Brevet FR2748100A1 — publié le 19971031

q 2748100 Echangeur de chaleur à plaques emDilées, en particulier évaporateur pour circuit de climatisation L'invention concerne un échangeur de chaleur, du type à plaques empilées, propre à réaliser un échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide. L'échangeur de chaleur de l'invention est du type comprenant une multiplicité de plaques empilées par paires, en sorte que les plaques d'une même paire ont des concavités tournées l'une vers l'autre et sont mutuellement reliées de façon étanche à leur périphérie pour délimiter une chambre de circulation du premier fluide, les chambres communiquant entre elles par des ouvertures des plaques, et les paires de plaques délimitant entre elles des passages de circulation du second fluide, dans lesquels sont logés des intercalaires ondulés. Dans un échangeur de chaleur de ce type, le premier fluide circule d'une chambre à l'autre par les ouvertures des plaques et échange de la chaleur avec le second fluide qui circule dans les passages délimités entre les paires des plaques. Un tel échangeur de chaleur est couramment utilisé comme évaporateur dans un circuit de fluide frigorigène pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, ce fluide frigorigène constituant le premier fluide et le second fluide étant de l'air atmosphérique. Généralement, chaque plaque a la forme d'une cuvette et comporte deux ouvertures servant respectivement à l'entrée et à la sortie du premier fluide et la chambre délimitée entre les deux plaques d'une même paire comporte une cloison interne pour délimiter un trajet en U entre l'ouverture d'entrée et l'ouverture de sortie. Cette cloison est formée par la liaison, de façon étanche, de deux nervures longitudi- nales formées en saillie et appartenant respectivement aux deux plaques de la paire considérée. Habituellement, les ouvertures de communication sont formées dans un bossage prévu à une extrémité de chaque plaque. Par ailleurs, ces plaques sont généralement reliées à leur autre extrémité par une plaque de fond qui permet de maintenir l'espacement entre les paires de plaques. Lorsque l'échangeur de chaleur est un évaporateur, le fluide frigorigène entre dans l'échangeur à l'état liquide et en ressort à l'état de vapeur, après avoir refroidi un flux d'air, par évaporation. Comme ce flux d'air contient un certain taux d'humidité, il se produit un phénomène de condensation au contact des plaques, d'o un ruissellement d'eau qu'il convient d'élimi- ner. Or, dans les échangeurs de chaleur connus, du type à plaques empilées, cette eau a tendance à stagner sur la plaque de fond de l'évaporateur, ce qui peut conduire à des phénomènes de corrosion. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle propose en conséquence un échangeur de chaleur à plaques empilées, du type défini en introduction, dans lequel chaque plaque comporte un bord inférieur replié, dit "pied de plaque", qui s'étend perpendiculairement à la plaque, du côté opposé à sa concavité, et qui est propre à venir en appui contre un bord replié analogue d'une plaque adjacente en ménageant au moins un passage d'écoulement. Ainsi, les bords repliés des deux plaques adjacentes coopè- rent entre eux pour maintenir un espacement entre les deux plaques considérées, tout en ménageant au moins un passage d'écoulement. Il en résulte que les bords repliés créent non seulement des espaceurs, ce qui permet d'éviter l'utilisation d'une plaque de fond, mais aussi créent des passages d'écoulement qui empêchent l'oxydation ou la corrosion du fond de l'échangeur de chaleur. Ainsi, lorsque l'échangeur de chaleur est utilisé comme évaporateur, les condensats qui se forment sur les plaques peuvent être facilement éliminés par les passages d'écoule- ment précités. Habituellement, la plaque possède une configuration générale allongée et comporte deux ouvertures de circulation formées dans un bossage près d'une extrémité de la plaque. Selon l'invention, le bore replié, formant pied de plaque, s'étend alors à l'autre extrémité de la plaque. Lorsque cette plaque a une forme générale rectangulaire, ce bord replié s'étend le long d'un des petits côtés du rectangle. Selon une autre caractéristique de l'invention, le bord replié comporte des indentations propres à s'interpénétrer avec les indentations du bord replié homologue de la plaque adjacente. Dans une forme de réalisation de l'invention, ces indenta- tions comprennent des saillies et des évidements alternés, en nombre égal, en sorte que les saillies d'un bord replié s'engagent dans les évidements du bord replié adjacent et inversement, en laissant subsister des passages d'écoulement. De cette manière, il est possible de réaliser un échangeur de chaleur à partir de plaques toutes identiques. Les saillies et les évidements sont avantageusement de forme générale rectangulaire, les saillies ayant une largeur inférieure à celle des évidements. Du fait de cette différence de largeur, on ménage à chaque fois un passage d'écoulement entre une saillie et un évide- ment. