FR2996296A1 - Tube pour un echangeur de chaleur de vehicule automobile - Google Patents

Abstract

Ce tube (10) pour échangeur de chaleur de véhicule automobile s'étend dans une direction longitudinale et présente une section transversale. Le tube (10) comporte en son intérieur une pluralité de canaux (12) longitudinaux de circulation d'un fluide et au moins une partie des canaux est répartie dans la section transversale du tube (10) de façon à définir deux rangées (15) de canaux (12).

Description

La présente invention concerne le domaine technique des échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles, et porte plus spécifiquement sur un tube pour un tel échangeur.

Les tubes d'échangeurs de chaleur concernés sont destinés à être utilisés par exemple dans des radiateurs de refroidissement, notamment des radiateurs de refroidissement basse température, ou des condenseurs de circuits de climatisation de véhicules.

On connaît déjà un radiateur de refroidissement comprenant une multiplicité de tubes parallèles dans lesquels circule un fluide frigorigène et permettant, grâce à une circulation d'air entre les tubes, de refroidir des organes du véhicule. Généralement, un tel tube s'étend dans une direction longitudinale et présente une section transversale, le tube comportant en son intérieur une pluralité de canaux longitudinaux de circulation du fluide. Habituellement, ces canaux sont alignés de manière à former une rangée de canaux selon la section transversale du tube. Il est intéressant de concevoir ces tubes de façon à réduire autant que possible leur diamètre hydraulique, donc le diamètre des canaux de circulation de fluide, car cela permet d'obtenir de bonnes performances d'échange thermique de l'échangeur. Toutefois, on ne peut pas trop diminuer le diamètre des canaux car dans ce cas, on risque d'augmenter trop considérablement l'énergie dissipée par frottement du liquide, donc la perte de charges au cours de l'écoulement du fluide.

