L'invention se rapporte au domaine des échangeurs thermiques et notamment aux échangeurs thermiques destinés à être parcourus par un fluide sous haute pression.

À cet égard, l'invention se rapporte plus particulièrement aux échangeurs thermiques aptes à être parcourus par un fluide réfrigérant ayant une pression de fonctionnement relativement élevée, comme c'est le cas de gaz naturels tels que le dioxyde de carbone désigné par C0 ₂ , présentant une pression de fonctionnement supérieure aux gaz réfrigérants utilisés dans les solutions de l'état de l'art.

De tels échangeurs thermiques trouvent une application particulière dans les véhicules automobiles. Ils peuvent notamment constituer un refroidisseur de gaz dans lequel le fluide réfrigérant tel que du C0 ₂ est refroidi par un deuxième fluide, tel que du liquide. À l'inverse, le deuxième fluide peut être refroidi par le premier fluide par exemple sous forme gazeuse, l'échangeur thermique est alors couramment désigné par « Water chiller » en anglais.

De tels échangeurs thermiques peuvent notamment être utilisés dans la régulation thermique d'une ou plusieurs batteries d'un véhicule électrique ou hybride. La régulation thermique des batteries est un point important car si les batteries sont soumises à des températures trop froides, leur autonomie peut décroître fortement et si elles sont soumises à des températures trop importantes, il y a un risque d'emballement thermique pouvant aller jusqu'à la destruction de la batterie, voire du véhicule automobile. Afin de réguler la température des batteries, il est connu d'utiliser un fluide caloporteur, en général du liquide de refroidissement comprenant un mélange d'eau glycolée, qui circule au sein d'un échangeur thermique en contact avec la ou les batteries. Le liquide de refroidissement, peut ainsi apporter de la chaleur à la ou aux batteries pour les réchauffer, cette chaleur ayant été absorbée par le liquide de refroidissement par exemple lors de l'échange thermique avec le C0 ₂ circulant dans le refroidisseur de gaz. Le liquide de refroidissement peut également, si besoin est, absorber de la chaleur émise par la ou les batteries afin de les refroidir et évacuer cette chaleur au niveau d'un ou plusieurs autres échangeurs thermiques. De tels échangeurs thermiques peuvent aussi être utilisés comme tout autre refroidisseur de gaz dans un circuit de climatisation.

Ces échangeurs thermiques peuvent en particulier être des échangeurs thermiques assemblés par brasage.

On connaît par exemple des échangeurs thermiques comprenant un empilement de plaques permettant la circulation du premier fluide, tel que le fluide réfrigérant ou gaz réfrigérant, et du deuxième fluide tel que le liquide de refroidissement.

Toutefois, l'utilisation d'un fluide réfrigérant tel que du C0 ₂ sous une pression très élevée, généralement supérieure à 100 bars, avec une pression d'éclatement qui peut atteindre par exemple jusqu'à 340bars, implique que les échangeurs thermiques tels que des refroidis seurs de gaz, doivent résister à de telles pressions élevées.

Les échangeurs thermiques à plaques connus de l'art antérieur ne permettent pas de résister à de telles hautes pressions.

Afin d'y remédier, on connaît également de l'art antérieur des échangeurs thermiques comprenant un empilement de tubes reliés entre eux par au moins un collecteur du premier fluide notamment le fluide réfrigérant de chaque côté des tubes, et le deuxième fluide, par exemple sous forme liquide, peut circuler autour des tubes dans une enveloppe reliée à une boîte à eau.

Cependant une telle architecture est complexe à réaliser et présente notamment des inconvénients en termes d'étanchéité, en particulier dans le cas d'un échangeur thermique brasé pour lequel il s'avère nécessaire de prévoir de multiples points de brasage pour plusieurs pièces de l'échangeur thermique. De plus, avec cette architecture, les deux fluides circulent généralement à flux croisé. Il n'est pas toujours possible de prévoir une circulation à contre-courant ou encore en plusieurs passes des deux fluides, ce qui limite l'efficacité de l'échangeur thermique. En outre, il s'avère difficile de réduire la hauteur de tube en dessous de 2mm du fait de la conception connue du collecteur recevant les extrémités des tubes, ce qui limite également l'efficacité de l'échangeur thermique. Il a été également constaté qu'un tel échangeur thermique ne présente pas toujours une bonne tenue mécanique.

Par ailleurs, un problème constant des échangeurs thermiques implémentés dans un véhicule automobile réside en l'allocation d'une place réduite, afin de répondre aux exigences des constructeurs.

La présente invention vise à améliorer les solutions de l'état de la technique et à résoudre au moins partiellement les inconvénients exposés ci-dessus en proposant un échangeur thermique simple à réaliser dont les performances thermiques sont améliorées.

À cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur comprenant :

un faisceau d'échange thermique avec une pluralité de tubes d'échange thermique définissant des canaux de circulation pour un fluide, et

au moins une boîte collectrice du fluide.

Selon l'invention, le faisceau d'échange thermique comprend un empilement alterné d'une pluralité de premiers cadres et d'intercalaires, tels que :

chaque premier cadre reçoit au moins un premier et un deuxième tubes d'échange thermique, et comprend :

• des premiers moyens de mise en communication fluidique du premier tube d'échange thermique avec la boîte collectrice du fluide et

• des deuxièmes moyens de mise en communication fluidique du deuxième tube d'échange thermique avec la boîte collectrice du fluide, et - les intercalaires présentent en outre respectivement au moins un orifice de retournement agencé en communication fluidique avec à la fois un premier moyen de mise en communication fluidique et un deuxième moyen de mise en communication fluidique d'au moins un premier cadre en regard de l'intercalaire,

de manière à permettre que le fluide qui débouche d'un premier tube d'échange thermique subit un retournement dans l'orifice de retournement et circule vers un deuxième tube d'échange thermique adjacent dans un premier cadre.

