Brevet FR3060724A1 — publié le 20180622

Echangeur thermique, notamment évaporateur, muni d'un dispositif de raccordement pour l'introduction et l'extraction d'un fluide caloporteur. 1. Domaine de l'invention L'invention concerne un échangeur thermique, notamment un évaporateur, pour un dispositif de climatisation de véhicule automobile, muni d'un dispositif de raccordement pour l'introduction et l'extraction d'un fluide, permettant de relier l'échangeur thermique, notamment l'évaporateur, au circuit de climatisation. 2. Art antérieur Il est connu un évaporateur, destiné à un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule, comprenant un faisceau formé d'un empilement de plaques permettant un échange thermique entre un flux d'air passant à travers le faisceau et un fluide caloporteur, tel un liquide frigorigène, circulant dans le faisceau. Le faisceau est disposé entre deux plaques d'extrémité. Les plaques présentent des orifices à une extrémité, les orifices étant bordés de collerettes de sorte à former un espace collecteur d'entrée et un espace collecteur de sortie lorsque les plaques sont empilées. Ce type d'évaporateur est bien connu de l'homme du métier. L'une des plaques d'extrémité de l'évaporateur comprend dans une région d'extrémité deux embouts respectivement pour l'entrée du fluide frigorigène dans l'évaporateur et pour la sortie de ce fluide. Ces embouts font saillie par rapport à une face latérale de l'évaporateur, et sont destinés à recevoir des tubulures de raccordement servant à relier l'évaporateur à d'autres composants de la boucle de climatisation, par exemple un détendeur. Cependant, de tels évaporateurs ne bénéficient pas d'une tenue 3060724 2 mécanique suffisamment importante pour résister aux différentes sollicitations, notamment les manipulations des tubulures de raccordement. Ces manipulations des tubulures de raccordement surviennent notamment lors du montage de l'évaporateur dans un véhicule. 5 Elles peuvent conduire, dans certains cas, à des déformations de la plaque d'extrémité sur laquelle sont montés les embouts d'entrée et de sortie, et éventuellement d'une ou plusieurs plaques adjacentes du faisceau. La liaison entre les collerettes des plaques disposées à proximité de la plaque d'extrémité peut éventuellement être rompue. 10 D'une manière générale, quelle que soit l'origine de ces déformations, elles sont néfastes pour l'intégrité et le fonctionnement de l'évaporateur et donc, du véhicule dans son ensemble. Pour remédier à ce problème, il a été proposé de venir ajouter une plaque de renfort sur une partie de la face supérieure de l'évaporateur, à 15 proximité des embouts. La mise en oeuvre d'une telle solution nécessite toutefois la modification de la structure de l'échangeur et un surcoût de fabrication. Il existe donc un besoin d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. 20 3. Résumé de l'invention L'invention propose à cet effet un échangeur thermique, notamment évaporateur, muni d'un dispositif de raccordement pour l'introduction et l'extraction d'un fluide caloporteur, le dispositif de raccordement comprenant un 25 port d'entrée de fluide caloporteur et un port de sortie de fluide caloporteur disposés à une extrémité d'une face latérale de l'échangeur thermique et en communication fluidique avec un conduit collecteur d'entrée et un conduit collecteur de sortie respectivement de l'échangeur. 3060724 3 Selon l'invention, le port d'entrée comprend un élément/insert de renfort mécanique s'étendant dans le conduit collecteur d'entrée et le port de sortie comprend un élément/insert de renfort mécanique s'étendant dans le conduit collecteur de sortie respectivement. 5 La présente invention propose ainsi un échangeur thermique, tel qu'un évaporateur à plaques, comprenant un dispositif de raccordement qui comporte des éléments de renfort mécanique insérés dans les conduits collecteurs d'entrée et de sortie de l'échangeur. La tenue mécanique de l'échangeur thermique face à une sollicitation 10 mécanique (due à une manipulation) des tubulures de raccordement de l'échangeur est améliorée. Le haut de l'échangeur, et notamment la tête de boîte collectrice comprenant les conduits collecteurs d'entrée et de sortie, est ainsi renforcé par la pénétration du dispositif de raccordement ou connecteur dans les collecteurs. 15 L'ajout de ce connecteur permet de diminuer de 65% les contraintes maximales lors d'une sollicitation mécanique par rapport à un échangeur sans connecteur renforcé. L'approche de l'invention ne nécessite pas de modification de la structure de l'échangeur, ni de pièce additionnelle et ne perturbe pas son fonctionnement. 