de la paroi d’étanchéité 34.
Les fenêtres 320 et les fentes 340 sont formées à des intervalles réguliers, respectivement dans la paroi de séparation 32 et la paroi d’étanchéité 34. De telles ouvertures dans les parois de séparation 32 et d’étanchéité 34 forment des cylindres de réception des tubes 5. Dans l’exemple illustré, ces cylindres de réception présentent tous une forme similaire, le profil extérieur des tubes étant le même qu’ils forment partie du premier ensemble de tubes ou du deuxième ensemble de tubes. De manière additionnelle, on peut prévoir que le profil extérieur des tubes du premier ensemble est différent du profil extérieur des tubes du deuxième ensemble, et que les fentes et les fenêtres présentent pour coopérer avec leurs tubes respectifs des profils qui peuvent varier. De la sorte, on forme des moyens de détrompage qui permettent de s’assurer qu’un tube du premier ensemble n’est pas monté à la place d’un tube du deuxième ensemble.
Le premier collecteur de fluide réfrigérant 3 comporte en outre une cloison étanche 9, qui s’étend de part et d’autre de la paroi de séparation 32, depuis la paroi externe 33 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 jusqu’à la paroi d’étanchéité 34 de ce premier collecteur de fluide réfrigérant 3. Cette cloison étanche 9 est parallèle à la direction longitudinale de l’échangeur de chaleur 1 et perpendiculaire à la paroi de séparation 32, à la paroi externe 33 et à la paroi d’étanchéité 34.
Cette cloison étanche 9 opère une séparation entre d’une part un ensemble formé de la portion de sortie de fluide 301 de la première chambre collectrice 30 et de la portion d’entrée de fluide 310 de la deuxième chambre collectrice 31, et d’autre part d’un ensemble formé de la portion de sortie de fluide 311 de la deuxième chambre collectrice 31 et de la portion d’entrée de fluide 300 de la première chambre collectrice 30. La cloison étanche 9 dispose d’une première face 91 et d’une deuxième face 92, qui permettent de distinguer les tubes du premier ensemble 5A qui sont disposés en regard de cette première face 91 et les tubes du premier ensemble 5A qui sont disposés en regard de cette deuxième face 92. De la même façon, la cloison étanche 9 sépare les tubes du deuxième ensemble 5B qui sont disposés en regard de la première face 91 et les tubes du deuxième ensemble 5B qui sont disposés en regard de la deuxième face 92.
La figure 3 est une vue en perspective du dispositif de raccordement 68 de l’échangeur de chaleur 1, qui rend plus particulièrement visible la bride de raccordement 8 précédemment évoquée en référence à la figure 1. Le corps 80 de la bride de raccordement 8 est un boîtier sensiblement rectangulaire dont une face d’extrémité longitudinale 85 est plaquée contre le premier collecteur de fluide réfrigérant 3.
Dans l’exemple illustré, le boîtier formant corps de bride présente sur une face d’extrémité transversale une face de connexion 84. Cette face de connexion 84 est percée de deux orifices de connexion 63, 73 auxquels se connectent respectivement le conduit d’entrée de fluide 6 et le conduit de sortie de fluide 7.
Le corps 80 de la bride de raccordement 8 présente également, sur une première face d’extrémité verticale, perpendiculaire à la face de connexion 84, une face de raccordement 86 à laquelle se connecte les éléments tubulaires 82 qui seront décrits ci- après et qui permettent le raccordement entre le corps de bride et des chambres collectrices du premier collecteur disposé à distance du corps de bride.
De manière alternative, sans sortir du contexte de l’invention, on peut prévoir que les orifices de connexion des conduits d’entrée et de sortie de fluide soient disposés sur une autre face que la face d’extrémité transversale illustré, ou bien qu’ils soient répartis sur deux faces distinctes et notamment sur les deux faces d’extrémité transversales opposées du boîtier, et on peut prévoir que les éléments tubulaires 82 soient raccordés sur une autre face que la première face d’extrémité verticale. Il est toutefois notable que la face du boîtier du corps de bride sur laquelle les éléments tubulaires sont rapportés est sensiblement perpendiculaire à la face de connexion.
La face d’extrémité longitudinale 85 plaquée contre le collecteur, et plus particulièrement contre la paroi externe 33 du premier collecteur 3, présente une forme concave, qui est complémentaire d’une forme convexe de la paroi externe 33 du premier collecteur 3. Cette complémentarité de la face complémentaire 85 et de la paroi externe 33 permet un assemblage facilité de ces deux éléments, et assure leur maintien relatif.