Les intercalaires ainsi conformés assurent le retournement du fluide de façon simple afin de permettre une circulation en plusieurs passes du fluide qui circule dans les canaux de circulation des premiers cadres 13 des étages au-dessus et en-dessous desdits intercalaires.

De plus, les moyens de mise en communication fluidique prévus sur les premiers cadres permettent de collecter le fluide, tel qu'un fluide réfrigérant, et de le distribuer dans les tubes d'échange thermique maintenus dans ces premiers cadres, de façon simple. Il n'est plus nécessaire de prévoir les collecteurs de chaque côté des tubes comme dans les solutions connues.

Dans l'invention, les cadres désignent une pièce, ou un assemblage de pièces, qui peuvent être rigides, délimitant un espace fermé ou non. Dans cet espace peuvent être positionnés, dans notre exemple, des tubes d'échange thermique.

On notera que le faisceau d'échange thermique, qui comporte une pluralité de tubes d'échange thermique, est distinct des cadres.

L'échangeur thermique peut en outre comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison.

Selon un mode de réalisation particulier, chaque premier cadre est apte à recevoir un premier et un deuxième tubes d'échange thermique communiquant entre eux à une extrémité, via l'orifice de retournement agencé d'un côté des extrémités des deux tubes d'échange thermique, pour une circulation en « U » du fluide.

Selon un aspect de l'invention, l'orifice de retournement présente une forme sensiblement longitudinale, de préférence sensiblement oblongue.

Selon un mode de réalisation avantageux, l'orifice de retournement s'étend longitudinalement de façon sensiblement perpendiculaire à la direction générale de l'écoulement du fluide dans les canaux de circulation des tubes d'échange thermique.

Selon un autre aspect de l'invention, les intercalaires sont réalisés sous forme de deuxièmes cadres.

Le faisceau d'échange thermique comprend donc un empilement alterné de premiers cadres de réception des tubes d'échange thermique et de deuxièmes cadres.

L'échangeur thermique comprend ainsi un empilement d'éléments simples, à savoir des cadres et des tubes d'échange thermique dans lesquels circule un fluide, tel qu'un fluide réfrigérant, insérés dans les premiers cadres, et entre lesquels peut circuler un deuxième fluide tel que du liquide de refroidissement. Une telle architecture permet une réalisation plus simple de l'échangeur thermique dans son ensemble.

Selon un aspect additionnel, l'orifice de retournement est ménagé sur au moins un bord de chaque deuxième cadre s 'étendant sensiblement perpendiculairement à la direction générale de l'écoulement du fluide dans les canaux de circulation des tubes d'échange thermique.

Selon un aspect supplémentaire, les deuxièmes cadres présentent des guides de passage de fluide, tels que des orifices de passage traversants, ménagés sur au moins un bord de chaque deuxième cadre et communiquant avec les moyens de mise en communication fluidique des premiers cadres, de manière à permettre l'écoulement du fluide à travers l'empilement.

Selon un mode de réalisation, les guides de passage sont agencés dans l'alignement des moyens de mise en communication fluidique des premiers cadres.

Les cadres superposés permettent de créer le chemin d'écoulement du fluide tel qu'un fluide réfrigérant, lorsque les cadres sont assemblés par exemple par brasage, et de même, les cadres superposés permettent de créer le trajet d'écoulement d'un autre fluide tel qu'un liquide de refroidissement entre les tubes d'échange thermique.

Selon encore un autre aspect de l'invention, chaque premier cadre présente en outre une cloison de séparation entre deux tubes d'échange thermique, et l'orifice de retournement s'étend de part et d'autre de la cloison de séparation lorsqu'un premier cadre et un intercalaire sont empilés.

Selon un mode de réalisation, la cloison de séparation s'étend selon toute la longueur des tubes d'échange thermique.

Selon un aspect particulier, la cloison de séparation s'étend longitudinalement de façon sensiblement parallèle à la direction des canaux de circulation des tubes d'échange thermique.

Avantageusement, la cloison de séparation d'un premier cadre de réception est réalisée d'une seule pièce avec le premier cadre de réception.

Selon un aspect supplémentaire de l'invention, le fluide apte à circuler dans les canaux de circulation des tubes d'échange thermique est un fluide réfrigérant, tel que du C0 ₂ , destiné à circuler à haute pression, notamment à une pression supérieure à lOObars.

L'échangeur thermique présente une meilleure tenue mécanique par rapport aux solutions de l'art antérieur et une très bonne résistance aux hautes pressions, notamment dues à la circulation de C0 ₂ comme fluide réfrigérant.

Selon encore un autre aspect de l'invention, l'échangeur thermique permet un échange thermique entre un premier fluide apte à circuler dans les canaux de circulation des tubes d'échange thermique et un deuxième fluide apte à circuler entre les tubes d'échange thermique, et l'échangeur thermique est configuré pour la circulation en au moins deux passes du premier fluide et du deuxième fluide.

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 est une vue en perspective d'un échangeur thermique,

- la figure 2 est une vue partielle en perspective d'un empilement de premiers cadres et de deuxièmes cadres du faisceau d'échange thermique de l'échangeur thermique de la figure 1,

- la figure 3 est une autre vue en perspective d'un empilement de premiers cadres et de deuxièmes cadres d'un faisceau d'échange thermique,

- la figure 4 représente de façon schématique un premier cadre du faisceau d'échange thermique recevant deux tubes d'échange thermique,

- la figure 5 est une vue du premier cadre seul de la figure 4,

- la figure 6 représente de façon schématique un deuxième cadre du faisceau d'échange thermique, et

- la figure 7 est une autre vue partielle en perspective de l'empilement de premiers cadres et de deuxièmes cadres du faisceau d'échange thermique montrant un premier cadre recevant deux tubes d'échange thermique communiquant à une extrémité.

Sur ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références. 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 modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.

Dans la présente, les termes supérieur et inférieur, ou haut et bas, ou encore vertical et horizontal, sont désignés en référence à la disposition des éléments sur les figures. Cette disposition correspond à la disposition inversée des éléments à l'état monté dans un véhicule automobile notamment.