20 L'assemblage d'un tel dispositif de raccordement sur un échangeur standard est en outre aisé. Selon un mode de réalisation de l'invention, les ports d'entrée et de sortie de fluide caloporteur comprennent un embout d'entrée et de sortie respectivement faisant saillie à ladite extrémité de ladite face latérale de 25 l'échangeur thermique. Dans une variante de l'invention, les ports d'entrée et de sortie de fluide caloporteur sont portés par au moins une embase. Selon un aspect particulier de l'invention, la au moins une embase est plaquée contre ladite face latérale de l'échangeur thermique. 3060724 4 Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, chaque insert de renfort comprend au moins une première portion tubulaire s'étendant à partir de ladite embase et venant en contact avec la surface intérieure dudit conduit collecteur correspondant. 5 Selon un aspect de l'invention, la première portion est prolongée par une deuxième portion dont la paroi est partiellement tubulaire. Selon une variante de l'invention, l'échangeur comprend des tubes de circulation de fluide caloporteur débouchant dans le conduit collecteur d'entrée et le conduit collecteur de sortie par le biais de passages, la paroi de ladite 10 deuxième portion venant en contact avec la surface intérieure dudit conduit collecteur correspondant sans obstruer les passages de fluide caloporteur. Selon un aspect particulier de l'invention, la longueur de la première portion est choisie de sorte à ce que la paroi de la première portion n'obstrue aucun passage de fluide caloporteur. 15 Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la longueur de la deuxième portion est égale au double de la longueur de la première portion. Selon une autre variante d'un mode de réalisation de l'invention, ledit dispositif de raccordement est obtenu par moulage. Dans un mode de réalisation de l'invention ledit dispositif de 20 raccordement est obtenu par extrusion. Selon un mode de réalisation particulier, ledit dispositif de raccordement est lié par brasage audit échangeur thermique. Selon un aspect particulier, l'échangeur de chaleur comprend un empilement de plaques délimitant ledit conduit collecteur d'entrée et ledit conduit collecteur de 25 sortie dans une partie d'extrémité, et délimitant entre elles les tubes de circulation d'un fluide caloporteur communiquant avec lesdits conduits collecteurs d'entrée et de sortie. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les plaques ont une épaisseur inférieure à 0.3 mm. 3060724 5 Selon une variante de l'invention, les inserts de renfort s'étendent dans lesdits conduits collecteurs d'entrée et de sortie en regard d'au moins trois tubes. L'invention concerne également un dispositif de chauffage, ventilation 5 et/ou climatisation d'un véhicule comprenant au moins un échangeur thermique selon l'une quelconque des variantes exposées ci-dessus. 4. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages des échangeurs thermiques à 10 plaques selon l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 est une vue partielle, en perspective, d'un évaporateur 15 et d'un dispositif de raccordement selon l'invention ; la figure 2 est une vue éclatée de l'évaporateur et du dispositif de raccordement de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe partielle de l'évaporateur et du dispositif de raccordement de la figure 1; et 20 - la figure 4 est une vue de détail de la figure 3. 5. Description détaillée de l'invention L'exemple de réalisation décrit ci-après concerne un échangeur thermique du type à plaques. 25 Un tel échangeur thermique peut être un évaporateur, un condenseur ou un radiateur, et peut être mis en oeuvre dans des boîtiers CVC (« Chauffage, Ventilation et/ou Climatisation ») ou HVAC (« Heating, Ventilation and AirConditioning » en anglais) de véhicules automobiles. 3060724 6 5.1 Principe général de l'invention L'invention propose donc une solution permettant d'améliorer la tenue mécanique des échangeurs thermiques à plaques face à différentes sollicitations pouvant occasionner des déformations, telles que des manipulations des 5 tubulures de raccordement. Pour ce faire, le connecteur de l'échangeur thermique porte des éléments de renfort mécaniques qui sont disposés à l'intérieur des conduits collecteurs d'entrée et de sortie reliés. Ainsi, il n'est pas nécessaire de modifier la structure de l'échangeur 10 thermique afin d'intégrer ces moyens de renfort. Sur les différentes figures, sauf indication contraire, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence et présentent les mêmes caractéristiques techniques et modes de fonctionnement. Pour des raisons évidentes de clarté et de compréhension, l'échangeur 15 thermique n'est représenté que partiellement, et ce au niveau des conduits collecteurs d'entrée et de sortie. 