Brevet FR2945611A1 — publié le 20101119

-1- Échangeur thermique L'invention concerne un échangeur thermique pour une installation de chauffage/climatisation notamment destinée à réguler la température d'un flux d'air préalablement à sa distribution à l'intérieur de l'habitacle d'un véhicule automobile, notamment à moteur électrique. Traditionnellement, une telle installation comprend au moins un échangeur de chaleur destiné à refroidir ou réchauffer un flux d'air qui le traverse au moyen d'un liquide caloporteur. Généralement, la circulation du liquide caloporteur se fait perpendiculairement à la circulation du flux d'air ce qui induit une différence de température en sortie d'air de l'échangeur, c'est-à-dire une inhomogénéité de température du flux d'air sortant, et limite les performances de l'échangeur. En outre, un tel échangeur est disposé à l'intérieur de l'habitacle selon une disposition sensiblement verticale. L'encombrement d'un tel agencement se révèle important. L'invention a donc pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un échangeur thermique basé sur une structure simple qui permette d'améliorer les performances de l'échangeur tout en réduisant l'encombrement d'un tel échangeur de façon à optimiser l'espace disponible dans l'habitacle. À cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique entre un premier fluide à réchauffer ou refroidir et un second fluide caloporteur, ledit échangeur comprenant des premiers canaux pour le passage dudit premier fluide, et des seconds canaux pour le passage dudit second fluide, lesdits premiers et seconds canaux formant un faisceau sensiblement parallélépipédique avec quatre côtés latéraux opposés deux à deux et deux faces d'extrémité définissant respectivement une face d'entrée et une face de sortie du premier fluide, sans obstacle devant lesdites faces d'extrémité, caractérisé en ce que lesdits premiers canaux s'étendent selon une direction 2945611 -2- de circulation du premier fluide entre les deux faces d'extrémité, et en ce que lesdits seconds canaux s'étendent sensiblement parallèlement auxdits premiers canaux entre les deux faces d'extrémité. Ledit échangeur peut en outre comporter une ou plusieurs 5 caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : ledit échangeur est configuré pour une circulation à contre-courant desdits premier et second fluides, ledit échangeur comporte au moins un collecteur connecté auxdits seconds canaux pour la circulation dudit second fluide, et en ce que ledit collecteur 10 est disposé au niveau d'une face d'extrémité sur un côté latéral, ledit échangeur comporte un premier collecteur pour l'introduction dudit second fluide situé au niveau de la face de sortie dudit premier fluide et un second collecteur pour l'évacuation dudit second fluide situé au niveau de la face d'entrée dudit premier fluide, 15 ledit échangeur comporte une pluralité de modules élémentaires sensiblement identiques, chaque module élémentaire comprenant au moins un canal longitudinal et lesdits modules étant assemblés pour former ledit échangeur, chacun desdits modules élémentaires comporte deux raccordements 20 d'extrémité s'emboîtant respectivement avec les raccordements d'extrémité correspondants d'un autre module élémentaire, de manière à former lesdits collecteurs, lesdits raccordements présentent une forme générale sensiblement tubulaire, 25 lesdits collecteurs présentent une configuration sensiblement plane, de préférence sous forme de boîtes sensiblement parallélépipédique, ledit échangeur comporte des ailettes intercalées entre lesdits canaux, lesdites ailettes présentant de préférence une forme générale ondulée, ledit échangeur est implanté dans un habitacle de véhicule selon un plan 30 sensiblement horizontal dudit véhicule. 2945611 -3- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 illustre un premier mode de réalisation de l'échangeur selon 5 l'invention, la figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation de l'échangeur selon l'invention, et les figures 3a à 3d illustrent des exemples d'un troisième mode de réalisation de l'échangeur selon l'invention. 