Brevet FR3028018A1 — publié le 20160506

ELEMENT D'ECHANGE DE CHALEUR ADAPTE POUR UN ECHANGE DE CHALEUR ENTRE UN PREMIER ET UN DEUXIEME FLUIDE, UN FAISCEAU D'ECHANGE 5 COMPRENANT L'ELEMENT D'ECHANGE DE CHALEUR ET UN ECHANGEUR DE CHALEUR COMPRENANT LE FAISCEAU D'ECHANGE Domaine de l'invention 10 La présente invention concerne un élément d'échange de chaleur adapté pour permettre l'échange de chaleur entre un premier et un deuxième fluide. Plus précisément, l'invention concerne un élément d'échange de chaleur adapté pour guider, en son intérieur un premier fluide et, en son extérieur un deuxième fluide afin de permettre un échange de chaleur au travers de la paroi de l'élément 15 d'échange de chaleur. Etat de la technique Dans un système de climatisation, par exemple un système de climatisation destiné 20 à un véhicule automobile, un fluide frigorigène ou réfrigérant utilisé pour refroidir l'habitacle dudit véhicule automobile circule à l'intérieur d'un échangeur de chaleur, tel qu'un condenseur par exemple, lors d'un cycle de refroidissement. Dans l'art antérieur, il est connu d'obtenir le refroidissement d'un réfrigérant à 25 l'aide d'un échangeur de chaleur, ledit échangeur de chaleur étant adapté pour permettre un échange de chaleur entre le réfrigérant et un fluide, tel que de l'eau, pour refroidir ledit réfrigérant. Dans ce but, l'échangeur de chaleur, selon l'art antérieur, comprend deux circuits 30 distincts, l'un destiné au réfrigérant, l'autre destiné au fluide pour refroidir le réfrigérant. Ainsi, l'art antérieur divulgue l'utilisation d'un échangeur de chaleur comprenant un faisceau d'échange, dans lequel ledit faisceau d'échange comprend un empilement de tubes. Le réfrigérant peut circuler à l'intérieur des tubes, d'une première extrémité vers une deuxième extrémité des tubes. Le fluide utilisé pour refroidir le réfrigérant circule à contre-courant du réfrigérant, depuis la deuxième extrémité vers la première extrémité des tubes, entre les deux tubes adjacents. Selon l'art antérieur, les tubes comprennent une paroi d'une épaisseur déterminée pour supporter la haute pression à laquelle est soumis le réfrigérant circulant à l'intérieur desdits tubes. L'échange de chaleur entre le réfrigérant et le fluide est réalisé au travers de cette paroi. Afin d'améliorer l'efficacité de l'échange de chaleur, il est possible de fournir, sur la paroi interne des tubes, des éléments en forme de protubérances qui s'étendent vers l'intérieur des tubes afin d'augmenter la surface de contact à l'intérieur des tubes. Cependant, cette solution est coûteuse et complexe à mettre en oeuvre. Des solutions permettant d'améliorer l'échange de chaleur entre un premier fluide circulant à l'intérieur d'un élément d'échange d'un échangeur de chaleur et un deuxième fluide circulant à l'extérieur dudit échangeur de chaleur s'avèrent nécessaires afin d'accroître l'efficacité de l'échange de chaleur. Objet de l'invention Un but de la présente invention concerne un élément d'échange de chaleur visant à améliorer l'efficacité de l'échange de chaleur entre le premier fluide circulant à l'intérieur de l'élément d'échange de chaleur et un deuxième fluide circulant à l'extérieur dudit élément d'échange de chaleur. Ainsi, l'invention concerne un élément d'échange de chaleur pour un échangeur de chaleur permettant l'échange de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide, ledit élément d'échange de chaleur étant adapté pour guider ledit premier fluide à l'intérieur dudit élément d'échange de chaleur et ledit deuxième fluide à l'extérieur dudit élément d'échange de chaleur, ledit élément d'échange de chaleur comprenant au moins un premier canal comprenant une première paroi de forme essentiellement cylindrique et un deuxième canal comprenant une deuxième paroi de forme essentiellement cylindrique, les au moins premier et deuxième canaux étant connectés l'un à l'autre par une portion de la première paroi adjacente à une portion de la deuxième paroi. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'échange de chaleur comprend une pluralité de canaux, les canaux impairs étant positionnés sur un premier niveau et les canaux pairs étant interconnectés entre les canaux impairs sur un deuxième niveau. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'échange de chaleur s'étend d'une première extrémité vers une deuxième extrémité, dans lequel l'élément d'échange de chaleur comprend au moins une ondulation entre cette première et cette deuxième extrémité. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'échange de chaleur les premiers et/ou deuxième canaux sont d'épaisseur constante. Selon un mode de réalisation de l'invention, le faisceau d'échange pour un échangeur de chaleur comprend au moins un premier et un deuxième élément d'échange de chaleur, dans lequel les au moins premier et deuxième élément d'échange de chaleur sont positionnés l'un sur l'autre. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend le faisceau d'échange. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'échangeur de chaleur est adapté pour 30 un échange de chaleur entre un fluide réfrigérant et de l'eau glycolée. 25 Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un système de climatisation pour un véhicule automobile comprenant l'échangeur de chaleur. Brève description des dessins Les but, objet et caractéristiques de la présente invention ainsi que ses avantages apparaitront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous des modes de réalisation préférés d'un échangeur de chaleur selon l'invention, faite en référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 représente une vue éclatée d'un échangeur de chaleur selon la présente invention, permettant de distinguer les différents composants dudit échangeur de chaleur, la figure 2 montre un premier mode de réalisation d'un élément d'échange de chaleur selon la présente invention, la figure 3 représente une vue détaillée de l'élément d'échange de chaleur selon la figure 2, la figure 4 montre un deuxième mode de réalisation d'un élément d'échange de chaleur selon la présente invention, et la figure 5 représente une vue détaillée de l'élément d'échange de chaleur selon la figure 4. Description détaillée des modes de réalisation La description ci-après a pour but d'exposer l'invention de manière suffisamment claire et complète, notamment à l'aide d'exemples, mais ne doit pas être considérée comme limitant l'étendue de la protection aux modes de réalisation particuliers et aux exemples présentés ci-après. La figure 1 représente une vue éclatée d'un échangeur de chaleur 1 selon l'invention. L'échangeur de chaleur 1 est particulièrement adapté pour être utilisé au cours d'un cycle de refroidissement d'un système de climatisation, par exemple au sein d'un véhicule automobile. Comme montré sur la figure 1, l'échangeur de chaleur 1 est adapté pour recevoir le réfrigérant selon la direction de la flèche 20, à une température et une pression relativement élevées. L'échangeur de chaleur 1 comprend un ensemble de tubes, espacés entre eux et adaptés pour résister à la température et à la pression relativement élevées du réfrigérant. Le réfrigérant est guidé à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 1 depuis son entrée en direction d'une sortie, selon la direction de la flèche 21 sur la figure 1. Afin de refroidir le réfrigérant, un liquide de refroidissement, tel que de l'eau, est introduit dans l'échangeur de chaleur 1 selon la direction de la flèche 22, le liquide de refroidissement circule à contre-courant du réfrigérant, permettant ainsi un échange de chaleur entre le réfrigérant et le liquide de refroidissement au sein de l'échangeur de chaleur 1. Ensuite, le liquide de refroidissement est guidé vers une sortie selon la direction de la flèche 23. L'échangeur de chaleur 1 est ainsi adapté pour faciliter le déplacement du liquide de refroidissement à l'intérieur de l'espace entre les différents tubes utilisés pour la circulation du réfrigérant. En effet, l'échangeur de chaleur 1 comprend un boîtier comportant une paroi supérieure 2, une paroi inférieure 3 et deux