5.2 Description d'un mode de réalisation de l'invention L'échangeur thermique 1, du type évaporateur, illustré partiellement sur 20 la figure 1, est conçu pour l'échange thermique entre un flux d'air et un fluide réfrigérant, notamment pour un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile. Cet échangeur thermique 1 comprend, par exemple, un empilement de plaques 2 d'échange disposé entre deux plaques d'extrémité 4 (une seule étant 25 ici visible). Les plaques 2 peuvent être groupées par paires pour former un tube 20 (figure 4) permettant un écoulement de fluide réfrigérant entre les plaques 2 d'une même paire de plaques 2. Chaque tube 20 est ici formé de deux plaques 2 3060724 7 embouties qui sont mutuellement brasées pour l'étanchéité le long de leurs bords latéraux. Entre deux tubes 20 voisins, l'échangeur thermique 1 pourra comprendre des intercalaires permettant d'augmenter la surface d'échange avec un flux d'air 5 traversant l'échangeur thermique 1 en passant entre les tubes 20. Ces intercalaires peuvent présenter des ondulations définissant des passages pour le flux d'air dans la direction de la largeur des tubes 20. De tels intercalaires peuvent être réalisés dans le même matériau que les plaques 2, par exemple en alliage d'aluminium. 10 La tôle en alliage d'aluminium formant les plaques peut présenter une épaisseur inférieure à 0,3 mm, de préférence comprise entre 0,24 et 0,28 mn. Plus préférablement encore, on met en oeuvre une tôle d'épaisseur inférieure ou égale à 0,27 mm, par exemple égale à 0,25 mm. Les plaques 2 comprennent à au moins l'une de leur extrémité des 15 moyens de connexion, tels que des collerettes ou brides, 23 qui forment des collecteurs 21, 22 permettant de faire passer le fluide réfrigérant d'une paire de plaques 2 à l'autre et débouchant au niveau de l'une au moins des plaques d'extrémité 4. La plaque d'extrémité 4, qui est visible sur les figures 1 et 2 notamment, 20 comprend une ouverture 41 d'entrée de fluide dans l'échangeur et une ouverture 42 de sortie du fluide de l'échangeur, communiquant ici avec les collecteurs 21, 22. Les plaques 2 formant le faisceau de tubes 20 comportent également des ouvertures identiques et alignées à celles de la plaque d'extrémité 4. 25 Les ouvertures des plaques 2 alignées avec l'ouverture 41 de la plaque d'extrémité 4 définissent un premier conduit, dit conduit collecteur d'entrée 21. Les ouvertures des plaques alignées avec l'ouverture 42 de la plaque d'extrémité 4 définissent un second conduit, dit conduit collecteur de sortie 22. 3060724 8 Les tubes 20 sont en communication fluidique avec les conduits collecteurs d'entrée 21 et de sortie 22 par le biais de passages 201 ménagés au bord des ouvertures des plaques 2. Les conduits collecteurs d'entrée 21 et de sortie 22 parallèles de 5 l'échangeur 10 sont en communication fluidique avec des ports d'un détendeur (non illustré), par exemple, par l'intermédiaire d'un dispositif de raccordement 3 selon l'invention. Dans le mode de réalisation illustré, le dispositif de raccordement 3 est formé par un bloc de raccordement, c'est-à-dire une pièce unique, qui comprend 10 un port d'entrée 31 et un port de sortie 32 pour l'introduction et l'extraction du fluide réfrigérant. Plus précisément, il comprend une embase 33 qui est traversée par deux alésages d'axes distincts et parallèles. Le bloc de raccordement est disposé à une extrémité (haute) d'une face latérale 11 de l'échangeur thermique 1. 15 Une première face 331 de l'embase 33 porte un embout d'entrée 311 tubulaire et un embout de sortie 321 tubulaire entourant les alésages. Ils sont destinés à recevoir de manière étanche des conduites 5, 6 servant à relier l'échangeur thermique 1 à d'autres composants de la boucle de climatisation, par exemple un détendeur. 