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WO2011092076A1 - Echangeur de chaleur - Google Patents

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Publication number
WO2011092076A1
WO2011092076A1 PCT/EP2011/050559 EP2011050559W WO2011092076A1 WO 2011092076 A1 WO2011092076 A1 WO 2011092076A1 EP 2011050559 W EP2011050559 W EP 2011050559W WO 2011092076 A1 WO2011092076 A1 WO 2011092076A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fins
heat exchanger
fluid
heat exchange
circulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/050559
Other languages
English (en)
Inventor
Christophe Denoual
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority to JP2012550389A priority Critical patent/JP5878480B2/ja
Priority to EP11700349A priority patent/EP2529172A1/fr
Publication of WO2011092076A1 publication Critical patent/WO2011092076A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0006—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the plate-like or laminated conduits being enclosed within a pressure vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger especially for a motor vehicle, such as an internal heat exchanger disposed in an air conditioning circuit.
  • heat exchangers for motor vehicles consisting of a bundle of tubes arranged in parallel on one or more rows, the tubes being intended for the circulation of a heat transfer fluid through the heat exchanger.
  • Heat exchangers are also known comprising a plurality of superimposed plates configured to define circulation channels for a heat transfer fluid for the heat exchange between the heat transfer fluid and a surrounding medium.
  • the subject of the invention is a heat exchanger between a first fluid and a second fluid, comprising a plurality of thermal modules constituted respectively of an upper plate and a lower plate assembled by defining between them a first internal cavity. forming a first circulation channel for the first fluid and at least one circulation space defined between two consecutive thermal modules forming a second circulation channel for the second fluid.
  • the circulation space comprises fins, called second fins, with a length of between 50 mm and 130 mm.
  • the second fins have a height of between 2.0 mm and 4.8 mm.
  • the second fins have a pitch of between 1.3 mm and 1.8 mm, preferably 1 .4 mm.
  • the first internal cavity comprises fins, called first fins, of length between 50 mm and 130 mm.
  • the first fins have a height of between 1.0 mm and 1.5 mm.
  • the first fins have a pitch of between 0.9 mm and 1.5 mm, preferably 1 .0 mm.
  • the first fins and / or the second fins have a width of between 45.0 mm and 70.0 mm.
  • the upper plate and / or the lower plate of each heat exchange module has a thickness of between 0.5 mm and 1.5 mm, preferably 1 .0 mm.
  • the plurality of thermal modules is disposed inside a housing.
  • the housing has a thickness of between 1.0 mm and 2.0 mm, preferably 1.5 mm.
  • FIG. 1 is a partially exploded view of a heat exchanger according to the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view along a longitudinal direction (plane A-A of FIG. 1) of the heat exchanger according to the present invention
  • FIGS. 3a and 3b show plates forming a heat exchange module of the heat exchanger according to the present invention
  • FIG. 4 is a side view of an alternative embodiment of a housing of the heat exchanger according to the present invention.
  • FIG. 5 is a section in a transverse direction (plane similar to plane B-B of FIG. 1) of an alternative embodiment of the heat exchanger according to the present invention.
  • FIGS. 6 to 9 are graphs showing the evolution of the thermal efficiency and / or of the losses of the heat exchanger according to the present invention as a function of the dimensional parameters of the fins.
  • the identical elements bear the same references. Unless otherwise indicated, they have the same specificities and will not be detailed again.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger 1, in particular for an air conditioning circuit of a motor vehicle, capable of ensuring a heat exchange between a first fluid, intended to be heated or cooled, and a second fluid, intended to absorb or yield heat with the first fluid.
  • the first fluid HP is a high-pressure fluid and high temperature to be cooled by the second fluid and the BP second fluid is a low-pressure, low-temperature fluid for absorbing heat from the first HP fluid.
  • the present invention also covers all types of fluids used as a first fluid and a second fluid.
  • FIGS 1 and 2 show a first embodiment.
  • the heat exchanger 1 comprises a housing 3 comprising a housing body 3a and a cover 3b, intended to be fixed to the housing body 3a.
  • the housing body 3a has a plurality of fastening tabs 5 tightened on the lid 3b once the heat exchanger 1 assembled.
  • the plurality of latching tabs 5 extend beyond a circumferential edge of the casing body 3a.
  • the housing body 3a and the lid 3b can be assembled by soldering, welding, ...
  • the housing body 3a is obtained, for example, by a stamping process.
  • the casing body 3a is obtained by extrusion, molding, ...
  • the attachment tabs 5, the circumferential edge and the bottom of the casing body 3a are integral and form a unit, in that they are made from the same strip.
  • the volume delimited by the circumferential edge and the bottom delimit a space which receives heat exchange modules 15 stacked flat in this space.
  • the housing 3 has introducer ports for the first HP fluid and the second LP fluid, and discharge ports for the first HP and the second BP fluids.
  • the housing body 3a is closed by a bottom through which passes a first inlet port 7 for the first fluid HP and a first outlet port 9 for the second BP fluid.
  • the lid 3b also has a second inlet port 11 for the second LP fluid and a second outlet port 13 for the first HP fluid.
  • the first inlet orifice 7 and the second outlet orifice 13 of the first fluid HP are sealingly connected to an air conditioning circuit (not shown) providing the supply of the first fluid HP in the heat exchanger 1.
  • the second inlet orifice 11 and the first outlet orifice 9 of the second fluid BP are sealingly connected to the air conditioning circuit (not shown) supplying the second fluid BP in the heat exchanger 1.
  • the housing 3, and more particularly the housing body 3a, houses a plurality of substantially identical heat exchange modules 15 superimposed in the housing 3 and fixed in the housing 3, for example by brazing.
  • an intermediate heat exchange module 15c disposed between the lower heat exchange module 15a and the upper heat exchange module 15b.
  • Each heat exchange module 15 is composed of an upper plate 17 and a lower plate 19 assembled together.
  • the upper plate 17 and the lower plate 19 are shown in more detail in FIG. 3.
  • the upper plate 17 and the lower plate 19 are, for example, metal plates of generally parallelepipedal shape which have a small thickness, especially between 0.5 and 1.5 mm.
  • the upper plate 17 and the lower plate 19 therefore comprise, respectively, two small sides 39 and two long sides 40 alternately arranged along a contour 23 of the upper plate 17 and the lower plate 19.
  • the upper plate 1 7, respectively the lower plate 1 9, comprises two protrusions 42 having a rounded contour i and comprising first and second connecting portions 27a and 27b arranged at each end.
  • the first and second connecting portions 27a and 27b are arranged in the diagonal of the upper plate 17, respectively the bottom plate 19.
  • the first embodiment has a heat exchanger 1 having a circuit of the first HP fluid and the second LP fluid in a single direction to define a T-shaped circulation.
  • the first fluid HP and the second LP fluid may be flown in two distinct directions in order to define a LT circulation.
  • the contour of the upper plate 17, respectively the lower plate 19 is inclined towards the second connecting portion 27b, respectively the first connecting portion 27a, placed opposite. This constitutes a notch whose function is to distribute the fluid in the spaces between the heat exchange modules 15.
  • the inclined contours delimit, with the inner wall of the housing body 3a and the lid 3b, an inlet chamber dedicated to one of the fluids, in particular the second fluid BP.
  • the existence of the inclined contour allows to release a sufficient volume so that the second inlet port 11 is not obstructed by the upper heat exchange module 15b.
  • the upper plate 17 and the lower plate 19 are assembled by defining between them a first internal cavity 21, as shown in FIG.
  • the contour 23 of the upper plate 17 and the contour 23 of the lower plate 19 may be raised relative to an outer surface 31 of the upper plate 17, respectively the lower plate 19.
  • the contours 23 of the upper plate 17 and the lower plate 19 are then contiguous so as to define the first inner cavity 21.
