Brevet FR2825792A1 — publié le 20021213

Évaporateur fournissant une homogénéité de température améliorée pour boucle de climatisation de véhicule L'invention concerne un échangeur de chaleur constitué par un empilement de plaques embouties groupées par paires dont chacune délimite une chambre d'entrée et une chambre de sortie pour un fluide, reliées entre elles par un trajet défini entre les deux plaques de la paire, les chambres d'entrée et les chambres de sortie des paires de plaques étant groupées en deux rangées s'étendant selon une direction longitudinale de l'empilement pour constituer au moins trois conduites de liaison communiquant entre elles par lesdits trajets, les chambres d'entrée ou de sortie de chaque conduite de liaison communiquant mutuellement entre elles par des passages définis par des ouvertures ménagées dans les parois des plaques, les conduites de liaison et lesdits trajets définissant un parcours pour le fluide entre une conduite de liaison amont adjacente à une première extrémité longitudinale de l'empilement et une conduite de liaison aval adjacente à une seconde extrémité longitudinale de l'empilement, les conduites de liaison amont et aval étant reliées respectivement à une tubulure d'entrée et à une tubulure de sortie disposées au voisinage des première et seconde extrémités de l'empilement respectivement. De tels échangeurs de chaleur sont couramment utilisés en tant qu'évaporateurs dans des dispositifs de climatisation de l'habitacle des véhicules automobiles. Par ailleurs, dans un évaporateur connu par EP 0 911 595 A, les tubulures d'entrée et de sortie font saillie à la seconde extrémité longitudinale de l'empilement, la tubulure d'entrée étant reliée à la conduite de liaison amont par un tube d'injection traversant d'autres conduites de liaison. Le tube d'injection est excentré par rapport aux ouvertures des plaques. Cet évaporateur connu offre des caractéristiques de fonctionnement satisfaisantes, pour un agencement particulier des tubulures d'entrée et de sortie. La présente invention a pour but d'obtenir d'aussi bonnes caractéristiques de fonctionnement, en particulier en ce qui concerne le rendement global de l'échange de chaleur, l'homogénéité de cet échange de chaleur dans le volume de l'échangeur et également l'homogénéité de la température de l'air en sortie de l 1 évaporateur, pour un agencement différent des tubulures d'entrée et de sortie. Ce but est atteint conformément à l 1 invention, dans un échangeur de chaleur du genre défini en introduction, par le fait que la section libre desdits passages prend au moins deux valeurs dans l'ensemble de l'échangeur. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaire ou alternatives, sont énoncées ci-après : - Un premier sous-ensemble formé par des passages consécutifs dans l'une desdites rangées présente une section libre inférieure à celle d'un second sous-ensemble formé par les autres passages de l'échangeur. - Ledit parcours comporte six passes, la cinquième passe partant d'une conduite de liaison adjacente à ladite seconde extrémité et dans laquelle sont situés les passages du premier sous-ensemble. - Le premier sous-ensemble est formé par la totalité des passages de ladite conduite de liaison adjacente à la seconde extrémité. - La section libre d'un passage du premier sous-ensemble est comprise entre 60% et 70% de la section libre d'un passage du second sous-ensemble. - La section libre des passages est constante dans chacun des premier et second sous-ensembles. - La section libre des passages est variable dans l'un au moins des premier et second sous-ensembles. - La section libre de chaque passage est égale à la surface des ouvertures qui le définissent. - Lesdites ouvertures sont toutes sensiblement identiques, et une réduction de la section libre de certains passages est réalisée par un élément de réduction de section obturant en partie les ouvertures correspondantes. - L'élément de réduction de section comprend au moins une tige s'étendant dans la direction longitudinale et traversant plusieurs ouvertures. - La tige est excentrée par rapport aux ouvertures. - La tubulure d'entrée et la tubulure de sortie font saillie latéralement d'un même côté par rapport à l'empilement. - Les trajets qui relient une chambre d'entrée et une chambre de sortie définies entre les deux plaques d'une même paire sont des trajets en U. 