Brevet FR2755217A1 — publié le 19980430

Evaporateur à plaques empilées perfectionnées pour installa- tion de climatisation, notamment de véhicule automobile L'invention concerne le domaine des évaporateurs à plaques empilées destinés à faire partie d'installations de climati- sation, notamment de véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement les évaporateurs à plaques empilées qui, d'une part, délimitent par paire des cavités internes dont la hauteur est choisie et qui sont propres à être parcourues par un fluide frigorigène, et d'autre part, comportent des parties centrales dont les faces externes sont susceptibles d'être balayées par un flux d'air et qui sont munies de bossages orientés vers l'inté- rieur de la cavité qu'elles contribuent respectivement à délimiter. Dans certains évaporateurs de ce type, les bossages de chaque plaque constituant une paire sont sensiblement ponctuels (faible extension) et possèdent une partie supérieure dont la hauteur est égale à la moitié de la hauteur de la cavité. En conséquence, lorsque deux plaques sont empilées l'une sur l'autre pour délimiter une cavité, les parties supérieures de leurs bossages se contactent. Ces parties supérieures sont revêtues d'un placage permet- tant, lors d'un passage dans un four de brasage, une solidarisation des bossages de type "point par point". Or, de très faibles déformations des parties supérieures des bossages peuvent interdire une telle solidarisation, ce qui aura pour conséquence de réduire localement la capacité de la zone non solidarisée à résister à des pressions importan- tes. Cet affaiblissement local peut permettre une désolida- risation mécanique, par surpression, des bossages voisins, et par conséquent entraîner la désolidarisation des plaques concernées. Par ailleurs, le grand nombre de bossages ponctuels favorise la rétention des condensats sur les faces externes des plaques, ce qui peut, d'une part, permettre à des micro- organismes nauséabonds de se développer, et par conséquent gêner les utilisateurs de l'installation de climatisation, et d'autre part, favoriser la corrosion des plaques. La présente invention a donc pour but de remédier à tout ou partie des inconvénients des évaporateurs à plaques empilées de la technique antérieure. L'invention propose à cet effet un évaporateur à plaques empilées du type défini dans l'introduction, dans lequel, d'une part, la partie supérieure des bossages de chaque partie centrale est surélevée, par rapport à ses zones sans bossages, d'une hauteur égale à la hauteur de la cavité qui les loge, et d'autre part, la forme et l'emplacement respectifs des bossages d'une plaque d'une paire sont choisis de sorte que leurs parties supérieures soient au contact de zones sans bossage de l'autre plaque de ladite paire. La solidarisation s'effectue désormais entre les parties supérieures des bossages et les zones sensiblement planes des plaques opposées, et par conséquent, cette solidarisa- tion n'est plus ponctuelle mais étendue. Préférentiellement, certains au moins des bossages sont réalisés sous forme de ligne brisée sensiblement continue et d'extension longitudinale inférieure à celle de la cavité. Cela permet aux bossages des plaques d'une paire de délimi- ter dans la cavité des canaux de circulation pour le fluide. Bien entendu, les bossages peuvent être étendus, sans pour autant posséder une extension comparable aux dimensions longitudinales ou transversales de la cavité. Mais on peut également prévoir des bossages de type ponctuel. Très avantageusement, les bossages sont réalisés par emboutissage. Cela permet, lorsque les bossages présentent une extension relativement importante comparée aux dimen- sions de la cavité, de former sur les faces externes des plaques des sillons externes capables de collecter les condensats qui s'y forment et de limiter le nombre de lieux o ils pourraient se fixer. Dans une forme de réalisation préférentielle de l'évapora- teur, la plaque comporte une nervure centrale orientée vers l'intérieur de la cavité, d'une hauteur égale à la moitié de la hauteur de ladite cavité, d'une extension longitudinale inférieure à celle de cette cavité, et qui la subdivise en de première et seconde parties sensiblement égales, qui communiquent entre elles