WO2017072425A1 - Faisceau d'échange thermique pour un échangeur de chaleur, tube adapte pour ledit faisceau d'échange et échangeur de chaleur comprenant ledit faisceau d'échange thermique et/ou ledit tube - Google Patents

Faisceau d'échange thermique pour un échangeur de chaleur, tube adapte pour ledit faisceau d'échange et échangeur de chaleur comprenant ledit faisceau d'échange thermique et/ou ledit tube Download PDF

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tube
tubes
heat exchange
exchange bundle
corrugations
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Carlos Martins
Anne-Sylvie Magnier-Cathenod
Samer Saab
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
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    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0084—Condensers

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchange bundle for a heat exchanger for exchanging heat between a first fluid and a second fluid, comprising a stack of tubes, said stack of tubes comprising a determined amount of tube levels.
  • a refrigerant or refrigerant is used to cool the passenger compartment of said motor vehicle during a cooling cycle.
  • a given amount of heat is subtracted from said refrigerant when it is in a gaseous state.
  • the heat exchangers of the prior art generally comprise two separate circuits, one for the refrigerant and the other for the suitable fluid for cooling the refrigerant.
  • the prior art discloses the use of a heat exchanger comprising a heat exchange bundle, said heat exchange bundle comprising a stack of tubes, each of these tubes being provided with channels.
  • the refrigerant can circulate inside the channels, from a first end to a second end of the channels.
  • the fluid used to cool the refrigerant circulates counter refrigerant flow outside the tubes, from the second end to the first end of the channels, between two adjacent tubes.
  • the channels comprise a wall of a thickness determined to withstand the high pressure to which the refrigerant circulating inside said channels (typically greater than 40 bars) is subjected.
  • the heat exchange between the refrigerant and the fluid is carried out through this wall.
  • a heat exchanger as known in the prior art and described above, is disclosed in the French patent application FR-A-2923589. More specifically, the heat exchanger described in this document comprises a heat exchange bundle comprising a stack of corrugated tubes.
  • the subject of the invention is a heat exchange bundle for a heat exchanger for exchanging heat between a first fluid and a second fluid, comprising a stack of tubes, said stack of tubes comprising a predetermined quantity.
  • each tube comprises a plurality of channels extending in the longitudinal direction of the heat exchange bundle for guiding said first fluid inside the tube of a first end towards a second end of said tube, the stack being adapted to guide the second fluid between the adjacent tube levels, each tube comprising a plurality of corrugations between its first end and its second end, the corrugations being substantially parallel to each other; or parallel to each other, and wherein the tubes are stacked so that the corrugations of each level of tubes form a zigzag comprising at least two strands, extending in the transverse direction of the heat exchange bundle.
  • a level of tubes comprises at least a first tube and at least a second tube, advantageously consisting of a first tube and a second tube, said second tube being adjacent and substantially coplanar, preferably coplanar, to said first tube such that the corrugations of each of said first and second tubes together form said zigzag comprising at least two strands extending in the transverse direction of the heat exchange bundle .
  • the corrugations form a determined angle with respect to the longitudinal direction of the tube between 40 ° and 60 ° , preferably equal to 45 ° .
  • the aforesaid zigzag is a two-stranded, V-shaped zigzag.
  • a level of tubes comprises at least a first tube and at least a second tube, advantageously consists of a first tube and a second tube, said second tube being adjacent and substantially coplanar, preferably coplanar, to said first tube so that the corrugations of each of said first and second tubes together form said two-stranded zigzag, in V-shape, preferably the corrugations of each of said first and second tubes are single strands substantially parallel to each other, or parallel to each other.
  • the aforesaid zigzag is a three-stranded, N-shaped zigzag.
  • a level of tubes comprises at least one first tube and at least one second tube. , advantageously consists of a first tube and a second tube, said second tube being adjacent and essentially coplanar, preferably coplanar, to said first tube so that the corrugations of each of said first and second tubes together form said three-strand, N-shaped zigzag, advantageously the corrugations of the first tube being substantially parallel to each other, or parallel to each other, and second tube corrugations being double-stranded, V-shaped zigzags.
  • the aforesaid zigzag is a four-strand, W-shaped zigzag.
  • a level of tubes comprises at least one first tube and at least one second tube.
  • advantageously consists of a first tube and a second tube, said second tube being adjacent and substantially coplanar, preferably coplanar, to said first tube so that the corrugations of each of said first and second tubes together form said four-stranded zigzag, W-shaped, preferably the corrugations of each of said first and second tubes being zigzags with two strands, V-shaped.
  • the width of a tube corresponds to half the width of the heat exchange bundle. According to one embodiment of the invention, the width of a tube corresponds to the width of the heat exchange bundle.
  • the width of a tube corresponds to the dimension of the projection of a strand of said zigzag on a line parallel to the transverse direction of the heat exchange bundle, that is to say say on a line perpendicular to the longitudinal direction of the heat exchange bundle.
  • the width of a tube corresponds to the dimension of the projection of two strands of said zigzag on a straight line parallel to the transverse direction of the heat exchange bundle, that is to say on a straight line perpendicular to the longitudinal direction of the heat exchange bundle.
  • the corrugations of a level of tubes n are oriented in the direction opposite to the direction of the corrugations of the level of tubes immediately higher n + 1 and / or immediately lower n-1 within the stack of tubes.
  • Another object of the invention relates to a tube adapted for the heat exchange bundle according to the invention, wherein the tube comprises corrugations, extending between a first flat zone, located at one of the two ends of the tube, and a second flat area, located at the opposite end of the tube, the flat areas of the tubes comprising elevations, said elevations being adapted to define a space between a first elevation of a first tube, positioned in a n tube level, and a second elevation of a second tube, positioned in an immediately higher n + 1 or immediately lower n-1 tube level within the stack of tubes.
  • the invention also relates to a heat exchanger, adapted to be installed in a vehicle such. a motor vehicle, said heat exchanger comprising the heat exchange bundle according to the invention (see above) and / or the tube according to the invention (see also supra).
  • the heat exchange bundle is received in a housing; the wall of said housing located in the immediate vicinity of the upper end of said heat exchange bundle and / or the wall of said housing located in the immediate vicinity of the lower end of said heat exchange bundle being provided with a plurality of undulations.
  • the latter have a shape similar to (or identical to) or complementary to the shape of the corrugations of the upper end of said heat exchange bundle and / or of the lower end of said exchange bundle. thermal. This makes it possible to create a sufficiently disturbed flow of the second fluid (coolant) between:
  • FIG. 1 represents an assembled and perspective view of a part a heat exchanger according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded view of the heat exchanger shown in FIG. 1, said view making it possible to distinguish the various components of said heat exchanger,
  • FIG. 3 represents a detailed sectional view of the heat exchanger illustrated in FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 4 represents a perspective view, in detail, of the end of a tube used to form a heat exchange bundle for the heat exchanger which is the subject of FIGS. 1, 2 and 3,
  • FIG. 5 represents a level of tubes for a heat exchange bundle according to a variant of the first embodiment of the present invention
  • FIG. 6 represents a level of tubes for an additional variant of the first embodiment of the heat exchange bundle according to the present invention
  • FIG. 7 is an exploded view of a heat exchanger according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 represents a sectional view of one end of the heat exchanger illustrated in FIG. 7.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a portion of a heat exchanger 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the heat exchanger 1 is particularly suitable for use during a condensation step, during a cooling cycle of an air conditioning system, for example in a motor vehicle.
  • the heat exchanger 1 comprises a condenser adapted to cool a refrigerant, during the cooling cycle during which the refrigerant passes from a gaseous state to a liquid state.
  • the heat exchanger 1 comprises a housing or housing having an upper wall 2, a lower wall (not shown) and two side walls 4, 5.
  • the heat exchanger 1 is adapted to receive the refrigerant in the direction of the arrow 20, at a relatively high temperature and pressure.
