WO2017109345A1 - Échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile - Google Patents

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fluid
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heat exchange
frame
heat exchanger
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Jérôme MOUGNIER
Georges De Pelsemaeker
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Definitions

  • Heat exchanger in particular for a motor vehicle
  • the invention relates to the field of heat exchangers and in particular to heat exchangers intended to be traversed by a fluid under high pressure.
  • the invention relates more particularly to heat exchangers able to be traversed by a refrigerant fluid having a relatively high operating pressure, as is the case with natural gases such as carbon dioxide designated by CO 2 , having an operating pressure higher than the refrigerant gases used in the solutions of the state of the art.
  • Such heat exchangers find particular application in motor vehicles. They may in particular constitute a gas cooler in which the cooling fluid such as CO 2 is cooled by a second fluid, such as liquid. Conversely, the second fluid can be cooled by the first fluid for example in gaseous form, the heat exchanger is then commonly referred to as "Water chiller" in English.
  • Such heat exchangers can in particular be used in the thermal regulation of one or more batteries of an electric or hybrid vehicle.
  • the thermal regulation of the batteries is an important point because if the batteries are subjected to temperatures too cold, their autonomy can decrease strongly and if they are subjected to too high temperatures, there is a risk of thermal runaway up to to the destruction of the battery, or even the motor vehicle.
  • a coolant generally coolant comprising a mixture of brine, which circulates in a heat exchanger in contact with the battery or batteries.
  • the cooling liquid can thus bring heat to the battery or batteries to heat them, this heat having been absorbed by the cooling liquid for example during the heat exchange with the C0 2 flowing in the gas cooler.
  • the coolant can also, if necessary, absorb the heat emitted by the battery or batteries to cool them and remove this heat at one or more other heat exchangers.
  • Such heat exchangers can also be used like any other gas cooler in an air conditioning circuit.
  • These heat exchangers can in particular be heat exchangers assembled by soldering.
  • Heat exchangers are known, for example, comprising a stack of plates allowing the circulation of the first fluid, such as the refrigerant or refrigerant gas, and the second fluid such as the cooling liquid.
  • cooling fluid such as C0 2 under a very high pressure, generally greater than 100 bar, with a burst pressure which can reach, for example, up to 340 bar, implies that heat exchangers such as gas coolers must withstand such high pressures.
  • Plate heat exchangers known from the prior art do not allow to withstand such high pressures.
  • heat exchangers comprising a stack of tubes interconnected by at least one collector of the first fluid, in particular the refrigerant fluid on each side of the tubes, and the second fluid, for example, are known from the prior art. in liquid form, can circulate around the tubes in an envelope connected to a water box.
  • the present invention aims to improve the solutions of the state of the art and to at least partially solve the disadvantages described above by providing a heat exchanger simple to achieve and having a small footprint all while having interesting properties to withstand the strong local pressures.
  • the subject of the invention is a heat exchanger between at least a first fluid and a second fluid, in particular for a motor vehicle, said exchanger comprising:
  • a heat exchange bundle comprising a plurality of heat exchange tubes defining first circulation channels for the first fluid in the heat exchange tubes and second circulation channels for the second fluid between the heat exchange tubes,
  • the heat exchanger comprises an alternating stack of: first receiving frames of the heat exchange tubes.
  • the exchanger further comprising:
  • the first frames may respectively comprise means for placing in fluid communication between the header box and the heat exchange tubes.
  • the second frames may respectively have means for placing in fluid communication between the second circulation channel and the inlet and outlet for the second fluid.
  • the inlet can be implemented by an inlet manifold.
  • the outlet can be implemented by an outlet pipe.
  • the heat exchanger thus comprises a stack of simple elements, namely frames and heat exchange tubes in which the first fluid circulates, such as the refrigerant, inserted in the first frames and between which circulates the second fluid such as only coolant.
  • the frames designate a part, or an assembly of parts, which can be rigid, delimiting a closed space or not. In this space can be positioned, in our example, heat exchange tubes.
  • the heat exchange bundle which comprises a plurality of heat exchange tubes, is distinct from the first and second frames.
  • the means for placing in fluid communication provided on the first frames make it possible to collect the first fluid and to distribute it in the heat exchange tubes held in these first frames.
  • the means for placing in fluid communication provided on the second frames make it possible to collect the second fluid and to distribute it between the heat exchange tubes.
  • Such a heat exchanger has a better mechanical resistance compared to the solutions of the prior art and very good resistance to high pressures, for example due to the circulation of C0 2 as a refrigerant.
  • the heat exchanger may further comprise one or more of the following features taken alone or in combination.
  • the first frames respectively comprise lateral edges extending substantially perpendicularly to the longitudinal direction of the first circulation channels for the first fluid, and at least one of said lateral edges having the means for setting fluid communication .
  • the first frames have a substantially rectangular general shape, and the side edge or edges having the fluidic communication means extend in the direction of the width of the first frames.
  • the fluidic communication means are made in the form of recesses in one of the edges of the first frames, the ends of the heat exchange tubes opening into the recesses, the recesses being arranged in fluid communication with the collector box of the first fluid.
  • the second frames have guides for the passage of the first fluid, such as through-passage orifices, arranged in alignment with the recesses of the first frames, so as to allow the flow of the first fluid in the stack.
  • first managers and second managers are guides for the passage of the first fluid, such as through-passage orifices, arranged in alignment with the recesses of the first frames, so as to allow the flow of the first fluid in the stack.
  • the second frames have a substantially rectangular general shape
  • the first fluid passage guides are arranged on at least one of the lateral edges of the second frames extending in the width direction of the second frames. frames.
  • second frames having a general shape that is not rectangular, for example elliptical, or diamond-shaped.
  • first frames having a general shape that is not rectangular, for example elliptical, or diamond-shaped.
  • the second frames respectively have through openings in fluid communication with the input and output, and respectively opening on the inside of a second frame.
  • the second frames having a generally rectangular general shape, the through openings are advantageously arranged on the longitudinal edges of the second frames extending parallel to the direction of the first traffic channels.
  • the second frames respectively have at least two handles defining the through openings of fluid communication, with a first loop arranged in fluid communication with the inlet and a second loop arranged in fluid communication with the outlet.
  • the first frames have guides for the passage of the second fluid arranged in the alignment of the through openings for fluidic communication of the second frames.
  • the first frames have handles forming the guides and defining passage openings for the second fluid and arranged in alignment with the handles of the second frames.
  • the heat exchanger further comprises turbulators of the flow of the second fluid arranged in the second circulation channels, and the second frames have a thickness substantially equal to the thickness of the turbulators, in the stacking direction of said frames.
  • the heat exchange tubes respectively have on at least one wall deformations forming projections in a second circulation channel for the second fluid, such as corrugations.
  • the heat exchanger comprises perturbation plates arranged in the second frames, the perturbation plates respectively have a plurality of turbulators, for example of substantially crenellated shape, in relief on a disturbance plate.
  • the heat exchange tubes are received and maintained in dedicated first frames while the turbulators can be received in the second dedicated frames and thus be superimposed on the heat exchange tubes.
  • the second frames respectively have a thickness in the stacking direction of said frames, for example of the order of 2 mm, defining the pitch between the heat exchange tubes.
  • the heat exchanger further comprises two closure plates on either side of the stack of first receiving frames of the heat exchange tubes and second frames, and the collecting box.
  • the first fluid is arranged opposite the inlet and outlet for the second fluid, on the same closure plate.
  • the heat exchanger is configured for the circulation of at least one high-pressure fluid, for example of pressure greater than 100 bar, for example of pressure approximately equal to 120 bar.
  • the first fluid is a refrigerant fluid intended to circulate at high pressure such as C0 2 .
  • the first frames have a thickness, substantially equal to the thickness of the heat exchange tubes, in the stacking direction of said frames.
  • the heat exchange tubes can be maintained in the respective first frames before superposition of the different frames.
  • the heat exchanger is assembled by brazing.
  • the superimposed frames make it possible to create the flow path of the first refrigerant fluid, when the frames are brazed together, and likewise the superposed frames make it possible to create the coolant flow path, in particular on two opposite sides of the bundle. heat exchange.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heat exchanger according to the invention
  • FIG. 2a is an exploded partial view of a heat exchange bundle comprising a stack of flat tubes
  • FIG. 2b is an exploded partial view of a heat exchange bundle comprising a stack of substantially corrugated tubes
  • FIG. 2c is an exploded view of the heat exchanger of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a view from above of the heat exchanger of FIG. 1,
  • FIG. 4 is a sectional view from below of a heat exchanger according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a partial perspective view of a stack of first frames and second frames of a heat exchange bundle according to an embodiment
  • FIG. 6 schematically represents a first frame of the heat exchange bundle receiving two heat exchange tubes
  • FIG. 7 is a view of the first single frame of FIG. 6,
  • FIG. 8a schematically represents a first frame of the heat exchange bundle receiving a heat exchange tube for two-pass circulation of a first fluid
  • FIG. 8b is a sectional view along axis I-I of FIG. 8a
  • FIG. 8c is a side view of the end of the heat exchange tube of FIG. 8a
  • FIG. 9a schematically represents a variant of a first frame of the heat exchange bundle receiving a heat exchange tube for two-pass circulation of the first fluid
  • Figure 9b is a sectional view along the axis II-II of Figure 9a
  • FIG. 9c is a side view of the end of the heat exchange tube of FIG. 9a.
  • FIG. 10 is a partial sectional view of a first frame showing a recess for the flow of a coating capable of melting during soldering;
  • FIG. 11 is another perspective view of a stack of first frames and second frames of a heat exchange bundle according to one embodiment of the invention,
  • FIG. 12 schematically represents a second frame of the heat exchange bundle for two-pass circulation of the second fluid receiving turbulators from the flow of the second fluid
  • FIG. 13 is a view of the second single frame of FIG. 12,
  • FIG. 14 is a partial perspective view showing a reservoir for the flow of a coating capable of melting during soldering, provided on a second frame;
  • FIG. 15 is a side sectional view of a second frame having a reservoir on each face
  • FIG. 16 is another partial perspective view of the stack of first frames and second frames of the heat exchange bundle showing a first frame receiving two heat exchange tubes communicating at one end,
  • FIG. 17 is a perspective view of a perturbation plate according to an exemplary embodiment
  • FIG. 18 is a first perspective view of a perturbation plate according to another embodiment
  • FIG. 19 is a second perspective view of the perturbation plate of FIG. 18,
  • FIG. 20 is a partial perspective view of the heat exchanger of FIG. 1 showing in more detail a manifold of the first fluid
  • FIG. 21 is a partial perspective view of the heat exchange bundle showing a fastening flange arranged above the stack of first and second frames, and
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of the top of the heat exchanger showing the manifold of FIG. 20 and the fastening flange of FIG.
  • the heat exchanger of the invention is mounted "upside down", that is to say that the upper part of Figure 1, for example, is in below the lower part of Figure 1, when one places in the frame of reference of a motor vehicle.
  • the invention relates to a heat exchanger 1, in particular for a motor vehicle, for a heat exchange between at least a first fluid and a second fluid.
  • the first fluid can enter heat exchanger 1 in gaseous form and the second fluid in liquid form.
  • the heat exchanger 1 has at least partially, that is to say on at least some elements or parts, a coating intended to melt to ensure the joining of elements of the heat exchanger during the heat exchange. soldering assembly, as will be detailed later.
  • the heat exchanger 1 according to the invention is particularly suitable for the circulation of at least one fluid having a high operating pressure, in particular greater than 100 bar.
  • the heat exchanger 1 can be adapted for the circulation of a fluid having a pressure of between 100 bars and 260 bars.
  • the first fluid is a refrigerant intended to circulate at high pressure such as C0 2 , also designated R744 according to the industrial nomenclature.
  • the heat exchanger 1 can in particular be a gas cooler in which the cooling fluid such as CO 2 is cooled by a second fluid for example in liquid form, such as cooling liquid comprising a mixture of brine.
  • the second fluid such as the coolant can also be cooled by the first fluid such as CO 2 , such a heat exchanger is then commonly referred to as "Water chiller" in English.
  • the heat exchanger 1 comprises a heat exchange bundle 3 for the heat exchange between the first fluid and the second fluid.
  • the heat exchange bundle 3 has a generally parallelepipedal shape.
  • the circulation of the first and second fluids is advantageously counter-current in the heat exchange bundle 3.
  • the introduction and evacuation of the first fluid in the heat exchange bundle 3 or out of the heat exchange bundle 3 is shown by way of example by the arrows Fli for the introduction and Flo for the evacuation.
  • the introduction of the second fluid into the heat exchange bundle 3 and the evacuation of the second fluid out of the heat exchange bundle 3 is shown schematically by way of example by the arrows F2i for the introduction and F2 0 for evacuation.
  • the heat exchanger 1, and more precisely the heat exchange bundle 3 can be configured for circulation in at least two passes of one of the two fluids, or both fluids, as will be described further in detail thereafter.
  • the heat exchange bundle 3 which can be seen more clearly in FIGS. 2a to 2c, comprises a plurality of heat exchange tubes 5 stacked so as to alternately define first circulation channels 7 for the first fluid in the tubes. heat exchange 5 and second circulation channels 9 for the second fluid between the heat exchange tubes 5.
  • the heat exchange tubes 5 can be made in the form of flat tubes, advantageous in terms of space.
  • the flat tubes 5 have a generally rectangular general shape, with a length for example of the order of 32 mm and a thickness of about one millimeter.
  • the thickness is here considered in the direction of the height of the heat exchange bundle 3, we can also speak of the height of the heat exchange tubes 5. In other words, it is the thickness in the direction of stacking heat exchange tubes 5.
  • Each heat exchange tube 5 defines a predetermined number of first circulation channels 7 for the first fluid, in particular microchannel circulation 7 for the first fluid.
  • the first channels or microchannels 7 extend here substantially longitudinally, in a substantially "I" or rectilinear shape.
  • the first circulation channels or microchannels 7 for the first fluid allow the flow of the first fluid respectively extend in a direction parallel to the longitudinal direction of the heat exchange tubes 5.
  • the first fluid can follow a circulation in a so-called "I” flow but also a two-pass circulation called "U” circulation as will be described later.
  • the second circulation channels 9 for the second fluid may be shaped to allow circulation in a so-called “I” flow but also a circulation in two passes called “U” circulation as will be described later.
  • Turbulators 11 of the flow of the second fluid are advantageously arranged in the second circulation channels 9, thus improving the heat exchange between the two fluids.
  • the turbulators 11 may be carried by an element 12 distinct from the heat exchange tubes 5 as illustrated in FIG. 2a or 2c.
  • turbulators 11 may be formed on the heat exchange tubes 5, for example by deformations such as corrugations of the heat exchange tubes 5 which project into the second circulation channels 9 for the second fluid, such as illustrated in Figure 2b.
  • Interlayers are advantageously arranged between the heat exchange tubes 5, and define the pitch between the heat exchange tubes 5.
  • the heat exchange bundle 3 comprises an alternating stack of first frames 13 and second frames 15, 15 '. At least some second frames 15 form the dividers.
  • Each first frame 13 is adapted to receive at least one heat exchange tube 5 and this assembly forms a stage of the heat exchange bundle 3.
  • the first frames 13 can be designated by tube frames.
  • first frames 13 and the second frames 15, 15 are described in more detail below.
  • closure plates 17, 18 in particular at least one bottom closure plate 17 and at least one top closure plate 17, 18, can be arranged on both sides. other of the stacking of the first frames 13 and the second frames 15, 15 'so as to close the heat exchange bundle 3.
  • the heat exchanger 1 further comprises at least one manifold 19 of the first fluid arranged in fluid communication with the first circulation channels 7.
  • the collecting box 19 is according to the illustrated example arranged on an upper closure plate 18 disposed at the top of the heat exchange bundle 3.
  • the heat exchanger 1 further comprises at least two inlet and fluid outlet pipes 21 for introducing and evacuating the second fluid.
  • the two tubes 21 are arranged on the same upper closure plate 18 as the manifold 19 for the first fluid.
  • This upper closure plate 18 arranged at the top of the heat exchange bundle 3 makes it possible to guide the second fluid between the pipes 21 and the heat exchange bundle 3.
  • the manifold 19 can be arranged on one side of the heat exchange bundle 3 and the tubes 21 can be arranged on the other side of the heat exchange bundle 3, thus allowing a counter-current circulation of two fluids.
  • the manifold 19 is arranged on the left while the pipes 21 are arranged on the right.
  • the first frames 13 may be at least partially made of aluminum.
  • the first frames 13 present:
  • first frames 13 with respect to the general direction of flow of the first fluid, namely that the first frames 13 have:
  • the general direction of flow of the first fluid means the direction of the flow in "I” in the case of a flow in one pass of the first fluid, or the direction of the branches of the "U” in the case of a circulation in two passes of the first fluid.
  • the first frames 13 are of generally rectangular shape and have two longitudinal edges 13C, 13D, forming long sides, extending substantially parallel to the general direction of flow of the first fluid and two side edges 13A, 13B, forming narrow sides, extending in the width direction, substantially perpendicular to the direction of flow of the first fluid.
  • the longitudinal axis of the first frames 13 and heat exchange tubes 5 is here confused.
  • These first frames 13 have the same thickness as the heat exchange tubes 5 they receive, in particular of the order of a few millimeters, for example of the order of 1mm.
  • the thickness is considered in the direction of the height of the heat exchange bundle 3, we can also speak of the height of the first frames 13. In other words, it is the thickness in the direction of stacking frames 13, 15, 15 '.
  • each first frame 13 is adapted to receive a single heat exchange tube 5 allowing a flow in one pass of the first fluid.
  • each first frame 13 has a housing 130 for receiving an associated heat exchange tube 5.
  • the first frames 13 comprise means for placing in fluid communication 131 the first circulation channels 7 of the heat exchange tubes 5 with the manifold 19.
  • each first frame 13 are thus arranged in fluid communication with the fluidic communication means 131 of the other first frames 13 of the heat exchange bundle 3 and with the manifold 19.
  • the first frames 13 present respectively a predefined number of recesses 131 forming the means for setting fluid communication, in which the ends, in particular the longitudinal ends, of the heat exchange tubes 5 open.
  • the number of recesses 131 is adapted as a function of the number of first circulation channels 7 of the heat exchange tubes 5.
  • These recesses 131 are here provided on two opposite edges 13A, 13B of the first frames 13 which are opposite the ends of the heat exchange tubes 5. This is the lateral edges of the first frames 13. Only a lateral edge 13A is visible in Figures 2a and 2b.
  • the first frames 13 are arranged so that their recesses 131 are in fluid communication with the recesses 131 of the other first frames 13.
  • the recesses 131 of the first frames 13 are aligned in the direction of the height of the heat exchange bundle 3. In addition, on one side of the first frames 13, the recesses 131 are aligned with the manifold 19.
  • At least one lateral edge 13A, 13B of a first receiving frame 13, arranged opposite one end of a heat exchange tube 5, is formed according to a pattern defining a succession of arches.
  • the arches are advantageously arranged over the entire width of the lateral edge 13A, 13B which is opposite the end of a heat exchange tube 5. In other words, the arches are provided over a width substantially equal to the width of the heat exchange tube 5.
  • Arch is understood to mean the group formed by an arch arch 132 connecting two feet of arch 133. In this series of arches, two adjacent arch arches 132 are connected by a common arch foot 133.
  • a recess 131 is delimited by an arch, in other words each recess 131 is made between two adjacent arch feet 133 and is delimited by these two arches 133 and the arch arch 132 connecting them .
  • the diameter of a through opening is of the order of 0.5 mm.
  • each first frame 13 advantageously comprises at least one stress absorption zone on at least one lateral edge 13A, 13B opposite one end of a heat exchange tube 5.
  • Such a stress absorption zone is able to withstand mechanical stresses, in particular due to pressure.
  • the stress absorption zones may be made by a predetermined number of stress absorption legs formed on at least one lateral edge 13A, 13B of a first frame 13 opposite one end of a heat exchange tube 5.
  • the arches 133 provide this function of stress absorption legs.
  • the arches are dimensioned taking into account the mechanical strength of the first frame 13 and the flow of the first fluid through the recesses 131 defined by the arches.
  • the first frames 13 also have guides 134 for the passage of the second fluid.
  • the first frames 13 are respectively shaped with at least one loop 134 which when a heat exchange tube 5 is arranged in the first frame 13 defines a through through opening allowing the flow of the second fluid.
  • loops 134 in particular Figures 1, 2a to 2c, 13, illustrate a first embodiment of loops 134 of substantially rounded shape, while Figures 4 to 7, 8a, 9a, 11, 16 illustrate a second example of realization of handles 134 whose contour is more rectilinear shape.
  • any other form of the handles 134 may be considered.
  • the handles 134 allow to define the guides for the passage of the second fluid.
  • this through opening has a diameter of the order of 2mm.
  • the ratio between the diameter of a passage opening of the second fluid and the diameter of a through opening 131 of fluidic communication allowing the flow of the first fluid is in this example of the order of 4.
