FR3106001A1

FR3106001A1 - Échangeur de chaleur à tubes comportant des intercalaires

Info

Publication number: FR3106001A1
Application number: FR2000041A
Authority: FR
Inventors: Gael Durbecq; Veronique Westermann; Marian Perrotin
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2020-01-03
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2021-07-09
Anticipated expiration: 2040-01-03
Also published as: CN115038925A; US20230039727A1; WO2021136897A1; FR3106001B1

Abstract

Échangeur de chaleur (1) comportant un faisceau de tubes (2) disposés parallèlement les uns des autres et à l’intérieur desquels est destiné à circuler un premier fluide caloporteur, un deuxième fluide étant destiné à traverser le faisceau de tubes (2) entre lesdits tubes (2), ledit faisceau de tubes (2) comportant des intercalaires (6) disposés entre lesdits tubes (2), lesdits intercalaires (6) comportant des ondulations (60) s’étendant dans le sens de la longueur des tubes (2), lesdites ondulations (60) comportant des crêtes (61) en contact avec lesdits tubes (2) et des flancs (62) reliant lesdites crêtes (61),les intercalaires (6) comportant une première portion (6A) et une deuxième portion (6B), la première portion (6A) étant disposée en amont de la deuxième portion (6B) dans le sens de traversée du deuxième fluide caloporteur,les première (6A) et deuxième (6B) portions étant réalisées à partir de deux pièces distinctes de forme différentes. Figure d’abrégé : Fig 2

Description

Échangeur de chaleur à tubes comportant des intercalaires

La présente invention concerne un échangeur de chaleur et plus particulièrement un échangeur de chaleur à tubes comportant des intercalaires dans le domaine automobile.

Les échangeurs de chaleur à tubes comportent généralement un faisceau de tubes disposés parallèlement les uns aux autres et à l’intérieur desquels circule un premier fluide caloporteur. Un deuxième fluide caloporteur est quant à lui destiné à traverser le faisceau de tubes en passant entre les tubes. Afin d’améliorer les échanges entre les deux fluides caloporteurs, des intercalaires sont disposées entre les tubes dans le passage du deuxième fluide caloporteur.

Cependant, pour des échangeurs de chaleur tels que des évaporateurs ou évapo/condenseurs, lorsque le premier fluide réfrigérant circulant dans l’échangeur de chaleur est froid et que le deuxième fluide caloporteur est lui aussi froid, il existe un risque de formation de givre sur la surface de l’échangeur de chaleur. La formation de givre diminue la quantité de deuxième fluide caloporteur pouvant traverser l’échangeur de chaleur et ainsi diminue l’efficacité de ce dernier. Un tel phénomène peut notamment se produire au niveau d’un évapo/condenseur placé en face avant du véhicule automobile lorsque ce dernier est utilisé au sein d’une pompe à chaleur.

Une solution connue est de faire circuler périodiquement du premier fluide caloporteur chaud au sein des tubes de l’échangeur de chaleur afin de faire fondre l’éventuel givre. Cependant, cette solution peut ne pas être adaptée car elle oblige d’interrompre temporairement le mode de fonctionnement utilisé. Cela implique alors une diminution du confort des passager.

Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l’art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur amélioré dont les risques de formation de givre à sa surface sont diminués.

La présente invention concerne donc un échangeur de chaleur comportant un faisceau de tubes disposés parallèlement les uns des autres et à l’intérieur desquels est destiné à circuler un premier fluide caloporteur, un deuxième fluide étant destiné à traverser le faisceau de tubes entre lesdits tubes, ledit faisceau de tubes comportant des intercalaires disposés entre lesdits tubes, lesdits intercalaires comportant des ondulations s’étendant dans le sens de la longueur des tubes, lesdites ondulations comportant des crêtes en contact avec lesdits tubes et des flancs reliant lesdites crêtes,
les intercalaires comportant une première portion et une deuxième portion, la première portion étant disposée en amont de la deuxième portion dans le sens de traversée du deuxième fluide caloporteur,
les première et deuxième portions étant réalisées à partir de deux pièces distinctes de forme différentes.

