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WO2011023825A1 - Echangeur thermique - Google Patents

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Publication number
WO2011023825A1
WO2011023825A1 PCT/EP2010/062699 EP2010062699W WO2011023825A1 WO 2011023825 A1 WO2011023825 A1 WO 2011023825A1 EP 2010062699 W EP2010062699 W EP 2010062699W WO 2011023825 A1 WO2011023825 A1 WO 2011023825A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluid
heat exchanger
housing
modules
exchanger according
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/EP2010/062699
Other languages
English (en)
Inventor
Christophe Denoual
Jimmy Lemee
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 CN201080049204.4A priority Critical patent/CN102597680B/zh
Priority to EP10747858.8A priority patent/EP2473809B1/fr
Priority to US13/392,608 priority patent/US9494369B2/en
Publication of WO2011023825A1 publication Critical patent/WO2011023825A1/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
    • F28D9/0006—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
    • 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
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger especially for a motor vehicle, such as an internal exchanger in an air conditioning circuit.
  • Heat exchangers are also known comprising a plurality of superimposed plates configured to define fluid circulation channels for heat exchange.
  • the invention therefore aims to overcome these disadvantages of the prior art by providing a heat exchanger at a lower cost based on a simple structure with a reduced number of components, to reduce clutter and facilitate assembly of such an exchanger while optimizing its performance.
  • the invention relates to a heat exchanger between a first and a second fluid, characterized in that it comprises a housing inside which is disposed a plurality of modules respectively comprising an upper plate and a lower plate assembled by defining between said plates an inner cavity forming a first circulation channel for the first fluid, and in that at least a second circulation channel for the second fluid is delimited by the housing and a space between said modules.
  • Such a heat exchanger with a simple structure reduces the number of components while ensuring good performance of the exchanger.
  • the exchanger may further comprise one or more characteristics following, taken separately or in combination:
  • the upper and lower plates of a module respectively have at least one connecting portion cooperating with an adjacent adjacent connecting portion of a contiguous module or the housing, for assembling and sealing said modules relative to the housing (body and cover) , and in that
  • said connecting portions form bumps on the outer surfaces of the upper and lower plates, said bumps extending respectively towards the associated adjacent connection portions, it is understood here that the upper and lower plates are symmetrical,
  • said connecting portions form recesses on the internal surfaces opposite the upper and lower plates forming a module
  • connection portions are aligned with a connection portion of the housing having an introduction / discharge orifice of the first fluid, and in that
  • said aligned connection portions respectively have an orifice, all of said orifices communicating with each other so as to define a channel for introducing / discharging the first fluid
  • said plates respectively have two connecting portions disposed on either side of said plate on a common diagonal of said plate
  • said plates respectively have a parallelepipedal general shape with two notches respectively formed on two opposite edges of said plate
  • the housing has an orifice for introducing the second fluid at the orifice for discharging the first fluid, and an orifice for discharging the second fluid at the orifice for introducing the first fluid, for circulation; against the current of the first and second fluids, the housing comprises a housing body in which said modules are stacked, said body being closed by a cover disposed above said modules and fixed to the body by means of hooking tabs,
  • the housing is made in the form of two assembled half-housings
  • the heat exchanger comprises fins disposed in the interior cavity which delimits the first circulation channel and / or in the space defined between said modules which delimits the second circulation channel.
  • the invention also relates to the use of a heat exchanger comprising any of the features described above, as an internal exchanger and placed within an air conditioning loop to heat exchange between a high pressure branch and a low pressure branch of said loop.
  • the invention also covers an air conditioning loop for a motor vehicle comprising a condenser or gas cooler, an expansion member, an evaporator and a compressor traversed in this order by the same refrigerant, said air conditioning loop comprises a high branch. pressure which starts at the compressor outlet and ends at the inlet of the expansion member, and a low pressure branch which starts at the outlet of the expansion member and ends at the inlet of the compressor characterized in that it comprises exchanger heat as described above, said first circulation channel is placed in the high pressure branch and said second circulation channel is placed in the low pressure branch.
  • the first fluid is a fluid at high pressure and high temperature and the second fluid is a fluid at low pressure and low temperature, the first fluid and the second fluid being identical, for example a refrigerant such as R134A or carbon dioxide , which circulates within a closed circuit or air conditioning loop.
  • a refrigerant such as R134A or carbon dioxide
  • FIG. 1 is a sectional view (AA visible in Figure 2) of a heat exchanger thermal device according to the invention
  • FIG. 2 is a partially exploded view of the exchanger of FIG. 1;
  • FIG. 3 represents plates forming a module of the exchanger of FIG. 1, and
  • FIG. 4 is an alternative embodiment of a housing of the exchanger of FIG. 1.
  • FIG. 1 illustrates a heat exchanger 1 for example for a motor vehicle between a first fluid to be heated or cooled and a second fluid intended to absorb or give heat to the first fluid.
  • the first fluid HP (for high pressure) is a fluid to be cooled at high pressure and high temperature and the second fluid BP (for low pressure) is a fluid at low pressure and low temperature intended to absorb the heat of the first HP fluid.
