FR3142241A1 - Echangeur de chaleur pour véhicule automobile - Google Patents

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heat exchanger
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air flow
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FR2212163A
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Stefan Karl
Mohamed Yahia
Bertrand NICOLAS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Abstract

L’invention concerne un échangeur de chaleur (50) pour véhicule automobile, comportant :- une première section d’échange thermique (1) configurée pour permettre un échange thermique entre un fluide réfrigérant et un flux d’air (F),comprenant un premier faisceau de tubes (3) formant un ensemble de canaux de circulation du fluide réfrigérant,- une deuxième section d’échange thermique (2) configurée pour permettre un échange thermique entre un liquide caloporteur et le flux d’air (F),comprenant un deuxième faisceau de tubes (4) formant un ensemble de canaux de circulation de liquide caloporteur,dans lequel les tubes (3) du premier faisceau de tubes ont une forme en U comportant une première branche (5) et une deuxième branche (7) reliées par une base (6),dans lequel la première branche (5) est disposée en amont de la deuxième branche (7) selon un sens d’écoulement du flux d’air (F), etdans lequel le deuxième faisceau de tubes (4) est disposé entre la première branche (5) et la deuxième branche (7) des tubes (3). Figure de l’abrégé : Figure 1

Description

Echangeur de chaleur pour véhicule automobile
La présente invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleurs, en particulier des échangeurs de chaleur pour véhicule automobile. De tels échangeurs peuvent équiper un système de conditionnement thermique équipant un véhicule automobile. Un tel système de conditionnement thermique permet d’assurer une régulation thermique de différents organes du véhicule, comme l’habitacle ou une batterie de stockage d’énergie électrique, lorsque le véhicule est à propulsion électrique. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant circulant dans un circuit dans lequel sont disposés plusieurs échangeurs de chaleur. Un compresseur permet de faire passer le fluide réfrigérant à haute pression et de le faire circuler dans le circuit.
Le circuit de fluide réfrigérant comporte habituellement un premier échangeur de chaleur assurant la condensation du fluide réfrigérant à haute pression refoulé par le compresseur, ou son refroidissement dans le cas d’un fluide à l’état supercritique. Le fluide réfrigérant circulant dans ce premier échangeur et cède de la chaleur à un flux d’air traversant l’échangeur de chaleur.
Par ailleurs, il est également habituel de refroidir un élément de la chaine de traction du véhicule grâce à une circulation de liquide caloporteur. Pour cela, un liquide caloporteur reçoit de la chaleur de l’élément de la chaine de traction, et dissipe de la chaleur par exemple dans un flux d’air, au niveau d’un deuxième échangeur de chaleur.
L’intégration de ces deux échangeurs de chaleur dans le véhicule peut être délicate, en raison notamment de leur encombrement lorsque les deux échangeurs sont décalés l’un par rapport à l’autre de façon à recevoir simultanément un même flux d’air. Afin de limiter l’encombrement, les deux échangeurs peuvent aussi être alignés selon la direction du flux d’air de façon à être parcourus successivement par un même flux d’air. Cependant, l’échauffement de l’air lors de sa traversée de l’échangeur situé en amont tend à pénaliser l’efficacité de l’échangeur situé en aval.
La présente invention vise à proposer une solution plus facile à intégrer car plus compacte et fournissant des performances thermodynamiques améliorées.
Résumé
A cette fin, la présente invention propose un échangeur de chaleur pour véhicule automobile, comportant :
- une première section d’échange thermique configurée pour permettre un échange de chaleur entre un fluide réfrigérant et un flux d’air,
la première section d’échange thermique comprenant un premier faisceau de tubes formant un ensemble de canaux de circulation du fluide réfrigérant configurés pour être disposés dans le flux d’air,
- une deuxième section d’échange thermique configurée pour permettre un échange de chaleur entre un liquide caloporteur et le flux d’air,
la deuxième section d’échange thermique comprenant un deuxième faisceau de tubes formant un ensemble de canaux de circulation de liquide caloporteur configurés pour être disposés dans le flux d’air,
dans lequel les tubes du premier faisceau de tubes ont une forme en U comportant une première branche et une deuxième branche reliées par une base,
dans lequel la première branche est disposée en amont de la deuxième branche selon un sens d’écoulement du flux d’air, et
dans lequel le deuxième faisceau de tubes est disposé entre la première branche et la deuxième branche des tubes du premier faisceau de tubes selon le sens d’écoulement du flux d’air.
La forme en U des tubes du premier faisceau de tubes permet d’augmenter la longueur participant aux échanges thermiques de la première section d’échange thermique, tout en limitant la surface frontale de l’échangeur. La deuxième section d’échange thermique étant disposée dans le volume libre formé par l’espacement des branches de chacun des tubes en U du premier faisceau de tubes, la présence de la deuxième section d’échange thermique ne modifie pas le volume extérieur de l’échangeur de chaleur. L’échangeur de chaleur possède ainsi une forme très compacte.
De plus, la première branche des tubes est, pour la circulation du flux d’air, en amont de la deuxième section d’échange thermique, qui est elle-même en amont de la deuxième branche des tubes de la première section d’échange thermique. Chaque tube, ou portion de tube, reçoit ainsi un flux d’air possédant une température adaptée à la température du fluide circulant à l’intérieur. Autrement dit, la première branche de la première section d’échange thermique reçoit un flux d’air ambiant frais qui n’a pas été échauffé par son passage dans un échangeur thermique, ce qui augmente son efficacité. Le flux d’air sortant de la première branche de la première section d’échange thermique possède une température suffisamment faible pour garantir une bonne efficacité d’échange avec la deuxième section d’échange thermique. De même, le flux d’air échauffé par son passage dans la deuxième section d’échange thermique a encore une température suffisamment faible pour garantir une bonne efficacité d’échange avec le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième branche de la première section d’échange thermique. L’efficacité de l’échangeur de chaleur, pour un encombrement donné, est ainsi optimisée. De plus, d’éventuelles contraintes de température maximale du caloporteur en sortie de la deuxième section d’échange thermique peuvent être respectées grâce à la disposition proposée.
Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
Selon un aspect de l’échangeur de chaleur proposé, le deuxième faisceau de tubes est disposé en aval de la première branche des tubes du premier faisceau et en amont de la deuxième branche des tubes du premier faisceau.
Selon un mode de fonctionnement de l’échangeur de chaleur, la première section d’échange thermique fonctionne en condenseur du fluide réfrigérant.
Selon un mode de fonctionnement de l’échangeur, le fluide réfrigérant circulant dans la première section d’échange thermique cède de la chaleur au flux d’air.
Selon ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule depuis la deuxième branche des tubes vers la première branche des tubes.
Selon un autre mode de fonctionnement de l’échangeur de chaleur, la première section d’échange thermique fonctionne en évaporateur du fluide réfrigérant.
Selon un mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circulant dans la première section d’échange thermique reçoit de la chaleur du flux d’air.
Selon ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule depuis la première branche des tubes vers la deuxième branche des tubes.
Selon un exemple de mise en œuvre de l’échangeur de chaleur, le flux d’air est un flux d’air extérieur au véhicule.
