Brevet FR3060105A1 — publié le 20180615

Echangeur thermique, notamment évaporateur, du type à plaques présentant des moyens de renfort mécaniques 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des échangeurs thermiques de type à plaques, notamment pour véhicule automobile. Plus précisément, l'invention se rapporte au renforcement mécanique de tels échangeurs. 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 de chaleur entre un flux d'air passant à travers le faisceau et un liquide frigorigène circulant dans le faisceau. Le faisceau est disposé entre deux plaques d'extrémité. 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 définissent un conduit d'entrée et un conduit de sortie faisant saillie par rapport à une face latérale de l'évaporateur, et 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 mécanique suffisamment importante pour résister aux différentes sollicitations, notamment les manipulations des tubulures de raccordement et les chocs. Il a ainsi été remarqué que lorsque de tels évaporateurs sont sujets à des chocs frontaux, les déformations occasionnées par ces derniers peuvent être relativement importantes. La force appliquée sur la face avant de l'évaporateur, orientée vers l'avant du véhicule, peut provoquer une déformation 3060105 2 (enfoncement) de l'évaporateur et avoir un impact sur son étanchéité. Par ailleurs, les manipulations des tubulures de raccordement survenant notamment lors du montage de l'évaporateur dans un véhicule, peuvent conduire, dans certains cas, à des déformations de la plaque d'extrémité sur 5 laquelle sont montés les embouts et éventuellement d'une ou plusieurs plaques adjacentes. La liaison entre les collerettes des plaques disposées à proximité de la plaque d'extrémité peut éventuellement être rompue. D'une manière générale, quelle que soit l'origine de ces déformations, 10 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 proximité des embouts. 15 La mise en oeuvre d'une telle solution nécessite toutefois la modification de la structure de l'évaporateur et entraîne 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, comprenant une pluralité de plaques d'échange thermique empilées selon une direction d'empilement longitudinale. Selon l'invention, au moins une partie des plaques présente une première 25 encoche à une première extrémité de sorte à former au moins une première rainure s'étendant selon la direction d'empilement longitudinale sur un premier bord longitudinal de l'échangeur thermique, ladite au moins une première rainure étant configurée pour loger des premiers moyens de renfort mécanique dudit échangeur thermique. 3060105 3 La présente invention propose ainsi un échangeur thermique, tel un évaporateur, du type à plaques, ces dernières étant configurées pour former lorsqu'elles sont empilées une ou plusieurs rainures sur un des bords 5 longitudinaux de l'échangeur situés entre les bords latéraux de ce dernier. La ou les rainures sont aptes à recevoir un élément de renfort permettant d'améliorer la tenue mécanique de l'évaporateur, et de minimiser les risques que ce dernier se déforme sous l'action d'une sollicitation mécanique, notamment lors d'un choc du véhicule. 10 Le risque de rupture de l'évaporateur est réduit et sa fiabilité est augmentée. Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins une partie des plaques présente une deuxième encoche à une deuxième extrémité de sorte à former au moins une deuxième rainure s'étendant selon la direction 15 d'empilement longitudinale sur un deuxième bord longitudinal de l'échangeur thermique, opposé au premier bord longitudinal, ladite au moins une deuxième rainure étant configurée pour loger des deuxièmes moyens de renfort mécanique dudit échangeur thermique. Dans un mode de réalisation de l'invention, la ou lesdites rainures ont 20 une forme étagée. Selon une variante de l'invention, la ou lesdites rainures ont une forme triangulaire. Dans un mode de réalisation particulier, les moyens de renfort mécanique comprennent une barrette de renforcement mécanique assemblée à 25 force dans ladite rainure correspondante. Selon un aspect d'un mode de réalisation de l'invention, la profondeur de la ou lesdites rainures est supérieure à x mm. Dans une variante d'un mode de réalisation de l'invention, les plaques d'échange thermique sont d'épaisseur inférieure à 0.3 mm. 3060105 4 L'invention concerne également un boîtier de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un véhicule comprenant des moyens de renfort mécanique destinés à coopérer avec au moins une rainure de l'échangeur thermique selon 5 l'un des modes de réalisation précités. Selon une variante du boîtier de chauffage lesdits moyens de renfort mécanique sont fabriqués dans un ou une combinaison des matériaux choisis parmi les matières plastiques, l'aluminium, ou l'acier. Dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de renfort 10 mécanique sont solidarisés par encliquetage sur une paroi dudit boîtier. Selon un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de renfort mécanique sont formés lors du moulage dudit boîtier. 