  • only one of the two plates (lower or upper) of the same heat exchange module 15 may comprise a raised contour, thus delimiting the first internal cavity 21.
  • the first internal cavity 21 forms a first circulation channel of one of the fluids, in particular the first HP fluid.
  • the heat exchanger 1 therefore comprises three first circulation channels.
  • the first circulation channels, thus formed are parallel to each other, and have, for example, a height of between 1 mm and 1.5 mm.
  • First fins 25 may be disposed in the first inner cavities 21 to improve the heat exchange between the first HP fluid flowing in the first channels and the second BP fluid.
  • the first fins 25 take the form of a corrugated metal plate.
  • the first fins 25 can be obtained by various processes such as stamping, extrusion, rolling, ...
  • the first fins 25 are not shown on the section AA of FIG. 2.
  • the heat exchanger 1 is assembled via junction portions 27 on the housing 3 and first and second second connection portions 27a and 27b on the heat exchange modules 15.
  • the first and second connection portions 27a and 27b make it possible to assemble the heat exchange modules 15 together by cooperating with first and second connection portions 27a and adjacent 27b associated with a neighboring heat exchange module.
  • the junction portions 27 make it possible to assemble the heat exchange modules 15 with the housing 3. More specifically, the bottom of the housing body 3a in contact with the module 15a has at least one junction portion 27. Similarly, the cover 3b in contact with the upper heat exchange module 15b also has at least one junction portion 27.
  • each heat exchange module 15 has at least the first connecting portion 27a, respectively the second connecting portion 27b. More specifically, each upper plate 17 and each lower plate 19 comprises at least the first and second connecting portions 27a and 27b respectively placed at each end of the upper plate 17, respectively the lower plate 19, at the level of the protrusion 42 present on the small side 39 of the upper plate 17, respectively the lower plate 19.
  • the bottom of the case body 3a and the cover 3b respectively comprise a junction portion 27.
  • the junction portions 27 cooperate respectively with the first inlet orifice 7 of the first HP fluid. and the second outlet port 13 of the first HP fluid.
  • the upper plate 17 and the lower plate 19 comprise, in turn, the first connecting portion 27a and the second connecting portion 27b.
  • the first connection portions 27 a of the heat exchange modules 15 are aligned with one another and with the junction portion 27 of the housing body 3 a.
  • the second connection portions 27b of the heat exchange modules 15 are aligned with each other and with the junction portion 27 of the cover 3b.
  • the joining portion 27 of the housing body 3a cooperates with the first connecting portion 27a associated with the lower plate 19 of the lower heat exchange module 15a,
  • first and second connection portions 27a and 27b of the upper plate 17 of the lower heat exchange module 15a cooperate with the first and second connection portions
  • connection portions 27a and 27b of the upper plate 17 of the intermediate heat exchange module 1 5c cooperate with the connecting portions 27a and 27b associated with the lower plate 19 of the upper heat exchange module 15b, and
  • the second connecting portion 27b of the upper plate 17 of the upper heat exchange module 15b cooperates with the associated junction portion 27 of the lid 3b.
  • first and second connection portions 27a and 27b of the heat exchange modules 15 thus have holes or holes for the passage of the first fluid HP.
  • first connecting portions 27a communicate with each other and with the first inlet port 7 of the first fluid HP.
  • An input channel of the first HP fluid is thus defined.
  • the second connecting portions 27b communicate with each other and with the second outlet 13 of the first fluid HP.
  • An output channel of the first HP fluid is thus defined.
  • junction portions 27, the first and second connecting portions 27a and 27b cooperate with each other, for example by brazing, waterproof way to prevent any leakage.
  • first connecting portions 27a and the second connecting portions 27b of the upper plate 17, respectively the lower plate 19 can be arranged on each side. other of the upper plate 17, respectively the lower plate 19, on a common diagonal of the relevant plate, shown in dashed lines in FIG. 3.
  • Other circuits, not shown, are, of course, conceivable in the context of FIG. the present invention.
  • first and second connecting portions 27a and 27b in order to improve the flow of the first fluid HP, it is also possible for the first and second connecting portions 27a and 27b to form recesses on the internal surfaces 29 opposite the top plate 17 and the lower plate 19.
  • the joining portion 27 of the housing body 3a forms a boss inwardly of the surface of the housing body 3a facing the module of the housing. lower heat exchange 15a.
  • the junction portion 27 of the cover 3b forms a boss inwardly of the surface of the lid 3b vis-à-vis the upper heat exchange module 15b.
  • the connecting portions 27a and 27b of the heat exchange modules 15 form bosses on the outer surfaces 31 of the upper plates 17 and lower plates 19.
  • the bosses formed extend respectively to the connecting portions 27 and the first and second connecting portions 27a or 27b adjacent adjacent.
  • the bosses of the junction portions 27, and first and second connecting portions 27a and 27b make it possible to define circulation spaces 33 between one or more modules d consecutive heat exchange 15c and between the lower heat exchange module 1 5a, respectively the upper heat exchange module 15b, and the bottom of the housing body 3a, respectively the lid 3b.
  • the circulation spaces 33 thus delimited form second circulation channels of the second fluid BP.
  • the second circulation channels are parallel to each other with a height that can be between 2 mm and 4.8 mm.
  • the heat exchanger 1 has four second circulation channels. The second circulation channels are thus located above and below the first circulation channels in order to optimize the heat exchange between the first fluid HP and the second fluid BP.
  • first and second circulation channels are obtained, here three first circulation channels and four second circulation channels.
  • second fins 35 may be obtained by various processes such as stamping, extrusion, rolling, etc. For greater clarity, the second fins 35 are not shown on the drawing. AA cut of Figure 2.
  • the second circulation channels are also parallel to the first circulation channels so that the first fluid HP and the second fluid BP flow in two parallel directions.
  • the first fluid HP always flows in a direction parallel to and opposite the direction of flow of the second fluid BP.
  • the second inlet orifice 11 of the second fluid BP being at the level of the second outlet orifice 13 of the first fluid HP and the first outlet orifice 9 of the second fluid BP being at the first inlet orifice 7 of the first fluid HP
  • the first fluid HP and the second fluid BP circulate against the current.
  • the countercurrent circulation makes it possible to reduce the temperature differences at the outlet of the heat exchanger 1 and thus to further optimize the performance of the heat exchanger 1.
  • the circulation of the first fluid HP and the second LP fluid can be in the same direction, for a co-current flow.
  • additional holding portions 37 can be provided on the upper plates 17 and the lower plates 19.
  • the additional holding portions 37 are arranged next to the first connecting portions 27a and / or the second connecting portions 27b with the same hollow characteristics on the inner surfaces 29 and bosses on the outer surfaces 31 of the upper plates 17 and lower plates 19 and with a plus size reduced with respect to the first and second connecting portions 27a and 27b.
  • the additional support portions 37 have an additional function in that they prohibit any movement of the second fins 35 present in the circulation spaces 33.
  • the thermal exchange performance is thus improved by keeping a relatively simple form of the upper plates 17 and the lower plates 19 forming the heat exchange modules 15.
  • the heat exchanger 1 differs from the first embodiment previously described in that the housing 3 is formed in the form of two half-housings 3 'and 3 ".
  • each half-casing 3 'and 3 "respectively in contact with the lower heat exchange modules 15a and the upper heat exchange modules 15b, comprises a junction portion 27.
  • the exchange modules thermal 1 5 remain identical with respect to the first embodiment previously described.
  • the two half-housings 3 'and 3 are fixed, for example by soldering, at a junction 41 between the two half-housings 3' and 3" to ensure the sealing of the housing 3.
  • Such a heat exchanger 1 is particularly suitable for use within an air conditioning loop for a motor vehicle comprising a gas condenser or cooler, an expansion member, an evaporator and a compressor traversed in this order by a refrigerant fluid.