Selon un autre exemple de mise en œuvre de l’échangeur de chaleur, le flux d’air est un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
Dans une application de l’échangeur de chaleur, le fluide réfrigérant peut être un fluide chimique, comme du R1234yf, ou du R134a.
Dans une autre application de l’échangeur de chaleur, le fluide réfrigérant peut être du R744 ou du R290.
Le liquide caloporteur peut être un mélange d’eau et de glycol.
Selon un aspect de l’échangeur de chaleur, chaque tube du premier faisceau de tubes s’étend dans un plan.
Les tubes du premier faisceau de tubes sont disposés dans des plans parallèles.
Les tubes du premier faisceau de tubes sont alignés selon une direction perpendiculaire au plan des tubes.
Selon un mode de réalisation de l’échangeur de chaleur, le deuxième faisceau de tubes s’étend entre deux plans parallèles, ces deux plans étant perpendiculaires au plan des tubes du premier faisceau.
L’échangeur de chaleur possède ainsi une forme compacte, la deuxième section d’échange thermique remplissant l’espace laissé libre entre l’ensemble des premières branches des tubes de la première section d’échange thermique et l’ensemble des deuxièmes branches des tubes.
La première branche d’un tube du premier faisceau de tubes est reliée à la première branche d’un tube consécutif par un premier ensemble d’ailettes.
La deuxième branche d’un tube du premier faisceau de tubes est reliée à la deuxième branche d’un tube consécutif par un deuxième ensemble d’ailettes.
Les ailettes améliorent le transfert thermique entre le flux d’air et le fluide réfrigérant circulant dans les tubes de la première section d’échange thermique.
Les ailettes comportent des fentes de passage du flux d’air.
Selon un aspect de l’échangeur de chaleur, la base d’un tube du premier faisceau de tubes est espacée de la base d’un tube consécutif.
Lorsque la première section d’échange thermique fonctionne en évaporateur alors que la température extérieure est inférieure à 0°C ou proche de 0°C, de la glace peut se former sur au moins une partie des tubes du faisceau de tubes. Lorsque la glace fond, l’eau coule le long des tubes jusqu’à la base des tubes. L’écartement existant entre deux tubes voisins permet à l’eau de s’écouler, et évite l’accumulation d’eau au niveau de la base des tubes. Le risque de givrer à nouveau la première section d’échange thermique est ainsi réduit.
Le pourtour extérieur des tubes du premier faisceau de tubes possède une section transversale de forme oblongue.
Les tubes du premier faisceau de tubes sont par exemple des tubes à micro-canaux.
Selon un mode de réalisation de l’échangeur de chaleur, le pourtour extérieur des tubes du premier faisceau de tubes possède une section transversale de forme oblongue, définissant un grand axe et un petit axe, et le grand axe de la première branche des tubes est parallèle au flux d’air.
Selon un mode de réalisation, le grand axe de la deuxième branche des tubes est parallèle au flux d’air.
Les tubes du premier faisceau de tubes peuvent être vrillés au voisinage d’une jonction entre la première branche et la base.
De même, les tubes du premier faisceau de tubes peuvent être vrillés au voisinage d’une jonction entre la base et la deuxième branche.
Dans ce mode de réalisation, le grand axe de la base des tubes est perpendiculaire au flux d’air.
Selon un exemple de mise en œuvre de l’échangeur de chaleur, la base des tubes du premier faisceau de tubes définit un côté inférieur de l’échangeur de chaleur lorsque l’échangeur de chaleur est en position nominale d’installation dans le véhicule.
Selon cet exemple de mise en œuvre de l’échangeur de chaleur, la première branche des tubes du premier faisceau de tubes s’étend selon un axe vertical lorsque l’échangeur de chaleur est en position nominale d’installation dans le véhicule.
Cette configuration est favorable à l’évacuation de l’eau provenant du dégivrage de l’échangeur de chaleur, lorsqu’un dépôt de glace accumulé sur la surface de la première section d’échange thermique et/ou la deuxième section d’échange thermique fond. En effet, l’eau liquide peut couler le long des tubes sans rencontrer d’obstacle pouvant créer une retenue.
Selon un autre exemple de mise en œuvre, la base des tubes du premier faisceau définit un côté latéral de l’échangeur de chaleur lorsque l’échangeur de chaleur est en position nominale d’installation dans le véhicule.
Selon cet exemple de mise en œuvre de l’échangeur de chaleur, la première branche des tubes du premier faisceau de tubes s’étend selon un axe horizontal lorsque l’échangeur de chaleur est en position nominale d’installation dans le véhicule.
Cette configuration permet d’éviter une éventuelle corrosion de la partie la plus basse de l’échangeur de chaleur sous l’action de l’humidité accumulée. De plus, cette configuration permet de limiter le nombre de tubes nécessaires lorsque l’échangeur de chaleur possède une faible hauteur et une largeur importante. On entend par hauteur la dimension selon l’axe vertical et la largeur la dimension selon l’axe transversal du véhicule lorsque l’échangeur est installé dans le véhicule de manière nominale. La fabrication de l’échangeur est ainsi facilitée pour les applications dans lesquelles le véhicule possède une face avant de faible hauteur.
Une première extrémité des tubes du premier faisceau de tubes débouche dans un premier distributeur configuré pour répartir le fluide réfrigérant entre l’ensemble des tubes du premier faisceau de tubes.
Le premier distributeur s’étend transversalement à l’axe des tubes du premier faisceau de tubes.
Le premier distributeur est de forme cylindrique.
Le premier distributeur comprend une entrée de fluide réfrigérant.
Une deuxième extrémité des tubes du premier faisceau de tubes débouche dans un premier collecteur configuré pour rassembler le fluide réfrigérant provenant de l’ensemble des tubes du premier faisceau de tubes.
Le premier collecteur s’étend transversalement à l’axe des tubes du premier faisceau de tubes.
Le premier collecteur est de forme cylindrique.
Le premier collecteur comprend une sortie de fluide réfrigérant.
Le premier collecteur et le premier distributeur s’étendent selon des directions parallèles.
Les tubes du premier faisceau de tubes sont identiques.
Selon un mode de réalisation, l’entrée de fluide réfrigérant et la sortie de fluide réfrigérant sont en vis-à-vis selon une direction perpendiculaire à l’axe du premier distributeur.
Selon un exemple de mise en œuvre de l’échangeur de chaleur, le premier distributeur est disposé en aval du premier collecteur selon un sens d’écoulement du flux d’air lorsque l’échangeur de chaleur est en position nominale d’installation dans le véhicule.
Dans un autre exemple de mise en œuvre de l’échangeur de chaleur, le premier collecteur est disposé en aval du premier distributeur selon un sens d’écoulement du flux d’air lorsque l’échangeur de chaleur est en position nominale d’installation dans le véhicule.
Selon un mode de réalisation de l’échangeur de chaleur, la première branche des tubes du premier faisceau de tubes et la deuxième branche des tubes du premier faisceau de tubes ont la même longueur. La longueur de la première branche et de la deuxième branche des tubes du premier faisceau de tubes est par exemple comprise entre 300 millimètres et 600 millimètres.