  • the exchanger 1 comprises a housing 3 comprising a housing body 3a and a cover 3b fixed to the housing body 3a.
  • the housing body 3a has a plurality of fastening lugs 5 tight on the lid 3b once the exchanger 1 assembled.
  • the body 3a is made by a stamping process.
  • the plurality of attachment tabs 5 extend beyond a circumferential edge.
  • the body 3a is closed by a bottom through which passes an insertion orifice and an outlet orifice.
  • the hooking tabs 5, the circumferential edge and the bottom are unitary, in that they are made from the same strip.
  • the volume delimited by the circumferential edge and the bottom delimit a space which receives modules 15 stacked flat in this space.
  • the housing 3 has introducer ports for the first fluid HP and BP, and discharge ports for the first fluid HP and BP.
  • the housing body 3a has an inlet port 7 for the first fluid HP and an outlet port 9 for the second LP fluid
  • the lid 3b has an inlet port 1 1 for the second LP fluid. and an exhaust port 13 for the first HP fluid.
  • the introduction orifices 7 and discharge 13 of the first fluid HP are sealingly connected to a supply circuit (not shown) of the first HP fluid.
  • the introduction orifices 11 and the evacuation ports 9 of the second fluid BP are sealingly connected to a supply circuit (not shown) of the second fluid BP.
  • the housing 3, and more particularly the body 3a of the housing, houses a plurality of substantially identical modules 15 superimposed in the housing 3 and fixed in the housing 3 for example by brazing.
  • a module 15 comprises an upper plate 17 and a lower plate 19, shown in more detail in FIG. 3.
  • the upper 17 and lower 19 plates are, for example, generally parallelepiped-shaped metal plates having a small thickness of between 0.5 and 1.5. mm.
  • edge 39 At the angle of the short side (hereinafter edge 39) and the long side of the parallelepipedal shape of the plates is present an outgrowth which extends in the same plane as the plate.
  • This protrusion has a rounded contour and supports connecting portions 27a and 27b (at each end but in the diagonal of the plate). Next to this protrusion and the rest of the small side or edge 39, it is found that the contour of the plate is inclined towards the orifices placed on the opposite edge.
  • the inclined contours delimit, with the inner wall of the body 3a and the lid 3b, an intake chamber dedicated to the low pressure fluid BP.
  • the existence of the inclined contour makes it possible to release a sufficient volume so that the introduction orifice 11 is not obstructed by the upper module 15b.
  • These upper plates 17 and lower 19 are assembled by defining between them an inner cavity 21 ( Figure 1). For this, the contour 23 of the upper plates
  • only one of the two plates (lower or upper) of the same module may comprise a raised contour, thus delimiting the inner cavity 21.
  • This inner cavity 21 forms a first circulation channel of the first fluid HP.
  • the exchanger 1 thus comprises three first channels.
  • the first channels thus formed are parallel to each other and have, for example, a height of 1 to 1.5 mm.
  • Vane 25 may be disposed in these first channels to improve heat exchange.
  • These fins take the form of a turbulence plate folded accordion.
  • connection portions make it possible to assemble the modules 15 with each other and with the housing 3 by cooperating with portions associated adjacent connection of a neighboring module or the housing 3.
  • the bottom of the housing body 3a in contact with the lower module 15a has at least one connecting portion 27 (FIG. 1),
  • the cover 3b in contact with the upper module 15b also has at least one connecting portion 27 (FIG. 2), and
  • Each module 15 has at least one connecting portion 27, more specifically, each upper plate 17 and each lower plate 19 has at least one connecting portion 27a and 27b respectively placed at each end of the plate, at the outgrowth present on the short side of the latter ( Figure 3).
  • the bottom of the housing body 3a and the cover 3b respectively comprise a connecting portion 27.
  • These connecting portions 27 respectively comprise the introduction orifice 7 of the first fluid HP, and the discharge port 13 of the first fluid HP.
  • the upper plates 17 and lower 19 comprise a first connecting portion 27a and a second connecting portion 27b ( Figure 3).
  • the first connection portions 27a of the modules 15 are aligned with each other and with the connecting portion 27 of the housing body 3a.
  • the second connecting portions 27b of the modules 15 are aligned with each other and with the connecting portion 27 of the cover 3b.
  • the connecting portion 27 of the housing body 3 a cooperates with an associated connecting portion 27a of the lower plate 19 of the lower module 15a - the connecting portions 27a and 27b of the upper plate 17 of the lower module 15a cooperate with the connecting portions 27a and 27b associated with the lower plate 19 of the intermediate module 15c,
  • the connecting portions 27a and 27b of the upper plate 17 of the intermediate module 15c cooperate with the connecting portions 27a and 27b associated with the lower plate 19 of the upper module 15b, and
  • a connecting portion 27b of the upper plate 17 of the upper module 15b cooperates with the associated connecting portion 27 of the lid 3b.
  • connecting portions 27a and 27b of the modules 15 also have orifices or holes for the passage of the first HP fluid.
  • the orifices of the first connecting portions 27a communicate with each other and with the introduction orifice 7 of the first fluid HP. This defines an introduction channel of the first HP fluid.