Ainsi, il est difficile d'allier une bonne performance thermique et une diminution des pertes de charge des tubes. La présente invention a notamment pour but de proposer un tube d'échangeur de chaleur dont le rendement thermique est amélioré. A cet effet, l'invention a pour objet un tube pour un échangeur de chaleur de véhicule automobile, s'étendant dans une direction longitudinale et présentant une section transversale, le tube comportant en son intérieur une pluralité de canaux longitudinaux de circulation d'un fluide dans lequel au moins une partie des canaux est répartie dans la section transversale du tube de façon à définir deux rangées distinctes de canaux. Ainsi on propose un tube d'échangeur qui comporte dans sa section transversale, 5 non pas une unique rangée de canaux, mais au moins deux rangées, agencées de préférence l'une en parallèle de l'autre. Ceci est particulièrement avantageux dans la mesure où cela permet de disposer davantage de canaux dans le tube, donc d'améliorer les performances thermiques du tube, sans pour autant réaliser des canaux de trop faible diamètre, susceptibles de faire augmenter les pertes de 10 charge. Ainsi pour augmenter les performances thermiques, il est proposé d'augmenter la surface d'échange en augmentant le nombre de canaux grâce à cette disposition particulière, plutôt qu'en diminuant le diamètre de ces canaux. Ce bon compromis entre le diamètre hydraulique et les pertes de charges améliore le rendement thermique de l'échangeur. Dans les tubes de l'état de la technique, le 15 nombre de canaux par tube est relativement limité puisque chaque tube n'accueille qu'une seule rangée de canaux. On entend de préférence par « rangée de canaux » une ligne droite imaginaire se trouvant dans une section transversale du tube et passant par des axes de symétrie 20 longitudinale de plusieurs canaux. On comprend bien sûr que le tube peut comprendre éventuellement plus de deux rangées distinctes. On comprend par ailleurs que de préférence, un canal formant une rangée du tube ne fait partie que de cette rangée et pas de l'autre. En d'autres termes, les canaux d'une rangée ne « mordent » pas sur l'autre rangée. 25 Le tube proposé ci-dessus est avantageusement utilisé dans un échangeur de chaleur tel qu'un radiateur de refroidissement ou un condenseur de circuit de climatisation. On notera que l'échangeur de chaleur peut comprendre entre 20 et 150 tubes. 30 Généralement, dans le cas d'un radiateur, un tube comprend entre 3 et 7 canaux par rangée, de préférence entre 4 et 5 canaux par rangée. La pression du fluide s'écoulant à l'intérieur des canaux est comprise entre 1 et 10 bars, de préférence de l'ordre de 2 à 3 bars. Ainsi dans ce cas, du fait de ce nombre de canaux par tube, on peut disposer des canaux de diamètre suffisamment grand pour ne pas présenter 35 trop de résistance à la pression et donc générer trop de perte de charge. Le radiateur est par exemple utilisé pour refroidir un moteur, une boucle dite « basse température » destinée à refroidir des composants électroniques, une batterie, un échangeur air/eau, et/ou un moteur hybride pour les véhicules hybrides. Par ailleurs dans le cas d'un condenseur de circuit de climatisation, un tube comprend généralement entre 8 et 20 canaux par rangée, de préférence entre 10 et 16 canaux par rangée. La pression du fluide s'écoulant à l'intérieur des canaux est souvent comprise entre 10 et 150 bars, de préférence de l'ordre de 80 à 120 bars. Dans ce cas, du fait de la forte pression, ce nombre relativement élevé de canaux est intéressant en ce qu'il permet de réaliser de petits canaux, capables de fournir une meilleure résistance à cette pression élevée, là où des canaux plus gros risqueraient d'exploser. On notera que le tube est généralement fabriqué par extrusion ou par pliage et comporte parfois des ailettes internes destinées à augmenter les performances 15 thermiques. Le tube d'échangeur de chaleur tel que défini ci-dessus peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison. - Le tube comprend une bande continue de matière entre les deux rangées. Ainsi, 20 les deux rangées sont distinctement séparées par cette bande. Cette configuration permet à chaque rangée d'optimiser sa performance thermique et améliore par ailleurs la tenue mécanique du tube. - Les canaux de l'une des rangées sont majoritairement agencés en quinconce par rapport à des canaux de la deuxième rangée. Ce cas est particulièrement 25 intéressant en ce qu'il permet d'améliorer la tenue mécanique du tube ainsi que le gain thermique, du fait que l'on peut mieux répartir la chaleur dans le tube. - Les canaux de l'une des rangées sont alignés deux à deux avec les canaux de la deuxième rangée. - Le tube présente, selon la section transversale du tube, une longueur Ltube et 30 une épaisseur etube, chacune des rangées étant sensiblement parallèle à la longueur du tube Ltube. - Selon la section transversale du tube, chaque canal d'une rangée présente une longueur L'nat prise dans le sens de cette rangée, la rangée de canaux présentant une longueur Lrangée, la somme des longueurs Lcanai des canaux de la rangée, divisée par la longueur de la rangée Lrangée, étant supérieure ou égale à 0,75 ; de préférence supérieure à 0,8 ; de préférence encore supérieure à 0,85. - Le tube a une épaisseur e tube, comprise entre 1 et 2 millimètres. - Les canaux disposés sur une rangée ont une largeur 'canal, prise dans le sens perpendiculaire de la rangée, comprise entre 0,3 et 0,7 millimètres. - Les canaux disposés sur une rangée ont une longueur Lcanai prise dans le sens de la rangée comprise entre 0,5 et 5 millimètres. - Deux canaux consécutifs d'une rangée sont séparés une distance d canal/canal comprise entre 0,2 et 0,4 millimètres. - Le tube comporte une peau externe et les canaux d'une rangée comportent une paroi adjacente à la peau externe, la distance d tube/canal entre la peau externe du tube et la paroi adjacente d'un canal étant comprise entre 0,2 et 0,4 millimètres.

Les différentes caractéristiques ci-dessus décrites, ont pour avantage d'améliorer le rendement de l'échange thermique du tube proposé, en veillant à ne pas faire trop augmenter la perte de charge et à améliorer la tenue mécanique du tube. L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur pour véhicule automobile comprenant une pluralité de tubes tels que présentés ci-dessus, les tubes s'étendant sensiblement parallèlement les uns aux autres, la distance des axes de deux tubes consécutifs, appelée « pas », étant comprise entre 6 et 10 millimètres, de préférence entre 6 et 8 millimètres. Ainsi le rendement d'un échangeur de chaleur comportant de tels tubes est amélioré. On notera que plus le pas est petit, meilleur est l'échange thermique. L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles : -la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un tube selon un mode de réalisation, et - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'un tube selon un autre mode de réalisation.

On a représenté sur la figure 1 un tube 10 pour échangeur de chaleur, destiné plus spécifiquement à être utilisé sur un condenseur de circuit de climatisation.

