Brevet FR2899959A1 — publié le 20071019

L'invention concerne un échangeur de chaleur dont le but est de refroidir un fluide réfrigérant gazeux sous haute pression. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur comportant un premier et un deuxième faisceaux de tubes comportant chacun un axe longitudinal, lesdits faisceaux étant sensiblement parallèles entre eux et étant reliés à des boites collectrices, les tubes du premier faisceau pénétrant à une extrémité une boîte collectrice dite d'entrée du fluide et les tubes du deuxième faisceau pénétrant à une extrémité une boîte collectrice dite de sortie du fluide. De tels échangeurs sont généralement utilisés dans le cadre du refroidissement de fluides réfrigérant gazeux sous haute pression d'un véhicule automobile. Plus particulièrement, ils trouvent leur application dans le refroidissement de gaz de dioxyde de carbone dont la pression lors du fonctionnement de l'échangeur est généralement de l'ordre de 150 bars. De tels échangeurs présentent des spécifications techniques très strictes afin de résister à la pression des fluides les traversant. Pour cette raison, les boites collectrices de ces échangeurs présentent des diamètres internes réduits et des épaisseurs de parois élevées, et il est avantageux de réaliser deux passes du fluide dans deux faisceaux différents pour le refroidir correctement. On connaît, notamment du document EP 1 452 814, des échangeurs de chaleur comportant deux faisceaux de tubes, chaque faisceau de tubes étant reliés à deux boites collectrices et lesdits faisceaux étant ensuite mis en relation fluidique l'un avec l'autre. Toutefois, l'encombrement de tels échangeurs de chaleur est très important, notamment dans la direction de l'épaisseur des faisceaux. L'invention vise à améliorer la situation. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur tel que décrit plus haut dans lequel l'extrémité des tubes du premier faisceau pénétrant la boite collectrice dite d'entrée et l'extrémité des tubes du deuxième faisceau pénétrant la boite collectrice dite de sortie de fluide sont tordues de manière à s'écarter d'un angle aigu des axes longitudinaux. De plus, les premiers et deuxièmes faisceaux d'un échangeur de chaleur selon l'invention sont connectés de manière fluidique par l'intermédiaire d'un moyen formant retour constitué d'au plus une boîte collectrice, dite intermédaire. Un tel échangeur est particulièrement avantageux en ce que l'encombrement de l'échangeur de chaleur est limité au niveau de ses deux faisceaux. Autrement dit, l'encombrement maximum d'un tel échangeur se situera d'un seul coté de l'échangeur de chaleur, à savoir du coté des boites collectrices d'entrée et de sortie de fluide. L'invention vise également un module d'échange de chaleur 25 comportant un échangeur selon l'invention. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus avant à la lecture de la description qui suit, à titre illustratif et non limitatif, des figures des dessins 30 annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue de face d'un échangeur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessus selon une autre variante d'un échangeur selon l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe, selon un plan de coupe 5 perpendiculaire à un axe XX des boîtes collectrices, illustrant un des cotés de l'échangeur selon un l'invention. - la figure 4 est une vue schématique en coupe selon un plan de coupe perpendiculaire à l'axe XX d'un collecteur dit 10 intermédiaire de l'échangeur de chaleur selon une variante de l'échangeur de la figure 1 ; La figure 1 représente une vue de face d'un échangeur 2 selon l'invention. 15 L'échangeur 2 comporte un premier faisceau 4 et un deuxième faisceau 6 (non visible sur cette vue) de tubes 8. Le premier faisceau 4 pénètre, à l'extrémité des tubes 8, une boîte collectrice dite d'entrée 10 et une boîte collectrice dite 20 intermédiaire 12. De la même manière le deuxième faisceau 6 de tubes 8 pénètre une boîte collectrice dite de sortie 14 (elle aussi non visible sur cette vue) et la boîte collectrice intermédiaire 12. Ici, la boite collectrice intermédiaire 12 constitue un moyen formant retour : le fluide, par exemple du 25 dioxyde de carbone, traversant le premier faisceau 4 de tubes pénètre la boite collectrice intermédiaire 12 avant de gagner le deuxième faisceau 6 de tubes. L'échangeur de chaleur 2 pourra comporter en outre au moins une 30 joue 16 s'étendant entre au moins une des boites collectrice