  • the orifices of the second connecting portions 27b communicate with each other and with the discharge orifice 13 of the first fluid HP. This defines a drain channel of the first HP fluid.
  • the connecting portions 27, 27a and 27b cooperate with each other, for example by brazing, in a sealed manner to prevent leakage.
  • first 27a and second 27b connecting portions of a plate 17, 19 may be arranged on either side of the upper plate 17 and lower 19 on a common diagonal of the plate concerned, shown in dashed lines in FIG.
  • connecting portions 27a and 27b in order to improve the circulation of the first fluid HP, it is also possible for the connecting portions 27a and 27b to form recesses on the inner surfaces 29 facing the upper and lower plates 17 and 19.
  • the connecting portion 27 of the housing body 3a forms a bump relative to the surface of the housing body 3a vis-a-vis with the lower module 15a.
  • the connecting portion 27 of the lid 3b forms a bump relative to the surface of the lid 3b vis-à-vis the upper module 15b.
  • the connecting portions 27a and 27b of the modules 15 form bumps on the outer surfaces 31 of the upper plates 17 and lower 19.
  • the formed bumps extend respectively to the adjacent connecting portions 27, 27a or 27b associated.
  • the bumps of the connecting portions 27, 27a and 27b make it possible to define spaces 33 between one or more consecutive modules 15c and between the lower module 15a, respectively upper 15b, and the bottom of the housing body 3a, respectively the lid 3b.
  • These spaces 33 thus delimited form second circulation channels of the second BP fluid parallel to each other with a height which can be between 2 and 4 mm.
  • the exchanger 1 has four second channels.
  • the second channels are located above and below the first channels to optimize the heat exchange between the two HP / BP fluids.
  • fins 35 can be provided in spaces 33 to increase the heat exchange area and the thermal performance.
  • the second channels are also parallel to the first channels so that the two HP and BP fluids flow in two parallel directions.
  • the introduction orifice 11 of the second fluid BP is at the outlet orifice 13 of the first fluid HP and the discharge orifice 9 of the second fluid BP is at the level of of the introduction orifice 7 of the first fluid HP, the two fluids HP and BP circulate against the current.
  • the countercurrent circulation makes it possible to reduce the temperature differences at the outlet of the exchanger 1 and thus to further optimize the performance of the exchanger 1.
  • the circulation of the two fluids HP and BP can be done in the same direction, for a co-current flow.
  • additional holding portions 37 can be provided on the upper plates 17 and lower 19.
  • these additional portions 37 are arranged next to the connecting portions 27a and / or 27b with the same hollow characteristics on the internal surfaces 29 and bumps on the outer surfaces 31 of the upper plates 17 and lower 19 and with a larger size. reduced with respect to the connecting portions 27a and 27b.
  • These additional holding portions 37 have an additional function in that they prohibit any displacement of the fins 35 present in the spaces 33.
  • each upper plate 17 and lower 19 may have two notches respectively formed on two opposite edges 39 of the plate 17 or 19 to improve the distribution of the second LP fluid in the different second channels.
  • the thermal exchange performance is thus improved by keeping a relatively simple form of the upper plates 17 and lower 19 forming the modules 15.
  • the method of assembling an exchanger 1 as described above comprises the following steps: a solder plating is deposited on the surfaces to be joined, for example on the inner surfaces 29 of the upper 17 and lower 19 plates to form modules 15, and on the outer surfaces 31 of the upper 17 and lower 19 and the inner surface of the casing 3 to connect the modules 15 to the casing 3, alternatively the solder plating can be unitary with the aluminum strip from which the upper plates 17 and lower 19, the body 3a and the cover 3b,
  • upper plates 17 and lower plates 19 are introduced into casing body 3a, by placing between each upper / lower plate an interfering plate 35 or 25,
  • the lid 3b is fixed above the modules 15 formed by the upper plates 17 and lower 19, on the housing body 3a, by clamping the fastening tabs 5 of the housing body 3a on the cover 3b so as to exert a pressure on the modules 15, and
  • the housing 3 provides guiding and stacking of the upper plates 17 and lower 19 during this assembly process which allows a rapid assembly of the exchanger and which can be easily automated.
  • the exchanger 1 differs from the first embodiment previously described in that the housing 3 is made in the form of two half-housings 3 'and 3 ".
  • each half-housing 3 ', 3 "respectively in contact with the lower modules 15a and 15b, comprises a connecting portion 27.
  • the modules 15 remain identical with respect to the first embodiment previously described.
  • the two half-housings 3 ', 3 are fixed for example by soldering at a junction 41 between the two half-housings 3', 3" to guarantee the sealing of the housing 3.
  • modules 15 comprising the first channels being assembled in the housing 3 with spaces 33 defining second channels both above and below these first channels, the risk of leakage are minimized.
  • an 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.
  • This air conditioning loop comprises a high pressure branch which starts at the compressor outlet and ends at the inlet of the expansion member, and a low pressure branch which starts at the outlet of the expansion member and ends at the inlet of the compressor.
  • the exchanger according to the invention is used as an internal exchanger, that is to say an exchanger crossed by the high-pressure refrigerant fluid and high temperature that circulates in the first channels and crossed by the same refrigerant fluid at low pressure and low temperature flowing in the second channels.