Selon l’invention, la bride fixée sur le premier collecteur et formant partie du dispositif de raccordement 68 est telle que différents canaux sont formés en son sein, de telle sorte que le conduit d’entrée de fluide 6, communiquant avec un orifice de connexion d’entrée 63 formé dans la face de connexion 84, est scindé en deux canaux d’entrée de fluide s’étendant distinctement dans la bride depuis cet orifice de connexion d’entrée 63 et parmi lesquels on distingue le premier canal d’entrée de fluide 60 et le deuxième canal d’entrée de fluide 61. Et de manière analogue, deux canaux de sortie de fluide s’étendent distinctement au sein du boîtier jusqu’à se rejoindre au niveau de l’orifice de connexion de sortie 73 associé au conduit de sortie de fluide 7, de sorte que ce conduit de sortie de fluide assure la jonction entre le premier canal de sortie de fluide 70 et le deuxième canal de sortie de fluide 71.
Les canaux d’entrée de fluide 60, 61 disposés dans le corps 80 de la bride de raccordement 8 s’étendent perpendiculairement l’un par rapport à l’autre depuis l’orifice de connexion d’entrée 63. De la même façon, les canaux de sortie de fluide 70, 71 disposés dans le corps 80 de la bride de raccordement 8 s’étendent perpendiculairement l’un par rapport à l’autre depuis l’orifice de connexion de sortie 73. Il en résulte que les canaux d’entrée débouchent sur des faces du boîtier formant le corps de bride 80 qui sont distinctes et perpendiculaires l’une par rapport à l’autre, et que de manière analogue les canaux de sortie débouchent sur des faces du boîtier formant le corps de bride qui sont distinctes et perpendiculaires l’une par rapport à l’autre.
Les orifices de connexion d’entrée et de sortie 63, 73, sur lesquels sont raccordés les conduits d’entrée et de sortie 6, 7, ainsi que les canaux d’entrée et les canaux de sortie, peuvent notamment être réalisés dans l’épaisseur du boîtier formant la bride de raccordement par une opération d’usinage, par exemple en effectuant un perçage ou un alésage. De manière alternative, le boîtier et les canaux réalisés en son sein peuvent être réalisés par fabrication additive.
A leur extrémité libre, c’est-à-dire à leur extrémité opposée à l’orifice de connexion correspondant, les canaux d’entrée et de sortie de fluide 60, 61, 70 et 71 peuvent être raccordés au premier collecteur de fluide réfrigérant 3 selon différents modes de réalisation, et notamment être directement raccordés par le soudage ou brasage de la bride de raccordement sur le premier collecteur, ou bien être raccordés par l’intermédiaire d’un élément tubulaire tel que précédemment évoqué. Plus particulièrement, la bride est fixée sur le collecteur de telle sorte que deux canaux soient disposés directement en regard d’orifices, non représentés sur la figure 3, percés dans la paroi externe 33 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3. Sur le mode de réalisation représenté par la présente figure, le deuxième canal d’entrée de fluide 61 et le premier canal de sortie de fluide 70 sont directement en regard des orifices correspondants de la paroi externe 33.
Le premier canal d’entrée de fluide 60 et le deuxième canal de sortie de fluide 71 sont eux raccordés à des orifices formés dans le premier collecteur 3 via les éléments tubulaires 82. Ces éléments tubulaires 82 peuvent notamment prendre la forme de tubes rigides et coudés aptes à canaliser le fluide réfrigérant. Les éléments tubulaires 82 sont avantageusement disposés dans le prolongement du plan d’allongement de la surface d’échange de chaleur 2 de sorte que l’échangeur de chaleur 1 présente un encombrement réduit.
Que les canaux soient raccordés au premier collecteur 3 directement ou indirectement via les éléments tubulaires 82, il peut être prévu des moyens de raccordement 83 permettant d’assurer l’étanchéité au passage entre les canaux et les chambres collectrices formées dans le premier collecteur. Ces moyens de raccordement 83 peuvent par exemple être des embouts 830 équipés ou non de collerettes 831. Les embouts 830 peuvent notamment être des pièces rapportées et emmanchées sur les canaux d’entrée ou de sortie de fluide, ou les éléments tubulaires associés, dont les dimensions permettent de traverser l’orifice formé dans la surface externe 33 du premier collecteur, et de déboucher dans la chambre collectrice avec lequel le canal correspondant doit communiquer fluidiquement.