20 Sur une deuxième face 332 de l'embase 33, opposée et parallèle à la première face 331, font saillie des inserts 310, 320 tubulaires entourant les alésages. Ils sont destinés à s'engager de manière étanche dans les conduits collecteurs d'entrée 21 et de sortie 22 et à former des éléments de renfort. Leur diamètre extérieur est légèrement inférieur au diamètre intérieur des conduits 25 collecteurs d'entrée 21 et de sortie 22. Le fluide réfrigérant pénétrant dans l'échangeur thermique 1 par le conduit 5 et le port d'entrée 31 de fluide se répartit par l'intermédiaire du conduit collecteur d'entrée 21 dans les tubes 20. Une fois que le fluide 3060724 9 réfrigérant a parcouru un tube 20, il est dirigé vers le conduit collecteur de sortie 21 puis quitte l'échangeur thermique 1 par le port de sortie 32 et la conduite 6. Lors de la circulation du fluide réfrigérant dans l'échangeur thermique 1, ce dernier reçoit de la chaleur d'un flux d'air qui traverse l'échangeur thermique 5 1 en passant par les espaces agencés entre les tubes 20. Les vues en coupe des figures 3 et 4 montrent plus en détail la structure du dispositif de raccordement 3 et son montage avec l'échangeur thermique 1. Chaque insert 310, 320 de renfort comporte une première portion cylindrique creuse 323 prolongée par une deuxième portion d'extrémité 10 partiellement cylindrique 324 qui sont engagées dans les conduits collecteurs d'entrée 21 et de sortie 22. Dans le mode de réalisation illustré, les premières portions 323 sont en contact avec le bord des ouvertures 41, 42 de la plaque d'extrémité 4 et le bord intérieur des collerettes 23 de la première plaque 2 adjacente à la plaque 15 d'extrémité 4 (sans toutefois obturer le tube 20 adjacent à la plaque d'extrémité 4). La paroi des deuxièmes portions 324, qui est ici de forme semicylindrique, est disposée vers le haut des conduits collecteurs d'entrée 21 et de sortie 22, et vient en regard des trois passages 201 de fluide réfrigérant 20 adjacents à la plaque d'extrémité 4 (sans obturer ces passages 201). Par ailleurs, l'embase 33 est plaquée contre la plaque d'extrémité 4. Cet agencement particulier des inserts 310, 320 de renfort permet d'améliorer la tenue mécanique de l'échangeur thermique 1 au niveau des ouvertures 41, 42 de la plaque d'extrémité 4 sans impacter la circulation du 25 fluide dans l'échangeur thermique 1 et sans modifier la structure de ce dernier. Comme cela est visible sur la figure 4, l'embout de sortie 321 et l'insert 320 de renfort ont un axe de révolution /3 commun. Il en est de même pour l'embout de sortie 311 et de l'insert 310 de renfort. 3060724 10 Par ailleurs, le diamètre des inserts 310, 320 de renfort est inférieur à celui des embouts d'entrée 311 et de sortie 321. Le dispositif de raccordement 3 est, par exemple, moulé par extrusion puis assemblé sur l'échangeur thermique 1 avant d'être solidarisé à ce dernier 5 par brasage, en même temps que sont brasés entre elles les plaques 2 de l'échangeur thermique 1. Les inserts 310, 320 de renfort sont assemblés par encastrement contre les parois internes des conduits collecteurs d'entrée 21 et de sortie 22. Dans le mode de réalisation illustré, la longueur de la deuxième portion 10 324 de chaque insert de renfort est égale au double de la longueur de la première portion 323. On comprend que ces longueurs peuvent varier selon la tenue mécanique souhaitée. La forme de la deuxième portion 324 peut également varier (sa paroi peut s'étendre sur moins de 180° ou plus). 15 De la même façon, la dimension de la partie inférieure de l'embase 33 qui est plaquée contre la plaque d'extrémité 4 est choisie selon la tenue mécanique souhaitée. 5.3 Autres aspects et variantes 20 Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif de raccordement 3 est formé par deux blocs de raccordement distincts et montés de façon juxtaposée, le premier bloc de raccordement comprenant un port d'entrée 31 pour l'introduction du fluide réfrigérant dans l'échangeur thermique 1 et le deuxième bloc de raccordement comprenant un port de sortie 32 pour 25 l'extraction du fluide réfrigérant. Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif de raccordement 3 peut être obtenu par la combinaison de procédés d'impact et d'extrusion. Il peut également être envisagé que le dispositif de raccordement 3 ne mette pas en oeuvre d'embouts 311, 321. Dans ce cas, les tubulures d'entrée 5 et 3060724 11 de sortie 6 peuvent être directement insérées dans les alésages des inserts de renfort du dispositif de raccordement 3. Dans une variante de réalisation, les tubes 20 du faisceau de tubes sont obtenus par extrusion. 