  • the heat exchanger 1 comprises a heat exchange bundle comprising a stack of tubes, said tubes comprising a set of channels adapted to guide the refrigerant from a first end to a second end of the tubes.
  • the channels are spaced apart and adapted to withstand the relatively high temperature and pressure of the refrigerant.
  • the fluids present inside said heat exchanger 1 circulate essentially in a longitudinal direction L 1; as shown in Figure 1.
  • the transverse direction of said heat exchanger 1 is indicated using the reference L 2 .
  • the heat exchange bundle is shown in detail in FIG. 2.
  • the refrigerant is guided inside the heat exchanger 1 from its inlet to its outlet, in the direction of the arrow 20.
  • a cooling liquid such as water
  • the coolant circulates outside the tubes 31 and against the current of the coolant, thus allowing a heat exchange between the coolant and the coolant within the heat exchanger 1.
  • the coolant is guided to an outlet 51.
  • the heat exchanger 1 is thus adapted to facilitate the movement of the coolant within the space between the different channels (not visible) used for the circulation of the refrigerant in the tubes 31.
  • FIG. 2 showing an exploded view of the heat exchanger 1 according to FIG. 1, shows the side walls 4, 5, as well as the upper wall 2 of the heat exchanger 1.
  • a heat exchange bundle 3 comprises a stack of tubes 31, each of said tubes 31 being provided with a set of channels or microchannels (not visible). As illustrated in FIG. 2, these tubes 31 are preferably flat tubes that are typically extruded. However, these tubes 31 may be of different shape, depending on the needs and / or technical constraints.
  • the heat exchange bundle 3 is located inside a housing or housing formed by the upper wall 2, the side walls 4, 5 and the bottom wall (not shown).
  • a heat exchange bundle 3 is shown in detail in FIG. 2.
  • This heat exchange bundle 3 comprises a stack of tubes 31. This stack of tubes 31 is obtained by superimposing different levels of tubes 31; each of said tube levels 31 resulting from the adjacent (or even contiguous) and substantially coplanar, or coplanar, positioning of two tubes 31, as shown in this figure 2.
  • each tube 31 is provided with a determined quantity of corrugations.
  • FIG. 4 shows in detail one of the ends of a tube 31.
  • the corrugations of the tubes 31 are essentially parallel and form a determined angle with the longitudinal direction I_i of the heat exchanger 1 (represented by "dash-dots" on Figure 1).
  • the corrugations form an angle ranging from about 40 ° to about 60 °, preferably from 40 ° to 60 °, with respect to the longitudinal direction 11 of the heat exchanger 1 .
  • the angle between the corrugations and the longitudinal direction I_i is approximately 45 °, preferably 45 °.
  • the corrugations of the tubes 31 make it possible to lengthen the path of the refrigerant inside the various channels of each tube 31, from a first end to a second end. Indeed, the outer surface of the tubes 31, available to achieve the exchange of heat exchanged between the coolant and the coolant, is increased by the presence of the corrugations. This results in an increase in the amount of heat exchanged within the heat exchanger 1.
  • the heat exchange bundle 3 comprising a set of tubes 31, is obtained by assembling a determined number of tubes, arranged in tube levels.
  • Each tube level of said heat exchange bundle 3 comprises two tubes 31 adjacent (or contiguous) and substantially coplanar, preferably coplanar.
  • the two adjacent tubes 31 (even contiguous) and essentially coplanar, preferably coplanar, forming the same level of tubes are of the same size.
  • the width of each tube 31 corresponds to half the width of the corresponding level of tubes 31 and, consequently, to half the width of the heat exchange bundle 3 (whose width is determined by the width of the different levels of tubes superimposed on each other).
  • the tubes 31 are positioned in such a way that the corrugations of two adjacent tubes 31 (ie positioned on a same level of tube) form, in combination, a "V" or a "chevron".
  • a level of tubes 31 (composed of two adjacent tubes 31 - even contiguous - and coplanar) has "V" corrugations directed in a first direction
  • the level of tubes 31 situated immediately above ( if it is present) and the level of tubes 31 located immediately below (if it is present) have "V” corrugations directed in a second direction, opposite the first direction.
  • the presence of the various undulations forming, on each level of tubes 31, rafters ("V" shape) ensures a turbulent flow of the coolant. This turbulent flow of the coolant optimizes the contact between the coolant and the outer surface of the various tubes 31, thus improving the heat exchange between the coolant and the coolant.
  • FIG. 3 is a view from above and in section of the heat exchanger 1 according to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 3 shows a level of tubes of the heat exchange bundle 3 comprising a first tube 31 and a second tube 31, adjacent to the first tube 31.
  • the tubes 31 are positioned on the same level of tubes so that their respective undulations form, in combination, a "V" (or a chevron), as described with reference to FIG. 2.
  • the refrigerant, received at the end of the heat exchanger 1 penetrates within said heat exchanger 1 in the direction of the arrow 20.
  • the liquid of cooling is expelled from the heat exchanger 1 through the outlet 51, in the direction of the arrow 21.
  • FIGS. 2 and 3 in combination with FIG.
  • the upper wall 2 of the heat exchanger 1 comprises a determined quantity of corrugations, each corrugation having a "V" shape or a chevron shape.
  • the determined amount of coolant, flowing between the upper part of the heat exchanger 3 and the inside of the upper wall 2 also undergoes a turbulent flow, close to or even similar or identical to the flow. turbulent coolant occurring between two levels of tubes 31.
  • This turbulent flow of the coolant allows an optimal heat exchange within the heat exchanger 1 according to the present invention.
  • the presence of "V" (or "chevron") corrugations on the top wall 2 - and, optimally, on the bottom wall (not visible) - ensures optimal circulation. coolant (through a turbulent flow) at the upper and lower ends of the heat exchange bundle 3.
  • the circulation of the coolant takes place in a complete channel instead of a half channel as proposed in heat exchangers known from the state of the art.
  • FIG. 4 shows the end of a tube 31.
  • Said tube 31 comprises undulations 40, positioned substantially parallel and forming a determined angle with the longitudinal direction of the tube 31 (see FIG.
  • the end of said tube 31 is provided with an essentially flat or even flat portion 42.
  • An elevation 44 is present between the essentially flat portion 42 and the edge forming the end of the tube 43.
  • Said Elevation 44 is directed essentially in the transverse direction L 2 of the tube 31.
  • the tubes 31, as shown in FIG. 4 are particularly suitable for use in pairs, that is to say that a first tube 31, used within a stack of tubes, is oriented in accordance with FIG. FIG. 4 and is positioned on a second tube 31, after this second tube 31 has been rotated by 180 ° about the longitudinal direction Li (see FIG. 1) from the orientation shown in FIG. in other words, the respective elevations 44 of said first and second tubes 31 are opposite and together define a space adapted to receive the coolant.
  • the set of different spaces created by the superposition tubes, two by two, avoids having to use a collector (also called “collector box") within a heat exchanger comprising said tubes 31.
  • collector box also called “collector box”
  • the presence of these different spaces is described below in detail with reference to a second embodiment of the heat exchanger 11 according to the invention.
  • each level of tubes of the heat exchange bundle 3 is constituted by the assembly of a first and a second tubes 31, the two tubes 31 being adjacent or even contiguous and substantially coplanar, preferably coplanar, as explained above.
  • the possibility of forming a level of tubes, by assembling adjacent or even contiguous and essentially coplanar tubes, preferably coplanar, offers great freedom as to the assembly of the heat exchange bundle 3 in its finished form.
  • Figures 5 and 6 illustrate various options for obtaining a level of tubes within a stack of tubes constituting a heat exchange bundle.
  • the level of tubes shown in Figure 5 comprises a tube 91 having chevron-shaped corrugations 95 (more particularly inverted "V").
  • the level of tubes is completed by a tube 31, adjacent to the tube 91 and positioned in such a way that the corrugations 40 of this tube 31 form, with the chevron-shaped corrugations 95 of said tube 91, "zigzags” with three strands, in the form of "N” (abbreviated as “zigzags in” N ""), in which the first strand (in a first direction) and second strand (in a second direction, different from the first direction) are formed by the corrugations in chevron 95 and the third strand is formed, meanwhile, by the corrugations 40 of the tube 31.