de façon à permettre une circula- tion de fluide d'une partie vers l'autre. Dans ce cas, il est avantageux de réaliser chaque paire avec deux plaques dont les parties centrales sont identiques, la première partie d'une plaque comporte, dans une zone centrale médiane, un bossage central en forme de ligne brisée, tandis que la seconde partie de ladite plaque comporte, dans deux zones latérales encadrant une zone centrale médiane, deux bossages latéraux en forme de ligne brisée, de sorte qu'après assemblage des deux plaques d'une paire, le bossage central de la première partie de chaque plaque soit encadré par les deux bossages latéraux de la seconde partie de chaque autre plaque. Préférentiellement, la nervure centrale est également réalisée par emboutissage, ce qui permet de conformer chaque plaque avec un unique outil. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 illustre en vue de côté une partie d'un évaporateur; - la figure 2 illustre schématiquement, en vue de face, une plaque d'un évaporateur selon l'invention, dans un mode de réalisation préférentiel; et - la figure 3 est une vue en coupe transversale, suivant l'axe III-III, de deux plaques empilées du type de celle illustrée sur la figure 2. On se réfère tout d'abord à la figure 1 pour décrire un évaporateur à plaques empilées. Un tel évaporateur comprend une multiplicité de plaques 1 empilées tête bêche les unes au-dessus des autres de façon à délimiter par paires P des cavités 2 permettant la circulation d'un fluide frigorigène. Chaque paire Pi (i = 0 à 2 sur la figure 1) est constituée de deux plaques, par exemple du type de celles illustrées sur la figure 2. Dans ce qui suit, on appellera ces deux plaques respectivement la et lb. Comme cela est illustré sur la figure 2, chaque plaque 1 est de préférence subdivisée en deux parties 4 et 5 de surface sensiblement égale, et séparées l'une de l'autre par une nervure centrale longitu- dinale 6 réalisée par emboutissage, de préférence. Cette nervure centrale s'étend sur une longueur sensiblement inférieure à la longueur (plus grand côté) de la plaque 1, de sorte que les première 4 et seconde 5 parties communi- quent entre elles dans une partie inférieure 7. Afin de permettre la circulation du fluide d'une première paire P0 vers une seconde paire P1, on prévoit dans la partie supérieure 3 de chaque plaque, sur l'une des première 4 ou seconde 5 parties, une ouverture 8. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, l'ouverture 8 est placée dans la seconde partie 5. Ainsi, lorsque l'on forme une paire en réunissant, par exemple deux plaques identiques à celles illustrées sur la figure 2, la première partie 4a de la première plaque la se trouve en regard de la seconde partie b de la seconde plaque lb, et la seconde partie 5b de la première plaque la se trouve en regard de la première partie 4 de la seconde plaque lb (voir figure 3). Du fait que l'on prévoit sur toute la périphérie de chaque plaque 1 des bords conformés 8, qui peuvent être réalisés par emboutissage, et qui présentent une hauteur H choisie, en empilant deux plaques la et lb pour former une paire, on délimite au niveau des première et seconde parties d'une paire P une cavité 2 sensiblement en forme de U et de hauteur (ou profondeur) sensiblement égale à 2H. Ainsi, le fluide parvient dans la première partie d'une première paire P1, circule dans la portion de la cavité 2 qui se trouve délimitée par la première partie 4a de la première plaque la et la seconde partie 5b de la seconde plaque lb, parvient dans la partie inférieure 7, puis remonte dans l'autre portion de la cavité 2 qui est délimi- tée par la seconde partie 5a de la première plaque la et la première partie 4b de la seconde plaque lb. Il parvient alors au niveau de l'ouverture 8 qui communique avec la paire suivante P2, et ainsi de suite jusqu'à ce que le fluide frigorigène ait circulé dans toutes les paires de l'évaporateur. Comme cela est mieux illustré sur la figure 1, et dans le but de faciliter la collection du fluide frigorigène au niveau de chaque paire, les parties supérieures 3 des plaques la et lb présentent une épaisseur (ou hauteur) E sensiblement supérieure à la demi-hauteur H de la cavité 2. Cela permet en outre de réaliser entre deux paires successi- ves