  • the loop The air conditioning system comprises a high pressure branch, starting at the compressor outlet and terminating at the inlet of the expansion member, and a low pressure branch, starting at the outlet of the expansion member and terminating at the inlet of the compressor.
  • the heat exchanger 1 according to the invention is used as an internal heat exchanger, that is to say a heat exchanger traversed by the high-pressure refrigerant fluid and high temperature, circulating in the first channels, and traversed by the same refrigerant fluid at low pressure and low temperature, flowing in the second channels.
  • Figure 5 is a sectional view in a transverse direction, in a plane similar to the plane BB of Figure 1, a heat exchanger 1 according to the present invention.
  • the heat exchanger 1 does not include a housing 3 that houses a plurality of heat exchange modules 15.
  • the heat exchanger 1 comprises four modules. heat exchange 1 5 superimposed.
  • the first inner cavities 21 and the circulation spaces 33 are constituted by interstitial zones between upper plates 17 and consecutive lower plates 19.
  • the upper plates 17 and the lower plates 19 comprise recesses oriented towards the first inner cavities 21 in order to define the circulation spaces 33.
  • the heat exchanger 1 has different dimensional sizes which will now be detailed.
  • the heat exchanger 1 has a height H 1 H x defined as being the distance between the lower plate 19 of the lower heat exchange module 15a and the upper plate 17 of the upper heat exchange module 15b.
  • the heat exchanger 1 has a width W i H x defined as being the width of the bottom plate 19 or the upper plate 17 of the upper heat exchange modules 15a, 15b or 15c.
  • the first fins 25 disposed in the first inner cavities 21 for the circulation of the first fluid HP are of defined height HJFHP being the distance between the lower plate 19 and the upper plate 17 of the heat exchange module 15a, 15b or 15c, taken at level of the first interior cavity 21.
  • the first fins 25 have a width WJFHP defined as the extension width of the first fins 25 in the first inner cavity 21.
  • WJFHP defined as the extension width of the first fins 25 in the first inner cavity 21.
  • P HP defined as the half-distance between two successive peaks of the corrugations forming the first fins 25.
  • the second fins 35 disposed in the circulation spaces 33 for the circulation of the second LP fluid are of height HJFBP defined being the distance between the lower plate 19 and the upper plate 17 of two successive heat exchange modules 15a, 15b or 15c taken at the circulation space 33.
  • the second fins 35 have a width WJFBP defined as the extension width of the second fins 35 in the circulation space 33.
  • WJFBP width of the second fins 35 in the circulation space 33.
  • P_BP defined as the half distance between two successive peaks of the undulations forming the second fins 35.
  • the first fins 25 and the second fins 35 are made from aluminum or aluminum alloy.
  • the first fins 25 and second fins 35 have a thickness of between 0.07 mm and 0.15 mm, preferably 0.10 mm.
  • the width WJFHP of the first fins 25 and the width W IFBP of the second fins 35 are between 45.0 mm and 70.0 mm.
  • the height HJFHP of the first fins 25 is between 1.0 mm and 1.5 mm and the height HJFBP of the second fins 35 is between 2.0 mm and 4.8 mm.
  • the pitch PJFHP of the first fins 25 is between 0.9 mm and 1.5 mm, preferably 1 .0 mm
  • the pitch PJFBP of the second fins 35 is between 1.3 mm and 1.8 mm, preferably 1 mm. .4 mm.
  • the upper plate 17 and the lower plate 19 of each heat exchange module 15 have a thickness of between 0.5 mm and 1.5 mm, preferably 1 .0 mm.
  • the heat exchanger 1 comprises a housing 3, in order to promote the resistance of the heat exchanger 1, the housing body 3a and the cover 3b, or the two half-housings 3 'and 3 ", have a thickness between 1.0 mm and 2.0 mm, preferably 1 .5 mm.
  • FIG. 6 shows the evolution of the heat efficiency of the heat exchanger 1 as a function of a length LJFHP of the first fins 25 and / or a length LJFBP of the second fins 35.
  • the heat efficiency of the heat exchanger 1 is set between 35% and 62% in order to meet the requirements related to the use of various refrigerant fluids, especially subcritical coolants such as the refrigerants known under the name R134A or 1234yf.
  • the width W JF HP of the first fins 25 and the width WJFBP of the second fins 35 substantially equal to 55 mm
  • the height HJFHP of the first fins 25 substantially equal to 1 .2 mm
  • the height HJFBP of the second fins 35 substantially equal to 3.6 mm
  • the pitch PJFHP of the first fins 25 substantially equal to 1 .0 mm
  • the pitch PJFBP of the second fins 35 substantially equal to 1 .4 mm. According to a particular embodiment, the number of heat exchange modules 15 of the heat exchanger 1 is equal to seven.
  • FIG. 7 shows the evolution of the thermal efficiency, represented in solid lines, and shows the evolution of the loss of charge, represented in dotted lines, of the heat exchanger 1 as a function of the pitch PJFBP of the second fins 35 .
  • the thermal efficiency of the heat exchanger 1 is set between 55% and 62% in order to meet the increased requirements associated with the use of certain refrigerant fluids, especially the known subcritical refrigerant fluid. under the name 1234yf.
  • the maximum pressure drop of the heat exchanger 1 is set to 100%.
  • the length LJFHP of the first fins 25 and / or the length LJFBP of the second fins 35 substantially equal to 130 mm
  • the width W JF HP of the first fins 25 and the width WJFBP of the second fins 35 substantially equal to 55 mm
  • the height HJFHP of the first fins 25 substantially equal to 1 .2 mm
  • the height HJFBP of the second fins 35 substantially equal to 3.6 mm
  • the pitch PJFHP of the first fins 25 substantially equal to 1 .0 mm.
  • the number of exchange modules The heat exchanger 15 of the heat exchanger 1 is equal to seven.
  • FIG. 8 shows the evolution of the thermal efficiency, represented in solid lines, and presents the evolution of the loss of charge, represented in dotted lines, of the heat exchanger 1 as a function of the height HJFBP of the second fins 35 .
  • the heat efficiency of the heat exchanger 1 is set between 55% and 62% in order to meet the increased requirements related to the use of certain refrigerant fluids, notably the known subcritical refrigerant fluid. under the name 1234yf.
  • the maximum pressure drop of the heat exchanger 1 is set to 100%.
  • the length LJFHP of the first fins 25 and / or the length L IFBP of the second fins 35 substantially equal to 130 mm
  • the width W JF HP of the first fins 25 and the width WJFBP of the second fins 35 substantially equal to 55 mm
  • the height HJFHP of the first fins 25 substantially equal to 1 .2 mm
  • the pitch PJFHP of the first fins 25 substantially equal to 1 .0 mm.
  • the number of heat exchange modules 15 of the heat exchanger 1 is equal to seven.
  • Figure 9 shows the evolution of the thermal efficiency, shown in solid lines, and presents the evolution of the loss of charge, represented in dashed line, of the heat exchanger 1 as a function of the width WJFBP of the second fins 35.
  • the thermal efficiency of the heat exchanger 1 is set between 60% and 62% in order to meet the increased requirements associated with the use of certain refrigerant fluids, especially the known subcritical refrigerant fluid. under the name 1 234yf.
  • the maximum pressure drop of the heat exchanger 1 is set to 100%.
  • the length LJFHP of the first fins 25 and / or the length LJFBP of the second fins 35 substantially equal to 130 mm
  • the height HJFHP of the first fins 25 substantially equal to 1 .2 mm
  • the height HJFBP of the second fins 35 substantially equal to 3.6 mm
  • the pitch PJFHP of the first fins 25 substantially equal to 1 .0 mm
  • the pitch PJFBP of the second fins 35 substantially equal to 1 .4 mm.
  • the number of heat exchange modules 15 of the heat exchanger 1 is equal to seven.