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 modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.

Dans la présente, les termes supérieur et inférieur, ou haut et bas, ou encore vertical et horizontal, sont désignés en référence à la disposition des éléments sur les figures. Cette disposition correspond à la disposition des éléments à l'état monté dans un véhicule automobile notamment.

Échangeur thermique

En référence à la figure 1, l'invention concerne un échangeur thermique 1 notamment pour véhicule automobile, pour un échange thermique entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide.

Le premier fluide peut entrer dans l'échangeur thermique 1 sous forme gazeuse et le deuxième fluide sous forme liquide.

Il s'agit en particulier d'un échangeur thermique assemblé par brasage.

Pour ce faire, l'échangeur thermique 1 présente au moins partiellement, c'est-à- dire sur au moins certains éléments ou certaines pièces, un revêtement destiné à fondre pour assurer la jonction d'éléments de l'échangeur thermique lors de l'assemblage par brasage.

Le revêtement est couramment désigné par « clad » dans le domaine du brasage de pièces métalliques, notamment en aluminium. En particulier, le revêtement est ajouté sur l'âme des pièces, lors de la fabrication, par exemple par laminage à froid.

Il peut s'agir à titre d'exemple non limitatif d'un revêtement comprenant de l'aluminium et du silicium.

L'échangeur thermique 1 selon l'invention est en particulier adapté pour la circulation d'au moins un fluide ayant une haute pression de fonctionnement, notamment supérieure à lOObars.

Par exemple le premier fluide est un fluide réfrigérant destiné à circuler à haute pression tel que du C0 ₂ , aussi désigné par R744 selon la nomenclature industrielle.

L'échangeur thermique 1 peut notamment être un refroidis seur de gaz dans lequel le fluide réfrigérant tel que du C0 ₂ est refroidi par un deuxième fluide par exemple sous forme liquide, tel que du liquide de refroidissement comprenant un mélange d'eau glycolée.

Le deuxième fluide tel que le liquide de refroidissement peut aussi être refroidi par le premier fluide tel que du C0 ₂ , un tel échangeur thermique est alors couramment désigné par « Water chiller » en anglais.

L'échangeur thermique 1 comprend un faisceau d'échange thermique 3 permettant l'échange thermique entre le premier fluide et le deuxième fluide. Dans l'exemple illustré, le faisceau d'échange thermique 3 présente une forme générale sensiblement parallélépipédique.

La circulation des premier et deuxième fluides se fait avantageusement à contre- courant dans le faisceau d'échange thermique 3.

L'introduction et l'évacuation du premier fluide dans le faisceau d'échange thermique 3 ou hors du faisceau d'échange thermique 3 est schématisé à titre d'exemple par les flèches Fli pour l'introduction et Fl ₀ pour l'évacuation.

De même, l'introduction du deuxième fluide dans le faisceau d'échange thermique 3 et l'évacuation du deuxième fluide hors du faisceau d'échange thermique 3 est schématisé à titre d'exemple par les flèches F2i pour l'introduction et F2o pour l'évacuation.

Enfin, l'échangeur thermique 1, et plus précisément le faisceau d'échange thermique 3, peut être configuré pour une circulation en au moins deux passes de l'un des deux fluides, en particulier du premier fluide, voire des deux fluides.

Un exemple de circulation des deux fluides à contre-courant et en deux passes est illustré de façon schématique par les flèches Fl et F2 sur la figure 1.

Plus précisément, le faisceau d'échange thermique 3, mieux visibles sur les figures 2 et 3, comprend une pluralité de tubes d'échange thermique 5 (voir figure 2) empilés de manière à définir alternativement des premiers canaux de circulation (non visibles sur les figures) pour le premier fluide dans les tubes d'échange thermique 5 et des deuxièmes canaux de circulation 9 pour le deuxième fluide entre les tubes d'échange thermique 5.

Les tubes d'échange thermique 5 sont de façon préférée réalisés par extrusion.

Les tubes d'échange thermique 5 peuvent être réalisés sous forme de tubes plats, avantageux en termes d'encombrement.

Les tubes plats 5 présentent une forme générale sensiblement rectangulaire, avec une longueur par exemple de l'ordre de 32mm et une épaisseur de l'ordre du millimètre.

L'épaisseur est ici considérée dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3, on peut parler également de la hauteur des tubes d'échange thermique 5. Autrement dit, il s'agit de l'épaisseur dans la direction d'empilement des tubes d'échange thermique 5.

Chaque tube d'échange thermique 5 définit un nombre prédéterminé de premiers canaux de circulation (non visibles sur les figures) pour le premier fluide, en particulier de micro-canaux de circulation pour le premier fluide.

Les premiers canaux ou micro-canaux (non visibles sur les figures) s'étendent ici sensiblement longitudinalement, selon une forme sensiblement en « I » ou rectiligne. Les premiers canaux ou micro-canaux de circulation (non visibles sur les figures) pour le premier fluide permettant l'écoulement du premier fluide s'étendent respectivement selon une direction parallèle à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5. Le premier fluide peut suivre une circulation en au moins deux passes dite circulation « U » comme cela sera décrit par la suite.

Les deuxièmes canaux 9 de circulation pour le deuxième fluide peuvent être conformés pour permettre une circulation en une passe dite circulation en « I » mais aussi une circulation en deux passes dite circulation en « U » comme cela sera décrit par la suite.

Des turbulateurs 11 de l'écoulement du deuxième fluide sont avantageusement agencés dans les deuxièmes canaux de circulation 9, améliorant ainsi l'échange thermique entre les deux fluides.

Les turbulateurs 11 peuvent être portés par un élément 12 distinct des tubes d'échange thermiques 5 comme illustré sur la figure 2. Les turbulateurs 11 présentent par exemple une forme sensiblement en créneaux.

