Brevet FR2746489A1 — publié le 19970926

Evaporateur à plaques empilées pour dispositif de climatisation, notamment de véhicule automobile L'invention concerne un évaporateur à plaques empilées, pour un dispositif de climatisation, notamment de véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement les évaporateurs à plaques empilées délimitant par paire des cavités propres à être parcourues par un fluide frigorigène, et à être balayées par un flux d'air circulant entre des parties centrales de plaques logeant des intercalaires, de forme ondulée, formant ailettes. Dans ce type d'évaporateur, chaque cavité, constitue de l'assemblage de deux plaques, communique avec la ou les cavités voisines au niveau d'une partie d'extrémité supérieure prolongeant la partie centrale logeant les intercalaires. La circulation du fluide frigorigène peut alors s'effectuer d'une cavité à l'autre, d'une extrémité d'entrée à une extrémité de sortie, opposée, de l'évaporateur. Le fluide frigorigène entre dans l'évaporateur par l'extrémité d'entrée en phase liquide et en ressort en phase gazeuse par l'extrémité de sortie, après avoir refroidi un flux d'air balayant ledit évaporateur. Quel que soit le type d'évaporateur, celui-ci est soumis à des variations climatiques (température et degré d'humidité) qui vont limiter notablement son rendement, notamment en cas de givrage. Afin de tenir compte de ces variations climatiques, l'homme de l'art a proposé d'intégrer une sonde de température pour délivrer des mesures permettant à une chaîne de régulation de réguler la température à l'intérieur dudit évaporateur. Or, pour effectuer des mesures de température pertinentes, la sonde de température doit être introduite au sein même de l'évaporateur parallèlement à la direction d'empilement des plaques. Une telle solution n'a jusqu'à présent pu être mise en pratique que dans les évaporateurs de type "tubes-ailettes", dans lesquels il suffit d'introduire la sonde de température entre deux tubes parallèles puis de perforer les ailettes qui sont sous la forme de feuilles métalliques sensiblement planes et parallèles entre elles. Dans les évaporateurs à plaques empilées, on connaît d'après la publication FR 2 720 486, de la Demanderesse, un échangeur à plaques empilées dans lequel la sonde de température est introduite dans un fourreau placé parallèlement à la direction d'empilement des plaques, mais sur des extrémités aval de ces plaques. Par conséquent, la mesure de température est effectuée en sortie du flux d'air, et non pas à l'intérieur même du corps à ailettes. Il en résulte que les mesures de température ne sont pas optimales. La présente invention a donc pour but de remédier à l'inconvénient des évaporateurs à plaques de la technique antérieure. L'invention propose à cet effet un évaporateur à plaques du type défini dans l'introduction, dans lequel, d'une part, une partie au moins des plaques comprennent, en un endroit prédéterminé de leur partie centrale, au moins un orifice propre à être traversé par une sonde de température dans une direction sensiblement parallèle à la direction d'empilement des plaques, et d'autre part, on prévoit des moyens propres à assurer l'étanchéité des cavités des paires de plaques munies d'orifices, à la périphérie desdits orifices. Il en résulte qu'il est désormais possible d'introduire, selon la direction d'empilement des plaques, et à l'intérieur de l'évaporateur, une sonde de température. Ainsi, la sonde de température peut être introduite à partir d'une face latérale de l'évaporateur et traverser un certain nombre de paires de plaques ainsi que les intercalaires associés qui peuvent être facilement perforés compte tenu de leur faible épaisseur. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les moyens d'étanchéité comprennent une nervure périphérique réalisée à la périphérie de chaque orifice d'une plaque et orientée vers l'intérieur de la cavité définie par cette plaque et la plaque qui lui est associée pour former une paire. Cette nervure périphérique est avantageusement réalisée par emboutissage, et présente une profondeur égale à la moitié de l'épaisseur de la cavité à l'endroit prédéterminé. De façon particulièrement avantageuse, chaque nervure périphérique comprend, sur une face interne orientée vers l'intérieur de la cavité, un placage propre à autoriser sa solidarisation à étanchéité, par brasage ou soudage, à la nervure de la plaque qui lui est associée pour former cette cavité. De la sorte, par un simple emboutissage, on réalise une sorte de collet sur toute la périphérie d'un orifice, lequel étant revêtu d'un placage se solidarisera, lors du brasage, au collet de la plaque qui lui est associée et qui est également revêtue de placage. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'orifice offre une aire de surface inférieure à la surface de la section transversale de la sonde de température. Ainsi, la sonde doit être introduite légèrement en force au travers des orifices successifs, ce qui lui assure un maintien efficace à l'intérieur de l'évaporateur. Dans un évaporateur, le flux d'air pénètre par une face d'entrée parallèle à un plan contenant de premières extrémités longitudinales de plaques et ressort par une face de sortie parallèle à un plan contenant de secondes extrémités longitudinales de plaques, opposées aux premières extrémités. Le positionnement de la sonde relativement aux faces d'entrée et de sortie présente, par conséquent, une importance particulière. C'est pourquoi, selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'endroit prédéterminé où se trouve l'orifice d'une plaque est compris dans une moitié longitudinale de cette plaque, laquelle moitié comprend la seconde extrémité longitudinale. En d'autres termes, la Demanderesse s'est aperçue qu'il était préférable de placer la sonde de température plus près de la face de sortie (qui est la plus froide) que de la face d'entrée dans la mesure où le flux d'air qui pénètre par la face d'entrée est plus chaud que celui qui ressort par la face de sortie. Bien entendu, afin d'effectuer des mesures de température différentielles, on peut prévoir un trou dans chacune des deux moitiés longitudinales d'une plaque, ou bien de mettre deux trous dans l'une des moitiés longitudinales, de préférence la moitié comprenant la seconde extrémité longitudinale, afin d'améliorer la précision des mesures et par conséquent celle de la régulation effectuée en aval. Préférentiellement, les intercalaires en regard des orifices comprennent des trous réalisés par poinçonnage et propres à être traversés par la sonde de température. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue de côté d'une partie d'un évaporateur selon l'invention; - la figure 2 est une vue de face d'une plaque d'un évaporateur selon l'invention, dans un mode de réalisation préférentiel; et - la figure 3 est une vue en coupe transversale de la plaque de la figure 2, suivant la ligne III-III. Dans toute la description qui suit, il sera fait référence tour à tour aux figures 1 à 3. L'évaporateur 1 de la figure 1 comprend une multiplicité de plaques 2 empilées les unes contre les autres et formant deux à deux une cavité 3 dans laquelle circule un fluide frigorigène. Dans la suite de la description, on appellera 2a et 2b les plaques empilées qui constituent une paire P. De telles paires P sont réalisées par la réunion des bords périphériques homologues 4 des plaques 2a et 2b. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, chaque plaque est divisée en deux moitiés longitudinales, une moitié longitudinale amont 5 et une moitié longitudinale aval 6. Les mots "amont" et "aval" sont à prendre en référence du sens de circulation du flux d'air (voir flèches F sur la figure 2) qui vient balayer les plaques de l'évaporateur. Un évaporateur comprend ainsi une face d'entrée FE formant un plan contenant de premières extrémités longitudinales (ou bords longitudinaux) 7 de plaques, et une face de sortie FS formant un plan contenant de secondes extrémités longitudinales 8 opposées aux premières extrémités 7. Les deux moitiés longitudinales amont 5 et aval 6 sont séparées par une cloison 9 qui s'étend sur la quasi-totalité de la hauteur de la plaque, à l'exception d'une partie d'extrémité inférieure 10 par laquelle les deux moitiés de plaques communiquent. A l'opposé de cette partie d'extrémité inférieure 10, se trouve une partie d'extrémité supérieure 11 agencée pour permettre la communication entre