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Abstract

La présente invention a pour objet un échangeur thermique (1) entre un premier fluide (HP) et un second fluide (BP), comportant une pluralité de modules thermiques (15, 15a, 15b, 15c) constitués respectivement d' une plaque supérieure (17) et d'une plaque inférieure (19) assemblées en définissant entre elles, une première cavité intérieure (21) formant un premier canal de circulation pour le premier fluide (HP) et au moins un espace de circulation (33) défini entre deux modules thermiques (15, 15a, 15b, 15c) consécutifs. L'espace de circulation (33) comprend des ailettes (35), dites deuxièmes ailettes (35), de longueur (L_IFBP) comprises entre 50 mm et 130 mm.

Description

Échangeur de chaleur
L'invention concerne un échangeur de chaleur notamment pour véhicule automobile, tel qu'un échangeur de chaleur interne disposé dans un circuit de climatisation.
On connaît aujourd'hui des échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles constitués par un faisceau de tubes disposés parallèlement sur une ou plusieurs rangées, les tubes étant destinés à la circulation d'un fluide caloporteur à travers l'échangeur de chaleur.
On connaît encore des échangeurs de chaleur comprenant une pluralité de plaques superposées configurées pour définir des canaux de circulation d'un fluide caloporteur pour l'échange thermique entre le fluide caloporteur et un milieu environnant.
Cependant de tels échangeurs de chaleur doivent être définis, d'un point de vue dimensionnel, afin de présenter une efficacité thermique optimale, tout en limitant les pertes de charges.
L'invention a donc pour objectif de définir les plages dimensionnelles d'un tel échangeur de chaleur dans lequel les performances, l'efficacité thermique et les pertes de charges sont optimisées. À cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique entre un premier fluide et un second fluide, comportant une pluralité de modules thermiques constitués respectivement d'une plaque supérieure et d'une plaque inférieure assemblées en définissant entre elles une première cavité intérieure formant un premier canal de circulation pour le premier fluide et au moins un espace de circulation défini entre deux modules thermiques consécutifs formant un deuxième canal de circulation pour le second fluide. Plus particulièrement, l'espace de circulation comprend des ailettes, dites deuxièmes ailettes, de longueur comprises entre 50 mm et 130 mm. Avantageusement, les deuxièmes ailettes ont une hauteur comprise entre 2.0 mm et 4.8 mm. Par ailleurs, les deuxièmes ailettes ont un pas compris entre 1 .3 mm et 1 .8 mm, préférentiellement 1 .4 mm.
En complément ou alternativement, la première cavité intérieure comprend des ailettes, dites premières ailettes, de longueur comprises entre 50 mm et 130 mm. Préférentiellement, les premières ailettes ont une hauteur comprise entre 1 .0 mm et 1 .5 mm. De plus, les premières ailettes ont un pas compris entre 0.9 mm et 1 .5 mm, préférentiellement 1 .0 mm. Avantageusement, les premières ailettes et/ou les deuxièmes ailettes ont une largeur comprises entre 45.0 mm et 70.0 mm.
De façon additionnelle, selon la présente invention, la plaque supérieure et/ou la plaque inférieure de chaque module d'échange thermique a une épaisseur comprise entre 0.5 mm et 1 .5 mm, préférentiellement 1 .0 mm.
Selon une variante de réalisation, la pluralité de modules thermiques est disposée à l'intérieur d'un boîtier. Dans ce cas, avantageusement, le boîtier a une épaisseur comprise entre 1 .0 mm et 2.0 mm, préférentiellement 1 .5 mm.
La présente invention sera m ieux comprise, d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, données en tant qu'exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l'exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquels :
• la figure 1 est une vue partiellement éclatée d'un échangeur de chaleur selon la présente invention,
· la figure 2 est une vue en coupe selon une direction longitudinale (plan A-A de la figure 1 ) de l'échangeur de chaleur selon la présente invention,
• les figures 3a et 3b représentent des plaques formant un module d'échange thermique de l'échangeur de chaleur selon la présente invention,
· la figure 4 est une vue de coté d'une variante de réalisation d'un boîtier de l'échangeur de chaleur selon la présente invention,
• la figure 5 est une coupe selon une direction transversale (plan similaire au plan B-B de la figure 1 ) d'une variante de réalisation de l'échangeur de chaleur selon la présente invention, et
· les figures 6 à 9 sont des graphiques montrant l'évolution de l'efficacité thermique et/ou des pertes de charges de l'échangeur de chaleur selon la présente invention en fonction des paramètres dimensionnels des ailettes. Dans les figures 1 à 4, les éléments identiques portent les mêmes références. Sauf indications contraires, ils possèdent les mêmes spécificités et ne seront donc pas détaillés de nouveau.
La figure 1 présente un échangeur de chaleur 1 , notamment pour un circuit de climatisation d'un véhicule automobile, apte à assurer un échange thermique entre un premier fluide, destiné à être réchauffé ou refroidi, et un second fluide, destiné à absorber ou céder de la chaleur avec le premier fluide.
Dans le mode de réalisation décrit, le premier fluide HP est un fluide à haute pression et haute température destiné à être refroidi par le second fluide et le second fluide BP est un fluide à basse pression et basse température destiné à absorber la chaleur du premier fluide HP. Toutefois, la présente invention couvre également tous types de fluides utilisés en tant que premier fluide et second fluide.
Les figures 1 et 2 présentent un premier mode de réalisation. Sur ces figures, l'échangeur de chaleur 1 comporte un boîtier 3 comportant un corps de boîtier 3a et un couvercle 3b, destiné à être fixé au corps de boîtier 3a. À cet effet, le corps de boîtier 3a présente une pluralité de pattes d'accrochage 5 resserrées sur le couvercle 3b une fois l'échangeur de chaleur 1 assemblé. La pluralité de pattes d'accrochage 5 déborde d'un bord circonférentiel du corps de boîtier 3a.
Par ailleurs, selon une variante de réalisation non représentée, le corps de boîtier 3a et le couvercle 3b peuvent être assemblé par brasage, soudage, ...
Le corps de boîtier 3a est obtenu, par exemple, selon un procédé d'emboutissage. Alternativement, le corps de boîtier 3a est obtenu par extrusion, moulage, ... Avantageusement, les pattes d'accrochage 5, le bord circonférentiel et le fond du corps de boîtier 3a sont solidaires et forment une unité, en ce sens qu'ils sont réalisés à partir d'un même feuillard . Le volume délimité par le bord circonférentiel et le fond délimitent un espace qui reçoit des modules d'échange thermique 15 empilés à plat dans cet espace.
De plus, le boîtier 3 présente des orifices d'introduction pour le premier fluide HP et le second fluide BP, et des orifices d'évacuation pour le premier HP et le second BP fluides. A l'opposé des pattes d'accrochage 5 par rapport au bord circonférentiel, le corps de boîtier 3a est fermé par un fond au travers duquel passe un premier orifice d'entrée 7 pour le premier fluide HP et un premier orifice de sortie 9 pour le second fluide BP. De même, le couvercle 3b comporte également un deuxième orifice d'entrée 11 pour le second fluide BP et un deuxième orifice de sortie 13 pour le premier fluide HP. Le premier orifice d'entrée 7 et le deuxième orifice de sortie 13 du premier fluide HP sont reliés de façon étanche à un circuit de climatisation (non représenté) assurant l'alimentation du premier fluide HP dans l'échangeur de chaleur 1 . De même, le deuxième orifice d'entrée 11 et premier orifice de sortie 9 du second fluide BP sont rel iés de façon étanche au circuit de climatisation (non représenté) assurant l'alimentation du second fluide BP dans l'échangeur de chaleur 1 .