Dans la présente description, on définit la direction longitudinale L comme la direction qui s'étend parallèlement à l'axe longitudinal du tube 10, l'axe longitudinal du tube correspondant généralement à la direction d'écoulement du fluide à l'intérieur du tube. On définit la section transversale du tube par l'intersection du tube avec un plan perpendiculaire à la direction longitudinale L. La section transversale est définie par une première direction T et une seconde direction perpendiculaire à la direction T dans le plan perpendiculaire à la direction longitudinale L. La section transversale externe du tube est délimitée par une longueur L tube et une épaisseur etube, qui est comprise entre 1 et 2 millimètres.

L'échangeur de chaleur comporte une pluralité de tubes 10 tels que présentés dans cet exemple, généralement entre 20 et 150 tubes tels que le tube 10. Ceux-ci sont agencés parallèlement les uns aux autres et de manière à former des espaces, dits espaces inter-tubes, dans lesquels circule un flux d'air. Dans l'exemple, la distance entre les axes longitudinaux de deux tubes 10 consécutifs est de 6 millimètres. Cette distance peut dans certains cas être différente, et avoir une valeur comprise entre 6 et 10 millimètres, de préférence entre 6 et 8 millimètres. Chaque tube 10 est muni d'une peau externe 11 qui permet l'échange thermique et comporte en son intérieur une pluralité de canaux longitudinaux 12 de circulation d'un fluide réfrigérant qui a pour fonction d'échanger de la chaleur avec le flux d'air circulant entre les tubes 10, de façon à le refroidir. Selon la section transversale, le tube forme sensiblement un rectangle allongé, de forme oblongue, comportant deux bords parallèles longs et rectilignes 13, et deux bords latéraux arrondis 14. Le tube est par exemple réalisé à partir d'une bande de tôle d'alliage d'aluminium. Cette bande est soumise à des procédés métallurgiques qui permettent de faciliter la mise en forme des tubes par pliage et leur assemblage par brasage dans l'échangeur. Toutefois, il est également possible de réaliser ces tubes par d'autres procédés de fabrication, par exemple par extrusion.35 Selon la section transversale, une partie majoritaire des canaux 12 est répartie de façon à définir deux rangées distinctes 15 de canaux 12. Les rangées 15 sont séparées par une bande continue de matière 16. Chaque rangée 15 est sensiblement parallèle à la longueur du tube L tube et une rangée 15 de canaux 12 présente une longueur Lrangée. Les deux rangées 15 sont parallèles l'une à l'autre et les canaux 12 de l'une des rangées sont alignés deux à deux avec les canaux de la deuxième rangée. Deux canaux 12 consécutifs d'une même rangée 15 sont séparés par un pont de matière 18 qui a une largeur correspondant à une distance dcanaucanai comprise entre 0,2 et 0,4 millimètres.

