Brevet FR3001795A1 — publié le 20140808

DP-320855/MA AGENCEMENT D'ECHANGEURS THERMIQUES A PLAQUES DOMAINE TECHNIQUE L'invention est relative à un agencement d'un condenseur et d'un sous-refroidisseur d'un circuit de climatisation. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Dans les modules avant des véhicules sont agencées toutes sortes d'échangeurs thermiques qui, traversés par le flux d'air opposé à l'avancée du véhicule refroidissent des fluides qui refroidissent l'habitacle, le moteur ou bien encore l'air du mélange d'injection. Le nombre des échangeurs va en s'accroissant en même temps que l'espace disponible à l'avant du véhicule est restreint. Notamment, la boucle de climatisation de l'habitacle comprend un condenseur et un sous-refroidisseur dans lesquels passent en série un fluide caloporteur. Ces deux échangeurs, préalablement agencés dans le module avant n'y trouvent plus leur place dans les véhicules modernes. Il devient important de proposer des agencements d'échangeurs thermiques qui sont à la fois compacts et efficaces RESUME DE L'INVENTION La présente invention résout ces problèmes en proposant un agencement d'échangeurs thermiques à plaques pour un circuit de climatisation. L'agencement comprend une première plaque d'extrémité, puis une pluralité de plaques, puis une seconde plaque d'extrémité, les plaques étant empilées selon une direction longitudinale et étant espacées les unes des autres pour que dans deux espaces inter-plaques adjacents puissent circuler des fluides caloporteurs différents de sorte qu'un échange thermique se produise entre eux. Avantageusement, l'agencement forme un bloc parallélépipédique compact, un espace inter-plaques sur deux étant divisé en un grand espace et un petit espace par une cloison interne. Les espaces inter-plaques adjacents demeurent continus. Un premier canal distributeur et un premier collecteur s'étendent longitudinalement dans le bloc parallélépipédique et sont en connexion de fluide avec les grands espaces permettant d'y faire circuler un premier fluide caloporteur. Un second canal distributeur et un second collecteur s'étendent longitudinalement dans le bloc parallélépipédique et sont en connexion de fluide avec les petits espaces permettant d'y faire circuler un fluide caloporteur. Ce fluide caloporteur peut être le premier fluide caloporteur mais ils peut également être différent. Un troisième canal distributeur et un troisième collecteur s'étendent longitudinalement dans le bloc parallélépipédique et sont en connexion de fluide avec les espaces continus adjacents permettant d'y faire circuler un troisième fluide caloporteur. Selon un mode de construction le premier collecteur et le second canal distributeur sont connectés de sorte que les grands espaces forment un condenseur et les petits espaces un sous-refroidisseur, dans lesquels le premier fluide caloporteur circule successivement. L'agencement peut également comprendre un receveur-déshumidificateur, Receiver Dryer en anglais ou RD, en connexion de fluide entre le condenseur et le sous-refroidisseur. Une première canalisation relie la sortie du premier collecteur au receveur-déshumidificateur et, une seconde canalisation relie le receveur-déshumidificateur à l'entrée du second canal distributeur. Ainsi, le premier fluide caloporteur circule successivement dans le condenseur puis dans le receveur-déshumidificateur puis, dans le sous-refroidisseur. Selon une alternative de fabrication, toutes les entrées et sorties des canaux distributeur et des collecteurs sont agencées sur une des deux plaques d'extrémité, de plus le receveur-déshumidificateur est accolé à ladite plaque d'extrémité et est directement raccordé au premier collecteur et au second canal distributeur, les première et seconde canalisations étant de simple raccords et le volume de l'agencement étant avantageusement minimisé. Par ailleurs, les plaques sont pourvues d'au moins une ouverture au pourtour de laquelle s'élève une paroi tronconique d'axe longitudinal de sorte que lorsque les plaques sont empilées