Le boîtier 3, et plus particulièrement le corps de boîtier 3a, loge une pluralité de modules d'échange thermique 15 sensiblement identiques superposés dans le boîtier 3 et fixés dans le boîtier 3, par exemple par brasage.
En se référant à l'exemple de la figure 2, trois modules d'échange thermique 15 sont assemblés dans le boîtier 3, à savoir :
- un module d'échange thermique inférieur 15a, disposé au fond du boîtier 3,
- un module d'échange thermique supérieur 15b, disposé sur le dessus à proximité du couvercle 3b, et
- un module d'échange thermique intermédiaire 15c, disposé entre le module d'échange thermique inférieur 15a et le module d'échange thermique supérieur 15b.
Bien entendu , on peut disposer plusieurs modules d'échange thermique intermédiaires 15c entre le module d'échange thermique inférieur 15a et le module d'échange thermique supérieur 15b. Chaque module d'échange thermique 15 est composé d'une plaque supérieure 17 et d'une plaque inférieure 19 assemblées entre elles. La plaque supérieure 17 et la plaque inférieure 19 sont représentées plus en détail sur la figure 3. La plaque supérieure 17 et la plaque inférieure 1 9 sont, par exemple, des plaques métalliques de forme générale sensiblement parallélépipédique qui présentent une faible épaisseur, notamment comprise entre 0.5 et 1 .5 mm.
La plaque supérieure 1 7 et la plaque inférieure 1 9 comprennent donc, respectivement, deux petits cotés 39 et deux grands cotés 40 disposés en alternance le long d'un contour 23 de la plaque supérieure 17 et la plaque inférieure 19.
A des angles du petit côté 39 et du grand côté 40 de la plaque supérieure 17 et de la plaque inférieure 19, est présente une excroissance 42 qui s'étend dans le même plan que la plaque supérieure 17 et la plaque inférieure 19.
La plaque supérieure 1 7, respectivement la plaque inférieure 1 9, comporte deux excroissances 42 présentant un contour arrond i et comprenant des première et deuxième portions de raccordement 27a et 27b agencées à chaque extrémité. Avantageusement, les première et deuxième portions de raccordement 27a et 27b sont disposées dans la diagonale de la plaque supérieure 17, respectivement la plaque inférieure 19. Le premier mode de réalisation présente un échangeur de chaleur 1 disposant d'un circuitage du premier fluide HP et du second fluide BP selon une unique direction afin de définir une circulation en T. Alternativement, le circuitage du premier fluide HP et du second fluide BP peut se faire selon deux directions distinctes afin de définir une circulation en 'LT. A côté de l'excroissance 42 et sur le reste du petit côté 39, le contour de la plaque supérieure 17, respectivement la plaque inférieure 19, est incliné en direction de la deuxième portion de raccordement 27b, respectivement la première portion de raccordement 27a, placée à l'opposé. Cela constitue une encoche dont la fonction est de distribuer le fluide dans les espaces entre les modules d'échange thermique 15. Quand le module d'échange thermique inférieur 15a, le module d'échange thermique supérieur 1 5b et le module d'échange thermique intermédiaire 15c sont logés dans le corps de boîtier 3a, les contours inclinés délimitent, avec la paroi interne du corps de boîtier 3a et le couvercle 3b, une chambre d'admission dédiée à un des fluides, en particulier le second fluide BP. L'existence du contour incliné permet de dégager un volume suffisant pour que le deuxième orifice d'entrée 11 ne soit pas obstrué par le module d'échange thermique supérieur 15b. La plaque supérieure 1 7 et la plaque inférieure 19 sont assemblées en définissant entre elle une première cavité intérieure 21 , telles que présentées sur la figure 2.
A cet effet, le contour 23 de la plaque supérieure 17 et le contour 23 de la plaque inférieure 19 peuvent être surélevés par rapport à une surface extérieure 31 de la plaque supérieure 17, respectivement la plaque inférieure 19. Les contours 23 de la plaque supérieure 17 et de la plaque inférieure 19 sont alors accolés de manière à définir la première cavité intérieure 21 . Selon une alternative de réal isation non représentée, seul une des deux plaques (inférieure ou supérieure) d'un même module d'échange thermique 15 peut comporter un contour surélevé, permettant ainsi de délimiter la première cavité intérieure 21 . La première cavité intérieure 21 forme un premier canal de circulation d'un des fluides, en particulier le premier fluide HP.
Dans l'exemple présenté à aux figures 1 et 2 avec trois modules d'échange thermique 15, l'échangeur de chaleur 1 comporte donc trois premiers canaux de circulation. Préférentiellement, les premiers canaux de circulation, ainsi formés, sont parallèles entre eux, et présentent, par exemple, une hauteur comprise entre 1 mm et 1 .5 mm.
Des premières ailettes 25 peuvent être disposées dans les premières cavités intérieures 21 pour améliorer l'échange thermique entre le premier fluide HP circulant dans les premiers canaux et le second fluide BP.
A titre d'exemple, les premières ailettes 25 prennent la forme d'une plaque métallique ondulée. Les premières ailettes 25 peuvent être obtenues par différents procédés tels que l'emboutissage, l'extrusion, le roulage, ...
Pour plus de lisibilité, les premières ailettes 25 ne sont pas représentées sur la coupe A-A de la figure 2. En outre, l'échangeur de chaleur 1 est assemblé par l'intermédiaire de portions de jonction 27 sur le boîtier 3 et des première et deuxième portions de raccordement 27a et 27b sur les modules d'échange thermique 15. Les première et deuxième portions de raccordement 27a et 27b permettent d'assembler les modules d'échange thermique 15 entre eux en coopérant avec des première et deuxième portions de raccordement 27a et 27b adjacentes associées d'un module d'échange thermique 15 voisin. Les portions de jonction 27 permettent d'assembler les modules d'échange thermique 15 avec le boîtier 3. Plus précisément, le fond du corps de boîtier 3a en contact avec le module inférieur 15a présente au moins une portion de jonction 27. De même, le couvercle 3b en contact avec le module d'échange thermique supérieur 15b présente également au moins une portion de jonction 27. Enfin, chaque module d'échange thermique 15 présente au moins la première portion de raccordement 27a, respectivement la deuxième portion de raccordement 27b. Plus précisément, chaque plaque supérieure 17 et chaque plaque inférieure 19 comporte au moins les première et deuxième portions de raccordement 27a et 27b respectivement placée à chaque extrémité de la plaque supérieure 17, respectivement la plaque inférieure 19, au niveau de l'excroissance 42 présente sur le petit côté 39 de la plaque supérieure 17, respectivement la plaque inférieure 19.
Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, le fond du corps de boîtier 3a et le couvercle 3b comportent respectivement une portion de jonction 27. Les portions de jonction 27 coopèrent respectivement avec le premier orifice d'entrée 7 du premier fluide HP et le deuxième orifice de sortie 13 du premier fluide HP.
La plaque supérieure 17 et la plaque inférieure 19 comportent, quant à elles, la première portion de raccordement 27a et la deuxième portion de raccordement 27b.
Comme on le constate sur les figures 1 et 2, les prem ières portions de raccordement 27a des modules d'échange thermique 15 sont alignées entre elles et avec la portion de jonction 27 du corps de boîtier 3a. De même, les deuxièmes portions de raccordement 27b des modules d'échange thermique 15 sont alignées entre elles et avec la portion de jonction 27 du couvercle 3b.
Ainsi,
- la portion de jonction 27 du corps de boîtier 3a coopère avec la première portion de raccordement 27a associée de la plaque inférieure 19 du module d'échange thermique inférieur 15a,
- les première et deuxième portions de raccordement 27a et 27b de la plaque supérieure 17 du module d'échange thermique inférieur 15a coopèrent avec les première et deuxième portions de raccordement
27a et 27b associées de la plaque inférieure 19 du module d'échange thermique intermédiaire 15c,
- les première et deuxième portions de raccordement 27a et 27b de la plaque supérieure 17 du module d'échange thermique intermédiaire 1 5c coopèrent avec les portions de raccordement 27a et 27b associées de la plaque inférieure 19 du module d'échange thermique supérieur 15b, et
- la deuxième portion de raccordement 27b de la plaque supérieure 17 du module d'échange thermique supérieur 15b coopère avec la portion de jonction 27 associée du couvercle 3b.