  • each first frame 13 is arranged in alignment with the handles 134 of the other first frames 13 of the heat exchange bundle 3 so as to allow the flow of the second fluid through the heat exchange bundle 3.
  • FIGS 2c and 4 to 7 show a second embodiment of the first frames 13.
  • the description of the first embodiment with reference to Figures 2a and 2b applies to the identical components, only the differences are now described.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that each first reception frame 13 is able to receive two heat exchange tubes 5.
  • the heat exchange bundle 3 then has two rows of heat exchange tubes 5 : first heat exchange tubes and second heat exchange tubes.
  • first communication means 131 define two rows respectively associated with a row of heat exchange tubes 5.
  • first communication means 131 ensure the fluid communication of the first heat exchange tubes 5 or in other words a first row of first heat exchange tubes with the collector box 19.
  • second means of communication 131 ensure the fluidic communication of the second heat exchange tubes 5 or in other words the second row of second heat exchange tubes with the manifold 19.
  • a succession of arches may be provided on a lateral edge of the first frame 13 over the entire width of the set of heat exchange tubes 5 that the first frame 13 can receive, here two heat exchange tubes 5.
  • two adjacent tubes in a first frame 13 communicate with each other at one end so as to allow two-pass circulation of the first fluid.
  • the heat exchange bundle 3 thus has at least one reversal zone of the first fluid, that is to say, allowing the first fluid having circulated in a heat exchange tube 5 to circulate to another heat exchange tube 5, namely the adjacent heat exchange tube 5 received in the same first frame 13.
  • more than two heat exchange tubes 5 can be provided for a circulation of the first fluid in addition to two passes in a first frame 13.
  • the fluidic communication at one end of two adjacent heat exchange tubes 5 received in a first frame 13 is advantageously provided by a second frame 15 as will be described in more detail later.
  • Each first reception frame 13 has in this case at least one partition wall 135 which compartmentalizes the first reception frame 13.
  • This partition wall 135 is here arranged in the extension of a foot of arch 133.
  • each first receiving frame 13 has a partition wall 135, for example substantially central, which compartmentalizes the first receiving frame 13 in two housings 130 to each receive a heat exchange tube 5.
  • the partition wall 135 is thus found arranged between two heat exchange tubes 5 when they are put in place in the first frame 13.
  • the partition In this example, the separation zone 135 extends over the entire length of the heat exchange tubes 5 received in the first frame 13.
  • the partition wall 135 of a first frame 13 can be made in one piece with this first frame 13.
  • Such a first frame 13 can be made by cutting stamping in a simple manner.
  • Figure 8a shows a first frame 13 according to a third embodiment.
  • the description of the first embodiment with reference to FIGS. 2a and 2b applies to the identical components, only the differences are now described.
  • each first frame 13 is able to receive a single heat exchange tube 5 allowing a two-pass circulation of the first fluid.
  • Circulation in at least two passes with a single heat exchange tube 5 instead of the two heat exchange tubes 5 of the preceding solution with reference to FIGS. 2c and 4 to 7, makes it possible to limit the number of parts to be produced and to assemble, while allowing good resistance to pressure.
  • each heat exchange tube 5 defines at least two groups 70, 72 of channels or microchannels 7 for circulating fluid communicating with each other at one end 50 of the heat exchange tube 5, here a longitudinal end, and not communicating with each other at the opposite end 52.
  • the heat exchange bundle 3 has at least one reversal zone of the first fluid, that is to say, allowing the first fluid having circulated through a group 70 of circulation channels 7 to flow to another group 72, at the end 50 of the heat exchange tube 5.
  • each heat exchange tube 5 is shaped to define more than two groups 70, 72 of circulation channels 7 communicating in pairs at one end, so as to allow circulation of the first fluid in addition to two passes.
  • the heat exchange bundle 3 further comprises at least one means for blocking the passage of the first fluid.
  • the means for blocking the fluid passage is formed by shape cooperation between a first frame 13 and the heat exchange tube 5 received in this first frame 13, more precisely between a lateral edge 13B of the first frame 13 and the end 52 vis-à-vis the heat exchange tube 5.
  • the locking means comprises at least one tongue 136 formed on a lateral edge 13B of a first frame 13 extending towards the end 52 of the heat exchange tube 5 vis-à-vis .
  • the tongue 136 here extends longitudinally towards the end 52 opposite the heat exchange tube 5.
  • This tongue 136 is for example provided substantially in the middle of the lateral edge 13B of the first frame 13.
  • the tongue 136 has a base 136a integral with the edge 13B of the first frame 13. More specifically, in this example the tongue 136 is formed by the extension of an archway 133 towards the end 52 of the heat exchange tube 5.
  • the base 136a of the tongue 136 extends an arch foot 133.
  • the base 136a of the tongue 136 has a thickness substantially equal to the thickness of the heat exchange tube 5 vis-à- screw, more precisely the end 52 of the heat exchange tube 5.
  • the base 136a of the tongue 136 bears against the end 52 of the heat exchange tube 5 in facing relation between the two groups 70, 72 of the first circulation channels 7, thus blocking the passage of the first fluid. a group 70 of circulation channels 7 to another group 72 of circulation channels 7.
  • the tongue 136 further has a termination 136b in the extension of the base 136a and thinner than the base 136a.
  • the thickness of the termination 136b of the tongue 136 is for example reduced by half compared to the thickness of the first frame 13, and may in this example be of the order of 0.5mm.
  • the termination 136b of the tongue 136 therefore extends from the base 136a of the tongue 136 towards the end 52 of the heat exchange tube 5.
  • the termination 136b extends substantially from the center of base 136a.
  • the heat exchange tube 5 comprises an assembly orifice 54 at its end 52 opposite the lateral edge 13B of a first frame 13 having the tongue 136.
  • the assembly orifice 54 is arranged so that the termination 136b of the tongue 136 can be inserted into the assembly orifice 54. To this end, the assembly orifice 54 has a complementary cross section of the termination 136b.
  • a heat exchange tube 5 is inserted in a first receiving frame 13 and then a translation of the heat exchange tube 5 is carried out so that the heat exchange tube comes to go on the tongue. 136.
  • This has the effect of allowing the maintenance of a heat exchange tube 5 in the first receiving frame 13, especially before crimping.
  • the termination 136b of the tongue 136 cooperating with the assembly orifice 54, thus serves as a holding element of the heat exchange tube 5 in the first receiving frame 13.
  • the orifice 54 is here made larger than the first circulation channels or microchannels 7 for the first fluid, as is best seen in FIG. 8c, thus facilitating the fitting of the heat exchange tube 5 to the tongue. 136.
  • Figure 9a shows a first frame 13 according to a fourth embodiment.
  • the description of the third embodiment with reference to FIGS. 8a to 8c applies to the identical components, only the differences are now described.
  • each first frame 13 comprises, not only a tab 136 opposite the end 52 of the heat exchange tube 5, where the passage of the first fluid from one group 70 of channels to another group 72 is prohibited, but two tabs 137, 138.
  • each first frame 13 comprises:
  • only the second tab 138 forms the means for blocking the passage of fluid between the two groups 70, 72 of circulation channels 7.
  • each tab 137, 138, respectively may be formed on a side edge 13A, respectively 13B, of a first frame 13 extending toward the end 50 , respectively 52, of the heat exchange tube 5 vis-à-vis.
  • the first tongue 137 here extends longitudinally toward the end 50 opposite the heat exchange tube 5.
  • the second tongue 138 extends here longitudinally toward the end 52 opposite the heat exchange tube 5.
  • the two tabs 137 and 138 may be provided substantially in the middle of the respective lateral edge 13A, 13B of the first frame 13.
  • the two tabs 137 and 138 are arranged in this example symmetrically with respect to each other.
  • the first tongue 137 has a base 137a integral with the side edge 13A of the first frame 13. More specifically, in this example the first tongue 137 is formed by the extension of a foot 133 to the end 50 of the heat exchange tube 5. In this case, the base 137a extends a foot of arch 133.
  • the base 137a of the first tongue 137 may have a thickness substantially equal to the thickness of the heat exchange tube 5 vis-à-vis, more precisely of the end 50 of the heat exchange tube 5.
  • the base 137a of the first tongue 137 is arranged recessed with respect to the end 50 of the heat exchange tube, so that the first fluid can circulate in the space between the base 137a of the first tongue 137 and the end 50 of the heat exchange tube 5 vis-à-vis.
  • the first tongue 137 further has a termination 137b in the extension of the base 137a and thinner than the base 137a.
  • the termination 137b thus extends from the base 137a towards the end 50 of the heat exchange tube 5 vis-a-vis.
  • the termination 137b of the first tab 137 extends here substantially from the edge of the base 137a and not from the center as the termination 136b of the tab 136 of the third embodiment.
  • the tongue 137 has the general shape of a shoe.
  • the second tongue 138 has a base 138a formed integrally with the edge 13B of the first frame 13. More precisely, in this example the second tongue 138 is formed by the extension of an arch foot 133 into direction of the end 52 of the heat exchange tube 5. In this case, the base 138a extends a foot of arch 133.
  • the base 138a of the second tongue 138 may have a thickness substantially equal to the thickness of the heat exchange tube 5 vis-à-vis, specifically the end 52 of the heat exchange tube 5.
  • the base 138a of the tongue 138 abuts against the end 52 of the heat exchange tube 5 in facing relation between the two groups 70, 72 of the first circulation channels 7, thus blocking the passage of the first fluid from a group 70 of circulation channels 7 to another group 72 of circulation channels 7.
  • the second tongue 138 further has a termination 138b in the extension of the base 138a and of smaller thickness than the base 138a, which therefore extends from the base 138a towards the end 52 of the heat exchange tube 5 in a screw to vis.
  • the termination 138b of the second tongue 138 extends in this example from the edge of the base 138a.
  • the tongue 139 also has a general shape of a shoe.
  • the heat exchange tube 5 has a notch 56 visible in Figure 9c.
  • the notch 56 can be made at the same time, in this case the notch 56 is formed over the entire length of the heat exchange tube 5.
  • the termination 137b of the first tongue 137 may be inserted into the notch 56 at the end 50 opposite the heat exchange tube 5, and likewise the termination 138b of the second tongue 138 may be inserted in the notch 56 at the end 52 opposite the heat exchange tube 5.
  • FIG. 10 An enlarged portion of a first frame 13 according to a fifth embodiment is illustrated in FIG. 10.
  • the description of the first embodiment with reference to FIGS. 2a and 2b applies to the identical components, only the differences are now described.
  • the elements of the heat exchange bundle 3, and in particular the first frames 13 and the second 15, 15 ' have at least partially a coating capable of melting when the assembly passes into the oven for the brazing and migrate so as to close the gaps between the parts of the heat exchanger 1.
  • the coating is commonly referred to as "cladd" in the field of brazing of metal parts, including aluminum.
  • the coating is added to the core of the pieces, such as first frames 13 and second frames 15, 15 ', during manufacture, for example by cold rolling. It may be a non-limiting example of a coating comprising aluminum and silicon.
  • the percentage of the coating is for example of the order of 5% to 10% of the material of a frame 13, 15, 15 'for example.
  • the percentage of the coating is chosen small enough not to weaken the elements of the heat exchange bundle 3, including the first frames 13 and the second 15, 15 'after brazing.
  • the fifth embodiment differs from the first embodiment in that the first frames 13 respectively have at least one recess 139 at an inner corner receiving a corner of a heat exchange tube 5, that is to say - say on a corner of the inner edge of a first frame 13, which is vis-à-vis with a heat exchange tube 5 when the latter is arranged in the first receiving frame 13.
  • Such a recess 139 is provided to allow the flow of the coating during brazing of the heat exchanger 1, thus preventing the coating from clogging the first channels or microchannel circulation 7 of the heat exchange tubes 5.
  • this roughening 139 takes into account a compromise not to weaken the first frame 13 while being able to collect a sufficient amount of the coating that migrated during soldering.
  • this recess 139 is substantially equal to the width of a groove 154 provided for a similar purpose on a second frame 15, 15 'as described below.
  • the first frames 13 respectively have four recesses 139 respectively arranged at each of the four inner corners of a first frame 13.
  • the recess or recesses 139 are arranged close to the fluid communication connection means 131.
  • At least one recess 139 is made in the extension of an extreme arch, that is to say of the first or last arch of the succession of arches.
  • recesses 139 may advantageously be provided on the first frames 13 indifferently according to one or other of the previously described embodiments.
  • the second frames 15, 15 ' may be at least partially made of aluminum.
  • the second frames 15, 15 ' are said frames-turbulators or turbulators frames.
  • the general direction of flow of the second fluid means the direction of the circulation in "I” in the case of a circulation in a pass of the second fluid, or the direction of the branches of the "U” in the case of a circulation in two passes of the second fluid.
  • the second frames 15, 15 ' are of general shape similar to the first frames 13, here substantially rectangular.
  • the second frames 15, 15 have two longitudinal edges, forming long sides, extending substantially parallel to the longitudinal edges of the first frames 13 and the general direction of flow of the second fluid, and two lateral edges, forming short sides, extending in the width direction, substantially perpendicular to the direction of flow of the second fluid parallel to the side edges of the first frames 13.
  • the second frames 15, 15 ' extend over the same length and the same width as the first frames 13.
  • the outer contours of the first frames 13 and second frames 15, 15' are substantially identical so that the alternating stack of the first frames 13 and second frames 15, 15 'form a block.
  • each second frame 15 defines an internal width and an internal length L (see FIG.
  • internal width is meant the width defined between the inner walls of the opposite longitudinal edges.
  • internal length means the length defined between inner walls of opposite side edges.
  • the lateral edges of the second frames 15, 15 ' may be slightly larger than the lateral edges of the first frames 13, so that, as best seen in FIG. 14, the ends of the heat exchange tubes 5 received in the first frames 13 stacked with the second frames 15, 15 ', rest on the peripheral edge of the lateral edges of the second frames 15, 15'.
  • the second frames 15, 15 'therefore define an internal length L less than the internal length defined by the interior space of the first frames 13.
  • the second frames 15, 15 ' have a Th thickness (see Figure 14) which is of the order of a few millimeters, for example of the order of 0.5mm to 4mm, preferably of the order of 2mm.
  • the thickness is here considered in the direction of the height of the heat exchange bundle 3, we can also speak of the height of the second frames 15, 15 '. In other words, it is the thickness in the stacking direction of the frames 13, 15, 15 '.
  • a plurality of second so-called interposed frames 15 are arranged between two first frames 13 for receiving the heat exchange tubes 5, thus defining the pitch between two stages of heat exchange tubes 5.
  • the heat exchange bundle 3 may furthermore comprise a second end frame 15 'optionally arranged between a first frame 13 and a closure plate 17, in particular the bottom closure plate 17 , according to the example illustrated in Figure 2c.
  • each second frame 15, 15 ' is shaped for circulation in one pass of the second fluid.
  • each second frame 15, 15 defines a second circulation channel 9 for the second fluid.
  • the second circulation channel 9 here extends in a substantially "I" shape.
  • FIGS 2c and 11 to 13 show a second embodiment of the second frames 15, 15 'allowing a two-pass circulation of the second fluid.
  • the second frames 15, 15 'each comprise a bar 150 arranged inside the second frame 15, 15' respectively so as to separate two flow passes for the second fluid. It is therefore an internal bar 150.
  • the bar 150 makes it possible to shape the second circulation channel 9 substantially in a "U" shape.
  • the bar 150 extends longitudinally inside a second frame 15, 15 '.
  • the strip 150 therefore extends in this example substantially parallel to the longitudinal edges of the second frame 15, 15 '.
  • the bar 150 does not extend over the entire internal length L of the second frame 15, 15 ', as can be seen more clearly in FIG. 13. In other words, the bar 150 extends from a lateral edge of a second frame 15, 15 'towards the opposite lateral edge but without reaching this opposite lateral edge.
  • the bar 150 is thus secured to a lateral edge of a second frame 15, 15 'and projects with its free end towards the internal space of the second frame 15, 15' towards the opposite lateral edge, leaving a space .
  • the inner bar 150 thus extends longitudinally from a lateral edge of a second frame 15 over a length l less than the internal length L of the second frame 15.
  • the inner bar 150 does not extend over the entire internal width of the second frame 15. More specifically, the inner bar 150 has a width W smaller than the internal width of the second frame 15.
  • the width W of the inner bar 150 may be greater than or equal to, preferably greater than, the thickness Th of the second frame 15. Thus, on each side of the bar 150, the input and the output of the path are defined. flow for the second fluid.
  • the bar 150 may also be called tongue.
  • the bar 150 is substantially of the same thickness as the second frame 15, 15 '.
  • the bar 150 is for example arranged substantially centrally.
  • the bar 150 is arranged substantially in the center of a second frame 15, 15 'in the width direction of the second frame 15, 15'. In this way, the bar 150 divides the second frame 15, 15 'into two parts of the same size.
  • the inner bar 150 extends over a length l at least equal to half the internal length L of a second frame 15, 15 '.
  • each second frame 15, 15 'and the inner bar 150 of this second frame 15, 15' can be shaped so as to verify the following relation (a):
  • L internal length of the second frame 15, 15 '.
  • the upper bound is also defined by a strict relation, so that the second frame 15, 15 'and its inner bar 150 satisfy the following relation (a'):
  • each second frame 15 may have an internal length L in a range of about 30mm to 500mm.
  • the second frames 15, 15 'comprising such an inner strip 150 are stacked with first frames according to the first, the third or the fourth embodiment with reference to FIGS. 2a, 2b, 8a and 9a receiving each a single heat exchange tube 5, the heat exchange tubes 5 or mono- tubes received in the first frames 13 may rest on the bars 150 of the second frames 15, 15 'vis-à-vis.
  • the inner bars 150 of the second frames 15, 15 ' are opposite the partitions 135 of first frames 13 made according to the second embodiment with reference to FIGS. 2c and 4 to 7.
  • the guides 151 are here made in the form of through-passage orifices 151 arranged in alignment with the recesses 131 forming fluid communication with the first reception frames 13, delimited here by the succession of arches.
  • the through orifices 151 are thus arranged on at least one lateral edge of a second frame 15, here a second intermediate frame 15.
  • the number of throughthrough orifices 151 is adapted as a function of the number of recesses 131 and therefore the number of first circulation channels 7 of the heat exchange tubes 5.
  • the second end frame 15 ' when present, is similar to a second intermediate frame, except that the second end frame 15' does not have through-holes 151 for the passage of the first fluid.
  • the second frames 15, 15 ' respectively have means for fluidic communication establishment 152 of the second circulation channels 9 between them on the one hand and with the pipes 21 for the second fluid on the other hand.
  • the second frames 15, 15 'respectively have a predefined number of through-openings 152 for setting into fluid communication.
  • These through openings 152 are here arranged on the longitudinal edges of the second frames 15, 15 'and are aligned with each other in the direction of the height of the heat exchange bundle 3.
  • the through openings 152 open respectively to the inside of a second frame 15, 15 '.
  • the through openings 152 are arranged on the same side of a second frame 15, 15 'in the longitudinal direction, that is to say here to left or right, complementary to the arrangement of the tubes 21 on the same side of the heat exchange bundle 3, here to the right with reference to the arrangement shown in Figure 1.
  • the through openings 152 define a fluid inlet 152 to the inner space of the second frame 15, 15 'on a longitudinal edge, and a fluid outlet 152 out of the second frame 15, 15' on the opposite longitudinal edge.
  • the second frames 15, 15 ' have handles 153 which define the through openings 152.
  • the handles 153 of the second frames 15, 15' are made similarly to the handles
  • FIGS. 2c and 13 show different embodiments of the handles 153, in particular FIGS. 2c and 13, illustrate a first embodiment of the loops 153 of substantially rounded shape, while FIGS.
  • any other form of the handles 153 may be considered.
  • the opening defined by a first loop is arranged in fluid communication with a first pipe 21 and the opening defined by a second loop is arranged in fluid communication with a second pipe 21 .
  • This maximum fluid inlet length L1 is, according to the particular embodiment illustrated, defined by the maximum length of the loop 153, at the beginning of its formation on the second frame 15.
  • the inner bar 150 is arranged inside a second frame
  • the central bar 150 is spaced from the same lateral distance L2 of each longitudinal edge of the second frame 15, 15 '.
  • This lateral distance L2 is considered with respect to the part of the longitudinal edge which extends parallel to the bar 150, and not with respect to the handle 153 formed on the side of this longitudinal edge.
  • the fluid inlet length L1 is greater than or equal to the lateral distance L2, according to the relation (b):
  • the fluid inlet length L1 is strictly greater than the lateral distance L2 according to the relation (b '):
  • the lateral distance L2 is greater than or equal to the remaining length L3 between the free longitudinal end of the inner bar 150 and the lateral edge of the second frame 15, 15 'facing the end of the inner bar 150 s extending substantially perpendicularly to the inner bar 150, ie the remaining length L3 without bar 150, according to the relation:
  • the lateral distance L2 and the remaining length L3 satisfy a strict relation (c '):
  • the lateral distance L2 is in a range of the order of 15mm to 60mm.