pour former le bloc parallélépipédique les troncs de cônes s'emboitent les uns dans les autres et forment un espace cylindrique longitudinal intérieur au bloc parallélépipédique ledit espace cylindrique pouvant notamment constituer un canal distributeur ou un collecteur. De plus, la cloison interne s'étendant entre deux plaques adjacentes, est solidaire pour partie dans une plaque et pour partie dans l'autre plaque, les différentes parties de cloison s'agencent de manière complémentaire pour former une cloison continue lorsque les plaques sont empilées. Préalablement à l'empilement, les plaques sont mise en forme, la cloison interne étant réalisée lors de cette opération. Selon un mode particulier de réalisation, les plaques sont rectangulaires et, l'agencement forme un bloc parallélépipédique rectangle, les cloisons internes s'étendant entre deux côtés opposés. L'invention est également relative à un dispositif de climatisation pour un véhicule, le dispositif comprenant un condenseur et un sous-refroidisseur agencés selon l'une quelconque des revendications précédents. L'invention est également relative à un procédé de fabrication d'un agencement d'échangeurs thermiques selon les paragraphes précédents. Le procédé comprend les étapes de - mettre en forme des plaques métalliques planes, notamment par emboutissage, pour y réaliser un bossage s'étendant d'un côté de la plaque ; - assembler les plaques par empilement alterné d'une plaque pourvu du pli et d'une plaque conservée plane, le bossage formant une cloison s'étendant entre les deux plaques, cette cloison étant présente dans un espace inter-plaques sur deux ; - solidariser l'assemblage par brasage ou par tout autre moyen. La mise en forme des plaques requiert que soient réalisées différentes plaques s'agençant de manière complémentaire. Dans une alternative du procédé de fabrication, l'étape de mise en forme comprend la réalisation d'un premier bossage dans une première plaque et la réalisation et d'un deuxième bossage dans une deuxième plaque destinée à être adjacente à la première plaque. Lors de l'étape d'assemblage, le premier bossage et le deuxième bossage s'agencent de manière complémentaire de sorte qu'ils forment ensemble la cloison continue s'étendant entre les deux plaques. DESCRIPTION DES FIGURES Un mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit par l'intermédiaire des figures suivantes. La Figure 1 est un schéma de circuits d'échanges thermique d'un véhicule. La Figure 2 est un vue éclatée d'un premier agencement selon l'invention. La Figure 3 est une vue isométrique de l'agencement latéral d'un receveur-déshumidificateur. La Figure 4 est une vue en coupe de l'agencement de la Figure 4. Les Figures 5, 6 et 7 sont trois vues isométriques de paires de plaques, Chaque paire ayant une cloison interne différente. La Figure 8 est un détail de l'empilement des plaques selon l'invention. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PRÉFÉRÉS La Figures 1 schématise le circuit de climatisation de l'habitacle 12 d'un véhicule 10. Un premier fluide caloporteur Fi circule dans une première boucle 14 fermée, également nommée « boucle de climatisation », et qui comprend un évaporateur 16, un compresseur 18, puis un agencement 20 comprenant lui-même un condenseur 22, un receveur-déshumidificateur 23 et un sous-refroidisseur 24, puis un détendeur 26. Le receveur-déshumidificateur 23, également abrévié par ses initiales RD est parfois appelé de sa dénomination anglaise « receiver-dryer ». Un flux d'air intérieur Al traversant l'évaporateur 16 est rafraichi et propulsé dans l'habitacle 12 pour le climatiser. Un second fluide caloporteur F2 parcours une seconde boucle 28 fermée, également nommée « boucle avant », et qui comprend un radiateur 30, une pompe 32, le condenseur 22 et le sous-refroidisseur 24. Un flux d'air avant A2 créé par l'avancée du véhicule 10 ou par un ventilateur 34 traverse le radiateur 16 et refroidit le second fluide caloporteur F2. Le condenseur 22 et le sous-refroidisseur 24 sont donc tous deux des échangeurs