Brevet FR2825793A1 — publié le 20021213

Évaporateur à plaques présentant un traiet de fuite pour le fluide réfrigérant L'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment un évaporateur pour un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement 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 les trajets définis entre les plaques, les chambres d'entrée ou de sortie de chaque conduite de liaison communiquant mutuellement entre elles 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, la conduite de liaison amont étant reliée à une tubulure d'entrée s'étendant à partir de la seconde extrémité de l'empilement et traversant les ouvertures des plaques de la ou des conduites de liaison interposées entre ladite seconde extrémité et la conduite de liaison amont. Lorsqu'un échangeur de ce type est utilisé comme évaporateur de climatisation, particulièrement de l'habitacle d'un véhicule automobile, il sert à refroidir un flux d'air atmosphérique qui traverse l'évaporateur en cédant sa chaleur à un fluide réfrigérant qui pénètre dans l'échangeur à l'état liquide et en ressort à l'état de vapeur. Un tel évaporateur est décrit notamment dans EP 0 911 595 A. Il est connu par ailleurs d'alimenter en fluide réfrigérant une conduite de liaison proche de la seconde extrémité longitudinale de l'évaporateur par un ou deux orifices prévus dans la tubulure qui la traverse. Il est souhaitable que la température de l'air atmosphérique qui a traversé l'évaporateur soit aussi homogène que possible afin d'éviter la présence de points chauds et de points froids. Le but de l'invention est d'améliorer l'équilibrage en température d'un échangeur de chaleur. Dans ce but, la tubulure d'entrée comporte, conformément à l'invention, au moins une fente longitudinale pour introduire un débit de fuite du fluide dans au moins une conduite de liaison interposée entre la seconde extrémité de l'empilement et la conduite de liaison amont, et des moyens de diffusion du fluide sont prévus pour répartir ledit débit de fuite dans cette ou ces conduites de liaison. On a pu constater que ces dispositions améliorent l'équilibrage en température de l'air en sortie de l'échangeur. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énoncées ci-après : - Ledit parcours comporte six passes, la cinquième passe partant de la conduite de liaison adjacente à ladite seconde extrémité et traversée par la tubulure d'entrée. - La longueur de la fente et des moyens de diffusion correspond sensiblement à l'étendue longitudinale des chambres d'entrée appartenant à ladite conduite de liaison adjacente à la seconde extrémité. - Les moyens de diffusion sont constitués par un manchon poreux. - Le manchon poreux recouvre intérieurement la paroi de la tubulure d'entrée. - Les moyens de diffusion sont constitués par un déflecteur en forme de gouttière disposé en regard de ladite fente et tournant sa concavité vers celle-ci. - 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. - La conduite de liaison aval est reliée à une tubulure de sortie prévue à la seconde extrémité de l'empilement. 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 d'un évaporateur selon l'invention, en coupe selon la ligne I-I de la Figure 2 ; La figure 2 est une vue de dessus de l'évaporateur, en coupe selon la ligne II-II de la Figure 1 ; La figure 3 est une vue schématique en perspective de l'évaporateur représenté sur les Figures 1 et 2 ; La figure 4 est une partie agrandie de la figure 1 ; et La figure 5 est une vue en coupe transversale de la tubulure d'entrée et des moyens de diffusion dans une variante. L'exemple de réalisation d'un échangeur conforme à l'invention représenté sur les Figures 1 à 4 est un évaporateur destiné à un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile. Il est constitué par un empilement de plaques de tôle 2,3 (figure 2). Ces plaques sont généralement toutes identiques d'une extrémité à l'autre de l'évaporateur. Elles présentent une forme générale rectangulaire. Elles sont embouties de manière à former une cuvette définissant deux régions de plus grande profondeur 6 juxtaposées à la partie supérieure de l'évaporateur et une région de profondeur plus faible 8 occupant la majeure partie de la hauteur de la cuvette au-dessous des régions 6. Deux plaques 2,3 appartenant à une même paire sont assemblées par leurs bords périphériques 7 par brasage pour délimiter un volume intérieur aux deux plaques. Les deux régions de plus grande profondeur 6 d'une paire de plaques définissent entre elles, respectivement, une chambre d'entrée 10 et une chambre de sortie 12 pour le fluide réfrigérant. Chaque plaque comporte, en outre, une bande médiane 14 qui est assemblée de manière étanche avec la bande médiane homologue de l'autre plaque de la même paire. La liaison mutuelle