Tel qu’évoqué précédemment, la figure 3 illustre un dispositif de raccordement 68 pour lequel les canaux d’entrée de fluide 60 et 61 sont perpendiculaires entre eux, et les canaux de sortie de fluide 70 et 71 sont perpendiculaires entre eux, de sorte qu’ils débouchent sur des faces perpendiculaires. On pourrait cependant imaginer un mode de réalisation alternatif, que la présente invention entend couvrir, dans lequel les canaux d’entrée de fluide 60 et 61 seraient dans la continuité l’un de l’autre de sorte à déboucher sur des faces opposées, et/ou dans lequel les canaux de sortie de fluide 70 et 71 seraient dans la continuité l’un de l’autre de sorte à déboucher sur des faces opposées. Dans un tel mode de réalisation alternatif, le corps 8 de la bride de raccordement 80 comporterait alors un canal d’entrée de fluide et un canal de sortie de fluide sur sa face de raccordement 86, et un canal d’entrée de fluide et un canal de sortie de fluide sur sa face opposée 87. Et tous les canaux d’entrée et de sortie de fluide 60, 61, 70 et 71 seraient associés à des éléments tubulaires 82 de façon à les raccorder aux portions d’entrée ou de sortie de fluide 300, 301, 310, 311 respectives.
La figure 4 est une vue de coupe du dispositif de raccordement 68 de la figure 3 et du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, qui rend visible le fait que le premier collecteur est scindé en la première chambre collectrice 30 et la deuxième chambre collectrice 31, qui sont elles-mêmes respectivement divisées en une portion d’entrée de fluide 300 et une portion de sortie de fluide 301, et une portion de d’entrée de fluide 310 et une portion de sortie de fluide 311.
Tel que cela a été évoqué précédemment, le dispositif de raccordement 68 comporte un premier canal d’entrée de fluide 60, un deuxième canal d’entrée de fluide 61, un premier canal de sortie de fluide 70 et un deuxième canal de sortie de fluide 71. Chacun de ces canaux 60, 61, 70 et 71 est raccordé à l’une des portions 300, 301, 310 et 311 des chambres collectrices 30 et 31, de la façon suivante : le premier canal d’entrée de fluide 60 est raccordé à la portion d’entrée de fluide 300 de la première chambre collectrice 30, le premier canal de sortie de fluide 70 est raccordé à la portion de sortie de fluide 301 de la première chambre collectrice 30, le deuxième canal d’entrée de fluide 61 est raccordé à la portion d’entrée de fluide 310 de la deuxième chambre collectrice 31, et le deuxième canal de sortie de fluide 71 est raccordé à la portion de sortie de fluide 311 de la deuxième chambre collectrice 31.
On entend par « raccordé » que chaque canal d’entrée ou de sortie de fluide 60, 61, 70 et 71 dispose de moyens de raccordement 83, et plus particulièrement d’un embout 830 et/ou d’une collerette 831. Embouts 830 et collerettes 831 forment ainsi des moyens aptes à relier de façon étanche les canaux d’entrée ou de sortie de fluide 60, 61, 70 et 71 qu’ils agrémentent aux portions d’entrée ou de sortie de fluide 300, 301, 310 et 311 auxquels ils sont raccordés.
A cet effet, les embouts 830 peuvent par exemple être enfoncés à force dans la paroi externe 33 du collecteur de fluide réfrigérant 3, garantissant ainsi l’étanchéité de la boucle de fluide réfrigérant 10.
L’un des embouts 830 peut également être un embout rigide, et à ce titre servir de point de positionnement lors de l’assemblage de la bride de raccordement 8 au collecteur de fluide réfrigérant 3. De la même façon, les collerettes 831 peuvent servir de moyens de butée lors de l’assemblage, permettant ainsi un positionnement facilité de cette bride de raccordement 8 au contact du collecteur de fluide réfrigérant 3.
Certains embouts 830 peuvent présenter une forme conique, comme c’est le cas pour les canaux d’entrée de fluide 60 et de sortie de fluide 70 selon le mode de réalisation illustré sur la présente figure. Cette forme conique permet notamment aux canaux de traverser la deuxième chambre collectrice 31 et la paroi de séparation 32 sans être au contact des tubes du deuxième ensemble 5B, afin de déboucher dans la première chambre collectrice 30 dans laquelle débouchent également les tubes du premier ensemble 5A.