thermiques fluide Fi-fluide F2 et, entre l'entrée du condenseur 22 et la sortie du sous-refroidisseur 24, le premier fluide Fi se refroidit d'une température tl d'environ +120°C à une température t2 d'environ +60°C tandis que le second fluide F2 se réchauffe d'une température t3 d'environ +60°C à une température t4 d'environ +80°C. La Figure 2 illustre un mode de réalisation de l'agencement 20 comprenant le condenseur 22, le receveur-déshumidificateur 23 et le sous refroidisseur 24. Le condenseur 22 et le sous-refroidisseur 24 sont deux échangeurs à plaques constituant un bloc parallélépipédique rectangle. Le bloc comprend l'empilement selon une direction longitudinale L d'une première plaque d'extrémité 36 puis d'une pluralité de plaques 38, 40, puis d'une seconde plaque d'extrémité 42. L'agencement 20 comprend de plus le receveur-déshumidificateur 23 accolé à la première plaque d'extrémité 36. Comme cela est bien connu dans le domaine des échangeurs thermiques à plaques, les plaques de l'empilement 20 sont légèrement espacées les unes des autres de sorte que les fluides caloporteurs Fi, F2, peuvent circuler dans les espaces inter-plaques El, E2. Dans deux espaces inter-plaques adjacents El, E2, circulent deux fluides différents de sorte que se produise entre eux un échange thermique. Les premier et second fluides Fi, F2, circulent donc, de manière alternée, dans un espace inter-plaques sur deux El, E2. Les espaces inter-plaques El dans lesquels circule le premier fluide caloporteur Fi sont divisés par une cloison 44 interne en un grand espace inter-plaques 46 et un petit espace inter-plaques 48. Dans la représentation de la Figure 2, les plaques sont rectangulaires à coins arrondis et la cloison 44 interne est transverse. Le grand espace 46 est situé dans la partie supérieure, selon l'orientation de la Figure 2 et, le petit espace 48 est dans la partie inférieure. Les grands espaces 46 composent le condenseur 22 et, les petits espaces 48 composent le sous-refroidisseur 24. Ainsi dans le bloc parallélépipédique le condenseur et le sous-refroidisseur sont superposés. Les espaces inter-plaques adjacents E2, intercalés avec les espaces El précédemment décrits, sont quant à eux continus, dépourvus de cloison internes. Le premier fluide Fi circule d'abord dans le condenseur 22, c'est-à-dire dans les grands espaces 46 dans lesquels il entre par un premier canal distributeur 50 s'étendant longitudinalement L au travers du haut des plaques 38, 40. Ce premier canal 46 est en communication de fluide avec les grands espaces 46 dans lesquels s'écoule le premier fluide Fi qui atteint ensuite, pour sortir du condenseur 22, un premier collecteur 52, s'étendant longitudinalement L au travers des plaques 38, 40, dans la partie condenseur juste au-dessus de la cloison 44 interne. Le premier fluide Fi circule ensuite dans le receveur-déshumidificateur 23. La sortie du premier collecteur 52 est raccordée à une première canalisation 54 qui conduit le premier fluide Fi jusqu'au receveur-déshumidificateur 23 dans lequel le premier fluide Fi est filtré et déshumidifié. Le premier fluide Fi ressort ensuite du receveur-déshumidificateur 23 par une seconde canalisation 56. Le premier fluide Fi circule enfin dans le sous-refroidisseur 24. La seconde canalisation 56 le conduit jusqu'à un second canal distributeur 58 qui s'étend longitudinalement L au travers du sous-refroidisseur 24, en partie basse des plaques 38, 40, juste en dessous de la cloison interne 44. Ce second canal 58 est en communication de fluide avec les petits espaces 48 dans lesquels s'écoule le premier fluide Fi qui atteint, pour sortir du sous-refroidisseur 24, un second collecteur 60, s'étendant longitudinalement L au travers des plaques 38, 40, dans la partie sous-refroidisseur tout en bas des plaques 38, 40. Le second fluide F2 quant à lui circule dans les espaces inter-plaques E2 adjacents aux espaces El et intercalés entre eux. Le second fluide F2 entre dans le bloc parallélépipédique par un troisième canal distributeur 62 qui s'étend longitudinalement