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque évidement comporte un côté longitudinal relié perpendiculai- rement à au moins un côté transversal d'une saillie, un renfoncement étant formé à la jonction de ce côté longitudi- nal et de ce côté transversal. Ce renfoncement peut avoir par exemple une forme semi- circulaire. Le côté longitudinal de l'évidement comporte avantageusement un rebord. Ceci améliore la butée entre un évidement de la plaque et une saillie correspondante de la plaque adjacente. L'échangeur de chaleur de l'invention est avantageusement réalisé sous la forme d'un évaporateur, le premier fluide étant un fluide frigorigène et le second fluide de l'air atmosphérique, le ou les passages d'écoulement servant à l'évacuation des condensats formés à partir du second fluide. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un échangeur de chaleur, du type évaporateur, selon l'invention; et - la figure 2 est une vue partielle de côté, et partiellement en coupe, de l'échangeur de chaleur de la figure 1; - la figure 3 est une vue de dessous d'un bord replié d'une plaque; et - la figure 4 est une vue partielle de dessous d'un échangeur de chaleur formé à partir de plaques selon la figure 3. L'échangeur de chaleur représenté aux figures 1 et 2 comprend une multiplicité de plaques 10 empilées par paires. Chacune des plaques est une tôle emboutie ayant la forme d'une cuvette 12 (voir figure 1 à gauche). Les deux plaques d'une même paire sont assemblées entre elles de manière que leurs concavités (définies par les cuvettes 12) soient tournées l'une vers l'autre, de manière à délimiter une chambre interne. Chaque plaque 10 comprend un bord périphérique 14 (figure 1) situé dans un plan vertical. Les bords périphéri- ques 14 de deux cuvettes adjacentes 12 sont mutuellement assemblés de façon étanche au fluide, par exemple par brasage, pour délimiter une chambre précitée. Chaque plaque 10 affecte une forme générale rectangulaire. Elle comporte, à son extrémité supérieure, une région 16 de profondeur plus grande, encore appelée "bossage", et une région 18 de profondeur plus faible qui occupe la majeure partie de la hauteur de la cuvette (figure 1). Dans la région 16 sont formées deux ouvertures 20 et 22 (figure 1) servant respectivement à l'entrée et à la sortie d'un premier fluide, dans l'exemple un fluide frigorigène. Chacune des plaques 10 comporte en outre une cloison médiane 24 (figure 1) qui est propre à être assemblée avec la cloison médiane homologue d'une plaque adjacente. Ainsi, chacune des chambres définies entre deux plaques adjacentes délimite un trajet de circula- tion en U, comme montré par la flèche F sur la figure 1, pour le premier fluide qui entre dans la chambre par l'ouverture et quitte cette dernière par l'ouverture 22. L'échangeur de chaleur comprend en outre au moins une tubulure d'entrée et/ou de sortie 26 pour le premier fluide, comme montré à la figure 1. Ainsi, le premier fluide (fluide frigorigène) peut circuler dans les différentes chambres formées respectivement par les paires de plaques. On aperçoit, dans la partie éclatée de la figure 2, l'une des ouvertures 20 d'une plaque située en vis- à-vis d'une ouverture 22 d'une plaque adjacente pour faire communiquer deux chambres adjacentes. Les régions 18 de deux plaques adjacentes (appartenant à deux paires différentes) délimitent entre elles un intervalle 28 formant passage de circulation pour un second fluide (dans l'exemple de l'air atmosphérique). Chacun des passages 28 loge un intercalaire 30 réalisé sous la forme d'une feuille métallique ondulée. Les sommets d'ondulation viennent alternativement en contact avec les régions 18 des deux plaques limitant le passage 28. Dans l'exemple considéré, l'échangeur de chaleur est parcouru par un fluide frigorigène qui pénètre dans l'échangeur à L'état liquide et en ressort à l'état de vapeur après avoir refroidi un flux d'air atmosphériaue circulant dans les passages 28 en cédant de la chaleur au fluide frigorigène. Il en résulte que ce flux d'air est refroidi du fait du phéno- mène d'évaporation subi par le fluide frigorigène. Un échangeur de chaleur du type évaporateur, tel au'il vient d'être décrit jusqu'à présent, est connu en lui-même et peut être utilisé notamment dans une installation de climatisation de véhicule automobile. Conformément à l'invention, chacune des plaques 10 comporte, à son extrémité opposée au bossage 16, un bord replié 32, encore appelé "pied de plaque", qui s'étend perpendiculaire- ment au plan général de la plaque, du côté opposé à sa concavité, c'est-à-dire du côté opposé à la concavité de la cuvette 12. Le bord replié 32 s'étend le long du petit côté de la plaque de forme générale rectangulaire. Comme on le voit à la figure 1, chaque bord replié 32 comporte des indentations propres à s'interpénétrer avec les indentations correspondantes du bord replié homologue de la plaque adjacente. Ces indentations comprennent deux saillies 34 alternant avec deux évidements 36. Ces saillies 34 et évidements 36 sont de forme générale rectangulaire, en sorte que les saillies 34 d'un bord replié 32 s'engagent dans les évidements 36 du bord replié adjacent et inversement. Toutefois, les saillies 34, qui forment des dents, viennent combler seulement une partie des évidements 36 correspondants pour ménager à chaque fois trois passages d'écoulement 38. Ainsi, lorsque l'évaporateur est en fonctionnement, les condensats formés au contact des plaques, en raison du taux d'humidité contenu dans le flux d'air atmosphérique, peuvent s'écouler par le bas de l'évaporateur au travers des passages d'écoulement 38. Il est à noter que les deux bords repliés adjacents servent en même temps de butée et d'organe d'espacement, ce qui permet de maintenir un intervalle constant et déterminé