En outre, les première et deuxième portions de raccordement 27a et 27b des modules d'échange thermique 15 présentent donc des orifices ou trous pour le passage du premier fluide HP.
Ainsi, les premières portions de raccordement 27a communiquent entre elles et avec le première orifice d'entrée 7 du premier fluide HP. On définit ainsi un canal d'entrée du premier fluide HP. De façon similaire, les secondes portions de raccordement 27b communiquent entre elles et avec le deuxième orifice de sortie 13 du premier fluide HP. On définit ainsi un canal de sortie du premier fluide HP.
Bien entendu, les portions de jonction 27, les première et deuxième portions de raccordement 27a et 27b coopèrent entre elles, par brasage par exemple, de façon étanche afin d'interdire toute fuite.
En outre, pour favoriser la circulation du premier fluide HP dans les premiers canaux avant son évacuation, les premières portions de raccordement 27a et les seconde portions de raccordement 27b de la plaque supérieure 17, respectivement la plaque inférieure 19, peuvent être disposés de part et d'autre de la plaque supérieures 17, respectivement la plaque inférieures 19, sur une diagonale commune de la plaque concernée, représentée en pointillés sur la figure 3. D'autres circuitages, non représentés, sont, bien évidemment, envisageables dans le cadre de la présente invention.
De plus, afin d'améliorer la circulation du premier fluide HP, on peut également prévoir que les première et deuxième portions de raccordement 27a et 27b forment des creux sur les surfaces internes 29 en vis-à-vis de la plaque supérieure 17 et de la plaque inférieure 19.
Par ailleurs, dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, la portion de jonction 27 du corps de boîtier 3a forme un bossage vers l'intérieur de la surface du corps de boîtier 3a en vis-à-vis avec le module d'échange thermique inférieur 15a. De même, la portion de jonction 27 du couvercle 3b forme un bossage vers l'intérieur de la surface du couvercle 3b en vis-à-vis avec le module d'échange thermique supérieur 15b. Et, les portions de raccordement 27a et 27b des modules d'échange thermique 15 forment des bossages sur les surfaces extérieures 31 des plaques supérieures 17 et des plaques inférieures 19.
Les bossages formés s'étendent respectivement vers les portions de jonction 27 et les première et deuxième portions de raccordement 27a ou 27b adjacentes associées. Ainsi, lorsque les modules d'échange thermique 15 sont assemblés dans le boîtier 3, les bossages des portions de jonction 27, et des première et deuxième portions de raccordement 27a et 27b permettent de définir des espaces de circulation 33 entre un ou plusieurs modules d'échange thermique 15c consécutifs et entre le module d'échange thermique inférieur 1 5a, respectivement le module d'échange thermique supérieur 15b, et le fond du corps de boîtier 3a, respectivement le couvercle 3b.
Les espaces de circulation 33 ainsi délimités forment des seconds canaux de circulation du second fluide BP. Préférentiellement, les seconds canaux de circulation sont parallèles entre eux avec une hauteur pouvant être comprise entre 2 mm et 4.8 mm. Dans cet exemple de réalisation selon les figures 1 et 2, l'échangeur de chaleur 1 présente quatre seconds canaux de circulation. Les seconds canaux de circulation sont donc situés au-dessus et au-dessous des premiers canaux de circulation pour optimiser l'échange thermique entre le premier fluide HP et le second fluide BP.
Ainsi, avec un nombre réduit de modules d'échange thermique 15, au nombre de trois selon l'exemple présenté, on obtient plusieurs premiers et seconds canaux de circulation, ici trois premiers canaux de circulation et quatre seconds canaux de circulation. On limite ainsi les coûts de production et l'encombrement de l'échangeur de chaleur 1 . De plus, on peut prévoir en outre des deuxièmes ailettes 35, agencées dans les espaces circulation 33 pour augmenter la surface d'échange thermique et la performance thermique. Les deuxièmes ailettes 35 peuvent être obtenues par différents procédés tels que l'emboutissage, l'extrusion, le roulage, ... Pour plus de lisibilité, les deuxièmes ailettes 35 ne sont pas représentées sur la coupe A-A de la figure 2.
De plus, les seconds canaux de circulation sont également parallèles aux premiers canaux de circulation de sorte que le premier fluide HP et le second fluide BP circulent selon deux directions parallèles. De façon particulièrement avantageuse, quelle que soit le circuitage du premier fluide HP et du second fluide BP, le premier fluide HP circule toujours dans une direction parallèle et opposée à la direction de circulation du second fluide BP. Dans l'échangeur de chaleur 1 illustré aux figures 1 et 2, le deuxième orifice d'entrée 11 du second fluide BP étant au niveau de deuxième orifice de sortie 13 du premier fluide HP et le premier orifice de sortie 9 du second fluide BP étant au niveau du premier orifice d'entrée 7 du premier fluide HP, le premier fluide HP et le second fluide BP circulent à contre-courant. La circulation à contre-courant permet de rédu ire les écarts de température en sortie de l'échangeur de chaleur 1 et ainsi d'optimiser encore les performances de l'échangeur de chaleur 1 .
Bien entendu, la circulation du premier fluide HP et du second fluide BP peut se faire dans le même sens, pour une circulation à co-courant.
Afin d'améliorer le maintien des différents modules d'échange thermique 15, on peut prévoir des portions de maintien supplémentaires 37, présentées sur les figures 1 et 3, sur les plaques supérieures 17 et les plaques inférieures 19.
Par exemple, les portions de maintien supplémentaires 37 sont disposées à côté des premières portions de raccordement 27a et/ou des deuxièmes portions de raccordement 27b avec les mêmes caractéristiques de creux sur les surfaces internes 29 et de bossages sur les surfaces extérieures 31 des plaques supérieures 17 et des plaques inférieures 19 et avec une taille plus réduite par rapport aux premières et deuxièmes portions de raccordement 27a et 27b.
Les portions de maintien supplémentaires 37 présentent une fonction supplémentaire en ce qu'elles interdisent tous déplacements des deuxièmes ailettes 35 présentes dans les espaces de circulation 33.
On améliore ainsi les performances d'échange thermique en gardant une forme relativement simple des plaques supérieures 17 et des plaques inférieures 19 formant les modules d'échange thermique 15.
Selon un second mode de réalisation alternatif représentée sur la figure 4, l'échangeur de chaleur 1 diffère du premier mode de réalisation précédemment décrit par le fait que le boîtier 3 est réalisé sous la forme de deux demi-boîtiers 3' et 3".
Selon ce second mode de réalisation, chaque demi-boîtier 3' et 3" respectivement en contact avec les modules d'échange thermique inférieur 15a et les modules d'échange thermique supérieur 15b, comporte une portion de jonction 27. Les modules d'échange thermique 1 5 restent identiques par rapport au premier mode de réalisation précédemment décrit.
Concernant le procédé d'assemblage, les deux demi-boîtiers 3' et 3" sont fixés, par exemple par brasage, au niveau d'une jonction 41 entre les deux demi- boîtiers 3' et 3" pour garantir l'étanchéité du boîtier 3.