10 Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. De plus, des éléments de la figure 2, respectivement des figures 3a à 3d, portent des références augmentées de la centaine 1, respectivement de la centaine 2, par rapport aux éléments correspondants de la figure 1. La figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un échangeur 1 15 thermique pour un habitacle d'un véhicule automobile entre un premier fluide à réchauffer ou refroidir et un second fluide caloporteur. Plus précisément, le second fluide caloporteur est un liquide, par exemple une solution aqueuse de glycol, destiné à absorber ou céder de la chaleur à un flux d'air, formant le premier fluide et traversant l'échangeur 1 20 selon une direction de circulation Dl pour être distribué à l'intérieur de l'habitacle. En variante, le second fluide caloporteur est du CO2 (R744) ou du 1,2,3,4yf ou du R134a. Pour cela, l'échangeur 1 comporte une pluralité de premiers canaux 4 pour le passage du premier fluide et une pluralité de seconds canaux 5 pour le 25 passage du second fluide. Ces premiers 4 et seconds 5 canaux forment un faisceau parallélépipédique présentant une face d'entrée 3a du premier fluide, une face de sortie 3b du premier fluide opposée à la face d'entrée 3a, deux grands côtés latéraux opposés 7a,7b et deux petits côtés latéraux 9a,9b. 30 On prévoit un parallélépipède plus large que haut pour obtenir un 2945611 -4- échangeur 1 sensiblement plan qui peut être implanté dans l'habitacle du véhicule selon un plan sensiblement horizontal du véhicule afin d'optimiser l'espace disponible dans l'habitacle. De plus, les premiers canaux 4 sont longitudinaux et parallèles entre eux 5 et s'étendent selon une direction de circulation Dl du premier fluide entre les faces d'extrémités 3a et 3b, depuis la face d'entrée 3a vers la face de sortie 3b. À cet effet, aucun obstacle n'est disposé devant les faces d'extrémités 3a et 3b qui empêcherait le premier fluide de circuler à l'intérieur du faisceau par l'intermédiaire des faces d'extrémités 3a et 3b. 10 Les canaux 5 sont également longitudinaux et parallèles entre eux, et les axes longitudinaux L des canaux 5 définissent la direction de circulation D2 du second fluide. Dans cet échangeur 1, les canaux 5 sont agencés de façon sensiblement parallèle aux premiers canaux 4 de sorte que les deux fluides 15 circulent selon deux directions parallèles D1,D2. Les canaux 5 sont donc disposés de manière sensiblement parallèle aux petits et aux grands côtés latéraux. Les extrémités des canaux 5 sont alors disposées au niveau des faces d'entrée 3a et de sortie 3b du premier fluide. 20 La circulation des deux fluides peut se faire dans le même sens, c'est la circulation à co-courant, ou en alternative en sens opposés, c'est la circulation 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 les performances de l'échangeur 1. 25 Par ailleurs, l'échangeur 1 est relié à un circuit d'alimentation (non représenté) qui fournit le second fluide chaud ou froid selon le besoin. Par exemple, le circuit d'alimentation fournit le second fluide chaud l'hiver pour réchauffer l'intérieur de l'habitacle, et froid l'été pour refroidir l'intérieur de l'habitacle. 30 On peut prévoir que ce circuit d'alimentation comporte un liquide 2945611 -5- réfrigérant tel que du dioxyde de carbone. À cet effet, l'échangeur comporte un premier 11 a et un second 11 b collecteurs raccordés de façon étanche à ce circuit d'alimentation et réunissant les canaux 5, disposés sur les petits côtés 9a,9b de l'échangeur 1. 5 Pour cela, les extrémités des seconds canaux 5 débouchent dans un premier conduit 12a relié au premier collecteur 11a et les extrémités opposées des seconds canaux 5 débouchent dans un second conduit 12b sensiblement identique au premier conduit 12a relié au second collecteur 11 b. Ces conduits 12a,12b sont représentés de façon schématique en pointillés. 