d'entrée et/ou de sortie 10 ou 14 et la boite collectrice dite intermédiaire 12. Chacune des boîtes 10, 12 et 14 comporte au moins une bride ou patte de fixation 18. Dans l'exemple représenté à la figure 1, les boites collectrices 10 et 12 comporte chacune 2 pattes de fixation 18. Ces pattes de fixation ont pour fonction d'assujettir l'échangeur de chaleur 2 sur un autre élément du véhicule automobile tel que, par exemple, le châssis ou un autre échangeur de chaleur. Les deux faisceaux 4 et 6 sont sensiblement parallèles et de dimension sensiblement égale et sont composés de tubes plats. Des ailettes d'échange de chaleur (non représentées) sont disposées entre deux tubes adjacents. Les boîtes 10, 12, 14 sont, quant à elles, de forme générale tubulaire. Les boîtes collectrices d'entrée et de sortie 10 et 14 comporte respectivement une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie (non représentées) du fluide à refroidir. Ainsi, l'échangeur 2 présente alors trois boites collectrices : une boite collectrice d'entrée 10 par laquelle le fluide pénètre, une boite collectrice intermédiaire 12 et une boite collectrice de sortie 14 par lequel sort le fluide après son passage dans l'échangeur 2. La figure 2 représente une vue de dessus selon une variante d'un échangeur selon l'invention. En effet, dans cette variante de réalisation, le moyen formant retour est constitué directement par les tubes 8. Ici, les tubes sont tout d'abord twistés ou torsadés selon un angle d'environ 90 de manière être perpendiculaires à l'axe longitudinal de ces mêmes tubes dans le faisceau 4. Les tubes 8 se prolongent, après cette torsion, par un demi-tour 30, puis ces mêmes tubes sont à nouveau twistés selon un angle d'environ 90 de manière être parallèles à l'axe longitudinal des tubes 8 du faisceau 4. Les prolongements des tubes 8 après cette deuxième torsion forment le deuxième faisceau 6. Ainsi, dans cette variante, le moyen formant retour est constitué par le demi-tour 30. Dans ce mode de réalisation, on utilise, par exemple, un et un seul élément tubulaire, twisté une première fois, tordu à 180 et twisté une seconde fois, de façon à relier la boîte collectrice d'entrée et la boîte collectrice de sortie, pour constituer un desdits tubes 8 de chacun des faisceaux et leur demi-tour correspondant. La figure 3 est une vue en coupe, selon un plan de coupe perpendiculaire à un axe XX des boîtes collectrices, illustrant un des cotés de l'échangeur selon l'invention. La figure 3 illustre la partie de l'échangeur de chaleur 2 comportant les boites collectrices d'entrée et de sortie 10 et 14. Comme évoqué précédemment, le premier et le deuxième faisceaux 4 et 6 de tubes 8 comportent chacun un axe longitudinal Al et A2. Les faisceaux sont sensiblement parallèles entre eux et sont reliés aux boites collectrices 10 et 14. Les tubes 8 du premier faisceau 4 pénètrent à leurs extrémités 22 la boîte collectrice d'entrée 10 du fluide. Les tubes 8 du deuxième faisceau 6 pénètrent, quant à eux à leurs extrémités 22 la boîte collectrice de sortie 14 du fluide. L'extrémité des tubes 8 du premier faisceau 4 pénétrant ladite boite collectrice d'entrée et l'extrémité des tubes 8 du deuxième faisceau 6 pénétrant la boite collectrice de sortie 14 de fluide sont tordues de manière à s'écarter d'un angle aigu a des axes longitudinaux Al et A2. Autrement dit, les extrémités 22 des tubes 8 sont tordues dans leurs propres plans suivant un angle a donné. On obtiendra ainsi des tubes cintrés ou coudés. L'angle a du coude pourra être compris entre 0 et 45 , dans l'exemple représenté l'angle a est de 15 . Plus précisément, on pourra avoir un échangeur 2 dans lequel chacun des tubes de chacun des faisceaux 4 et 6 est tordu dans son propre plan à chacune de ses extrémités 22, comme indiqué au paragraphe précédent, les tubes 8 en vis-à-vis de chacun des faisceaux 4 et 6 étant disposés de façon à ce que leurs extrémités 22 s'éloignent l'une de l'autre de sorte que la distance L entre les axes longitudinaux des boites 12 et 16 en vis-à-vis est supérieure à la distance 1 entre les axes longitudinaux des tubes 8, dans la partie centrale des faisceaux. Comme on peut le voir sur cette figure, les tubes 8 comportent 20 des extrémités 22 qui sont introduites dans une pluralité de trous des boites collectrices d'entrée et/ou de sortie 10 et 14. Dans le cas de tubes cintrés ou coudés, les trous 24 de la boite collectrice intermédiaire 12 sont réalisés sensiblement 25 perpendiculairement