Le fait que les première et deuxième portions soient des pièces distinctes permet de faire varier les formes des première et deuxième afin de diminuer les risques de formation de givre. Il est également possible d’utiliser des premières portions différentes selon l’utilisation et la position de l’échangeur de chaleur au sein du véhicule automobile.

Selon un aspect de l’invention, la première portion dépasse de la tranche avant des tubes. Le fait que la première portion des intercalaires dépasse de la tranche avant des tubes permet une prévention de la formation de givre. En effet, le dépassement permet une meilleure évacuation des condensats d’eau sur la face avant de l’échangeur de chaleur, c’est-à-dire la face de l’échangeur de chaleur par laquelle le deuxième fluide caloporteur entre. Le givre est donc moins susceptible de ce former.

Selon un autre aspect de l’invention, la deuxième portion s’étend sur 100% à 66% de la largeur des tubes.

Selon un autre aspect de l’invention, les crêtes de la première portion ont un profil présentant un méplat et les crêtes de la deuxième portion ont un profil arrondi de sorte que les ondulations aient un profil sinusoïdal. Le fait que les crêtes de la première portion des intercalaires comportent un méplat permet une prévention de la formation de givre. En effet, les crêtes avec un méplat permettent une meilleure évacuation des condensats d’eau sur la face avant de l’échangeur de chaleur, c’est-à-dire la face de l’échangeur de chaleur par laquelle le deuxième fluide caloporteur entre. Le givre est donc moins susceptible de ce former. Le fait que la deuxième portion comporte des crêtes au profil arrondi permet de meilleurs échanges calorifiques entre le premier et le deuxième fluide caloporteur qu’avec des crêtes ayant un méplat comme sur la première portion.

Selon un autre aspect de l’invention, le pas des ondulations de la première portion et le pas des ondulations de la deuxième portion sont différents.

Selon un autre aspect de l’invention, le pas des ondulations de la première portion est supérieure au pas des ondulations de la deuxième portion.

Selon un autre aspect de l’invention, l’épaisseur de la première portion est supérieure à l’épaisseur de la deuxième portion.

Selon un autre aspect de l’invention, la première portion comporte, dans le sens de la largeur des tubes, au moins deux séries de créneaux décalées l’une par rapport à l’autre.

Selon un autre aspect de l’invention, la première portion s’étend selon un profil rectiligne dans le sens de la largeur des tubes.

Selon un autre aspect de l’invention, la première portion s’étend selon un profil ondulé dans le sens de la largeur des tubes.

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 représentation schématique d’un échangeur de chaleur,

la figure 2 est une représentation schématique partielle en perspective d’un faisceau de tubes d’un échangeur de chaleur,

la figure 3 est une représentation schématique partielle en coupe d’une première portion d’intercalaire,

la figure 4 est une représentation schématique partielle en coupe d’une deuxième portion d’intercalaire,

la figure 5 est une représentation schématique partielle en perspective d’un intercalaire selon un premier mode de réalisation,

la figure 6 est une représentation schématique partielle en perspective d’un intercalaire selon un deuxième mode de réalisation,

la figure 7 est une représentation schématique partielle en perspective d’un intercalaire selon un troisième mode de réalisation,

la figure 8 est une représentation schématique partielle en perspective d’un intercalaire selon un quatrième mode de réalisation.

Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.

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 et/ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.

Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description.

Dans la présente description, on entend par «placé en amont» qu’un élément est placé avant un autre par rapport au sens de circulation d'un fluide. A contrario, on entend par «placé en aval» qu’un élément est placé après un autre par rapport au sens de circulation du fluide.

La figure 1 montre un échangeur de chaleur 1, généralement de forme parallélépipédique, comprenant un faisceau formé d'une multitude de tubes 2 à l'intérieur desquels est destiné à circuler un premier fluide caloporteur, par exemple un fluide réfrigérant circulant dans un circuit de refroidissement inversible. Les tubes 2 sont de section oblongue, définie par un grand axe et un petit axe et sont disposés parallèlement entre eux. Les tubes 2 sont des tubes plats, c’est-à-dire qu’ils présentent deux grands côtés de surface plane et parallèles au grand axe ainsi que deux petits côtés de surface courbe formant la tranche des tubes 2 et reliant les bords des grands côtés. Entre les tubes 2, sont disposés des intercalaires 6 reliant les grands côtés de deux tubes 2 adjacents. Ces intercalaires 6 agissent comme perturbateur et augmentent la surface d'échange thermique avec un deuxième fluide caloporteur destiné à traverser le faisceau de tube 2 en passant entre les tubes 2. Ce deuxième fluide caloporteur peut par exemple être un flux d’air.