La cloison étanche 9 permet d’opérer une séparation physique et fluidique entre d’une part la portion d’entrée de fluide 300 de la première chambre collectrice 30, le premier canal d’entrée de fluide 60, la portion de sortie de fluide 311 de la deuxième chambre collectrice 31 et le deuxième canal de sortie de fluide 71, et d’autre part la portion de sortie de fluide 301 de la première chambre collectrice 30, le premier canal de sortie de fluide 70, la portion d’entrée de fluide 310 de la deuxième chambre collectrice 31 et le deuxième canal d’entrée de fluide 61.
Selon le mode de réalisation représenté en figure 4, le collecteur de fluide réfrigérant 3 est scindé en deux chambres collectrices 30 et 31 qui sont alignées selon une direction longitudinale, la deuxième chambre collectrice 31 étant disposée entre la première chambre collectrice 30 et le dispositif de raccordement 68. Le dispositif de raccordement 68 est donc configuré pour raccorder au conduit d’entrée et au conduit de sortie de fluide deux chambres collectrices disposées l’une derrière l’autre, et présente à cet effet des moyens de raccordement 83 aptes pour deux d’entre eux à traverser l’une de ces chambres collectrices afin de parvenir à la deuxième. En l’occurrence, deux des moyens de raccordement du dispositif de raccordement 68 traversent la deuxième chambre collectrice 31 pour raccorder la première chambre collectrice 30.
La présente invention entend également couvrir des modes de réalisation dans lesquels les chambres collectrices seraient distinctes, c’est-à-dire non individualisées au sein d’un même collecteur. Il pourrait notamment s’agir de deux chambres collectrices disposées l’une à côté de l’autre selon une direction transversale. Un corps 80 de bride de raccordement 8 pourrait par exemple être fixé sur une première chambre collectrice, de façon que le deuxième canal d’entrée de fluide 61 et le premier canal de sortie de fluide 70 soient directement raccordés sur cette première chambre collectrice, c’est-à-dire sans nécessiter d’éléments tubulaires 82. La bride de raccordement 8 comporterait un premier canal d’entrée de fluide 60 et un deuxième canal de sortie de fluide 71, eux équipés d’éléments tubulaires 82, ces éléments tubulaires 82 étant raccordés à la deuxième chambre collectrice disposée transversalement à côté de la première chambre collectrice.
La figure 5 illustre schématiquement une boucle de fluide réfrigérant 10 incluant l’échangeur de chaleur 1 selon le premier mode de réalisation de la figure 1, dont la surface d’échange de chaleur 2 est traversée par un flux d’air 100.
Cette figure rend plus particulièrement visible que la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 présente la portion d’entrée 300, qui est raccordée au premier canal d’entrée de fluide 60, et la portion de sortie 301 qui est raccordée au premier canal de sortie de fluide 70. Et elle rend également visible que la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 présente quant à elle la portion d’entrée 310, qui est raccordée au deuxième canal d’entrée de fluide 61, et la portion de sortie 311 qui est raccordée au deuxième canal de sortie de fluide 71.
Au sein de la boucle de fluide réfrigérant 10, la portion d’entrée de fluide 300 de la première chambre collectrice 30 et la portion d’entrée de fluide 310 de la deuxième chambre collectrice 31 sont donc reliées fluidiquement par l’intermédiaire du dispositif de raccordement 68. En effet, les portions d’entrée de fluide 300 et 310 sont respectivement raccordées au premier canal d’entrée de fluide 60 et au deuxième canal d’entrée de fluide 61, permettant ainsi l’alimentation de la surface d’échange 2 en fluide réfrigérant par le biais du conduit d’entrée de fluide 6.
Dans cette boucle de fluide réfrigérant 10, la portion de sortie 301 de la première chambre collectrice 30 et la portion de sortie 311 de la deuxième chambre collectrice 31 sont elles aussi reliées fluidiquement ; elles sont respectivement raccordées au premier canal de sortie de fluide 70 et au deuxième canal de sortie de fluide 71, permettant l’évacuation du fluide réfrigérant au sortir de la surface d’échange 2 via le conduit de sortie de fluide 7.
L’échangeur de chaleur 1 comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant 50A constitué du premier canal d’entrée de fluide 60 du dispositif de raccordement 68, de la portion d’entrée de fluide 300 de la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble 5A, des tubes du premier ensemble 5A, de la première chambre collectrice 40 du deuxième collecteur 4 fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble 5A, de la portion de sortie de fluide 301 de la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble 5A et du premier canal de sortie de fluide 70.
Le premier canal d’entrée de fluide 60 est configuré pour être fluidiquement connecté à une première portion de la boucle de fluide réfrigérant, et le premier canal de sortie de fluide 70 est configuré pour être fluidiquement connecté à une deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant.