entre les plaques, au niveau de leur extrémité inférieure. On décrira maintenant une forme de réalisation particulière en référence à la figure 3. Le premier évidement 34 (représenté à gauche de la figure 3) est délimité par un côté transversal oblique 40, un côté longitudinal 42 et un côté transversal droit 44. L'évide- ment 36 adjacent est limité par un côté longitudinal 46 muni d'un rebord 48. Par ailleurs, cet évidement 36 est limité par un côté transversal 50 de l'autre saillie 34. Cette dernière est limitée également par un côté longitudinal 52 et un côté transversal 54. L'autre saillie 36, représentée àa droite de la figure 3, est limitée par un côté longitudinal 56 muni d'un rebord 58 et par un côté transversal oblique 60. Le côté longitudinal 46 de l'évidement 36 est relié aux côtés 44 et 50 par deux renfoncements 62 et 64 de forme semi- circulaire. De même, le côté longitudinal 56 de l'autre saillie 36 est relié au côté 54 par un autre renfoncement 66 de forme semi-circulaire. Lorsque deux bords repliés 32 s'interpénètrent (figure 4), le côté 42 de la première saillie 34 vient en appui contre le rebord 58 de la plaque adjacente. En outre, le rebord 48 du côté 46 vient en appui contre le côté 52 de la saillie 34 de la plaque adjacente. Le côté 52 de l'autre saillie 34 vient en appui contre le rebord 48 de la plaque adjacente et le rebord 60 vient en appui contre le côté 42 de la plaque adjacente. Du fait que les saillies ont des largeurs plus faibles que les évidements, on forme ainsi trois passages de circulation 38 (figure 4) de forme sensiblement ovale. Ainsi, les deux bords repliés 32 appartenant à deux plaques 10 adjacentes (faisant partie de deux paires différentes) maintiennent l'espacement des deux paires de plaques tout en permettant de réaliser des passages d'écoulement pour les condensats issus du flux d'air traversant l'évaporateur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites pr-écédemment à titre d'exemple. Il est possible de réaliser le bord replié avec d'autres configurations d'indentation, du moment que ces indentations permettent de ménager des passages d'écoulement. Par ailleurs, bien que l'invention ait été décrite en référence particulière à un évaporateur comme échangeur de chaleur, elle pourrait être utilisée pour d'autres types d'échangeurs de chaleur à plaques empilées, par exemple un condenseur faisant partie d'une installation de climatisa- tion, en particulier de véhicule automobile. Revendications 1. Echangeur de chaleur pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, comprenant une multipli- cité de plaques embouties (10) empilées par paires, en sorte que les plaques (10) d'une même paire ont des concavités tournées l'une vers l'autre et sont mutuellement reliées de façon étanche à leur périphérie (14) pour délimiter une chambre de circulation du premier fluide, les chambres communiquant entre elles par des ouvertures (20, 22) des plaques (10), et dans lequel les paires des plaques (10) délimitent entre elles des passages de circulation (28) du second fluide, dans lesquels sont logés des intercalaires ondulés (30), caractérisé en ce que chaque plaque (10) comporte un bord replié (32), dit "pied de plaque", qui s'étend perpendi- culairement à la plaque, du côté opposé à sa concavité, et qui est propre à venir en appui contre un bord replié analogue (32) d'une plaque adjacente en ménageant au moins un passage d'écoulement (38). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel la plaque a une configuration générale allongée et comporte deux ouvertures de circulation (20, 22) formées dans un bossage (16) près d'une extrémité de la plaque, caracté- risé en ce que le bord replié (32) s'étend à une extrémité opposée de la plaque. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bord replié (32) comporte des indentations (34, 36) propres à s'interpénétrer avec les indentations (36, 34) du bord replié homologue de la plaque adjacente. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les indentations comprennent des saillies (34) et des évidements (36) alternés, en nombre égal, en sorte que les saillies (34) d'un bord replié s'engagent dans les évidements (36) du bord replié adjacent, et inversement, en laissant subsister des passages d'écoulement (38). 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caracté- risé en ce que les saillies (34) et les évidements (36) sont de forme générale rectangulaire, les saillies (34) ayant une largeur inférieure à celle des évidements (36). 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 4 et I0 5, caractérisé en ce que chaque évidement (36) comporte un côté longitudinal (48, 56) relié perpendiculairement à au moins un côté transversal (44, 50; 54) d'une saillie (34), un renfoncement (62, 64, 66) étant formé à la jonction du côté longitudinal et du côté transversal. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caracté- risé en ce que le renfoncement (62, 64, 66) a une forme générale semi-circulaire. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le côté longitudinal (46; 56) de l'évidement (36) comporte un rebord (48; 58). 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un évaporateur dans lequel le premier fluide est un fluide frigorigène et le second fluide est un flux d'air atmosphéri- que, le ou les passages d'écoulement (38) servant à l'écoule- ment des condensats formés à partir du flux d'air atmosphéri- que.