Enfin, un tel échangeur de chaleur 1 convient particulièrement à une utilisation au sein d'une boucle de climatisation pour véhicule automobile comprenant un condenseur ou refroidisseur de gaz, un organe de détente, un évaporateur et un compresseur parcourus dans cet ordre par un fluide réfrigérant. La boucle de climatisation comprend une branche haute pression, débutant en sortie de compresseur et se terminant en entrée de l'organe de détente, et une branche basse pression, débutant en sortie de l'organe de détente et se terminant en entrée du compresseur. Dans ce cas, l'échangeur de chaleur 1 selon l'invention est utilisé en tant qu'échangeur de chaleur interne, c'est-à-dire un échangeur de chaleur traversé par le fluide réfrigérant à haute pression et haute température, circulant dans les premiers canaux, et traversé par le même fluide réfrigérant à basse pression et basse température, circulant dans les seconds canaux. La figure 5 est une coupe selon une direction transversale, selon un plan similaire au plan B-B de la figure 1 , d'un échangeur de chaleur 1 selon la présente invention. Selon la figure 5, l'échangeur de chaleur 1 ne comporte pas de boîtier 3 logent une pluralité de modules d'échange thermique 15. Selon l'alternative de réalisation de la figure 5, l'échangeur de chaleur 1 comporte quatre modules d'échange thermique 1 5 superposés. Selon cette variante, les premières cavités intérieures 21 et les espaces de circulation 33 sont constitués par des zones interstitielles entre des plaques supérieures 17 et des plaques inférieures 19 consécutives. A cet effet, les plaques supérieures 17 et les plaques inférieures 19 comportent des renfoncements orientés vers les premières cavités intérieures 21 afin de définir les espaces de circulation 33.
Selon les diverses formes de réalisation, l'échangeur de chaleur 1 dispose de différentes grandeurs dimensionnelles qui vont être maintenant détaillées.
Selon la présente invention, l'échangeur de chaleur 1 a une hauteur HjHx définie comme étant la distance entre la plaque inférieure 19 du module d'échange thermique inférieur 15a et la plaque supérieure 17 du module d'échange thermique supérieur 15b. De plus, l'échangeur de chaleur 1 a une largeur WjHx définie comme étant la largeur de la plaque inférieure 19 ou de la plaque supérieure 17 des modules d'échange thermique supérieur 15a, 15b ou 15c.
Les premières ailettes 25 disposées dans les premières cavités intérieures 21 pour la circulation du premier fluide HP sont de hauteur HJFHP définie étant la distance entre la plaque inférieure 19 et la plaque supérieure 17 du module d'échange thermique 15a, 15b ou 15c, pris au niveau de la première cavité intérieure 21 . Les premières ailettes 25 ont une largeur WJFHP définie comme étant la largeur d'extension des premières ailettes 25 dans la première cavité intérieure 21 . Enfin, dans le cas où les premières ailettes 25 sont faites à partir d'une plaque métallique ondulée, elles disposent d'un pas P HP définie comme étant la demi-distance entre deux crêtes successives des ondulations formant les premières ailettes 25. De même, les deuxièmes ailettes 35 disposées dans les espaces de circulation 33 pour la circulation du second fluide BP sont de hauteur HJFBP définie étant la distance entre la plaque inférieure 19 et la plaque supérieure 17 de deux modules d'échange thermique 15a, 15b ou 15c successifs, pris au niveau de l'espace de circulation 33. Les deuxièmes ailettes 35 ont une largeur WJFBP définie comme étant la largeur d'extension des deuxièmes ailettes 35 dans l'espace de circulation 33. Enfin, dans le cas où les deuxièmes ailettes 35 sont faites à partir d'une plaque métallique ondulée, elles disposent d'un pas P_BP définie comme étant la demi-distance entre deux crêtes successives des ondulations formant les deuxièmes ailettes 35.
De façon préférentielle, les premières ailettes 25 et les deuxièmes ailettes 35 sont faites à partir d'alum inium ou d'un all iage d'aluminium . De manière particulièrement avantageuse, les premières ailettes 25 et deuxièmes ailettes 35 ont une épaisseur comprise entre 0.07 mm et 0.15 mm, préférentiellement 0.10 mm. Avantageusement, la largeur WJFHP des premières ailettes 25 et la largeur W IFBP des deuxièmes ailettes 35 sont comprises entre 45.0 mm et 70.0 mm. On a alors les relations suivantes :
45.0 mm < WJFBP≤ 70.0 mm
45.0 mm < WJFHP≤ 70.0 mm
Par ailleurs, la hauteur HJFHP des premières ailettes 25 est comprise entre 1 .0 mm et 1 .5 mm et la hauteur HJFBP des deuxièmes ailettes 35 est comprise entre 2.0 mm et 4.8 mm. On a alors les relations suivantes :
2.0 mm < HJFBP≤ 4.8 mm
1 .0 mm < HJFHP≤ 1 -5 mm
De plus, le pas PJFHP des premières ailettes 25 est compris entre 0.9 mm et 1 .5 mm, préférentiellement 1 .0 mm, et le pas PJFBP des deuxièmes ailettes 35 est compris entre 1 .3 mm et 1 .8 mm, préférentiellement 1 .4 mm . On a alors les relations suivantes :
1 .3 mm < PJFBP≤ 1 -8 mm
0.9 mm < PJFHP≤ 1 -5 mm
De telles dimensions permettent de favoriser l'échange thermique entre le premier fluide HP et le second fluide BP, tout en limitant les pertes de charges.
De plus, avantageusement, la plaque supérieure 17 et la plaque inférieure 19 de chaque module d'échange thermique 15 ont une épaisseur comprise entre 0.5 mm et 1 .5 mm, préférentiellement 1 .0 mm.
Si l'échangeur de chaleur 1 comporte un boîtier 3, afin de favoriser la résistance de l'échangeur de chaleur 1 , le corps de boîtier 3a et le couvercle 3b, ou les deux demi-boîtiers 3' et 3", ont une épaisseur comprise entre 1 .0 mm et 2.0 mm, préférentiellement 1 .5 mm.
On se réfère dorénavant aux figures 6 à 9 qui représentent des graphiques montrant l'évolution de l'efficacité thermique et/ou des pertes de charges de l'échangeur de chaleur 1 en fonction des paramètres dimensionnels des ailettes.
Plus particulièrement, la figure 6 présente l'évolution de l'efficacité thermique de l'échangeur de chaleur 1 en fonction d'une longueur LJFHP des premières ailettes 25 et/ou d'une longueur LJFBP des deuxièmes ailettes 35.
Comme le montre la figure 6, l'efficacité thermique de l'échangeur de chaleur 1 est fixée entre 35% et 62% afin de répondre aux exigences liés à l'emploi de divers fluides réfrigérants, notamment les fluides réfrigérants sous-critiques tels que les fluides réfrigérants connus sous l'appellation R134A ou 1234yf.
Ainsi, il apparaît que l'efficacité thermique optimale est obtenue pour une longueur LJFHP des premières ailettes 25 et/ou une longueur L IFBP des deuxièmes ailettes 35 comprises entre 50 mm et 130 mm.
Notamment, une telle efficacité thermique de l'échangeur de chaleur 1 est obtenue dans un agencement d'échangeur de chaleur 1 dans lequel :
• la largeur WJFHP des premières ailettes 25 et la largeur WJFBP des deuxièmes ailettes 35 sensiblement égale à 55 mm,
· la hauteur HJFHP des premières ailettes 25 sensiblement égale à 1 .2 mm,
• la hauteur HJFBP des deuxièmes ailettes 35 sensiblement égale à 3.6 mm,
• le pas PJFHP des premières ailettes 25 sensiblement égal à 1 .0 mm, et
• le pas PJFBP des deuxièmes ailettes 35 sensiblement égal à 1 .4 mm. Selon un exemple particulier de réalisation, le nombre de modules d'échange thermique 15 de l'échangeur de chaleur 1 est égal à sept.
La figure 7 présente l'évolution de l'efficacité thermique, représentée en trait continu, et présente l'évol ution de la perte de charges, représentée en pointillés, de l'échangeur de chaleur 1 en fonction du pas PJFBP des deuxièmes ailettes 35.