à l'axe XX longitudinal de la boîte collectrice 12. La taille des trous 24 correspond à celle des extrémités 22. Dans l'exemple représenté à la figure 3, les tubes 8 du premier 30 faisceau 4 et les tubes 8 du deuxième faisceau 6 sont tordus de manière à avoir un écartement d'un même angle a. Toutefois, les angles a de torsion des deux faisceaux 4 et 6 pourraient être différents. La figure 4 montre un agrandissement schématique du collecteur intermédiaire d'un échangeur de chaleur selon l'invention. On a illustré plus particulièrement sur cette figure la connexion entre les tubes 8 du premier et du second faisceaux 4 et 6 et la boîte collectrice intermédiaire 12. Comme on peut le voir sur cette figure, les tubes comportent des extrémités 22 qui sont introduites dans une pluralité de trous 24 de la boîte collectrice intermédiaire 12. Les trous 24 sont réalisés sensiblement selon un axe XX longitudinal de la boîte collectrice 12 et dont la taille correspond à celle des extrémités 22. Les extrémités 22 des tubes 8 sont sensiblement orthogonales à 15 un corps 26 du tube, et ces deux parties sont reliées par une portion torsadée 28. Dans ce mode de réalisation, la boîte collectrice intermédiaire pourra comporter un diamètre interne inférieur à une dimension 20 transversale des tubes 8 des faisceaux 4 ou 6. L'échangeur selon l'invention peut être intégré dans un module d'échange de chaleur. 25 Dans un tel cas, le module comporte un échangeur dit principal qui est un radiateur qui comporte des ailettes saillantes sur lesquelles on vient fixer l'échangeur. L'invention n'est pas limitée à la description des formes de 30 réalisation données à titre illustratif et non limitatif ci-dessus, mais elle englobe toutes les variantes que l'homme du métier saura envisager, notamment à la lecture des revendications en annexe ci-après. En particulier, au moins une des boites collectrices pourra être constituer en au moins deux Revendications 1. Echangeur de chaleur comportant : ^ un premier (4) et un deuxième (6) faisceaux de tubes (8) comportant chacun un axe longitudinal (Al, A2), lesdits faisceaux étant sensiblement parallèles entre eux et étant reliés à des boites collectrices, ^ les tubes (8) dudit premier faisceau (4) pénétrant à une extrémité une boîte collectrice dite d'entrée (10) du fluide, ^ les tubes (8) dudit deuxième faisceau (6) pénétrant à une extrémité une boîte collectrice dite de sortie (14) du fluide, caractérisé en ce que l'extrémité (22) desdits tubes (8) dudit premier faisceau (4) pénétrant ladite boite collectrice dite d'entrée (10) et l'extrémité (22) desdits tubes (8) dudit deuxième faisceau (6) pénétrant ladite boite collectrice dite de sortie (14) de fluide sont tordues de manière à s'écarter d'un angle aigu (a) desdits axes longitudinaux (Al, A2) et en ce que lesdits premiers et deuxièmes faisceaux (4, 6) sont connectés de manière fluidique par l'intermédiaire d'un moyen (12, 30) formant retour constitué d'au plus une boîte collectrice, dite intermédaire (12). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel l'angle aigu (a) est compris entre 0 et 45 , de préférence 15 . 3. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites extrémités (22) 9dudit premier et dudit deuxième faisceaux (4, 6) pénétrant dans ladite boite collectrice intermédiaire (12) sont torsadées. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, dans lequel ladite boite collectrice intermédiaire (12) comporte un axe longitudinal (XX) et dans lequel lesdites extrémités (22) dudit premier et dudit deuxième faisceaux (4, 6) sont torsadées de manière à être parallèle audit axe longitudinal (XX). 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le moyen (30) formant retour est formé par les tubes (8). 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'une au moins desdites boites 15 collectrices comporte un collecteur et un couvercle. 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'une au moins desdites boîtes collectrices comporte un diamètre interne inférieur à une 20 dimension transversale des tubes desdits faisceaux. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits deux faisceaux (4, 6) sont de dimensions sensiblement égales. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites boîtes collectrices d'entrée et de sortie (10, 14) sont de dimensions sensiblement égales. 30 10. Module d'échange de chaleur caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes et au moins un autre échangeur de chaleur. 25