Des intercalaires 15 sont avantageusement disposés entre les tubes d'échange thermique 5, et définissent le pas entre les tubes d'échange thermique 5.

Selon un mode de réalisation, le faisceau d'échange thermique 3 comprend un empilement alterné de premiers cadres 13 et d'intercalaires 15.

Selon le mode de réalisation décrit, une pluralité de deuxièmes cadres 15 formant intercalaires sont agencés entre deux premiers cadres 13 de réception des tubes d'échange thermique 5. Les deuxièmes cadres 15 sont aussi appelés cadres intercalaires.

L'empilement se fait ici sensiblement verticalement.

Chaque premier cadre 13 est apte à recevoir au moins deux tubes d'échange thermique 5 et cet ensemble forme un étage du faisceau d'échange thermique 3. On peut désigner les premiers cadres 13 par cadres-tubes.

Chaque deuxième cadre 15 peut recevoir des turbulateurs 11 et cet ensemble forme un autre étage du faisceau d'échange thermique 3.

Ces deux ensembles ou étages sont répétés autant de fois que nécessaire suivant l'espace disponible et la performance à atteindre. Les premiers cadres 13 et les deuxièmes cadres 15 sont décrits plus en détail par la suite.

À titre d'exemple, des plaques de fermetures 17, 18 (voir figure 1), en particulier au moins une plaque de fermeture 17 inférieure et au moins une plaque de fermeture 18 supérieure, peuvent être agencées de part et d'autre de l'empilement des premiers cadres 13 et des deuxièmes cadres 15, de manière à fermer le faisceau d'échange thermique 3. Les plaques de fermetures présentent avantageusement une forme complémentaire de la forme des premiers cadres 13 et des deuxièmes cadres 15.

L'échangeur thermique 1 comprend de plus au moins une boîte collectrice 19 du premier fluide agencée en communication fluidique avec les premiers canaux de circulation (non visibles sur les figures).

La boîte collectrice 19 est selon l'exemple illustré agencée sur une plaque de fermeture supérieure 18 disposée en haut du faisceau d'échange thermique 3.

L'échangeur thermique 1 comprend en outre au moins deux tubulures 21 d'entrée et de sortie de fluide permettant l'introduction et l'évacuation du deuxième fluide. Dans cet exemple, les deux tubulures 21 sont agencées sur la même plaque de fermeture supérieure 18 que la boîte collectrice 19 pour le premier fluide.

Bien entendu, selon une variante non illustrée, on peut prévoir d'agencer les deux tubulures 21 sur la plaque inférieure 17.

Selon encore une autre variante non illustrée, on peut prévoir d'agencer séparément les tubulures 21 avec une tubulure 21 sur la plaque supérieure 18 et l'autre tubulure 21 sur la plaque inférieure 17.

En particulier, la boîte collectrice 19 peut être agencée d'un côté du faisceau d'échange thermique 3 et les tubulures 21 peuvent être agencées de l'autre côté du faisceau d'échange thermique 3, permettant ainsi une circulation à contre-courant des deux fluides.

Selon la disposition illustrée sur la figure 1, la boîte collectrice 19 est agencée à gauche tandis que les tubulures 21 sont agencées à droite.

Premiers cadres dits cadres-tubes

En référence aux figures 2 et 4 et 5, on décrit maintenant plus en détail les premiers cadres 13 de réception des tubes d'échange thermique 5.

Les premiers cadres 13 peuvent être au moins partiellement réalisés en aluminium.

Les premiers cadres 13 présentent :

deux bords opposés 13A, 13B (voir figures 4 et 5) s'étendant de façon perpendiculaire à la direction des premiers canaux (non visibles sur les figures) de circulation du premier fluide, autrement dit ici perpendiculairement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5, et

deux autres bords opposés 13C, 13D s'étendant parallèlement à la direction des premiers canaux (non visibles sur les figures) de circulation du premier fluide, autrement dit ici parallèlement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5.

On peut aussi définir les premiers cadres 13 par rapport à la direction générale d'écoulement du premier fluide, à savoir que les premiers cadres 13 présentent :

deux bords opposés 13A, 13B s'étendant perpendiculairement à la direction générale d'écoulement du premier fluide, et

- deux autres bords opposés 13C, 13D s'étendant parallèlement à la direction générale d'écoulement du premier fluide.

La direction générale d'écoulement du premier fluide s'entend de la direction de de circulation pour chaque passe du premier fluide, par exemple de la direction des branches du « U » dans le cas d'une circulation en deux passes dite circulation en « U » du premier fluide.

Dans l'exemple illustré, les premiers cadres 13 sont de forme générale sensiblement rectangulaire et présentent deux bords longitudinaux 13C, 13D, formant des grands côtés, s'étendant de façon sensiblement parallèle à la direction générale d'écoulement du premier fluide et deux bords latéraux 13 A, 13B, formant des petits côtés, s'étendant dans le sens de la largeur, de façon sensiblement perpendiculaire à la direction d'écoulement du premier fluide.

Toutefois, selon d'autres modes de réalisation, on pourrait prévoir des cadres présentant une forme générale qui ne soit pas rectangulaire, par exemple elliptique, ou en forme de losange. L'axe longitudinal des premiers cadres 13 et des tubes d'échange thermique 5 est ici confondu.

Ces premiers cadres 13 présentent une même épaisseur que les tubes d'échange thermique 5 qu'ils reçoivent, notamment de l'ordre de quelques millimètres, par exemple de l'ordre de 1mm.

Comme précédemment, l'épaisseur est considérée dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3, on peut parler également de la hauteur des premiers cadres 13. Autrement dit, il s'agit de l'épaisseur dans la direction d'empilement des cadres 13, 15.

Chaque premier cadre 13 est apte à recevoir au moins deux tubes d'échange thermique 5 permettant une circulation en au moins deux passes du premier fluide. À cet effet, chaque premier cadre 13 présente au moins deux logements 130 pour recevoir chacun un tube d'échange thermique 5 associé.