  • the invention also relates to the use of the exchanger in this air conditioning loop and the air conditioning loop which incorporates such an exchanger.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un échangeur thermique entre un premier (HP) et un second (BP) fluides. Selon l'invention, ledit échangeur comporte une pluralité de modules (15,15a,15b,15c) comprenant respectivement une plaque supérieure (17) et une plaque inférieure (19) assemblées en définissant entre lesdites plaques (17,19) une cavité intérieure (21) formant un premier canal de circulation pour le premier fluide (HP), et ledit échangeur comporte en outre un boîtier (3) dans lequel lesdits modules (15,15a,15b,15c) sont assemblés pour former ledit échangeur en définissant entre lesdits modules des espaces (33) formant des seconds canaux de circulation pour le second fluide (BP).

Description

Échangeur thermique
L'invention concerne un échangeur thermique notamment pour véhicule automobile, tel qu'un échangeur interne dans un circuit de climatisation.
On connaît aujourd'hui des échangeurs thermiques pour véhicules automobiles constitués par un faisceau de tubes disposés parallèlement sur une ou plusieurs rangées, ces tubes étant destinés à la circulation à travers l'échangeur d'un fluide caloporteur.
On connaît encore des échangeurs thermiques comprenant une pluralité de plaques superposées configurées pour définir des canaux de circulation des fluides pour l'échange thermique.
Cependant de tels échangeurs comportent beaucoup de composants, notamment pour assurer l'étanchéité et l'assemblage, ce qui peut également s'avérer long et coûteux. Par ailleurs, la structure d'un tel échangeur doit assurer une étanchéité entre chaque canaux de circulation de fluide mais aussi entre ces canaux et le milieu environnant l'échangeur. Ceci impose une structure et des lignes de brasage qui complique la fabrication et l'assemblage d'un tel échangeur.
L'invention a donc pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un échangeur thermique à moindre coût basé sur une structure simple avec un nombre réduit de composants, permettant de réduire l'encombrement et de faciliter l'assemblage d'un tel échangeur tout en optimisant ses performances.
À cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique entre un premier et un second fluides, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier a l'intérieur duquel est disposé une pluralité de modules comprenant respectivement une plaque supérieure et une plaque inférieure assemblées en définissant entre lesdites plaques une cavité intérieure formant un premier canal de circulation pour le premier fluide, et en ce qu'au moins un second canal de circulation pour le second fluide est délimité par le boîtier et un espace entre lesdits modules.
Un tel échangeur thermique avec une structure simple permet de diminuer le nombre de composants tout en garantissant de bonnes performances de l'échangeur.
Ledit échangeur peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- les plaques supérieure et inférieure d'un module présentent respectivement au moins une portion de raccordement coopérant avec une portion de raccordement adjacente associée d'un module contiguë ou du boîtier, pour assembler et étancher lesdits modules par rapport au boîtier (corps et couvercle), et en ce que
- lesdites portions de raccordement forment des bosses sur les surfaces externes des plaques supérieure et inférieure, lesdites bosses s'étendant respectivement vers les portions de raccordement adjacentes associées, on comprend ici que les plaques supérieure et inférieure sont symétriques,
- lesdites portions de raccordement forment des creux sur les surfaces internes en vis-à-vis des plaques supérieure et inférieure formant un module,
- un nombre prédéterminé de portions de raccordement sont alignées avec une portion de raccordement du boîtier présentant un orifice d'introduction / d'évacuation du premier fluide, et en ce que
- lesdites portions de raccordement alignées présentent respectivement un orifice, l'ensemble desdits orifices communiquant entre eux de manière à définir un canal d'introduction / d'évacuation du premier fluide,
- lesdites plaques présentent respectivement deux portions de raccordement disposées de part et d'autre de ladite plaque sur une diagonale commune de ladite plaque,
- lesdites plaques présentent respectivement une forme générale parallélépipédique avec deux encoches respectivement ménagées sur deux bords opposés de ladite plaque,
- le boîtier présente un orifice d'introduction du second fluide au niveau de l'orifice d'évacuation du premier fluide, et un orifice d'évacuation du second fluide au niveau de l'orifice d'introduction du premier fluide, pour une circulation à contre-courant des premier et second fluides, - le boîtier comporte un corps du boîtier dans lequel sont empilés lesdits modules, ledit corps étant fermé par un couvercle disposé au-dessus desdits modules et fixé au corps par l'intermédiaire de pattes d'accrochage,
- le boîtier est réalisé sous la forme de deux demi-boîtiers assemblés,
- l'échangeur thermique comporte des ailettes disposées dans la cavité intérieure qui délimite le premier canal de circulation et/ou dans l'espace défini entre lesdits module qui délimite le second canal de circulation.
L'invention vise aussi l'utilisation d'un échangeur thermique comprenant l'une quelconque des caractéristiques exposées ci-dessus, en tant qu'échangeur interne et placé au sein d'une boucle de climatisation pour échanger thermiquement entre une branche haute pression et une branche basse pression de ladite boucle.