  • the third strand of the "N" zigzag (constituted by the undulations 40) is essentially parallel - or even parallel - to the first strand of said "N" zigzag.
  • These "N" zigzags extend in the transverse direction L 2 (see FIG.
  • the upper wall 2 of the heat exchanger 1 may comprise a determined amount of undulations, each undulation having an "N" shape.
  • FIG. 6 A different configuration of a level of tubes is illustrated in FIG. 6.
  • the level of tube visible in this FIG. 6 comprises a tube 91 having corrugations 95 in the form of a chevron (more especially in inverted "V").
  • the level of tubes is completed not by a tube 31 (as in Figure 5) but by another identical tube 91, the latter being positioned in such a way that the corrugations 95 of the two adjacent tubes 91 together form "zigzags" three-strand, "W” shaped (abbreviated as "W” zigzags).
  • these zigzags in "W” (or in “M”, if we observe them “upside down”) extend in the transverse direction L 2 (see figure 1).
  • the upper wall 2 of the heat exchanger 1 may comprise a determined amount of undulations, each undulation having a shape "W".
  • FIG. 7 represents a second embodiment of a heat exchanger according to the invention.
  • the heat exchanger 11 comprises a heat exchange bundle 13 obtained by means of a stack of tubes 31.
  • Each tube 31 is provided with a determined quantity of channels and undulations depending on the length of said tube 31.
  • the heat exchanger 1 1 comprises a housing or housing comprising an upper wall 12, two side walls 14, 15 and a bottom wall 18.
  • the housing contains the heat exchange bundle 13.
  • each level of tubes of the stack of tubes 31 forming the heat exchange bundle 13 comprises a single tube 31.
  • the various tubes 31 are stacked upside down on each other, that is to say that one rotates a tube 31 out of two, within the stack, in order to "cross" the ripple lines. of each of the tubes 31.
  • the corrugations of a first tube 31, in a first direction are associated with the corrugations of a second tube 31, in a second direction, in order to alternate the direction of the corrugations along the length of said tubes 31.
  • the upper 12 and lower 18 walls are provided with a determined number of corrugations.
  • the flow of the fluid flowing in the space between said upper and lower walls 18 and the heat exchange bundle 13 is disturbed by said undulations by stacking the tubes 31 and the inner surface of the upper walls 12 and lower 18.
  • the fluid, moving between the upper end and the lower end of the exchange beam 13 and the inside of said walls 12 and 18, circulates inside a channel whose walls are provided with corrugations.
  • the coolant (second fluid) flows turbulently within the heat exchanger January 1, allowing optimal heat exchange.
  • FIG. 8 represents a sectional view of one end of the heat exchanger January 1 according to FIG. 7. More specifically, FIG. 8 shows an assembled view of the heat exchanger January 1.
  • a connecting element 61 receives and maintains a first end of the tubes 31 inside said connecting element 61.
  • the connecting element 61 is connected to a part provided with an opening 71 for receiving the refrigerant in the direction indicated by the arrow 20 and ensuring the penetration of the refrigerant inside the channels (or microchannels) located within tubes 31.
  • the refrigerant collector boxes are dimensioned to the width of the tubes 31 in order to obtain optimum compactness of the heat exchanger 13. Three combs are then inserted vertically into the arches of the refrigerant collecting boxes. and are intended to strengthen said collector boxes of said refrigerant.
  • the tubes 31, stacked "back-to-back" on each other comprise, at their end, elevations 44.
  • spaces 80 are formed / defined by two opposite elevations 44 of two tubes 31 superimposed one on the other.
  • the plurality of spaces 80 makes it possible to avoid the use of a collector (or manifold) within the heat exchanger 11.
  • elevations 44 has another advantage, namely that these elevations 44 may, for example, serve as a stop for a folded sheet collector or a fine collector.
  • the corrugations of the various tubes 31 in opposite directions induce points of contact between the different tubes, which can advantageously be used for soldering points between two tubes 31. positioned one on the other in the stack of tubes 31. Said points of contact / brazing between the various tubes 31 have in particular two following technical effects:
  • the corrugations in the walls 12, 13 of a heat exchanger 11 may be used, in combination with a heat exchange bundle according to the prior art such as identified in the present description, in particular to improve the operation / efficiency of said heat exchanger.
  • Said corrugations of the upper 12 and lower 18 walls have a positive impact on the circulation at the ends of the heat exchange bundle, thus allowing optimized heat exchange.
  • the elevations 44 forming the spaces 80 between two adjacent tubes (see above), can be used to improve the operation of the heat exchanger according to the art. previous as identified in the present description. The operation of said heat exchanger can indeed be optimized by the presence of said elevations 44.
  • the spaces 80 formed / defined by the opposing elevations 44 of two neighboring tubes 31 may be advantageous from a point of contact. technical view. Indeed, the elevations 44, forming the spaces 80, can serve as a stop within a folded sheet collector or a fine collector.
  • Figures 1, 2, 3, 7 and 8 show only one end of the heat exchanger 1, 1 1 according to the present invention.
  • the opposite end (not shown) for the heat exchanger 1, 1 1 is essentially in the same form and has the function of creating an outlet for the refrigerant and a inlet for coolant.
  • the various elements shown in FIGS. 1 to 8 are, after assembly, introduced into an oven for undergoing a brazing process, said brazing process allowing said elements to be fastened to each other to produce a heat exchanger 1, 1 1 according to the invention.

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Abstract

La présente invention concerne un faisceau d'échange thermique (3) pour un échangeur de chaleur (1) permettant l'échange de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide, comprenant un empilement de tubes (31), ledit empilement de tubes comprenant une quantité déterminée de niveaux de tubes, dans lequel chaque tube (31) comprend une pluralité de canaux s'étendant dans la direction longitudinale du faisceau d'échange thermique (3) pour guider ledit premier fluide à l'intérieur du tube (31) d'une première extrémité vers une deuxième extrémité dudit tube (31), l'empilement étant adapté pour guider le deuxième fluide entre les niveaux de tube (31) voisins, chaque tube (31) comprenant une pluralité d'ondulations entre sa première extrémité et sa deuxième extrémité, les ondulations étant essentiellement parallèles entre elles ou parallèles entre elles et dans lequel les tubes (31) sont empilés de sorte que les ondulations de chaque niveau de tubes forment un zigzag comprenant au moins deux brins, s'étendant dans la direction transversale du faisceau d'échange thermique (3).

Description

FAISCEAU D'ECHANGE THERMIQUE POUR UN ECHANGEUR DE CHALEUR,
TUBE ADAPTE POUR LEDIT FAISCEAU D'ECHANGE ET ECHANGEUR DE CHALEUR COMPRENANT LEDIT FAISCEAU D'ECHANGE THERMIQUE ET/OU
LEDIT TUBE
Domaine de l'invention
La présente invention concerne un faisceau d'échange thermique pour un échangeur de chaleur permettant l'échangé de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide, comprenant un empilement de tubes, ledit empilement de tubes comprenant une quantité déterminée de niveaux de tubes.
Etat de la technique
Dans un système de climatisation destiné par exemple à un véhicule automobile, un fluide frigorigène ou réfrigérant est utilisé pour refroidir l'habitacle dudit véhicule automobile lors d'un cycle de refroidissement. Afin de permettre la condensation du réfrigérant, une quantité déterminée de chaleur est soustraite dudit réfrigérant, lorsque celui-ci est dans un état gazeux.
Dans l'art antérieur, il est connu d'utiliser un échangeur de chaleur pour obtenir le refroidissement du réfrigérant, ledit échangeur de chaleur étant adapté pour permettre un échange de chaleur entre le réfrigérant et un fluide, tel que de l'eau, afin de refroidir ledit réfrigérant.