Les intercalaires 6 sont par exemple des bandes ondulées ou crénelées, placées entre les tubes 2 et fixées auxdits tubes 2. Les tubes 2 et les intercalaires 6 sont généralement réalisés en métal, par exemple en aluminium ou alliage d'aluminium. Les tubes 2 et les intercalaires 6 formant le faisceau sont alors généralement fixés entre eux par brasage. On parle alors de faisceau brasé.

L'échangeur de chaleur 1 comporte également deux collecteurs 3 ou boites à eau, un collecteur 3 étant disposé à chaque extrémité des tubes 2. Ces collecteurs 3 comportent chacun une plaque collectrice 4 et un couvercle 8 venant recouvrir la plaque collectrice 4 et refermer le collecteur 3. Ces collecteurs 3 permettent la collecte et/ou la distribution du premier fluide caloporteur afin qu'il circule dans les tubes 2.

La plaque collectrice 4 fait la liaison de façon étanche entre le collecteur 3 et le faisceau de tubes 2. De plus, la plaque collectrice 4 peut être de forme générale rectangulaire. La plaque collectrice 4 comporte également une multitude d'orifices ayant une forme correspondant à la forme de la section des tubes 2 et aptes à recevoir les extrémités des tubes 2. Les tubes 2 sont fixés à la plaque collectrice 4 de façon étanche.

Les tubes 2, les intercalaires 6 ainsi que les plaques collectrices 4 étant brasés, ces derniers peuvent être réalisés dans un matériau métallique notamment en aluminium ou alliage d'aluminium. On parle alors d’échangeur de chaleur 1 brasé.

Comme le montre la figure 2, les intercalaires 6 comportent des ondulations 60 s’étendant dans le sens de la longueur des tubes 2. Par longueur des tubes 2, on entend ici l’axe reliant les extrémités des tubes 2 sur lesquelles sont fixés les collecteurs 3. Les ondulations 60 comportent des crêtes 61 (visibles sur les figures 3 et 4) en contact avec les tubes 2, plus précisément avec les surfaces planes des tubes 2, et des flancs 62 (visibles sur les figures 3 et 4) reliant lesdites crêtes 61. Ces crêtes 61 et ces flancs 62 sont disposés perpendiculairement à l’axe de la longueur des tubes 2.

Les intercalaires 6 comportent notamment, une première portion 6A et une deuxième portion 6B. Ces première 6A et deuxième 6B portions sont réalisées à partir de deux pièces distinctes de forme différentes. Les première 6A et deuxième 6B portions correspondent alors à deux bandes ondulées disposées côte-à-côte dans le sens de la longueur des tubes 2. Le fait que les première 6A et deuxième 6B portions soient des pièces distinctes permet de faire varier les formes des première 6A et deuxième 6B afin de diminuer les risques de formation de givre. Il est également possible d’utiliser des premières portions 6A différentes selon l’utilisation et la position de l’échangeur de chaleur au sein du véhicule automobile.

La première portion 6A est disposée en amont de la deuxième portion 6B dans le sens de traversée du deuxième fluide caloporteur représenté par une flèche 100 sur la figure 2. La première portion 6A peut notamment dépasser des tubes 2, plus particulièrement de la tranche avant des tubes 2. Par tranche avant des tubes 2, on entend ici la tranche des tubes 2 qui fait face au flux du deuxième fluide caloporteur.

La deuxième portion 6B s’arrête au niveau de la tranche arrière des tubes 2. Par tranche arrière des tubes 2 on entend ici la tranche des tubes 2 opposée à la tranche avant.