Dans la section transversale des tubes 10, les canaux 12 d'une rangée 15 ont une forme globalement rectangulaire. Chaque canal d'une rangée présente un grand côté correspondant à une longueur Lcanal prise dans le sens de la rangée et comprise entre 0.5 et 5 millimètres, et un petit côté correspondant à une largeur 'canal prise dans le sens perpendiculaire de la rangée comprise entre 0.3 et 0.7 millimètres. Le tube 10 présente deux canaux d'extrémité 20, qui sont adjacents aux bords latéraux 14. Ces canaux d'extrémité 20 ont une paroi arrondie 21 dont le profil correspond au profil des bords latéraux 14 du tube, leur section formant un D. On notera que les canaux d'extrémité 20 croisent tous les deux chacune des deux rangées. On considère que ces canaux d'extrémité 20, qui mordent chacun sur les deux rangées 15, ne font pas partie des canaux définissant les rangées 15 définies ci-dessus. En d'autres termes, les rangées 15 sont des lignes imaginaires composées uniquement de la juxtaposition de canaux similaires aux canaux 12, sans inclure les canaux mordant sur les deux rangées. Dans l'exemple, la somme des longueurs Lcanal des canaux 12 d'une rangée, divisée par la longueur de cette rangée Lrangée, est supérieure ou égale à 0,75. Toutefois, dans d'autres cas la somme des longueurs Lcanal des canaux d'une rangée, divisée par la longueur de cette rangée Lrangée, pourrait être supérieure à 0,8 ou même encore supérieure à 0,85. Les canaux 12 d'une rangée 15 comportent une paroi 22 adjacente à la peau externe 11, qui correspond à la distance la plus proche d'un canal 12 de la peau externe 11 d'un tube. Une distance d tube/canal entre la peau externe 11 du tube et la paroi adjacente 22 d'un canal est comprise entre 0,2 et 0,4 millimètres. On a représenté sur la figure 2 un second mode de réalisation d'un tube 10' d'échangeur, similaire au tube 10. Dans cet exemple, les canaux 12 de l'une des rangées 15 sont majoritairement agencés en quinconce par rapport à des canaux de la deuxième rangée 15. Pour ce faire, au moins un des canaux, voire deux des canaux, d'une même rangée ont une longueur Lcanal qui est supérieure à celle des autres canaux 12. Cela permet que les canaux 12 d'une rangée soient agencés en quinconce par rapport à ceux de l'autre. En l'occurrence, ce sont des canaux disposés juste à côté des canaux d'extrémité 20 sui ont une longueur supérieure. Une telle conformation en quinconce fait que les canaux ne sont pas alignés deux à deux avec les canaux de la deuxième rangée, ce qui permet d'optimiser la résistance mécanique et le rendement thermique du tube.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. Les tubes d'échangeur décrits ci-dessus sont le plus souvent fabriqués par pliage, cela étant, ils peuvent aussi être fabriqués par extrusion. En variante, de tels tubes peuvent comporter des ailettes sur leurs parois internes permettant de créer de multiples canaux. De plus, les tubes tels que décrits dans l'exemple peuvent comporter des rangées de canaux supplémentaires de manière à répondre à des contraintes thermiques particulières. Par ailleurs, la longueur Lcanai peut varier d'un canal à l'autre d'une même rangée, permettant différentes configurations dans lesquelles les canaux de l'une des rangées ne sont pas alignés avec les canaux de l'autre des rangées. Par ailleurs, on notera que des combinaisons des différents modes de réalisation décrits ci-dessus sont possibles.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Tube (10) pour un échangeur de chaleur de véhicule automobile, s'étendant dans une direction longitudinale et présentant une section transversale, le tube (10) comportant en son intérieur une pluralité de canaux longitudinaux (12) de circulation d'un fluide et étant caractérisé en ce que au moins une partie des canaux est répartie dans la section transversale du tube (10) de façon à définir deux rangées distinctes (15) de canaux (10).
2. 2. Tube (10) selon la revendication 1, comprenant une bande continue (16) de matière entre les deux rangées (15).
3. 3. Tube (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les canaux (10) de l'une des rangées (15) sont majoritairement agencés en quinconce par rapport à des canaux (10) de la deuxième rangée (15).
4. 4. Tube (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel les canaux (10) de l'une des rangées (15) sont alignés deux à deux avec les canaux (10) de la deuxième rangée.
5. 5. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant, selon la section transversale du tube, une longueur L Tube et une épaisseur e Tube, chacune des rangées étant sensiblement parallèle à la longueur du tube L Tube.
6. 6. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, selon la section transversale du tube, chaque canal d'une rangée présente une longueur Lcanal prise dans le sens de cette rangée, la rangée de canaux présentant une longueur Lrangée, la somme des longueurs Lbanal des canaux de la rangée, divisée par la longueur de la rangée Lrangée, étant supérieure ou égale à 0,75 ; de préférence supérieure à 0,8 ; de préférence encore supérieure à 0,85.
7. 7. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tube a une épaisseur etube, comprise entre 1 et 2 millimètres.
8. 8. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les canaux disposés sur une rangée ont une largeur 'canal, prise dans le sens perpendiculaire de la rangée, comprise entre 0,3 et 0,7 millimètres.
9. 9. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les canaux disposés sur une rangée ont une longueur Lcanal prise dans le sens de la rangée comprise entre 0,5 et 5 millimètres.
10. 10. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel-9- deux canaux consécutifs d'une rangée sont séparés une distance dcanaucanai comprise entre 0,2 et 0,4 millimètres.
11. 11. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tube comporte une peau externe et les canaux d'une rangée comportent une paroi adjacente à la peau externe, la distance d tube/canal entre la peau externe du tube et la paroi adjacente d'un canal étant comprise entre 0,2 et 0,4 millimètres.
12. 12. Echangeur de chaleur pour véhicule automobile comprenant une pluralité de tubes selon l'une quelconque des revendications précédentes, les tubes s'étendant sensiblement parallèlement les uns aux autres, la distance des axes de deux tubes consécutifs étant comprise entre 6 et 10 millimètres, de préférence entre 6 et 8 millimètres.