Brevet FR2788123A1 — publié le 20000707

EVAPORATEUR, APPAREIL DE CHAUFFAGE ET/OU DE CLIMATISATION ET VEHICULE COMPORTANT UN TEL EVAPORATEUR La présente invention se rapporte principalement à un évaporateur pour un appareil de chauffage et/ou de climatisation notamment pour véhicule automobile, à un appareil de chauffage et/ou de climatisation comportant un tel évaporateur et à un véhicule automobile comportant un tel appareil. Il est habituel de réaliser des évaporateurs ou des échangeurs de chaleur entre un fluide frigorigène et de l'air par un empilement de plaques, de préférence sensiblement identiques, disposées symétriquement deux à deux. Une paire de plaques disposées en vis à vis forme une canalisation sensiblement en U dont l'entrée est connectée à la sortie de la canalisation en U de la paire de plaques précédentes (s'il y en a, c'est-à-dire s'il né s'agit pas de la première paire de plaques) et dont la sortie est connectée à l'entrée de la canalisation en U formée par la paire de plaque suivante (s'il y en a, c'est-à-dire s'il ne s'agit pas de la dernière paire de plaques). De l'air de refroidissement s'écoule entre les paires de plaques consécutives. Il est connu de former des plots emboutis sur une au moins des paires de plaques formant une canalisation. Ces plots, de forme, de position et d'orientation identique, sont généralement appelés 'dimples" en terminologie anglo-saxonne. Ils font saillie à l'intérieur de la canalisation formée par les paires de plaques et permettent ainsi d'améliorer les échanges thermiques en perturbant l'écoulement du fluide frigorigène, et notamment en provoquant le passage en écoulement turbulent. Ces plots peuvent être réalisés par assemblage notamment par brasage de deux bossages en vis à vis. Dans ce cas, les plaques formant une paire de plaques sont égales entre elles et chaque bossage présente une hauteur égale à la moitié de la profondeur de la conduite en U, c'est-à-dire de la distance des plaques en vis à vis. Par ailleurs, les plots peuvent être réalisés par brasage des bossages d'une première plaque contre la surface plane d'une seconde plaque. Dans ce cas, les deux plaques d'une paire de plaques peuvent être identiques et chaque bossage présente une hauteur égale à la profondeur des conduits en U. Malheureusement, l'écoulement du fluide frigorigène dans les évaporateurs de type connu engendre un bruit, notamment un sifflement extrêmement désagréable pour les occupants du véhicule et des vibrations préjudiciables à la longévité de l'évaporateur. L'amplitude du bruit rayonné est accentué par la géométrie de l'évaporateur comportant une superposition des ensembles des plaques. C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un évaporateur notamment pour dispositif de chauffage et/ou de climatisation pour véhicule automobile permettant un écoulement de fluide frigorigène minimisant la génération du bruit et/ou des vibrations susceptibles de gêner les occupants d'un véhicule automobile. C'est également un but de la présente invention d'offrir un tel évaporateur présentant une grande solidité, et notamment une très bonne résistance à la pression interne du fluide frigorigène. C'est aussi un but de la présente invention d'offrir un tel évaporateur présentant une excellente efficacité thermodynamique. C'est également un but de la présente invention d'offrir un tel évaporateur présentant une grande longévité. La Demanderesse a remarqué que le sifflement provoqué par l'évaporateur de type connu provient de la répartition régulière des plots. Un gaz passant avec une vitesse donnée dans une ouverture de section déterminée émet un bruit très aigu autour d'une fréquence particulière (effet Strouhal). Ainsi, le fait que les plots soient identiques en forme, en orientation et équidistants crée une superposition de son de même fréquence d'o un gène acoustique. Le but de la présente invention est de diversifier les fréquences émises lors de l'écoulement du fluide pour que le bruit émis (la superposition de sons à des fréquences différentes) soit plus neutre. Ainsi, les buts précités sont atteints par un évaporateur à plaques selon la présente invention comportant des plots distribués de manière aléatoire, c'est-à-dire des plots répartis de manière aléatoire sur la surface de la canalisation formée entre deux plaques consécutives d'une paire de plaques et/ou par la forme des plots. Avantageusement, ces obstacles sont disposés symétriquement par rapport à un axe passant à mi-distance entre les deux branches du U. Ainsi, on peut former une canalisation en U par assemblage de deux plaques identiques retournées l'une par rapport à l'autre, leurs faces concaves disposées en vis à vis. L'invention concerne un échangeur de chaleur comportant une pluralité de canalisations d'écoulement d'un fluide frigorigéne connectées en série, chaque canalisation étant réalisée par une paire de plaques comportant une zone concave délimitée par un bord et étant munie d'une pluralité de bossages formant des plots caractérisé par la mise en oeuvre d'une distribution aléatoire des plots. Les plots peuvent avoir une forme cylindrique ou sensiblement cylindrique. Les plots peuvent avoir chacun une forme choisie de manière aléatoire parmi un ensemble de formes différentes de plots. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci- 0o après et des figures annexées, données comme des exemples non limitatifs, et sur lesquelles: - la figure 1 est une vue en plan d'une plaque de type connu; - la figure 2 est une vue en plan d'un premier exemple de réalisation d'une plaque d'un évaporateur selon la présente invention; - la figure 3 est une vue en plan d'un deuxième exemple de réalisation d'une plaque d'un évaporateur selon la présente invention; la figure 4 est une vue en plan d'un troisième exemple de réalisation d'un évaporateur selon la présente invention. Sur les figures 1 à 3, on utilise les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. Sur la figure 1, on peut voir une plaque, de type connu, dont l'assemblage en vis à vis deux par deux permet de réaliser une canalisation en U, l'assemblage des canalisations formant un évaporateur pour dispositif de chauffage et/ou de climatisation d'un véhicule automobile. La plaque 1 est réalisée par emboutissage et comporte une zone 3 concave en U destinée à former une canalisation pour fluide frigorigène et un bord 5, une nervure centrale 7 séparant les deux branches en U et des plots 9 saillants par rapport à la zone 3. La plaque 1 comporte en outre une ouverture 1 1 ou deux zones 11, susceptibles de former après découpe, une ouverture 11 permettant de former une entrée ou une sortie d'une canalisation en U formée par deux plaques assemblées. Les plots sont de forme, de surface et d'orientation identique. Dans l'exemple illustré en Figure 1, les plots 9 de la plaque 1 ont une forme sensiblement cylindrique et sont régulièrement répartis sur trois colonnes dans chacune des deux branches du U. Chaque colonne comporte 14 lignes, en outre, des plots 9 sont régulièrement répartis dans la base du U raccordant ces deux branches. La répartition régulière en ligne et en colonne des plots 9 sur la plaque 1, et par suite dans la canalisation en U de l'évaporateur favorise la formation de bruits et de vibrations lors de l'écoulement du fluide frigorigène dans l'évaporateur. Sur la figure 2, on peut voir un premier exemple de réalisation, d'une plaque 13 pour évaporateur selon la présente invention qui diffère de la plaque 1 de la figure 1, uniquement par une répartition aléatoire des plots 9 semblables, cylindriques ou sensiblement cylindriques, sur la surface de la canalisation 3 en U. Avantageusement les plaques 1 et 13 portent en moyenne la même densité de plots 9 par unité de surface de la zone concave 3. Avantageusement, les plots 9 sont répartis de manière symétrique par rapport à un plan de symétrie 15 de la plaque 13 passant par le milieu de la nervure 7 et traversant la base du U. Ainsi, on peut utiliser pour réaliser chaque canalisation en U de l'évaporateur deux plaques 13 identiques, avantageusement réalisées par emboutissage, en disposant en vis à vis les faces présentant la concavité 3 formant la canalisation en U. Les éléments saillants tels que bords 5, nervure 7, plots 9 sont recouverts avec un revêtement thermofusible, puis l'ensemble est placé dans un four qui permet l'assemblage par brasure. La disposition aléatoire des plots 9 ne modifie pas le comportement thermodynamique de l'échangeur selon la présente invention dans la mesure o les plots 9 perturbent le flux du fluide frigorigène. Par contre, I'absence de régularité dans la répartition des plots 9 permet de répartir l'énergie acoustique provenant de l'écoulement dans un large spectre évitant l'apparition de bruits et de vibrations d'amplitude importante et de fréquence pure. De plus, la répartition aléatoire de plots permet de mieux répartir les contraintes exercées par le fluide frigorigène sur les parois internes de la canalisation en U et donc d'améliorer la solidité et par suite, la longévité de l'évaporateur selon la présente invention. Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée à la mise en oeuvre des plots 9 identiques mais s'étend également à la mise en oeuvre de plots ayant des formes variées. On va mettre en oeuvre des plots ayant des formes variées régulièrement répartis, par exemple de manière analogue à la répartition des plots 9 de la figure 1. On peut par exemple utiliser des plots de base circulaire (plots cylindriques) de divers diamètres, des plots de base elliptique ovale, polygonale, (polygones réguliers ou non) ou autres. La mise en oeuvre de plots 9 de formes variées permet également de répartir l'énergie acoustique dans une bande de fréquence large en évitant l'apparition de pics acoustiques d'amplitude élevée. Toutefois, sur la figure 3, on peut voir l'exemple préféré de plaques 13 selon la présente invention semblable à la plaque 13 de la figure 2 mais comportant des plots 9 de formes variées répartis de manière aléatoire dans la zone concave 3 en U. Dans l'exemple illustre, on utilise des plots 9 cylindriques de divers diamètres, des plots en forme de parallélépipède rectangle de diverses longueurs et diverses orientations et des plots de bases elliptiques. Il est bien entendu que d'autres formes de plots, comme par exemple des plots ayant une base triangulaire, en étoile, de formes irrégulières ou autres ne sortent pas du cadre de la présente invention. Avantageusement, les plots 9 sont répartis symétriquement par rapport à un plan de symétrie longitudinale 15 passant par le milieu de la nervure 7 et normal à la plaque 13. Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limité à des évaporateurs comportant des canalisations en U mais s'étend également à des évaporateurs à plaques comportant des canalisations ayant d'autres géométries, comme par exemple des canalisations linéaires. Les plots 9 selon la présente invention ont une hauteur inférieure à 3 mm et une extension limitée par exemple inférieure à 9 centimètres, de préférence à 5 centimètres, de manière encore préférée inférieure à 3 centimètres, par exemple comprise entre 2 centimètres et 1 millimètre. Les plaques 13 sont réalisées par exemple en aluminium ou alliage d'aluminium. Au moins certains des plots peuvent avoir une section de dimension aléatoire ou bien encore une section de dimension différente. Les plots peuvent avoir une forme identique et une orientation aléatoire, ou bien encore une forme identique et une orientation différente. La surface So définie par la somme des surfaces de chaque section des plots est avantageusement inférieure à 20 %, ou bien encore à 10 % de la surface totale S des canalisations. De préférence So est compris entre 11,5 % et 13 % deS. L'évaporateur 17 comporte des moyens d'interconnexion avec un circuit de fluide frigorigène, un appareil de chauffage, notamment d'un chauffage additionnel thermodynamique de l'habitacle d'un véhicule automobile et/ou d'un appareil de climatisation de cet habitacle. L'évaporateur 17 comporte avantageusement en outre des moyens, notamment des ailettes, favorisant les échanges thermiques avec l'air de refroidissement. La figure 4 correspond à une plaque 20 d'un évaporateur double boite à circulation en 1, mais les motifs représentés peuvent être appliqués aux plaques d'un évaporateur simple boite à circulation en U. Selon ce mode de réalisation, I'échangeur présente des premiers plots ayant une forme identique et une orientation aléatoire, et, au voisinage d'au moins une entrée de fluide, des deuxième plots de section supérieure à celle des premiers plots. Une plaque 20 comporte à ses extrémités des ouvertures 21 d'alimentation en un fluide frigorigène, et des canaux 23 pour l'écoulement du fluide d'une extrémité à l'autre des plaques 20. Des plots 29 de forme allongée et sensiblement identiques sont répartis de sorte que leurs orientations soient aléatoires. Ces plots 29 ont une section par exemple comprise entre 5 mm2 et 15 mm2, et de préférence égale à 6 mm2. Au voisinage des ouvertures 21, c'est-à-dire dans une région de changement de direction de l'écoulement, sont disposés des plots 28, par exemple au nombre de 2, de plus grandes dimensions que les plots 29, par exemple compris entre 20 mm2 et 35 mm2 et de préférence égale à 21 mm2. La présente invention s'applique à tout type de plaque d'évaporateur et notamment à des plaques à canaux droits ou à des plaques comportant des ouvertures 11 dissymétriques (plaque ayant une ouverture 11 plus faible à l'entrée qu'à la sortie, par exemple). La présente invention s'applique notamment à la réalisation d'échangeurs de chaleur, de canalisations et d'évaporateurs pour installation de chauffage et/ou de climatisation, par exemple comportant un circuit hermétique de circulation d'un fluide frigorigène comprenant un échangeur de chaleur, notamment un évaporateur. L'invention s'applique principalement à l'industrie automobile. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur comportant une pluralité de canalisations (19) d'écoulement d'un fluide frigorigène connectées en série, chaque canalisation (19) étant réalisée par une paire de plaques (13) comportant une zone concave (3) délimitée par un bord (5) et étant munie d'une pluralité de bossages formant des plots (9) caractérisé par la mise en oeuvre d'une distribution aléatoire des plots (9). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plots (9) ont une forme cylindrique ou sensiblement cylindrique. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des plots (9) chacun ayant une forme choisie de manière aléatoire parmi un ensemble de formes différentes de plots. 4. Echangeur de chaleur selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins certains des plots (9) ont une section de dimension aléatoire. 5. Echangeur de chaleur selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins certains des plots (9) ont une section de dimension différente. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plots (9) ont une forme identique et une orientation aléatoire. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plots (9) ont une forme identique et une orientation différente. 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des premiers plots (29) ayant une forme identique et une orientation aléatoire, et, au voisinage d'au moins une entrée de fluide (21), des deuxièmes plots (28) de section supérieure à celle des premiers plots (29). 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface (SO) définie par la somme des surfaces de chaque section des plots (9) est inférieure à 20 % de la surface totale (S) des canalisations (19). 10. Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite somme (SO) des surfaces est inférieure à 10 % de la surface totale (S) des canalisations (19). 11. Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite somme (SO) des surfaces est comprise entre 11,5 % et 13 % de la surface totale (S) des canalisations (19). 12. Appareil de climatisation et/ou de chauffage pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit hermétique de circulation d'un fluide frigorigène comprenant un échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes. 13. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un appareil de climatisation selon la revendication 12.