Brevet FR2783906A1 — publié le 20000331

Echanqeur de chaleur à plaques, notamment pour véhicule automobile L'invention concerne les échangeurs de chaleur, notamment pour véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant des canaux en U délimités par un empile- ment de plaques disposées par paires, ainsi qu'un canal d'entrée et un canal de sortie qui sont en communication de fluide avec les canaux en U, et qui s'étendent parallèlement entre eux au travers des plaques. Dans les échangeurs de chaleur connus de ce type, que l'on appelle aussi "échangeurs à plaques", les deux plaques d'une même paire sont tournées l'une vers l'autre pour délimiter conjointement un canal en U comportant un compartiment d'entrée et un compartiment de sortie. Chacun de ces compar- timents est délimité entre des bossages respectifs des plaques, lesquels bossages sont munis d'ouvertures qui font communiquer entre eux, d'une part les compartiments d'entrée pour définir un canal d'entrée, et, d'autre part les compar- timents de sortie pour définir un canal de sortie. Un tel échangeur de chaleur est destiné à être parcouru par un fluide, en particulier par un fluide réfrigérant dans le cas o l'échangeur constitue un évaporateur pour un circuit de climatisation. Le fluide pénètre par l'extrémité amont du canal d'entrée, circule dans les canaux en U et gagne ensuite le canal de sortie et quitte l'échangeur de chaleur par l'extrémité aval du canal de sortie. La circulation du fluide dans le canal d'entrée et le canal de sortie s'effectue dans des directions parallèles et de même sens, si bien que l'entrée et la sortie du fluide s'effectuent par des extrémi- tés opposées de l'échangeur de chaleur. Or, dans certains cas, il est nécessaire que l'entrée et la sortie du fluide s'effectuent d'un même côté de l'échangeur de chaleur. Il est connu pour cela, comme enseigné par exemple par EP 0 650 023 et EP 0 650 024, de prévoir un conduit exté- rieur, encore appelé "pipette", qui permet de ramener l'entrée et la sortie d'un même côté de l'échangeur de chaleur. Cette solution complique la structure de l'échangeur de chaleur et accroît de plus son encombrement. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, lequel comprend en outre deux plaques conformées disposées sur une face de l'échangeur de chaleur et propres à délimiter conjointement une conduite intermé- diaire qui s'étend parallèlement au canal d'entrée et au canal de sortie et qui est raccordée à l'un ou l'autre du canal d'entrée et du canal de sortie par une tubulure de renvoi prévue à une extrémité de l'échangeur de chaleur, ce qui permet de former une entrée de fluide et une sortie de fluide à une même extrémité de l'échangeur de chaleur, à l'opposé de la tubulure de renvoi. Ainsi, les deux plaques conformées délimitent conjointement une conduite intermédiaire qui permet de ramener l'entrée et la sortie de fluide sur un même côté de l'échangeur de chaleur, cette conduite intermédiaire étant réunie à l'un ou l'autre du canal d'entrée et du canal de sortie par une tubulure de renvoi. Ces plaques conformées permettent d'intégrer la tubulure intermédiaire dans l'échangeur de chaleur lui-même, sans en augmenter son encombrement. En outre, elles contribuent à rigidifier la structure de l'échangeur de chaleur, en s'étendant transversalement aux plaques empilées qui définis- sent les canaux de circulation en U. Ces plaques embouties définissent mutuellement une cavité allongée, formant conduite intermédiaire, qui s'étend parallèlement au canal d'entrée et au canal de sortie et qui s'intègre parfaitement dans la structure de l'échangeur de chaleur. Dans une forme de réalisation de l'invention, la tubulure de renvoi relie la conduite intermédiaire avec l'extrémité aval du canal de sortie. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, la tubulure de renvoi relie la conduite intermédiaire avec l'extrémité amont du canal d'entrée. La tubulure de renvoi permet d'assurer le raccordement entre la conduite intermédiaire et l'un ou l'autre du canal d'entrée et du canal de sortie. Dans une première forme de réalisation, la tubulure de renvoi est une tubulure en U raccordée extérieurement à une plaque d'extrémité de l'échangeur de chaleur. Dans une deuxième forme de réalisation de l'invention, la tubulure de renvoi est délimitée entre un bord transversal de l'une des plaques conformées et un bord transversal en saillie d'une plaque d'extrémité. Dans une troisième forme de réalisation de l'invention, la tubulure de renvoi comprend une tubulure droite s'étendant axialement dans l'un ou l'autre du canal d'entrée ou du canal de sortie et présentant une ouverture latérale qui débouche dans la conduite intermédiaire. Dans une quatrième forme de réalisation de l'invention, la tubulure de renvoi est formée directement par une cavité emboutie dans une plaque d'extrémité. De manière préférentielle, la conduite intermédiaire s'étend entre le canal d'entrée et le canal de sortie. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les plaques conformées comprennent une plaque intérieure disposée du côté de l'échangeur de chaleur et une plaque extérieure recouvrant la plaque intérieure, lesdites plaques intérieure et extérieure ayant des régions marginales respectives imbriquées l'une dans l'autre et des régions centrales espacées pour définir conjointement la conduite intermédiai- re. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les plaques conformées sont des plaques métalliques embouties et elles sont brasées entre elles et sur l'empilement des plaques. Dans une application de l'invention, l'échangeur de chaleur est réalisé sous la forme d'un évaporateur de climatisation. 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 en perspective d'un échangeur de chaleur selon une première forme de réalisation de l'inven- tion; - la Figure 2 est une vue de côté, avec arrachement, de l'échangeur de chaleur représenté à la figure 1; - la Figure 3 est une vue de dessus de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2; - la Figure 4 est une vue en coupe éclatée selon la ligne IV- IV de la figure 3; - la Figure 5 représente une plaque d'extrémité de l'échan- geur de chaleur des figures 1 à 3; - la Figure 6 représente une autre plaque d'extrémité de l'échangeur de chaleur des figures 1 à 3; - la Figure 7 est une vue analogue à la figure 3 dans une variante de réalisation; - la Figure 8 représente une vue en perspective d'un échan- geur de chaleur selon une deuxième forme de réalisation de l'invention; la Figure 9 est une vue latérale d'une plaque d'extrémité de l'échangeur de chaleur de la figure 8; - la Figure 10 est une vue en perspective de la plaque d'extrémité de la figure 9; - la Figure 11 est une vue en perspective d'une plaque conformée de l'échangeur de chaleur de la figure 8; - la Figure 12 est une vue en perspective d'une autre plaque conformée de l'échangeur de chaleur de la figure 8; - la Figure 13 est une vue en perspective d'une plaque d'extrémité d'un échangeur de chaleur selon une troisième forme de réalisation de l'invention; - la Figure 14 est une vue en plan d'une plaque d'extrémité d'un échangeur de chaleur selon une quatrième forme de réalisation de l'invention; et - la Figure 15 est une vue partielle de côté de l'échangeur de chaleur de la figure 14. L'échangeur de chaleur représenté aux figures 1 et 2 est formé par un empilement de plaques 10 disposées par paires et dont la forme générale apparaît mieux sur la figure 4. Chaque plaque 10 est généralement plane et possède un contour de forme sensiblement rectangulaire délimité par un bord périphérique 12. En outre, elle comporte une nervure interne 14 pour permettre de définir, lorsque les deux plaques d'une même paire sont réunies, un canal C de circulation en forme générale de U (figure 4). Chacune des plaques 10 définit en outre deux bossages 16 (figures 2 et 4), espacés l'un de l'autre, et situés de part et d'autre de la nervure centrale 14. Ainsi, lorsque deux plaques 10 d'une même paire sont réunies entre elles, les bossages 16 définissent deux compartiments, à savoir un compartiment d'entrée pour l'admission d'un fluide F et un compartiment de sortie pour l'évacuation du fluide F. Entre ces deux compartiments, le fluide circule dans le canal C en forme de U (figure 4). Entre les plaques, sont disposés en outre des intercalaires 18 de forme ondulée (figures 1 et 2) qui jouent le rôle d'ailettes d'échange de chaleur. Les bossages 16 sont munis d'ouvertures respectives qui sont alignées, si bien que lorsque les plaques sont empilées par paires, elles définissent (figure 3) un canal d'entrée 20 et un canal de sortie 22 qui sont parallèles entre eux. Dans échangeur de chaleur de ce type, le fluide F circule, dans les canaux 20 et 22, dans des directions parallèles et de même sens, comme montré par les flèches interrompues sur la figure 3. Il en résulte que, dans un échangeur de chaleur de ce type, l'entrée du fluide s'effectue habituellement par l'extrémité amont 24 du canal d'entrée 20, tandis que la sortie du fluide s'effectue habituellement par l'extrémité aval 26 du canal de sortie 22 (figure 3), c'est-à-dire à deux extrémités opposées de l'échangeur de chaleur. L'invention prévoit des moyens pour permettre de ramener l'entrée et la sortie du fluide sur une même extrémité de l'échangeur de chaleur. Elle prévoit pour cela de rapporter extérieurement sur la pile de plaques, et dans le sens d'empilement de celles-ci, deux plaques conformées, à savoir une plaque intérieure 28 et une plaque extérieure 30 représentées en vue éclatée sur la figure 4. Les plaques 28 et 30 sont rapportées sur une face de l'échangeur de chaleur qui s'étend parallèlement à la