Comme le montre la figure 7, l'efficacité thermique de l'échangeur de chaleur 1 est fixée entre 55% et 62% afin de répondre aux exigences accrues liés à l'emploi de certains fluides réfrigérants, notamment le fluide réfrigérant sous- critique connu sous l'appellation 1234yf. De même, la perte de charges maximale de l'échangeur de chaleur 1 est établie à 100%. Ainsi, il apparaît que l'efficacité thermique optimale, pour une perte de charge ne dépassant pas 100%, est obtenue pour un pas PJFBP des deuxièmes ailettes 35 comprise entre 1 .3 mm et 1 .8 mm.
Notamment, une telle efficacité thermique de l'échangeur de chaleur 1 est obtenue dans un agencement d'échangeur de chaleur 1 dans le quel :
• la longueur LJFHP des premières ailettes 25 et/ou la longueur LJFBP des deuxièmes ailettes 35 essentiellement égale à 130 mm,
• la largeur WJFHP des premières ailettes 25 et la largeur WJFBP des deuxièmes ailettes 35 sensiblement égale à 55 mm,
· la hauteur HJFHP des premières ailettes 25 sensiblement égale à 1 .2 mm,
• la hauteur HJFBP des deuxièmes ailettes 35 sensiblement égale à 3.6 mm, et
• le pas PJFHP des premières ailettes 25 sensiblement égal à 1 .0 mm. Selon un exemple particulier de réalisation, le nombre de modules d'échange thermique 15 de l'échangeur de chaleur 1 est égal à sept.
La figure 8 présente l'évolution de l'efficacité thermique, représentée en trait continu, et présente l'évolution de la perte de charges, représentée en pointillés, de l'échangeur de chaleur 1 en fonction de la hauteur HJFBP des deuxièmes ailettes 35.
Comme le montre la figure 8, l'efficacité thermique de l'échangeur de chaleur 1 est fixée entre 55% et 62% afin de répondre aux exigences accrues liés à l'emploi de certains fluides réfrigérants, notamment le fluide réfrigérant sous- critique connu sous l'appellation 1234yf. De même, la perte de charges maximale de l'échangeur de chaleur 1 est établie à 100%.
Ainsi, il apparaît que l'efficacité thermique optimale, pour une perte de charge ne dépassant pas 100%, est obtenue pour une hauteur H IFBP des deuxièmes ailettes 35 comprise entre 2.0 mm et 4.8 mm.
Notamment, une telle efficacité thermique de l'échangeur de chaleur 1 est obtenue dans un agencement d'échangeur de chaleur 1 dans le quel :
· la longueur LJFHP des premières ailettes 25 et/ou la longueur L IFBP des deuxièmes ailettes 35 essentiellement égale à 130 mm,
• la largeur WJFHP des premières ailettes 25 et la largeur WJFBP des deuxièmes ailettes 35 sensiblement égale à 55 mm,
• la hauteur HJFHP des premières ailettes 25 sensiblement égale à 1 .2 mm, et
• le pas PJFHP des premières ailettes 25 sensiblement égal à 1 .0 mm.
Selon un exemple particulier de réalisation, le nombre de modules d'échange thermique 15 de l'échangeur de chaleur 1 est égal à sept. Enfin, la figure 9 présente l'évolution de l'efficacité thermique, représentée en trait continu, et présente l'évolution de la perte de charges, représentée en pointillés, de l'échangeur de chaleur 1 en fonction de la largeur WJFBP des deuxièmes ailettes 35.
Comme le montre la figure 9, l'efficacité thermique de l'échangeur de chaleur 1 est fixée entre 60% et 62% afin de répondre aux exigences accrues liés à l'emploi de certains fluides réfrigérants, notamment le fluide réfrigérant sous- critique connu sous l'appellation 1 234yf. De même, la perte de charges maximale de l'échangeur de chaleur 1 est établie à 100%.
Ainsi, il apparaît que l'efficacité thermique optimale, pour une perte de charge ne dépassant pas 100%, est obtenue pour une largeur W IFBP des deuxièmes ailettes 35 comprise entre 45 mm et 70 mm.
Notamment, une telle efficacité thermique de l'échangeur de chaleur 1 est obtenue dans un agencement d'échangeur de chaleur 1 dans le quel :
• la longueur LJFHP des premières ailettes 25 et/ou la longueur LJFBP des deuxièmes ailettes 35 essentiellement égale à 130 mm,
· la hauteur HJFHP des premières ailettes 25 sensiblement égale à 1 .2 mm,
• la hauteur HJFBP des deuxièmes ailettes 35 sensiblement égale à 3.6 mm,
• le pas PJFHP des premières ailettes 25 sensiblement égal à 1 .0 mm, et
• le pas PJFBP des deuxièmes ailettes 35 sensiblement égal à 1 .4 mm.
Selon un exemple particulier de réalisation, le nombre de modules d'échange thermique 15 de l'échangeur de chaleur 1 est égal à sept.
On remarque enfin que diverses mises en œuvre peuvent être réalisées selon les principes de l'invention. Il doit être bien entendu toutefois que ces exemples sont donnés à titre d'illustration de l'objet de l'invention. Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention, notamment toutes combinaisons des plages de valeurs détaillées.

Claims

Revendications
1 . Échangeur thermique (1 ) entre un premier fluide (HP) et un second fluide (BP), comportant une pluralité de modules thermiques (15, 15a, 15b, 15c) constitués respectivement d'une plaque supérieure (17) et d'une plaque inférieure (19) assemblées en définissant entre elles, une première cavité intérieure (21 ) formant un premier canal de circulation pour le premier fluide (HP) et au moins un espace de circulation (33) défini entre deux modules thermiques (15, 15a, 15b, 15c) consécutifs,
caractérisé en ce que l'espace de circulation (33) comprend des ailettes (35), dites deuxièmes ailettes (35), de longueur (LJFBP) comprises entre 50 mm et 130 mm.
2. Échangeur therm iq ue (1 ) selon la revend ication 1 , dans lequel les deuxièmes ailettes (35) ont une hauteur (HJFBP) comprise entre 2.0 mm et 4.8 mm.
3. Échangeur thermique (1 ) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les deuxièmes ailettes (35) ont un pas (PJFBP) compris entre 1 .3 mm et 1 .8 mm, préférentiellement 1 .4 mm.
4. Échangeur thermique (1 ) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première cavité intérieure (21 ) comprend des ailettes (25), dites premières ailettes (25), de longueur (LJFHP) comprises entre 50 mm et 130 mm.
5. Échangeur thermique (1 ) selon la revendication 4, dans lequel les premières ailettes (25) ont une hauteur (HJFBP) comprise entre 1 .0 mm et 1 .5 mm.
6. Échangeur thermique (1 ) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel les premières ailettes (25) ont un pas (PJFHP) compris entre 0.9 mm et 1 .5 mm, préférentiellement 1 .0 mm.
7. Échangeur thermique (1 ) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les premières ailettes (25) et/ou les deuxièmes ailettes (35) ont une largeur (WJFHP, WJFBP) comprises entre 45.0 mm et 70.0 mm.
8. Échangeur thermique (1 ) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la plaque supérieure (17) et/ou la plaque inférieure (19) de chaque module d'échange thermique (15) a une épaisseur comprise entre 0.5 mm et 1 .5 mm, préférentiellement 1 .0 mm.
9. Échangeur thermique (1 ) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la pluralité de modules thermiques (15, 15a, 15b, 15c) est disposée à l'intérieur d'un boîtier (3, 3a, 3b, 3', 3").
10. Échangeur thermique (1 ) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le boîtier (3, 3a, 3b, 3', 3") a une épaisseur comprise entre 1 .0 mm et 2.0 mm, préférentiellement 1 .5 mm.
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