Afin de permettre le susdit échange de chaleur, les échangeurs de chaleur de l'art antérieur comprennent généralement deux circuits distincts, l'un destiné au réfrigérant, l'autre destiné au fluide apte et destiné à refroidir le réfrigérant.
Ainsi, l'art antérieur divulgue l'utilisation d'un échangeur de chaleur comprenant un faisceau d'échange thermique, ledit faisceau d'échange thermique comprenant un empilement de tubes, chacun de ces tubes étant pourvu de canaux. Le réfrigérant peut circuler à l'intérieur des canaux, d'une première extrémité vers une deuxième extrémité des canaux. Le fluide utilisé pour refroidir le réfrigérant circule à contre- courant du réfrigérant à l'extérieur des tubes, depuis la deuxième extrémité vers la première extrémité des canaux, entre deux tubes adjacents.
Selon l'art antérieur, les canaux comprennent une paroi d'une épaisseur déterminée pour supporter la pression élevée à laquelle est soumis le réfrigérant circulant à l'intérieur desdits canaux (typiquement supérieure à 40 bars). L'échange de chaleur entre le réfrigérant et le fluide est réalisé au travers de cette paroi.
Un échangeur de chaleur, tel que connu dans l'art antérieur et décrit ci-dessus, est divulgué au sein de la demande de brevet français FR-A-2923589. Plus précisément, l'échangeur de chaleur décrit au sein de ce document comprend un faisceau d'échange thermique comportant un empilement de tubes ondulés.
De nos jours, le fonctionnement des échangeurs de chaleur est soumis à de nombreuses contraintes. Ainsi, l'espace disponible pour l'insertion d'un échangeur de chaleur au sein d'un véhicule automobile est de plus en plus restreint. Cet espace restreint peut notamment entraver le bon fonctionnement de l'échangeur de chaleur et représente une contrainte technique significative. Par conséquent, il existe un besoin de mettre au point des solutions techniques permettant d'améliorer l'échange de chaleur entre un premier fluide circulant à l'intérieur d'un échangeur de chaleur et un deuxième fluide circulant à l'extérieur dudit élément de l'échangeur de chaleur, et ce afin d'accroître l'efficacité de l'échange de chaleur, en particulier lorsque cet échangeur de chaleur est destiné à être installé dans un espace réduit, au sein d'un véhicule automobile.
Objet de l'invention
La présente invention se propose de répondre au besoin mentionné supra. A cet effet, l'invention a pour objet un faisceau d'échange thermique pour un échangeur de chaleur permettant l'échange de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide, comprenant un empilement de tubes, ledit empilement de tubes comprenant une quantité déterminée de niveaux de tubes, dans lequel chaque tube comprend une pluralité de canaux s'étendant dans la direction longitudinale du faisceau d'échange thermique pour guider ledit premier fluide à l'intérieur du tube d'une première extrémité vers une deuxième extrémité dudit tube, l'empilement étant adapté pour guider le deuxième fluide entre les niveaux de tube voisins, chaque tube comprenant une pluralité d'ondulations entre sa première extrémité et sa deuxième extrémité, les ondulations étant essentiellement parallèles entre elles ou parallèles entre elles, et dans lequel les tubes sont empilés de sorte que les ondulations de chaque niveau de tubes forment un zigzag comprenant au moins deux brins, s'étendant dans la direction transversale du faisceau d'échange thermique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, un niveau de tubes, tel que mentionné ci-dessus, comprend au moins un premier tube et au moins un deuxième tube, avantageusement consiste en un premier tube et un deuxième tube, ledit deuxième tube étant adjacent et essentiellement coplanaire, de préférence coplanaire, audit premier tube de sorte que les ondulations de chacun desdits, premier et deuxième tubes forment, ensemble, ledit zigzag comprenant au moins deux brins, s'étendant dans la direction transversale du faisceau d'échange thermique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les ondulations forment un angle déterminé par rapport à la direction longitudinale du tube compris entre 40 ° et 60 °, de préférence égal à 45 °.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le susdit zigzag est un zigzag à deux brins, en forme de V. Avantageusement, dans ce mode de réalisation, un niveau de tubes comprend au moins un premier tube et au moins un deuxième tube, avantageusement consiste en un premier tube et un deuxième tube, ledit deuxième tube étant adjacent et essentiellement coplanaire, de préférence coplanaire, audit premier tube de sorte que les ondulations de chacun desdits premier et deuxième tubes forment, ensemble, ledit zigzag à deux brins, en forme de V, avantageusement les ondulations de chacun desdits premier et deuxième tubes sont des monobrins essentiellement parallèles entre eux, ou parallèles entre eux.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le susdit zigzag est un zigzag à trois brins, en forme de N. Avantageusement, dans ce mode de réalisation, un niveau de tubes comprend au moins un premier tube et un au moins un deuxième tube, avantageusement consiste en un premier tube et un deuxième tube, ledit deuxième tube étant adjacent et essentiellement coplanaire, de préférence coplanaire, audit premier tube de sorte que les ondulations de chacun desdits premier et deuxième tubes forment, ensemble, ledit zigzag à trois brins, en forme de N, avantageusement les ondulations du premier tube étant des monobrins essentiellement parallèles entre eux, où parallèles entre eux, et les ondulations du deuxième tube étant des zigzags à deux brins, en forme de V.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le susdit zigzag est un zigzag à quatre brins, en forme de W. Avantageusement, dans ce mode de réalisation, un niveau de tubes comprend au moins un premier tube et un au moins un deuxième tube, avantageusement consiste en un premier tube et un deuxième tube, ledit deuxième tube étant adjacent et essentiellement coplanaire, de préférence coplanaire, audit premier tube de sorte que les ondulations de chacun desdits premier et deuxième tubes forment, ensemble, ledit zigzag à quatre brins, en forme de W, avantageusement les ondulations de chacun desdits premier et deuxième tubes étant des zigzags à deux brins, en forme de V.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la largeur d'un tube correspond à la moitié de la largeur du faisceau d'échange thermique. Selon un mode de réalisation de l'invention, la largeur d'un tube correspond à la largeur du faisceau d'échange thermique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la largeur d'un tube correspond à la dimension de la projection d'un brin dudit zigzag sur une droite parallèle à la direction transversale du faisceau d'échange thermique, c'est-à-dire sur une droite perpendiculaire à la direction longitudinale du faisceau d'échange thermique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la largeur d'un tube correspond à la dimension de la projection de deux brins dudit zigzag sur une droite parallèle à la direction transversale du faisceau d'échange thermique, c'est-à-dire sur une droite perpendiculaire à la direction longitudinale du faisceau d'échange thermique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les ondulations d'un niveau de tubes n sont orientées dans le sens inverse du sens des ondulations du niveau de tubes immédiatement supérieur n+1 et/ou immédiatement inférieur n-1 au sein de l'empilement de tubes.
Un autre objet de l'invention concerne un tube adapté pour le faisceau d'échange thermique selon l'invention, dans lequel le tube comprend des ondulations, s'étendant entre une première zone plate, située à une des deux extrémités du tube, et une deuxième zone plate, située à l'extrémité opposée du tube, les zones plates des tubes comprenant des élévations, lesdites élévations étant adaptées pour définir un espace entre une première élévation d'un premier tube, positionnée dans un niveau de tubes n, et une deuxième élévation d'un deuxième tube, positionnée dans un niveau de tubes immédiatement supérieur n+1 ou immédiatement inférieur n-1 au sein l'empilement de tubes.