Selon le mode de réalisation illustré, chaque premier cadre 13 est apte à recevoir deux tubes d'échange thermique 5, chaque tube d'échange thermique 5 étant reçu dans un logement 130 associé.

Le faisceau d'échange thermique 3 présente alors deux rangées de tubes d'échange thermique 5 : une première rangée de premiers tubes d'échange thermique 5 et une deuxième rangée de deuxièmes tubes d'échange thermique 5.

En outre, deux tubes d'échange thermique 5 adjacents reçus dans un même premier cadre 13 communiquent entre eux à une extrémité de manière à permettre une circulation en deux passes du premier fluide.

Le faisceau d'échange thermique 3 présente donc au moins une zone de retournement du premier fluide, c'est-à-dire permettant au premier fluide ayant circulé dans un tube d'échange thermique 5 de circuler vers un autre tube d'échange thermique 5, à savoir le tube d'échange thermique 5 adjacent reçu dans le même premier cadre 13. Bien entendu, on peut prévoir plus de deux tubes d'échange thermique 5 pour une circulation du premier fluide en plus de deux passes dans un premier cadre 13.

La mise en communication fluidique à une extrémité de deux tubes d'échange thermique 5 adjacents reçus dans un premier cadre 13 est avantageusement assurée par un deuxième cadre 15 tel que cela sera décrit plus en détail par la suite.

Afin de permettre l'écoulement du premier fluide dans le faisceau d'échange thermique 3, les premiers cadres 13 comprennent des moyens de mise en communication fluidique 131 des premiers canaux de circulation (non visibles sur les figures) des tubes d'échange thermique 5 avec la boite collectrice 19.

Les moyens de mise en communication fluidique 131 de chaque premier cadre 13 sont donc agencés en communication fluidique avec les moyens de mise en communication fluidique 131 des autres premiers cadres 13 du faisceau d'échange thermique 3 et avec la boîte collectrice 19.

De façon complémentaire aux deux rangées de tubes d'échange thermique 5, les moyens de mise en communication fluidique 131 définissent deux rangées respectivement associées à une rangée de tubes d'échange thermique 5.

Ainsi, des premiers moyens de mise en communication 131 assurent la mise en communication fluidique des premiers tubes d'échange thermique 5 ou autrement dit de la première rangée de premiers tubes d'échange thermique avec la boîte collectrice 19. Et, des deuxièmes moyens de mise en communication 131 assurent la mise en communication fluidique des deuxièmes tubes d'échange thermique 5 ou autrement dit de la deuxième rangée de deuxième tubes d'échange thermique avec la boîte collectrice 19.

Selon l'exemple illustré, les premiers cadres 13 présentent respectivement un nombre prédéfini d'évidements 131 formant les moyens de mise en communication fluidique, dans lesquels les extrémités, notamment les extrémités longitudinales, des tubes d'échange thermique 5 débouchent.

Bien entendu, le nombre d'évidements 131 est adapté en fonction du nombre de premiers canaux (non visibles sur les figures) de circulation des tubes d'échange thermique 5.

Ces évidements 131 sont ici prévus sur deux bords opposés 13A, 13B des premiers cadres 13 qui sont en regard des extrémités des tubes d'échange thermique 5. Il s'agit ici des bords latéraux des premiers cadres 13.

Les premiers cadres 13 sont agencés de sorte que leurs évidements 131 soient en communication fluidique avec les évidements 131 des autres premiers cadres 13. Ici, les évidements 131 des premiers cadres 13 sont alignés dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3.

En outre, sur un côté des premiers cadres 13, les évidements 131 sont alignés avec la boîte collectrice 19.

Selon un mode de réalisation avantageux, au moins un bord latéral 13 A, 13B d'un premier cadre de réception 13, agencé en vis-à-vis d'une extrémité d'un tube d'échange thermique 5, est conformé selon un motif définissant une succession d'arches.

Les arches sont avantageusement disposées sur toute la largeur du bord latéral

13 A, 13B qui est en regard des extrémités des tubes d'échange thermique 5 reçus dans le même premier cadre 13.

Autrement dit, les arches sont prévues sur une largeur sensiblement égale à la totalité de la largeur de l'ensemble des tubes d'échange thermique 5 qu'un même premier cadre 13 peut recevoir, ici deux tubes d'échange thermique 5.

On entend par arche l'ensemble formé par une voûte d'arche 132 reliant deux pieds d'arche 133. Dans cette succession d'arches, deux voûtes d'arche 132 adjacentes sont reliées par un pied d'arche 133 commun.

Selon l'exemple illustré, un évidement 131 est délimité par une arche, autrement dit chaque évidement 131 est réalisé entre deux pieds d'arche 133 adjacents et est délimité par ces deux pieds d'arche 133 et la voûte d'arche 132 les reliant.

Lorsqu'un tube d'échange thermique 5 est agencé dans un logement 130 d'un premier cadre 13, l'espace restant entre une extrémité du tube d'échange thermique 5 et une voûte d'arche 132 permet de définir une ouverture traversante de mise en communication fluidique.

À titre d'exemple non limitatif, le diamètre d'une ouverture traversante est de l'ordre de 0.5mm.

Les pieds d'arches 133 assurent avantageusement une fonction d'absorption de contraintes. Les arches sont dimensionnées en prenant en compte la tenue mécanique du premier cadre 13 et l'écoulement du premier fluide à travers les évidements 131 définis par les arches.

De plus, dans le cas d'un échangeur thermique 1 assemblé par brasage, les pieds d'arches 133 permettent encore de définir des zones de brasage avec les deuxièmes cadres 15.

Par ailleurs, afin de permettre l'écoulement du deuxième fluide dans le faisceau d'échange thermique 3, les premiers cadres 13 présentent également des guides 134 pour le passage du deuxième fluide.