Selon un autre mode de réalisation de l’échangeur de chaleur, la longueur de la première branche des tubes du premier faisceau de tubes est inférieure à la longueur de la deuxième branche des tubes du premier faisceau de tubes.
La quantité de matière utilisée pour réaliser le premier faisceau de tubes est ainsi diminuée. De plus, une partie des tubes du deuxième faisceau de tubes reçoit directement le flux d’air F, sans aucun tube du premier faisceau disposé en amont. Le cout de revient de l’échangeur peut être diminué sans compromettre son efficacité.
Dans ce cas, la longueur de la première branche des tubes du premier faisceau de tubes est par exemple comprise entre 100 millimètres et 300 millimètres.
La longueur de la deuxième branche des tubes du premier faisceau de tubes est par exemple comprise entre 300 millimètres et 600 millimètres.
Selon un mode de réalisation, les tubes du deuxième faisceau de tubes s’étendent transversalement aux tubes du premier faisceau de tubes.
Les tubes du deuxième faisceau de tubes sont parallèles entre eux.
Les tubes du deuxième faisceau de tubes sont identiques.
La deuxième section d’échange thermique est de forme sensiblement parallélépipédique.
Une première extrémité des tubes du deuxième faisceau de tubes débouche dans un deuxième distributeur configuré pour répartir le liquide caloporteur entre l’ensemble des tubes du deuxième faisceau de tubes.
Le deuxième distributeur s’étend transversalement à l’axe des tubes du deuxième faisceau de tubes.
Le deuxième distributeur comprend une entrée de liquide caloporteur.
Une deuxième extrémité des tubes du deuxième faisceau de tubes débouche dans un deuxième collecteur configuré pour rassembler le liquide caloporteur provenant de l’ensemble des tubes du deuxième faisceau de tubes.
Le deuxième collecteur s’étend transversalement à l’axe des tubes du deuxième faisceau de tubes.
Le deuxième collecteur comprend une sortie de liquide caloporteur.
Le pourtour des tubes du deuxième faisceau de tubes possède une section transversale de forme oblongue.
Selon un mode de réalisation, l’échangeur de chaleur comporte un support disposé entre au moins une partie des tubes du deuxième faisceau de tubes et la base d’au moins une partie des tubes du premier faisceau de tubes.
L’échangeur de chaleur peut comporter un support reliant la deuxième section d’échange thermique à la base des tubes du premier faisceau de tubes.
Le support assure un maintien mécanique des bases des tubes de la première section d’échange thermique par rapport à la deuxième section d’échange thermique, ce qui permet d’atténuer la propagation des vibrations du véhicule dans les tubes de la première section d’échange thermique.
Selon un exemple de réalisation de l’échangeur de chaleur, le support possède une conductivité thermique inférieure à la conductivité thermique des tubes du premier faisceau, de préférence inférieure à 10% de la conductivité thermique des tubes du premier faisceau.
Ainsi, le support isole thermiquement la base des tubes de la première section d’échange thermique par rapport à la deuxième section d’échange thermique, en évitant la formation d’un pont thermique.
Le support est par exemple en plastique, notamment en polyamide chargé de fibres de verres (par exemple PA6 chargé de 30% de fibres de verre) ou encore en polypropylène chargé de fibres de verres. (par exemple PP chargé de 30% de fibres de verre.
Le support peut solidariser la deuxième section d’échange thermique avec la base des tubes du premier faisceau de tubes.
Selon un exemple de réalisation, la deuxième section d’échange thermique comprend une face disposée en vis-à-vis de la base des tubes du premier faisceau de tubes, et le support relie la base des tubes du premier faisceau de tubes avec la face disposée en vis-à-vis.
Selon un mode de réalisation de l’échangeur de chaleur, le support comprend une paroi étanche reliant la deuxième section d’échange thermique à la base des tubes du premier faisceau de tubes de façon à bloquer une circulation du flux d’air entre la deuxième section d’échange thermique et la base des tubes du premier faisceau de tubes.
La paroi étanche évite que le flux d’air circule dans l’espace compris entre la base des tubes du premier faisceau et la face de la deuxième section d’échange thermique, qui est située en vis-à-vis. La paroi étanche évite ainsi qu’une partie du flux d’air F ressorte de l’échangeur sans échanger de chaleur avec la deuxième section d’échange thermique.
Le support peut avoir une section trapézoïdale.
La petite base du trapèze est en vis-à-vis de la deuxième section d’échange thermique. La grande base est en vis-à-vis de la base des tubes du premier faisceau de tubes.
Ainsi, le support guide vers la deuxième section d’échange thermique le flux d’air s’écoulant à proximité de la base des tubes du premier faisceau de tubes. De plus, l’eau provenant des phases de dégivrage peut aussi être guidée vers le bas de l’échangeur, ce qui favorise l’évacuation de cette eau.
Selon un exemple de réalisation, le support est solidaire de la base de chacun des tubes du premier faisceau de tubes.
Le support assure un maintien mécanique des tubes les uns par rapport aux autres, ce qui limite l’amplitude des vibrations. La robustesse mécanique de l’échangeur de chaleur est améliorée.
Le support est par exemple surmoulé sur la base des tubes du premier faisceau de tubes.
En variante, la face de la deuxième section d’échange thermique peut être solidarisée avec la base des tubes de la première section d’échange thermique, notamment par une brasure.
Selon une variante de réalisation, les tubes du deuxième faisceau de tubes s’étendent parallèlement à la première branche des tubes du premier faisceau de tubes.
Cette disposition permet de disposer le deuxième collecteur ou le deuxième distributeur en vis-à-vis de la base des tubes du premier faisceau de tubes. La base des tubes de fluide réfrigérant peut ainsi être fixée au deuxième collecteur, ou au deuxième distributeur. Le support permettant de solidariser la deuxième section d’échange thermique avec la base des tubes du premier faisceau de tubes n’est pas nécessaire.
De plus, l’un parmi le distributeur et le collecteur du deuxième faisceau de tubes peut être aligné avec le collecteur/distributeur de fluide réfrigérant situé en amont. Le flux d’air traversant l’échangeur de chaleur est ainsi moins perturbé, ce qui améliore son efficacité pour un encombrement donné.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
est une vue schématique, de côté et en coupe, d’un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de l’invention,
est une vue schématique, de face, de l’échangeur de chaleur de la ,
est une vue schématique, de côté et en coupe, d’un échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
est une vue schématique de détail, de côté et en coupe, d’une variante d’un échangeur de chaleur selon l’invention,
est une vue schématique partielle, en perspective, d’un échangeur de chaleur selon l’invention.
est une vue schématique partielle, de dessus, de trois variantes d’un échangeur de chaleur selon l’invention,
est une vue schématique partielle d’un tube du premier faisceau de tubes d’un échangeur de chaleur selon l’invention.
Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre et on peut interchanger les dénominations.
Dans la description qui suit, le terme " un premier élément en amont d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, d'un fluide. De manière analogue, le terme " un premier élément en aval d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, du fluide considéré.
