Brevet FR2747462A1 — publié le 19971017

Évaporateur à pochettes empilées résistant à la pression L'invention concerne un échangeur de chaleur pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, comprenant un empilement de pochettes identiques dans lesquelles circule le premier fluide, formées chacune de deux plaques de tôle embouties en forme de cuvettes, dont les concavités sont tournées l'une vers l'autre et qui sont mutuellement reliées de façon étanche à leur périphérie, chaque cuvette ayant une profondeur non uniforme, plus grande en deux premières régions de sa surface pour former respectivement, entre les deux cuvettes de chaque pochette, une chambre d'entrée et une chambre de sortie du fluide, et plus petite dans la région restante de sa surface de façon à ménager entre deux pochettes voisines un intervalle pour le passage du second fluide, le fond de chaque cuvette étant percé, dans l'une au moins des premières régions, d'une ouverture pour permettre le passage du fluide entre deux chambres d'entrée et/ou de sortie mutuellement adjacentes dans la direction de l'empilement, et les fonds tournés l'un vers l'autre de deux cuvettes appartenant à des pochettes voisines étant en contact mutuel étanche autour de chacune desdites ouvertures. Un tel échangeur de chaleur est couramment utilisé comme évaporateur dans un circuit de fluide réfrigérant pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, ce fluide réfrigérant constituant le premier fluide et le second fluide étant de l'air atmosphérique. Généralement, les chambres d'entrée d'une part et les chambres de sortie d'autre part de l'ensemble des pochettes sont mutuellement alignées et communiquent entre elles à travers lesdites ouvertures pour former une conduite d'entrée et une conduite de sortie respectivement, le premier fluide circulant dans les différentes pochettes selon des trajets en U disposés en parallèle entre les conduites d'entrée et de sortie. Pour obturer les conduites d'entrée et de sortie aux deux extrémités de l'empilement, on dispose à chacune de ces dernières une "demi-pochette qui diffère des pochettes en ce que la cuvette tournée vers l'extérieur est remplacée par une plaque plane sans ouverture. La mise en oeuvre de chaque demipochette nécessite donc d'une part l'assemblage de celle-ci à la pochette voisine, d'autre part l'assemblage de la cuvette et de la plaque plane qui la constituent. En outre, ni les cuvettes, qui sont relativement minces, ni les plaques d'extrémités qui sont planes, n'offrent une garantie suffisante de résistance aux surpressions susceptibles d'apparai- tre dans les évaporateurs, qui peuvent dépasser 30 bars. Le but de l'invention est de simplifier l'assemblage de l'échangeur de chaleur. Un autre but est d'améliorer sa résistance à la pression interne. L'invention vise notamment un échangeur de chaleur du genre défini en introduction, et prévoit que la cuvette située à une extrémité de l'empilement est accolée à une plaque d'extrémité plus rigide, notamment plus épaisse, que les cuvettes, emboutie de façon à présenter au moins une première région et une seconde région s'étendant respectivement sensiblement dans deux plans parallèles et qui s'appuient sur le fond de la cuvette respectivement dans les premières régions et dans la région restante de celle-ci, la ou les premières régions de la plaque d'extrémité étant liées de façon étanche audit fond autour des ouvertures de celui-ci. Les deux éléments de la demi-pochette d'extrémité sont ainsi remplacés par une plaque d'extrémité unique. De plus, la rigidité de celle-ci, qui peut être obtenue notamment par le choix du matériau ou par une épaisseur de paroi plus forte, améliore la résistance à la pression de l'échangeur de chaleur. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - La ou chaque première région de la plaque d'extrémité est entourée sensiblement sur toute sa périphérie par un rebord tourné vers le plan de sa seconde région, qui renforce encore la rigidité de cette plaque. - Ledit rebord raccorde la première région à la seconde région sur une partie de la périphérie et définit un bord libre de la plaque d'extrémité sur la partie restante de la périphérie. - Les deux cuvettes de chaque pochette sont en outre reliées de façon étanche en une zone médiane de leur largeur et sur une fraction notable de leur longueur à partir d'une première extrémité de façon à définir pour le premier fluide circulant dans la pochette un trajet en U dont les deux branches s'étendent de part et d'autre de ladite zone médiane, les premières régions des cuvettes étant adjacentes à ladite première extrémité de part et d'autre de la zone médiane et la plaque d'extrémité présentant une première région unique en regard de l'ensemble des deux premières régions des cuvettes. - Les chambres d'entrée d'une part et les chambres de sortie d'autre part de l'ensemble des pochettes sont mutuellement alignées et communiquent entre elles à travers lesdites ouvertures pour former une conduite d'entrée et une conduite de sortie respectivement, les trajets en U définis par lesdites pochettes étant disposés en parallèle entre les conduites d'entrée et de sortie. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un évaporateur selon l'invention; et - la figure 2 est une vue partielle de côté, partiellement en coupe, de cet évaporateur. L'évaporateur illustré, destiné au circuit de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprend une multiplicité de pochettes 1 mutuellement empilées de la gauche vers la droite de la figure 2, formées chacune de deux plaques de tôle emboutie en forme de cuvettes 2 et 3. Ces dernières sont identiques entre elles et ont leurs concavités tournées l'une vers l'autre, soit respectivement vers la droite et vers la gauche. Chaque cuvette présente un bord périphérique 4 situé dans un plan vertical, et les bords périphériques 4 des deux cuvettes formant une pochette sont mutuellement assemblés de façon étanche au fluide, par exemple par brasage, pour délimiter le volume intérieur de la pochette. On voit à la partie supérieure de la figure 2, pour chacune des cuvettes, une région 5 d'une profondeur plus grande que celle de la région 6, cette dernière occupant la majeure partie de la hauteur de la cuvette, au-dessous de la région 5. Deux régions de plus grande profondeur de chaque cuvette sont ainsi juxtaposées de l'avant vers l'arrière de la figure 2, définissant dans chaque pochette une chambre d'entrée et une chambre de sortie pour le fluide réfrigérant. L'une de ces chambres, pour chacune des deux pochettes situées à la droite de l'empilement, apparaît sous la référence 7 dans la partie en coupe de la figure 2. La chambre d'entrée et la chambre de sortie de chaque pochette sont séparées l'une de l'autre par une zone de jonction étanche non représentée entre les deux cuvettes à mi-largeur de la pochette, cette zone de jonction se prolongeant vers le bas jusqu'au voisinage de l'extrémité inférieure de la pochette de façon à définir dans celle-ci un trajet en U pour le fluide entre la chambre d'entrée et la chambre de sortie. Le fond 8 de chaque cuvette est traversé, dans chacune des régions 5 de plus grande profondeur, par une ouverture 9 et les fonds tournés l'un vers l'autre d'une cuvette 2 et d'une cuvette 3 adjacentes sont mutuellement liés de façon étanche autour des ouvertures 9, par exemple par brasage. Les ouvertures 9 relient ainsi entre elles d'une part l'ensemble des chambres d'entrée, d'autre part l'ensemble des chambres de sortie, pour former respectivement une conduite d'entrée et une conduite de sortie entre lesquelles les trajets en U dans les différentes pochettes sont disposés en parallèle. Les fonds tournés l'un vers l'autre d'une cuvette 2 et d'une cuvette 3 voisines sont par ailleurs espacés l'un de l'autre dans leurs régions 6 de moindre profondeur. Les intervalles 10 ainsi définis entre les pochettes sont destinés à être parcourus par un flux d'air qui cédera de la chaleur au fluide réfrigérant circulant dans les pochettes. Un intercalaire 11 sous forme d'une feuille ondulée est disposé dans chaque intervalle 10, ses sommets d'ondulations venant alternativement en contact avec les fonds des deux cuvettes limitant cet intervalle. Selon l'invention, le fond de la cuvette 3 constituant la moitié droite de la pochette située à l'extrémité droite de l'empilement est accolé, dans ses régions 5, à une région plane 12 d'une plaque d'extrémité 13, la région 12 s'étendant sur toute la largeur de l'évaporateur et jusqu'à la hauteur des bords supérieurs des pochettes. La région 12 est entourée sur toute sa périphérie par un rebord 14, 15 tourné vers la droite de la figure 2. En haut et sur les côtés latéraux de l'évaporateur, c'est-à-dire vers le haut, vers lavant et vers l'arrière de la figure 2, le rebord 14 se termine par un bord libre 16 de la plaque 13. Sur le côté inférieur de la région 12, le rebord 15 forme un échelon entre celle-ci et la région restante 17 de la plaque, qui s'étend selon un plan vertical parallèle à celui de la région 12, jusqu'au niveau des bords inférieurs des pochettes et sur une hauteur sensiblement égale à celle des régions 6 des cuvettes. La région 17 est séparée de