Selon l'exemple illustré, les premiers cadres 13 sont respectivement conformés avec au moins une anse 134 qui lorsqu'un tube d'échange thermique 5 est agencé dans le premier cadre 13 permet de définir une ouverture traversante de passage permettant l'écoulement du deuxième fluide.

À titre illustratif, sur les figures on a représenté différents modes de réalisation des anses 134, en particulier la figure 1 illustre un premier exemple de réalisation des anses 134 de forme sensiblement arrondie, tandis que les figures 3 à 5 illustrent un deuxième exemple de réalisation des anses 134 dont le contour est de forme plus rectiligne. Bien entendu, toute autre forme des anses 134 peut être envisagée.

Les anses 134 permettent de définir les guides pour le passage du deuxième fluide. Les anses 134 de chaque premier cadre 13 sont agencées dans l'alignement des anses 134 des autres premiers cadres 13 du faisceau d'échange thermique 3 de manière à permettre l'écoulement du deuxième fluide à travers le faisceau 3.

Enfin, chaque premier cadre de réception 13 présente avantageusement au moins une cloison de séparation 135 qui compartimente le premier cadre de réception 13.

Cette cloison de séparation 135 est ici agencée dans le prolongement d'un pied d'arche 133.

Selon l'exemple particulier décrit, la cloison de séparation 135 s'étend longitudinalement de façon sensiblement parallèle à la direction des premiers canaux (non visibles sur les figures) de circulation pour le premier fluide dans les tubes d'échange thermique 5.

Dans l'exemple illustré, chaque premier cadre de réception 13 présente une cloison de séparation 135, par exemple sensiblement centrale, qui compartimente le premier cadre de réception 13 en deux logements 130 pour recevoir chacun un tube d'échange thermique 5.

La cloison de séparation 135 se retrouve donc agencée entre deux tubes d'échange thermique 5 lorsqu'ils sont mis en place dans le premier cadre 13. La cloison de séparation 135 s'étend dans cet exemple sur toute la longueur des tubes d'échange thermique 5 reçus dans le premier cadre 13.

La cloison de séparation 135 d'un premier cadre 13 peut être réalisée d'une seule pièce avec ce premier cadre 13. Un tel premier cadre 13 peut être réalisé par découpe en emboutissage de façon simple.

Deuxièmes cadres

En référence aux figures 3 et 6, on décrit maintenant plus en détail les deuxièmes cadres 15.

Les deuxièmes cadres 15 formant intercalaires sont agencés respectivement entre deux premiers cadres 13 successifs, définissant ainsi le pas entre deux étages de tubes d'échange thermique 5 reçus dans des premiers cadres 13 respectifs.

Les deuxièmes cadres 15 peuvent être au moins partiellement réalisés en aluminium.

Lorsque les deuxièmes cadres 15 reçoivent des turbulateurs 11, les deuxièmes cadres 15 sont dits cadres-turbulateurs ou cadres porte-turbulateurs.

De façon similaire aux premiers cadres 13, les deuxièmes cadres 15 présentent : deux bords opposés s'étendant parallèlement à la direction des premiers canaux (non représentés) de circulation du premier fluide, autrement dit ici parallèlement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5, et

- deux autres bords opposés s'étendant de façon perpendiculaire à la direction des premiers canaux (non représentés) de circulation du premier fluide, autrement dit ici perpendiculairement à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 5.

On peut aussi définir les deuxièmes cadres 15 par rapport à la direction générale d'écoulement du premier fluide, à savoir que les deuxièmes cadres 15 présentent :

- deux bords opposés s'étendant parallèlement à la direction générale d'écoulement du premier fluide, et

deux autres bords opposés s'étendant perpendiculairement à la direction générale d'écoulement du premier fluide.

En outre, selon le mode de réalisation décrit, on peut encore définir les deuxièmes cadres 15 par rapport à la direction générale d'écoulement du deuxième fluide circulant à contre-courant du premier fluide, à savoir que les deuxièmes cadres 15 présentent :

deux bords opposés s'étendant parallèlement à la direction générale d'écoulement du deuxième fluide, et

- deux autres bords opposés s'étendant perpendiculairement à la direction générale d'écoulement du deuxième fluide.

La direction générale d'écoulement du deuxième fluide s'entend de la direction de la circulation en « I » dans le cas d'une circulation en une passe du deuxième fluide, ou de la direction des branches du « U » dans le cas d'une circulation en deux passes du deuxième fluide .

Dans l'exemple illustré, les deuxièmes cadres 15 sont de forme générale similaire aux premiers cadres 13, ici sensiblement rectangulaire.

Les deuxièmes cadres 15 présentent deux bords longitudinaux, formant des grands côtés, s'étendant de façon sensiblement parallèle aux bords longitudinaux des premiers cadres 13 et à la direction générale d'écoulement du deuxième fluide, et deux bords latéraux, formant des petits côtés, s'étendant dans le sens de la largeur, de façon sensiblement perpendiculaire à la direction d'écoulement du deuxième fluide de façon parallèle aux bords latéraux des premiers cadres 13.

Selon le mode de réalisation décrit, les deuxièmes cadres 15 s'étendent sur une même longueur et sur une même largeur que les premiers cadres 13. En particulier, les contours extérieurs des premiers cadres 13 et deuxièmes cadres 15 sont pratiquement identiques de sorte que l'empilement en alternance des premiers cadres 13 et deuxièmes cadres 15 forme un bloc.

Plus particulièrement, chaque deuxième cadre 15 définit une largeur interne et une longueur interne L (cf. figure 6). On entend par « largeur interne », la largeur définie entre les parois internes des bords longitudinaux opposés. De même, on entend par « longueur interne », la longueur définie entre les parois internes des bords latéraux opposés.

En outre, les bords latéraux des deuxièmes cadres 15 peuvent être légèrement plus grands que les bords latéraux des premiers cadres 13, de sorte que les extrémités des tubes d'échange thermique 5 reçus dans les premiers cadres 13 empilés avec les deuxièmes cadres 15, reposent sur la bordure périphérique des bords latéraux des deuxièmes cadres 15.