Comme le montrent les figures 3 et 4, les crêtes 61 de la première portion 6A peuvent avoir un profil présentant un méplat 64 et les crêtes 61 de la deuxième portion 6B peuvent avoir un profil arrondi 65 de sorte que les ondulations 60 aient un profil sinusoïdal.

Le fait que la première portion 6A des intercalaires 6 dépasse de la tranche avant des tubes 2 et que ses crêtes 61 comportent un méplat 64 permet une prévention de la formation de givre. En effet, les crêtes 61 avec un méplat 64 ainsi que le dépassement permettent une meilleure évacuation des condensats d’eau sur la face avant de l’échangeur de chaleur 1, c’est-à-dire la face de l’échangeur de chaleur par laquelle le deuxième fluide caloporteur entre. Le givre est donc moins susceptible de ce former.

Le fait que la deuxième portion 6B comporte des crêtes 61 au profil arrondi 65 permet de meilleurs échanges calorifiques entre le premier et le deuxième fluide caloporteur qu’avec des crêtes 61 ayant un méplat 64 comme sur la première portion 6A.

La deuxième portion 6B peut notamment s’étendre sur 100% à 66% de la largeur des tubes 2. Par largeur on entend ici la distance entre la tranche avant et la tranche arrière des tubes 2. Lorsque la deuxième portion 6B s’étend sur 100% de cette largeur, la première portion 6A est limitée à la partie de l’intercalaire 6 dépassant des tubes 2.

La première portion 6A comporte de préférence des flancs 62 lisses. Ces flancs 62 lisses permettent également une bonne évacuation des condensats. La deuxième portion 6B peut quant à elle comporter des persiennes 63 sur ses flancs 62. Par persienne 63, on entend ici une paroi déflectrice venant de matière avec le flanc 62, inclinée par rapport audit flanc 62 et faisant saillie de part et d’autre du flanc 62. Ladite paroi déflectrice définie une ouverture de part et d’autre du flanc 62 de sorte que le deuxième fluide caloporteur puisse passer d’un côté à l’autre du flanc 62.

Comme le montre la figure 5, mais également la figure 2, les persiennes 63 d’un même flanc 62 peuvent être orientées toutes dans un même sens. Par cela, on entend que leurs ouvertures d’un même côté d’un même flanc 62 font toutes face dans la même direction. Une telle disposition permet un bon brassage du deuxième fluide caloporteur et améliore les échanges calorifiques.

Selon une variante illustrée à la figure 6, un même flanc 62 d’ondulations 60 peut comporter des persiennes 63 orientées dans des sens différents. Dans l’exemple illustré à la figure 6, un même flanc 62 comporte sur un même côté une première série de persiennes 63 orientées vers la tranche avant des tubes 2 et une deuxième série de persiennes 63 orientées vers la tranche arrière des tubes 2.

Au sein d’une même ondulation 60, les persiennes 63 des deux flancs 62 peuvent être orientées à l’identique. Il est également possible d’imaginer que l’orientation des persiennes 63 soit inversée d’un flanc 62 à l’autre.

De préférence les première 6A et deuxième 6B portions sont disposées bord à bord et ne s’emboîtent pas l’une dans l’autre. Pour cela, les ondulations 60 des première 6A et deuxième 6B sont de préférences décalées les unes par rapport aux autres. Comme visible sur la figure 5, le pas des ondulations 60 de la première portion 6A et le pas des ondulations 60 de la deuxième portion 6B peuvent être différents. Plus particulièrement, le pas des ondulations 60 de la première portion 6A peut être supérieure au pas des ondulations 60 de la deuxième portion 6B.

L’épaisseur e de la première portion 6A (visible figure 3) peut également être supérieure à l’épaisseur e’ de la deuxième portion 6B (visible figure 4). Cela permet également que les deux portions ne s’emboîtent pas l’une dans l’autre mais cela permet également une protection accrue de l’échangeur de chaleur 1 contre les chocs. En effet, du fait que la première portion 6A dépasse de la tranche avant des tubes, cette dernière est plus susceptible de recevoir des chocs d’éléments tels que des gravillons notamment s’il s’agit d’un évapo/condenseur disposé en face avant du véhicule automobile. Une épaisseur e plus important permet ainsi d’absorber plus efficacement ces chocs et permet de protéger l’échangeur de chaleur 1, notamment ses tubes 2.