de plaques une chambre ouverte 9 (délimitée par les faces externes 10 de la première plaque la d'une première paire P0, par exemple, et la seconde plaque lb de la paire suivante P1). On peut alors loger à l'intérieur de chaque chambre externe 9, ouverte, des intercalaires 11 qui permettent d'accentuer les échanges thermiques entre les plaques et un flux d'air qui circule dans ces chambres ouvertes externes 9 délimitées par les plaques. Chaque plaque 1 comporte en outre, dans chaque première 4 et seconde 5 partie, une partie centrale comprise entre la partie d'extrémité supérieure 3 et la partie d'extrémité inférieure 7. On réalise dans chaque partie centrale 12 des bossages 13 (autrement appelés "turbulateurs") de forme allongée, destinés à répartir de façon homogène, à l'intérieur de chaque portion de la cavité 2, le fluide frigorigène qui circule dans celle-ci. Selon l'invention, les bossages 13 comportent une partie supérieure 14 qui est surélevée, par rapport à des zones 15 sans bossage (sensiblement planes), de la plaque 1, d'une hauteur 2H sensiblement égale à la hauteur de la cavité qui les loge. De plus, la forme particulière, ainsi que l'emplacement de chaque bossage d'une plaque 1 d'une paire P sont choisis de sorte que les parties supérieures 14 de ces bossages soient au contact de zones sans bossage 15 de l'autre plaque avec laquelle elles forment une paire P. Dans la mesure o les bords périphériques 8 et les parties supérieures 14 des bossages sont recouverts d'un placage, lorsque l'on introduit l'évaporateur, une fois assemblé, dans un four, par exemple de brasage ou de soudage, les parties supérieures 14 des bossages vont se trouver solida- risées aux zones 15 sans bossage de l'autre plaque. Une telle solidarisation n'est donc plus purement ponctuelle, mais de type étendu. Préférentiellement, comme illustré sur la figure 2, les bossages 13 réalisés dans les première 4 et seconde 5 parties des parties centrales 12 sont réalisés sous forme d'une ligne brisée (ou en zigzag) sensiblement continue et d'extension longitudinale sensiblement égale à celle de la nervure centrale 6 au niveau des parties centrales 12. Dans l'exemple illustré, on prévoit dans la première partie 4 de chaque plaque 1 deux bossages 13 en ligne brisée placés au niveau de zones latérales 16 de la partie centrale 12, sensiblement symétriquement de part et d'autre d'un axe longitudinal médian X-X. En revanche, dans la partie centrale 12 de la seconde partie , on n'a prévu qu'un unique bossage 13 en forme de ligne brisée, également, placé dans une zone centrale 18 contenant un axe longitudinal médian Y-Y, équivalent à l'axe X-X de la première partie 4. De la sorte, lorsque l'on vient empiler une première plaque la sur une seconde plaque lb du type de celle illustrée sur la figure 2, le bossage central 13 de la seconde partie 5a de la première plaque la se trouve encadré par les deux bossages latéraux 13 de la première partie 4b de la seconde plaque lb. De même, le bossage centrale 13 de la seconde partie 5b de la seconde plaque lb se trouve encadré par les deux bossages latéraux 13 de la première partie 4a de la première plaque la. La ccopération de ces trois bossages 13 dans chaque première et seconde portions de la cavité 2 permet de définir à l'intérieur de celle-ci des canaux 19 dans lesquels le fluide frigorigène peut circuler, tout en étant réparti, en raison de la forme en ligne brisée des bossages. Préférentiellement, ces bossages sont réalisés, tout comme la nervure centrale 6, par emboutissage de la plaque métallique 1. Ainsi, il est possible de réaliser en une unique opération d'emboutissage, à l'aide d'un unique outil, à la fois les bords périphériques 8, les bossages 13 et la nervure centrale 6, ainsi qu'éventuellement les parties bombées formées aux extrémités supérieures 3 des plaques. Grâce à de tels bossages, on obtient une solidarisation des parties centrales 12 des plaques la et lb, qui est étendue sensiblement suivant l'axe longitudinal des paires (lequel axe est sensiblement parallèle aux axes X-X et Y-Y). De plus, lorsque les bossages sont réalisés par emboutissa- ge, on crée sur les faces externes 10 des plaques, au niveau des zones o ils sont réalisés, des sillons externes 20 présentant une extension