L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur, adapté pour être installé au sein d'un véhicule tel. qu'un véhicule automobile, ledit échangeur de chaleur comprenant le faisceau d'échange thermique selon l'invention (cf. supra) et/ou le tube selon la l'invention (cf. également supra). Avantageusement, le faisceau d'échange thermique est reçu dans un boîtier ; la paroi dudit boîtier située au voisinage immédiat de l'extrémité supérieure dudit faisceau d'échange thermique et/ou la paroi dudit boîtier située au voisinage immédiat de l'extrémité inférieure dudit faisceau d'échange thermique étant pourvue(s) d'une pluralité d'ondulations. Selon un mode de réalisation préféré, ces dernières ont une forme similaire (voire identique) - ou complémentaire - à la forme des ondulations de l'extrémité supérieure dudit faisceau d'échange thermique et/ou de l'extrémité inférieure dudit faisceau d'échange thermique. Ceci permet de créer un écoulement suffisamment perturbé du deuxième fluide (liquide de refroidissement) entre :
- la paroi dudit boîtier située au voisinage immédiat de l'extrémité supérieure dudit faisceau d'échange thermique et cette dernière, et/ou
la paroi dudit boîtier située au voisinage immédiat de l'extrémité inférieure dudit faisceau d'échange thermique et cette dernière, avantageusement les deux. Brève description des dessins
Les buts, objets et caractéristiques de la présente invention, ainsi que ses avantages techniques, apparaîtront plus clairement à la lecture de la présente description, faite en référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 représente une vue assemblée et en perspective d'une partie d'un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 2 est une vue éclatée de l'échangeur de chaleur représenté sur la figure 1 , ladite vue permettant de distinguer les différents composants dudit échangeur de chaleur,
la figure 3 représente une vue en coupe, détaillée, de l'échangeur de chaleur illustré par les figures 1 et 2,
- la figure 4 représente une vue en perspective, détaillée, de l'extrémité d'un tube utilisé pour former un faisceau d'échange thermique pour l'échangeur de chaleur objet des figures 1 , 2 et 3,
la figure 5 représente un niveau de tubes pour un faisceau d'échange thermique selon une variante du premier mode de réalisation de la présente invention,
la figure 6 représente un niveau de tubes pour une variante additionnelle du premier mode de réalisation du faisceau d'échange thermique selon la présente invention,
la figure 7 est une vue éclatée d'un échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention, et
la figure 8 représente une vue en coupe d'une extrémité de l'échangeur de chaleur illustré en figure 7.
Description détaillée des modes de réalisation
La description détaillée présentée ci-après a pour but d'exposer l'invention de manière suffisamment claire et complète mais ne doit pas être considérée comme limitant l'étendue de la protection aux modes de réalisation particuliers décrits ci- après. La figure 1 représente une vue en perspective d'une partie d'un échangeur de chaleur 1 selon un premier mode de réalisation de la présente invention. L'échangeur de chaleur 1 est particulièrement adapté pour être utilisé lors d'une étape de condensation, au cours d'un cycle de refroidissement d'un système de climatisation, par exemple au sein d'un véhicule automobile. A cet effet, l'échangeur de chaleur 1 comprend un condenseur adapté pour refroidir un réfrigérant, lors du cycle de refroidissement au cours duquel le réfrigérant passe d'un état gazeux à un état liquide.
Comme montré sur la figure 1 , l'échangeur de chaleur 1 comprend un boîtier ou carter comportant une paroi supérieure 2, une paroi inférieure (non montrée) et deux parois latérales 4, 5. L'échangeur de chaleur 1 est adapté pour recevoir le réfrigérant dans le sens de la flèche 20, à une température et une pression relativement élevées. L'échangeur de chaleur 1 comprend un faisceau d'échange thermique comprenant un empilement de tubes, lesdits tubes comprenant un ensemble de canaux, adaptés pour guider le réfrigérant d'une première extrémité vers une deuxième extrémité des tubes. Lesdits canaux sont espacés entre eux et adaptés pour résister à la température et à la pression relativement élevées du réfrigérant.
L'une des extrémités de l'échangeur de chaleur 1 est représentée sur cette figure 1 . Les fluides présents à l'intérieur dudit échangeur de chaleur 1 circulent essentiellement selon une direction longitudinale L1 ; tel que montré sur la figure 1 . La direction transversale dudit échangeur de chaleur 1 est indiquée à l'aide de la référence L2.
Le faisceau d'échange thermique est représenté en détail sur la figure 2. Le réfrigérant est guidé à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 1 depuis son entrée vers sa sortie, dans le sens de la flèche 20. Afin de refroidir le réfrigérant, un liquide de refroidissement, tel que de l'eau, est introduit dans l'échangeur de chaleur 1 . Le liquide de refroidissement circule à l'extérieur des tubes 31 et à contre-courant du réfrigérant, permettant ainsi un échange de chaleur entre le réfrigérant et le liquide de refroidissement au sein de l'échangeur de chaleur 1 . Ensuite, le liquide de refroidissement est guidé vers une sortie 51 . L'échangeur de chaleur 1 est ainsi adapté pour faciliter le déplacement du liquide de refroidissement au sein de l'espace entre les différents canaux (non visibles) utilisés pour la circulation du réfrigérant dans les tubes 31 .
Plus précisément, la figure 2, représentant une vue éclatée de l'échangeur de chaleur 1 selon la figure 1 , montre les parois latérales 4, 5, ainsi que la paroi supérieure 2 de l'échangeur de chaleur 1 . Tel que montré sur cette figure 2, un faisceau d'échange thermique 3, comprend un empilement de tubes 31 , chacun desdits tubes 31 étant pourvu d'un ensemble de canaux ou microcanaux (non visibles). Comme illustré en figure 2, ces tubes 31 sont, de préférence, des tubes plats typiquement issus d'extrusion. Toutefois, ces tubes 31 peuvent être de forme différente, en fonctions des besoins et/ou contraintes techniques. Le faisceau d'échange thermique 3 est situé à l'intérieur d'un boîtier ou carter formé par la paroi supérieure 2, les parois latérales 4, 5 et la paroi inférieure (non montrée). Un faisceau d'échange thermique 3 est représenté en détail sur ladite figure 2. Ce faisceau d'échange thermique 3 comprend un empilement de tubes 31 . Cet empilement de tubes 31 est obtenu en superposant différents niveaux de tubes 31 ; chacun desdits niveaux de tubes 31 résultant du positionnement adjacent (voire contigu) et essentiellement coplanaire, ou coplanaire, de deux tubes 31 , tel que représenté sur cette figure 2.
Comme montré sur la figure 2, les extrémités des tubes 31 sont reçues dans un élément de liaison 6, lequel assure le maintien desdites extrémités des tubes 31 et permet de positionner aisément les différents tubes 31 les uns par rapport aux autres, lors de l'assemblage de l'échangeur de chaleur. L'élément de liaison 6 est connecté à un élément 7 pourvu d'une ouverture 71 adaptée pour recevoir le réfrigérant dans le sens indiqué par la flèche 20. Le réfrigérant pénètre à l'intérieur d'un nombre déterminé de canaux situés dans les différents tubes 31 . Ainsi, le réfrigérant circule à l'intérieur desdits canaux. Le liquide de refroidissement circule à contre-courant entre deux tubes 31 adjacents ou entre deux niveaux de tubes (tel que défini précédemment et représenté en figure 2), assurant ainsi l'échange de chaleur entre le réfrigérant et le liquide de refroidissement à travers la paroi desdits tubes 31 . Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 2, chaque tube 31 est pourvu d'une quantité déterminée d'ondulations. Pour une meilleure compréhension, le lecteur est invité à se référer à la figue 4, laquelle montre en détail l'une des extrémités d'un tube 31 .
Revenant à la figure 2, l'on observe sur celle-ci que les ondulations des tubes 31 sont essentiellement parallèles et forment un angle déterminé avec la direction longitudinale l_i de l'échangeur de chaleur 1 (matérialisée par des « tirets-points » sur la figure 1 ). Selon un mode de réalisation de l'invention, les ondulations forment un angle allant d'environ 40 ° à environ 60 °, de préférence allant de 40 ° à 60 °, par rapport à la direction longitudinale l_i de l'échangeur de chaleur 1 . Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'angle entre les ondulations et la direction longitudinale l_i est d'environ 45°, de préférence de 45°. Les ondulations des tubes 31 permettent de rallonger le parcours du réfrigérant à l'intérieur des différents canaux de chaque tube 31 , depuis une première extrémité vers une deuxième extrémité. En effet, la surface externe des tubes 31 , disponible pour réaliser l'échange de chaleur échangée entre le réfrigérant et le liquide de refroidissement, se trouve augmentée par la présence des ondulations. Ceci résulte en une augmentation de la quantité de chaleur échangée au sein de l'échangeur de chaleur 1 .
Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 2, le faisceau d'échange thermique 3, comprenant un ensemble de tubes 31 , est obtenu par assemblage d'un nombre déterminé de tubes, agencés en niveaux de tubes. Chaque niveau de tubes dudit faisceau d'échange thermique 3 comprend deux tubes 31 adjacents (voire contigus) et essentiellement coplanaires, de préférence coplanaires.
Sur le mode de réalisation représenté en figure 2, les deux tubes 31 adjacents (voire contigus) et essentiellement coplanaires, de préférence coplanaires, formant un même niveau de tubes sont de même dimension. Dans ce mode de réalisation, la largeur de chaque tube 31 correspond à la moitié de la largeur du niveau de tubes 31 correspondant et, par conséquent, à la moitié de la largeur du faisceau d'échange thermique 3 (dont la largeur est déterminée par la largeur des différents niveaux de tubes superposés les uns sur les autres). Les tubes 31 sont positionnés de manière à ce que les ondulations de deux tubes 31 adjacents (à savoir positionnés sur un même niveau de tube) forment, en combinaison, un « V » ou un « chevron ». Au sein du faisceau d'échange thermique 3 représenté sur la figure 2, l'on note une alternance entre les différents niveaux de tubes superposés les uns sur les autres : les niveaux de tubes 31 de rang n (avec n étant, par exemple un nombre entier impair) présentent un « V » dirigé dans un premier sens, alors que les niveaux de tubes 31 de rang n+1 (avec n étant, par exemple un nombre entier impair) présentent un « V » dirigé dans un deuxième sens, opposé au premier sens, ou vice versa. En d'autres termes, si un niveau de tubes 31 (composé de deux tubes 31 adjacents - voire contigus - et coplanaires) présente des ondulations en « V » dirigé dans un premier sens, le niveau de tubes 31 situé immédiatement au-dessus (si celui-ci est présent) et le niveau de tubes 31 situé immédiatement au-dessous (si celui-ci est présent) présentent des ondulations en «« V » dirigé dans un deuxième sens, opposé au premier sens. La présence des différentes ondulations formant, sur chaque niveau de tubes 31 , des chevrons (forme en « V »), assure un écoulement turbulent du liquide de refroidissement. Cet écoulement turbulent du liquide de refroidissement permet d'optimiser la mise en contact entre le liquide de refroidissement et la surface extérieure des différents tubes 31 , améliorant ainsi l'échange de chaleur entre le réfrigérant et le liquide de refroidissement.
La combinaison des caractéristiques, décrites ci-dessus, concernant le positionnement des différents tubes 31 présents au sein du faisceau d'échange thermique 3, garantit un échange de chaleur optimal entre le réfrigérant présent à l'intérieur des canaux au sein des tubes 31 et du liquide de refroidissement circulant dans un sens opposé à l'extérieur des différents tubes 31 .
Tel qu'indiqué précédemment, la figure 3 est une vue de dessus et en coupe de l'échangeur de chaleur 1 selon les figures 1 et 2. La figure 3 montre un niveau de tubes du faisceau d'échange thermique 3 comprenant un premier tube 31 et un deuxième tube 31 , adjacent au premier tube 31 . Les tubes 31 sont positionnés sur un même niveau de tubes de manière à ce que leurs ondulations respectives forment, en combinaison, un « V », (ou un chevron), tel que décrit en référence à la figure 2. Le réfrigérant, reçu à l'extrémité de l'échangeur de chaleur 1 , pénètre au sein dudit échangeur de chaleur 1 dans le sens de la flèche 20. Le liquide de refroidissement, quant à lui, est expulsé de l'échangeur de chaleur 1 par la sortie 51 , dans le sens de la flèche 21 . Comme montré sur les figures 2 et 3, en combinaison avec la figure 1 , la paroi supérieure 2 de l'échangeur de chaleur 1 comprend une quantité déterminée d'ondulations, chaque ondulation ayant une forme en « V » ou une forme de chevron. Ainsi, la quantité déterminée de liquide de refroidissement, circulant entre la partie supérieure de l'échangeur de chaleur 3 et l'intérieur de la paroi supérieure 2, subit également un écoulement turbulent, voisin de - voire similaire ou identique à - l'écoulement turbulent du liquide de refroidissement se produisant entre deux niveaux de tubes 31 . Cet écoulement turbulent du liquide de refroidissement permet un échange de chaleur optimal au sein de l'échangeur de chaleur 1 selon la présente invention. En d'autres termes, la présence d'ondulations « en V » (ou « en chevron ») sur la paroi supérieure 2 - et, de manière optimale, sur la paroi inférieure (non visible) - permet d'assurer la circulation optimale du liquide de refroidissement (au travers d'un écoulement turbulent) au niveau des extrémités supérieure et inférieure du faisceau d'échange thermique 3. Ainsi, la circulation du liquide de refroidissement s'effectue dans un canal complet au lieu d'un demi-canal comme proposé dans les échangeurs de chaleurs connu de l'Etat de la technique.
Tel qu'indiqué précédemment, la figure 4 montre l'extrémité d'un tube 31 . Ledit tube 31 comprend des ondulations 40, positionnées de façon essentiellement parallèle et formant un angle déterminé avec la direction longitudinale du tube 31 (cf. figure 1 )-
Comme illustré sur cette figure 4, l'extrémité dudit tube 31 est pourvue d'une partie essentiellement plate - voire plate - 42. Une élévation 44 est présente entre la partie essentiellement plate 42 et le bord formant l'extrémité du tube 43. Ladite élévation 44 est dirigée essentiellement dans la direction transversale L2 du tube 31 . Les tubes 31 , tels que montrés sur la figure 4, sont particulièrement adaptés à une utilisation deux à deux, c'est-à-dire qu'un premier tube 31 , utilisé au sein d'un empilement de tubes, est orienté conformément à la figure 4 et est positionné sur un deuxième tube 31 , après que ce deuxième tube 31 a subi une rotation de 1 800 autour de la direction longitudinale Li (cf. figure 1 ) à partir de l'orientation montrée en figure 4. En d'autres termes, les élévations 44 respectives desdits premier et deuxième tubes 31 sont opposées et définissent ensemble un espace adapté pour recevoir le liquide de refroidissement. L'ensemble des différents espaces ainsi créé par la superposition des tubes 31 , deux à deux, permet d'éviter de devoir utiliser un collecteur (également dénommé « boîte collectrice ») au sein d'un échangeur de chaleur comprenant lesdits tubes 31 . La présence de ces différents espaces est décrite ci- dessous en détail en faisant référence à un deuxième mode de réalisation de l'échangeur de chaleur 1 1 selon l'invention.
Selon le premier mode de réalisation de l'échangeur de chaleur selon l'invention, représenté par les figures 1 -3, chaque niveau de tubes du faisceau d'échange thermique 3 est constitué par l'assemblage d'un premier et d'un deuxième tubes 31 , les deux tubes 31 étant adjacents voire contigus et essentiellement coplanaires, de préférence coplanaires, tel qu'expliqué précédemment. La possibilité de former un niveau de tubes, par assemblage de tubes adjacents voire contigus et essentiellement coplanaires, de préférence coplanaires, offre une grande liberté quant à l'assemblage du faisceau d'échange thermique 3 dans sa forme finie. Les figures 5 et 6 illustrent différentes options permettant d'obtenir un niveau de tubes au sein d'un empilement de tubes constituant un faisceau d'échange thermique.