direction d'empilement des plaques 10. La plaque conformée 28 comprend une région centrale 32 en creux, encadrée par deux régions marginales 34 susceptibles d'entourer les bossages 16 des plaques 10 une fois empilées. La plaque conformée 30 comporte une partie centrale 36 délimitant une cavité et entourée par deux régions marginales 38 susceptibles de venir s'imbriquer avec les régions marginales 34 de la plaque intérieure 28. Ainsi, lorsque les deux plaques conformées 28 et 30 sont assemblées l'une contre l'autre et contre les plaques empilées 10, elles délimitent conjointement une cavité centrale 40 constituant une conduite intermédiaire qui est représentée en traits interrompus sur la figure 3. Cette conduite intermédiaire s'étend parallèlement au canal d'entrée 20 et au canal de sortie 22 et elle est disposée entre ces deux canaux. Cette conduite 40 débouche normalement aux deux extrémités de l'échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur est fermé, d'un côté, par une plaque d'extrémité 42 et, du côté opposé, par une plaque d'extrémité 44. Ces plaques d'extrémité sont des plaques spécifiques différentes des plaques empilées 10. La plaque d'extrémité 42 (figure 5) comprend une ouverture 46 qui correspond avec l'extrémité aval 26 du canal de sortie 22 et une ouverture 48 qui correspond avec une extrémité 50 de la conduite intermédiaire 40. Par ailleurs, cette plaque 42 comprend un appendice 52 destiné à obturer l'extrémité aval 54 du canal d'entrée 20. L'échangeur de chaleur comprend en outre une tubulure de renvoi 56 (figures 1, 2 et 3) qui est de forme générale coudée et qui communique avec les ouvertures 46 et 48 de la plaque d'extrémité 42. La plaque d'extrémité 44 (figure 5) comporte une ouverture 58 propre à venir en correspondance de l'extrémité amont 24 du canal d'entrée 20 et une ouverture 60 propre à correspondre avec une autre extrémité 62 de la conduite intermédiaire 40. Les plaques d'extrémité 42 et 44 sont de préférence identi- ques pour des raisons de standardisation. Ainsi, le fluide F pénètre dans l'extrémité amont 24 du canal d'entrée 20 par l'ouverture 58 de la plaque 44. Il alimente les canaux en U et gagne ensuite le canal de sortie 22. Il gagne ensuite la tubulure de renvoi 56 puis circule à contre-courant dans la conduite intermédiaire 40 pour quitter celle-ci par l'ouverture 60 de la plaque d'extrémité 44. Il en résulte que l'entrée et la sortie du fluide s'effectuent d'un même côté de l'échangeur de chaleur. Dans la variante de réalisation de la figure 7, la tubulure 56 communique avec les ouvertures 58 et 60 de la plaque d'extrémité 44. Il en résulte que l'entrée et la sortie du fluide s'effectuent respectivement par les ouvertures 46 et 48 de la plaque d'extrémité 42, c'est-à-dire à l'extrémité opposée de l'échangeur de chaleur, par rapport à la forme de réalisation de la figure 3. On se réfère maintenant à la forme de réalisation des figures 8 à 12. La structure générale de l'échangeur de chaleur est analogue à celle de la forme de réalisation précédente. L'échangeur de chaleur comprend deux plaques conformées 28 et 30. La plaque conformée 28, dite "plaque intérieure", est représentée en perspective sur la figure 12. Elle comprend, comme dans la forme de réalisation précédente, une région centrale 32 encadrée par deux régions d'extrémité 34, l'ensemble ayant un profil ondulé. La plaque conformée 30, dite "plaque extérieure", apparaît sur la figure 11. Elle comporte un profil ondulé avec une région centrale 36 encadrée par deux régions d'extrémité 38. A l'une de ses extrémités, la plaque 30 comprend un bord transversal rabattu 64 qui est destiné à coopérer avec un bord transversal en saillie 66, formant débordement, d'une plaque d'extrémité 68 (figures 8 à 10). Ce bord 66 est coplanaire avec la partie principale 70, de forme générale plane, de la plaque 68. Le bord 66 et la partie 70 sont réunis entre eux par une nervure 72 formant dépression. En outre, le rebord 66 comporte deux rabats 74 à angle droit. La partie principale 70 de la plaque 68 est appliqué contre un intercalaire ondulé 18 (figure 9). Ainsi, lorsque l'échangeur de chaleur est assemblé, le bord 66 de la plaque d'extrémité 68 délimite, conjointement avec le bord 64 de la plaque conformée 30, une tubulure en U qui joue la même fonction que la tubulure externe 56 de la forme de réalisation précédente. Dans la forme de réalisation de la figure 13, l'échangeur de chaleur comprend une plaque d'extrémité 76 qui comporte deux tubulures axiales 78 et 80. La tubulure 78 est une tubulure droite qui est destinée à s'étendre axialement dans l'un ou l'autre du canal d'entrée et du canal de sortie. Elle présente une ouverture latérale 82 qui est destinée à déboucher dans la conduite intermédiaire 40. Ainsi, dans cette troisième forme de réalisation de l'invention, il n'est pas nécessaire