Le terme « un deuxième élément est placé entre un premier élément et un troisième élément » signifie que le plus court trajet pour passer du premier élément au troisième élément passe par le deuxième élément.
Quand il est précisé qu'un sous-système comporte un élément donné, cela n'exclut pas la présence d'autres éléments dans ce sous-système.
Le terme «échangeur» est équivalent au terme «échangeur de chaleur » ainsi qu’au terme « échangeur thermique ».
L’échangeur de chaleur 50 qui va être décrit peut être intégré à un système de conditionnement thermique. Le système de conditionnement thermique comprend un circuit de fluide réfrigérant et un circuit de liquide caloporteur. Le circuit de fluide réfrigérant forme un circuit fermé dans lequel peut circuler le fluide réfrigérant. Le circuit de fluide réfrigérant est étanche lorsque celui-ci est dans un état nominal de fonctionnement, c’est-à-dire sans défaut ou fuite. De même, le circuit de liquide caloporteur forme un circuit fermé et étanche dans lequel un liquide caloporteur peut circuler.
Le système de conditionnement thermique comprend un compresseur faisant passer le fluide réfrigérant à un état de haute pression et haute température. Le fluide réfrigérant à haute pression et haute température peut être envoyé vers une première section d’échange thermique 1 de l’échangeur de chaleur 50 où le fluide réfrigérant va céder de la chaleur à un flux d’air F. L’échangeur de chaleur 50 est par exemple disposé dans la face avant du véhicule, et reçoit un flux d’air F extérieur à l’habitacle du véhicule, résultant notamment de l’avancement du véhicule. Le fluide réfrigérant refroidi peut ensuite traverser un détendeur et passer à basse pression, puis s’évaporer dans un deuxième échangeur de chaleur. Le deuxième échangeur de chaleur est par exemple disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule, désignée fréquemment par le terme Anglais « HVAC », pour « Heating, Ventilating and Air Conditioning ». Le deuxième échangeur de chaleur permet ainsi de refroidir l’habitacle du véhicule. En variante, le deuxième échangeur de chaleur peut être un échangeur de refroidissement couplé thermiquement à une batterie de stockage d’énergie électrique. Le deuxième échangeur permet ainsi de refroidir la batterie, notamment lors des phases de charge rapide.
Selon d’autres modes d’utilisation du système de conditionnement thermique, l’échangeur de chaleur 50 peut recevoir du fluide réfrigérant à basse pression et réaliser l’évaporation du fluide réfrigérant. Les phases de chauffage ou de déshumidification de l’air de l’habitacle correspondent à ces modes d’utilisation.
Le circuit de liquide caloporteur du système de conditionnement thermique permet de refroidir un élément de la chaine de traction électrique du véhicule. L’élément de la chaine de traction électrique peut comprendre une batterie de stockage d’énergie électrique, ou un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule, ou le moteur lui-même. Le liquide caloporteur reçoit ainsi de la chaleur de l’élément de la chaine de traction, et cette chaleur est dissipée au niveau d’une deuxième section d’échange thermique 2 de l’échangeur 50.
On a représenté sur la un échangeur de chaleur 50 selon un premier mode de réalisation. L’échangeur de chaleur 50 est par exemple un échangeur de chaleur pour véhicule automobile. Sur les différentes figures, l’axe X correspond à l’axe longitudinal du véhicule, l’axe Y correspond à l’axe transversal, et l’axe Z correspond à l’axe vertical.
L’échangeur de chaleur 50 pour véhicule automobile comporte :
- une première section d’échange thermique 1 configurée pour permettre un échange de chaleur entre un fluide réfrigérant et un flux d’air F,
la première section d’échange thermique 1 comprenant un premier faisceau 11 de tubes 3 formant un ensemble de canaux de circulation du fluide réfrigérant configurés pour être disposés dans le flux d’air F,
- une deuxième section d’échange thermique 2 configurée pour permettre un échange de chaleur entre un liquide caloporteur et le flux d’air F,
la deuxième section d’échange thermique comprenant un deuxième faisceau 12 de tubes 4 formant un ensemble de canaux de circulation de liquide caloporteur configurés pour être disposés dans le flux d’air F.
Les tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes ont une forme en U comportant une première branche 5 et une deuxième branche 7 reliées par une base 6.
La première branche 5 est disposée en amont de la deuxième branche 7 selon un sens d’écoulement du flux d’air F, et
le deuxième faisceau de tubes 12 est disposé entre la première branche 5 et la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau de tubes 1 selon le sens d’écoulement du flux d’air F.
La forme en U des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes 3 permet d’augmenter la longueur participant aux échanges thermiques de la première section d’échange thermique, tout en limitant la surface frontale de l’échangeur 50. De plus, une portion des tubes, formant la première branche 5, reçoit directement de l’air ambiant n’ayant pas été réchauffé par un autre échangeur de chaleur, ce qui augmente l’efficacité de l’échange thermique. La deuxième section d’échange thermique 2 est disposée dans le volume libre formé par l’espacement des branches 5,7 de chacun des tubes 3 en U du premier faisceau 11 de tubes. La présence de la deuxième section d’échange thermique 2 ne modifie pas le volume extérieur de l’échangeur de chaleur 50. L’échangeur de chaleur 50 possède ainsi une forme très compacte et optimisée thermiquement.
De plus, la première branche 5 des tubes 3 est disposée, par rapport à la circulation du flux d’air F, en amont de la deuxième section d’échange thermique 2, qui est elle-même disposée en amont de la deuxième branche 7 des tubes 3 de la première section d’échange thermique 1. Chaque tube, ou portion de tube, reçoit ainsi un flux d’air possédant une température adaptée à la température du fluide circulant à l’intérieur de ce tube. Autrement dit, la première branche 5 de la première section d’échange thermique 1 reçoit un flux d’air ambiant frais qui n’a pas été échauffé par un passage dans un échangeur thermique, ce qui augmente son efficacité pour l’échange thermique. Le flux d’air sortant de la première branche 5 de la première section d’échange thermique 1 possède une température suffisamment faible pour garantir une bonne efficacité d’échange avec le fluide circulant dans la deuxième section d’échange thermique 2. De même, le flux d’air échauffé par son passage dans la deuxième section d’échange thermique 2 a encore une température suffisamment faible pour garantir une bonne efficacité d’échange avec le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième branche 7 de la première section d’échange thermique 1. L’efficacité de l’échangeur de chaleur 50, pour un encombrement donné, est ainsi optimisée.
On entend par le fait que les tubes du premier faisceau 11 ont une forme en U que les tubes comprennent une première portion rectiligne, dite première branche 5, reliée fluidiquement à une deuxième portion rectiligne, dite deuxième branche 7, par une portion intermédiaire dite base 6. La première branche 5 et la deuxième branche 7 s’étendent parallèlement en vis-à-vis l’une de l’autre. La portion intermédiaire 6 s’étend transversalement à la première branche 5 et à la deuxième branche 7. La portion intermédiaire est ici rectiligne. La première branche 5, la deuxième branche 7 et la portion intermédiaire 6 sont disposées dans un même plan.