Le niveau de tubes représenté en figure 5 comprend un tube 91 présentant des ondulations 95 en forme de chevron (plus particulièrement en « V » inversé). Le niveau de tubes est complété par un tube 31 , adjacent au tube 91 et positionné de telle manière que les ondulations 40 de ce tube 31 forment, avec les ondulations 95 en forme de chevron dudit tube 91 , des « zigzags » à trois brins, en forme de « N » (abrégés en « zigzags en « N » »), dans lesquels le premier brin (selon une première direction) et deuxième brin (selon une deuxième direction, différente de la première direction) sont formés par les ondulations en chevron 95 et le troisième brin est formé, quant à lui, par les ondulations 40 du tube 31 . Selon la figure 6, le troisième brin du zigzag en « N » (constitué par les ondulations 40) est essentiellement parallèle - voire parallèle - au premier brin dudit zigzag en « N ». Ces zigzags en « N » s'étendent selon la direction transversale L2 (cf. figure 1 ).
De manière analogue au mode de réalisation précédent, la paroi supérieure 2 de l'échangeur de chaleur 1 peut comprendre une quantité déterminée d'ondulations, chaque ondulation ayant une forme en « N ». Une configuration différente d'un niveau de tubes est illustrée sur la figure 6. Comme pour le niveau de tubes représenté en figure 5, le niveau de tube visible sur cette figure 6 comprend un tube 91 présentant des ondulations 95 en forme de chevron (plus particulièrement en « V » inversé). Toutefois, le niveau de tubes est complété non pas par un tube 31 (comme en figure 5) mais par un autre tube identique 91 , ce dernier étant positionné de telle manière que les ondulations 95 des deux tubes adjacents 91 forment ensemble des « zigzags » à trois brins, en forme de « W » (abrégés en « zigzags en « W» »). Tout comme les zigzags en « N » de la figure 5, ces zigzags en « W » (ou en « M », si on les observe « à l'envers ») s'étendent selon la direction transversale L2 (cf. figure 1 ).
De manière analogue au mode de réalisation précédent, la paroi supérieure 2 de l'échangeur de chaleur 1 peut comprendre une quantité déterminée d'ondulations, chaque ondulation ayant une forme en « W ».
La figure 7 représente un deuxième mode de réalisation d'un échangeur de chaleur selon l'invention. Ainsi, l'échangeur de chaleur 1 1 comprend un faisceau d'échange thermique 13 obtenu grâce à un empilement de tubes 31 . Chaque tube 31 est pourvu d'une quantité déterminée de canaux et d'ondulations et ce, en fonction de la longueur dudit tube 31 . L'échangeur de chaleur 1 1 comprend un boîtier ou carter comprenant une paroi supérieure 12, deux parois latérales 14,15 et une paroi inférieure 18. Le boîtier contient le faisceau d'échange thermique 13. Comme montré sur la figure 7, chaque niveau de tubes de l'empilement de tubes 31 formant le faisceau d'échange thermique 13 comprend un seul tube 31 . Les différents tubes 31 sont empilés tête-bêche les uns sur les autres, c'est-à-dire que l'on tourne un tube 31 sur deux, au sein de l'empilement, afin de « croiser » les lignes d'ondulation de chacun des tubes 31 . Ainsi, les ondulations d'un premier tube 31 , selon une première direction, sont associées aux ondulations d'un deuxième tube 31 , selon une deuxième direction, et ce afin d'alterner la direction des ondulations sur la longueur desdits tubes 31 . Les parois supérieure 12 et inférieure 18 sont pourvues d'un nombre déterminé d'ondulations. L'écoulement du fluide circulant dans l'espace existant entre lesdites parois supérieure 12 et inférieure 18 et le faisceau d'échange thermique 13 est perturbé par lesdites ondulations grâce à l'empilement des tubes 31 et à la surface interne des parois supérieure 12 et inférieure 18. Le fluide, se déplaçant entre l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure du faisceau d'échange thermique 13 et l'intérieur desdites parois 12 et 18, circule à l'intérieur d'un canal dont les parois sont pourvues d'ondulations. Ainsi, le liquide de refroidissement (deuxième fluide) s'écoule de manière turbulente au sein de l'échangeur de chaleur 1 1 , permettant un échange de chaleur optimal.
De manière avantageuse, on pourra alterner la direction des ondulations de la paroi supérieure 2 par rapport au niveau de tubes supérieur de l'empilement de tubes 31 .
La figure 8 représente une vue en coupe d'une extrémité de l'échangeur de chaleur 1 1 selon la figure 7. Plus précisément, la figure 8 montre une vue assemblée de l'échangeur de chaleur 1 1 . Un élément de liaison 61 reçoit et maintient une première extrémité des tubes 31 à l'intérieur dudit élément de liaison 61 . L'élément de liaison 61 est connecté à une pièce pourvue d'une ouverture 71 permettant de recevoir le réfrigérant dans le sens indiqué par la flèche 20 et assurer la pénétration du fluide réfrigérant à l'intérieur des canaux (ou microcanaux) situés au sein des tubes 31 . En référence aux figures 7 et 8, les boîtes collectrices de réfrigérant sont dimensionnées à la largeur des tubes 31 afin d'obtenir une compacité optimale de l'échangeur de chaleur 13. Trois peignes sont ensuite insérés verticalement dans les arches des boîtes collectrices du réfrigérant et ont pour objectif de renforcer lesdites boîtes collectrices dudit réfrigérant.
Comme représenté sur la figure 8, les tubes 31 , empilés « tête-bêche » les uns sur les autres (cf. supra), comprennent, en leur extrémité, des élévations 44. Tel qu'expliqué précédemment, en référence à la figure 4, des espaces 80 sont formés/définis par deux élévations 44 opposées de deux tubes 31 superposés l'un sur l'autre. La pluralité d'espaces 80 permet d'éviter l'usage d'un collecteur (ou boîte collectrice) au sein de l'échangeur de chaleur 1 1 .
En outre, la présence des élévations 44 présente un autre avantage, à savoir que ces élévations 44 peuvent, par exemple, servir de butée à un collecteur en tôle pliée ou à un collecteur fin.
Comme montré sur la figure 7, les ondulations des différents tubes 31 selon des directions opposées induisent des points de contact entre les différents tubes, pouvant servir, de manière avantageuse, de points de brasage entre deux tubes 31 positionnés l'un sur l'autre dans l'empilement de tubes 31 . Lesdits points de contact/ de brasage entre les différents tubes 31 présentent notamment deux effets techniques suivants :
- amélioration de l'échange de chaleur, et
- augmentation de la solidité/résistance du faisceau d'échange thermique.
En faisant référence à la figure 7, il convient de noter que les ondulations dans les parois 12, 13 d'un échangeur de chaleur 1 1 peuvent être utilisées, en combinaison avec un faisceau d'échange thermique selon l'art antérieur tel qu'identifié au sein de la présente description, en particulier pour améliorer le fonctionnement/l'efficacité dudit échangeur de chaleur. Lesdites ondulations des parois supérieure 12 et inférieure 18 ont un impact positif sur la circulation aux extrémités du faisceau d'échange thermique, permettant ainsi un échange de chaleur optimisé. En outre, en référence à la figure 8, il convient de noter que les élévations 44, formant les espaces 80 entre deux tubes voisins (cf. supra), peuvent être utilisées pour améliorer le fonctionnement de l'échangeur de chaleur selon l'art antérieur tel qu'identifié au sein de la présente description. Le fonctionnement dudit échangeur de chaleur peut en effet être optimisé grâce à la présence desdites élévations 44. En effet, la présence des élévations 44, et donc des espaces 80, permet d'éviter l'utilisation d'un collecteur, ce qui permet, entre autres, de limiter le nombre de composants de l'échangeur de chaleur selon l'invention et, par conséquent, de limiter l'encombrement et le coût de celui-ci tout en maximisant l'efficacité de l'échange de chaleur.