5 Dans un mode de réalisation, les plaques sont agencées par paires et délimitent entre elles un passage de circulation d'air. Il est, par ailleurs, possible de disposer des intercalaires ondulés dans chaque passage de circulation d'air. Des intercalaires peuvent également être prévus dans les tubes entre deux plaques. Ceci permet d'améliorer le transfert 10 calorifique entre l'air et le fluide réfrigérant circulant dans les tubes de l'échangeur thermique. REVENDICATIONS1. Echangeur thermique (1), notamment évaporateur, muni d'un dispositif de raccordement (3) pour l'introduction et l'extraction d'un fluide caloporteur, ledit dispositif de raccordement (3) comprenant un port d'entrée (31) de fluide caloporteur et un port de sortie (32) de fluide caloporteur disposés à une extrémité d'une face latérale (11) de l'échangeur thermique (1) et en communication fluidique avec un conduit collecteur d'entrée (21) et un conduit collecteur de sortie (22) respectivement de l'échangeur, caractérisé en ce que ledit port d'entrée (31) comprend un insert de renfort (310) mécanique s'étendant dans le conduit collecteur d'entrée (21) et ledit port de sortie (32) comprend un insert de renfort (320) mécanique s'étendant dans le conduit collecteur de sortie (22) respectivement. 2. Echangeur thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits ports d'entrée (31) et de sortie (32) de fluide caloporteur comprennent un embout d'entrée (311) et de sortie (321) respectivement faisant saillie à ladite extrémité de ladite face latérale (11) de l'échangeur thermique (1). 3. Echangeur thermique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits ports d'entrée (31) et de sortie (32) de fluide caloporteur sont portés par au moins une embase (33). 4. Echangeur thermique (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite au moins une embase (33) est plaquée contre ladite face latérale (11) de l'échangeur thermique (1). 5. Echangeur thermique (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque insert de renfort (310, 320) comprend au moins une première portion tubulaire (323) s'étendant à partir de ladite embase (33) et venant en contact avec la surface intérieure dudit conduit collecteur (21, 22) correspondant. 3060724 13 6. Echangeur thermique (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite première portion (323) est prolongée par une deuxième portion (324) dont la paroi est partiellement tubulaire. 7. Echangeur thermique (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il 5 comprend des tubes (20) de circulation de fluide caloporteur débouchant dans le conduit collecteur d'entrée (21) et le conduit collecteur de sortie (22) par le biais de passages (201), la paroi de ladite deuxième portion (324) venant en contact avec la surface intérieure dudit conduit collecteur (21, 22) correspondant sans obstruer les passages (201) de fluide caloporteur. 10 8. Echangeur thermique (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la longueur de la première portion (323) est choisie de sorte à ce que la paroi de la première portion n'obstrue aucun passage (201) de fluide caloporteur. 9. Echangeur thermique (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la longueur de la deuxième portion (324) est égale au double de la longueur de la 15 première portion (323). 10. Echangeur thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit dispositif de raccordement (3) est obtenu par moulage. 11. Echangeur thermique (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit dispositif de raccordement (3) est obtenu par extrusion. 20 12. Echangeur thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit dispositif de raccordement (3) est lié par brasage audit échangeur thermique (1). 13. Echangeur thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un empilement de plaques (2) délimitant ledit 25 conduit collecteur d'entrée (21) et ledit conduit collecteur de sortie (22) dans une partie d'extrémité, et délimitant entre elles les tubes (20) de circulation d'un fluide caloporteur communiquant avec lesdits conduits collecteurs d'entrée et de sortie (21, 22). 3060724 14 14. Echangeur thermique selon la revendication 13, caractérisé en ce que les plaques (2) ont une épaisseur inférieure à 0.3 mm. 15. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 et 13 ou 14, caractérisé en ce que lesdits inserts de renfort (310, 320) s'étendent 5 dans lesdits conduits collecteurs d'entrée (21) et de sortie (22) en regard d'au moins trois tubes (20). 16. Dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un véhicule comprenant au moins un échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15. 10