Brevet FR2780492A1 — publié le 19991231

A Echangeur de chaleur à plaques empilées, en particulier pour véhicule automobile L'invention concerne un échangeur de chaleur du type à plaques empilées pouvant être utilisé, par exemple, pour constituer un évaporateur faisant partie d'une installation de climatisation de véhicule automobile. On connaît déjà des échangeurs de chaleur qui comprennent une multiplicité de plaques empilées communiquant entre elles par des ouvertures pour le passage d'un fluide circulant dans les plaques, et une multiplicité d'intercalaires ondulés agencés chacun entre deux plaques adjacentes. Dans un échangeur de chaleur de ce type, chacune des plaques est obtenue habituellement par un assemblage bord à bord de deux éléments, encore appelés demi-plaques, qui, une fois assemblés, définissent une chambre intérieure, encore appelée "lame", pour la circulation d'un fluide. En particulier, lorsqu'un tel échangeur de chaleur est réalisé sous la forme d'un évaporateur d'une installation de climatisation, chacune des plaques est destinée à être parcourue par un fluide frigorigène. Ce fluide absorbe de la chaleur d'un flux d'air qui circule entre les plaques, ce qui permet de le refroidir. Dans les échangeurs de chaleur connus, les demi-plaques comportent des bossages dans lesquels sont prévues les ouvertures de communication précitées. Lorsque les lames sont empilées, elles sont en contact mutuel par leurs bossages respectifs, ce qui permet d'assurer la circulation du fluide d'une plaque à l'autre et à l'intérieur de chacune des plaques. La circulation du fluide dans une plaque s'effectue selon un parcours donné, par exemple en U. Les intercalaires ondulés, formant ailettes d'échange de chaleur, sont habituellement disposés entre des faces planes en vis-à-vis que comportent les demi-plaques, de manière à favoriser l'échange thermique entre le fluide et le flux d'air. L'un des inconvénients des échangeurs de chaleur de ce type est que, lorsqu'ils sont parcourus par un fluide sous haute pression, les bossages ont tendance à s'étirer. Pour éviter cet inconvénient, il est nécessaire d'augmenter l'épaisseur des plaques, ce qui entraîne un surcoût de matière. De plus, ces bossages augmentent l'encombrement de l'échan- geur de chaleur. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur à plaques empilées, du type défini en introduction, dans lequel chaque plaque est obtenue par l'assemblage bord à bord d'un premier élément et d'un second élément définissant respectivement une première face et une seconde face d'une lame, dans lequel le premier élément comporte au moins un conduit extérieur s'étendant en saillie vers l'extérieur de la première face, et dans lequel le second élément comporte au moins un conduit intérieur s'étendant en saillie vers l'intérieur de la seconde face en sorte que chaque conduit intérieur du second élément puisse pénétrer dans un conduit extérieur du premier élément lors de l'assemblage de ces éléments pour constituer une même plaque, et que chaque conduit extérieur d'un premier élément puisse pénétrer partiellement dans un conduit intérieur d'un second élément d'une plaque pour assurer une communication d'une plaque à une autre. Les conduits extérieurs et intérieurs sont en saillie respectivement du côté extérieur et du côté intérieur d'un passage d'écoulement de fluide dans une plaque. Ainsi, chaque plaque est obtenue par l'assemblage de deux éléments de forme différente qui présentent chacun des conduits propres à s'emboîter les uns dans les autres, ces conduits constituant des sortes de boîtiers qui permettent à la fois la liaison des lames et le passage du fluide. Comme les conduits respectifs des deux éléments s'emboîtent mutuellement, il en résulte la formation d'un conduit ou boîtier dont la paroi est, au moins sur une grande partie, à double épaisseur. Ceci contribue à renforcer la structure de l'échangeur et à lui permettre de résister aux pressions élevées du fluide qui le parcourt. En outre, ceci permet d'utiliser des éléments de plus faible épaisseur dans les régions moins sollicitées à la pression. Il en résulte aussi une réduction de l'encombrement global de l'échangeur de chaleur. Dans une forme de réalisation de l'invention, le premier élément comporte deux conduits extérieurs et le second élément comporte deux conduits intérieurs. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le premier élément et le second élément sont identiques et comportent chacun deux conduits, à savoir un conduit exté- rieur et un conduit intérieur. Cette solution offre l'avan- tage de standardiser les deux éléments. Selon une première variante, les deux conduits du premier élément sont prévus à une extrémité de la première face, et les deux conduits du second élément sont prévus à une extrémité de la seconde face. On obtient alors un échangeur dit à mono-boîte. Selon une deuxième variante, les deux conduits du premier élément sont prévus respectivement à deux extrémités opposées de la première face, tandis que les deux conduits du second élément sont prévus respectivement à deux extrémités opposées de la seconde face. On obtient alors un échangeur dit à double-boite. De préférence, chaque conduit extérieur est délimité par une enveloppe continue, alors que chaque conduit intérieur est délimité par une enveloppe interrompue. Avantageusement, chaque conduit extérieur est délimité par une enveloppe ayant une section fermée de forme rectangu- laire, pseudo-elliptique ou circulaire, alors que chaque conduit intérieur est délimité par une enveloppe ayant une section ouverte de forme conjuguée. De préférence, chaque conduit extérieur comporte un bord périphérique rétréci pour faciliter son raccordement à un conduit intérieur d'une plaque adjacente. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque conduit extérieur et chaque conduit intérieur présente chacun deux faces ouvertes opposées. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la première face et la seconde face comportent des nervures longitudinales respectives situées du côté intérieur et propres à venir en appui l'une contre l'autre lorsque le premier élément et le second élément sont assemblés pour définir un parcours de circulation de forme choisie dans la plaque. Le premier élément et le second élément ont avantageusement des bords d'assemblage respectifs propres à être réunis par brasage. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le premier élément et le second élément sont des plaques métalliques embouties. Les intercalaires sont prévus chacun entre une première face d'une lame et une seconde face d'une lame adjacente. De façon avantageuse, les premiers et seconds éléments et les intercalaires sont assemblés par brasage. Dans une application préférentielle de l'invention, l'échan- geur de chaleur constitue un évaporateur d'une installation de climatisation, notamment de véhicule automobile. 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 partielle de côté d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 2 est une vue de face de l'échangeur de chaleur de la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective d'un premier élément de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2; - la figure 4 est une vue en perspective d'un second élément de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2; - la figure 5 est une vue de côté d'un premier élément et d'un second élément avant leur assemblage pour constituer une lame; et - la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 5 après assemblage mutuel du premier élément et du second élément et insertion d'un intercalaire. On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent un échangeur de chaleur 10 réalisé ici sous la forme d'un évaporateur propre à faire partie d'une installation de climatisation, en particulier de véhicule automobile. L'échangeur de chaleur 10 comprend une multiplicité de plaques empilées 12 qui sont formées chacune par l'assemblage d'un premier élément 14 et d'un second élément 16 définissant respectivement une première face 18 et une seconde face 20 d'une plaque. Les faces 18 et 20 sont généralement planes et parallèles entre elles. Chaque plaque délimite une chambre interne, ou lame, pour la circulation d'un fluide. L'échangeur de chaleur comprend en outre une multiplicité d'intercalaires ondulés 22 agencés chacun entre deux plaques adjacentes. Chacun de ces intercalaires se trouve ainsi placé au contact d'une première face 18 d'une plaque et d'une seconde face 20 d'une plaque adjacente. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 3, la face 18 du premier élément 14 définit une sorte de demi- coquille de forme générale rectangulaire entourée par un bord d'assemblage 24 sur trois côtés. Près de l'autre côté, c'est- à-dire à une autre extrémité de l'élément 14, sont prévus deux conduits 26 qui s'étendent en saillie vers l'extérieur de la première face 18. Ces deux conduits 26 sont délimités chacun par une enveloppe 28 de section rectangulaire fermée sur quatre côtés. Chacun des conduits 26 est ouvert à ses deux extrémités et comporte, du côté d'une des faces ouver- tes, un bord périphérique rétréci 30, dont la fonction sera expliquée plus loin. Le premier élément 14 est obtenu avantageusement par embou- tissage d'une plaque métallique, en particulier à base d'aluminium. Le premier élément 14 est ainsi formé d'une seule pièce avec la face 18, les deux conduits 26 et le bord d'assemblage 24. Par ailleurs, lors de l'emboutissage est formée une nervure longitudinale 32 située du côté intérieur et s'étendant sensiblement à mi-distance des deux grands côtés du rectangle de la face 18. Le second élément 16 est également formé avantageusement par emboutissage d'une plaque métallique, en particulier à base d'aluminium. La face 20 est de forme générale rectangulaire et elle est entourée sur trois côtés par un bord d'assemblage 34 propre à venir en appui contre le bord d'assemblage 24 d'un premier élément 14, lorsque les éléments 14 et 16 sont assemblés mutuellement. L'élément 16 a la forme d'une demi coquille qui se termine, à une extrémité, par deux conduits 36 qui s'étendent en saillie vers l'intérieur de la seconde face. Dans l'exemple, les conduits 36 sont délimités chacun par une enveloppe 38 de section générale rectangulaire, fermée sur trois côtés. Les conduits 26 et les conduits 36 ont des sections de formes conjuguées, en sorte que, comme on peut le voir plus particu- lièrement sur les figures 5 et 6, lors de l'assemblage mutuel d'un premier élément 14 et d'un second élément 16, les conduits 36 du second élément puissent pénétrer partiellement dans les conduits 26 du premier élément pour constituer une même plaque ou lame. En variante, ces conduits pourraient avoir des formes pseudo- elliptiques ou circulaires. Lorsqu'un conduit possède une enveloppe interrompue, cette interruption peut être obtenue par exemple par une ouverture ou une fente s'étendant sur une partie au moins de la longueur axiale du conduit. Egalement, comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 4, la face 20 de l'élément 16 comporte une nervure longitudinale 40 homologue de la nervure longitudinale 32 de l'élément 14. Lorsque les deux éléments sont assemblés mutuellement, les deux nervures 32 et 40 viennent en appui mutuel ce qui permet de définir, dans la plaque ainsi constituée, un parcours de circulation P en forme de U comme montré sur la figure 2. On comprendra que l'on peut ainsi réaliser un échangeur de chaleur comprenant une multiplicité de plaques empilées dont chacune résulte de l'assemblage d'un premier élément 14 et d'un second élément 16. Chacune des plaque se trouve ainsi réunie par l'emboîtement de deux conduits 36 dans deux conduits 26, ce qui permet de former à chaque fois un boîtier de communication de section générale rectangulaire qui présente une paroi à double épaisseur sur trois de ses côtés. Il en résulte un renforcement de la liaison des plaques et, par conséquent une meilleure résis- tance à la pression du fluide circulant dans l'échangeur de chaleur. Les éléments constitutifs des plaques sont avantageusement revêtus chacun d'un alliage de brasure, si bien qu'ils peuvent être assemblés par brasage à la fois entre eux et avec les intercalaires ondulés 22. Dans l'échangeur de chaleur ainsi constitué, un fluide, ici un fluide frigorigène, peut pénétrer (figure 2) dans l'un des conduits 26 d'un premier élément situé en extrémité de l'échangeur de chaleur. Ensuite, ce fluide peut parcourir chacune des lames suivant un circuit en U et passer d'une lame à l'autre, le fluide ressortant par l'autre conduit 26 du premier élément d'extrémité. Les conduits 36 de l'élément situé à l'autre extrémité de l'échangeur de chaleur sont obturés un élément spécifique 42 (figure 1) qui assure également la fermeture de l'échangeur de chaleur à son autre extrémité. On remarquera que le bord rétréci 30 de chaque conduit 26 facilite son introduction dans le conduit 36 d'une plaque adjacente. L'invention permet ainsi de réaliser des conduits de raccor- dement, ou boîtiers, d'épaisseur plus importante et résistant mieux à la pression. Ceci permet aussi d'utiliser des plaques d'épaisseur plus faible que dans la technique antérieure. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment et s'étend à d'autres variante. Ainsi, il est possible de concevoir des échangeurs dont les deux éléments de chaque plaque sont identiques, ce qui permet une standardisation. En outre, la configuration spécifique de chacun des éléments, et notamment celle des conduits, est susceptible de nombre- ses variantes. Ainsi, il est possible de concevoir que chaque élément comporte des conduits de formes et dimensions différentes. De même, l'invention n'est pas limitée au cas particulier d'un évaporateur de climatisation et trouve une application générale à d'autres types d'échangeurs de chaleur. Revendications 1. Echangeur de chaleur comprenant une multiplicité de plaques empilées (12) communiquant entre elles par des ouvertures pour le passage d'un fluide circulant dans les plaques, et une multiplicité d'intercalaires ondulés (22) agencés chacun entre deux plaques adjacentes, caractérisé en ce que chaque plaque (12) est obtenue par l'assemblage bord à bord d'un premier élément (14) et d'un second élément (16) définissant respectivement une première face (18) et une seconde face (20) d'une plaque, en ce que le premier élément (14) comporte au moins un conduit extérieur (26) s'étendant en saillie vers l'extérieur de la première face (18), et en ce que le second élément (16) comporte au moins un conduit intérieur (36) s'étendant en saillie vers l'intérieur de la seconde face (20), en sorte que chaque conduit intérieur (36) du second élément puisse pénétrer dans un conduit extérieur (26) du premier élément lors de l'assem- blage de ces éléments (14, 16) pour constituer une même plaque, et que chaque conduit extérieur (26) d'un premier élément puisse pénétrer partiellement dans un conduit intérieur (36) d'un second élément d'une plaque adjacente pour assurer une communication d'une plaque à une autre. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le premier élément (14) comporte deux conduits extérieurs (26) et le second élément (16) comporte deux conduits intérieurs (36). 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le premier élément (14) et le second élément (16) sont identiques et comportent chacun deux conduits, à savoir un conduit extérieur (26) et un conduit intérieur (36). 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les deux conduits (26; 26, 36) du premier élément sont prévus à une extrémité de la première face (18), et en ce que les deux conduits (36; 26, 36) du second élément (16) sont prévus à une extrémité de la seconde face (20). 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les deux conduits (26; 26, 36) du premier élément sont prévus respectivement à deux extrémités opposées de la première face (18), et en ce que les deux conduits (36; 26, 36) du second élément (16) sont prévus respectivement à deux extrémités opposées de la seconde face (20). 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que chaque conduit extérieur (26) est délimité par une enveloppe continue, alors que chaque conduit intérieur (36) est délimité par une enveloppe interrompue. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caracté- risé en ce que chaque conduit extérieur (26) est délimité par une enveloppe (28) ayant une section fermée de forme rectan- gulaire, pseudo-elliptique ou circulaire, alors que chaque conduit intérieur (36) est délimité par une enveloppe (38) ayant une section ouverte de forme conjuguée. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque conduit extérieur (26) comporte un bord périphérique rétréci (30) pour faciliter son raccordement à un conduit intérieur (36) d'une plaque adjacente. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque conduit extérieur (26) et chaque conduit intérieur (36) présente deux faces ouvertes opposées. 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la première face (18) et la seconde face (20) comportent des nervures longitudinales respectives (32, 40) situées du côté intérieur et propres à venir en appui l'une contre l'autre lorsque le premier élément et le second élément sont assemblés pour définir un parcours de circulation (P) de forme choisie dans la plaque. 11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que le premier élément (14) et le second élément (16) ont des bords d'assemblage respectifs (24, 34) propres à être réunis par brasage. 12. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications l1à 11, caractérisé en ce que le premier élément (14) et le second élément (16) sont des plaques métalliques embouties. 13. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les intercalaires ondulés (22) sont prévus chacun entre une première face (18) d'une plaque et une seconde face (20) d'une plaque adjacente. 14. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les premier et second éléments (14, 16), ainsi que les intercalaires ondulés (22) sont assemblés par brasage. 15. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il constitue un évaporateur d'une installation de climatisation, notamment de véhicule automo- bile.