En tout état de cause, même lorsque l'échangeur de chaleur selon l'invention est pourvu d'un collecteur, les espaces 80 formés/définis par les élévations 44 opposées de deux tubes 31 voisins peuvent s'avérer avantageux d'un point de vue technique. En effet, les élévations 44, formant les espaces 80, peuvent servir de butée au sein d'un collecteur à tôle pliée ou d'un collecteur fin.
Les figures 1 , 2, 3, 7 et 8 ne représentent qu'une extrémité de l'échangeur de chaleur 1 , 1 1 selon la présente invention. De manière similaire, l'extrémité opposée (non montrée) pour l'échangeur de chaleur 1 , 1 1 se présente essentiellement sous la même forme et a pour fonction de créer une sortie destinée au réfrigérant et une entrée destinée au liquide de refroidissement. De manière particulièrement avantageuse, les différents éléments montrés sur les figures 1 à 8 sont, après assemblage, introduits dans un four pour subir un procédé de brasage, ledit procédé de brasage permettant la fixation desdits éléments les uns aux autres pour produire un échangeur de chaleur 1 , 1 1 selon l'invention.
L'utilisation de deux tubes adjacents pour créer un zigzag en chevron par rapport à un unique tube présentant ce même zigzag en forme de chevron présente un avantage technique. Il est difficile d'obtenir un angle de chevron pointu avec un seul tube. En effet, l'angle du chevron d'un tube présentera un aspect arrondi. Cette difficulté disparaît avec l'utilisation de deux tubes. Le zigzag présentant un angle pointu entre deux bruns permet une meilleure perturbation du fluide.

Claims

REVENDICATIONS
Faisceau d'échange thermique (3) pour un échangeur de chaleur (1 ) permettant l'échange de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide, comprenant un empilement de tubes (31 , 91 ), ledit empilement de tubes comprenant une quantité déterminée de niveaux de tubes, dans lequel chaque tube (31 , 91 ) comprend une pluralité de canaux s'étendant dans la direction longitudinale l_i du faisceau d'échange thermique (3) pour guider ledit premier fluide à l'intérieur du tube (31 , 91 ) d'une première extrémité vers une deuxième extrémité dudit tube (31 , 91 ), l'empilement étant adapté pour guider le deuxième fluide entre les niveaux de tube (31 , 91 ) voisins, chaque tube (31 , 91 ) comprenant une pluralité d'ondulations (40, 95) entre sa première extrémité et sa deuxième extrémité, les ondulations (40, 95) étant essentiellement parallèles entre elles ou parallèles entre elles et dans lequel les tubes (31 , 91 ) sont empilés de sorte que les ondulations (40, 95) de chaque niveau de tubes forment un zigzag comprenant au moins deux brins, s'étendant dans la direction transversale L2 du faisceau d'échange thermique (3).
Faisceau d'échange thermique (3) selon la revendication 1 , dans lequel un niveau de tubes comprend au moins un premier tube (31 , 91 ) et au moins un deuxième tube (31 , 91 ), avantageusement consiste en un premier tube (31 , 91 ) et un deuxième tube (31 , 91 ), ledit deuxième tube (31 , 91 ) étant adjacent et essentiellement coplanaire, de préférence coplanaire, audit premier tube (31 , 91 ) de sorte que les ondulations (40, 95) de chacun desdits premier et deuxième tubes (31 , 91 ) forment, ensemble, ledit zigzag comprenant au moins deux brins, s'étendant dans la direction transversale L2 du faisceau d'échange thermique (3).
Faisceau d'échange thermique (3) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit zigzag est un zigzag à deux brins, en forme de V.
4. Faisceau d'échange thermique (3) selon la revendication 3, dans lequel un niveau de tubes comprend au moins un premier tube (31 ) et au moins un deuxième tube (31 ), avantageusement consiste en un premier tube (31 ) et un deuxième tube (31 ), ledit deuxième tube (31 ) étant adjacent et essentiellement coplanaire, de préférence coplanaire, audit premier tube (31 ) de sorte que les ondulations (40) de chacun desdits premier et deuxième tubes (31 ) forment, ensemble, ledit zigzag à deux brins, en forme de V, avantageusement les ondulations (40) de chacun desdits premier et deuxième tubes (31 ) sont des monobrins essentiellement parallèles entre eux, ou parallèles entre eux.
Faisceau d'échange thermique (3) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit zigzag est un zigzag à trois brins, en forme de N.
Faisceau d'échange thermique (3) selon la revendication 5, dans lequel un niveau de tubes comprend au moins un premier tube (31 ) et un au moins un deuxième tube (91 ), avantageusement consiste en un premier tube (31 ) et un deuxième tube (91 ), ledit deuxième tube (91 ) étant adjacent et essentiellement coplanaire, de préférence coplanaire, audit premier tube (31 ) de sorte que les ondulations (40, 95) de chacun desdits premier et deuxième tubes (31 , 91 ) forment, ensemble, ledit zigzag à trois brins, en forme de N, avantageusement les ondulations (40) du premier tube (31 ) étant des monobrins essentiellement parallèles entre eux, ou parallèles entre eux, et les ondulations (95) du deuxième tube (91 ) étant des zigzags à deux brins, en forme de V.
Faisceau d'échange thermique (3) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit zigzag est un zigzag à quatre brins, en forme de W.
Faisceau d'échange thermique (3) selon la revendication 7, dans lequel un niveau de tubes comprend au moins un premier tube (91 ) et un au moins un deuxième tube (91 ), avantageusement consiste en un premier tube (91 ) et un deuxième tube (91 ), ledit deuxième tube (91 ) étant adjacent et essentiellement coplanaire, de préférence coplanaire, audit premier tube (91 ) de sorte que les ondulations (95, 95) de chacun desdits premier et deuxième tubes (91 , 91 ) forment, ensemble, ledit zigzag à quatre brins, en forme de W, avantageusement les ondulations (95) de chacun desdits premier et deuxième tubes (91 ) étant des zigzags à deux brins, en forme de V.
Faisceau d'échange thermique (3) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la largeur d'un tube (31 , 91 ) correspond à la moitié de la largeur du faisceau d'échange thermique (3).
10. Faisceau d'échange thermique (3) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les ondulations (40, 95) d'un niveau de tubes n sont orientées dans le sens inverse du sens des ondulations (40, 95) du niveau de tubes immédiatement supérieur n+1 et/ou immédiatement inférieur n-1 au sein de l'empilement de tubes (31 , 91 ).
1 1 . Tube (31 , 91 ) adapté pour le faisceau d'échange thermique (3) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le tube (31 , 91 ) comprend des ondulations (40, 95) s'étendant entre une première zone plate, située à une des deux extrémités du tube (31 , 91 ), et une deuxième zone plate, située à l'extrémité opposée du tube (31 , 91 ), les zones plates des tubes (31 , 91 ) comprenant des élévations (44), lesdites élévations (44) étant adaptées pour définir un espace (80) entre une première élévation (44) d'un premier tube (31 , 91 ), positionnée dans un niveau de tubes n, et une deuxième élévation (44) d'un deuxième tube (31 , 91 ) positionnée dans un niveau de tubes immédiatement supérieur n+1 ou immédiatement inférieur n-1 au sein l'empilement de tubes (31 , 91 ).
12. Echangeur de chaleur (1 , 1 1 ), adapté pour être installé au sein d'un véhicule tel qu'un véhicule automobile, ledit échangeur de chaleur (1 , 1 1 ) comprenant le faisceau d'échange thermique (3) selon l'une des revendications 1 à 10 et/ou le tube selon la revendication 1 1 .
13. Echangeur de chaleur (1 , 1 1 ) selon la revendication 12, dans lequel le faisceau d'échange thermique (3) est reçu dans un boîtier ; la paroi dudit boîtier située au voisinage immédiat de l'extrémité supérieure dudit faisceau d'échange thermique (3) et/ou la paroi dudit boîtier située au voisinage immédiat de l'extrémité inférieure dudit faisceau d'échange thermique (3) étant pourvue(s) d'une pluralité d'ondulations.
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