  • each through opening 152 defines a fluid communication connection area S 1.
  • each through aperture 152 is shaped so that the fluid communication connection area SI is in a range having:
  • each through aperture 152 is shaped so that the fluid communication setup area S 1 verifies the following relation (d):
  • each through aperture 152 is shaped such that the fluid communication setup area S1 satisfies a strict relation (d '):
  • the heat exchanger 1 is preferably assembled by brazing.
  • the second frames 15, 15 ' are intended to be assembled by soldering to the first frames 13.
  • the longitudinal edges of the second frames 15, 15 ' are intended to be assembled by soldering to the longitudinal edges of the first frames 13 and the lateral edges of the second frames 15, 15' are intended to be assembled by soldering with the feet of 133 provided on the lateral edges of the first frames 13.
  • the second frames 15, 15 'respectively have at least one tank 154, better visible in Figure 14, capable of collecting the coating or "cladd" during brazing of the heat exchanger 1.
  • Each tank 154 is here arranged on a lateral edge of a second frame 15, 15 '.
  • a reservoir 154 is advantageously provided on each lateral edge of a second frame 15, 15 '.
  • Each tank 154 is then located facing a lateral edge 13A, 13B of a first receiving frame 13 on which an end 50, 52 opens out of a heat exchange tube 5.
  • the coating disposed on the first frames 13 and the second frames 15, 15 'opposite melts and migrates so as to plug the gaps between the parts of the heat exchanger 1 and comes s flow into the tanks 154, thus preventing the melted and migrated coating from clogging the first circulation channels or microchannels 7 of the heat exchange tubes 5.
  • the reservoir or tanks 154 are provided on each side of a second intermediate frame arranged between two first frames 13, as can be seen more clearly in FIG.
  • the reservoir or reservoirs 154 may be arranged on a single face of this second end frame 15 ', namely on the face facing a heat exchange tube 5, and not on the opposite face of the second end frame 15 ', here vis-à-vis a closure plate 17.
  • Each tank 154 may be made by local reduction of material of a second frame 15, 15 '.
  • the depth p of a tank 154 must be chosen large enough to collect the coating, which is for example of the order of 5% to 10% of the material of the second frame 15, 15 ', and small enough not to weaken the mechanical strength of the second frame 15, 15 '.
  • the tank 154 may have a depth p of the order of 0.5 mm.
  • the tank 154 is in the form of a groove 154 extending substantially perpendicular to the direction of flow of the first fluid in the heat exchange tubes 5, here in the direction of the width of a second frame 15, 15 '.
  • the tank 154 extends facing the entire end of a heat exchange tube 5, in other words over the entire width of a tube or of each heat exchange tube 5.
  • the width of the groove 154 on a second frame 15, 15' is substantially equal to the width of the recess 139 on a first frame 13.
  • the second frames 15, in particular the second intermediate frames 15, may also be shaped to put into fluid communication two heat exchange tubes 5 received in the same first frame 13 according to the second embodiment of the first frames 13 described with reference to Figures 2c and 4 to 7.
  • each second frame 15, in particular the spacer advantageously has at least one overturning orifice 155 (see FIGS. 11, 13, 16) which is in fluid communication with both a first and a second fluid communication connection means.
  • each turning orifice 155 is arranged between two adjacent heat exchange tubes 5 received in a first frame 13 and in fluid communication with these two heat exchange tubes 5.
  • the first fluid which opens out of a first heat exchange tube 5 undergoes a reversal in the overturning orifice 155 and then flows to a second heat exchange tube 5.
  • the two rows of heat exchange tubes 5 arranged in the first frames 13 then communicate at one end via the overturning orifices 155 provided on the second frames 15, in particular spacers.
  • Each overturning orifice 155 is here provided between through-through orifices 151 on at least one lateral edge of each second frame 15, in particular a spacer.
  • Each overturning orifice 155 advantageously has a longitudinal shape extending substantially perpendicular to the general direction of flow of the first fluid in the two heat exchange tubes 5.
  • each overturning orifice 155 has a longitudinal shape extending perpendicularly to the longitudinal edges of the second frame 15, especially intermediate.
  • each turning orifice 155 arranged facing a first receiving frame 13, extends longitudinally on either side of the partition wall 135 of this first receiving frame 13, as is better visible on 16.
  • the overturning orifice 155 has a shape substantially oblong.
  • the turning orifice 155 is dimensioned so as to have a section for the overturning of the first fluid at least equal to the passage section of a heat exchange tube 5.
  • a two-pass circulation referred to as a "U" of the first fluid in a first receiving frame 13 according to the second, third or fourth embodiment, and a two-pass circulation, is additionally provided.
  • the heat exchanger 1 is then double "U" circulation.
  • closure plates 17 arranged on either side of the heat exchange bundle 3 better visible in FIG. 2c, they advantageously have a shape complementary to the shape of the first frames 13 and the second frames 15, 15 '.
  • the lower closure plate 17 may have on its sides ears 171 of complementary shape to the shape of the handles 134 and 153, respectively of the first 13 and second 15, 15 'frames, and arranged in the alignment of the handles 134 and 153.
  • These ears 171 are made in one piece with the bottom closure plate 17 and do not allow to define a through hole for the passage of the second fluid.
  • the upper closure plate 17, 18 has in turn at least one through orifice 172, 182 arranged in communication with a pipe 21.
  • turbulators 11 of the flow of the second fluid are advantageously arranged in the second circulation channels 9.
  • disturbance plates 12 may be arranged in the second frames 15, 15 '.
  • the perturbation plates 12 respectively have a plurality of turbulators 11, for example of substantially crenellated shape, in relief on the perturbation plate 12, forming projections in the second circulation channels 9.
  • the slots can be made by stamping.
  • a single disturbance plate 12 can be arranged in a second frame 15, 15 '(see Figure 2a).
  • the perturbation plate 12 has an edge called an input edge 120a, through which the second fluid comes into contact with the perturbation plate 12 as it circulates in the second circulation channel 9 in which the perturbation plate 12 is arranged, and an edge said output edge 120b, which is the last edge of the perturbation plate 12 with which the second fluid is in contact when leaving the second circulation channel 9.
  • Each of the perturbation plates 12 has an inlet edge 120a, through which the second fluid comes into contact with the perturbation plate 12 and an outlet edge 120b, which is the last edge of the disturbance plate 12 with which the second fluid is in contact when it completes a circulation pass.
  • a disturbance plate 12 may be arranged on each side of the bar 150 when it is provided inside the second frame 15, 15 '. Whether it is a one-pass circulation or at least two passes, the input and output edges 120a 120b of the perturbation plate 12 extend substantially parallel to the lateral edges of the second frames 15, 15 ' as shown in Figure 2c.
  • the input 120a and 120b output edges of the disturbance plate 12 may be substantially straight.
  • the perturbation plates 12 do not extend over the entire length of a second frame 15, 15 ', so that there are no turbulators 11 at the inlet and / or the fluid outlet, which limits the pressure drop.
  • At least one zone Z devoid of turbulators 11 is thus defined in the second circulation channel 9 near the inlet of the second fluid, or even close to the outlet of the second fluid.
  • the or each Z zone without turbulators 11 is substantially rectangular.
  • any other form can be envisaged.
  • the input edge (s) 120a and / or 120b of the perturbation plates 12 progress (s) in an oblique direction, for example of the order of 45 °, by relative to the lateral edges of the second frames 15, 15 '.
  • the entry edges 120a and / or exit 120b thus form oblique edges with respect to the lateral edges of the second frame 15, 15 '.
  • the input and / or output edges 120a and 120b are also oblique with respect to the longitudinal edges of the second frame 15, 15 '.
  • the two input and output edges 120a 120b of a perturbation plate 12 extend in parallel oblique directions (see FIGS. 4, 12).
  • the perturbation plates 12 may respectively have a generally parallelogram-like shape.
  • the oblique inlet edge 120a is oriented to release the passage for the fluid near the ear 153 defining the opening 152 for the introduction of the second fluid.
  • the second circulation channel 9 for the second fluid is free of turbulators 11.
  • the oblique outlet edge 120b is oriented to release the passage for the fluid near the ear 153 defining the opening 152 for the evacuation of the second fluid.
  • the second circulation channel 9 for the second fluid is free of turbulators 11. This forms in this example a substantially triangular zone Z devoid of turbulators 11. This configuration makes it easier to evacuation of the second fluid out of the second circulation channel 9.
  • Such oblique edges 120a, 120b thus make it possible to improve the flow of the second fluid and therefore the heat exchange performance.
  • the 120a and / or 120b oblique exit edge (s) ( s) progresses (nt) from the inner bar 150 to a longitudinal edge of the second frame 15, 15 ', to define the zone Z, here substantially triangular, devoid of turbulators 11 in the vicinity of the opening or through openings 152.
  • a perturbation plate 12 comprising at least two turbulation zones 121 may be arranged in a second frame 15, 15 ' . Only the differences with respect to the embodiments of the perturbation plate 12 previously described are detailed below.
  • FIG. 17 illustrates an exemplary embodiment of a perturbation plate 12 comprising at least two turbulation zones 121.
  • the disturbance plate 12 has a substantially "U” shape with a turbulence zone 121 on each branch of the "U".
  • the two turbulence zones 121 are thus arranged in parallel.
  • Each turbulation zone 121 has turbulators 11 of the flow of the second fluid.
  • the perturbation plate 12 has at each turbulence zone 121 an inlet edge 120a, through which the second fluid comes into contact with the turbulence zone 121 and an outlet edge 120b, which is the last edge with which the second fluid is in contact with the turbulence zone 121 when it finishes a pass.
  • the perturbation plate 12 has at each turbulence zone 121 input and output edges 120a 120b oblique with respect to the lateral edges of the second frame 15, 15 'intended to receive the perturbation plate 12.
  • each turbulence zone 121 has a generally parallelogram-like shape.
  • the oblique edges 120a, 120b at the outlet of a turbulence zone 121 and at the inlet of another adjacent turbulation zone 121 are therefore at the level of the upturn of the second fluid and make it possible to facilitate the half-turn of the second fluid.
  • the disturbance plate 12 furthermore has a substantially central recess 122 between the two turbulence zones 121 extending in the direction of flow of the second fluid, in this example parallel to the longitudinal edges of the second frame 15, 15 '.
  • the bar 150 is found arranged in this recess 122.
  • the perturbation plate 12 further comprises a connection zone 123 of the two turbulence zones 121.
  • connection zone 123 is advantageously flat and devoid of turbulators 11.
  • the connection zone 123 thus forms a reversal zone or for the half-turn of the second fluid.
  • the lateral edges delimiting this connection zone 123 which correspond to the outlet edge 120b of one of the turbulence zones 121 and to the entry edge 120a of the other turbulation zone 121, are oblique.
  • connection zone 123 extend parallel to the lateral edges of the second frame 15, 15 '.
  • the longitudinal edges of the connecting zone 123 may be substantially straight.
  • FIGS. 18 and 19 illustrate another variant embodiment in which the perturbation plate 12 no longer has a "U" shape with a connection zone 123 of the two turbulence zones 121 at the level of the overturning of the second fluid, but a zone linkage 125 arranged between the two turbulence zones 121 extending substantially parallel to the flow direction of the second fluid, in this example parallel to the longitudinal edges of the second frame 15, 15 '.
  • the connecting zone 125 is arranged in place of the recess 122 provided in the previous solution.
  • connection zone 125 is then arranged facing the inner bar 150 provided on a second frame 15, 15 'as illustrated in Figures 2c and 11 to 13.
  • connection zone 125 provided on the perturbation plate 12 of FIGS. 18 and 19 is provided to ensure the separation of two passes for the second fluid, so that it is no longer necessary to provide the bar 150 inside the second frame 15, 15 '.
  • the connecting zone 125 is sufficiently high or thick to come into contact with the stage above and the stage below the second frame 15, 15 '.
  • the same manifold 19 can be compartmentalized, so as to define firstly the introduction of the first fluid shown schematically by the arrow Fli in Figure 1 and secondly the evacuation of the first fluid schematized by the arrow Fl 0 on Figure 1.
  • the heat exchanger 1 comprises an attachment flange 23 of the manifold 19 forming an interface between the manifold 19 and the heat exchange bundle 3.
  • the fastening flange 23 comprises fluid communication means 231, such as fluidic communication connection orifices 231, between the manifold 19 and the first circulation channels 7 defined by the exchange tubes 5, and therefore between the manifold 19 and the recesses 131 of the first frames 13 and the through holes 151 provided on the second frames 15, in particular on the second intermediate frames.
  • fluid communication means 231 such as fluidic communication connection orifices 231, between the manifold 19 and the first circulation channels 7 defined by the exchange tubes 5, and therefore between the manifold 19 and the recesses 131 of the first frames 13 and the through holes 151 provided on the second frames 15, in particular on the second intermediate frames.
  • the fastening flange 23 has:
  • a form-fitting is provided between the manifold 19 and the fastening flange 23.
  • the manifold 19 has a base 191 of complementary shape to the fastening flange 23 and it is this base 191 which is assembled on the fastening flange 23.
  • the base 191 of the manifold box 19 more precisely has a surface, for example substantially flat, in contact with the fastening flange 23 when the heat exchanger 1 is assembled.
  • the fastening flange 23 has a profile of substantially "C" shape with:
  • a body having on a lower surface 233 intended to be assembled, preferably by brazing, to the heat exchange bundle 3 and an upper surface 235 opposite the lower surface 233, for example substantially flat and capable of cooperating with the surface, by substantially flat example, facing the base 191 of the manifold 19, and
  • two ends 237 substantially curved relative to the body 233, 235 of the fastening flange 23 and arranged on either side of the body 233, 235.
  • the two ends 237 are adapted to cooperate with two side flanges 192 of the base 191 of the manifold 19 as visible in Figure 20.
  • the fastening flange 23 also has such a coating on the inner surface of the ends 237 which come into contact with the manifold 19 for assembly.
  • the manifold 19 as for it does not need to present such a coating and can be made of aluminum without coating or cladd.
  • the manifold 19 may be mechanically assembled to the fastening flange 23, for example by crimping, prior to brazing to ensure contact between the upper surface 235 of the fastening flange 23 having the coating and the lower surface of the manifold 19 .
  • this assembly is pressurized and then passed to the oven and is heated, for example to a temperature of about 580 ° C. to 590 ° C., and the coating present on the fastening flange 23 melts, thus ensuring the connection between the fastening flange 23 and the manifold 19.
  • the melted coating fills the spaces or interstices present between the surfaces of the mounting flange 23 and the manifold 19.
  • the curing of the molten coating (by cooling) provides a tight seal without additional filler material.
  • fastening flange 23 may have such a coating on its lower surface 233 facing a first frame 13 or alternatively facing a second frame 15.
  • the fastening flange 23 can be made in one piece with an end frame 25 shaped substantially similar to a second intermediate frame 15. as described above, in particular according to the second embodiment.
  • the fastening flange 23 then forms a lateral edge of this end frame 25 extending substantially perpendicularly to the general flow direction of the first fluid in the heat exchange tubes 5 (not visible in these figures 20 to 22). .
  • the side edge of the end frame 25 which is opposite the fastening flange 23 does not have through orifices for the passage of the first fluid.
  • the end frame 25 also advantageously has a coating called “cladd”, at least on its upper face.
  • the end frame 25 may also have on its underside facing a first frame 13, or alternatively a second frame 15, such a coating for assembly by soldering.
  • the heat exchange bundle 3 may comprise at least one closure plate, here upper 18.
  • the closure plate 18 or the plates of closures has (have) an end received between the fastening flange 23 and the manifold 19, as is best seen in Figure 22.
  • the end of the closure plate 18 is in contact with the fastening flange. 23, and here the peripheral edge of the closure plate 18 is also in contact with the end frame 25 made in one piece with the fastening flange in this example.
  • the manifold 19 has a recess 193 forming a receptacle for receiving the end of the closing plate (s) 18.
  • the closure plate 18, or the closure plates extends ( ent) along a length less than the length of the first frames 13 and the second frames 15, 15 'and possibly the length of the assembly formed by the fastening flange 23 and the end frame 25 made in one piece .
  • the closure plate 18 which is above the whole assembly, therefore at the top of the heat exchange bundle 3, does not have a so-called cladd coating at least on its upper face which gives on the outside of the heat exchanger 1.
  • This closure plate 18 at the top of the heat exchange bundle 3 can therefore be made solely of aluminum.
  • this closure plate 18 to the rest of the heat exchanger 1 is made possible due to the presence of the coating on the fastening flange 23, and possibly the end frame 25, on which or on which there is has a coating, so that during the passage in the oven, for example at a temperature of the order of 580 ° C-590 ° C, the coating melts and the connection is formed between the fastening flange 23 possibly made of a single piece with the end frame 25, and both the closure plate 18 and the manifold 19.
  • This part 23, 25 may have a coating insofar as it is located inside the heat exchanger 1.
  • the assembly of a heat exchanger 1 as defined above therefore comprises a step of arranging one or more heat exchange tubes 5 in a first frame 13 as described above.
  • At least two rows of heat exchange tubes 5 can be provided to allow circulation in at least two passes of the first fluid or alternatively a single row of tubes defining at least two groups of circulation channels 70, 72. a stage of the heat exchange bundle 3 for the circulation of the first fluid in the first circulation channels 7 of the heat exchange tubes 5.
  • the assembly may comprise a step of arranging turbulators 11 in a second frame 15 as defined above.
  • the second frame 15 receiving or not perturbation plates 12 for example forms another stage of the heat exchange bundle 3 for the circulation of the second fluid in the second circulation channels 9 between the heat exchange tubes 5.
  • the assembly further comprises a step of stacking a first frame 13 and a second frame 15. This is repeated as many times as necessary depending on the available space and the required performance.
  • the stack is here substantially vertically. At the end, here at the bottom of the heat exchange bundle 3, it is possible to envisage a second end frame 15 'as described above.
  • the assembly also comprises the arrangement of a bottom closure plate 17 at the bottom of the heat exchange bundle 3.
  • a bottom closure plate 17 at the bottom of the heat exchange bundle 3.
  • the lower closure plate 17 may be firstly arranged and stacked over the first 13 and second 15, 15 'frames.
  • a fixing flange 23 is provided as described above, which can be made in one piece with an end frame 25, above the stack of first frames 13 and second frames 15, 15 '.
  • the assembly further comprises the arrangement of one or more upper closure plates 17, 18 as described above at the top of the heat exchange bundle 3, at least one closure plate being at least partially in contact on the flange. 23 and the end frame 25 if any.
  • At least one manifold 19 is arranged for the first fluid on the fastening flange 23.
  • a step of mechanical assembly, for example by crimping, of the manifold 19 on the fastening flange 23 can be provided.
  • the heat exchanger 1 comprises a stack of first frames 13 receiving one or more heat exchange tubes 5 and second frames 15 advantageously receiving turbulators 11. These are simple elements and can be easily assembled by particular brazing.
  • the distribution of the first fluid in the heat exchange tubes 5 can be easily done through the recesses 131 and through holes 151 complementary provided on the ends of the first and second frames 13, 15 and in fluid communication with the manifold 19 .
  • the handles 134 and 153 which can also be designated by complementary ears provided on the sides of the first and second frames 13, 15 can define with the inlet and outlet pipes 21 of the second fluid, two ducts. distribution of the second fluid on each side of the heat exchange bundle 3, so that the second fluid can easily flow into the bundle heat exchange 3.
  • manifold 19 of the first fluid and the inlet and outlet pipes 21 of the second fluid may be arranged to allow a countercurrent flow of the two fluids.
  • the first fluid can circulate in at least two passes in a simple manner by shaping the first frames 13 with a 136 or more tabs 137, 138, or alternatively by providing a turning hole 155 for example oblong on the second frames 15 .
  • the second fluid can also flow in a simple manner in at least two passes by shaping the second frames 15, 15 'accordingly with a bar 150 or alternatively by virtue of a connecting zone 125 shaped for this purpose connecting two turbulence zones 121 a disturbance plate 12 arranged in a second frame 15, 15 '.
  • such a heat exchanger has a better mechanical strength compared to the solutions of the prior art and very good resistance to high pressures, in particular due to the circulation of C0 2 , as well as optimized heat exchange performance.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur thermique (1) entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide, comprenant : un faisceau d'échange thermique (3) avec une pluralité de tubes d'échange thermique (5) définissant des premiers canaux de circulation (7) pour le premier fluide dans les tubes d'échange thermique (5) et des deuxièmes canaux de circulation (9) pour le deuxième fluide entre les tubes d'échange thermique (5), au moins une boîte collectrice (19) du premier fluide, et au moins une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie (21) pour le deuxième fluide. Selon l'invention, l'échangeur thermique (1) comprend un empilement alterné de: premiers cadres (13) de réception des tubes d'échange thermique (5), les premiers cadres (13) comprenant respectivement des moyens de mise en communication fluidique (131) entre la boite collectrice (19) et les tubes d'échange thermique (5), et de - deuxièmes cadres (15, 15') définissant respectivement au moins un deuxième canal de circulation (9) pour le deuxième fluide et présentant respectivement des moyens de mise en communication fluidique (152) entre le deuxième canal de circulation (9) et les tubulures d'entrée et de sortie (21) pour le deuxième fluide.