L’échangeur de chaleur 1 comprend par ailleurs au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant 50B constitué du deuxième canal d’entrée de fluide 61 du dispositif de raccordement 68, de la portion d’entrée de fluide 310 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble 5B, des tubes du deuxième ensemble 5B, de la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble 5B, de la portion de sortie de fluide 311 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide 3 fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble 5B et du deuxième canal de sortie de fluide 71.
Le deuxième canal d’entrée de fluide 61 est configuré pour être fluidiquement connecté à la première portion de la boucle de fluide réfrigérant, et le deuxième canal de sortie de fluide 71 est configuré pour être fluidiquement connecté à la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant.
Les chambres collectrices au sein d’un même collecteur étant fluidiquement distinctes l’une de l’autre et les tubes du premier ensemble 5A et les tubes du deuxième ensemble 5B étant également distincts les uns des autres, on comprend que la portion de fluide réfrigérant qui s’écoule dans le premier circuit de fluide réfrigérant 50A peut circuler au sein de l’échangeur de chaleur indépendamment de la portion de fluide réfrigérant qui s’écoule dans le deuxième circuit de fluide réfrigérant 50B, avant d’être regroupé à nouveau dans un flux commun en sortie de l’échangeur de chaleur.
Un tel agencement permet notamment de faire circuler le fluide réfrigérant au sein de la surface d’échange 2, et par extension au sein de l’échangeur de chaleur 1, selon deux sens de circulation distincts et opposés dans des tubes voisins.
Lorsque le fluide réfrigérant emprunte le premier circuit de fluide réfrigérant 50A, le fluide réfrigérant est acheminé vers l’échangeur de chaleur 1 par l’intermédiaire du conduit d’entrée en fluide 6 disposé dans le dispositif de raccordement 68. Il circule dans le premier canal d’entrée 60 puis à travers les tubes du premier ensemble 5A qui sont disposés en regard de la première face 91 de la cloison étanche 9, depuis la portion d’entrée 300 de la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 jusqu’à la première chambre collectrice 40 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4. Il emprunte ensuite les tubes du premier ensemble 5A qui sont disposés en regard de la deuxième face 92 de la cloison étanche 9 afin de parvenir jusqu’à la portion de sortie 301 de la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, où il passe par le premier canal de sortie de fluide 70 pour atteindre le conduit de sortie de fluide 7.
Le second circuit de fluide réfrigérant 50B correspond à une circulation du fluide réfrigérant depuis le conduit d’entrée en fluide 6 disposé dans le dispositif de raccordement 68. Le fluide réfrigérant circule à travers le deuxième canal d’entrée 61 puis, par l’intermédiaire des tubes du second ensemble 5B qui sont disposés en regard de la deuxième face 92 de la cloison étanche 9, depuis la portion d’entrée 310 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur 3 jusqu’à la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4. Le fluide réfrigérant circule alors dans les tubes du second ensemble 5B disposés en regard de la première face 91 de la cloison étanche 9 pour être acheminé jusqu’à la portion de sortie 311 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, où il passe par le deuxième canal de sortie de fluide 71 pour rejoindre le conduit de sortie de fluide 7.
Pour ce qui est des tubes qui sont disposés dans la partie de la surface d’échange de chaleur en regard de la première face 91 de la cloison étanche 9, on a ainsi une portion du flux de fluide réfrigérant qui circule dans un premier sens, du premier collecteur au deuxième collecteur, dans les tubes du deuxième ensemble de tubes 5B et l’autre portion du flux de fluide réfrigérant qui circule dans l’autre sens, du deuxième collecteur au premier collecteur, dans les tubes du premier ensemble de tubes 5A. Les deux types de tubes étant disposés en alternance dans l’empilement de tubes de la surface d’échange de chaleur, on s’assure ainsi que du fluide réfrigérant circulant dans deux tubes voisins circule dans des sens opposés.
Il convient de noter que le fluide réfrigérant est destiné à échanger des calories avec un flux d’air traversant la surface d’échange de chaleur. La température du fluide réfrigérant lorsqu’il pénètre dans l’échangeur de chaleur est différente de sa température lorsqu’il sort de cet échangeur, et notamment la température diminue entre l’entrée et la sortie lorsque l’échangeur de chaleur fonctionne en mode évaporateur. La circulation croisée telle qu’elle vient d’être évoquée permet de faire circuler côte à côte une portion de fluide réfrigérant proche d’une portion d’entrée, et donc à une première valeur de température, et une portion de fluide réfrigérant proche d’une portion de sortie, et donc à une deuxième valeur de température.