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 à plaques conforme à l'invention ; La figure 2 est une vue partielle de côté, partiellement en coupe, de l'évaporateur représenté sur la Figure 1 ; La figure 3 est une vue partielle en élévation d'une plaque de l'évaporateur ; La figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la Figure 2 ; La figure 5 est une vue similaire à la Figure 3 montrant une variante de réalisation de l'évaporateur selon l'invention. L'échangeur de chaleur représenté sur les Figures 1 à 5 est un évaporateur, notamment pour un circuit de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile. Cet évaporateur est constitué par un empilement de plaques de tôle 2,3. Chacune des plaques 2,3, de forme générale rectangulaire, est emboutie de manière à former une cuvette. Cette cuvette comprend deux régions 16 de profondeur plus grande, appelées "bossages", juxtaposées dans la direction latérale de l'évaporateur, et une région 18 de plus faible profondeur qui occupe la majeure partie de la hauteur de la cuvette (Figure 2). Dans les régions 16 des plaques 3 et 2 sont formées respectivement deux ouvertures 20 et 22 (Figure 2) permettant le passage d'un premier fluide, dans l'exemple un fluide réfrigérant. On voit dans la partie coupée de la Figure 2 l'une des ouvertures 20 d'une plaque coopérant avec une ouverture 22 d'une plaque adjacente pour faire communiquer deux chambres adjacentes. Les deux plaques 2,3 d'une même paire sont assemblées entre elles de manière que leurs concavités, définies par la cuvette constituée des régions 16 et 18, soient tournées l'une vers l'autre. Chaque plaque 2, 3 comprend un bord périphérique 14 situé dans un plan vertical. Les bords périphériques 14 de deux cuvettes adjacentes sont mutuellement assemblés de façon étanche au fluide, par exemple par brasage, pour délimiter un volume interne entre les deux plaques. Chacune des plaques 2,3 comporte, en outre, une cloison médiane 24 qui est propre à être assemblée avec une cloison médiane homologue de l'autre plaque de la même paire. Ainsi, chacune des volumes internes définie entre deux plaques d'une même paire délimite un trajet en U, comme montré par la flèche F sur la Figure 1, pour le premier fluide. L'échangeur de chaleur comprend, en outre, une tubulure d'entrée 26 et une tubulure de sortie 29 pour le premier fluide (Figure 1 et Figure 4). Ainsi, le fluide réfrigérant peut circuler dans les différentes chambres formées respectivement par les paires de plaques. Les régions 18 de deux plaques adjacentes appartenant à deux paires différentes délimitent entre elles un intervalle 28 formant passage de circulation pour un second fluide, de l'air atmosphérique dans l'exemple de réalisation décrit. Chacun des passages 28 loge un intercalaire 30 réalisé sous la forme d'une feuille métallique ondulée. Les sommets des ondulations viennent alternativement en contact avec les régions 18 des deux plaques limitant le passage 28. Dans l'exemple considéré, l'évaporateur est parcouru par un fluide réfrigérant qui y pénètre à 11 état liquide et en ressort à l'état de vapeur après avoir refroidi un flux d'air atmosphérique Fl (figure 4), qui circule dans les passages 28 en cédant de la chaleur ou fluide réfrigérant. Il en résulte que ce flux d'air est refroidi du fait du phénomène d'évaporation subi par le fluide réfrigérant. On a représenté sur la Figure 4 une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la Figure 2 de l'évaporateur conforme à l'invention. Le plan de coupe passe au travers des bossages 16 des plaques, sensiblement au niveau de l'axe horizontal des ouvertures 20,22 prévues dans ces plaques. On remarque sur la Figure 4 que chaque paire de plaques 2,3 délimite une chambre d'entrée 34 et une chambre de sortie 36 pour le fluide réfrigérant. La chambre d'entrée 34 est reliée à la chambre d'entrée 36 par un trajet défini entre les deux plaques 2,3 d'une même paire. Dans l'exemple de réalisation représenté, les chambres 34 sont reliées aux chambres de sortie 36 par des trajets en U (Figure 1). Les chambres d'entrée et les chambres de sortie des paires de plaques 2,3 sont groupées selon une direction longitudinale de l'empilement de plaques qui constitue l'évaporateur pour constituer des conduites de liaison. Ces conduites de liaison sont séparées par des cloisons transversales étanches 38 qui peuvent être formées par des fonds de bossages 16 non munies d'ouvertures 20,22. Dans l'exemple représenté, les boîtes collectrices 40,42, mutuellement juxtaposées dans une direction latérale de l'évaporateur, sont divisées chacune en deux conduites de liaison, soit au total quatre conduites de liaison 44,46, 48,50. Les deux conduites de liaison 44 et 48 forment la boîte collectrice 40, tandis que les boîtes de liaison 46 et 50 forment la boîte collectrice 42. Le fluide réfrigérant est admis par la tubulure d'entrée 26 qui fait saillie sur la face avant de l'évaporateur, par laquelle pénètre le flux d'air FI. Il atteint la conduite de liaison 44, adjacente à la face arrière