Description

Échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile
L'invention se rapporte au domaine des échangeurs thermiques et notamment aux échangeurs thermiques destinés à être parcourus par un fluide sous haute pression.
À cet égard, l'invention se rapporte plus particulièrement aux échangeurs thermiques aptes à être parcourus par un fluide réfrigérant ayant une pression de fonctionnement relativement élevée, comme c'est le cas de gaz naturels tels que le dioxyde de carbone désigné par C02, présentant une pression de fonctionnement supérieure aux gaz réfrigérants utilisés dans les solutions de l'état de l'art.
De tels échangeurs thermiques trouvent une application particulière dans les véhicules automobiles. Ils peuvent notamment constituer un refroidisseur de gaz dans lequel le fluide réfrigérant tel que du C02 est refroidi par un deuxième fluide, tel que du liquide. À l'inverse, le deuxième fluide peut être refroidi par le premier fluide par exemple sous forme gazeuse, l'échangeur thermique est alors couramment désigné par « Water chiller » en anglais.
De tels échangeurs thermiques peuvent notamment être utilisés dans la régulation thermique d'une ou plusieurs batteries d'un véhicule électrique ou hybride. La régulation thermique des batteries est un point important car si les batteries sont soumises à des températures trop froides, leur autonomie peut décroître fortement et si elles sont soumises à des températures trop importantes, il y a un risque d'emballement thermique pouvant aller jusqu'à la destruction de la batterie, voire du véhicule automobile. Afin de réguler la température des batteries, il est connu d'utiliser un fluide caloporteur, en général du liquide de refroidissement comprenant un mélange d'eau glycolée, qui circule au sein d'un échangeur thermique en contact avec la ou les batteries. Le liquide de refroidissement, peut ainsi apporter de la chaleur à la ou aux batteries pour les réchauffer, cette chaleur ayant été absorbée par le liquide de refroidissement par exemple lors de l'échange thermique avec le C02 circulant dans le refroidisseur de gaz. Le liquide de refroidissement peut également, si besoin est, absorber de la chaleur émise par la ou les batteries afin de les refroidir et évacuer cette chaleur au niveau d'un ou plusieurs autres échangeurs thermiques. De tels échangeurs thermiques peuvent aussi être utilisés comme tout autre refroidisseur de gaz dans un circuit de climatisation.
Ces échangeurs thermiques peuvent en particulier être des échangeurs thermiques assemblés par brasage.
On connaît par exemple des échangeurs thermiques comprenant un empilement de plaques permettant la circulation du premier fluide, tel que le fluide réfrigérant ou gaz réfrigérant, et du deuxième fluide tel que le liquide de refroidissement.
Toutefois, l'utilisation d'un fluide réfrigérant tel que du C02 sous une pression très élevée, généralement supérieure à 100 bars, avec une pression d'éclatement qui peut atteindre par exemple jusqu'à 340bars, implique que les échangeurs thermiques tels que des refroidis seurs de gaz, doivent résister à de telles pressions élevées.
Les échangeurs thermiques à plaques connus de l'art antérieur ne permettent pas de résister à de telles hautes pressions.
Afin d'y remédier, on connaît également de l'art antérieur des échangeurs thermiques comprenant un empilement de tubes reliés entre eux par au moins un collecteur du premier fluide notamment le fluide réfrigérant de chaque côté des tubes, et le deuxième fluide, par exemple sous forme liquide, peut circuler autour des tubes dans une enveloppe reliée à une boîte à eau.
Cependant une telle architecture est complexe à réaliser et présente notamment des inconvénients en termes d'étanchéité, en particulier dans le cas d'un échangeur thermique brasé pour lequel il s'avère nécessaire de prévoir de multiples points de brasage pour plusieurs pièces de l'échangeur thermique. De plus, avec cette architecture, les deux fluides circulent généralement à flux croisé. Il n'est pas toujours possible de prévoir une circulation à contre-courant ou encore en plusieurs passes des deux fluides, ce qui limite l'efficacité de l'échangeur thermique. En outre, il s'avère difficile de réduire le pas de tube en dessous de 3mm du fait de la conception connue du collecteur recevant les extrémités des tubes, ce qui limite également l'efficacité de l'échangeur thermique. Il a été également constaté qu'un tel échangeur thermique ne présente pas toujours une bonne tenue mécanique. Par ailleurs, un problème constant des échangeurs thermiques implémentés dans un véhicule automobile réside en l'allocation d'une place réduite, afin de répondre aux exigences des constructeurs.
La présente invention vise à améliorer les solutions de l'état de la technique et à résoudre au moins partiellement les inconvénients exposés ci-dessus en proposant un échangeur thermique simple à réaliser et présentant un encombrement réduit tout en tout en présentant des propriétés intéressantes afin de résister au mieux aux fortes pressions locales. À cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide, notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur comprenant :
un faisceau d'échange thermique comportant une pluralité de tubes d'échange thermique définissant des premiers canaux de circulation pour le premier fluide dans les tubes d'échange thermique et des deuxièmes canaux de circulation pour le deuxième fluide entre les tubes d'échange thermique,
au moins une boîte collectrice du premier fluide, et
au moins une entrée et une sortie pour le deuxième fluide.
Selon l'invention, l'échangeur thermique comprend un empilement alterné de : - premiers cadres de réception des tubes d'échange thermique.
deuxièmes cadres définissant respectivement un deuxième canal de circulation pour le deuxième fluide,
l'échangeur comprenant en outre :
des moyens de mise en communication fluidique entre la boîte collectrice et les tubes d'échange thermique ;
des moyens de mise en communication fluidique entre le deuxième canal de circulation et les tubulures d'entrée et de sortie pour le deuxième fluide.
Selon une réalisation de l'invention, les premiers cadres peuvent comprendre respectivement des moyens de mise en communication fluidique entre la boite collectrice et les tubes d'échange thermique. Selon une réalisation de l'invention, les deuxièmes cadres peuvent présenter respectivement des moyens de mise en communication fluidique entre le deuxième canal de circulation et les entrée et sortie pour le deuxième fluide.
L'entrée peut être mise en œuvre par une tubulure d'entrée.
La sortie peut être mise en œuvre par une tubulure de sortie.
L'échangeur thermique comprend ainsi un empilement d'éléments simples, à savoir des cadres et des tubes d'échange thermique dans lesquels circule le premier fluide, tel que le fluide réfrigérant, insérés dans les premiers cadres et entre lesquels circule le deuxième fluide tel que du liquide de refroidissement.
Dans l'invention, les cadres désignent une pièce, ou un assemblage de pièces, qui peuvent être rigides, délimitant un espace fermé ou non. Dans cet espace peuvent être positionnés, dans notre exemple, des tubes d'échange thermique.
On notera que le faisceau d'échange thermique, qui comporte une pluralité de tubes d'échange thermique, est distinct des premiers et deuxièmes cadres.
Une telle architecture permet une réalisation plus simple de l'échangeur thermique dans son ensemble.
De plus, les moyens de mise en communication fluidique prévus sur les premiers cadres permettent de collecter le premier fluide et de le distribuer dans les tubes d'échange thermique maintenus dans ces premiers cadres.
II n'est plus nécessaire de prévoir les collecteurs de chaque côté des tubes comme dans les solutions connues.
De même, les moyens de mise en communication fluidique prévus sur les deuxièmes cadres permettent de collecter le deuxième fluide et de le distribuer entre les tubes d'échange thermique.
Ceci offre une grande souplesse d'agencement de la boîte collectrice du premier fluide et des tubulures d'entrée et de sortie pour le deuxième fluide.
On peut ainsi permettre une circulation à contre-courant des deux fluides, voire une circulation des deux fluides en plusieurs passes et à contre-courant l'un par rapport à l'autre.
Un tel échangeur thermique présente une meilleure tenue mécanique par rapport aux solutions de l'art antérieur et une très bonne résistance aux hautes pressions, par exemple dues à la circulation de C02 comme fluide réfrigérant.
L'échangeur thermique peut en outre comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison.
Selon un aspect de l'invention, les premiers cadres comportent respectivement des bords latéraux s 'étendant sensiblement perpendiculairement à la direction longitudinale des premiers canaux de circulation pour le premier fluide, et au moins un desdits bords latéraux présentant les moyens de mise en communication fluidique.
Selon un autre aspect de l'invention, les premiers cadres présentent une forme générale sensiblement rectangulaire, et le ou les bords latéraux présentant les moyens de mise en communication fluidique s'étendent dans le sens de la largeur des premiers cadres.
Selon un mode de réalisation, les moyens de mises en communication fluidique sont réalisés sous forme d'évidements dans un des bords des premiers cadres, les extrémités des tubes d'échange thermique débouchant dans les évidements, les évidements étant agencés en communication fluidique avec la boite collectrice du premier fluide.
De façon avantageuse, les deuxièmes cadres présentent des guides pour le passage du premier fluide, tels que des orifices de passage traversants, agencés dans l'alignement des évidements des premiers cadres, de manière à permettre l'écoulement du premier fluide dans l'empilement des premiers cadres et des deuxièmes cadres.
Selon un autre aspect de l'invention, les deuxièmes cadres présentent une forme générale sensiblement rectangulaire, et les guides de passage du premier fluide sont agencés sur au moins un des bords latéraux des deuxièmes cadres s 'étendant dans le sens de la largeur des deuxièmes cadres.
Toutefois, selon d'autres modes de réalisation, on pourrait prévoir des deuxièmes cadres présentant une forme générale qui ne soit pas rectangulaire, par exemple elliptique, ou en forme de losange. De même, selon d'autres modes de réalisation, on pourrait prévoir des premiers cadres présentant une forme générale qui ne soit pas rectangulaire, par exemple elliptique, ou en forme de losange. Selon encore un autre aspect de l'invention, les deuxièmes cadres présentent respectivement des ouvertures traversantes de mise en communication fluidique avec lesentrée et sortie, et débouchant respectivement sur l'intérieur d'un deuxième cadre.
Les deuxièmes cadres présentant une forme générale sensiblement rectangulaire, les ouvertures traversantes sont avantageusement agencées sur les bords longitudinaux des deuxièmes cadres s 'étendant parallèlement à la direction des premiers canaux de circulation.
Selon un mode de réalisation, les deuxièmes cadres présentent respectivement au moins deux anses délimitant les ouvertures traversantes de mise en communication fluidique, avec une première anse agencée en communication fluidique avec l'entrée et une deuxième anse agencée en communication fluidique avec la sortie.
Selon un aspect de l'invention, les premiers cadres présentent des guides pour le passage du deuxième fluide agencés dans l'alignement des ouvertures traversantes de mise en communication fluidique des deuxièmes cadres.
Selon un mode de réalisation, les premiers cadres présentent des anses formant les guides et délimitant des ouvertures de passage pour le deuxième fluide et agencées dans l'alignement des anses des deuxièmes cadres.
Selon un aspect supplémentaire de l'invention, l'échangeur thermique comprend en outre des turbulateurs de l'écoulement du deuxième fluide agencés dans les deuxièmes canaux de circulation, et les deuxièmes cadres présentent une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur des turbulateurs, dans la direction d'empilement desdits cadres.
On peut ainsi augmenter de façon simple la densité de surface d'échange par rapport aux solutions de l'art antérieur dont le dimensionnement est limité par les collecteurs recevant les extrémités des tubes d'échange thermique.
Selon un exemple de réalisation, les tubes d'échange thermique présentent respectivement sur au moins une paroi des déformations formant saillies dans un deuxième canal de circulation pour le deuxième fluide, telles que des ondulations.
Selon une variante de réalisation, l'échangeur thermique comprend des plaques de perturbation disposées dans les deuxièmes cadres, les plaques de perturbation présentent respectivement une pluralité de turbulateurs, par exemple de forme sensiblement en créneaux, en relief sur une plaque de perturbation.
Les tubes d'échange thermiques sont reçus et maintenus dans des premiers cadres dédiés tandis que les turbulateurs peuvent être reçus dans les deuxièmes cadres dédiés et ainsi être superposés aux tubes d'échange thermique. Selon un autre aspect de l'invention, les deuxièmes cadres présentent respectivement une épaisseur dans la direction d'empilement desdits cadres, par exemple de l'ordre de 2mm, définissant le pas entre les tubes d'échange thermique.
Selon un aspect additionnel de l'invention, l'échangeur thermique comprend en outre deux plaques de fermeture de part et d'autre de l'empilement de premiers cadres de réception des tubes d'échange thermique et de deuxièmes cadres, et la boîte collectrice du premier fluide est agencée à l'opposé des entrée et sortie pour le deuxième fluide, sur une même plaque de fermeture. Selon un mode de réalisation, l'échangeur thermique est configuré pour la circulation d'au moins un fluide à haute pression, par exemple de pression supérieure à lOObars, par exemple de pression environ égale à 120 bars.
Par exemple le premier fluide est un fluide réfrigérant destiné à circuler à haute pression tel que du C02.
Selon encore un autre aspect de l'invention, les premiers cadres présentent une épaisseur, sensiblement égale à l'épaisseur des tubes d'échange thermique, dans la direction d'empilement desdits cadres.
Ainsi, les tubes d'échange thermique peuvent être maintenus dans les premiers cadres respectifs avant superposition des différents cadres.
Selon encore un autre aspect de l'invention, l'échangeur thermique est assemblé par brasage.
Les cadres superposés permettent de créer le chemin d'écoulement du premier fluide réfrigérant, lorsque les cadres sont brasés ensemble, et de même, les cadres superposés permettent de créer le trajet d'écoulement de liquide de refroidissement notamment sur deux côtés opposés du faisceau d'échange thermique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur thermique selon l'invention,
- la figure 2a est une vue partielle en éclaté d'un faisceau d'échange thermique comprenant un empilement de tubes plats,
- la figure 2b est une vue partielle en éclaté d'un faisceau d'échange thermique comprenant un empilement de tubes sensiblement ondulés,
- la figure 2c est une vue en éclaté de l'échangeur thermique de la figure 1,
- la figure 3 est une vue de dessus de l'échangeur thermique de la figure 1,
- la figure 4 est une vue en coupe de dessous d'un échangeur thermique selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 5 est une vue partielle en perspective d'un empilement de premiers cadres et de deuxièmes cadres d'un faisceau d'échange thermique selon un mode de réalisation,
- la figure 6 représente de façon schématique un premier cadre du faisceau d'échange thermique recevant deux tubes d'échange thermique, la figure 7 est une vue du premier cadre seul de la figure 6,
la figure 8a représente de façon schématique un premier cadre du faisceau d'échange thermique recevant un tube d'échange thermique pour une circulation en deux passes d'un premier fluide,
la figure 8b est une vue en coupe selon l'axe I-I de la figure 8a,
la figure 8c est une vue de côté de l'extrémité du tube d'échange thermique de la figure 8 a,
la figure 9a représente de façon schématique une variante d'un premier cadre du faisceau d'échange thermique recevant un tube d'échange thermique pour une circulation en deux passes du premier fluide,
la figure 9b est une vue en coupe selon l'axe II- II de la figure 9a,
la figure 9c est une vue de côté de l'extrémité du tube d'échange thermique de la figure 9a,
la figure 10 est une vue partielle en coupe d'un premier cadre montrant un décrochement pour l'écoulement d'un revêtement apte à fondre lors du brasage, la figure 11 est une autre vue en perspective d'un empilement de premiers cadres et de deuxièmes cadres d'un faisceau d'échange thermique selon un mode de réalisation de l'invention,
la figure 12 représente de façon schématique un deuxième cadre du faisceau d'échange thermique pour une circulation en deux passes du deuxième fluide recevant des turbulateurs de l'écoulement du deuxième fluide,
la figure 13 est une vue du deuxième cadre seul de la figure 12,
la figure 14 est une vue partielle en perspective montrant un réservoir pour l'écoulement d'un revêtement apte à fondre lors du brasage, prévu sur un deuxième cadre,
la figure 15 est une vue en coupe de côté d'un deuxième cadre présentant un réservoir sur chaque face,
la figure 16 est une autre vue partielle en perspective de l'empilement de premiers cadres et de deuxièmes cadres du faisceau d'échange thermique montrant un premier cadre recevant deux tubes d'échange thermique communiquant à une extrémité,
- la figure 17 est une vue en perspective d'une plaque de perturbation selon un exemple de réalisation,
- la figure 18 est une première vue en perspective d'une plaque de perturbation selon un autre exemple de réalisation,
- la figure 19 est une deuxième vue en perspective de la plaque de perturbation de la figure 18,
- la figure 20 est une vue partielle en perspective de l'échangeur thermique de la figure 1 montrant plus en détail une boîte collectrice du premier fluide,
- la figure 21 est une vue partielle en perspective du faisceau d'échange thermique montrant une bride de fixation agencé au-dessus de l'empilement de premiers et de deuxièmes cadres, et
- la figure 22 est une vue en coupe transversale du haut de l'échangeur thermique montrant la boîte collectrice de la figure 20 et la bride de fixation de la figure 21.
Sur ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente, les termes supérieur et inférieur, ou haut et bas, ou encore vertical et horizontal, sont désignés en référence à la disposition des éléments sur les figures. Cette disposition correspond à la disposition inversée des éléments à l'état monté dans un véhicule automobile notamment.
En d'autres termes, dans un véhicule, l'échangeur thermique de l'invention est monté « tête en bas », c'est-à-dire que la partie haute de la figure 1, par exemple, est en dessous de la partie basse de la figure 1, lorsqu'on se place dans le référentiel d'un véhicule automobile.
Échangeur thermique
En référence à la figure 1, l'invention concerne un échangeur thermique 1 notamment pour véhicule automobile, pour un échange thermique entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide. Le premier fluide peut entrer dans échangeur thermique 1 sous forme gazeuse et le deuxième fluide sous forme liquide.
Il s'agit en particulier d'un échangeur thermique assemblé par brasage. Pour ce faire, l'échangeur thermique 1 présente au moins partiellement, c'est-à-dire sur au moins certains éléments ou certaines pièces, un revêtement destiné à fondre pour assurer la jonction d'éléments de l'échangeur thermique lors de l'assemblage par brasage, tel que cela sera détaillé par la suite.
L'échangeur thermique 1 selon l'invention est en particulier adapté pour la circulation d'au moins un fluide ayant une haute pression de fonctionnement, notamment supérieure à lOObars.
Par exemple, l'échangeur thermique 1 peut être adapté pour la circulation d'un fluide ayant une pression comprise entre 100 bars et 260 bars.
Par exemple le premier fluide est un fluide réfrigérant destiné à circuler à haute pression tel que du C02, aussi désigné par R744 selon la nomenclature industrielle.
L'échangeur thermique 1 peut notamment être un refroidis seur de gaz dans lequel le fluide réfrigérant tel que du C02 est refroidi par un deuxième fluide par exemple sous forme liquide, tel que du liquide de refroidissement comprenant un mélange d'eau glycolée. Le deuxième fluide tel que le liquide de refroidissement peut aussi être refroidi par le premier fluide tel que du C02, un tel échangeur thermique est alors couramment désigné par « Water chiller » en anglais.
L'échangeur thermique 1 comprend un faisceau d'échange thermique 3 permettant l'échange thermique entre le premier fluide et le deuxième fluide. Dans l'exemple illustré, le faisceau d'échange thermique 3 présente une forme générale sensiblement parallélépipédique. La circulation des premier et deuxième fluides se fait avantageusement à contre- courant dans le faisceau d'échange thermique 3. L'introduction et l'évacuation du premier fluide dans le faisceau d'échange thermique 3 ou hors du faisceau d'échange thermique 3 est schématisé à titre d'exemple par les flèches Fli pour l'introduction et Flo pour l'évacuation.
De même, l'introduction du deuxième fluide dans le faisceau d'échange thermique 3 et l'évacuation du deuxième fluide hors du faisceau d'échange thermique 3 est schématisé à titre d'exemple par les flèches F2i pour l'introduction et F20 pour l'évacuation.
Enfin, l'échangeur thermique 1, et plus précisément le faisceau d'échange thermique 3, peut être configuré pour une circulation en au moins deux passes de l'un des deux fluides, voire des deux fluides, tel que cela sera décrit plus en détail par la suite.
Un exemple de circulation des deux fluides à contre-courant et en deux passes est illustré de façon schématique par les flèches Fl et F2 sur les figures 1 et 2c.
Plus précisément, le faisceau d'échange thermique 3, mieux visible sur les figures 2a à 2c, comprend une pluralité de tubes d'échange thermique 5 empilés de manière à définir alternativement des premiers canaux de circulation 7 pour le premier fluide dans les tubes d'échange thermique 5 et des deuxièmes canaux de circulation 9 pour le deuxième fluide entre les tubes d'échange thermique 5.