Les deuxièmes cadres 15 définissent donc une longueur interne L inférieure à la longueur interne définie par l'espace intérieur des premiers cadres 13.

Les deuxièmes cadres 15 présentent une épaisseur qui est de l'ordre de quelques millimètres, par exemple de l'ordre de 0.5mm à 4mm, de préférence de l'ordre de 2mm. L'épaisseur est ici considérée dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3, on peut parler également de la hauteur des deuxièmes cadres 15. Autrement dit, il s'agit de l'épaisseur dans la direction d'empilement des cadres 13, 15.

De façon similaire aux premiers cadres 13, les deuxièmes cadres 15 peuvent être réalisés par découpe en emboutissage.

Selon le mode de réalisation illustré, les deuxièmes cadres 15 permettent une circulation en deux passes du deuxième fluide.

À cet effet, les deuxièmes cadres 15 peuvent comprendre chacun une barrette

150 agencée à l'intérieur du deuxième cadre 15 respectif de manière à séparer deux passes de circulation pour le deuxième fluide.

Il s'agit donc d'une barrette interne 150. Dans l'exemple illustré, la barrette 150 permet de conformer le deuxième canal de circulation 9 sensiblement en « U ».

Bien entendu, on pourrait prévoir une circulation du deuxième fluide en plus de deux passes dans un deuxième cadre 15 et à cet effet plus d'une barrette 150 à l'intérieur du deuxième cadre 15 qui seraient, à titre d'exemple non limitatif, agencées de manière décalée et opposée l'une par rapport à l'autre.

La barrette 150 s'étend longitudinalement à l'intérieur d'un deuxième cadre 15. La barrette 150 s'étend donc dans cet exemple de façon sensiblement parallèle aux bords longitudinaux du deuxième cadre 15.

Pour ce faire, la barrette 150 ne s'étend pas sur toute la longueur interne L du deuxième cadre 15, comme cela est mieux visible sur la figure 6. Autrement dit, la barrette 150 s'étend depuis un bord latéral d'un deuxième cadre 15 en direction du bord latéral opposé mais sans atteindre ce bord latéral opposé.

La barrette 150 est donc solidaire d'un bord latéral d'un deuxième cadre 15 et fait saillie avec son extrémité libre vers l'espace interne du deuxième cadre 15 en direction du bord latéral opposé, en laissant un espace.

La barrette interne 150 s'étend donc longitudinalement depuis un bord latéral d'un deuxième cadre 15 sur une longueur l inférieure à la longueur interne L du deuxième cadre 15.

La barrette interne 150 ne s'étend pas non plus sur toute la largeur interne du deuxième cadre 15. Plus précisément, la barrette interne 150 présente une largeur W plus petite que la largeur interne du deuxième cadre 15.

La largeur W de la barrette interne 150 peut être supérieure ou égale, de préférence strictement supérieure, à l'épaisseur Th du deuxième cadre 15. On définit ainsi de chaque côté de la barrette 150, l'entrée et la sortie du trajet d'écoulement pour le deuxième fluide.

La barrette 150 peut aussi être qualifiée de languette. En outre, la barrette 150 est sensiblement de même épaisseur que le deuxième cadre 15.

La barrette 150 est par exemple agencée de façon sensiblement centrale. Plus précisément, la barrette 150 est agencée sensiblement au centre d'un deuxième cadre 15 dans le sens de la largeur du deuxième cadre 15. De la sorte, la barrette 150 divise le deuxième cadre 15 en deux parties de même taille.

Avantageusement, la barrette interne 150 s'étend sur une longueur l au moins égale à la moitié de la longueur interne L d'un deuxième cadre 15.

Les barrettes internes 150 des deuxièmes cadres 15 se trouvent par exemple agencées en regard des cloisons 135 des premiers cadres 13 (figures 2 et 4 à 5).

Bien entendu, tout autre moyen permettant de conformer le deuxième canal de circulation 9 en plusieurs passes peut être envisagé, par exemple selon une variante non illustrée un tel moyen peut être prévu sur une plaque de perturbation 12 portant les turbulateurs 11 de l'écoulement du deuxième fluide.

De façon complémentaire aux premiers cadres de réception 13, les deuxièmes cadres 15 présentent des guides 151 pour le passage du premier fluide permettant son écoulement dans l'empilement des premiers cadres de réception 13 et des deuxièmes cadres 15.

Les guides 151 sont ici réalisés sous forme d'orifices de passage traversants 151 agencés dans l'alignement des évidements 131 de mise en communication fluidique des premiers cadres de réception 13, délimitées ici par la succession d'arches. Les orifices de passage traversants 151 sont donc agencés sur au moins un bord latéral d'un deuxième cadre 15.

Bien entendu, le nombre d'orifices de passage traversants 151 est adapté en fonction du nombre d' évidements 131 et donc du nombre de premiers canaux (non visibles sur les figures) de circulation des tubes d'échange thermique 5.

En outre, les deuxièmes cadres 15 présentent respectivement des moyens de mise en communication fluidique 152 des deuxièmes canaux de circulation 9 entre eux d'une part et avec les tubulures 21 pour le deuxième fluide d'autre part.

Les moyens de mise en communication fluidique 152 prévus sur les deuxièmes cadres 15 permettent de collecter le deuxième fluide et de le distribuer entre les tubes d'échange thermique 5, de façon simple.

Selon l'exemple illustré, les deuxièmes cadres 15 présentent respectivement un nombre prédéfini d'ouvertures traversantes 152, ici deux ouvertures traversantes 152, de mise en communication fluidique.

Ces ouvertures traversantes 152 sont ici agencées sur les bords longitudinaux des deuxièmes cadres 15 et sont alignées les unes par rapport aux autres dans le sens de la hauteur du faisceau d'échange thermique 3.

Les ouvertures traversantes 152 débouchent respectivement sur l'intérieur d'un deuxième cadre 15.