Enfin, l'invention couvre aussi 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 même fluide réfrigérant , ladite boucle de climatisation comprend une branche haute pression qui débute en sortie de compresseur et se termine en entrée de l'organe de détente, et une branche basse pression qui débute en sortie de l'organe de détente et se termine en entrée du compresseur caractérisée en ce qu'elle comprend échangeur de chaleur tel que décrit ci- dessus, ledit premier canal de circulation est placé dans la branche haute pression et ledit second canal de circulation est placé dans la branche basse pression.
Le premier fluide est un fluide à haute pression et haute température et le second fluide est un fluide à basse pression et basse température, le premier fluide et le deuxième fluide étant identique, par exemple un fluide frigorigène tel que le R134A ou le dioxyde de carbone, qui circule au sein d'un circuit fermé ou boucle de climatisation.
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 qui pourront le cas échéant servir à mieux définir l'invention, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe (A-A visible sur la figure 2) d'un échangeur thermique selon l'invention,
- la figure 2 est une vue partiellement éclatée de l'échangeur de la figure 1 ,
- la figure 3 représente des plaques formant un module de l'échangeur de la figure 1, et
- la figure 4 est une variante de réalisation d'un boîtier de l'échangeur de la figure 1.
Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
La figure 1 illustre un échangeur 1 thermique par exemple pour un véhicule automobile entre un premier fluide à réchauffer ou refroidir et un second fluide destiné à absorber ou céder de la chaleur au premier fluide.
Dans le mode de réalisation décrit, le premier fluide HP (pour Haute Pression) est un fluide à refroidir à haute pression et haute température et le second fluide BP (pour Basse Pression) est un fluide à basse pression et basse température destiné à absorber la chaleur du premier fluide HP.
Selon un premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, l'échangeur 1 comporte un boîtier 3 comportant un corps de boîtier 3 a et un couvercle 3b fixé au corps de boîtier 3a. À cet effet, le corps de boîtier 3a présente une pluralité de pattes d'accrochage 5 serrées sur le couvercle 3b une fois l'échangeur 1 assemblé. Le corps 3a est réalisé par un procédé d'emboutissage. La pluralité de pattes d'accrochage 5 déborde d'un bord circonférentiel. A l'opposé des pattes d'accrochage 5 par rapport au bord circonférentiel, le corps 3a est fermé par un fond au travers duquel passe un orifice d'introduction et un orifice d'évacuation. Les pattes d'accrochage 5, le bord circonférentiel et le fond sont unitaires, 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 15 empilés à plat dans cet espace.
De plus, le boîtier 3 présente des orifices d'introduction pour le premier HP et le second BP fluides, et des orifices d'évacuation pour le premier HP et le second BP fluides. Par exemple, le corps de boîtier 3a comporte un orifice d'introduction 7 pour le premier fluide HP et un orifice d'évacuation 9 pour le second fluide BP, et le couvercle 3b comporte un orifice d'introduction 1 1 pour le second fluide BP et un orifice d'évacuation 13 pour le premier fluide HP. Les orifices d'introduction 7 et d'évacuation 13 du premier fluide HP sont reliés de façon étanche à un circuit d'alimentation (non représenté) du premier fluide HP. De même, les orifices d'introduction 11 et d'évacuation 9 du second fluide BP sont reliés de façon étanche à un circuit d'alimentation (non représenté) du second fluide BP.
Le boîtier 3, et plus particulièrement le corps 3a du boîtier, loge une pluralité de modules 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 1, trois modules 15 sont assemblés dans le boîtier 3 :
- un module inférieur 15a disposé au fond du boîtier 3,
- un module supérieur 15b disposé sur le dessus et
- un module intermédiaire 15c entre les modules inférieur 15a et supérieur 15b.
Bien entendu, on peut disposer plusieurs modules intermédiaires 15c entre les modules inférieur 15a et supérieur 15b.
Un module 15 comporte une plaque supérieure 17 et une plaque inférieure 19 représentées plus en détail sur la figure 3. Les plaques supérieures 17 et inférieures 19 sont par exemple des plaques métalliques de forme générale sensiblement parallélépipédique qui présentent une faible épaisseur comprise entre 0.5 et 1.5 mm. A l'angle du petit côté (ci-après bord 39) et du grand côté de la forme parallélépipédique des plaques est présent une excroissance qui s'étend dans le même plan que la plaque. Cette excroissance présente un contour arrondi et supporte des portions de raccordement 27a et 27b (à chaque extrémité mais dans la diagonale de la plaque). A côté de cette excroissance et sur le reste du petit côté ou bord 39, on constate que le contour de la plaque est incliné en direction des orifices placés sue le bord opposé. Cela constitue une encoche dont la fonction est de distribuer le fluide dans les espaces entre les modules 15. Quand les modules inférieur 15a, supérieur 15b et intermédiaire 15c sont logés dans le corps 3a, les contours inclinés délimitent, avec la paroi interne du corps 3a et le couvercle 3b, une chambre d'admission dédiée au fluide basse pression BP. L'existence du contour incliné permet de dégager un volume suffisant pour que l'orifice d'introduction 11 ne soit pas obstrué par le module supérieur 15b. Ces plaques supérieures 17 et inférieures 19 sont assemblées en définissant entre elles une cavité intérieure 21 (figure 1). Pour cela, le contour 23 des plaques supérieures
17 et inférieures 19 (figure 3) peut être surélevé par rapport à l'intérieur de la plaque concernée. Les contours surélevés 23 de deux plaques supérieure 17 et inférieure 19 sont alors accolés de manière à définir la cavité intérieure 21 (figure 1).