Selon une variante non représentée, la portion intermédiaire peut avoir une forme courbe.
Le deuxième faisceau de tubes 12 est disposé en aval de la première branche des tubes 3 du premier faisceau 11 et en amont de la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau 11.
Selon un mode de fonctionnement de l’échangeur de chaleur 50, la première section d’échange thermique 1 fonctionne en condenseur du fluide réfrigérant.
Selon ce mode de fonctionnement de l’échangeur 50, le fluide réfrigérant circulant dans la première section d’échange thermique 1 cède de la chaleur au flux d’air F. Il en est de même lorsque le fluide réfrigérant utilisé est dans un état supercritique. Dans ce cas, l’échangeur 50 fonctionne en refroidisseur du fluide réfrigérant, sans qu’il y ait condensation. Un tel fonctionnement se produit par exemple lorsque le fluide réfrigérant employé est le R744.
Selon ce mode de fonctionnement en condenseur et ou en refroidisseur, le fluide réfrigérant circule depuis la deuxième branche 7 des tubes 3 vers la première branche 5 des tubes 3. Autrement dit, le fluide réfrigérant le plus chaud arrive dans la première section d’échange thermique 1 par la portion des tubes disposée la plus en aval selon la circulation du flux d’air F.
Selon un autre mode de fonctionnement de l’échangeur de chaleur 50, la première section d’échange thermique 1 fonctionne en évaporateur du fluide réfrigérant.
Selon ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circulant dans la première section d’échange thermique 1 reçoit de la chaleur du flux d’air F. Ce mode de fonctionnement correspond par exemple au mode pompe à chaleur.
Selon ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule depuis la première branche 5 des tubes 3 vers la deuxième branche 7 des tubes 3. Autrement dit, le fluide réfrigérant arrive dans la première section d’échange thermique 1 par la portion des tubes située la plus en amont selon la circulation du flux d’air F. De préférence, le sens de circulation du fluide réfrigérant est inversé suivant que l’échangeur 50 fonctionne en condenseur ou en évaporateur. Cette inversion de sens de circulation en fonction du mode de fonctionnement dans lequel l’échangeur de chaleur est utilisé est optionnelle.
Selon un exemple de mise en œuvre de l’échangeur de chaleur 50, le flux d’air F est un flux d’air extérieur au véhicule. Dans ce cas, l’échangeur 50 est par exemple disposé en face avant du véhicule, derrière la calandre.
Selon un autre exemple de mise en œuvre de l’échangeur de chaleur 50, le flux d’air F est un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule. L’échangeur 50 est alors disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule.
Dans une application de l’échangeur de chaleur 50, le fluide réfrigérant peut être un fluide chimique, comme du R1234yf, ou du R134a. Dans une autre application de l’échangeur de chaleur, le fluide réfrigérant peut être du R744 ou du R290.
Le fluide réfrigérant circule en parallèle dans les tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
D’une manière similaire, le liquide caloporteur circule en parallèle dans les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes. Le liquide caloporteur peut être un mélange d’eau et de glycol.
La illustre la première section d’échange thermique 1 et la deuxième section d’échange thermique 2 prises isolément. Autrement dit, la deuxième section d’échange thermique 2 et la première section d’échange thermique 1 ont été décalées le long de l’axe transversal Y de façon à être plus facilement distinguables. Comme schématisé sur cette figure, chaque tube 3 du premier faisceau 11 de tubes s’étend dans un plan P1.
Les tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes sont disposés dans des plans parallèles. Sur la , neuf tubes 3 sont représentés. Plus généralement, le premier faisceau 11 peut comporter un nombre quelconque de tubes 3.
Les tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes sont alignés selon une direction D perpendiculaire au plan des tubes.
Les tubes 3 du premier faisceau 11 peuvent être notamment en aluminium, ou en cuivre. De même, les tubes 4 du deuxième faisceau 12 peuvent être par exemple en aluminium ou en cuivre.
Selon l’exemple illustré, le deuxième faisceau 12 de tubes 4 s’étend dans entre deux plans parallèles P2, P24, ces deux plans étant perpendiculaires au plan des tubes 3 du premier faisceau 1. Le plan P2 est représenté sur la , qui est une vue schématique de dessus de l’échangeur de chaleur 50.
L’échangeur de chaleur 50 possède ainsi une forme compacte, la deuxième section d’échange thermique 2 remplissant l’espace laissé libre entre l’ensemble des premières branches 5 des tubes 3 de la première section d’échange thermique 1 et l’ensemble des deuxièmes branches 7 des tubes 3.
Comme on peut le voir particulièrement sur la , la première branche 5 d’un tube 3 du premier faisceau 11 de tubes est reliée à la première branche d’un tube consécutif par un premier ensemble d’ailettes 23. Autrement dit, deux tubes voisins du premier faisceau 11 de tubes sont reliés par un ensemble d’ailettes 23.
D’une façon analogue, la deuxième branche 7 d’un tube 3 du premier faisceau 11 de tubes est reliée à la deuxième branche d’un tube consécutif par un deuxième ensemble d’ailettes 24.
Les ailettes 23, 24 améliorent le transfert thermique entre le flux d’air F et le fluide réfrigérant circulant dans les tubes 3 de la première section d’échange thermique 1.
Les ailettes 23, 24 comportent des fentes 25 de passage du flux d’air F. Les fentes 25 améliorent le transfert thermique entre le flux d’air F et les ailettes 23, 24.
D’une façon similaire, un tube 4 du deuxième faisceau 12 de tubes est relié au tube voisin par un ensemble d’ailettes 32. Ces ailettes améliorent le transfert thermique entre le flux d’air F et le liquide caloporteur circulant dans la deuxième section échange thermique 2. Sur la , seule une partie du premier faisceau 11 de tubes a été représentée, de façon à rendre visible une partie de la deuxième section d’échange thermique 2.
La base 6 d’un tube 3 du premier faisceau 11 de tubes est espacée de la base d’un tube 3 consécutif. Autrement dit, les bases des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes sont espacées les unes des autres. L’espace libre entre les bases 6 de deux tubes consécutifs peut être constant.
Lorsque la première section d’échange thermique 1 fonctionne en évaporateur alors que la température extérieure est inférieure à 0°C ou proche de 0°C, de la glace peut se former sur au moins une partie des tubes du faisceau 11 de tubes. Lorsque la glace fond, l’eau coule le long des tubes 3 jusqu’à la base 6 des tubes. L’écartement existant entre deux tubes 3 voisins permet à l’eau de s’écouler, et évite l’accumulation d’eau au niveau de la base 6 des tubes. Le risque de givrer à nouveau la première section d’échange thermique 1 est ainsi réduit.
Le pourtour extérieur des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes possède une section transversale de forme oblongue. Les tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes sont par exemple des tubes à micro-canaux. Autrement dit, chaque tube 3 comprend une pluralité de canaux parallèles. Les tubes à micro-canaux sont formés par extrusion, puis mis en forme de manière à obtenir la forme en U souhaitée. Le pourtour extérieur des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes possède une section transversale de forme oblongue, définissant un grand axe a et un petit axe b. Le grand axe a de la première branche 5 des tubes est parallèle au flux d’air F. Le grand axe de la deuxième branche 7 des tubes 3 est aussi parallèle au flux d’air F. La détaille de manière schématique la forme extérieure des tubes 3. Sur cette figure, les micro-canaux n’ont pas été représentés.