Les tubes d'échange thermique 5 peuvent être réalisés sous forme de tubes plats, avantageux en termes d'encombrement.
Les tubes plats 5 présentent une forme générale sensiblement rectangulaire, avec une longueur par exemple de l'ordre de 32mm et une épaisseur de l'ordre du millimètre.
L'épaisseur est ici considérée dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3, on peut parler également de la hauteur des tubes d'échange thermique 5. Autrement dit, il s'agit de l'épaisseur dans la direction d'empilement des tubes d'échange thermique 5.
Chaque tube d'échange thermique 5 définit un nombre prédéterminé de premiers canaux de circulation 7 pour le premier fluide, en particulier de micro-canaux de circulation 7 pour le premier fluide.
Les premiers canaux ou micro-canaux 7 s'étendent ici sensiblement longitudinalement, selon une forme sensiblement en « I » ou rectiligne. Les premiers canaux ou micro-canaux de circulation 7 pour le premier fluide permettent l'écoulement du premier fluide s'étendent respectivement selon une direction parallèle à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5.
Le premier fluide peut suivre une circulation en une passe dite circulation en « I » mais aussi une circulation en deux passes dite circulation « U » comme cela sera décrit par la suite.
De même, les deuxièmes canaux 9 de circulation pour le deuxième fluide peuvent être conformés pour permettre une circulation en une passe dite circulation en « I » mais aussi une circulation en deux passes dite circulation en « U » comme cela sera décrit par la suite.
Des turbulateurs 11 de l'écoulement du deuxième fluide sont avantageusement agencés dans les deuxièmes canaux de circulation 9, améliorant ainsi l'échange thermique entre les deux fluides.
Les turbulateurs 11 peuvent être portés par un élément 12 distinct des tubes d'échange thermiques 5 comme illustré sur la figure 2a ou 2c.
En variante, des turbulateurs 11 peuvent être formés sur les tubes d'échange thermique 5, par exemple par des déformations telles que des ondulations des tubes d'échange thermique 5 qui font saillie dans les deuxièmes canaux de circulation 9 pour le deuxième fluide, comme illustré sur la figure 2b.
Des intercalaires sont avantageusement disposés entre les tubes d'échange thermique 5, et définissent le pas entre les tubes d'échange thermique 5.
Selon un mode de réalisation, le faisceau d'échange thermique 3 comprend un empilement alterné de premiers cadres 13 et de deuxièmes cadres 15, 15' . Au moins certains deuxièmes cadres 15 forment les intercalaires.
L'empilement se fait ici sensiblement verticalement. Chaque premier cadre 13 est apte à recevoir au moins un tube d'échange thermique 5 et cet ensemble forme un étage du faisceau d'échange thermique 3.
On peut désigner les premiers cadres 13 par cadres-tubes. Chaque deuxième cadre 15, 15' peut recevoir des turbulateurs 11 et cet ensemble forme un autre étage du faisceau d'échange thermique 3.
Ces deux ensembles ou étages sont répétés autant de fois que nécessaire suivant l'espace disponible et la performance à atteindre. Les premiers cadres 13 et les deuxièmes cadres 15, 15' sont décrits plus en détail par la suite.
À titre d'exemple, des plaques de fermetures 17, 18 (voir figures 1 et 2c), en particulier au moins une plaque de fermeture 17 inférieure et au moins une plaque de fermeture 17, 18 supérieure, peuvent être agencées de part et d'autre de l'empilement des premiers cadres 13 et des deuxièmes cadres 15, 15', de manière à fermer le faisceau d'échange thermique 3.
En se référant aux figures 1 et 3, l'échangeur thermique 1 comprend de plus au moins une boîte collectrice 19 du premier fluide agencée en communication fluidique avec les premiers canaux de circulation 7.
La boîte collectrice 19 est selon l'exemple illustré agencée sur une plaque de fermeture supérieure 18 disposée en haut du faisceau d'échange thermique 3.
L'échangeur thermique 1 comprend en outre au moins deux tubulures 21 d'entrée et de sortie de fluide permettant l'introduction et l'évacuation du deuxième fluide.
Dans cet exemple, les deux tubulures 21 sont agencées sur la même plaque de fermeture supérieure 18 que la boîte collectrice 19 pour le premier fluide.
Cette plaque de fermeture supérieure 18 agencée en haut du faisceau d'échange thermique 3, permet de guider le deuxième fluide entre les tubulures 21 et le faisceau d'échange thermique 3.
Bien entendu, selon une variante non illustrée, on peut prévoir d'agencer les deux tubulures 21 sur la plaque inférieure 17.
Selon encore une autre variante non illustrée, on peut prévoir d'agencer séparément les tubulures 21 avec une tubulure 21 sur la plaque supérieure 18 et l'autre tubulure 21 sur la plaque inférieure 17. En particulier, la boîte collectrice 19 peut être agencée d'un côté du faisceau d'échange thermique 3 et les tubulures 21 peuvent être agencées de l'autre côté du faisceau d'échange thermique 3, permettant ainsi une circulation à contre-courant des deux fluides.
Selon la disposition illustrée sur les figures 1 et 3, la boîte collectrice 19 est agencée à gauche tandis que les tubulures 21 sont agencées à droite.
Premiers cadres dits cadres-tubes
En référence aux figures 2a à 2c et 4 à 10, on décrit maintenant plus en détail les premiers cadres 13 de réception des tubes d'échange thermique 5.
Les premiers cadres 13 peuvent être au moins partiellement réalisés en aluminium.
Les premiers cadres 13 présentent :
deux bords opposés 13A, 13B (voir figures 6, 7, 8a et 9a) s'étendant de façon perpendiculaire à la direction des premiers canaux de circulation 7 du premier fluide, autrement dit ici perpendiculairement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5, et
deux autres bords opposés 13C, 13D s'étendant parallèlement à la direction des premiers canaux de circulation 7 du premier fluide, autrement dit ici parallèlement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5.
On peut aussi définir les premiers cadres 13 par rapport à la direction générale d'écoulement du premier fluide, à savoir que les premiers cadres 13 présentent :
deux bords opposés 13A, 13B s'étendant perpendiculairement à la direction générale d'écoulement du premier fluide, et
- deux autres bords opposés 13C, 13D s'étendant parallèlement à la direction générale d'écoulement du premier fluide.
La direction générale d'écoulement du premier fluide s'entend de la direction de la circulation en « I » dans le cas d'une circulation en une passe du premier fluide, ou de la direction des branches du « U » dans le cas d'une circulation en deux passes du premier fluide. Dans les exemples illustrés, les premiers cadres 13 sont de forme générale sensiblement rectangulaire et présentent deux bords longitudinaux 13C, 13D, formant des grands côtés, s 'étendant de façon sensiblement parallèle à la direction générale d'écoulement du premier fluide et deux bords latéraux 13 A, 13B, formant des petits côtés, s 'étendant dans le sens de la largeur, de façon sensiblement perpendiculaire à la direction d'écoulement du premier fluide.
L'axe longitudinal des premiers cadres 13 et des tubes d'échange thermique 5 est ici confondu.
Ces premiers cadres 13 présentent une même épaisseur que les tubes d'échange thermique 5 qu'ils reçoivent, notamment de l'ordre de quelques millimètres, par exemple de l'ordre de 1mm.
Comme précédemment, l'épaisseur est considérée dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3, on peut parler également de la hauteur des premiers cadres 13. Autrement dit, il s'agit de l'épaisseur dans la direction d'empilement des cadres 13, 15, 15' .
Selon un premier mode de réalisation illustré sur les figures 2a et 2b, chaque premier cadre 13 est apte à recevoir un seul tube d'échange thermique 5 permettant une circulation en une passe du premier fluide.
À cet effet, chaque premier cadre 13 présente un logement 130 pour recevoir un tube d'échange thermique 5 associé.
Afin de permettre l'écoulement du premier fluide dans le faisceau d'échange thermique 3, les premiers cadres 13 comprennent des moyens de mise en communication fluidique 131 des premiers canaux de circulation 7 des tubes d'échange thermique 5 avec la boite collectrice 19.
Les moyens de mise en communication fluidique 131 de chaque premier cadre 13 sont donc agencés en communication fluidique avec les moyens de mise en communication fluidique 131 des autres premiers cadres 13 du faisceau d'échange thermique 3 et avec la boîte collectrice 19.
Selon l'exemple illustré, les premiers cadres 13 présentent respectivement un nombre prédéfini d'évidements 131 formant les moyens de mise en communication fluidique, dans lesquels les extrémités, notamment les extrémités longitudinales, des tubes d'échange thermique 5 débouchent.
Bien entendu, le nombre d'évidements 131 est adapté en fonction du nombre de premiers canaux de circulation 7 des tubes d'échange thermique 5.
Ces évidements 131 sont ici prévus sur deux bords opposés 13A, 13B des premiers cadres 13 qui sont en regard des extrémités des tubes d'échange thermique 5. Il s'agit ici des bords latéraux des premiers cadres 13. Seul un bord latéral 13A est visible sur les figures 2a et 2b.
Les premiers cadres 13 sont agencés de sorte que leurs évidements 131 soient en communication fluidique avec les évidements 131 des autres premiers cadres 13.
Ici, les évidements 131 des premiers cadres 13 sont alignés dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3. En outre, sur un côté des premiers cadres 13, les évidements 131 sont alignés avec la boîte collectrice 19.
Selon le mode de réalisation préféré, au moins un bord latéral 13 A, 13B d'un premier cadre de réception 13, agencé en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique 5, est conformé selon un motif définissant une succession d'arches.
Les arches sont avantageusement disposées sur toute la largeur du bord latéral 13 A, 13B qui est en regard de l'extrémité d'un tube d'échange thermique 5. Autrement dit, les arches sont prévues sur une largeur sensiblement égale à la largeur du tube d'échange thermique 5.
On entend par arche l'ensemble formé par une voûte d'arche 132 reliant deux pieds d'arche 133. Dans cette succession d'arches, deux voûtes d'arche 132 adjacentes sont reliées par un pied d'arche 133 commun.
Selon l'exemple illustré, un évidement 131 est délimité par une arche, autrement dit chaque évidement 131 est réalisé entre deux pieds d'arche 133 adjacents et est délimité par ces deux pieds d'arche 133 et la voûte d'arche 132 les reliant.
Lorsqu'un tube d'échange thermique 5 est agencé dans le logement 130 d'un premier cadre 13, l'espace restant entre une extrémité du tube d'échange thermique 5 et une voûte d'arche 132 permet de définir une ouverture traversante de mise en communication fluidique.
À titre d'exemple non limitatif, le diamètre d'une ouverture traversante est de l'ordre de 0.5mm.
En outre, chaque premier cadre 13 comprend avantageusement au moins une zone d'absorption de contraintes sur au moins un bord latéral 13 A, 13B en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique 5.
Une telle zone d'absorption de contraintes est apte à résister aux contraintes mécaniques, notamment dues à la pression.
Les zones d'absorption de contraintes peuvent être réalisées par un nombre prédéterminé de jambes d'absorption de contraintes formées sur au moins un bord latéral 13 A, 13B d'un premier cadre 13 en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique 5.
Ces jambes d'absorption de contraintes s'étendent en direction de l'extrémité du tube d'échange thermique 5.
Dans l'exemple illustré, les pieds d'arches 133 assurent cette fonction de jambes d'absorption de contraintes.
Les arches sont donc dimensionnées en prenant en compte la tenue mécanique du premier cadre 13 et l'écoulement du premier fluide à travers les évidements 131 définis par les arches.
De plus, dans le cas d'un échangeur thermique 1 assemblé par brasage, les pieds d'arches 133 permettent encore de définir des zones de brasage avec les deuxièmes cadres 15, 15' comme cela sera décrit par la suite.
Par ailleurs, afin de permettre l'écoulement du deuxième fluide dans le faisceau d'échange thermique 3, les premiers cadres 13 présentent également des guides 134 pour le passage du deuxième fluide.
Selon l'exemple illustré, les premiers cadres 13 sont respectivement conformés avec au moins une anse 134 qui lorsqu'un tube d'échange thermique 5 est agencé dans le premier cadre 13 permet de définir une ouverture traversante de passage permettant l'écoulement du deuxième fluide.
À titre illustratif, sur les figures on a représenté différents modes de réalisation des anses 134, en particulier les figures 1, 2a à 2c, 13, illustrent un premier exemple de réalisation des anses 134 de forme sensiblement arrondie, tandis que les figures 4 à 7, 8a, 9a, 11, 16 illustrent un deuxième exemple de réalisation des anses 134 dont le contour est de forme plus rectiligne.
Bien entendu, toute autre forme des anses 134 peut être envisagée.
Les anses 134 permettent de définir les guides pour le passage du deuxième fluide. À titre d'exemple, cette ouverture traversante présente un diamètre de l'ordre de 2mm.
Le ratio entre le diamètre d'une ouverture de passage du deuxième fluide et le diamètre d'une ouverture traversante 131 de mise en communication fluidique permettant l'écoulement du premier fluide est dans cet exemple de l'ordre de 4.
Les anses 134 de chaque premier cadre 13 sont agencées dans l'alignement des anses 134 des autres premiers cadres 13 du faisceau d'échange thermique 3 de manière à permettre l'écoulement du deuxième fluide à travers le faisceau d'échange thermique 3.
Les figures 2c et 4 à 7 montrent un deuxième mode de réalisation des premiers cadres 13. La description du premier mode de réalisation en référence aux figures 2a et 2b s'applique aux composants identiques, seules les différences sont maintenant décrites.
Le deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que chaque premier cadre de réception 13 est apte à recevoir deux tubes d'échange thermique 5. Le faisceau d'échange thermique 3 présente alors deux rangées de tubes d'échange thermique 5 : des premiers tubes d'échange thermique et des deuxièmes tubes d'échange thermique.
De même, les moyens de mise en communication fluidique 131 définissent deux rangées respectivement associées à une rangée de tubes d'échange thermique 5. Ainsi, des premiers moyens de mise en communication 131 assurent la mise en communication fluidique des premiers tubes d'échange thermique 5 ou autrement dit d'une première rangée de premiers tubes d'échange thermique avec la boîte collectrice 19.
Et, des deuxièmes moyens de mise en communication 131 assurent la mise en communication fluidique des deuxièmes tubes d'échange thermique 5 ou autrement dit de la deuxième rangée de deuxième tubes d'échange thermique avec la boîte collectrice 19.
Dans ce cas, une succession d'arches peut être prévue sur un bord latéral du premier cadre 13 sur toute la largeur de l'ensemble des tubes d'échange thermique 5 que le premier cadre 13 peut recevoir, ici deux tubes d'échange thermique 5.
De plus, deux tubes adjacents dans un premier cadre 13 communiquent entre eux à une extrémité de manière à permettre une circulation en deux passes du premier fluide.
Le faisceau d'échange thermique 3 présente donc au moins une zone de retournement du premier fluide, c'est-à-dire permettant au premier fluide ayant circulé dans un tube d'échange thermique 5 de circuler vers un autre tube d'échange thermique 5, à savoir le tube d'échange thermique 5 adjacent reçu dans le même premier cadre 13.
Bien entendu, on peut prévoir plus de deux tubes d'échange thermique 5 pour une circulation du premier fluide en plus de deux passes dans un premier cadre 13. La mise en communication fluidique à une extrémité de deux tubes d'échange thermique 5 adjacents reçus dans un premier cadre 13 est avantageusement assurée par un deuxième cadre 15 tel que cela sera décrit plus en détail par la suite.
Chaque premier cadre de réception 13 présente dans ce cas au moins une cloison de séparation 135 qui compartimente le premier cadre de réception 13.
Cette cloison de séparation 135 est ici agencée dans le prolongement d'un pied d'arche 133.
Dans l'exemple illustré, chaque premier cadre de réception 13 présente une cloison de séparation 135, par exemple sensiblement centrale, qui compartimente le premier cadre de réception 13 en deux logements 130 pour recevoir chacun un tube d'échange thermique 5.
La cloison de séparation 135 se retrouve donc agencée entre deux tubes d'échange thermique 5 lorsqu'ils sont mis en place dans le premier cadre 13. La cloison de séparation 135 s'étend dans cet exemple sur toute la longueur des tubes d'échange thermique 5 reçus dans le premier cadre 13.
La cloison de séparation 135 d'un premier cadre 13 peut être réalisée d'une seule pièce avec ce premier cadre 13. Un tel premier cadre 13 peut être réalisé par découpe en emboutissage de façon simple.
La figure 8a montre un premier cadre 13 selon un troisième mode de réalisation. La description du premier mode de réalisation en référence aux figures 2a et 2b s'applique aux composants identiques, seules les différences sont maintenant décrites.
Selon ce troisième mode de réalisation illustré sur la figure 8a, chaque premier cadre 13 est apte à recevoir un seul tube d'échange thermique 5 permettant une circulation en deux passes du premier fluide.
La circulation en au moins deux passes avec un seul tube d'échange thermique 5 au lieu des deux tubes d'échange thermique 5 de la solution précédente en référence aux figures 2c et 4à 7, permet de limiter le nombre de pièces à réaliser et à assembler, tout en permettant une bonne résistance à la pression.
À cet effet, chaque tube d'échange thermique 5 définit au moins deux groupes 70, 72 de canaux ou micro-canaux de circulation 7 de fluide communiquant entre eux à une extrémité 50 du tube d'échange thermique 5, ici une extrémité longitudinale, et ne communiquant pas entre eux à l'autre extrémité opposée 52.
Dans ce cas, le faisceau d'échange thermique 3 présente au moins une zone de retournement du premier fluide, c'est-à-dire permettant au premier fluide ayant circulé à travers un groupe 70 de canaux de circulation 7 de circuler vers un autre groupe 72, au niveau de l'extrémité 50 du tube d'échange thermique 5.
Bien entendu, on peut prévoir que chaque tube d'échange thermique 5 soit conformé pour définir plus de deux groupes 70, 72 de canaux de circulation 7 communiquant deux à deux à une extrémité, de manière à permettre une circulation du premier fluide en plus de deux passes.
Afin d'empêcher la communication fluidique entre les deux groupes 70, 72 de premiers canaux de circulation 7, à l'autre extrémité 52 du tube d'échange thermique 5, le faisceau d'échange thermique 3 comprend en outre au moins un moyen de blocage du passage du premier fluide.
Selon ce troisième mode de réalisation illustré, le moyen de blocage du passage de fluide est réalisé par coopération de forme entre un premier cadre 13 et le tube d'échange thermique 5 reçu dans ce premier cadre 13, plus précisément entre un bord latéral 13B du premier cadre 13 et l'extrémité 52 en vis-à-vis du tube d'échange thermique 5.
Dans cet exemple, le moyen de blocage comporte au moins une languette 136 formée sur un bord latéral 13B d'un premier cadre 13 en s'étendant en direction de l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis.
La languette 136 s'étend ici longitudinalement vers l'extrémité 52 en vis-à-vis du tube d'échange thermique 5. Cette languette 136 est par exemple prévue sensiblement au milieu du bord latéral 13B du premier cadre 13.
Comme cela est mieux visible sur la figure 8b, la languette 136 présente une base 136a venue de matière avec le bord 13B du premier cadre 13. Plus précisément, dans cet exemple la languette 136 est formée par le prolongement d'un pied d'arche 133 en direction de l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5.
Dans ce cas, la base 136a de la languette 136 prolonge un pied d'arche 133. En outre, la base 136a de la languette 136 présente une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis, plus précisément de l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5.
La base 136a de la languette 136 vient en appui contre l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis entre les deux groupes 70, 72 de premiers canaux de circulation 7, bloquant ainsi le passage du premier fluide d'un groupe 70 de canaux de circulation 7 à un autre groupe 72 de canaux de circulation 7.
La languette 136 présente en outre une terminaison 136b dans le prolongement de la base 136a et de plus faible épaisseur que la base 136a.
L'épaisseur de la terminaison 136b de la languette 136 est par exemple réduite de moitié par rapport à l'épaisseur du premier cadre 13, et peut dans cet exemple être de l'ordre de 0.5mm. La terminaison 136b de la languette 136 s'étend donc depuis la base 136a de la languette 136 vers l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5. En particulier, selon le troisième mode de réalisation illustré, la terminaison 136b s'étend sensiblement depuis le centre de la base 136a.
Le tube d'échange thermique 5 comporte quant à lui un orifice d'assemblage 54 à son extrémité 52 en vis-à-vis du bord latéral 13B d'un premier cadre 13 présentant la languette 136.
L'orifice d'assemblage 54 est agencé de sorte que la terminaison 136b de la languette 136 puisse s'insérer dans l'orifice d'assemblage 54. Pour ce faire, l'orifice d'assemblage 54 présente une section transversale complémentaire de la terminaison 136b.
Ainsi à l'assemblage, on insère un tube d'échange thermique 5 dans un premier cadre de réception 13 puis on réalise une translation du tube d'échange thermique 5 de sorte que le tube d'échange thermique vienne s'emmancher sur la languette 136. Ceci a pour effet de permettre le maintien d'un tube d'échange thermique 5 dans le premier cadre de réception 13, notamment avant sertissage.