10 Le premier collecteur 11a est configuré pour l'introduction du second fluide dans l'échangeur 1 et le second collecteur 11 b est configuré pour l'évacuation du second fluide de l'échangeur 1. Dans l'exemple illustré, le premier collecteur 11a est situé au niveau de la face de sortie 3b du premier fluide et le second collecteur llb est situé au 15 niveau de la face d'entrée 3a du premier fluide, pour une circulation à contre-courant des premier et second fluides. Bien entendu, de tels collecteurs 11 a,11 b ne sont pas disposés devant les faces d'extrémités 3a et 3b pour ne pas gêner la circulation du premier fluide dans l'échangeur 1. On peut prévoir en outre, que l'échangeur 1 comporte une pluralité de 20 modules élémentaires 13 sensiblement identiques, assemblés pour former l'échangeur. Chaque module élémentaire 13 comprend dans cet exemple une pluralité de canaux 5. Dans ce mode de réalisation, les modules élémentaires 13 sont du type dit � à plaques �, c'est-à-dire qu'un module 13 est constitué par la réunion de 25 deux éléments généralement plats conformés de manière à permettre le passage d'un fluide. Ces deux éléments sont brasés ensemble pour former le module 13. Typiquement, un module 13 peut être formé à l'aide de plaques métalliques embouties dans lesquelles on ménage plusieurs seconds canaux 5 de circulation du second fluide. 30 Chaque module élémentaire 13 comporte alors un premier 12a et un 2945611 -6- second conduits 12b reliés aux premier 11a et second 11b collecteurs pour mettre en communication les canaux 5 et les collecteurs 11 a,11 b. Selon ce premier mode de réalisation, les modules élémentaires 13 sont assemblés horizontalement, plus précisément les modules élémentaires 13 5 sont superposés parallèlement aux grands côtés 7a,7b. Pour former ces collecteurs lla,llb, les modules élémentaires 13 peuvent comporter chacun deux raccordements d'extrémité 15a,15b, par exemple sous forme de tubulure, s'emboîtant respectivement avec les raccordements correspondants du module élémentaire 13 inférieur. Ces 10 raccordements sont formés par emboutissage par exemple. Ceci permet alors un assemblage rapide de l'échangeur 1 qui peut en outre être facilement automatisé. En outre, pour permettre la circulation du second fluide dans les canaux 5 avant son évacuation, les raccordements 15a,15b sont disposés en étant 15 diamétralement opposés. Par ailleurs, on peut prévoir des ailettes 17 intercalées entre les canaux 5 afin d'augmenter la surface d'échange thermique entre les deux fluides. Ces ailettes 17 se présentent par exemple sous la forme de bandes métalliques ondulées. Ces ailettes 17 peuvent être brasées sur les canaux 5 au 20 niveau des sommets des ondulations. Les génératrices des ailettes 17 au niveau des sommets des ondulations définissent la direction de circulation D1 du premier fluide au contact de ces ailettes 17. Pour une circulation parallèle des deux fluides, les génératrices des ailettes 17 sont donc sensiblement parallèles aux axes longitudinaux L des 25 canaux 5. Selon ce premier mode de réalisation, les ailettes 17 sont agencées horizontalement dans l'échangeur 1 entre deux modules élémentaires 13 consécutifs. Les sommets des ondulations des ailettes 17 sont alors orientés alternativement vers les grands côtés 7a,7b de l'échangeur 1. 30 Un second mode de réalisation représenté sur la figure 2, diffère du 2945611 -7- premier mode de réalisation par le fait que les modules élémentaires 113 sont assemblés verticalement, plus précisément les modules élémentaires 113 sont juxtaposés parallèlement les uns aux autres en formant chacun un plan sensiblement perpendiculaire aux grands côtés 7a,7b et sensiblement parallèle 5 aux petits côtés 9a,9b de l'échangeur 1. Dans ce cas, les ailettes 117 sont agencées verticalement dans l'échangeur 1 entre deux modules élémentaires 113 consécutifs. Les sommets des ondulations des ailettes 117 sont alors orientés alternativement vers les modules élémentaires 113 en amont et en