Les tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes peuvent être vrillés au voisinage d’une jonction 35 entre la première branche 5 et la base 6. De même, les tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes peuvent être vrillés au voisinage d’une jonction 36 entre la base 6 et la deuxième branche 7. Autrement dit, le grand axe a d’une section transversale d’un tube 3 tourne progressivement de 90° autour de l’axe d’extension D5 de la première branche 5 d’un tube 3 dans la zone de jonction 35 entre la première branche 5 et la base 6. Cette déformation du tube permet de réaliser la forme en U sans déformer exagérément la matière des tubes.
Dans ce mode de réalisation, le grand axe a de la base 6 des tubes 3 est perpendiculaire au flux d’air F.
Selon un exemple de mise en œuvre de l’échangeur de chaleur 50, la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes définit un côté inférieur de l’échangeur de chaleur 50 lorsque l’échangeur de chaleur 50 est en position nominale d’installation dans le véhicule. Autrement dit, la base 6 s’étend dans un plan parallèle au plan X, Y. Les différentes figures représentent l’échangeur 50 orienté ainsi.
La première branche 5 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes s’étend selon un axe vertical Z lorsque l’échangeur de chaleur 50 est en position nominale d’installation dans le véhicule.
Cette configuration est favorable à l’évacuation de l’eau provenant du dégivrage de l’échangeur de chaleur, lorsqu’un dépôt de glace accumulé sur la surface de la première section d’échange thermique fond. En effet, l’eau liquide peut couler le long des tubes sans rencontrer d’obstacle pouvant créer une retenue.
Selon un autre exemple de mise en œuvre, non représenté, la première branche 5 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes s’étend selon un axe horizontal lorsque l’échangeur de chaleur 50 est en position nominale d’installation dans le véhicule. Cet axe horizontal est par exemple l’axe transversal Y du véhicule.
La base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 définit alors un côté latéral de l’échangeur de chaleur 50 lorsque l’échangeur de chaleur 50 est en position nominale d’installation dans le véhicule. Autrement dit, la base 6 s’étend alors dans un plan parallèle au plan Y, Z. Cette configuration est particulièrement adaptée aux applications dans lesquelles le véhicule possède une face avant de faible hauteur et de grande largeur.
Comme illustré sur la , une première extrémité 15 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes débouche dans un premier distributeur 9 configuré pour répartir le fluide réfrigérant entre l’ensemble des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes. Le premier distributeur 9 s’étend transversalement à l’axe des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
Le premier distributeur 9 est par exemple de forme cylindrique. Le premier distributeur 9 comprend une entrée 13 de fluide réfrigérant.
Une deuxième extrémité 16 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes débouche dans un premier collecteur 10 configuré pour rassembler le fluide réfrigérant provenant de l’ensemble des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes. Le premier collecteur 10 s’étend transversalement à l’axe des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
Le premier collecteur 10 est par exemple de forme cylindrique. Le premier collecteur 10 comprend une sortie 14 de fluide réfrigérant.
Le premier collecteur 10 et le premier distributeur 9 s’étendent selon des directions parallèles.
Les tubes 3 sont liés de manière étanche au premier distributeur 9 au niveau de leur première extrémité 15. De même, les tubes 3 sont liés de manière étanche au premier collecteur 10 au niveau de leur deuxième extrémité 16. Les tubes 3 sont par exemple brasés au premier distributeur 9 ainsi qu’au premier collecteur 10.
Dans l’exemple illustré, notamment à la , les tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes sont identiques.
L’entrée de fluide réfrigérant 13 et la sortie de fluide réfrigérant 14 peuvent être disposées l’une par rapport à l’autre de différentes manières. La illustre schématiquement plusieurs configurations possibles.
Selon les exemples illustrés, l’entrée de fluide réfrigérant 13 et la sortie de fluide réfrigérant 14 sont en vis-à-vis selon une direction perpendiculaire à l’axe du premier distributeur 9. Autrement dit, l’entrée 13 et la sortie 14 de fluide réfrigérant sont disposées sur un même bord latéral de l’échangeur 50.
Selon des variantes non illustrées, l’entrée de fluide réfrigérant 13 et la sortie de fluide réfrigérant 14 peuvent être disposés sur des bords latéraux opposés selon l’axe du premier distributeur 9.
L’entrée de fluide réfrigérant 13 et la sortie de fluide réfrigérant 14 peuvent aussi être disposés à proximité du milieu du premier distributeur 9 et du premier collecteur 10, selon leur direction principale d’extension. Une telle disposition peut permettre de réduire les pertes de charge du réfrigérant et d’amélioration la distribution du réfrigérant. En effet, la distance entre l’entrée de fluide réfrigérant et le tube le plus éloigné est ainsi réduite. Il en est de même pour la distance entre la sortie de fluide réfrigérant et la sortie la plus éloignée.
On notera que l’entrée 13 et la sortie 14 de fluide réfrigérant ne sont pas définies de manière intrinsèque à l’échangeur 50, mais peuvent changer suivant le mode de circulation du fluide réfrigérant au sein du système de conditionnement thermique dans lequel l’échangeur est intégré. En d’autres termes, ce qui correspond à une entrée 13 de fluide réfrigérant dans un mode de fonctionnement peut devenir une sortie 14 de fluide réfrigérant dans un autre mode de fonctionnement. En effet, une fois l’échangeur de chaleur 50 intégré dans un système de conditionnement thermique, le sens de circulation du fluide réfrigérant est imposé par un ensemble de vannes pouvant être sélectivement ouvertes ou fermées. En commandant les différentes vannes, le sens de circulation du fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique 1 peut être inversé. Il est ainsi possible de modifier le sens de circulation du fluide réfrigérant en fonction du mode de fonctionnement souhaité, par exemple en condenseur ou en évaporateur.
Selon un exemple de mise en œuvre de l’échangeur de chaleur 50, illustré sur la partie A de la , le premier distributeur 9 est disposé en aval du premier collecteur 10 selon un sens d’écoulement du flux d’air F lorsque l’échangeur de chaleur 50 est en position nominale d’installation dans le véhicule. Cette configuration est de préférence employée lorsque l’échangeur de chaleur 50 fonctionne en condenseur ou en refroidisseur de gaz. Autrement dit, dans ce mode de fonctionnement, l’entrée de fluide réfrigérant est du côté de la première branche 5 des tubes 3 située la plus en amont selon le sens d’écoulement du flux d’air.
Dans un autre exemple de mise en œuvre de l’échangeur de chaleur 50, schématisé sur la partie B de la , le premier collecteur 10 est disposé en aval du premier distributeur 9 selon un sens d’écoulement du flux d’air F lorsque l’échangeur de chaleur 50 est en position nominale d’installation dans le véhicule. Cette configuration est de préférence employée lorsque l’échangeur de chaleur 50 fonctionne en évaporateur, pour le mode pompe à chaleur notamment. Autrement dit, dans ce mode de fonctionnement, l’entrée de fluide réfrigérant est du côté de la deuxième branche 7 des tubes 3, située la plus en aval selon le sens d’écoulement du flux d’air.