La terminaison 136b de la languette 136, en coopérant avec l'orifice d'assemblage 54, fait donc office d'élément de maintien du tube d'échange thermique 5 dans le premier cadre de réception 13.
L'orifice 54 est ici réalisé plus grand que les premiers canaux ou micro-canaux de circulation 7 pour le premier fluide, comme on le voit mieux sur la figure 8c, facilitant ainsi l'emmanchement du tube d'échange thermique 5 sur la languette 136.
La figure 9a montre un premier cadre 13 selon un quatrième mode de réalisation. La description du troisième mode de réalisation en référence aux figures 8a à 8c, s'applique aux composants identiques, seules les différences sont maintenant décrites.
Le quatrième mode de réalisation illustré sur la figure 9a diffère du troisième mode de réalisation en ce que chaque premier cadre 13 comprend, non plus uniquement une languette 136 en regard de l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5 où le passage du premier fluide d'un groupe 70 de canaux à un autre groupe 72 est interdit, mais deux languettes 137, 138. À savoir, chaque premier cadre 13 comprend :
une première languette 137 agencée sur le bord latéral 13A en vis-à-vis de l'extrémité 50 du tube d'échange thermique 5 avec une communication fluidique entre les deux groupes 70, 72 de canaux de circulation 7, et
- une deuxième languette 138 agencée sur le bord latéral opposé 13B en vis-à-vis de l'extrémité 52 opposée du tube d'échange thermique 5 sans communication fluidique entre les deux groupes 70, 72 de canaux de circulation 7.
Selon ce quatrième mode de réalisation illustré, seule la deuxième languette 138 forme le moyen de blocage du passage de fluide entre les deux groupes 70, 72 de canaux de circulation 7.
De façon similaire à la languette 136 du troisième mode de réalisation, chaque languette 137, respectivement 138, peut être formée sur un bord latéral 13 A, respectivement 13B, d'un premier cadre 13 en s'étendant en direction de l'extrémité 50, respectivement 52, du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis.
La première languette 137 s'étend ici longitudinalement vers l'extrémité 50 en vis-à-vis du tube d'échange thermique 5.
De même, la deuxième languette 138 s'étend ici longitudinalement vers l'extrémité 52 en vis-à-vis du tube d'échange thermique 5.
Les deux languettes 137 et 138 peuvent être prévues sensiblement au milieu du bord latéral 13 A, 13B respectif du premier cadre 13.
Les deux languettes 137 et 138 sont agencées dans cet exemple de façon symétrique l'une par rapport à l'autre.
Comme cela est mieux visible sur la figure 9b, la première languette 137 présente une base 137a venue de matière avec le bord latéral 13A du premier cadre 13. Plus précisément, dans cet exemple la première languette 137 est formée par le prolongement d'un pied d'arche 133 en direction de l'extrémité 50 du tube d'échange thermique 5. Dans ce cas, la base 137a prolonge un pied d'arche 133.
La base 137a de la première languette 137 peut présenter une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis, plus précisément de l'extrémité 50 du tube d'échange thermique 5. En outre, la base 137a de la première languette 137 est agencée en retrait par rapport à l'extrémité 50 du tube d'échange thermique, de sorte que le premier fluide peut circuler dans l'espace entre la base 137a de la première languette 137 et l'extrémité 50 du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis.
La première languette 137 présente en outre une terminaison 137b dans le prolongement de la base 137a et de plus faible épaisseur que la base 137a. La terminaison 137b s'étend donc depuis la base 137a vers l'extrémité 50 du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis.
La terminaison 137b de la première languette 137 s'étend ici sensiblement depuis le bord de la base 137a et non depuis le centre comme la terminaison 136b de la languette 136 du troisième mode de réalisation.
Comme on le remarque sur la coupe transversale de la figure 9b, la languette 137 présente une forme générale d'un sabot.
En ce qui concerne la deuxième languette 138, elle présente une base 138a venue de matière avec le bord 13B du premier cadre 13. Plus précisément, dans cet exemple la deuxième languette 138 est formée par le prolongement d'un pied d'arche 133 en direction de l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5. Dans ce cas, la base 138a prolonge un pied d'arche 133.
La base 138a de la deuxième languette 138 peut présenter une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis, plus précisément de l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5. De façon similaire à la languette 136 du troisième mode de réalisation, la base 138a de la languette 138 vient en appui contre l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5 en vis-à-vis entre les deux groupes 70, 72 de premiers canaux de circulation 7, bloquant ainsi le passage du premier fluide d'un groupe 70 de canaux de circulation 7 à un autre groupe 72 de canaux de circulation 7.
La deuxième languette 138 présente en outre une terminaison 138b dans le prolongement de la base 138a et de plus faible épaisseur que la base 138a, qui s'étend donc depuis la base 138a vers l'extrémité 52 du tube d'échange thermique 5 en vis-à- vis. De façon similaire à la première languette 137, la terminaison 138b de la deuxième languette 138 s'étend dans cet exemple depuis le bord de la base 138a.
Comme on le remarque sur la coupe transversale de la figure 9b, la languette 139 présente aussi une forme générale d'un sabot.
Le tube d'échange thermique 5 présente quant à lui une encoche 56 visible sur la figure 9c. Comme le tube d'échange thermique 5 est de façon préférée réalisé par extrusion, l'encoche 56 peut être réalisée en même temps, dans ce cas l'encoche 56 est réalisée sur toute la longueur du tube d'échange thermique 5.
La terminaison 137b de la première languette 137 peut être insérée dans l'encoche 56 au niveau de l'extrémité 50 en vis-à-vis du tube d'échange thermique 5, et de même la terminaison 138b de la deuxième languette 138 peut être insérée dans l'encoche 56 au niveau de l'extrémité 52 en vis-à-vis du tube d'échange thermique 5. Ainsi, à l'assemblage, il n'est plus nécessaire de prévoir une étape de translation du tube d'échange thermique 5 après l'insertion de ce dernier dans un premier cadre de réception 13, il suffit alors de positionner le tube d'échange thermique 5 de sorte que les terminaisons 137b et 138b des languettes 137 et 138 du premier cadre de réception 13 soient agencées dans les encoches 56 correspondantes du tube d'échange thermique 5, pour assurer le maintien du tube d'échange thermique 5, notamment avant sertissage.
Une portion agrandie d'un premier cadre 13 selon un cinquième mode de réalisation est illustrée sur la figure 10. La description du premier mode de réalisation en référence aux figures 2a et 2b s'applique aux composants identiques, seules les différences sont maintenant décrites.
Comme dit précédemment l'échangeur thermique 1 est en particulier assemblé par brasage. À cet effet, on prévoit que les éléments du faisceau d'échange thermique 3, et notamment les premiers cadres 13 et les deuxièmes 15, 15', présentent au moins partiellement un revêtement apte à fondre lorsque l'ensemble passe dans le four pour le brasage et à migrer de manière à venir boucher les jeux entre les pièces de l'échangeur thermique 1. Le revêtement est couramment désigné par « cladd » dans le domaine du brasage de pièces métalliques, notamment en aluminium.
En particulier, le revêtement est ajouté sur l'âme des pièces, telles que les premiers cadres 13 et deuxièmes cadres 15, 15', lors de la fabrication, par exemple par laminage à froid. Il peut s'agir à titre d'exemple non limitatif d'un revêtement comprenant de l'aluminium et du silicium.
Le pourcentage du revêtement est par exemple de l'ordre de 5% à 10% de la matière d'un cadre 13, 15, 15' par exemple.
Bien entendu, le pourcentage du revêtement est choisi suffisamment petit pour ne pas fragiliser les éléments du faisceau d'échange thermique 3, notamment les premiers cadres 13 et les deuxièmes 15, 15', après brasage.
Le cinquième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que les premiers cadres 13 présentent respectivement au moins un décrochement 139 au niveau d'un coin intérieur recevant un coin d'un tube d'échange thermique 5, c'est-à- dire sur un coin de la bordure intérieure d'un premier cadre 13, qui est en vis-à-vis avec un tube d'échange thermique 5 lorsque ce dernier est agencé dans le premier cadre de réception 13.
Un tel décrochement 139 est prévu pour permettre l'écoulement du revêtement lors du brasage de l'échangeur thermique 1, empêchant ainsi le revêtement de venir boucher les premiers canaux ou micro-canaux de circulation 7 des tubes d'échange thermique 5.
Bien entendu, le dimensionnement de ce dérochement 139 tient compte d'un compromis pour ne pas fragiliser le premier cadre 13 tout en pouvant recueillir une quantité suffisante du revêtement ayant migré lors du brasage.
Selon un exemple particulier, la largeur de ce décrochement 139 est sensiblement égale à la largeur d'une gorge 154 prévue dans un but similaire sur un deuxième cadre 15, 15' tel que décrit par la suite.
Avantageusement, les premiers cadres 13 présentent respectivement quatre décrochements 139 respectivement agencés à chacun des quatre coins intérieurs d'un premier cadre 13.
De plus, le ou les décrochements 139 se trouvent agencés à proximité des moyens de mise en communication fluidique 131.
De plus, comme cela est mieux visible sur la figure 4, selon l'exemple illustré dans lequel au moins un bord d'un premier cadre 13 est conformé avec une succession d'arches, au moins un décrochement 139 est réalisé dans le prolongement d'une arche extrêmale, c'est-à-dire de la première ou dernière arche de la succession d'arches.
Bien entendu, de tels décrochements 139 peuvent être avantageusement prévus sur les premiers cadres 13 indifféremment selon l'un ou l'autre des modes de réalisation précédemment décrits.
Deuxièmes cadres
En référence aux figures 2b, 2c et 11 à 15, on décrit maintenant plus en détail les deuxièmes cadres 15, 15' .
Les deuxièmes cadres 15, 15' peuvent être au moins partiellement réalisés en aluminium.
Lorsque les deuxièmes cadres 15, 15' reçoivent des turbulateurs 11, les deuxièmes cadres 15, 15' sont dits cadres-turbulateurs ou cadres porte-turbulateurs.
De façon similaire aux premiers cadres 13, les deuxièmes cadres 15, 15' présentent :
deux bords opposés s 'étendant parallèlement à la direction des premiers canaux de circulation 7 du premier fluide, autrement dit ici parallèlement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5, et
- deux autres bords opposés s'étendant de façon perpendiculaire à la direction des premiers canaux de circulation 7 du premier fluide, autrement dit ici perpendiculairement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5.
On peut aussi définir les deuxièmes cadres 15, 15' par rapport à la direction générale d'écoulement du premier fluide, à savoir que les deuxièmes cadres 15, 15' présentent :
deux bords opposés s'étendant parallèlement à la direction générale d'écoulement du premier fluide, et
deux autres bords opposés s'étendant perpendiculairement à la direction générale d'écoulement du premier fluide.
En outre, selon les modes de réalisation décrits, on peut encore définir les deuxièmes cadres 15, 15' par rapport à la direction générale d'écoulement du deuxième fluide circulant à contre-courant du premier fluide, à savoir que les deuxièmes cadres 15, 15' présentent :
deux bords opposés s'étendant parallèlement à la direction générale d'écoulement du deuxième fluide, et
deux autres bords opposés s'étendant perpendiculairement à la direction générale d'écoulement du deuxième fluide.
La direction générale d'écoulement du deuxième fluide s'entend de la direction de la circulation en « I » dans le cas d'une circulation en une passe du deuxième fluide, ou de la direction des branches du « U » dans le cas d'une circulation en deux passes du deuxième fluide.
Dans les exemples illustrés, les deuxièmes cadres 15, 15' sont de forme générale similaire aux premiers cadres 13, ici sensiblement rectangulaire.
Les deuxièmes cadres 15, 15' présentent deux bords longitudinaux, formant des grands côtés, s'étendant de façon sensiblement parallèle aux bords longitudinaux des premiers cadres 13 et à la direction générale d'écoulement du deuxième fluide, et deux bords latéraux, formant des petits côtés, s'étendant dans le sens de la largeur, de façon sensiblement perpendiculaire à la direction d'écoulement du deuxième fluide de façon parallèle aux bords latéraux des premiers cadres 13.
Selon les modes de réalisation décrits, les deuxièmes cadres 15, 15' s'étendent sur une même longueur et sur une même largeur que les premiers cadres 13. En particulier, les contours extérieurs des premiers cadres 13 et deuxièmes cadres 15, 15' sont pratiquement identiques de sorte que l'empilement en alternance des premiers cadres 13 et deuxièmes cadres 15, 15' forme un bloc.
Plus particulièrement, chaque deuxième cadre 15 définit une largeur interne et une longueur interne L (cf. figure 13).
On entend par « largeur interne », la largeur définie entre les parois internes des bords longitudinaux opposés.
De même, on entend par « longueur interne », la longueur définie entre les parois internes des bords latéraux opposés.
En outre, les bords latéraux des deuxièmes cadres 15, 15' peuvent être légèrement plus grands que les bords latéraux des premiers cadres 13, de sorte que comme cela est mieux visible sur la figure 14, les extrémités des tubes d'échange thermique 5 reçus dans les premiers cadres 13 empilés avec les deuxièmes cadres 15, 15', reposent sur la bordure périphérique des bords latéraux des deuxièmes cadres 15, 15' .
Les deuxièmes cadres 15, 15' définissent donc une longueur interne L inférieure à la longueur interne définie par l'espace intérieur des premiers cadres 13.
Les deuxièmes cadres 15, 15' présentent une épaisseur Th (cf. figure 14) qui est de l'ordre de quelques millimètres, par exemple de l'ordre de 0.5mm à 4mm, de préférence de l'ordre de 2mm. L'épaisseur est ici considérée dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3, on peut parler également de la hauteur des deuxièmes cadres 15, 15' . Autrement dit, il s'agit de l'épaisseur dans la direction d'empilement des cadres 13, 15, 15'.
De façon similaire aux premiers cadres 13, les deuxièmes cadres 15, 15' peuvent être réalisés par découpe en emboutissage.
Une pluralité de deuxièmes cadres 15 dits intercalaires, sont agencés entre deux premiers cadres 13 de réception des tubes d'échange thermique 5, définissant ainsi le pas entre deux étages de tubes d'échange thermique 5.
Selon un mode de réalisation non limitatif, le faisceau d'échange thermique 3 peut comprendre de plus un deuxième cadre 15' d'extrémité agencé de façon optionnelle entre un premier cadre 13 et une plaque de fermeture 17, notamment la plaque de fermeture inférieure 17, selon l'exemple illustré sur la figure 2c.
Un tel deuxième cadre d'extrémité 15' peut être mis en place pour des raisons de tenue mécanique.
Bien entendu, on prévoit avantageusement un empilement de premiers cadres 13 et de deuxièmes cadres 15 sans un tel cadre d'extrémité 15'. Selon un premier mode de réalisation illustré sur la figure 2a ou 2b, chaque deuxième cadre 15, 15' est conformé pour une circulation en une passe du deuxième fluide.
À cet effet, chaque deuxième cadre 15, 15' définit un deuxième canal de circulation 9 pour le deuxième fluide. Le deuxième canal de circulation 9 s'étend ici selon une forme sensiblement en « I ».
Les figures 2c et 11 à 13 montrent un deuxième mode de réalisation des deuxièmes cadres 15, 15' permettant une circulation en deux passes du deuxième fluide. À cet effet, les deuxièmes cadres 15, 15' comprennent chacun une barrette 150 agencée à l'intérieur du deuxième cadre 15, 15' respectif de manière à séparer deux passes de circulation pour le deuxième fluide. Il s'agit donc d'une barrette interne 150.
Dans l'exemple illustré, la barrette 150 permet de conformer le deuxième canal de circulation 9 sensiblement en « U ».
Bien entendu, on pourrait prévoir une circulation du deuxième fluide en plus de deux passes dans un deuxième cadre 15, 15' et à cet effet plus d'une barrette 150 à l'intérieur du deuxième cadre 15, 15' qui seraient, à titre d'exemple non limitatif, agencées de manière décalée et opposée l'une par rapport à l'autre.
La barrette 150 s'étend longitudinalement à l'intérieur d'un deuxième cadre 15, 15' . La barrette 150 s'étend donc dans cet exemple de façon sensiblement parallèle aux bords longitudinaux du deuxième cadre 15, 15' .
Pour ce faire, la barrette 150 ne s'étend pas sur toute la longueur interne L du deuxième cadre 15, 15', comme cela est mieux visible sur la figure 13. Autrement dit, la barrette 150 s'étend depuis un bord latéral d'un deuxième cadre 15, 15' en direction du bord latéral opposé mais sans atteindre ce bord latéral opposé.
La barrette 150 est donc solidaire d'un bord latéral d'un deuxième cadre 15, 15' et fait saillie avec son extrémité libre vers l'espace interne du deuxième cadre 15, 15' en direction du bord latéral opposé, en laissant un espace.
La barrette interne 150 s'étend donc longitudinalement depuis un bord latéral d'un deuxième cadre 15 sur une longueur l inférieure à la longueur interne L du deuxième cadre 15.
La barrette interne 150 ne s'étend pas non plus sur toute la largeur interne du deuxième cadre 15. Plus précisément, la barrette interne 150 présente une largeur W plus petite que la largeur interne du deuxième cadre 15.
La largeur W de la barrette interne 150 peut être supérieure ou égale, de préférence strictement supérieure, à l'épaisseur Th du deuxième cadre 15. On définit ainsi de chaque côté de la barrette 150, l'entrée et la sortie du trajet d'écoulement pour le deuxième fluide.
La barrette 150 peut aussi être qualifiée de languette.
En outre, la barrette 150 est sensiblement de même épaisseur que le deuxième cadre 15, 15'.
La barrette 150 est par exemple agencée de façon sensiblement centrale.
Plus précisément, la barrette 150 est agencée sensiblement au centre d'un deuxième cadre 15, 15' dans le sens de la largeur du deuxième cadre 15, 15' . De la sorte, la barrette 150 divise le deuxième cadre 15, 15' en deux parties de même taille.
Avantageusement, la barrette interne 150 s'étend sur une longueur l au moins égale à la moitié de la longueur interne L d'un deuxième cadre 15, 15'.
En particulier, chaque deuxième cadre 15, 15' et la barrette interne 150 de ce deuxième cadre 15, 15' donné peuvent être conformés de manière à vérifier la relation (a) suivante :
(a) : 0.49 < - < 0.95
avec
l = longueur d' extension de la barrette 150 et
L = longueur interne du deuxième cadre 15, 15'.
De préférence, la borne supérieure est aussi définie par une relation stricte, de sorte que le deuxième cadre 15, 15' et sa barrette interne 150 vérifient la relation (a') suivante :
(a') : 0.49 < - < 0.95.
Selon un exemple de réalisation, chaque deuxième cadre 15 peut présenter une longueur interne L comprise dans une plage de l'ordre de 30mm à 500mm. Par ailleurs, dans le cas où les deuxièmes cadres 15, 15' comprenant une telle barrette interne 150 sont empilés avec des premiers cadres selon le premier, le troisième ou le quatrième mode de réalisation en référence aux figures 2a, 2b, 8a et 9a recevant chacun un seul tube d'échange thermique 5, les tubes d'échange thermique 5 ou mono- tubes reçus dans les premiers cadres 13 peuvent reposer sur les barrettes 150 des deuxièmes cadres 15, 15' en vis-à-vis.
En variante, les barrettes internes 150 des deuxièmes cadres 15, 15' se trouvent en regard des cloisons 135 de premiers cadres 13 réalisés selon le deuxième mode de réalisation en référence aux figures 2c et 4 à 7.
Quel que soit le mode de réalisation des deuxièmes cadres 15, 15' en référence aux figures 2b, 2c, 11 à 13, de façon complémentaire aux premiers cadres de réception 13, les deuxièmes cadres 15, en particulier les deuxièmes cadres intercalaires 15, présentent des guides 151 pour le passage du premier fluide permettant son écoulement dans l'empilement des premiers cadres de réception 13 et des deuxièmes cadres 15, en particulier intercalaires.
Les guides 151 sont ici réalisés sous forme d'orifices de passage traversants 151 agencés dans l'alignement des évidements 131 de mise en communication fluidique des premiers cadres de réception 13, délimitées ici par la succession d'arches.
Les orifices de passage traversants 151 sont donc agencés sur au moins un bord latéral d'un deuxième cadre 15, ici d'un deuxième cadre intercalaire 15.
Bien entendu, le nombre d'orifices de passage traversants 151 est adapté en fonction du nombre d' évidements 131 et donc du nombre de premiers canaux de circulation 7 des tubes d'échange thermique 5.
Le deuxième cadre 15' d'extrémité, lorsqu'il est présent, est réalisé de façon similaire à un deuxième cadre 15 intercalaire, à la différence près que le deuxième cadre d'extrémité 15' ne présente pas d'orifices de passage traversants 151 pour le passage du premier fluide. En outre, les deuxièmes cadres 15, 15' présentent respectivement des moyens de mise en communication fluidique 152 des deuxièmes canaux de circulation 9 entre eux d'une part et avec les tubulures 21 pour le deuxième fluide d'autre part.