aval. L'orientation des ailettes 117 10 dans ce second mode de réalisation est sensiblement perpendiculaire à l'orientation des ailettes 17 dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1. En se référant à nouveau à la figure 2, on constate que les collecteurs 111 a,111 b respectivement formés par les raccordements emboîtés 15a,15b, 15 sont respectivement disposées sur les grands côtés 7a,7b de l'échangeur 1. L'introduction et l'évacuation du second fluide respectivement dans les premier 111a et second 111b collecteurs peuvent se faire sur un même côté de l'échangeur 1. Dans ce cas, le second fluide circule selon deux sens opposés lorsqu'il est introduit et lorsqu'il est évacué. 20 En variante, l'introduction et l'évacuation du second fluide respectivement dans les premier 111 a et second 111 b collecteurs se font sur deux côtés opposés de l'échangeur 1. Dans ce cas, le second fluide circule selon un même sens lorsqu'il est introduit et lorsqu'il est évacué. Le troisième mode de réalisation illustré sur la figure 3, diffère du second 25 mode de réalisation par le fait que chaque module élémentaire 213 comporte un seul canal 5, ce qui permet de diminuer l'encombrement en hauteur de l'échangeur 1. En variante, ce canal 5 est formé par une multitude de sous-canaux parallèles entre eux. Ces modules élémentaires 213 peuvent également être du type dit � à 30 plaques �, et formés respectivement à l'aide de plaques métalliques embouties 2945611 -8- dans lesquelles on ménage un seul second canal 5 de circulation du second fluide. Un tel canal 5 peut présenter une forme générale sensiblement plate et ses extrémités ne débouchent pas dans les collecteurs 211a,211b. 5 Au contraire, on prévoit chaque canal 5 avec deux orifices respectivement ménagés au niveau des collecteurs 211a,211b. Les collecteurs 211a,211b peuvent alors être disposés sur un même grand côté 7a,7b de l'échangeur 1 (figures 3a,3b) ou en variante sur deux grands côtés opposés 7a,7b (figures 3c ou 3d). 10 On peut de plus prévoir les collecteurs 211a,211b avec une configuration sensiblement plane et présentant à chaque extrémité un raccordement 215a,215b respectivement pour l'introduction et l'évacuation du second fluide, par exemple sous forme de tubulures. Ces raccordements 215a,215b peuvent être disposés au niveau d'un 15 même petit côté 9a,9b (figures 3a,3c) ou en alternative sur deux petits côtés opposés (figures 3b,3d). Ainsi, dans l'exemple illustré sur la figure 3a, les collecteurs 211a et 211b sont disposés sur un même grand côté 7a avec leurs raccordements 215a et 215b au niveau du même petit côté 9b. La circulation du second fluide 20 illustrée par les flèches se fait donc en sens opposé pour l'introduction (flèche A) et pour l'évacuation (flèche B) du second fluide. La circulation du premier fluide à contre-courant par rapport au second fluide est illustré par les flèches blanches. Dans l'exemple illustré sur la figure 3b, le collecteur 211a est disposé sur 25 le grand côté 7a avec le raccordement 215a au niveau du petit côté 9a et le collecteur 211b est disposé sur le même grand côté 7a avec avec le raccordement 215b au niveau du petit côté opposé 9b. La circulation du second fluide se fait donc dans le même sens pour l'introduction (flèche A) et pour l'évacuation (flèche B) du second fluide. 30 Dans l'exemple illustré sur la figure 3c, le collecteur 211a est disposé sur 2945611 -9- le grand côté 7a avec le raccordement 215a au niveau du petit côté 9b et le collecteur 211b est disposé sur le grand côté opposé 7b avec le raccordement 215b au niveau du même petit côté 9b. La circulation du second se fait donc en sens opposé pour l'introduction (flèche A) et pour l'évacuation (flèche B) du 5 second fluide. Dans l'exemple illustré sur la figure 3d, le collecteur 211a est disposé sur le grand côté 7a avec le raccordement 215a au niveau du petit côté 9a et le collecteur 211b est disposé sur le grand côté opposé 7b avec le raccordement 215b (représenté en pointillé) au niveau du petit