Dans le premier mode de réalisation, illustré notamment sur la et la , la première branche 5 et la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau 11 ont sensiblement la même longueur. Cette longueur est par exemple comprise entre 300 millimètres et 600 millimètres. Les tubes 4 du deuxième faisceau 12 s’étendent, le long de l’axe Z, le long de toute la longueur de la première branche 5 et de la deuxième branche 7. En d’autres termes, la totalité du deuxième faisceau de tubes 12 est disposée entre la première branche 5 et la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau de tubes 1 selon le sens d’écoulement du flux d’air F.
La illustre un deuxième mode de réalisation de l’échangeur de chaleur 50. Dans ce mode de réalisation, la longueur L1 de la première branche 5 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes est inférieure à la longueur L2 de la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes. Autrement dit, seule une partie des tubes 4 de la deuxième section d’échange thermique 2 est en vis à vis de la première branche 5 des tubes 3 de la première section d’échange thermique 1.
La quantité de matière utilisée pour réaliser le premier faisceau 11 de tubes est ainsi diminuée. De plus, une partie des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes reçoit directement le flux d’air F, sans aucun tube du premier faisceau 11 disposé en amont. Cette partie des tubes 4 est donc particulièrement efficace en termes d’échange thermique. Le cout de revient de l’échangeur 50 peut être diminué sans compromettre son efficacité.
Dans ce cas, la longueur L1 de la première branche 5 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes 3 est par exemple comprise entre 100 millimètres et 300 millimètres. La longueur L2 de la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes 3 est par exemple comprise entre 300 millimètres et 600 millimètres.
Selon l’exemple de réalisation illustré sur les figures, les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes s’étendent transversalement aux tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes. Les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes sont parallèles entre eux. Les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes sont par exemple identiques. Comme illustré schématiquement sur la , les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes s’étendent selon l’axe transversal Y.
La deuxième section d’échange thermique 2 est de forme sensiblement parallélépipédique.
Un jeu est présent, selon la direction longitudinale X, entre la première branche 5 des tubes 3 du premier faisceau 11 et les tubes 4 du deuxième faisceau 12. De même, un jeu est présent, selon cette même direction longitudinale X, entre les tubes 4 du deuxième faisceau 12 et la deuxième branche 7 des tubes 3 du premier faisceau 11.
Une première extrémité 17 des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes débouche dans un deuxième distributeur 19 configuré pour répartir le liquide caloporteur entre l’ensemble des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes. Le deuxième distributeur 19 s’étend transversalement à l’axe des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes. Le deuxième distributeur 19 comprend une entrée 21 de liquide caloporteur.
Une deuxième extrémité 18 des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes débouche dans un deuxième collecteur 20 configuré pour rassembler le liquide caloporteur provenant de l’ensemble des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes. La deuxième extrémité des tubes 4 et le deuxième collecteur 20 ne sont pas visibles sur la , car disposés en arrière de la première branche 5 des tubes 3 représentés.
Les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes sont liés de manière étanche au deuxième distributeur 19 au niveau de leur première extrémité 17. De même, les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes sont liés de manière étanche au deuxième collecteur 20 au niveau de leur deuxième extrémité 18. Les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes sont par exemple brasés au deuxième distributeur 19 ainsi qu’au deuxième collecteur 20.
Le deuxième collecteur 20 s’étend transversalement à l’axe des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes. Le deuxième collecteur 20 comprend une sortie 22 de liquide caloporteur. Le deuxième collecteur 20 et le deuxième distributeur 19 s’étendent selon l’axe vertical Z.
La position relative de l’entrée 21 et de la sortie 22 de liquide caloporteur peut varier, selon différents exemples de réalisation. Sur l’exemple de la , de la et de la partie C de la , l’entrée de liquide caloporteur 21 et la sortie de liquide caloporteur 22 sont disposées sur des côtés latéraux opposés de l’échangeur de chaleur 50. Sur l’exemple de la partie A et de la partie B de la , l’entrée 21 et la sortie 22 sont sur le même côté latéral. La circulation du liquide caloporteur dans le collecteur et le distributeur est adaptée en conséquence.
Le pourtour des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes possède une section transversale de forme oblongue.
La décrit une variante de réalisation dans lequel l’échangeur de chaleur 50 comporte un support 30 disposé entre au moins une partie des tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes et la base 6 d’au moins une partie des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
Sur l’exemple représenté, l’échangeur de chaleur 50 comporte un support 30 reliant la deuxième section d’échange thermique 2 à la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
Le support 30 assure un maintien mécanique des bases 6 des tubes 3 de la première section d’échange thermique 1 par rapport à la deuxième section d’échange thermique 2, ce qui permet d’atténuer la propagation des vibrations du véhicule dans les tubes 3 de la première section d’échange thermique 1.
Le support 30 possède une conductivité thermique inférieure à la conductivité thermique des tubes 3 du premier faisceau 11, de préférence inférieure à 10% de la conductivité thermique des tubes 3 du premier faisceau 11.
Ainsi, le support 30 isole thermiquement la base 6 des tubes 3 de la première section d’échange thermique 1 par rapport à la deuxième section d’échange thermique, en évitant la formation d’un pont thermique.
Le support 30 est par exemple en plastique, notamment en polyamide chargé de fibres de verres (par exemple PA6 chargé de 30% de fibres de verre) ou encore en polypropylène chargé de fibres de verres. (par exemple PP chargé de 30% de fibres de verre.
Le support 30 peut solidariser la deuxième section d’échange thermique 2 avec la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
Sur l’exemple illustré à la , la deuxième section d’échange thermique 2 comprend une face 26 disposée en vis-à-vis de la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes, et le support 30 relie la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes avec la face 26 disposée en vis-à-vis.
Le support 30 comprend ici une paroi étanche 27 reliant la deuxième section d’échange thermique 2 à la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes de façon à bloquer une circulation du flux d’air F entre la deuxième section d’échange thermique 2 et la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
La paroi étanche 27 évite que le flux d’air circule dans l’espace compris entre la base des tubes 3 du premier faisceau 11 et la face 26 de la deuxième section d’échange thermique, qui est située en vis-à-vis. La paroi étanche 27 évite ainsi qu’une partie du flux d’air F ressorte de l’échangeur 1 sans échanger de chaleur avec la deuxième section d’échange thermique 2.
Le support 30 a ici une section trapézoïdale. La petite base 28 du trapèze est en vis-à-vis de la deuxième section d’échange thermique 2. La grande base 29 est en vis-à-vis de la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
Ainsi, le support 30 guide vers la deuxième section d’échange thermique 2 le flux d’air F s’écoulant à proximité de la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes. De plus, l’eau provenant des phases de dégivrage peut aussi être guidée vers le bas de l’échangeur 50 par la paroi étanche 27, ce qui favorise l’évacuation de cette eau.