de prévoir une tubulure extérieure comme dans la première forme de réalisation. Dans la forme de réalisation des figures 14 et 15, l'échan- geur de chaleur comprend une plaque d'extrémité 84 comportant une cavité emboutie 86 dans laquelle est formée directement la tubulure de renvoi. Dans les différentes formes de réalisation de l'invention, les plaques conformées 28 et 30 sont avantageusement des plaques métalliques embouties, par exemple en aluminium ou en alliage à base d'aluminium. Ces plaques sont de préférence brasées entre elles et brasées conjointement avec les autres parties constitutives de l'échangeur de chaleur, c'est-à-dire les plaques empilées 10, les plaques d'extrémité et les intercalaires ondulés. Dans les différentes formes de réalisation précédentes, l'entrée et la sortie de l'échangeur de chaleur s'effectuent d'un même côté et il est possible de prévoir deux variantes comme montré plus haut en référence aux figures 3 et 7. La présence des plaques conformées 28 et 30 permet de délimiter une conduite intermédiaire qui est intégrée directement dans l'échangeur de chaleur, tout en renforçant la solidité de celui-ci. L'échangeur de chaleur de l'invention peut être réalisé de manière à avoir un nombre quelconque de "passes" de fluide, par exemple 2, 4, 6, 8, etc, ainsi que cela est connu pour ce type d'échangeur à canaux en U. Le circuit de fluide n'est pas limité à un seul canal en U, et comporte de préférence 2 ou 3 ensembles de canaux en U reliés fluidiquement entre eux. Dans une application préférentielle de l'invention, l'échan- geur de chaleur est réalisé sous la forme d'un évaporateur propre à être parcouru par un fluide réfrigérant et propre à faire partie d'une installation de climatisation de véhicule automobile. Z1 Revendications 1. Echangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobi- le, du type comprenant des canaux (C) en U délimités par un empilement de plaques (10) disposées par paires, ainsi qu'un canal d'entrée (20) et un canal de sortie (22) qui sont en communication de fluide avec les canaux en U et qui s'éten- dent parallèlement entre eux au travers des plaques (10), caractérisé en ce qu'il comprend en outre deux plaques conformées (28, 30) disposées sur une face de l'échangeur de chaleur et propres à délimiter conjointement une conduite intermédiaire (40) qui s'étend parallèlement au canal d'entrée (20) et au canal de sortie (22) et qui est raccordée à l'un ou l'autre du canal d'entrée et du canal de sortie par une tubulure de renvoi (56; 64, 66; 78, 82) prévue à une extrémité de l'échangeur de chaleur, ce qui permet de former une entrée de fluide et une sortie de fluide à une même extrémité de l'échangeur de chaleur, à l'opposé de la tubulure de renvoi. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la tubulure de renvoi relie la conduite intermédiaire (40) avec l'extrémité aval (26) du canal de sortie (22). 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la tubulure de renvoi relie la conduite intermédiaire (40) avec l'extrémité amont (24) du canal d'entrée (20). 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tubulure de renvoi est une tubulure en U (56) raccordée extérieurement à une plaque d'extrémité (42) de l'échangeur de chaleur. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tubulure de renvoi est délimitée entre un bord transversal (64) de l'une des plaques confor- mées et un bord transversal en saillie (66) d'une plaque d'extrémité (68). 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tubulure de renvoi comprend une tubulure droite (78) s'étendant axialement dans l'un ou l'autre du canal d'entrée et du canal de sortie et présentant une ouverture latérale (82) qui débouche dans la conduite intermédiaire (40). 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tubulure de renvoi est formée directement par une cavité (86) emboutie dans une plaque d'extrémité (84). 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la conduite intermédiaire (40) s'étend entre le canal d'entrée (20) et le canal de sortie (22). 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les plaques conformées comprennent une plaque intérieure (28) disposée du côté de l'échangeur de chaleur et une plaque extérieure (30) recouvrant la plaque intérieure, lesdites plaques intérieure et extérieure ayant des régions marginales respectives (34, 38) imbriquées l'une dans l'autre et des régions centrales espacées (32, 36) pour définir conjointement la conduite intermédiaire (40). 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les plaques conformées (28, 30) sont des plaques métalliques embouties, qui sont brasées entre elles et sur l'empilement des plaques (10). 11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications l à , caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un évaporateur de climatisation.