parois latérales 4, 5. A une première extrémité, l'échangeur de chaleur 1 comprend un premier collecteur 6 formant une entrée destinée à la circulation du réfrigérant. A l'extrémité opposée, l'échangeur de chaleur 1 comprend un deuxième collecteur 7 formant une sortie destinée à la circulation du réfrigérant. La paroi 4 est pourvue d'une ouverture 41 permettant de recevoir un connecteur 8 utilisé comme entrée destinée au passage du liquide de refroidissement. De façon similaire, la paroi 5 est pourvue d'une ouverture 51 permettant de recevoir un connecteur 9 utilisé comme sortie destinée au passage du liquide de refroidissement. Comme indiqué sur la figure 1, les collecteurs 6, 7 et les connecteurs 8, 9 représentant les différentes entrées et sorties de l'échangeur de chaleur 1 sont positionnés de manière à permettre la circulation, à contre-courant, du réfrigérant et du liquide de refroidissement à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 1. L'échangeur de chaleur 1 comprend, en son sein, un faisceau d'échange 30 comportant un empilement des éléments d'échange de chaleur ou tubes 31. Deux éléments d'échange de chaleur 31 adjacents définissent un espace permettant la circulation du liquide de refroidissement. Selon la figure 1, le faisceau d'échange 30 comprend, à titre d'exemple illustratif, sept éléments d'échange de chaleur 31 positionnés les uns au-dessus des autres. La quantité d'éléments d'échange de chaleur 31 pour former un faisceau d'échange peut varier selon l'utilisation de l'échangeur de chaleur 1. La figure 2 montre une vue détaillée de l'élément d'échange de chaleur 31 selon un premier mode de réalisation de l'invention. L'élément d'échange de chaleur 31 comprend une pluralité de canaux décrits ci-dessous et permettant la circulation du réfrigérant à l'intérieur dudit élément d'échange de chaleur 31. La figure 3 montre une partie détaillée de l'élément d'échange de chaleur 31. Ainsi l'élément d'échange de chaleur 31 comprend une pluralité de canaux 42, 43, 44, 45. Les canaux 42, 43, 44, 45 permettent de guider, en leur intérieur, le réfrigérant, d'une première extrémité de l'élément d'échange de chaleur 31 vers l'extrémité opposée de l'élément d'échange de chaleur 31. La première mesure permet d'augmenter la surface extérieure de l'élément d'échange de chaleur 31. Les canaux pairs 42, 44 sont positionnés sur un premier plan horizontal alors que les canaux impairs 41, 45 sont positionnés sur un deuxième plan horizontal. Chaque canal 42, 43, 44, 45 se présente sous une forme essentiellement cylindrique de manière à former un tube. Les différents canaux 42, 43, 44, 45 sont positionnés, chacun selon des plans verticaux parallèles entre eux. Les parois desdits canaux 42, 43, 44, 45 sont connectées les unes aux autres pour former l'élément d'échange de chaleur 31. L'alternance des premier et deuxième plans horizontaux des canaux 42, 43, 44, 45 permet d'augmenter la surface extérieure de l'élément d'échange de chaleur 31 et d'accroître ainsi les possibilités d'échange de chaleur au travers des parois des canaux 42, 43, 44, 45, entre le réfrigérant circulant à l'intérieur des canaux et le liquide de refroidissement circulant à l'extérieur desdits canaux 42, 43, 44, 45. Comme montré sur la figure 2, l'élément d'échange de chaleur 31 est pourvu de plusieurs ondulations 52, 53, 54. Ces ondulations 52, 53, 54 permettent d'augmenter la longueur du chemin suivi par le réfrigérant à l'intérieur des différents canaux 42, 43, 44, 45, depuis la première extrémité vers la deuxième extrémité de l'élément d'échange de chaleur 31. Ainsi, la surface extérieure de l'élément d'échange de chaleur 31 est augmentée. Par conséquent, la quantité de chaleur, échangée entre le réfrigérant et le liquide de refroidissement, est également augmentée. La combinaison des caractéristiques techniques décrites ci-dessus, concernant l'alternance des plans horizontaux des différents canaux 42, 43, 44, 45 et la présence des ondulations 52, 53, 54 garantit un échange de chaleur optimal entre le réfrigérant et le liquide