Alternativement, seul une des deux plaques (inférieure ou supérieure) d'un même module peut comporter un contour surélevé, permettant ainsi de délimiter la cavité intérieure 21.
Cette cavité intérieure 21 forme un premier canal de circulation du premier fluide HP. Dans cet exemple avec trois modules 15, l'échangeur 1 comporte donc trois premiers canaux. Les premiers canaux ainsi formés sont parallèles entre eux, et présentent par exemple une hauteur de 1 à 1.5 mm.
Des ailettes 25 peuvent être disposées dans ces premiers canaux pour améliorer l'échange thermique. Ces ailettes prennent la forme d'une plaque turbulatrice pliée en accordéon.
En outre, l'échangeur 1 est assemblé par l'intermédiaire de portions de raccordement sur le boîtier 3 et sur les modules 15. Ces portions de raccordement permettent d'assembler les modules 15 entre eux et avec le boîtier 3 en coopérant avec des portions de raccordement adjacentes associées d'un module 15 voisin ou du boîtier 3.
Plus précisément,
- le fond du corps de boîtier 3a en contact avec le module inférieur 15a présente au moins une portion de raccordement 27 (figure 1),
- le couvercle 3b en contact avec le module supérieur 15b présente également au moins une portion de raccordement 27 (figure 2), et
- chaque module 15 présente au moins une portion de raccordement 27, plus précisément, chaque plaque supérieure 17 et chaque plaque inférieure 19 comporte au moins une portion de raccordement 27a et 27b respectivement placée à chaque extrémité de la plaque, au niveau de l'excroissance présente sur le petit côté de cette dernière (figure 3). 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 raccordement 27. Ces portions de raccordement 27 comportent respectivement l'orifice d'introduction 7 du premier fluide HP, et l'orifice d'évacuation 13 du premier fluide HP. Les plaques supérieures 17 et inférieures 19 comportent quant à elles une première portion de raccordement 27a et une seconde portion de raccordement 27b (figure 3).
Comme on le constate sur les figures 1 et 2, les premières portions de raccordement 27a des modules 15 sont alignées entre elles et avec la portion de raccordement 27 du corps de boîtier 3a. De même, les secondes portions de raccordement 27b des modules 15 sont alignées entre elles et avec la portion de raccordement 27 du couvercle 3b.
Ainsi,
- la portion de raccordement 27 du corps de boîtier 3 a coopère avec une portion de raccordement 27a associée de la plaque inférieure 19 du module inférieur 15a, - les portions de raccordement 27a et 27b de la plaque supérieure 17 du module inférieur 15a coopèrent avec les portions de raccordement 27a et 27b associées de la plaque inférieure 19 du module intermédiaire 15c,
- les portions de raccordement 27a et 27b de la plaque supérieure 17 du module intermédiaire 15c coopèrent avec les portions de raccordement 27a et 27b associées de la plaque inférieure 19 du module supérieur 15b, et
- une portion de raccordement 27b de la plaque supérieure 17 du module supérieur 15b coopère avec la portion de raccordement 27 associée du couvercle 3b.
En outre, les portions de raccordement 27a et 27b des modules 15 présentent également des orifices ou trous pour le passage du premier fluide HP.
Ainsi, les orifices des premières portions de raccordement 27a communiquent entre eux et avec l'orifice d'introduction 7 du premier fluide HP. On définit ainsi un canal d'introduction du premier fluide HP.
De façon similaire, les orifices des secondes portions de raccordement 27b communiquent entre eux et avec l'orifice d'évacuation 13 du premier fluide HP. On définit ainsi un canal d'évacuation du premier fluide HP. Bien entendu, les portions de raccordement 27, 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 première 27a et seconde 27b portions de raccordement d'une plaque 17, 19 peuvent être disposés de part et d'autre de la plaque supérieures 17 et inférieures 19 sur une diagonale commune de la plaque concernée, représentée en pointillés sur la figure 3.
De plus, afin d'améliorer la circulation du premier fluide HP, on peut également prévoir que les portions de raccordement 27a et 27b forment des creux sur les surfaces internes 29 en vis-à-vis des plaques supérieure 17 et inférieure 19.
Par ailleurs dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, la portion de raccordement 27 du corps de boîtier 3a forme une bosse par rapport à la surface du corps de boîtier 3a en vis-à-vis avec le module inférieur 15a. De même, la portion de raccordement 27 du couvercle 3b forme une bosse par rapport à la surface du couvercle 3b en vis-à-vis avec le module supérieur 15b. Et, les portions de raccordement 27a et 27b des modules 15 forment des bosses sur les surfaces externes 31 des plaques supérieures 17 et inférieures 19.
Les bosses formées s'étendent respectivement vers les portions de raccordement 27,27a ou 27b adjacentes associées.