L au travers des plaques 38, 40, tout en bas de celles-ci. Le second fluide F2 ressort du bloc parallélépipédique par un troisième collecteur 64 qui s'étend longitudinalement L au travers des plaques 38, 40, tout en haut de celles-ci. Du point de vue de la circulation des fluides Fi et F2, le premier fluide Fi s'écoule de haut en bas du bloc parallélépipédique en circulant d'abord dans les grands espaces 46 formant le condenseur 22, desquels il ressort pour passer par de receveur-déshumidificateur 23, puis il entre à nouveau dans le bloc parallélépipédique en circulant dans les petits espaces 48 formant le sous-refroidisseur 24. Dans le but d'optimiser les échanges thermiques, le second fluide F2 circule quant à lui de bas en haut du bloc parallélépipédique, à l'inverse du premier fluide Fi. L'invention n'est pas limitée au mode précédemment décrit. Un agencement parallélépipédique dans lequel le sous-refroidisseur est au-dessus, ou à côté, du condenseur ou bien, que les fluides circulent en sens inverse que celui décrit est immédiatement dérivable de la description. De plus, le premier fluide Fi peut parcourir les grands-espaces 46 en parallèle les uns des autres, le premier canal distributeur 50 desservant directement tous les grands espaces 46. Alternativement, les grands-espaces 46 peuvent être partiellement regroupés, les grands espaces 46 d'un même groupe étant parcourus en série les uns après les autres, les groupes étant quant à eux parcourus en parallèle les uns des autres. Dans ce cas, le premier canal distributeur 50 ne dessert qu'un seul grand espace 46 par groupe. Il en va de même manière pour le parcours suivi par le premier fluide Fi dans les petits espaces 48. Le receveur-déshumidificateur 23 peut avoir, par exemple, la forme d'une bouteille tel que représenté sur la Figure 2. Il est accolé à la première plaque d'extrémité 36. Son rôle est de servir d'accumulateur en créant une réserve du premier fluide Fi dans la première boucle 14, de filtrer le premier fluide Fi entre le condenseur 22 et le sous-refroidisseur 24 de sorte que des impuretés se trouvant dans le fluide soient retenues et, d'éventuellement déshumidifier le fluide Fi en retenant à l'aide d'un matériau déshumidificateur les traces d'eau contenues dans le fluide Fi. La Figure 4 illustre un agencement particulièrement avantageux du receveur-déshumidificateur 23. Celui-ci est effectivement contenu dans un conteneur 66 entièrement fixé à la première plaque d'extrémité 36. Les connexions hydrauliques sont réduites à de simples raccords 68 et le volume circonscrit de l'agencement 20 est extrêmement plus réduit. Les Figures 5, 6 et 7 illustrent trois modes non limitatifs de réalisations de la paroi interne 44. Cette paroi 44 est formée, tel un pli, dans la plaque 38, 40, lors de l'opération de mise en forme. Dans les trois cas une plaque rectangulaire a été choisie, c'est le cas le plus fréquent bien que l'invention présente ne se limite pas à cette forme. Dans les trois cas également la partie centrale 68 de la cloison est formée dans une plaque 38 représentée au-dessus, selon l'orientation des Figures, et les parties latérales 70 et complémentaires sont formées dans la plaque 40 représentée en dessous. La partie centrale 68 est proéminente et s'étend en direction de la plaque 40 dessinée en dessous sur les figures. Complémentairement, les parties latérales 70 sont également proéminente en s'étendant en direction de la plaque 38 dessinée au-dessus. Lorsque les plaques 38, 40, sont approchées et empilées les parties centrale 68, et latérales 70, de la cloison 44 s'emboitent et forment une cloison continue entre les deux plaques 38, 40. La cloison peut prendre de multiples profils, ainsi sur la Figure 5, la cloison 44 est linéaire en biais entre les grands côtés des plaques. La Figure 6 représente une cloison 44 dont le profil linéaire est perpendiculaire aux grands côtés des plaques et, la Figure 7 représente une cloison 44 ayant un profil en ligne brisée. Un profil courbe non représenté est également possible. Également