des bandes 14 sépare l'une de l'autre les chambres 10 et 12 ainsi que les deux branches d'un trajet de circulation en U pour le fluide réfrigérant, qui relie ces chambres. Le fond des régions de plus grande profondeur 6 de chaque plaque est généralement pourvu d'une ouverture 16 et les fonds de ces régions 6 appartenant à deux paires de plaques adjacentes sont mutuellement liés de façon étanche autour des ouvertures 16 par brasage. L'alignement des chambres d'entrée et de sortie situées du côté droit des figures forme une boîte collectrice 18, et l'alignement des chambres d'entrée et des chambres de sortie situées sur le côté gauche des figures forme une boîte collectrice 20. La boîte collectrice 18 est divisée par une cloison transversale 21 en une conduite de liaison 22 s'étendant entre la cloison 21 et une plaque d'extrémité amont 24 située à une première extrémité 26 de l'évaporateur et une conduite de liaison 28 située entre la cloison 21 et une plaque d'extrémité aval 30 située à la seconde extrémité 32 de l'évaporateur. De la même manière, la boîte collectrice 20 située à gauche sur les figures est subdivisée par une cloison 34 en une conduite de liaison 36 s'étendant entre la cloison 34 et la plaque d'extrémité amont 24 et une conduite de liaison 38 s'étendant entre la cloison 34 et la plaque d'extrémité aval 30. Les chambres d'entrée et de sortie 10, 12 formant une même conduite de liaison communiquent entre elles par les ouvertures 16 prévues dans les régions de plus grande profondeur 6 de chacune des plaques 2,3. Les cloisons 21 et 34 sont formées par des parois de plaques 2,3 non munies d'ouvertures 16. Une tubulure d'entrée 40 s'étend sur toute la longueur de la conduite de liaison 28 et traverse de manière étanche la plaque d'extrémité aval 30 et la cloison 21, auxquelles elle est brasée, de manière à mettre la conduite de liaison 22 en communication avec la partie du circuit de fluide réfrigérant du circuit de climatisation situé en amont de l'évaporateur. Une tubulure de sortie 42 est brasée de manière étanche au bord d'une ouverture ménagée dans la plaque d'extrémité aval 30 et débouche dans la conduite de liaison 38, de manière à mettre celle-ci en communication avec la partie aval du circuit de climatisation. Le parcours du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'évaporateur est le suivant (Figures 2 et 3). Le fluide réfrigérant pénètre dans la conduite de liaison 22 par la tubulure d'entrée 40. La conduite de liaison 22 constitue donc une conduite de liaison amont. Le fluide réfrigérant passe ensuite dans les trajets en U reliant en parallèle celle-ci à la conduite de liaison 36, ces trajets en parallèle étant représentés schématiquement sur la figure 3 comme un seul trajet en deux passes 44,46. Le fluide réfrigérant passe alors dans les chambres d'entrée 10 appartenant à la conduite de liaison 36, puis il est transféré à la conduite de liaison 28 en empruntant à nouveau des trajets en U, comme schématisé par les flèches 48 et 50. Il pénètre alors dans les chambres d'entrée 10 appartenant à la conduite de liaison 28, puis circule à nouveau selon des trajets en U, d'abord de haut en bas, puis de bas en haut, comme schématisé par les flèches 52 et 54, pour aboutir aux chambres de sortie appartenant à la conduite de liaison 38. Le fluide réfrigérant quitte enfin l'évaporateur par la tubulure 42, comme schématisé par la flèche 56. Chacun des trajets de haut en bas et de bas en haut définis entre les zones de plus faible profondeur 8 des paires de plaques et schématisés par les flèches 44,46, 48, 50,52 et 54 constitue une passe. L'évaporateur décrit définit donc une circulation du fluide réfrigérant en six passes, au cours desquelles le fluide reçoit de la chaleur d'un flux d'air qui traverse l'évaporateur horizontalement de la gauche vers la droite, comme schématisé par la flèche F1 (Figure 1) en passant par les intervalles qui séparent les plaques entre les zones de plus faible profondeur 8 de plaques adjacentes appartenant à des paires de plaques différentes. Des intercalaires ondulés (non représentés) sont disposés dans ces intervalles pour améliorer l'échange de chaleur. Comme montré sur la Figure 1, la tubulure 40 est avantageusement décalée par rapport au centre des ouvertures 16 vers la droite, c'est-à-dire vers l'aval du flux d'air F1. Le fait de faire circuler le fluide réfrigérant sur plusieurs passes permet de limiter les différences de température de l'air atmosphérique qui traverse l'évaporateur suivant sa zone de passage à travers les intercalaires de l'évaporateur. Par ailleurs, le fait que la tubulure 40 est excentrée par rapport aux ouvertures 16 des plaques améliore encore l'homogénéité de la répartition des températures. Afin d'améliorer encore davantage l'équilibrage en température, on prévoit, conformément à l'invention, au moins une fente longitudinale 60 dans la tubulure 40. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3, il y a quatre fentes 60 disposées à 900 l'une de l'autre selon la périphérie de la tubulure 40 et qui n'occupent qu'une petite partie de la longueur de cette tubulure à partir de la plaque 30. On a cependant obtenu des résultats particulièrement favorables avec des fentes 60 s'étendant à travers la totalité des chambres d'entrée de la conduite de liaison 28 de manière à alimenter tous les trajets en U formant les cinquième et sixième passes. On pourrait également disposer plusieurs fentes plus courtes alignées selon une génératrice de la tubulure. Les fentes 60 permettent de faire pénétrer un débit de fuite du fluide réfrigérant dans la conduite de liaison 28. L'injection de ce fluide améliore l'équilibrage en température. Afin d'assurer une répartition homogène du débit de fuite le long des fentes, on a prévu des moyens de diffusion du fluide réfrigérant. Dans l'exemple représenté, ces moyens sont constitués par un manchon poreux 62. Le manchon 62 recouvre intérieurement la tubulure 40. Il est réalisé par exemple en céramique frittée. Dans la variante de la figure 5, la tubulure d'entrée 41 est munie d'une seule fente 61 tournée vers le bas. Les moyens de diffusion sont constitués ici par un déflecteur 72 extérieur à la tubulure, ayant la forme d'une gouttière semi-cylindrique coaxiale à la celle-ci, s'étendant en regard de la fente sur toute la longueur de cette dernière. La gouttière 72 est fixée à la tubulure 41 par des voiles transversaux 74 de manière à former un ensemble rigide qui traverse les ouvertures 16 des plaques 2,3. La gouttière 72 permet une dispersion homogène du débit de fuite du fluide dans le volume des chambres. 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. 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 (10) et une chambre de sortie (12) pour un fluide, reliées entre elles par un trajet défini entre les deux plaques (2,3) de la paire, les chambres d'entrée (10) et les chambres de sortie (12) 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 (22,36, 28,38) communiquant entre elles par les trajets définis entre les plaques (2,3), les chambres d'entrée ou de sortie (10,12) de chaque conduite de liaison communiquant mutuellement entre elles par des ouvertures (16) ménagées dans les parois des plaques (2,3), les conduites de liaison (22,36, 28,38) et lesdits trajets définissant un parcours pour le fluide entre une conduite de liaison amont (22) adjacente à une première extrémité longitudinale (26) de l'empilement et une conduite de liaison aval (38) adjacente à une seconde extrémité longitudinale (32) de l'empilement, la conduite de liaison amont étant reliée à une tubulure d'entrée (40) s'étendant à partir de la seconde extrémité (32) de l'empilement et traversant les ouvertures des plaques (2,3) de la ou des conduites de liaison (28) interposées entre ladite seconde extrémité (32) et la conduite de liaison amont (22), caractérisé en ce que la tubulure d'entrée (40) comporte au moins une fente longitudinale (60) pour introduire un débit de fuite du fluide dans au moins une conduite de liaison (28) interposée entre la seconde extrémité (32) de l'empilement et la conduite de liaison amont (22), et en ce que des moyens (62) de diffusion du fluide sont prévus pour répartir ledit débit de fuite dans cette ou ces conduites de liaison (28). 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit parcours comporte six passes, la cinquième passe partant de la conduite de liaison adjacente à ladite seconde extrémité et traversée par la tubulure d'entrée. 3. Échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur de la fente (60) et des moyens (62) de diffusion correspond sensiblement à l'étendue longitudinale des chambres d'entrée appartenant à ladite conduite de liaison adjacente à la seconde extrémité. 4. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de diffusion sont constitués par un manchon poreux (62). 5. Échangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le manchon poreux recouvre intérieurement la paroi de la tubulure d'entrée (40). 6. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de diffusion sont constitués par un déflecteur en forme de gouttière disposé en regard de ladite fente et tournant sa concavité vers celleci. 7. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les trajets qui relient une chambre d'entrée (10) et une chambre de sortie (12) définies entre les deux plaques (2,3) d'une même paire sont des trajets en U. 8. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la conduite de liaison aval (38) est reliée à une tubulure de sortie (42) prévue à la seconde extrémité (32) de l'empilement.