Ces deux sens de circulation du fluide réfrigérant au sein de la surface d’échange de chaleur 2 permettent d’aboutir à une meilleure répartition de la température au sein de celle-ci, et ceci participe à prévenir la formation de givre en évitant des gradients de température importants d’une zone à l’autre de la surface d’échange de chaleur et le risque que des zones froides ainsi générées participent à former du givre si l’humidité de l’air s’est condensé au préalable pour former des gouttelettes en surface de l’échangeur de chaleur. La figure 6 illustre schématiquement une boucle de fluide réfrigérant 10 selon le deuxième mode de réalisation, les tubes du premier ensemble 5A et du deuxième ensemble 5B étant de même longueur d’extension. On comprend que ces tubes 5 sont décalés par rapport au plan médian M, les tubes du premier ensemble 5A étant décalés vers le deuxième collecteur 4 et les tubes du deuxième ensemble 5B étant décalés en direction du premier collecteur 5B.
Selon ce deuxième mode de réalisation, l’échangeur de chaleur 1 comprend au moins un premier circuit de fluide réfrigérant 50A constitué du premier canal d’entrée de fluide 60 du dispositif de raccordement 68, de la portion d’entrée de fluide 300 de la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble 5A, des tubes du premier ensemble 5A, de la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur 4 fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble 5A, de la portion de sortie de fluide 301 de la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble 5A et du premier canal de sortie de fluide 70.
L’échangeur de chaleur 1 comprend par ailleurs au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant 50B constitué du deuxième canal d’entrée de fluide 61 du dispositif de raccordement 68, de la portion d’entrée de fluide 310 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble 5B, des tubes du deuxième ensemble 5B, de la première chambre collectrice 40 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4 fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble 5B, de la portion de sortie de fluide 311 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide 3 fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble 5B et du deuxième canal de sortie de fluide 71.
Lorsque le fluide réfrigérant emprunte le premier circuit de fluide réfrigérant 50A, le fluide réfrigérant est acheminé vers l’échangeur de chaleur 1 par l’intermédiaire du conduit d’entrée en fluide 6 disposé dans le dispositif de raccordement 68. Il circule dans le premier canal d’entrée 60 puis à travers les tubes du premier ensemble 5A qui sont disposés en regard de la première face 91 de la cloison étanche 9, depuis la portion d’entrée 300 de la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3 jusqu’à la deuxième chambre collectrice 41 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4. Il emprunte ensuite les tubes du premier ensemble 5A qui sont disposés en regard de la deuxième face 92 de la cloison étanche 9 afin de parvenir jusqu’à la portion de sortie 301 de la première chambre collectrice 30 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, où il passe par le premier canal de sortie de fluide 70 pour atteindre le conduit de sortie de fluide 7.
Le second circuit de fluide réfrigérant 50B correspond à une circulation du fluide réfrigérant depuis le conduit d’entrée en fluide 6 disposé dans le dispositif de raccordement 68. Le fluide réfrigérant circule à travers le deuxième canal d’entrée 61 puis, par l’intermédiaire des tubes du second ensemble 5B qui sont disposés en regard de la deuxième face 92 de la cloison étanche 9, depuis la portion d’entrée 310 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur 3 jusqu’à la première chambre collectrice 40 du deuxième collecteur de fluide réfrigérant 4. Le fluide réfrigérant circule alors dans les tubes du second ensemble 5B disposés en regard de la première face 91 de la cloison étanche 9 pour être acheminé jusqu’à la portion de sortie 311 de la deuxième chambre collectrice 31 du premier collecteur de fluide réfrigérant 3, où il passe par le deuxième canal de sortie de fluide 71 pour rejoindre le conduit de sortie de fluide 7.
Pour ce qui est des tubes qui sont disposés dans la partie de la surface d’échange de chaleur en regard de la première face 91 de la cloison étanche 9, on a ainsi une portion du flux de fluide réfrigérant qui circule dans un premier sens, du premier collecteur au deuxième collecteur, dans les tubes du deuxième ensemble de tubes 5B et l’autre portion du flux de fluide réfrigérant qui circule dans l’autre sens, du deuxième collecteur au premier collecteur, dans les tubes du premier ensemble de tubes 5A. Les deux types de tubes étant disposés en alternance dans l’empilement de tubes de la surface d’échange de chaleur, on s’assure ainsi que du fluide réfrigérant circulant dans deux tubes voisins circule dans des sens opposés.