De plus, dans l'exemple illustré, les ouvertures traversantes 152 sont agencées sur un même côté d'un deuxième cadre 15 dans le sens longitudinal, c'est-à-dire ici à droite ou à gauche, de façon complémentaire à l'agencement des tubulures 21 sur un même côté du faisceau d'échange thermique 3, ici à droite en référence à la disposition montrée sur la figure 1.

Les ouvertures traversantes 152 permettent de définir une entrée de fluide 152 vers l'espace intérieur du deuxième cadre 15 sur un bord longitudinal, et une sortie de fluide 152 hors du deuxième cadre 15 sur le bord longitudinal opposé.

Plus précisément, selon l'exemple illustré, les deuxièmes cadres 15 présentent des anses 153 qui permettent de délimiter les ouvertures traversantes 152. Les anses 153 des deuxièmes cadres 15 sont réalisées de façon similaire aux anses 134 des premiers cadres 13 et sont alignées avec ces anses 134 qui permettent le passage du deuxième fluide à travers le faisceau d'échange thermique 3.

À titre illustratif, sur les figures on a représenté différents modes de réalisation des anses 153, en particulier les figures 1 et 6 illustrent un premier exemple de réalisation des anses 153 de forme sensiblement arrondie, tandis que la figure 3 illustre un deuxième exemple de réalisation des anses 153 dont le contour est de forme plus rectiligne.

Bien entendu, lorsque les anses 134 des premiers cadres 13 sont réalisées selon le premier exemple de réalisation, les anses 153 des deuxièmes cadres 15 sont réalisées de façon similaire selon le premier exemple de réalisation.

Et, lorsque les anses 134 des premiers cadres 13 sont réalisées selon le deuxième exemple de réalisation, les anses 153 des deuxièmes cadres 15 sont réalisées de façon similaire selon le deuxième exemple de réalisation.

Bien entendu toute autre forme des anses 153 peut être envisagée.

Parmi les deux anses 153 des deuxièmes cadres 15, l'ouverture délimitée par une première anse est agencée en communication fluidique avec une première tubulure 21 et l'ouverture délimitée par une deuxième anse est agencée en communication fluidique avec une deuxième tubulure 21.

Comme dit précédemment, l'échangeur thermique 1 est de préférence assemblé par brasage. Les deuxièmes cadres 15 sont destinés à être assemblés par brasage aux premiers cadres 13. En particulier, les bords longitudinaux des deuxièmes cadres 15 sont destinés à être assemblés par brasage aux bords longitudinaux des premiers cadres 13 et les bords latéraux des deuxièmes cadres 15 sont destinés à être assemblés par brasage avec les pieds d'arche 133 prévus sur les bords latéraux des premiers cadres 13.

Par ailleurs, les deuxièmes cadres 15 peuvent aussi être conformés pour mettre en communication fluidique deux tubes d'échange thermique 5 reçus dans un même premier cadre 13.

Ce sont donc les deuxièmes cadres 15 qui permettent la circulation en au moins deux passes du premier fluide dans chaque premier cadre 13, tout en garantissant une bonne tenue mécanique des premiers cadres 13 du fait du C0 ₂ sous haute pression circulant dans les tubes d'échange thermique 5.

Plus précisément, chaque deuxième cadre 15 présente avantageusement au moins un orifice de retournement 155 (cf. figures 3, 6 et 7) qui est en communication fluidique avec à la fois un premier et un deuxième moyens de mise en communication fluidique 131, ici un premier et un deuxième évidements 131, des premiers cadres 13 de part et d'autre du deuxième cadre 15 intercalaire.

Ainsi, chaque orifice de retournement 155 est agencé entre deux tubes d'échange thermique 5 adjacents reçus dans un premier cadre 13 et en communication fluidique avec ces deux tubes d'échange thermique 5.

De la sorte, le premier fluide qui débouche d'un premier tube d'échange thermique 5 subit un retournement dans l'orifice de retournement 155 puis circule vers un deuxième tube d'échange thermique 5.

Les deux rangées de tubes d'échange thermique 5 agencées dans les premiers cadres 13 communiquent alors à une extrémité via les orifices de retournement 155 prévus sur les deuxièmes cadres 15.

Chaque orifice de retournement 155 est ici ménagé entre des orifices de passage traversants 151 sur au moins un bord latéral de chaque deuxième cadre 15, notamment intercalaire.

Chaque orifice de retournement 155 présente avantageusement une forme longitudinale s'étendant de manière sensiblement perpendiculaire à la direction générale d' écoulement du premier fluide dans les deux tubes d'échange thermique 5. Dans cet exemple, chaque orifice de retournement 155 présente une forme longitudinale s 'étendant perpendiculairement aux bords longitudinaux du deuxième cadre 15, notamment intercalaire.

En particulier, chaque orifice de retournement 155 agencé en regard d'un premier cadre de réception 13, s'étend longitudinalement de part et d'autre de la cloison de séparation 135 de ce premier cadre de réception 13, comme cela est mieux visible sur la figure 7.

À titre d'exemple, l'orifice de retournement 155 présente une forme sensiblement oblongue.

Par ailleurs, l'orifice de retournement 155 est dimensionné de manière à présenter une section pour le retournement du premier fluide au moins égale à la section de passage d'un tube d'échange thermique 5.

La conception des intercalaires, par exemple sous forme de cadres intercalaires 15, avec un orifice de retournement 155 dans lequel débouchent les moyens de mise en communication fluidique 131 respectivement associés à un des tubes d'échange thermique 5 reçus dans un même premier cadre 13, permet de façon simple d'assurer le demi-tour ou retournement du premier fluide ayant circulé dans un premier tube d'échange thermique 5 pour circuler vers le deuxième tube d'échange thermique 5 adjacent.

En outre, l'orifice de retournement 155 conformé et dimensionné tel que décrit précédemment permet au deuxième cadre 15 d'avoir de bonnes propriétés de résistance mécanique.