non représenté mais tout à fait possible est une cloison interne 44 entièrement formée dans une plaque 38 alors que la plaque voisine reste plane. La mise en forme par emboutissage est un moyen préféré d'obtention des plaques et de l'intégration de la cloison interne 44. Des moyens alternatifs sont également possibles. Ainsi la cloison peut par exemple être une pièce rapportée et fixée à une plaque, La Figure 8 illustre un mode de réalisation des multiples canaux et collecteurs s'étendant longitudinalement L dans le bloc parallélépipédique. Préalablement à l'assemblage des plaques 38, 40, et quel que soit le mode de réalisation choisi, les plaques sont mise en forme par emboutissage. D'autres modes de mise en forme peuvent alternativement être choisis, tels l'estampage voire la mécano-soudure. Les plaques sont généralement planes entourées d'un bord périphérique 72 relevé s'ouvrant légèrement de sorte, qu'à l'instar d'une pile d'assiettes, les plaques s'empilent en réservant entre elles les espaces inter-plaques El, E2, dans lesquels les fluides Fi, F2, peuvent circuler. De plus, les plaques sont pourvues d'au moins une ouverture 74, généralement circulaires, du bord de laquelle s'élève une paroi tronconique 70 allant en se refermant. Lors de l'empilement des plaques, les parois tronconiques 70 s'emboitent les unes dans les autres et forment ensemble un espace cylindrique longitudinal s'étendant longitudinalement au travers du bloc parallélépipédique. Une fois les plaques formées et empilées, l'ensemble est solidarisé par brasage, ou par tout autre procédé approprié connu. En fonctionnement, les fluides caloporteurs peuvent s'écouler dans les espaces cylindriques formant les canaux et collecteurs. Une conduite tubulaire additionnelle peut être insérée dans ces espaces de sorte à renforcer la structure générale. La description s'est attachée à l'agencement d'un condenseur et d'un sous-refroidisseur ce qui implique une connexion de fluide entre les deux échangeurs de sorte qu'un même fluide Fi puisse passer dans l'un puis dans l'autre. Dans une alternative non représentée, une structure similaire peut être utilisée pour créer deux échangeurs thermiques fluide-fluide indépendants. Le premier échangeur verrait s'écouler dans ses grands espaces un fluide alors que le second échangeur verrait s'écouler dans ses petits espaces un autre fluide. Ces deux fluides étant en échange thermique avec un troisième fluide circulant dans les espaces adjacents intercalés. De plus, la description est basée sur deux échangeurs thermiques et donc une cloison interne 44. Un bloc parallélépipédique de plus de deux échangeurs peut être construit selon le même principe. Dans un tel bloc deux, voire plus de deux, cloisons internes séparent un espace inter-plaques en un premier espace, un second espace et un troisième espace, des fluides différents circulants dans chacun des espaces. REVENDICATIONS1. Agencement (20) d'échangeurs thermiques à plaques pour un circuit de climatisation (14), comprenant une première plaque d'extrémité, (36) puis une pluralité de plaques (38, 40), puis une seconde plaque d'extrémité (42), les plaques étant empilées selon une direction longitudinale (L) et espacées les unes des autres pour que dans deux espaces inter-plaques (El, E2) adjacents puissent circuler des fluides caloporteurs différents de sorte qu'un échange thermique se produise entre eux caractérisé en ce que, l'agencement (20) forme un bloc parallélépipédique compact, un espace inter-plaques (El) sur deux étant divisé en un grand espace (46) et un petit espace (48) par une cloison interne (44), alors que les espaces inter-plaques (E2) adjacents sont continus, un premier canal distributeur (50) et un premier collecteur (52) s'étendant longitudinalement (L) dans le bloc parallélépipédique et étant en connexion de fluide avec les grands espaces (46) permettant d'y faire circuler un premier fluide (F1) caloporteur, un second canal distributeur (58) et un second collecteur (60) s'étendant longitudinalement (L) dans le bloc parallélépipédique et étant en connexion de fluide avec les petits espaces (48) permettant d'y faire circuler un fluide caloporteur, un troisième canal distributeur (62) et un troisième collecteur (64) s'étendant longitudinalement (L) dans le bloc parallélépipédique et étant en connexion de fluide avec les espaces continus (E2), adjacents aux grands espaces (46) et aux petits espaces (48), et permettant de faire circuler dans lesdits espaces continus (E2) un second fluide (F2) caloporteur. 