de refroidissement utilisés au sein de l'échangeur de chaleur 1 selon la présente invention. La figure 4 présente un mode de réalisation alternatif de l'élément d'échange de chaleur selon l'invention. Ainsi, la figure 4 montre un élément d'échange de chaleur 131 comprenant une pluralité de canaux décrits ci-dessous et permettant la circulation du réfrigérant à l'intérieur dudit élément d'échange de chaleur 131. Comme montré en détail sur la figure 5, l'élément d'échange de chaleur 131 comprend une pluralité de canaux 42, 43, 44, 45. Les canaux 42, 43, 44, 45 permettent de guider, en leur intérieur, le réfrigérant, d'une première extrémité de l'élément d'échange de chaleur 131 vers l'extrémité opposée de l'élément d'échange de chaleur 31. L'élément d'échange de chaleur 131 comprend des canaux 141, 142, 143 se présentant sous une forme essentiellement cylindrique de manière à former un tube dont la surface intérieure est essentiellement plane. Les canaux 141, 142, 143 sont positionnés sur un même plan horizontal et selon différents plans verticaux parallèles entre eux. L'élément d'échange de chaleur 131 est pourvu, depuis sa première extrémité vers sa deuxième extrémité, d'ondulations 151, 152. On remarquera, en outre, que les éléments 31 et/ou 131 comprennent des premiers et/ou deuxième canaux 42, 43, 44, 45, 141, 142, 143 d'épaisseur constante. La combinaison des caractéristiques techniques décrites ci-dessus concernant le positionnement des canaux 141, 142, 143 sur un même plan horizontal, la présence des ondulations 151, 152 et la surface intérieure, essentiellement plane, des canaux garantit un échange de chaleur optimal entre le réfrigérant et le liquide de refroidissement utilisés au sein de l'échangeur de chaleur 1 selon la présente invention. REVENDICATIONS1. Elément d'échange de chaleur (31, 131) pour un échangeur de chaleur (1) permettant l'échange de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide, ledit élément d'échange de chaleur (31, 131) étant adapté pour guider ledit premier fluide à l'intérieur dudit élément d'échange de chaleur (31, 131) et ledit deuxième fluide à l'extérieur dudit élément d'échange de chaleur, ledit élément d'échange de chaleur (31, 131) comprenant au moins un premier canal (42, 43, 44, 45; 141, 142,143) comprenant une première paroi de forme essentiellement cylindrique et un deuxième canal (42, 43, 44, 45; 141, 142,143) comprenant une deuxième paroi de forme essentiellement cylindrique, les au moins premier et deuxième canal (42, 43, 44, 45; 141, 142,143) étant connectés l'un à l'autre par une portion de la première paroi adjacente à une portion de la deuxième paroi. 2. Elément d'échange de chaleur (31, 131) selon la revendication 1, dans lequel l'élément d'échange de chaleur (31, 131) comprend une pluralité de canaux (42, 43, 44, 45), les canaux impairs étant positionnés sur un premier niveau et les canaux pairs étant interconnectés entre les canaux impairs sur un deuxième niveau. 3. Elément d'échange de chaleur (31, 131) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'élément d'échange de chaleur s'étend d'une première extrémité vers une deuxième extrémité, dans lequel l'élément d'échange de chaleur (31, 131) comprend au moins une ondulation entre cette première et cette deuxième extrémité. 4. Elément d'échange de chaleur (31, 131) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les premiers et/ou deuxième canaux (42, 43, 44, 45; 141, 142,143) sont d'épaisseur constante. 5. Faisceau d'échange (30) pour un échangeur de chaleur (1) comprenant au moins un premier et un deuxième éléments d'échange de chaleur (31, 131) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les au moins premier et deuxième éléments d'échange de chaleur (31, 131) sont positionnés l'un sur l'autre. 6. Echangeur de chaleur (1) comprenant le faisceau d'échange (30) selon la revendication S. 7. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 6, dans lequel l'échangeur de chaleur (1) est adapté pour un échange de chaleur entre un fluide réfrigérant et de l'eau glycolée.