des paires voisines P. Cette partie d'extrémité supérieure 11 présente dans l'une des deux moitiés amont et aval 5 ou 6 (6 sur l'exemple illustré) une ouverture permettant au fluide frigorigène de passer d'une première paire P1 vers une paire voisine P2. L'autre moitié ne présente pas d'ouverture dans la mesure où elle recueille le fluide frigorigène en provenance de la paire précédente P0. Entre les deux parties d'extrémités inférieure 10 et supérieure 11, chaque plaque comprend une partie centrale 12 dans laquelle est réalisée une multiplicité de bossages 13 (ou turbulateurs) de forme allongée ou sensiblement circulaire, destinés à répartir de façon homogène, à l'intérieur de chacune des moitiés longitudinales 5 et 6 de plaques, le fluide frigorigène. La partie d'extrémité inférieure 10 comprend également ces bossages 13. La partie d'extrémité supérieure 11 de chaque plaque est conformée de façon à présenter une épaisseur notablement supérieure à l'épaisseur des parties centrale 12 et d'extrémité inférieure 10. Ainsi, on réalise, entre deux paires P1 et P2 consécutives, des chambres ouvertes dans lesquelles sont installés des intercalaires 14 destinés à renforcer l'échange thermique entre les paires de plaques P et le flux d'air qui circule dans lesdites chambres 15 entre la face d'entrée FE et la face de sortie FS de l'évaporateur. L'invention prévoit au moins un orifice dans les plaques de certaines au moins des paires pour permettre la traversée de celles-ci par une sonde de température 17 destinée à fournir des mesures de température à une chaîne de régulation (non représentée sur les figures). Sur l'exemple illustré, l'orifice 16 est réalisé sensiblement centré dans la moitié aval 6 à peu près à égale distance de la cloison centrale 9 et de l'extrémité aval 8. Bien entendu, on peut prévoir plusieurs orifices 16 dans une même plaque, soit, par exemple, dans une même moitié amont ou aval, soit, par exemple, dans deux moitiés différentes. Dans un mode de réalisation préférentiel, chaque orifice 16 comprend, sur l'ensemble de sa périphérie, une nervure périphérique 18 qui peut être réalisée, par exemple par emboutissage, comme les bossages 13. La nervure périphérique 18 réalise ainsi, autour de l'orifice 16, un collet. La profondeur de cette nervure périphérique 18 est égale à la moitié de l'épaisseur de la cavité 3 formée par une paire P de plaques 2a et 2b. Cette nervure périphérique 18 est orientée vers l'intérieur de la cavité 3. De la sorte, lorsque deux plaques 2a et 2b d'une paire P sont assemblées en vue de réaliser une cavité 3, leurs nervures respectives sont au contact. Préférentiellement, la profondeur des bossages 13 est sensiblement égale à la profondeur de la nervure périphérique 18, de sorte que lorsque les plaques d'une paire sont assemblées, leurs nervures respectives, qui sont sensiblement identiques, sont également en contact. Avantageusement, les faces des plaques collectrices sont revêtues d'un placage, et notamment les bossages 13 et les nervures périphériques 18, de sorte qu'une fois assemblé, et par exemple brasé dans un four, l'échangeur constitue un assemblage rigide dont les collets 18 des plaques 2a et 2b d'une paire P sont solidarisés à étanchéité. On réalise ainsi dans certaines au moins des paires P de l'évaporateur 1 des trous traversants parfaitement étanches, sans qu'il soit nécessaire de faire appel à des pièces additionnelles. La sonde de température 17 peut alors, après assemblage et brasage de l'évaporateur 1, être introduite au travers des paires équipées des trous traversants. Toutes les paires d'un même évaporateur ne sont pas obligatoirement équipées de ces trous traversants. Quelques-unes seulement suffisent lorsque le doigt 19 de la sonde 17 présente une petite extension dans la direction parallèle à la direction d'empilement des plaques 2. Dans l'exemple illustré, le doigt 19 de la sonde est de section transversale circulaire. Par conséquent, les orifices 16 réalisés dans les plaques sont également de forme circulaire. Bien entendu, si le doigt présentait une autre forme, l'orifice 16 des plaques serait adapté en conséquence. Préférentiellement, la surface de l'air de l'orifice 16 est très légèrement inférieure à la