Brevet FR2574532A1 — publié le 19860613

La présente invention concerne un échangeur de chaleur destiné en particulier aux évaporateurs ou condensateurs parcourus par le liquide frigorigène d'équipements de climatisation de véhicule et constitué par une plaque à double paroi, comportant des cavités pour le fluide en circulation et pliée en ondes ou en zig-zag. Des échangeurs de chaleur de ce type sont connus sous forme de réfrigérants d'huile (DE 31 42 028 A1). Ces modèles comprennent pour le guidage de l'huile de la bote de vitesses une tôle pliée à double paroi, dans les cavités de laquelle circule l'huile. La tôle pliée à double paroi comporte des joints parallèles à ses petits côtés et sur lesquels les deux tôles sont réunies avec étanchéité. Les joints voisins partent de grands côtés différents de la tôle pliée, de sorte que le liquide traverse successivement, avec inversion de sens, les cavités délimitées par les joints ou par les joints et les petits côtés. Cette tôle à double paroi est ensuite pliée en forme d'ondes de façon que les lignes de pliage soient perpendiculaires aux et aux petits côtés. L'entrée du liquide dans l'échangeur de chaleur ainsi réalisé s'effectue par les petits côtés formant les faces frontales de l'échan- geur. La production de tels échangeurs de chaleur est relativement coû- teuse par suite des opérations de soudage ou de brasage nécessaires. L'opération de pliage pose également des problèmes, car la plaque à double paroi doit être pliée sur toute la longueur de l'échangeur de chaleur. Des évaporateurs à plateaux sont connus et utilisés dans des meubles frigorifiques, tels que des réfrigérateurs. De tels échangeurs de chaleur comportent des réseaux de canaux intégrés, qui sont réalisés par des procédés connus, tels que l'assemblage par roulage ou l'assemblage en Z, dans les deux plaques utilisées pour la production. De tels corps d'échangeur de chaleur à plateau, doivent toutefois être réalisés avec une grande surface afin d'offrir la surface nécessaire à l'échange de chaleur. De tels corps d'échangeur de chaleur ne sont donc pas directement utilisables pour les échangeurs de chaleur d'installations de climatisation de véhicule, car on ne dispose généralement dans ce cas que d'tm espace minimal pour le montage des échangeurs de chaleur. L'invention vise donc à réaliser un échangeur de chaleur du type précité de façon à obtenir un échangeur de chaleur puissant mais compact. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les cavités sont disposées dans des panneaux plans constitués - comme dans le cas des évaporateurs à plateaux connus des meubles frigorifiques - par deux plaques contigués, dont une au moins est munie de bombements pour former des canaux d'écoulement servant de cavités; et tous les panneaux sont sensiblement parallèles entre eux, avec un écartement, et reliés par des ligaments cintrés à des canaux de liaison, également formés par les bombements. Cette réalisation présente les grands avantages suivants : le corps de l'échangeur de chaleur complet peut être produit en une seule pièce; son encombrement est réduit par suite de la disposition ondulée; et sa production n'exige aucune opération coûteuse de brasage ou de soudage pour l'assemblage des diverses pièces du corps. Une production particulièrement simple de l'échangeur de chaleur ainsi constitué est obtenue comme suit : les cavités sont réalisées de façon connue, sous forme de canaux, par bombement d'une des plaques au moins, puis leur étanchéité est obtenue par assemblage des plaques par roulage ou en Z par exemple; des ouvertures sont réalisées, découpées par exemple, dans les plaques, entre les zones comportant des canaux, de façon à obtenir plusieurs panneaux de mêmes dimensions en série et réunis à des canaux de liaison par des ligaments perpendi culais auxdits panneaux et parallèles à leurs bords; puis les panneaux sont superposés parallèlement par pliage des ligements en accordéon.Outre l'absence de toute opération de brasage ou de soudage, ce mode de production présente l'avantage suivant : seuls des ligaments relativement étroits se trouvent avec les canaux de liaison aux endroits de pliage et peuvent donc être cintrés sans difficulté. Le nouvel