Brevet FR3049047A1 — publié le 20170922

Refroidisseur de gaz pour véhicule automobile. L'invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier pour véhicule 5 automobile, et plus précisément un refroidisseur de gaz dans lequel du fluide réfrigérant R744 est apte à circuler. Les échangeurs de chaleurs comme les refroidisseurs de gaz comportent généralement une multiplicité de tubes plats empilés et disposés parallèlement les uns 10 des autres, et des intercalaires disposés entre lesdits tubes plats. En fonctionnement, un fluide réfrigérant à l'état gazeux circule dans lesdits tubes plats de l'échangeur, et un deuxième fluide, par exemple de l'air, traverse lesdits intercalaires disposés entre lesdits tubes plats. 15 Les dimensions des éléments constituant un refroidisseur de gaz, comme par exemple le pas de tubes plats, l'épaisseur des tubes plats et des intercalaires, la période des intercalaires, ou encore la hauteur de la lumière au sein des tubes plats, sont généralement étudiées pour obtenir une efficacité et un rendement optimaux. 20 Cependant, ces refroidisseurs de gaz ne tiennent pas compte de leur impact environnemental à long terme. En effet, leur fabrication et le recyclage des matériaux les constituants sont consommateurs d'énergie et donc produisent du CO2. De même leur utilisation au sein d'un véhicule automobile influe sur la consommation de se 25 dernier et donc génère indirectement également du CO2 par un surplus de consommation.. 3049047 2 Un des buts de la présente invention est donc proposer un refroidisseur de gaz remédiant au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur notamment en diminuant son impact environnemental. La présente invention concerne donc un refroidisseur de gaz comportant : ° une multiplicité de tubes plats empilés et disposés parallèlement les uns des autres, et dans lesquels un fluide réfrigérant est apte à circuler, ledit fluide réfrigérant étant du R744, ° des intercalaires disposés entre lesdits tubes plats, lesdits intercalaires étant aptes à être traversés par un deuxième fluide, le pas de tube entre deux tubes plats successifs étant compris entre 6.5 et 10 mm, bornes incluses. Le refroidisseur de gaz, du fait de son pas de tube compris entre 6.5 et 10 mm, a un impact environnemental faible. Selon un aspect de l'invention, le pas de tube entre deux tubes plats successifs est compris entre 8 et 10 mm, bornes incluses. Selon un aspect de l'invention, le pas de tube entre deux tubes plats successifs est 20 compris entre 8 et 9 mm, bornes incluses. Selon un autre aspect de l'invention, le pas de tube entre deux tubes plats successifs est de 8,60 mm, avec une tolérance de plus ou moins 0,05 mm. 25 Selon un autre aspect de l'invention, les tubes plats ont une largeur comprise entre 10 et 17 mm, bornes incluses. 3049047 3 Selon un autre aspect de l'invention, les tubes plats ont une épaisseur comprise entre 1 et 1,25 mm, bornes incluses. Selon un autre aspect de l'invention, les tubes plats ont une lumière d'une hauteur 5 comprise entre 0,5 et 0,7 mm, bornes incluses. Selon un autre aspect de l'invention, les tubes plats ont une épaisseur de paroi de tube plat 2 comprise entre 0,15 et 0,4 mm, bornes incluses. 10 Selon un autre aspect de l'invention, les intercalaires ont une épaisseur comprise entre 0,06 et 0,10 mm, bornes incluses. Selon un autre aspect de l'invention, les intercalaires ont un profil périodique de période comprise entre 1,90 et 2,4 mm, bornes incluses. 15 Selon un autre aspect de l'invention, les intercalaires ont une hauteur comprise entre 7 et 10 mm, bornes incluses. Selon un autre aspect de l'invention, le refroidisseur de gaz comporte 2 ou 3 20 passes de fluide réfrigérant. 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 : 25 la figure 1 montre une représentation schématique en vue de profil d'un refroidisseur de gaz, la figure 2 montre une représentation schématique en perspective d'une partie d'un refroidisseur de gaz, 3049047 4 - la figure 3 montre une représentation schématique en coupe longitudinale de la figure 2, - la figure 4 montre une représentation schématique d'un intercalaire, - la figure 5 montre un graphique de l'évolution de l'impact environnemental 5 du refroidisseur de gaz en fonction du pas de tubes, - la figure 6 montre un graphique de l'évolution de la masse du refroidisseur de gaz et de son efficacité en fonction du pas de tubes. Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références. 10 Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents 15 modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. La figure 1 montre une représentation schématique en vue de profil d'un refroidisseur de gaz 1, notamment pour utilisation au sein d'un circuit de climatisation d'un véhicule automobile. Ledit refroidisseur de gaz 1 comporte une multiplicité de tubes plats 2 empilés et disposés parallèlement les uns des autres. A l'intérieur de ces tubes plats 2 circule un fluide réfrigérant, plus particulièrement du R744, entre deux collecteurs 4 placés aux extrémités desdits tubes plats 2. Entre les tubes plats 2 sont disposés des intercalaires 3. Lesdits intercalaires 3 ont un profil périodique et sont traversés par un deuxième fluide, par exemple de l'air. Les collecteurs 4 comportent une entrée 4a et/ou la sortie 4b de fluide réfrigérant et également des un ou plusieurs séparateurs 5 définissant des zones de circulation. Dans l'exemple présenté à la figure 1, chaque collecteur 4 comporte un séparateur 5 de sorte que le fluide réfrigérant effectue trois passes au sein du refroidisseur de gaz pour passer de l'entrée 4a à la sortie 4b de 3049047 5 fluide réfrigérant. Il est cependant tout à fait possible d'imaginer un mode de réalisation alternatif où le fluide réfrigérant n'effectue que deux passes, un seul collecteur 4 comporte alors à la fois une entrée 4a et une sortie 4b de fluide réfrigérant séparées par un séparateur 5. Les tubes plats 2 et les intercalaires 3 sont généralement réalisés en 5 matériaux métalliques, par exemple en aluminium. Le refroidisseur 1 se caractérise selon différents paramètres illustrés aux figures 2 à 4. Les intervalles décrit dans la présente description sont des intervalles dont les bornes sont incluses, c'est à dire que les bornes desdits intervalles sont comprises dans 10 lesdits intervalles. De plus, une qualité de tolérance liée aux processus de fabrication est à prendre en considération pour les différentes mesures et intervalles mentionnés dans la présente description. Le refroidisseur de gaz 1 a une largeur lt (visible sur la figure 2) comprise entre 10 et 17 mm, notamment de l'ordre de 12mm. Cette largeur lt est notamment dictée par 15 les exigences des constructeurs automobiles et les normes VDA. Comme illustré à la figure 3, lesdits tubes plats 2 ont une hauteur ht comprise entre 1 et 1,25 mm, de préférence 1,1 mm. Les tubes plats 2 peuvent en outre avoir une lumière 20 d'une hauteur hl comprise entre 0,5 et 0,7 mm, de préférence 0,55 mm, avec une tolérance par exemple de plus ou moins 0,005mm, et une épaisseur de paroi Et de 20 tube plat 2 comprise entre 0,15 et 0,4 mm. Dans l'exemple illustré à la figure 1, le refroidisseur de gaz 1 comporte douze tubes plats. La hauteur ht des tubes plats 2, la hauteur hl de la lumière 20 desdits tubes plats 2 ainsi que leur nombre est une optimisation entre le processus de fabrication, une limitation de la perte de charge du fluide réfrigérant à l'intérieur des tubes à 100kg/h, ainsi qu'une perte de charge la plus 25 faible possible du deuxième fluide lorsqu'il rencontre le flanc desdits tubes plats 2. Les tubes plats 2 ont un pas de tube pt (visible sur la figure 3) compris entre 8 et 10 mm, plus particulièrement entre 8 et 9 mm, notamment de l'ordre de 8,60 mm, avec une tolérance par exemple de plus ou moins 0,05mm. 3049047 6 Comme illustré sur la figure 4, les intercalaires 3 ont une épaisseur ei comprise entre 0,06 et 0,10 mm, de préférence 0,07 mm, avec une tolérance par exemple de plus ou moins 0,005mm. Lesdits intercalaires 3 ont également une période pi comprise entre 1,90 et 2,4 mm, de préférence 2,1 mm, avec une tolérance par exemple de 0,05mm. La 5 période pi et l'épaisseur ei des intercalaires 3 sont notamment définies pour limiter les pertes de charges du deuxième fluide lorsqu'il traverse lesdits intercalaires 3, tout en conservant une bonne protection desdits intercalaires contre la corrosion. Les intercalaires 3 ont également une hauteur hi comprise entre 7 et 10 mm. 10 Le refroidisseur de gaz 1, notamment du fait de son pas de tube pt compris