Selon l'exemple illustré, les deuxièmes cadres 15, 15' présentent respectivement un nombre prédéfini d'ouvertures traversantes 152 de mise en communication fluidique. Ces ouvertures traversantes 152 sont ici agencées sur les bords longitudinaux des deuxièmes cadres 15, 15' et sont alignées les unes par rapport aux autres dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3.
Les ouvertures traversantes 152 débouchent respectivement sur l'intérieur d'un deuxième cadre 15, 15'.
De plus, dans l'exemple illustré sur les figures 1, 2c et 13, les ouvertures traversantes 152 sont agencées sur un même côté d'un deuxième cadre 15, 15' dans le sens longitudinal, c'est-à-dire ici à droite ou à gauche, de façon complémentaire à l'agencement des tubulures 21 sur un même côté du faisceau d'échange thermique 3, ici à droite en référence à la disposition montrée sur la figure 1.
Les ouvertures traversantes 152 permettent de définir une entrée de fluide 152 vers l'espace intérieur du deuxième cadre 15, 15' sur un bord longitudinal, et une sortie de fluide 152 hors du deuxième cadre 15, 15' sur le bord longitudinal opposé.
Plus précisément, selon l'exemple illustré, les deuxièmes cadres 15, 15' présentent des anses 153 qui permettent de délimiter les ouvertures traversantes 152. Les anses 153 des deuxièmes cadres 15, 15' sont réalisées de façon similaire aux anses
134 des premiers cadres 13 et sont alignées avec ces anses 134 qui permettent le passage du deuxième fluide à travers le faisceau d'échange thermique 3.
À titre illustratif, sur les figures on a représenté différents modes de réalisation des anses 153, en particulier les figures 2c et 13, illustrent un premier exemple de réalisation des anses 153 de forme sensiblement arrondie, tandis que les figures 11 et
12, illustrent un deuxième exemple de réalisation des anses 153 dont le contour est de forme plus rectiligne.
Bien entendu, lorsque les anses 134 des premiers cadres 13 sont réalisées selon le premier exemple de réalisation, les anses 153 des deuxièmes cadres 15, 15' sont réalisées de façon similaire selon le premier exemple de réalisation. Et, lorsque les anses 134 des premiers cadres 13 sont réalisées selon le deuxième exemple de réalisation, les anses 153 des deuxièmes cadres 15, 15' sont réalisées de façon similaire selon le deuxième exemple de réalisation.
Bien entendu toute autre forme des anses 153 peut être envisagée.
Parmi les deux anses 153 des deuxièmes cadres 15, 15', l'ouverture délimitée par une première anse est agencée en communication fluidique avec une première tubulure 21 et l'ouverture délimitée par une deuxième anse est agencée en communication fluidique avec une deuxième tubulure 21.
De plus, selon le mode de réalisation illustré sur la figure 13, l'entrée de fluide
152 s'étend sur une longueur d'entrée de fluide Ll maximale.
Cette longueur d'entrée de fluide maximale Ll est, selon le mode de réalisation particulier illustré, définie par la longueur maximale de l'anse 153, au niveau du début de sa formation sur le deuxième cadre 15.
En outre, la barrette interne 150 est agencée à l'intérieur d'un deuxième cadre
15, 15' de sorte que la barrette 150 est espacée d'une distance latérale L2, ici dans le sens de la largeur du deuxième cadre 15, 15', d'un bord longitudinal du deuxième cadre 15, 15' présentant l'entrée de fluide 152.
En particulier dans cet exemple, la barrette 150 centrale est espacée de la même distance latérale L2 de chaque bord longitudinal du deuxième cadre 15, 15' .
Cette distance latérale L2 est considérée par rapport à la partie du bord longitudinal qui s'étend parallèlement à la barrette 150, et non par rapport à l'anse 153 formée sur le côté de ce bord longitudinal.
Avantageusement, la longueur d'entrée de fluide Ll est supérieure ou égale à la distance latérale L2, selon la relation (b) :
(b) : Ll > L2
avec
Ll = longueur d'entrée de fluide maximale et
L2 = distance latérale entre la barrette et le bord longitudinal du cadre. De préférence, la longueur d'entrée de fluide Ll est strictement supérieure à la distance latérale L2 selon la relation (b') :
(b') : Ll > L2
En outre, la distance latérale L2 est supérieure ou égale à la longueur restante L3 entre l'extrémité longitudinale libre de la barrette interne 150 et le bord latéral du deuxième cadre 15, 15' en regard de l'extrémité de la barrette interne 150 s'étendant sensiblement perpendiculairement à la barrette interne 150, autrement dit la longueur restante L3 dépourvue de barrette 150, selon la relation :
(c) : 12≥ L3 = L - l
avec
L3 = longueur restante dépourvue de protubérance.
De préférence, la distance latérale L2 et la longueur restante L3 vérifient une relation (c') stricte :
(c') : 12 > L3 = L - l
À titre d'exemple non limitatif, la distance latérale L2 est comprise dans une plage de l'ordre de 15mm à 60mm.
Par ailleurs, chaque ouverture traversante 152 définit une aire de mise en communication fluidique S 1.
Selon un mode de réalisation particulier, chaque ouverture traversante 152 est conformée de sorte que l'aire de mise en communication fluidique SI est comprise dans une plage ayant :
- une borne supérieure trois fois supérieure au produit de la longueur d'entrée de fluide Ll avec la longueur restante L3, et
- une borne inférieure correspondant au dixième du produit de la longueur d'entrée de fluide Ll avec la longueur restante L3.
Autrement dit, chaque ouverture traversante 152 est conformée de sorte que l'aire de mise en communication fluidique SI vérifie la relation (d) suivante :
(d) : 0.1 x Ll x L3 < 51 < 3 x Ll x L3
avec
51 = aire de mise en communication fluidique. De préférence, chaque ouverture traversante 152 est conformée de sorte que l'aire de mise en communication fluidique SI vérifie une relation (d') stricte :
(d') : 0.1 x 11 x L3 < 51 < 3 x Ll x L3 Par ailleurs, comme dit précédemment, l'échangeur thermique 1 est de préférence assemblé par brasage.
Les deuxièmes cadres 15, 15' sont destinés à être assemblés par brasage aux premiers cadres 13.
En particulier, les bords longitudinaux des deuxièmes cadres 15, 15' sont destinés à être assemblés par brasage aux bords longitudinaux des premiers cadres 13 et les bords latéraux des deuxièmes cadres 15, 15' sont destinés à être assemblés par brasage avec les pieds d'arche 133 prévus sur les bords latéraux des premiers cadres 13.
En vue du brasage, les deuxièmes cadres 15, 15' présentent respectivement au moins un réservoir 154, mieux visible sur la figure 14, apte à collecter le revêtement ou « cladd » lors du brasage de l'échangeur thermique 1.
Chaque réservoir 154 est ici agencé sur un bord latéral d'un deuxième cadre 15, 15'. On prévoit avantageusement un réservoir 154 sur chaque bord latéral d'un deuxième cadre 15, 15'.
Chaque réservoir 154 se trouve alors situé en regard d'un bord latéral 13 A, 13B d'un premier cadre de réception 13 sur lequel débouche une extrémité 50, 52 d'un tube d'échange thermique 5. Ainsi, lors de l'assemblage par brasage de l'échangeur thermique 1, le revêtement disposé sur les premiers cadres 13 et les deuxièmes cadres 15, 15' en regard, fond et migre de manière à boucher les jeux entre les pièces de l'échangeur thermique 1 et vient s'écouler dans les réservoirs 154, empêchant ainsi le revêtement ayant fondu et migré de venir boucher les premiers canaux ou micro-canaux de circulation 7 des tubes d'échange thermique 5.
Avantageusement, le ou les réservoirs 154 sont prévus sur chaque face d'un deuxième cadre 15 intercalaire agencé entre deux premiers cadres 13 comme cela est mieux visible sur la figure 15.
Dans le cas optionnel où l'on prévoit un deuxième cadre d'extrémité 15' comme illustré sur la figure 2c, le ou les réservoirs 154 peuvent être agencés sur une seule face de ce deuxième cadre d'extrémité 15', à savoir sur la face en vis-à-vis d'un tube d'échange thermique 5, et non sur la face opposée du deuxième cadre d'extrémité 15', ici en vis-à-vis d'une plaque de fermeture 17.
Chaque réservoir 154 peut être réalisé par réduction locale de matière d'un deuxième cadre 15, 15'.
La profondeur p d'un réservoir 154 doit être choisie suffisamment grande pour collecteur le revêtement, qui est par exemple de l'ordre de 5% à 10% de la matière du deuxième cadre 15, 15', et suffisamment petite pour ne pas affaiblir la résistance mécanique du deuxième cadre 15, 15' .
À titre d'exemple non limitatif, le réservoir 154 peut présenter une profondeur p de l'ordre de 0.5mm.
Selon l'exemple particulier illustré, le réservoir 154 est réalisé sous forme d'une gorge 154 s 'étendant de manière sensiblement perpendiculaire à la direction d'écoulement du premier fluide dans les tubes d'échange thermique 5, ici dans le sens de la largeur d'un deuxième cadre 15, 15' .
Plus précisément dans cet exemple, le réservoir 154 s'étend en regard de toute l'extrémité d'un tube d'échange thermique 5, autrement dit sur toute la largeur d'un tube ou de chaque tube d'échange thermique 5.
En particulier, dans le cas où les deuxièmes cadres 15, 15' sont empilés avec des premiers cadres de réception 13 tels que décrits précédemment selon le cinquième mode de réalisation, la largeur de la gorge 154 sur un deuxième cadre 15, 15' est sensiblement égale à la largeur du décrochement 139 sur un premier cadre 13. Par ailleurs, les deuxièmes cadres 15, notamment les deuxièmes cadres 15 intercalaires, peuvent aussi être conformés pour mettre en communication fluidique deux tubes d'échange thermique 5 reçus dans un même premier cadre 13 selon le deuxième mode de réalisation des premiers cadres 13 décrit en référence aux figures 2c et 4 à 7.
Ce sont donc les deuxièmes cadres 15 qui permettent la circulation en au moins deux passes du premier fluide dans chaque premier cadre 13, tout en garantissant une bonne tenue mécanique des premiers cadres 13 du fait du C02 sous haute pression circulant dans les tubes d'échange thermique 5.
Plus précisément, chaque deuxième cadre 15, notamment intercalaire, présente avantageusement au moins un orifice de retournement 155 (cf. figures 11, 13, 16) qui est en communication fluidique avec à la fois un premier et un deuxième moyens de mise en communication fluidique 131, ici un premier et un deuxième évidements 131, des premiers cadres 13 de part et d'autre du deuxième cadre 15 intercalaire.
Ainsi, chaque orifice de retournement 155 est agencé entre deux tubes d'échange thermique 5 adjacents reçus dans un premier cadre 13 et en communication fluidique avec ces deux tubes d'échange thermique 5.
De la sorte, le premier fluide qui débouche d'un premier tube d'échange thermique 5 subit un retournement dans l'orifice de retournement 155 puis circule vers un deuxième tube d'échange thermique 5.
Les deux rangées de tubes d'échange thermique 5 agencées dans les premiers cadres 13 communiquent alors à une extrémité via les orifices de retournement 155 prévus sur les deuxièmes cadres 15, notamment intercalaires.
Chaque orifice de retournement 155 est ici ménagé entre des orifices de passage traversants 151 sur au moins un bord latéral de chaque deuxième cadre 15, notamment intercalaire.
Chaque orifice de retournement 155 présente avantageusement une forme longitudinale s 'étendant de manière sensiblement perpendiculaire à la direction générale d'écoulement du premier fluide dans les deux tubes d'échange thermique 5.
Dans cet exemple, chaque orifice de retournement 155 présente une forme longitudinale s 'étendant perpendiculairement aux bords longitudinaux du deuxième cadre 15, notamment intercalaire.
En particulier, chaque orifice de retournement 155 agencé en regard d'un premier cadre de réception 13, s'étend longitudinalement de part et d'autre de la cloison de séparation 135 de ce premier cadre de réception 13, comme cela est mieux visible sur la figure 16. À titre d'exemple, l'orifice de retournement 155 présente une forme sensiblement oblongue.
Par ailleurs, l'orifice de retournement 155 est dimensionné de manière à présenter une section pour le retournement du premier fluide au moins égale à la section de passage d'un tube d'échange thermique 5.
Par ailleurs, préférentiellement, on prévoit de façon complémentaire une circulation en deux passes, dite en « U », du premier fluide dans un premier cadre de réception 13 selon le deuxième, troisième ou quatrième mode de réalisation, et une circulation en deux passes, dite en « U » du deuxième fluide dans un deuxième cadre 15, 15' selon le deuxième mode de réalisation. L'échangeur thermique 1 est alors à double circulation en « U ».
Plaques de fermeture
Par ailleurs, en ce qui concerne les plaques de fermeture 17 agencées de part et d'autre du faisceau d'échange thermique 3, mieux visibles sur la figure 2c, elles présentent avantageusement une forme complémentaire de la forme des premiers cadres 13 et des deuxièmes cadres 15, 15'.
En particulier, la plaque de fermeture inférieure 17 peut présenter sur ses côtés des oreilles 171 de forme complémentaire à la forme des anses 134 et 153, respectivement des premiers 13 et deuxièmes 15, 15' cadres, et agencées dans l'alignement des anses 134 et 153.
Ces oreilles 171 sont réalisées d'une seule pièce avec la plaque de fermeture inférieure 17 et ne permettent pas de délimiter un orifice traversant pour le passage du deuxième fluide.
La plaque de fermeture supérieure 17, 18 présente quant à elle au moins un orifice traversant 172, 182 agencé en communication avec une tubulure 21.
Les orifices de passage délimités par les anses 134 des premiers cadres 13 et les ouvertures traversantes 152 délimitées par les anses 153 des deuxièmes cadres 15, 15' sont agencés en communication fluidique avec les orifices traversants 172, 182 de la ou des plaques de fermeture supérieures 17, 18. Turbulateurs
Comme dit précédemment, des turbulateurs 11 de l'écoulement du deuxième fluide sont avantageusement agencés dans les deuxièmes canaux de circulation 9.
Comme illustré sur les figures 2a, 2c, 4, 5, 12, et 17 à 19, des plaques de perturbation 12 peuvent être disposées dans les deuxièmes cadres 15, 15' .
Les plaques de perturbation 12 présentent respectivement une pluralité de turbulateurs 11, par exemple de forme sensiblement en créneaux, en relief sur la plaque de perturbation 12, formant saillies dans les deuxièmes canaux de circulation 9. Les créneaux peuvent être réalisés par emboutissage.
Dans le cas d'une circulation du deuxième fluide en une passe, une seule plaque de perturbation 12 peut être agencée dans un deuxième cadre 15, 15' (cf. figure 2a).
La plaque de perturbation 12 présente un bord dit bord d'entrée 120a, par lequel le deuxième fluide entre en contact avec la plaque de perturbation 12 lorsqu'il circule dans le deuxième canal de circulation 9 dans lequel la plaque de perturbation 12 est agencée, et un bord dit bord de sortie 120b, qui est le dernier bord de la plaque de perturbation 12 avec lequel le deuxième fluide est en contact lorsqu'il quitte le deuxième canal de circulation 9.
Dans le cas particulier d'une circulation en au moins deux passes, par exemple sensiblement en « U » du deuxième fluide, tel qu'illustré sur la figure 2c, on peut agencer deux plaques de perturbation 12 dans un deuxième cadre 15, 15' .
Chacune des plaques de perturbation 12 présente un bord d'entrée 120a, par lequel le deuxième fluide entre en contact avec la plaque de perturbation 12 et un bord de sortie 120b, qui est le dernier bord de la plaque de perturbation 12 avec lequel le deuxième fluide est en contact lorsqu'il termine une passe de circulation.
En particulier, une plaque de perturbation 12 peut être agencée de chaque côté de la barrette 150 lorsqu'elle est prévue à l'intérieur du deuxième cadre 15, 15'. Qu'il s'agisse d'une circulation en une passe ou au moins deux passes, les bords d'entrée 120a et de sortie 120b de la plaque de perturbation 12 s'étendent sensiblement parallèlement aux bords latéraux des deuxièmes cadres 15, 15', comme illustré sur la figure 2c.
Les bords d'entrée 120a et de sortie 120b de la plaque de perturbation 12 peuvent être sensiblement droits.
Avantageusement, les plaques de perturbation 12 ne s'étendent pas sur toute la longueur d'un deuxième cadre 15, 15', de sorte qu'il n'y a pas de turbulateurs 11 au niveau de l'entrée et/ou de la sortie du fluide, ce qui permet de limiter les pertes de charge.
Autrement dit, on définit ainsi au moins une zone Z dépourvue de turbulateurs 11 dans le deuxième canal de circulation 9 à proximité de l'entrée du deuxième fluide, voire également à proximité de la sortie du deuxième fluide.
Dans cet exemple avec des bords d'entrée et/ou de sortie 120a, 120b sensiblement droits et parallèles aux bords latéraux des deuxièmes cadres 15, 15', la ou chaque zone Z dépourvue de turbulateurs 11 est sensiblement rectangulaire. Bien entendu toute autre forme peut être envisagée.
Selon une variante illustrée sur les figures 2a, 4, 5 et 12, qu'il s'agisse d'une circulation en une passe ou au moins deux passes, au moins un bord d'entrée 120a ou de sortie 120b, de préférence les deux bords d'entrée 120a et de sortie 120b, de chaque plaque de perturbation 12, ne sont plus parallèles aux bords latéraux du deuxième cadre 15, 15' recevant la ou les plaques de perturbation 12.
En effet, selon cette variante, le(s) bord(s) d'entrée 120a et/ou de sortie 120b des plaques de perturbation 12 progresse(nt) selon une direction oblique, par exemple de l'ordre de 45°, par rapport aux bords latéraux des deuxièmes cadres 15, 15' . Les bords d'entrée 120a et/ou de sortie 120b forment donc des bords obliques par rapport aux bords latéraux du deuxième cadre 15, 15' .
Les bords d'entrée 120a et/ou de sortie 120b sont également obliques par rapport aux bords longitudinaux du deuxième cadre 15, 15'. En particulier, les deux bords d'entrée 120a et de sortie 120b d'une plaque de perturbation 12 s'étendent selon des directions obliques parallèles (cf. figures 4, 12). Dans ce cas, les plaques de perturbation 12 peuvent présenter respectivement une forme générale sensiblement en parallélogramme.
Avantageusement, le bord d'entrée 120a oblique est orienté de manière à libérer le passage pour le fluide à proximité de l'oreille 153 définissant l'ouverture 152 permettant l'introduction du deuxième fluide.
Autrement dit, au voisinage de l'entrée pour le deuxième fluide, le deuxième canal 9 de circulation pour le deuxième fluide est exempt de turbulateurs 11. Cela forme dans cet exemple une zone Z sensiblement triangulaire dépourvue de turbulateurs 11. Cette configuration permet de faciliter le remplissage du deuxième canal 9 de circulation.
De façon similaire, le bord de sortie 120b oblique est orienté de manière à libérer le passage pour le fluide à proximité de l'oreille 153 définissant l'ouverture 152 permettant l'évacuation du deuxième fluide. Autrement dit, au voisinage de la sortie pour le deuxième fluide, le deuxième canal 9 de circulation pour le deuxième fluide est exempt de turbulateurs 11. Cela forme dans cet exemple une zone Z sensiblement triangulaire dépourvue de turbulateurs 11. Cette configuration permet de faciliter l'évacuation du deuxième fluide hors du deuxième canal 9 de circulation.
De tels bords obliques 120a, 120b permettent donc d'améliorer l'écoulement du deuxième fluide et donc la performance d'échange thermique.
Dans le cas particulier d'un deuxième cadre 15, 15' présentant au moins une barrette 150 interne pour séparer deux passes de circulation du deuxième fluide, le(s) bord(s) d'entrée 120a et/ou de sortie 120b oblique(s) progresse(nt) depuis la barrette 150 interne vers un bord longitudinal du deuxième cadre 15, 15', pour définir la zone Z, ici sensiblement triangulaire, dépourvue de turbulateurs 11 au voisinage de l'ouverture ou des ouvertures traversantes 152.
Cette forme particulière permet encore mieux de limiter les pertes de charge et d'améliorer l'écoulement du deuxième fluide. En alternative, pour une circulation sensiblement en « U » du deuxième fluide, tel qu'illustré sur les figures 17 à 19, une plaque de perturbation 12 comprenant au moins deux zones de turbulation 121 peut être agencée dans un deuxième cadre 15, 15'. Seules les différences par rapport aux variantes de réalisation de la plaque de perturbation 12 précédemment décrites sont détaillées ci-après.
La figure 17 illustre un exemple de réalisation d'une plaque de perturbation 12 comprenant au moins deux zones de turbulation 121.