échangeur de chaleur est ainsi caractérisé par une constitution simple et une production facile. La forme des panneaux peut être quelconque, polygonale par exemple, tant que le mode de production décrit ultérieurement demeure possible. Pour simplifier encore l'opération de production, les panneaux sont rectangulaires et les ligaments sont disposés sur les petits côtés des panneaux. La disposition des ligaments parallèlement au petit côté des panneaux, dont ils sont séparés par des entailles de façon à être reliés par leurs canaux de liaison et des ligements transversaux avec canaux d'écoulement au réseau de canaux d'écoulement des panneaux, présente l'avantage suivant : ces ligaments sont cintrés perpendiculairement à leur tracé lors du pliage des panneaux, ce qui est une opération particulièrement facile.Les entailles entre les ligaments et les petits côtés des panneaux peuvent se raccorder à des ouvertures plus larges, qui leur sont perpendiculaires entre les panneaux et qui, après le pliage, forment les fentes d'al-imentation du fluide circulant dans l'échangeur de chaleur. Des entretoises, insérées pendant le pliage, peuvent être disposées entre les panneaux voisins. Ces entretoises sont facilement réalisables aussi en nervures de transfert de la chaleur. Il est particulièrement avantageux de réaliser ces nervures de transfert de la chaleur en bandes de tôle ondulées, présentant à tous les sommets et creux des ondes des évidements perpendiculaires à la direction d'ondulation pour le logement des bombements de canal. Cette réalisation accroît la surface d'échange de chaleur et, par suite de l'interpénétration des-entretoises et des panneaux avec sûreté de forme, augmente la stabilité du corps d'échangeur de chaleur ainsi formé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente le schéma d'un flan pour la production d'un échangeur de chaleur selon l'invention; la figure 2 est une vue en plan d'un échangeur de chaleur produit à partir d'un plan selon figure 1 la figure 3 est l'élévation latérale de l'échangeur de chaleur selon figure 2, suivant la direction de la flèche 3 sur la figure 2; la figure 4 est la coupe de l'échangeur de chaleur selon figures 2 et 3, suivant l'axe IV; et la figure 5 est la vue én perspective d'une-bande de tôle ondulée, insérée sous forme de nervures de transfert de chaleur entre les divers panneaux du corps de l'échangeur de chaleur selon figures 2 à 4 et également représentée dans sa position de montage sur la figure 3. La figure 1 représente le schéma de principe d'un flan utilisé pour la production d'un échangeur de chaleur selon figures 2 à 4. Ce flan est obtenu comme suit à partir de deux plaques de tôle rectangulaires, dont le contour 1 est indiqué sur la figure : une de ces plaques de tôle 1 ou les deux sont munies de bombements semicirculaires, de la forme des canaux d'écoulement 2, puis les plaques 1 sont assemblées par roulage ou en Z par exemple, de façon que ces bombements forment avec ceux de la plaque contiguë les canaux d'écoulement 2.Dans l'exemple de réalisation, ces canaux d'écoulement représentés en tireté sont disposés quatre par quatre, côte à côte et parallèles, et des canaux transversaux 3 relient leurs extrémités entre elles et à un canal de liaison 4, parallele aux bords extérieurs la des plaques 1 et aux canaux transversaux 3 considérés. Litre côté est réalisé de même, le canal transversal 3a se raccordant au canal de liaison 4', qui est parallèle aux canaux transversaux 3a considérés et au bord extérieur lb des plaques 1. Il est naturellement possible aussi, comme indiqué en 2a, de modifier la section de ces canaux d'écoulement ou -d'autres, afin d'obtenir un écoulement régulier par formation d'étrangleurs par exemple. Ce mode de production de réseaux de canaux d'écoulement dans deux plaques contiguës est connu. La nouveauté réside toutefois dans le fait que ce réseau de canaux d'écoulement 5 est répété cinq fois dans le flan représenté, douze fois dans le flan utilisé pour la production de l'échangeur de chaleur selon figures 2 à 4 ou autant de fois qu'il le faut, et que le réseau 5 de canaux d'écoulement est toujours disposé dans des zones des plaques 1 séparées par des ouvertures 6 découpées