longitudinale importante, permet- tant ainsi de collecter les condensats qui se forment sur les faces externes 10 des plaques la et lb de l'évaporateur, lorsque certaines conditions aérothermiques sont réunies. En raison de l'extension importante de ces sillons 20, les condensats collectés ne stagnent pas, mais sont évacués vers les parties inférieures de l'évaporateur. Cela permet de limiter notablement les phénomènes de corrosion, ainsi que d'éviter le développement de micro-organismes nauséabonds qui pourraient polluer l'air destiné à être traité puis distribué, par exemple dans l'habitacle d'un véhicule automobile. Comme cela est illustré sur la figure 2, on peut également prévoir, dans la partie inférieure 7 des plaques, des bossages ponctuels de formes variées, pour permettre une meilleure répartition du fluide frigorigène à ce niveau. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit précédemment, à titre d'exemple, mais elle s'étend à d'autres variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi, la forme et le nombre des bossages prévus au niveau de chaque plaque pourront être notablement différents de ceux illustrés sur la figure 2. Revendications 1. Evaporateur du type comprenant des plaques (1) empi- lées, délimitant par paire des cavités (2), de hauteur choisie, propres à être parcourues par un fluide frigori- gène, et comportant des parties centrales (12) propres à être balayées par un flux d'air et munies de bossages (13) orientés vers l'intérieur de la cavité (2) qu'elles contri- buent respectivement à délimiter, caractérisé en ce que les bossages (13) de chaque partie centrale (12) présentent une partie supérieure (14) surélevée, par rapport à des zones (15) sans bossages de ladite partie centrale (12), d'une hauteur égale à la hauteur de la cavité (2) qui les loge, et en ce que la forme et l'emplacement respectifs des bossages (13) d'une plaque (la) d'une paire (P) sont choisis de sorte que leurs parties supérieures (14) soient au contact de zones sans bossage (15) de l'autre plaque (lb) de ladite paire (P). 2. Evaporateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que certains au moins des bossages (13) sont réalisés sous forme de ligne brisée sensiblement continue et d'extension longitudinale inférieure à celle de la cavité (2), lesdits bossages (13) des plaques d'une paire (P) délimitant ainsi dans la cavité (2) des canaux de circulation (19) pour ledit fluide. 3. Evaporateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que certains bossages (21) sont de type ponctuel, ou de faible extension comparé aux dimensions de la cavité (2). 4. Evaporateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les bossages (13) sont réalisés par emboutissage. 5. Evaporateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque (1) comporte une nervure centrale (6) orientée vers l'intérieur de la cavité (2), d'une hauteur égale à la moitié de la hauteur de ladite cavité, d'une extension longitudinale inférieure à celle de ladite cavité, et qui la subdivise en de première (4) et seconde (5) parties sensiblement égales, qui communiquent entre elles, de façon à permettre une circulation de fluide d'une partie vers l'autre. 6. Evaporateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la nervure centrale (6) est réalisée par emboutissage. 7. Evaporateur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la nervure centrale (6) présente une extension longitudinale sensiblement égale, par valeur supérieure, à celle des bossages (13) en forme de ligne brisée. 8. Evaporateur selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les parties centrales (12) des deux plaques (la, lb) d'une paire (P) sont identiques, et en ce que la première partie (4) d'une plaque (1) comporte, dans une zone centrale médiane (18), un bossage central (13) en forme de ligne brisée, tandis que la seconde partie (5) de ladite plaque (1) comporte, dans deux zones latérales (16,17) encadrant une zone centrale médiane (18), deux bossages latéraux (13) en forme de ligne brisée, de sorte qu'après assemblage des deux plaques d'une paire, le bossage central (13) de la première partie (4) de chaque plaque (1) soit encadré par les deux bossages latéraux (13) de la seconde partie (5) de chaque autre plaque (1).