2. Agencement (20) selon la revendication précédente dans lequel le premier collecteur (52) et le second canal distributeur (58) sont connectés de sorte que les grands espaces (46) forment un condenseur (22) et les petits espaces (48) un sous-refroidisseur (24) dans lesquels le premier fluide (F1) caloporteur circule successivement. 3. Agencement (20) selon la revendication 2 comprenant de plus un receveur-déshumidificateur (23), Receiver Dryer en anglais (RD), en connexion de fluide entre le condenseur (22) et le sous-refroidisseur (24), une première canalisation (54) reliant la sortie du premier collecteur (52) au receveur-déshumidificateur (23) et, une seconde canalisation (56) reliant le receveur-déshumidificateur (23) à l'entrée du second canal distributeur (58) de sorte que le premier fluide (F1) caloporteur circule successivement dans le condenseur (22) puis dans le receveur-déshumidificateur (23) puis dans le sous-refroidisseur (24). 4. Agencement (20) selon la revendication 3 dans lequel toutes les entrées et sorties des canaux distributeur (50, 58) et des collecteurs (52, 60) sont agencées sur une des deux plaques d'extrémité (36, 42) et dans lequel le receveur-déshumidificateur (23) est accolé à ladite plaque d'extrémité (36, 42) et est directement raccordé au premier collecteur (52) et au second canal distributeur (58), les première (54) et seconde canalisations (56) étant de simple raccords. 5. Agencement (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les plaques (38, 40) sont pourvues d'au moins une ouverture (74) du pourtour de laquelle s'étend une paroi tronconique (76) d'axe longitudinal (L) de sorte que lorsque les plaques (38, 40) sont empilées pour former le bloc parallélépipédique les parois tronconiques (76) s'emboitent les unes dans les autres formant un espace cylindrique longitudinal intérieur au bloc parallélépipédique ledit espace cylindrique pouvant notamment constituer un canal distributeur (50, 58, 62) ou un collecteur (52, 60, 64). 6. Agencement (20) selon une quelconque des revendications précédentes dans lequel la cloison interne (44) s'étendant entre deux plaques adjacentes (38, 40) est solidaire pour partie dans une plaque (38) et pour partie dans l'autre plaque (40), les différentes parties de cloison s'agençant de manière complémentaire pour former une cloison continue lorsque les plaques (38, 40) sont empilées. 7. Agencement (20) selon une quelconque des revendications précédentes dans lequel préalablement à l'empilement, les plaques sont mise en forme, la cloison interne (44) étant réalisée lors de cette opération. 8. Agencement (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les plaques (38, 40) sont rectangulaires, l'agencement (20) formant un bloc parallélépipédique rectangle, et, les cloisons internes (44) s'étendent entre deux bord parallèles. opposés. 9. Dispositif de climatisation (14, 23) d'un véhicule (10) comprenant un condenseur (22) et un sous-refroidisseur (24) agencés selon l'une quelconque des revendications précédents. 10. Procédé de fabrication d'un agencement (20) d'échangeur thermiques selon une quelconque des revendications 1 à 8, le procédé comprenant les étapes de - mettre en forme des plaques (38, 40) métalliques planes, notamment par emboutissage, pour y réaliser un bossage s'étendant d'un côté de la plaque ; - assembler les plaques (38, 40) par empilement, le bossage formant une cloison s'étendant entre les deux plaques, cette cloison (44) étant présente dans un espace inter-plaques (El) sur deux ; - solidariser l'assemblage (20) par brasage.