dans les plaques de tôle 1, de sorte qu'il.en résulte, comme le montre la figure 1, des fentes 6 dans le flan, perpendiculaires aux grands côtés la et se prolongeant chacune en haut et en bas par des fentes -7 ou 8 qui leur sont perpendiculaires, plus étroites que les ouvertures 6 et séparant la partie des plaques 1 comportant les canaux de liaison 4 ou 4' de la partie comportant le canal d'écoulement 5.Il en résulte au total plusieurs fentes et entailles successives en Z séparant les panneaux 9, qui sont toutefois identiques entre eux et reliés en une seule pièce par les ligaments 10 ou 10a. Ces panneaux 9 forment ultérieurement les nervures parallèles et superposées de l'échangeur de chaleur. On voit nettement que l'échangeur de chaleur représenté aux figures 2 à 4 peut être formé en utilisant douze panneaux réunis en une seule pièce de la façon présentée à la figure 1. Ce résultat s'obtient comme suit le flan de la figure 1 est cintré aux endroits 11 indiqués en points et tirets, avec inversion de sens à chaque fois, de sorte que le rabattement du second panneau du flan de la figure 1 (à partir de la gauche) dans le sens des aiguilles d'une montre, par rapport au premier panneau, cintre les ligaments 10 jusqu'à ce que les deux plaques soient parallèles.Le troisième panneau 9 est, en suite ou simultanément, rabattu sur- le second dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, de sorte qu'on obtient un pliage en accordéon par lequel tous les panneaux 9 sont parallèles et superposés, mais toujours reliés en une seule pièce par les ligaments 10 cintrés. Les réseaux de canaux d'écoulement 5 de ces panneaux demeurent également reliés par les canaux de liaison 4 ou 4', de sorte qu'une circulation du liquide dans l'échan- geur de chaleur ainsi formé est possible dans le sens des flèches 12, 13 par exemple. Dans l'exemple représenté, tous les panneaux 9 sont rectangulaires. D'autres formes, polygonales par exemple, sont évidemment possibles aussi.Dans certaines conditions, il peut être utile de munir la zone plane 19 des panneaux 9 d'empreintes ou d'échancrures 19a pour réduire le poids et influencer les conditions d'écoulement entre les panneaux 9 et pour l'évacuation de l'eau condensée de la zone comprise entre deux canaux d'écoulement 2. Les figures 2 à 4 montrent qu'il est ainsi possible de former un échangeur de chaleur très compact, constitué par plusieurs panneaux 9 parallèles, superposés et comportant chacun un réseau de canaux d'écoulement 5 (cf. figure 2) et pouvant être muni sur un côté de tubulures 14, 15 qui dirigent le caloporteurdans les réseaux ce canaux d'écoulement 5 des divers plateaux 9. Il est possible, pendant le pliage par exemple, de combler l'écartement a entre deux panneaux 9 voisins par des entretoises qui, dans l'exemple de réalisation présenté, sont constituées par une bande de tole ondulée 16, dont les sommets 16a et les creux 16b présentent des échancrures 17 perpendiculaires au sens de l'ondulation et de section adaptée à la section 18 (figure 4)- des canaux d'écoulement 2, semi-circulaire dans l'exemple de réalisation présenté.Lorsque de telles bandes ondulées 16 sont disposées entre les divers panneaux 9, les échancrures 17 s'appliquent étroitement sur la face extérieure (section 18) des canaux d'écoulement 2 des divers panneaux, tandis que les parties rectilignes 16c de la bande ondulée 16, situées plus haut, s'appliquent sur les panneaux 9, dans la zone 19 comprise entre les canaux d'écoulement 2. Il en résulte un bon contact entre les bandes ondulées 16 et les panneaux 9, et par suite un excellent transfert de la chaleur. On obtient un échangeur de chaleur à rendement élevé car les bandes ondulées 16 augmentent la surface d'échange. Par suite de ses faibles dimensions, cet échangeur de chaleur convient remarquablement bien pour les évaporateurs ou condensateurs des installations de climatisation de véhicule. Le liquide frigorigène circule alors à l'intérieur de l'échangeur de chaleur, tandis que de l'air est dirigé suivant la flèche III de la figure 2 entre les panneaux 9 et à travers les bandes ondulées 16. Pour améliorer les conditions de transfert de la chaleur par les bandes ondulées 16 à l'air circulant, il est possible d'augmenter la turbulence entre les ondes des bandes 16, par exemple en disposant des empreintes 20 latérales, de type ligament, sur les faces latérales des bandes ondulées. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Echangeur de chaleur destiné en particulier aux évaporateurs ou condenseurs parcourus par le liquide frigorigène d'équipements de climatisation de véhicule, constitué par une plaque à double paroi, comportant des cavités pour le fluide en circulation et pliée en ondes ou en zig-zag, et caractérisé en ce que les cavités sont disposées dans des panneaux plans (9), constitués par deux plaques (1) contiguës, dont une au moins est munie de bombements pour former des canaux d'écoulement (2) servant de cavités; et tous les panneaux (9) sont sensiblement parallèles entre eux, avec un écartement (a), et sont reliés par des ligaments (10) cintrés et des canaux de liaison (4, 4') également formés par des bombements. 2. Echangeur de chaleur selon revendication 1, caractérisé en ce que les panneaux (9) sont rectangulaires et les ligaments sont disposés sur les petits côtés des panneaux. 3. Echangeur de chaleur selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les ligaments (10) sont parallèles aux petits côtés (la) des panneaux (9) et séparés de ces derniers par des fentes (7); et leurs canaux de liaison (4) sont reliés par des ligaments travers aux (10a) comprenant des canaux d'écoulement au réseau de canaux d'écoulement (5) des panneaux (9). 4. Echangeur de chaleur selon revendication 3, caractérisé en ce que les fentes (7, 8) se raccordent à des ouvertures (6) plus larges, situées entre les panneaux (9), perpendiculaires auxdites fentes et formant les orifices d'entrée du liquide circulant dans l'é- changeur de chaleur. 5. Echangeur de chaleur selon revendication 1, caractérisé en ce que des entretoises.(16) sont disposées entre les panneaux voisins (9). 6. Echangeur de chaleur selon revendication 5, caractérisé en ce que les entretoises sont réalisées sous forme de nervures de transfert de chaleur. 7. Echangeur de chaleur selon revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les nervures de transfert de chaleur sont constituées par des bandes de tôle ondulées qui présentent, aux sommets (16a) et creux (16b) des ondes, des échancrures (17) perpendiculaires à la direction d'ondulation pour le logement de la section bombée (18) des canaux d'écoulement (2). 8. Echangeur de chaleur selon une quelconque des revendications 5à 7, caractérisé en ce que des empreintes (20) ou éléments simi laires sont prévus sur les faces latérales des bandes ondulées (16) pour accroître la turbulence. 9. Echangeur de chaleur selon revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie au moins des canaux d'écoulement (2) et/ou des canaux de liaison (4) comprend des zones (2a) à section d'écoulement modifiée. 10. Echangeur de chaleur selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que des empreintes et découpes (19a) sont prévues dans les zones (19) situées entre les canaux dsécoulement (2). Il. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon revendication 1, dans lequel deux plaques ou éléments similaires sont assemblés pour former des cavités parcourues par les fluides participant à l'échange de chaleur, puis pliées en ondes, ledit procédé étant caractérisé en ce que les cavites sont réalisées de façon connue, sous forme de canaux (4), par bombement d'une des plaques (1) au moins, leur étanchéité étant assuree par assemblage desdites plaques; des découpes (6, 7, 8) sont réalisées dans les plaques (1), entre les zones comprenant -le réseau de canaux d'écoulement (5) ainsi formé, de façon à produire plusieurs panneaux (9) en série, de mêmes dimensions et reliés à des canaux de liaison (4, 4') par des ligaments (10) qui leur sont perpendiculaires et sont parallèles à leurs bords latéraux (la, lob), et que les panneaux (9) sont ensuite superposés parallèlement par pliage des ligaments (10) en accordéon. 12. Procédé selon revendication 11, caractérisé -en ce que les entretoises sont insérées pendant le pliage. 13. Procédé selon revendication 11, caractérisé en ce que les panneaux (9) sont produits par roulage ou assemblage en Z.