Ainsi, une fois les modules 15 assemblés dans le boîtier 3, les bosses des portions de raccordement 27, 27a et 27b permettent de définir des espaces 33 entre un ou plusieurs modules 15c consécutifs et entre le module inférieur 15a, respectivement supérieur 15b, et le fond du corps de boîtier 3 a, respectivement le couvercle 3b.
Ces espaces 33 ainsi délimités forment des seconds canaux de circulation du second fluide BP parallèles entre eux avec une hauteur pouvant être comprise entre 2 et 4 mm. Dans cet exemple, l'échangeur 1 présente quatre seconds canaux.
Les seconds canaux sont donc situés au-dessus et au-dessous des premiers canaux pour optimiser l'échange thermique entre les deux fluides HP / BP.
Ainsi, avec un nombre réduit de modules 15, ici trois modules 15, on obtient plusieurs premiers et seconds canaux, ici trois premiers canaux et quatre seconds canaux. On limite ainsi les coûts de production et l'encombrement de l'échangeur 1.
On peut prévoir en outre des ailettes 35, ou plaques perturbatrices, dans les espaces 33 pour augmenter la surface d'échange thermique et la performance thermique.
De plus, les seconds canaux sont également parallèles aux premiers canaux de sorte que les deux fluides HP et BP circulent selon deux directions parallèles.
Dans cet échangeur (figures 1,2) l'orifice d'introduction 11 du second fluide BP étant au niveau de l'orifice d'évacuation 13 du premier fluide HP et l'orifice d'évacuation 9 du second fluide BP étant au niveau de l'orifice d'introduction 7 du premier fluide HP, les deux fluides HP et BP circulent à contre-courant. La circulation à contre-courant permet de réduire les écarts de température en sortie de l'échangeur 1 et ainsi d'optimiser encore les performances de l'échangeur 1.
Bien entendu, la circulation des deux fluides HP et BP peut se faire dans le même sens, pour une circulation à co-courant.
Afin d'améliorer le maintien des différents modules 15, on peut prévoir des portions de maintien supplémentaires 37 (figures 2 et 3) sur les plaques supérieures 17 et inférieures 19 . Par exemple, ces portions supplémentaires 37 sont disposées à côté des portions de raccordement 27a et/ou 27b avec les même caractéristiques de creux sur les surfaces internes 29 et bosses sur les surfaces externes 31 des plaques supérieures 17 et inférieures 19 et avec une taille plus réduite par rapport aux portions de raccordement 27a et 27b. Ces portions de maintien supplémentaires 37 présentent un fonction supplémentaire en ce qu'elles interdisent tous déplacements des ailettes 35 présentent dans les espaces 33.
Par ailleurs, chaque plaque supérieure 17 et inférieure 19 peut présenter deux encoches respectivement ménagées sur deux bords opposés 39 de la plaque 17 ou 19 pour améliorer la distribution du second fluide BP dans les différents seconds canaux.
On améliore ainsi les performances d'échange thermique en gardant une forme relativement simple des plaques supérieures 17 et inférieures 19 formant les modules 15.
Ainsi, le procédé d'assemblage d'un échangeur 1 tel que décrit précédemment comprend les étapes suivantes : - on dépose un placage de brasure sur les surfaces à assembler, à titre d'exemple sur les surfaces internes 29 des plaques supérieures 17 et inférieures 19 pour former des modules 15, et sur les surfaces externes 31 des plaques supérieures 17 et inférieures 19 et la surface interne du boîtier 3 pour relier les modules 15 au boîtier 3, alternativement le placage de brasure peut être unitaire avec le feuillard d'aluminium dont sont issues les plaques supérieures 17 et inférieures 19, le corps 3a et le couvercle 3b,
- on introduit alternativement des plaques supérieures 17 et des plaques inférieures 19 dans le corps de boîtier 3a, en disposant entre chaque plaque supérieurs/inférieure une plaque perturbatrice 35 ou 25,
- on fixe le couvercle 3b au-dessus des modules 15 formés par les plaques supérieures 17 et inférieures 19, sur le corps de boîtier 3a, par serrage des pattes d'accrochage 5 du corps de boîtier 3a sur le couvercle 3b de sorte à exercer un pression sur les modules 15, et
- on solidarise l'ensemble formé par le boîtier 3 et les modules 15 par brasage.
Le boîtier 3 assure un guidage et un empilement des plaques supérieures 17 et inférieures 19 durant ce procédé d'assemblage qui permet un assemblage rapide de l'échangeur et qui peut être facilement automatisé.
Selon une alternative représentée sur la figure 4, l'échangeur 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', 3" respectivement en contact avec les modules inférieur 15a et supérieur 15b, comporte une portion de raccordement 27. Les modules 15 restent identiques par rapport au premier mode de réalisation précédemment décrit.
Concernant le procédé d'assemblage, les deux demi-boîtiers 3 ',3" sont fixés par exemple par brasage au niveau d'une jonction 41 entre les deux demi-boîtiers 3',3" pour garantir l'étanchéité du boîtier 3.