côté opposé 9b. La circulation 10 du second fluide se fait donc dans le même sens pour l'introduction (flèche A) et pour l'évacuation (flèche B) du second fluide. Les collecteurs 211a,211b peuvent présenter une forme générale sensiblement en parallélépipède plus large que haut, avec deux faces opposées plus larges que les autres faces latérales, et les collecteurs 15 211a,211b sont disposés avec leurs faces plus larges en contact avec l'échangeur 1, ce qui diminue encore l'encombrement en hauteur de l'échangeur 1. Ainsi, une telle structure de l'échangeur 1 permet de limiter l'encombrement dans l'habitacle du véhicule tout en garantissant de bonnes 20 performances de l'échangeur pour réchauffer/refroidir le flux d'air à destination de l'habitacle. REVENDICATIONS1. Échangeur thermique entre un premier fluide à réchauffer ou refroidir et un second fluide caloporteur, ledit échangeur comprenant : des premiers canaux (4) pour le passage dudit premier fluide, et des seconds canaux (5) pour le passage dudit second fluide, lesdits premiers (4) et seconds (5) canaux formant un faisceau sensiblement parallélépipédique avec quatre côtés latéraux (7a,7b,9a,9b) opposés deux à deux et deux faces d'extrémité (3a,3b) définissant respectivement une face d'entrée (3a) et une face de sortie (3b) du premier fluide, sans obstacle devant lesdites faces d'extrémité (3a,3b), caractérisé en ce que : lesdits premiers canaux (4) s'étendent selon une direction de circulation du premier fluide entre les deux faces d'extrémité (3a,3b), et en ce que û lesdits seconds canaux (5) s'étendent sensiblement parallèlement auxdits premiers canaux (4) entre les deux faces d'extrémité (3a,3b). 2. Échangeur, selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit échangeur est configuré pour une circulation à contre-courant desdits premier et second 20 fluides. 3. Échangeur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit échangeur comporte au moins un collecteur (11 a,111 a,211 a,11 b,111 b,211 b) connecté auxdits seconds canaux pour la 25 circulation dudit second fluide, et en ce que ledit collecteur est disposé au niveau d'une face d'extrémité (3a,3b) sur un côté latéral (7a,7b,9a,9b). 4. Échangeur selon la revendication 2 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un premier collecteur 30 (11a,111a,211a) pour l'introduction dudit second fluide situé au niveau de la 2945611 -11- face de sortie (3b) dudit premier fluide et un second collecteur (11 b,111 b,211 b) pour l'évacuation dudit second fluide situé au niveau de la face d'entrée (3a) dudit premier fluide. 5 5. Échangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de modules élémentaires (13) sensiblement identiques, chaque module élémentaire (13) comprenant au moins un canal (5) longitudinal et lesdits modules (13) étant assemblés pour former ledit échangeur. 10 6. Échangeur selon la revendication 3 prise en combinaison avec la revendication 5, caractérisé en ce que chacun desdits modules élémentaires (13) comporte deux raccordements d'extrémité (15a,15b) s'emboîtant respectivement avec les raccordements d'extrémité (15a,15b) correspondants 15 d'un autre module élémentaire (13), de manière à former lesdits collecteurs (11a,11b,111a,111b). 7. Échangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits raccordements (15a,15b) présentent une forme générale sensiblement 20 tubulaire. 8. Échangeur selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que lesdits collecteurs (211 a,211 b) présentent une configuration sensiblement plane, de préférence sous forme de boîtes sensiblement 25 parallélépipédique. 9. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des ailettes (17,117) intercalées entre lesdits canaux (5) pour former lesdits premiers canaux (4), lesdites ailettes (7,117) 30 présentant de préférence une forme générale ondulée. 2945611 -12- 10. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est implanté dans un habitacle de véhicule selon un plan sensiblement horizontal dudit véhicule.