surface de l'air de la section transversale du doigt 19 de la sonde 17. Par conséquent, le doigt 19 de la sonde 17 doit être introduit légèrement en force, au travers des orifices des paires de plaques, ce qui permet de parfaitement maintenir ce doigt, sans qu'il soit nécessaire de faire appel à des moyens d' immobilisation supplémentaires. Bien entendu, lorsque des moyens d'immobilisation existent, il n'est pas nécessaire que l'aire de l'orifice 16 soit légèrement inférieure à l'aire de la section transversale du doigt 19 de la sonde de température 17. Le passage au travers des intercalaires 14 logés dans les chambres 15 entre les paires de plaques s'effectue sans difficulté en raison de la très faible épaisseur de ces intercalaires. Le doigt 19 constitue ainsi un poinçon qui perfore les intercalaires qui se trouvent en regard des orifices 16. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit précédemment, à titre d'exemple, et s'étend à d'autres variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi, la forme, le nombre et l'emplacement des orifices dans une plaque pourront être différents de ceux décrits. De même, afin de renforcer encore plus l'étanchéité à la périphérie des orifices 16, on pourra prévoir une nervure périphérique plus large, ou plusieurs nervures périphériques concentriques. Par ailleurs, l'invention s'applique à d'autres évaporateurs à plaques empilées que celui qui a été décrit précédemment. Revendications 1. Evaporateur à plaques empilées délimitant par paire (P) des cavités (3) propres à être parcourues par un fluide frigorigène, et à être balayées par un flux d'air circulant entre des parties centrales (12) de plaques (2) logeant des intercalaires (14), caractérisé en ce qu'une partie au moins des paires de plaques comprennent, en un endroit prédéterminé de leurs parties centrales (12) respectives, au moins un orifice (16) propre à être traversé par une sonde de température (17,19) dans une direction sensiblement parallèle à la direction d'empilement des plaques (2), et en ce qu'il comprend des moyens (18) propres à assurer l'étanchéité des cavités (3) des paires de plaques munies d'orifices (16), à la périphérie desdits orifices. 2. Evaporateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comprennent une nervure périphérique (18) réalisée à la périphérie de chaque orifice (16) d'une plaque (2) et orientée vers l'intérieur de la cavité (3) définie par ladite plaque (2a) et la plaque associée (2b) avec laquelle elle forme une paire (P). 3. Evaporateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la nervure périphérique (18) est réalisée par emboutissage, et présente une profondeur égale à la moitié de l'épaisseur de la cavité (3) à l'endroit prédéterminé. 4. Evaporateur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que chaque nervure périphérique (18) comprend, sur une face interne (20) orientée vers l'intérieur de la cavité (3), un placage propre à autoriser sa solidarisation à étanchéité, par brasage ou soudage, à la nervure de la plaque qui lui est associée pour former la cavité. 5. Evaporateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orifice (16) offre une aire de surface inférieure à la surface de la section transversale de la sonde de température (19). 6. Evaporateur selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'orifice (16) est de forme circulaire et en ce que la nervure périphérique (18) est de forme annulaire. 7. Evaporateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le flux d'air pénètre par une face d'entrée (FE) parallèle à un plan contenant de premières extrémités longitudinales (7) de plaques (2) et ressort par une face de sortie (FS) parallèle à un plan contenant de secondes extrémités longitudinales (8) de plaques, opposées aux première extrémités (7), caractérisé en ce que l'endroit prédéterminé où se trouve l'orifice (16) d'une plaque est compris dans une moitié longitudinale (6) de cette plaque, laquelle moitié comprend la seconde extrémité longitudinale (8). 8. Evaporateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les intercalaires en regard des orifices (16) comprennent des trous réalisés par poinçonnage et propres à être traversés par la sonde de température (19).