Selon un exemple de réalisation, le support 30 est solidaire de la base 6 de chacun des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
Le support 30 assure un maintien mécanique des tubes 3 les uns par rapport aux autres, ce qui limite l’amplitude des vibrations. La robustesse mécanique de l’échangeur de chaleur 50 est améliorée.
Le support 30 est par exemple surmoulé sur la base 6 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
Selon une variante non représentée, la face 26 de la deuxième section d’échange thermique 2 peut être solidarisée avec la base 6 des tubes 3 de la première section d’échange thermique 1, notamment par une brasure. Dans ce cas, le support 30 n’est pas présent. Aucun jeu le long de l’axe Z n’est présent entre la face 26 de la deuxième section d’échange thermique 2 et la base 6 des tubes 3 de la première section d’échange thermique 1.
Selon encore une variante de réalisation, les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de tubes s’étendent parallèlement à la première branche 5 des tubes 3 du premier faisceau 11 de tubes.
Cette disposition permet de disposer le deuxième collecteur 20 ou le deuxième distributeur 19 en vis-à-vis de la base 6 des tubes 4 du premier faisceau 11 de tubes. La base 6 des tubes de fluide réfrigérant peut ainsi être fixée au deuxième collecteur 20, ou au deuxième distributeur 19, afin d’assurer un maintien des tubes en U du faisceau 11 de tubes de la première section d’échange thermique 1.
Les tubes 3 du premier faisceau 11 de fluide réfrigérant pouvant être soit horizontaux soit verticaux, et les tubes 4 du deuxième faisceau 12 de liquide caloporteur pouvant eux aussi être soit horizontaux soit verticaux, quatre dispositions sont possibles.

Claims (15)

  1. Echangeur de chaleur (50) pour véhicule automobile, comportant :
    - une première section d’échange thermique (1) configurée pour permettre un échange de chaleur entre un fluide réfrigérant et un flux d’air (F),
    la première section d’échange thermique (1) comprenant un premier faisceau (11) de tubes (3) formant un ensemble de canaux de circulation du fluide réfrigérant configurés pour être disposés dans le flux d’air (F),
    - une deuxième section d’échange thermique (2) configurée pour permettre un échange de chaleur entre un liquide caloporteur et le flux d’air (F),
    la deuxième section d’échange thermique comprenant un deuxième faisceau (12) de tubes (4) formant un ensemble de canaux de circulation de liquide caloporteur configurés pour être disposés dans le flux d’air (F),
    dans lequel les tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes ont une forme en U comportant une première branche (5) et une deuxième branche (7) reliées par une base (6),
    dans lequel la première branche (5) est disposée en amont de la deuxième branche (7) selon un sens d’écoulement du flux d’air (F), et
    dans lequel le deuxième faisceau de tubes (12) est disposé entre la première branche (5) et la deuxième branche (7) des tubes (3) du premier faisceau de tubes (1) selon le sens d’écoulement du flux d’air (F).
  2. Echangeur de chaleur (50) selon la revendication 1, dans lequel chaque tube (3) du premier faisceau (11) de tubes s’étend dans un plan,
    dans lequel les tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes sont disposés dans des plans parallèles,
    et dans lequel les tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes sont alignés selon une direction (D) perpendiculaire au plan des tubes.
  3. Echangeur de chaleur (50) selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième faisceau (12) de tubes (4) s’étend entre deux plans parallèles (P2, P2’), ces deux plans (P2, P2’) étant perpendiculaires au plan des tubes (3) du premier faisceau (1).
  4. Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la base (6) d’un tube (3) du premier faisceau (11) de tubes est espacée de la base d’un tube (3) consécutif.
  5. Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le pourtour extérieur des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes possède une section transversale de forme oblongue, définissant un grand axe et un petit axe, dans lequel le grand axe de la première branche (5) des tubes est parallèle au flux d’air (F),
    dans lequel le grand axe de la deuxième branche (7) des tubes (3) est parallèle au flux d’air (F),
    et dans lequel le grand axe de la base (6) des tubes (3) est perpendiculaire au flux d’air (F).
  6. Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la base (6) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes définit un côté inférieur de l’échangeur de chaleur (50) lorsque l’échangeur de chaleur (50) est en position nominale d’installation dans le véhicule,
    et dans lequel la première branche (5) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes s’étend selon un axe vertical (Z) lorsque l’échangeur de chaleur (50) est en position nominale d’installation dans le véhicule.
  7. Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la base (6) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes définit un côté latéral de l’échangeur de chaleur (50) lorsque l’échangeur de chaleur (50) est en position nominale d’installation dans le véhicule,
    et dans lequel la première branche (5) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes s’étend selon un axe horizontal lorsque l’échangeur de chaleur (50) est en position nominale d’installation dans le véhicule.
  8. Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel une première extrémité (15) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes débouche dans un premier distributeur (9) configuré pour répartir le fluide réfrigérant entre l’ensemble des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes,
    dans lequel une deuxième extrémité (16) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes débouche dans un premier collecteur (10) configuré pour rassembler le fluide réfrigérant provenant de l’ensemble des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes,
    et dans lequel le premier distributeur (9) est disposé en aval du premier collecteur (10) selon un sens d’écoulement du flux d’air (F) lorsque l’échangeur de chaleur (50) est en position nominale d’installation dans le véhicule.
  9. Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications 1 à 7,
    dans lequel une première extrémité (15) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes débouche dans un premier distributeur (9) configuré pour répartir le fluide réfrigérant entre l’ensemble des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes,
    dans lequel une deuxième extrémité (16) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes débouche dans un premier collecteur (10) configuré pour rassembler le fluide réfrigérant provenant de l’ensemble des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes,
    et dans lequel le premier collecteur (10) est disposé en aval du premier distributeur (9) selon un sens d’écoulement du flux d’air (F) lorsque l’échangeur de chaleur (50) est en position nominale d’installation dans le véhicule.
  10. Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la longueur (L1) de la première branche (5) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes est inférieure à la longueur (L2) de la deuxième branche (7) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes.
  11. Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications précédentes, comportant un support (30) reliant la deuxième section d’échange thermique (2) à la base (6) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes.
  12. Echangeur de chaleur (50) selon la revendication précédente, dans lequel le support (30) possède une conductivité thermique inférieure à la conductivité thermique des tubes (3) du premier faisceau (11), de préférence inférieure à 10% de la conductivité thermique des tubes (3) du premier faisceau (11).
  13. Echangeur de chaleur (50) selon la revendication 11 ou 12, dans lequel le support (30) comprend une paroi étanche (27) reliant la deuxième section d’échange thermique (2) à la base (6) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes de façon à bloquer une circulation du flux d’air (F) entre la deuxième section d’échange thermique (2) et la base (6) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes.
  14. Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel les tubes (4) du deuxième faisceau (12) de tubes s’étendent transversalement aux tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes.
  15. Echangeur de chaleur (50) selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel les tubes (4) du deuxième faisceau (12) de tubes s’étendent parallèlement à la première branche (5) des tubes (3) du premier faisceau (11) de tubes.
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