La présente invention propose ainsi un échangeur de chaleur inclus dans une boucle de fluide réfrigérant, qui est destiné à limiter la formation de givre sur cet échangeur de chaleur tout en présentant un encombrement réduit, avec des tubes de deux ensembles qui sont empilés dans un même plan de la surface d’échange de chaleur, des collecteurs qui comprennent plusieurs chambres collectrices alignées dans le prolongement de ce plan de la surface d’échange de chaleur, et un dispositif de raccordement agencé dans le prolongement des chambres collectrices et de la surface d’échange de chaleur. La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen et toute configuration équivalents ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens.

Claims

REVENDICATIONS
1. Échangeur de chaleur (1) pour boucle de fluide réfrigérant (10), comprenant une surface d’échange de chaleur (2), un premier collecteur de fluide réfrigérant (3) et un deuxième collecteur de fluide réfrigérant (4) disposés respectivement à une première extrémité longitudinale (21) de la surface d’échange de chaleur (2) et à une deuxième extrémité longitudinale (22) de la surface d’échange de chaleur (2), caractérisé en ce qu’au moins un des collecteurs de fluide réfrigérant est scindé en une première chambre collectrice (30) et une deuxième chambre collectrice (31) séparées par une paroi de séparation (32), chacune de ces chambres collectrices (30, 31) comportant respectivement une portion d’entrée de fluide (300, 310) et une portion de sortie de fluide (301, 311), et en ce qu’un dispositif de raccordement (68) associé à l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant comporte un conduit d’entrée de fluide réfrigérant (6) scindé en un premier canal d’entrée de fluide (60) raccordé à la portion d’entrée de fluide (300) de la première chambre collectrice (30) et en un deuxième canal d’entrée de fluide (61) raccordé à la portion d’entrée de fluide (310) de la deuxième chambre collectrice (31), et un conduit de sortie de fluide réfrigérant (7) faisant la jonction entre un premier canal de sortie de fluide (70) raccordé à la portion de sortie de fluide (301) de la première chambre collectrice (30) et un deuxième canal de sortie de fluide (71) raccordé à la portion de sortie de fluide (311) de la deuxième chambre collectrice (31).
2. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de raccordement (68) comporte une bride de raccordement (8) fixée sur l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant et dans laquelle sont formées les deux canaux d’entrée de fluide (60, 61) et les deux canaux de sortie de fluide (70, 71).
3. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel les canaux d’entrée de fluide et de sortie de fluide (60, 70) sont raccordés à l’une des chambres collectrices par l’intermédiaire d’éléments tubulaires (82) aptes à relier le corps (80) de la bride de raccordement (8) à l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant.
4. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel les éléments tubulaires (82) sont disposés dans le prolongement d’un plan d’allongement principal de la surface d’échange de chaleur (2) .
5. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel les deux canaux d’entrée formés dans la bride de raccordement (8) s’étendent perpendiculairement l’un à l’autre, et/ ou dans lequel les deux canaux de sortie formés dans la bride de raccordement (8) s’étendent perpendiculairement l’un à l’autre.
6. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface d’échange de chaleur (2) comprend des tubes (5) configurés pour canaliser le fluide réfrigérant, ces tubes (5) s’étendant longitudinalement entre le premier collecteur de fluide réfrigérant (3) et le deuxième collecteur de fluide réfrigérant (4), les tubes (5) étant répartis en deux ensembles de tubes (5A, 5B), les tubes d’un premier ensemble (5A) débouchant dans la première chambre collectrice (30) de l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant et les tubes d’un deuxième ensemble (5B) débouchant dans la deuxième chambre collectrice (31) de l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant.
7. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 6, dans lequel la première chambre collectrice (30) et la deuxième chambre collectrice (31) de l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant sont alignées selon une direction longitudinale, la première chambre collectrice (30) étant située entre la surface d’échange de chaleur (2) et la deuxième chambre collectrice (31), les tubes du premier ensemble (5A) présentant une dimension longitudinale inférieure à une dimension longitudinale des tubes du deuxième ensemble (5B), ces dimensions longitudinales étant mesurées entre un plan médian (M) s’étendant perpendiculairement à la surface d’échange de chaleur (2) et l’au moins un collecteur de fluide réfrigérant.
8. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième collecteur de fluide réfrigérant (4) est scindé en deux chambres collectrices (40, 41), les tubes du premier ensemble (5A) débouchant dans une première chambre collectrice (40) et les tubes du deuxième ensemble (5B) débouchant dans une deuxième chambre collectrice (41), les tubes du premier ensemble (5A) et les tubes du deuxième ensemble (5B) étant de longueurs d’extension différentes.
9. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 7, dans lequel le deuxième collecteur de fluide réfrigérant (4) est scindé en deux chambres collectrices (40, 41), les tubes du premier ensemble (5A) débouchant dans une deuxième chambre collectrice (41) et les tubes du deuxième ensemble (5B) débouchant dans une première chambre collectrice (40), les tubes du premier ensemble (5A) et les tubes du deuxième ensemble (5B) étant de même longueur d’extension.
10. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 8, cet échangeur de chaleur (1) comprenant au moins un premier circuit de fluide réfrigérant (50A) constitué du premier canal d’entrée de fluide (60) du dispositif de raccordement (68), de la portion d’entrée de fluide (300) de la première chambre collectrice (30) du premier collecteur de fluide réfrigérant (3) fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble (5A), des tubes du premier ensemble (5A), de la première chambre collectrice (40) du deuxième collecteur (4) fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble (5A), de la portion de sortie de fluide (301) de la première chambre collectrice (30) du premier collecteur de fluide réfrigérant (3) fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble (5A) et du premier canal de sortie de fluide (70), le premier canal d’entrée de fluide (60) étant configuré pour être fluidiquement connecté à une première portion de la boucle de fluide réfrigérant et le premier canal de sortie de fluide (70) étant configuré pour être fluidiquement connecté à une deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur (1) comprenant au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant (50B) constitué du deuxième canal d’entrée de fluide (61) du dispositif de raccordement (68), de la portion d’entrée de fluide (310) de la deuxième chambre collectrice (31) du premier collecteur de fluide réfrigérant (3) fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble (5B), des tubes du deuxième ensemble (5B), de la deuxième chambre collectrice (41) du deuxième collecteur de fluide réfrigérant (4) fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble (5B), de la portion de sortie de fluide (311) de la deuxième chambre collectrice (31) du premier collecteur de fluide (3) fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble (5B) et du deuxième canal de sortie de fluide (71), le deuxième canal d’entrée de fluide (61) étant configuré pour être fluidiquement connecté à la première portion de la boucle de fluide réfrigérant et le deuxième canal de sortie de fluide (71) étant configuré pour être fluidiquement connecté à la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, les tubes du premier ensemble (5A) et les tubes du deuxième ensemble (5B) étant fluidiquement distincts les uns des autres.
11. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 9, cet échangeur de chaleur (1) comprenant au moins un premier circuit de fluide réfrigérant (50A) constitué du premier canal d’entrée de fluide (60) du dispositif de raccordement (68), de la portion d’entrée de fluide (300) de la première chambre collectrice (30) du premier collecteur de fluide réfrigérant (3) fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble (5A), des tubes du premier ensemble (5A), de la deuxième chambre collectrice (41) du deuxième collecteur (4) fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble (5A), de la portion de sortie de fluide (301) de la première chambre collectrice (30) du premier collecteur de fluide réfrigérant (3) fluidiquement connectée aux tubes du premier ensemble (5A) et du premier canal de sortie de fluide (70), le premier canal d’entrée de fluide (60) étant configuré pour être fluidiquement connecté à une première portion de la boucle de fluide réfrigérant et le premier canal de sortie de fluide (70) étant configuré pour être fluidiquement connecté à une deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur (1) comprenant au moins un deuxième circuit de fluide réfrigérant (50B) constitué du deuxième canal d’entrée de fluide (61) du dispositif de raccordement (68), de la portion d’entrée de fluide (310) de la deuxième chambre collectrice (31) du premier collecteur de fluide réfrigérant (3) fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble (5B), des tubes du deuxième ensemble (5B), de la première chambre collectrice (40) du deuxième collecteur de fluide réfrigérant (4) fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble (5B), de la portion de sortie de fluide (311) de la deuxième chambre collectrice (31) du premier collecteur de fluide (3) fluidiquement connectée aux tubes du deuxième ensemble (5B) et du deuxième canal de sortie de fluide (71), le deuxième canal d’entrée de fluide (61) étant configuré pour être fluidiquement connecté à la première portion de la boucle de fluide réfrigérant et le deuxième canal de sortie de fluide (71) étant configuré pour être fluidiquement connecté à la deuxième portion de la boucle de fluide réfrigérant, les tubes du premier ensemble (5A) et les tubes du deuxième ensemble (5B) étant fluidiquement distincts les uns des autres.
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