la région 6 de la cuvette 3 voisine par un intervalle 10 de même épaisseur que ceux séparant les pochettes entre elles, et qui reçoit un intercalaire 11 identique à ceux décrits précédemment. La région 12 est liée de façon étanche au fond de la cuvette adjacente, autour de chacune des ouvertures 9 de celui-ci, de façon à obturer les extrémités droites des conduites d'entrée et de sortie. Une plaque d'extrémité semblable peut être prévue à l'autre extrémité de l'empilement, l'entrée du fluide dans l'évapora- teur et sa sortie de celui-ci se faisant alors, de façon connue, par des pochettes intermédiaires munies de tubulures appropriées. Le rebord 14, 15 confère à la plaque 13 une rigidité lui permettant de résister aux pressions élevées susceptibles de régner à l'intérieur des pcchettes, es pressions pouvant atteindre et même dépasser 3C bars. Cette rigidité peut encore être renforcée en choisissant pour la plaque a'extrémité une épaisseur de paroi plus grana que pour les cuvettes formant les pochettes. Revendications 1. Échangeur de chaleur pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, comprenant un empilement de pochettes identiques (1) dans lesquelles circule le premier fluide, formées chacune de deux plaques de tôle embouties en forme de cuvettes (2, 3), dont les concavités sont tournées l'une vers l'autre et qui sont mutuellement reliées de façon étanche à leur périphérie (4), chaque cuvette ayant une profondeur non uniforme, plus grande en deux premières régions (5) de sa surface pour former respectivement, entre les deux cuvettes de chaque pochette, une chambre d'entrée et une chambre de sortie (7) du fluide, et plus petite dans la région restante (6) de sa surface de façon à ménager entre deux pochettes voisines un intervalle (10) pour le passage du second fluide, le fond (8) de chaque cuvette étant percé, dans l'une au moins des premières régions, d'une ouverture (9) pour permettre le passage du fluide entre deux chambres d'entrée et/ou de sortie mutuellement adjacentes dans la direction de l'empilement, et les fonds tournés l'un vers l'autre de deux cuvettes appartenant à des pochettes voisines étant en contact mutuel étanche autour de chacune desdites ouvertures, caractérisé en ce que la cuvette (3) située à une extrémité de l'empilement est accolée à une plaque d'extrémité (13) plus rigide que les cuvettes, emboutie de façon à présenter au moins une première région (12) et une seconde région (17) s'étendant respectivement sensiblement dans deux plans parallèles et qui s'appuient sur le fond (8) de la cuvette respectivement dans les premières régions (5) et, par l'intermédiaire d'un intercalaire (11) ménageant un intervalle (10) pour le passage du second fluide, dans la région restante (6) de celle-ci, la ou les premières régions de la plaque d'extrémité étant liées de façon étanche audit fond autour des ouvertures (9) de celuici. 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque d'extrémité présente une épaisseur de paroi plus forte que les cuvettes. 3. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la ou chaque première région de la plaque d'extrémité est entourée sensiblement sur toute sa périphérie par un rebord (14, 15) tourné vers le plan de sa seconde région. 4. Échangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit rebord (15) raccorde la première région à la seconde région sur une partie de la périphérie et définit un bord libre (16) de la plaque d'extrémité sur la partie restante de la périphérie. 5. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux cuvettes de chaque pochette sont en outre reliées de façon étanche en une zone médiane de leur largeur et sur une fraction notable de leur longueur à partir d'une première extrémité de façon à définir pour le premier fluide circulant dans la pochette un trajet en U dont les deux branches s'étendent de part et d'autre de ladite zone médiane, les premières régions des cuvettes étant adjacentes à ladite première extrémité de part et d'autre de la zone médiane et la plaque d'extrémité (13) présentant une première région unique (12) en regard de l'ensemble des deux premières régions (5) des cuvettes (2, 3). 6. Échangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les chambres d'entrée d'une part et les chambres de sortie d'autre part de l'ensemble des pochettes sont mutuellement alignées et communiquent entre elles à travers lesdites ouvertures (9) pour former une conduite d'entrée et une conduite de sortie respectivement, les trajets en U définis par lesdites pochettes étant disposés en parallèle entre les conduites d'entrée et de sortie.