de l'évaporateur, après avoir traversé de manière étanche la conduite de liaison 46 comme indiqué par la flèche 27. Le fluide circule de haut en bas dans les passages délimités entre les paires de plaques 2,3 définissant la conduite de liaison 44, puis remonte en suivant des trajets en U pour parvenir dans la conduite de liaison 46. De là, il passe, comme schématisé par la flèche 52, dans les chambres d'entrée 34 qui appartiennent à la même conduite de liaison 46. On remarque ainsi que la conduite de liaison 46 est constituée d'un empilage de chambres de sortie 36 et de chambres d'entrée 34. Le fluide réfrigérant circule alors une nouvelle fois de haut en bas, puis de bas en haut, dans les trajets délimités entre les plaques 2,3, ce qui constitue une troisième et une quatrième passe. Parvenu dans la conduite de liaison 48, le fluide réfrigérant se déplace selon la flèche 54 vers les chambres d'entrée 34 situées à droite de la conduite de liaison 48 selon la Figure 4. De là, il circule à nouveau, de haut en bas, puis de bas en haut, en suivant des trajets en U entre les plaques, ce qui réalise une cinquième et une sixième passe. Le fait que le fluide circule sur plusieurs passes permet de limiter les différences de température de l'air ambiant suivant sa zone de passage à travers les intercalaires ondulés 30 de l'évaporateur. Ceci assure un meilleur équilibrage en température. Le fluide réfrigérant quitte alors l'évaporateur par la tubulure de sortie 29, comme schématisé par la flèche 56. Comme on le remarque sur la Figure 4, la tubulure d'entrée 26 et la tubulure de sortie 29 sont disposées latéralement par rapport à l'évaporateur et sur la même face avant de ce dernier. La tubulure 29 débouche directement dans la conduite de liaison 50, tandis que la tubulure d'entrée 26 traverse la conduite de liaison 46 par un passage tubulaire étanche pour déboucher dans la conduite de liaison 44 qui constitue une conduite de liaison amont, tandis que la conduite de liaison 50 constitue une conduite de liaison aval. Une plaque d'extrémité amont 60 et une plaque d'extrémité aval 62 sont brasées au fond des plaques d'extrémité 2,3 situées aux extrémités amont 64 et aval 66 de l'évaporateur. Les plaques d'extrémité 60 et 62 contribuent à délimiter les conduites de liaison 44,46, d'une part, et 48,50, d'autre part. Les chambres d'entrée et les chambres de sortie 34,36 formant une même conduite de liaison communiquent entre elles par les ouvertures 20,22 formées dans les plaques 2,3. Conformément à l'invention, la section des ouvertures 68 faisant communiquer entre elles les chambres de la conduite de liaison 48 est inférieure à la section des ouvertures 20, 22 appartenant aux autres conduites de liaison. La Figure 3 représente partiellement une plaque 2 dont l'ouverture 68, représentée sur la partie droite et située dans la conduite de liaison 48, a une surface nettement inférieure à la surface de l'ouverture 22 représentée sur la partie droite et située dans l'une des conduites de liaison 46 et 50. Les sections des ouvertures dans chaque sous-ensemble peuvent être constantes, comme dans l'exemple de réalisation représenté. Elles peuvent également varier d'une plaque à l'autre. On peut imaginer, par exemple, que ces ouvertures 68 soient de surface croissante d'une extrémité à l'autre de la conduite de liaison 48. Avantageusement, la section des ouvertures 68 est comprise entre 60% et 70% de la section des ouvertures 20,22 des conduites de liaison 44,46 et 50. On a représenté sur la Figure 5 une variante de réalisation de l'invention. Dans cette variante, les ouvertures de toutes les plaques 2,3 qui constituent l'évaporateur sont identiques. Afin de réduire la section de passage offerte au fluide réfrigérant à travers les ouvertures 70 de la conduite de liaison 48, on a disposé un élément 72 de réduction de section dans toutes ces ouvertures 70. Dans l'exemple représenté, l'élément de réduction de section 72 est constitué par une tige métallique assemblée par brasage aux bords des ouvertures 70. La tige 72 peut être pleine ou creuse. Dans l'exemple représenté, la tige 72 est sous forme d'un tube obturé en au moins un point de sa longueur pour empêcher le passage du fluide. La tige 72 est excentrée par rapport au centre de l'ouverture 70, vers l'aval du flux d'air FI. On a pu noter que la réduction de la section des ouvertures de passage de la conduite de liaison 48, qui correspond à la quatrième et à la cinquième passe de l 1 évaporateur, apporte une amélioration significative des performances de l'évaporateur. Cette disposition améliore également l'homogénéité de l'échange de chaleur dans le volume de l'évaporateur et, par conséquent, l'homogénéité de la répartition de températures au sein du flux d'air sortant de celui-ci, avec une atténuation des phénomènes de points chauds et de points froids. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et elle est susceptible de nombreuses variantes. Par exemple, la tubulure d'entrée 26 pourrait être reliée directement à la conduite de liaison amont 44. Cette disposition est avantageuse lorsque le nombre des conduites de liaison est impair. Cela permet que les tubulures d'entrée et de sortie soient du même côté de l'évaporateur. En variante, les tubulures d'entrée 26 et de sortie 29 pourraient également être disposées aux extrémités 64 et 66 de l'évaporateur, selon la direction longitudinale de ce dernier. Revendications 1. Échangeur de chaleur, notamment évaporateur pour un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, constitué par un empilement de plaques embouties (2,3) groupées par paires dont chacune délimite une chambre d'entrée (34) et une chambre de sortie (36) pour un fluide, reliées entre elles par un trajet défini entre les deux plaques (2,3) de la paire, les chambres d'entrée (34) et les chambres de sortie (36) des paires de plaques (2,3) étant groupées en deux rangées s'étendant selon une direction longitudinale de l'empilement pour constituer au moins trois conduites de liaison (44,46, 48,50) communiquant entre elles par lesdits trajets, les chambres d'entrée ou de sortie de chaque conduite de liaison communiquant mutuellement entre elles par des passages définis par des ouvertures (20,22, 68) ménagées dans les parois des plaques (2,3), les conduites de liaison et lesdits trajets définissant un parcours pour le fluide entre une conduite de liaison amont (44) adjacente à une première extrémité longitudinale (64) de l'empilement et une conduite de liaison aval (50) adjacente à une seconde extrémité longitudinale (66) de l'empilement, les conduites de liaison amont et aval étant reliées respectivement à une tubulure d'entrée (26) et à une tubulure de sortie (29) disposées au voisinage des première et seconde extrémités de l'empilement respectivement, caractérisé en ce que la section libre desdits passages (20,22, 68) prend au moins deux valeurs dans l'ensemble de l'échangeur. 2. Échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un premier sous-ensemble (68) formé par des passages consécutifs dans l'une desdites rangées présente une section libre inférieure à celle d'un second sous-ensemble (20,22) formé par les autres passages de l'échangeur. 3. Échangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit parcours comporte six passes, la cinquième passe partant d'une conduite de liaison (48) adjacente à ladite seconde extrémité (66) et dans laquelle sont situés les passages (68) du premier sous-ensemble. 4. Échangeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier sous-ensemble est formé par la totalité des passages de ladite conduite de liaison adjacente à la seconde extrémité. 5. Échangeur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la section libre d'un passage (68) du premier sous-ensemble est comprise entre 60% et 70% de la section libre d'un passage (20,22) du second sous-ensemble. 6. Échangeur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la section libre des passages est constante dans chacun des premier et second sous-ensembles. 7. Échangeur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la section libre des passages est variable dans l'un au moins des premier et second sous-ensembles. 8. Échangeur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la section libre de chaque passage est égale à la surface des ouvertures (20,22, 68) qui le définissent. 9. Échangeur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites ouvertures (20,22, 70) sont toutes sensiblement identiques, et en ce qu'une réduction de la section libre de certains passages est réalisée par un élément de réduction de section (72) obturant en partie les ouvertures correspondantes (70). 10. Échangeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément de réduction de section (72) comprend au moins une tige s'étendant dans la direction longitudinale et traversant plusieurs ouvertures (70). 11. Échangeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la tige (72) est excentrée par rapport aux ouvertures. 12. Échangeur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la tubulure d'entrée (26) et la tubulure de sortie (29) font saillie latéralement d'un même côté par rapport à l'empilement. 13. Échangeur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les trajets qui relient une chambre d'entrée (34) et une chambre de sortie (36) définies entre les deux plaques (2,3) d'une même paire sont des trajets en U.