Le fait que les première 6A et deuxième 6B portions soient des pièces distinctes permet de varier leur forme l’une de l’autre afin de limiter les risques de formation de givre. Ainsi, comme illustré sur les figures 1, 5 et 6, la première portion 6A peut s’étendre selon un profil rectiligne dans le sens de la largeur des tubes 2. Selon un autre exemple illustré à la figure 7, la première portion 6A peut s’étendre selon un profil ondulé dans le sens de la largeur des tubes 2.

Il est également possible d’imaginer des premières portions 6A encore plus complexes, comme par exemple tel qu’illustré à la figure 8. La première portion 6A peut ainsi comporter, dans le sens de la largeur des tubes 2, au moins deux séries de créneaux 601, 602, 603, 604 décalées l’une par rapport à l’autre. Dans l’exemple illustré à la figure 8, la première portion 6A comporte quatre séries séries de créneaux 601, 602, 603, 604.

Le fait que les première 6A et deuxième 6B portions soient des pièces distinctes permet également de faciliter et simplifier la fabrication des intercalaires 6 et de l’échangeur de chaleur 1. Les première 6A et deuxième 6B portions des intercalaires 6 peuvent ainsi être réalisées séparément par exemple par mise en forme de deux plaques métalliques distinctes au moyen de rouleaux présentant des motifs différents afin de former des crêtes 61 distinctes entre la première 6A et deuxième 6B portion. Les deux portions 6A, 6B sont alors disposées côte-à-côte lors de la fabrication de l’échangeur de chaleur 1 est fixées aux tubes 2, par exemple par brasage.

Ainsi, on voit bien que l’échangeur de chaleur 1 du fait de la présence de deux portions 6A, 6B d’intercalaire 6 distinctes, permet de diminuer les risques de formation de givre lors de l’utilisation dudit échangeur de chaleur 1.

Claims

Échangeur de chaleur (1) comportant un faisceau de tubes (2) disposés parallèlement les uns des autres et à l’intérieur desquels est destiné à circuler un premier fluide caloporteur, un deuxième fluide étant destiné à traverser le faisceau de tubes (2) entre lesdits tubes (2), ledit faisceau de tubes (2) comportant des intercalaires (6) disposés entre lesdits tubes (2), lesdits intercalaires (6) comportant des ondulations (60) s’étendant dans le sens de la longueur des tubes (2), lesdites ondulations (60) comportant des crêtes (61) en contact avec lesdits tubes (2) et des flancs (62) reliant lesdites crêtes (61),
caractérisé en ce que les intercalaires (6) comportent une première portion (6A) et une deuxième portion (6B), la première portion (6A) étant disposée en amont de la deuxième portion (6B) dans le sens de traversée du deuxième fluide caloporteur,
les première (6A) et deuxième (6B) portions étant réalisées à partir de deux pièces distinctes de forme différentes.
Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première portion (6A) dépasse de la tranche avant des tubes (2).
Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième portion (6B) s’étend sur 100% à 66% de la largeur des tubes (2).
Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les crêtes (61) de la première portion (6A) ont un profil présentant un méplat (64) et les crêtes (61) de la deuxième portion (6B) ont un profil arrondi (65) de sorte que les ondulations (60) aient un profil sinusoïdal.
Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pas des ondulations (60) de la première portion (6A) et le pas des ondulations (60) de la deuxième portion (6B) sont différents.
Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le pas des ondulations (60) de la première portion (6A) est supérieure au pas des ondulations (60) de la deuxième portion (6B).
Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’épaisseur (e) de la première portion (6A) est supérieure à l’épaisseur (e’) de la deuxième portion (6B).
Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la première portion (6A) comporte, dans le sens de la largeur des tubes (2), au moins deux séries de créneaux (601, 602, 603, 604) décalées l’une par rapport à l’autre.
Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la première portion (6A) s’étend selon un profil rectiligne dans le sens de la largeur des tubes (2).
Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la première portion (6A) s’étend selon un profil ondulé dans le sens de la largeur des tubes (2).