entre 8 et 10 mm, a un impact environnemental faible. Cet impact environnemental est illustré à la figure 5 qui montre un graphique de l'évolution de impact environnemental d'un refroidisseur de gaz 1 en fonction du pas de tube pt. L'impact environnemental est exprimé en gramme de CO2 par 100km et correspond à la fabrication dudit refroidisseur 15 de gaz 1, en particulier la production d'un lingot, l'extrusion, le brasage, son influence sur la consommation du véhicule automobile durant sa durée de vie et son recyclage. La figure 5 montre alors que, pour un pas de tube pt compris entre 6.5 et 10 mm, l'impact environnemental est le plus faible. L'impact environnemental est encore plus faible pour un pas de tube pt encore plus restreint entre 8 et 9 mm avec un optimum de 8,60 mm, 20 avec une tolérance par exemple de plus ou moins 0,05mm. Un pas de tube pt compris entre 8 et 10 mm permet de limiter l'augmentation de la masse du refroidisseur de gaz 1 tout en conservant une bonne efficacité. Cet aspect est illustré à la figure 6 montrant l'évolution de l'efficacité et de la masse d'un refroidisseur de gaz 1 en fonction de son pas de tube pt. On observe alors que plus le 25 pas de tube pt diminue, plus l'efficacité augmente mais également que la masse du refroidisseur de gaz 1 augmente. En effet, dans le cadre de l'utilisation du R744 comme fluide réfrigérant, il n'est pas possible de réduire l'épaisseur des tubes plats 2 en dessous d'un certain seuil car sa pression est élevée, de l'ordre de 150 bars, lors de la traversée du refroidisseur de gaz 1. 3049047 7 Ainsi, on voit bien que le refroidisseur de gaz 1 selon l'invention permet non seulement une bonne efficacité tout en ayant une masse limitée et ce malgré l'utilisation de R744 comme fluide réfrigérant et surtout ledit refroidisseur de gaz 1 a un impact 5 environnemental faible. REVENDICATIONS1. Refroidisseur de gaz (1) comportant : ° une multiplicité de tubes plats (2) empilés et disposés parallèlement les uns des autres, et dans lesquels un fluide réfrigérant est apte à circuler, ledit fluide réfrigérant étant du R744,2. 3. 4. 5. ° des intercalaires (3) disposés entre lesdits tubes plats (2), lesdits intercalaires (3) étant aptes à être traversés par un deuxième fluide, caractérisé en ce que le pas de tube (pt) entre deux tubes plats (2) successifs est compris entre 6.5 et 10 mm, bornes incluses. Refroidisseur de gaz (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le pas de tube (pt) entre deux tubes plats (2) successif est compris entre 8 et 10 mm, bornes incluses. Refroidisseur de gaz (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pas de tube (pt) entre deux tubes plats (2) successifs est compris entre 8 et 9 mm, bornes incluses. Refroidisseur de gaz (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pas de tube (pt) entre deux tubes plats (2) successifs est de 8,60 mm, avec une tolérance de plus ou moins 0,05 mm. Refroidisseur de gaz (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes plats (2) ont une largeur (lt) comprise entre 10 et 17 mm, bornes incluses. 3049047 9 6. Refroidisseur de gaz (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes plats (2) ont une épaisseur (ht) comprise entre 1 et 1,25 mm, bornes incluses. 5 7. Refroidisseur de gaz (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes plats (2) ont une lumière (20) d'une hauteur (hl) comprise entre 0,5 et 0,7 mm, bornes incluses. 10 8. Refroidisseur de gaz (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes plats (2) ont une épaisseur de paroi (Et) de tube plat 2 comprise entre 0,15 et 0,4 mm, bornes incluses. 9. Refroidisseur de gaz (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 caractérisé en ce que les intercalaires (3) ont une épaisseur (ei) comprise entre 0,06 et 0,10 mm, bornes incluses. 10. Refroidisseur de gaz (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les intercalaires (3) ont un profil périodique de période (pi) 20 comprise entre 1,90 et 2,4 mm, bornes incluses. 11. Refroidisseur de gaz (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les intercalaires (3) ont une hauteur (hi) comprise entre 7 et 10 mm, bornes incluses. 25 12. Refroidisseur de gaz (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte 2 ou 3 passes de fluide réfrigérant.