La plaque de perturbation 12 présente une forme sensiblement en « U » avec une zone de turbulation 121 sur chaque branche du « U ». Les deux zones de turbulation 121 sont ainsi agencées en parallèle.
Chaque zone de turbulation 121 présente des turbulateurs 11 de l'écoulement du deuxième fluide.
Dans ce cas, la plaque de perturbation 12 présente au niveau de chaque zone de turbulation 121 un bord d'entrée 120a, par lequel le deuxième fluide entre en contact avec la zone de turbulation 121 et un bord de sortie 120b, qui est le dernier bord avec lequel le deuxième fluide est en contact avec la zone de turbulation 121 lorsqu'il termine une passe.
De façon préférée, la plaque de perturbation 12 présente au niveau de chaque zone de turbulation 121 des bords d'entrée 120a et de sortie 120b obliques par rapport aux bords latéraux du deuxième cadre 15, 15' destinés à recevoir la plaque de perturbation 12. En particulier, chaque zone de turbulation 121 présente une forme générale sensiblement de parallélogramme.
Les bords obliques 120a, 120b en sortie d'une zone de turbulation 121 et en entrée d'une autre zone de turbulation 121 adjacente, sont donc au niveau du retournement du deuxième fluide et permettent de faciliter le demi-tour du deuxième fluide.
La plaque de perturbation 12 présente de plus, un creux 122 sensiblement central entre les deux zones de turbulation 121 s 'étendant selon la direction d'écoulement du deuxième fluide, dans cet exemple parallèlement aux bords longitudinaux du deuxième cadre 15, 15'. Lors de l'agencement de la plaque de perturbation 12 selon cette variante dans le deuxième cadre 15, 15', la barrette 150 se retrouve agencée dans ce creux 122.
En outre, la plaque de perturbation 12 comprend de plus une zone de liaison 123 des deux zones de turbulation 121.
Cette zone de liaison 123 est avantageusement plane et dépourvue de turbulateurs 11. La zone de liaison 123 forme ainsi une zone de retournement ou pour le demi-tour du deuxième fluide. De plus, selon l'exemple illustré, les bords latéraux délimitant cette zone de liaison 123, qui correspondent au bord de sortie 120b d'une des zones de turbulation 121 et au bord d'entrée 120a de l'autre zone de turbulation 121, sont obliques.
Les bords longitudinaux de cette zone de liaison 123 s'étendent parallèlement aux bords latéraux du deuxième cadre 15, 15' . Les bords longitudinaux de la zone de liaison 123 peuvent être sensiblement droits. Les figures 18 et 19 illustrent une autre variante de réalisation selon laquelle la plaque de perturbation 12 ne présente plus une forme en « U » avec une zone de liaison 123 des deux zones de turbulation 121 au niveau du retournement du deuxième fluide, mais une zone de liaison 125 agencée entre les deux zones de turbulation 121 en s 'étendant de façon sensiblement parallèle à la direction d'écoulement du deuxième fluide, soit dans cet exemple parallèlement aux bords longitudinaux du deuxième cadre 15, 15' . Dans cet exemple, la zone de liaison 125 est donc agencée à la place du creux 122 prévu dans la solution précédente.
La zone de liaison 125 est alors agencée en regard de la barrette interne 150 prévue sur un deuxième cadre 15, 15' tel qu'illustré sur les figures 2c et 11 à 13.
Selon encore une variante non illustrée, la zone de liaison 125 prévue sur la plaque de perturbation 12 des figures 18 et 19 est prévue pour assurer la séparation de deux passes pour le deuxième fluide, de sorte qu'il n'est plus nécessaire de prévoir la barrette 150 à l'intérieur du deuxième cadre 15, 15' .
Dans ce cas, la zone de liaison 125 est suffisamment haute ou épaisse pour venir en contact avec l'étage au-dessus et l'étage en-dessous du deuxième cadre 15, 15'. Boîte collectrice
En référence aux figures 1 et 20 à 22, on décrit plus en détail la boîte collectrice 19 pour le premier fluide, et son assemblage sur le faisceau d'échange thermique 3.
Une même boîte collectrice 19 peut être compartimentée, de manière à définir d'une part l'introduction du premier fluide schématisée par la flèche Fli sur la figure 1 et d'autre part l'évacuation du premier fluide schématisée par la flèche Fl0 sur la figure 1.
Selon un mode de réalisation préféré, l'échangeur thermique 1 comprend une bride de fixation 23 de la boîte collectrice 19 formant interface entre la boîte collectrice 19 et le faisceau d'échange thermique 3.
Du fait de sa position d'interface, la bride de fixation 23 comprend des moyens de mise en communication fluidique 231, tels que des orifices de mise en communication fluidique 231, entre la boîte collectrice 19 et les premiers canaux de circulation 7 définis par les tubes d'échange 5, et donc entre la boîte collectrice 19 et les évidements 131 des premiers cadres 13 et les orifices de passage 151 prévus sur les deuxièmes cadres 15, notamment sur les deuxièmes cadres intercalaires.
En outre, comme cela est mieux visible sur la figure 22, la bride de fixation 23 présente :
- une face inférieure assemblée, de préférence par brasage, au faisceau d'échange thermique 3, et
une face supérieure opposée à la face inférieure et assemblée, de préférence par brasage, à la boîte collectrice 19.
On prévoit avantageusement une coopération de forme entre la boîte collectrice 19 et la bride de fixation 23. En particulier, la boîte collectrice 19 présente une embase 191 de forme complémentaire de la bride de fixation 23 et c'est cette embase 191 qui est assemblée sur la bride de fixation 23.
L'embase 191 de la boîte collectrice 19 présente plus précisément une surface, par exemple sensiblement plane, en contact avec la bride de fixation 23 lorsque l'échangeur thermique 1 est assemblé. Selon le mode de réalisation particulier illustré sur les figures 20 et 21, la bride de fixation 23 présente, un profil de forme sensiblement en « C » avec :
un corps présentant sur une surface inférieure 233 destinée à être assemblée, de préférence par brasage, au faisceau d'échange thermique 3 et une surface supérieure 235 opposée à la surface inférieure 233, par exemple sensiblement plane et apte à coopérer avec la surface, par exemple sensiblement plane, en regard de l'embase 191 de la boîte collectrice 19, et
deux extrémités 237 sensiblement recourbées par rapport au corps 233, 235 de la bride de fixation 23 et agencées de part et d'autre du corps 233, 235. Les deux extrémités 237 sont aptes à coopérer avec deux joues latérales 192 de l'embase 191 de la boîte collectrice 19 comme visible sur la figure 20.
La bride de fixation 23, qui se trouve à l'intérieur de l'échangeur thermique 1 lorsqu'il est assemblé, présente avantageusement un revêtement, au moins sur sa surface supérieure 235 en regard de la boîte collectrice 19, ce revêtement, comme dit précédemment est couramment désigné par « cladd » dans le domaine du brasage de pièces métalliques, notamment en aluminium.
Selon l'exemple illustré, la bride de fixation 23 présente également un tel revêtement sur la surface intérieure des extrémités 237 qui viennent en contact avec la boîte collectrice 19 pour l'assemblage.
La boîte collectrice 19 quant à elle n'a pas besoin de présenter un tel revêtement et peut être réalisée en aluminium sans revêtement ou cladd.
La boîte collectrice 19 peut être assemblée mécaniquement à la bride de fixation 23, par exemple par sertissage, avant le brasage pour garantir le contact entre la surface supérieure 235 de la bride de fixation 23 présentant le revêtement et la surface inférieure de la boîte collectrice 19.
Lors du brasage, cet ensemble est mis sous pression puis passé au four et est chauffé, par exemple à une température de l'ordre de 580°C - 590°C, et le revêtement présent sur la bride de fixation 23 fond, assurant ainsi la liaison entre la bride de fixation 23 et la boîte collectrice 19.
En effet, le revêtement fondu remplit les espaces ou interstices présents entre les surfaces de la bride de fixation 23 et la boîte collectrice 19. Le durcissement du revêtement fondu (par refroidissement) assure une jonction étanche sans matériel d'apport supplémentaire.
En outre, la bride de fixation 23 peut présenter un tel revêtement sur sa surface inférieure 233 en regard d'un premier cadre 13 ou en variante en regard d'un deuxième cadre 15.
Par ailleurs, selon un mode de réalisation particulier non limitatif illustré sur les figures 20 à 22, la bride de fixation 23 peut être réalisée d'une seule pièce avec un cadre d'extrémité 25 conformé de façon sensiblement similaire à un deuxième cadre 15 intercalaire tel que décrit précédemment, en particulier selon le deuxième mode de réalisation.
La bride de fixation 23 forme alors un bord latéral de ce cadre d'extrémité 25 s 'étendant sensiblement perpendiculairement à la direction générale d'écoulement du premier fluide dans les tubes d'échange thermique 5 (non visibles sur ces figures 20 à 22).
Dans cet exemple, avec une seule boîte collectrice 19 sur un côté de l'échangeur thermique 1, le bord latéral du cadre d'extrémité 25 qui est opposé à la bride de fixation 23 ne présente pas d'orifices traversants pour le passage du premier fluide.
De façon similaire à la bride de fixation 23, le cadre d'extrémité 25 présente également avantageusement un revêtement dit « cladd », au moins sur sa face supérieure.
Le cadre d'extrémité 25 peut aussi présenter sur sa face inférieure en regard d'un premier cadre 13, ou en variante d'un deuxième cadre 15, un tel revêtement pour l'assemblage par brasage.
De plus, comme dit précédemment le faisceau d'échange thermique 3 peut comprendre au moins une plaque de fermeture, ici supérieure 18. Afin de permettre l'assemblage de ladite au moins une plaque de fermeture 18 et de la boîte collectrice 19 au-dessus du faisceau d'échange thermique 3, la plaque de fermeture 18 ou les plaques de fermetures, présente(nt) une extrémité reçue entre la bride de fixation 23 et la boîte collectrice 19, comme cela est mieux visible sur la figure 22.
Dans l'exemple illustré, du côté inférieur, c'est-à-dire du côté en regard de l'empilement du faisceau d'échange thermique 3, l'extrémité de la plaque de fermeture 18 est en contact avec la bride de fixation 23, et ici la bordure périphérique de la plaque de fermeture 18 est aussi en contact avec le cadre d'extrémité 25 réalisé d'une seule pièce avec la bride de fixation dans cet exemple.
De manière complémentaire, la boîte collectrice 19 présente un décrochement 193 formant logement de réception de l'extrémité de la ou des plaque(s) de fermeture 18. Ainsi, la plaque de fermeture 18, ou les plaques de fermeture, s'étend(ent) selon une longueur inférieure à la longueur des premiers cadres 13 et des deuxièmes cadres 15, 15' et éventuellement à la longueur de l'ensemble formé par la bride de fixation 23 et le cadre d'extrémité 25 réalisés d'une seule pièce.
La plaque de fermeture 18 qui se trouve au-dessus de tout l'ensemble, donc en haut du faisceau d'échange thermique 3, ne présente pas de revêtement dit cladd au moins sur sa face supérieure qui donne sur l'extérieur de l'échangeur thermique 1.
Cette plaque de fermeture 18 en haut du faisceau d'échange thermique 3 peut donc être réalisée uniquement en aluminium.
On peut prévoir la présence de revêtement uniquement entre la face inférieure de la plaque de fermeture 18 qui se trouve à l'intérieur du faisceau d'échange thermique 3 et l'élément agencé en-dessous de cette plaque de fermeture 18, par exemple ici la bride de fixation 23 et l'éventuel cadre d'extrémité 25.
L'assemblage de cette plaque de fermeture 18 au reste de l'échangeur thermique 1 est rendu possible du fait de la présence du revêtement sur la bride de fixation 23, et éventuellement du cadre d'extrémité 25, sur laquelle ou sur lesquels il y a un revêtement, de sorte que lors du passage au four, par exemple à une température de l'ordre de 580°C-590°C, ce revêtement fond et la liaison est formée entre la bride de fixation 23 éventuellement réalisée d'une seule pièce avec le cadre d'extrémité 25, et à la fois la plaque de fermeture 18 et la boîte collectrice 19.
Ainsi, il s'avère non nécessaire de prévoir un matériel ou matériau additionnel en plus du revêtement déjà prévu sur la bride de fixation 23 et l'éventuel cadre d'extrémité 25. Cette pièce 23, 25 peut présenter un revêtement dans la mesure où elle se situe à l'intérieur de l'échangeur thermique 1.
Cette solution permet donc d'éviter d'utiliser en outre un matériau d'apport supplémentaire, tel que de la pâte à braser, pour pouvoir assembler la boîte collectrice 19 sur le faisceau d'échange thermique 3.
L'assemblage d'un échangeur thermique 1 tel que défini précédemment comprend donc une étape d'agencement d'un ou plusieurs tubes d'échange thermique 5 dans un premier cadre 13 tel que décrit précédemment.
On peut prévoir au moins deux rangées de tubes d'échange thermique 5 pour permettre une circulation en au moins deux passes du premier fluide ou en variante une seule rangée de tubes définissant au moins deux groupes de canaux de circulation 70, 72. On forme ainsi un étage du faisceau d'échange thermique 3 pour la circulation du premier fluide dans les premiers canaux de circulation 7 des tubes d'échange thermique 5.
L'assemblage peut comprendre une étape d'agencement de turbulateurs 11 dans un deuxième cadre 15 tel que défini précédemment.
Le deuxièmes cadre 15 recevant ou non des plaques de perturbation 12 par exemple forme un autre étage du faisceau d'échange thermique 3 pour la circulation du deuxième fluide dans les deuxièmes canaux de circulation 9 entre les tubes d'échange thermique 5.
L'assemblage comprend en outre une étape d'empilement d'un premier cadre 13 et d'un deuxième cadre 15. Ceci est répété autant de fois que nécessaires selon la place disponible et les performances requises.
L'empilement se fait ici sensiblement verticalement. En extrémité, ici en bas du faisceau d'échange thermique 3, on peut envisager un deuxième cadre d'extrémité 15' tel que décrit précédemment.
L'assemblage comprend aussi l'agencement d'une plaque de fermeture inférieure 17 en bas du faisceau d'échange thermique 3. Bien entendu, l'ordre de ces étapes peut être interverti.
On peut par exemple agencer premièrement la plaque de fermeture inférieure 17 et empiler par-dessus les premiers 13 et deuxièmes 15, 15' cadres.
Avantageusement, on agence une bride de fixation 23 telle que décrite précédemment, qui peut être réalisée d'une seule pièce avec un cadre d'extrémité 25, au-dessus de l'empilement de premiers cadres 13 et deuxièmes cadres 15, 15'.
L'assemblage comprend en outre l'agencement d'une ou plusieurs plaques de fermetures supérieures 17, 18 telles que décrites précédemment en haut du faisceau d'échange thermique 3, au moins une plaque de fermeture étant au moins partiellement en contact sur la bride de fixation 23 et le cadre d'extrémité 25 éventuel.
On agence au moins une boîte collectrice 19 pour le premier fluide sur la bride de fixation 23.
On peut prévoir une étape d'assemblage mécanique, par exemple par sertissage, de la boîte collectrice 19 sur la bride de fixation 23.
Et, on agence les tubulures d'entrée et de sortie 21 pour le deuxième fluide.
Enfin, l'ensemble peut être brasé.
Ainsi, l'échangeur thermique 1 comprend un empilement de premiers cadres 13 recevant un ou plusieurs tubes d'échange thermique 5 et de deuxièmes cadres 15 recevant avantageusement des turbulateurs 11. Il s'agit d'élément simples et pouvant être assemblés facilement, par brasage notamment.
De plus, la distribution du premier fluide dans les tubes d'échange thermique 5 peut se faire aisément grâce aux évidements 131 et orifices traversants 151 complémentaires prévues sur les extrémités des premiers et deuxièmes cadres 13, 15 et en communication fluidique avec la boîte collectrice 19.
De même, les anses 134 et 153, qui peuvent aussi être désignées par oreilles, complémentaires prévues sur les côtés des premiers et deuxièmes cadres 13, 15 permettent de définir avec les tubulures 21 d'entrée et de sortie du deuxième fluide, deux conduits de distribution du deuxième fluide sur chaque côté du faisceau d'échange thermique 3, de sorte que le deuxième fluide peut facilement s'écouler dans le faisceau d' échange thermique 3.
En outre, la boîte collectrice 19 du premier fluide et les tubulures 21 d'entrée et de sortie du deuxième fluide peuvent être agencées de manière à permettre une circulation à contre-courant des deux fluides.
En outre, le premier fluide peut circuler en au moins deux passes de façon simple en conformant les premiers cadres 13 avec une 136 ou plusieurs languettes 137, 138, ou en variante en prévoyant un orifice de retournement 155 par exemple oblong sur les deuxièmes cadres 15.
Le deuxième fluide peut lui aussi circuler de façon simple en au moins deux passes en conformant les deuxièmes cadres 15, 15' en conséquence avec une barrette 150 ou en variante grâce à une zone de liaison 125 conformée à cet effet reliant deux zones de turbulation 121 d'une plaque de perturbation 12 agencée dans un deuxième cadre 15, 15'.
Enfin, un tel échangeur thermique présente une meilleure tenue mécanique par rapport aux solutions de l'art antérieur et une très bonne résistance aux hautes pressions, notamment dues à la circulation de C02, ainsi que des performances d'échange thermique optimisées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Échangeur thermique (1) entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide, notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur (1) comprenant :
- un faisceau d'échange thermique (3) avec une pluralité de tubes d'échange thermique (5) définissant des premiers canaux de circulation (7) pour le premier fluide dans les tubes d'échange thermique (5) et des deuxièmes canaux de circulation (9) pour le deuxième fluide entre les tubes d'échange thermique (5), - au moins une boîte collectrice (19) du premier fluide, et
- au moins une entrée et une sortie (21) pour le deuxième fluide,
caractérisé en ce que échangeur thermique (1) comprend un empilement alterné de :
premiers cadres de réception des tubes d'échange thermique,
deuxièmes cadres définissant respectivement un deuxième canal de circulation pour le deuxième fluide,
l'échangeur comprenant en outre :
des moyens (131) de mise en communication fluidique entre la boîte collectrice et les tubes d'échange thermique ;
des moyens (152) de mise en communication fluidique entre le deuxième canal de circulation et les tubulures d'entrée et de sortie pour le deuxième fluide.
2. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel les premiers cadres (13) comportent respectivement des bords latéraux (13A, 13B) s'étendant sensiblement perpendiculairement à la direction longitudinale des premiers canaux de circulation (7) pour le premier fluide, et au moins un desdits bords latéraux (13A, 13B) présentant les moyens de mise en communication fluidique (131).
3. Échangeur thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de mises en communication fluidique (131) sont réalisés sous forme d'évidements (131) dans un des bords des premiers cadres (31), les extrémités des tubes d'échange thermique (5) débouchant dans les évidements (131), les évidements étant agencés en communication fluidique avec la boite collectrice (19) du premier fluide.
4. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel les deuxièmes cadres (15, 15') présentent des guides (151) pour le passage du premier fluide, agencés dans l'alignement des évidements (131) des premiers cadres (13), de manière à permettre l'écoulement du premier fluide dans l'empilement des premiers cadres (13) et des deuxièmes cadres (15, 15').
5. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les deuxièmes cadres (15, 15') présentent respectivement des ouvertures traversantes (152) de mise en communication fluidique avec les entrée et sortie (21), et débouchant respectivement sur l'intérieur d'un deuxième cadre (15, 15').
6. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel les deuxièmes cadres (15, 15') présentent respectivement au moins deux anses (153) délimitant les ouvertures traversantes (152) de mise en communication fluidique, avec une première anse (153) agencée en communication fluidique avec l'entrée (21) et une deuxième anse (153) agencée en communication fluidique avec la sortie (21).
7. Échangeur thermique (1) selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel les premiers cadres (13) présentent des guides (134) pour le passage du deuxième fluide agencés dans l'alignement des ouvertures traversantes (152) de mise en communication fluidique des deuxièmes cadres (15, 15').
8. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des turbulateurs (11) de l'écoulement du deuxième fluide agencés dans les deuxièmes canaux de circulation (9), et dans lequel les deuxièmes cadres (15, 15') présentent une épaisseur (Th) sensiblement égale à l'épaisseur des turbulateurs (11), dans la direction d'empilement desdits cadres (13, 15, 15').
Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre deux plaques de fermeture (17, 18) de part et d'autre de l'empilement de premiers cadres (13) de réception des tubes d'échange thermique (5) et de deuxièmes cadres (15), et dans lequel la boîte collectrice (19) du premier fluide est agencée à l'opposé des entrée et sortie (21) pour le deuxième fluide, sur une même plaque de fermeture (18).
Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour la circulation d'au moins un fluide à haute pression, notamment de pression supérieure à lOObars, par exemple le premier fluide est un fluide réfrigérant destiné à circuler à haute pression tel que du C02.
Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premiers cadres (13) présentent une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur des tubes d'échange thermique (5), dans la direction d'empilement desdits cadres (13, 15, 15').
12. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, assemblé par brasage.
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