Ainsi, une telle structure de l'échangeur 1 permet de limiter l'encombrement de l'échangeur 1 avec des plaques supérieures 17 et inférieures 19 de faible épaisseur et un nombre réduit de composants, tout en garantissant de bonnes performances d'échange thermique.
De plus, les modules 15 comportant les premiers canaux étant assemblés dans le boîtier 3 avec des espaces 33 délimitant des seconds canaux à la fois au-dessus et au- dessous de ces premiers canaux, les risques de fuite sont minimisés.
Enfin, un tel échangeur 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. Cette boucle de climatisation comprend une branche haute pression qui débute en sortie de compresseur et se termine en entrée de l'organe de détente, et une branche basse pression qui débute en sortie de l'organe de détente et se termine en entrée du compresseur. Dans ce cas, l'échangeur selon l'invention est utilisé en tant qu'échangeur interne, c'est-à-dire une échangeur traversé par le fluide réfrigérant à haute pression et haute température qui circule dans les premiers canaux et traversé par le même fluide réfrigérant à basse pression et basse température qui circule dans les seconds canaux. L'invention vise également l'utilisation de l'échangeur dans cette boucle climatisation et la boucle de climatisation qui incorpore un tel échangeur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Échangeur thermique entre un premier (HP) et un second (BP) fluides, caractérisé en ce que :
- ledit échangeur comporte un boîtier (3) a l'intérieur duquel est disposé une pluralité de modules (15, 15a, 15b, 15c) comprenant respectivement une plaque supérieure (17) et une plaque inférieure (19) assemblées en définissant entre lesdites plaques (17, 19) une cavité intérieure (21) formant un premier canal de circulation pour le premier fluide (HP), et en ce que
- au moins un second canal de circulation pour le second fluide (BP) est délimité par le boîtier (3) et un espace (33) entre lesdits modules.
2. Échangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que :
- les plaques supérieure (17) et inférieure (19) d'un module (15, 15a, 15b, 15c) présentent respectivement au moins une portion de raccordement
(27a, 27b) coopérant avec une portion de raccordement (27, 27a, 27b) adjacente associée d'un module contiguë (15, 15a, 15b, 15c) ou du boîtier (3), et en ce que
- lesdites portions de raccordement (27a, 27b) forment des bosses sur les surfaces externes (31) des plaques supérieure (17) et inférieure (19), lesdites bosses s'étendant respectivement vers les portions de raccordement (27, 27a, 27b) adjacentes associées.
3. Échangeur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites portions de raccordement (27a, 27b) forment des creux sur les surfaces internes (29) en vis-à-vis des plaques supérieure (17) et inférieure (19) formant un module (15,15a,15b,15c).
4. Échangeur thermique selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que :
- un nombre prédéterminé de portions de raccordement (27a, 27b) sont alignées avec une portion de raccordement (27) du boîtier présentant un orifice d'introduction (7) / d'évacuation (13) du premier fluide (HP), et en ce que
- lesdites portions de raccordement (27a, 27b) alignées présentent respectivement un orifice, l'ensemble desdits orifices communiquant entre eux de manière à définir un canal d'introduction / d'évacuation du premier fluide (HP).
5. Échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdites plaques (17, 19) présentent respectivement deux portions de raccordement (27a, 27b) disposées de part et d'autre de ladite plaque (17, 19) sur une diagonale commune de ladite plaque (17, 19).
6. Échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdites plaques (17, 19) présentent respectivement une forme générale parallélépipédique avec deux encoches respectivement ménagées sur deux bords opposés (39) de ladite plaque (17, 19).
7. Échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le boîtier (3) présente un orifice d'introduction (11) du second fluide (BP) au niveau de l'orifice d'évacuation (13) du premier fluide (HP), et un orifice d'évacuation (9) du second fluide (BP) au niveau de l'orifice d'introduction (7) du premier fluide (HP), pour une circulation à contre-courant des premier (HP) et second (BP) fluides.
8. Échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le boîtier comporte un corps (3a) du boîtier (3) dans lequel sont empilés lesdits modules (15, 15a, 15b, 15c), ledit corps étant fermé par un couvercle (3b) disposé au-dessus desdits modules (15, 15a, 15b, 15c) et fixé au corps (3a) par l'intermédiaire de pattes d'accrochage (5).
9. Échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le boîtier (3) est réalisé sous la forme de deux demi- boîtiers (3',3") assemblés.
10. Échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des ailettes (25,35) disposées dans la cavité intérieure (21) qui délimite le premier canal de circulation et/ou dans l'espace (33) défini entre lesdits module qui délimite le second canal de circulation.
11. Utilisation d'un échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes en tant qu'échangeur interne et placé au sein d'une boucle de climatisation pour échanger thermiquement entre une branche haute pression et une branche basse pression de ladite boucle.
12. 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 même fluide réfrigérant , ladite boucle de climatisation comprend une branche haute pression qui débute en sortie de compresseur et se termine en entrée de l'organe de détente, et une branche basse pression qui débute en sortie de l'organe de détente et se termine en entrée du compresseur caractérisée en ce qu'elle comprend échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ledit premier canal de circulation est placé dans la branche haute pression et ledit second canal de circulation est placé dans la branche basse pression.
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