4. Liste des figures 15 D'autres caractéristiques et avantages des échangeurs de chaleur de type à 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 : 20 la figure 1 est une vue éclatée d'un échangeur thermique conforme à l'invention ; la figure 2 est une vue de côté, partielle, de l'échangeur thermique de la figure 1 avant montage des moyens de renfort ; et la figure 3 est une vue de côté, partielle, de l'échangeur thermique 25 de la figure 1 après montage des moyens de renfort. 3060105 5 5. Description détaillée de l'invention Par convention et pour simplifier la description de l'échangeur thermique 1 selon l'invention, on forme un repère cartésien (x, y, z) et on définit la direction 5 o-x comme étant la longueur de l'échangeur, o-y sa profondeur, et o-z sa hauteur. L'exemple de réalisation décrit ci-après est un évaporateur mais il va de soit que l'invention couvre également un condenseur, un radiateur ou tout autre échangeur thermique, quel que soit le fluide qui le traverse. 10 L'exemple de réalisation décrit ci-après concerne plus précisément un évaporateur du type à plaques, qui peut être mis en oeuvre dans une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation (dite « CVC» en français ou HVAC en anglais pour « Heating, Ventilation and Air-Conditioning ») d'un véhicule automobile. 15 L'échangeur thermique 1, du type évaporateur, illustré sur la vue éclatée de 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, une pluralité de 20 plaques 2 d'échange empilées selon une direction d'empilement longitudinale (x) et disposées entre deux plaques d'extrémité 4. 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. 25 Chaque tube 20 est ici formé de deux plaques 2 embouties qui sont mutuellement brasées pour l'étanchéité le long de leurs bords latéraux. Chaque plaque 2 présente ici une forme générale rectangulaire, et comprend deux bords longitudinaux s'étendant selon l'axe o-z reliés par un bord supérieur et un bord inférieur s'étendant chacun selon l'axe o-y sur la figure 1. 3060105 6 L'échangeur thermique 1 présente ainsi une forme sensiblement parallélépipédique, comprenant deux bords latéraux reliés par un premier bord longitudinal 12 supérieur et un deuxième bord longitudinal 13 inférieur, opposé au premier bord longitudinal 12 supérieur, une face avant 11 et une face arrière 5 opposée à la face avant 11. Entre deux tubes de circulation de fluide voisins, définis chacun par deux plaques adjacentes d'une paire, l'échangeur thermique 1 peut comprendre des intercalaires permettant d'augmenter la surface d'échange avec un flux d'air traversant l'échangeur thermique 1 en passant entre les tubes. Ces intercalaires 10 peuvent présenter des ondulations définissant des passages pour le flux d'air dans la direction de la largeur des tubes. De tels intercalaires peuvent être réalisés dans le même matériau que les plaques 2, par exemple en alliage d'aluminium. La tôle en alliage d'aluminium formant les plaques peut présenter une 15 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 formant le faisceau de tubes comportent à leur extrémité supérieure (selon l'axe o-z) deux ouvertures 31, 32 identiques et alignées à celles 20 des plaques d'extrémité 4. Les ouvertures 31 alignées des plaques 2 définissent un premier conduit, dit conduit collecteur d'entrée, s'étendant selon l'axe d'empilement o-z. Les ouvertures 32 alignées des plaques définissent un second conduit, dit conduit collecteur de sortie, s'étendant selon l'axe d'empilement o-z, et parallèle 25 au conduit collecteur d'entrée. Les plaques 2 comprennent à leur extrémité supérieure des moyens de connexion, tels que des collerettes ou brides, qui une fois assemblés entre elle par brasage, forment les conduits collecteurs permettant de faire passer le fluide 3060105 7 réfrigérant d'une paire de plaques 2 à l'autre et débouchant au niveau de l'une des plaques d'extrémité 4 (celle de gauche sur la figure 1). Les tubes de l'échangeur thermique 1 sont en communication fluidique avec les conduits collecteurs d'entrée et de sortie par le biais de passages 5 ménagés au bord des ouvertures 31, 32 des plaques 2. La présente invention couvre également tout autre agencement des conduits collecteurs par rapport à l'échangeur thermique 1. La plaque d'extrémité 4 de gauche porte sur sa face extérieure un embout 41 d'entrée de fluide dans l'échangeur et un embout 42 de sortie du 10 fluide de l'échangeur, communiquant ici avec les conduits collecteurs d'entrée et de sortie respectivement. On note que le diamètre de l'embout 41 d'entrée est supérieur au diamètre de l'embout 42 de sortie, mais qu'ils pourraient être identiques. La présente invention couvre également tout autre agencement des 15 embouts 41, 42 par rapport à l'échangeur thermique 1. Les embouts d'entrée 41 et de sortie 42 parallèles de l'échangeur thermique 1 sont en communication fluidique avec des ports d'un détendeur (non illustré), par exemple, par l'intermédiaire de tubulures (non illustrées). Conformément à l'invention, les plaques 2 de l'empilement, y compris les 20 plaques d'extrémité 4, présentent chacune une encoche 6 (figure 2). On note que la plaque d'extrémité 4 de droite ne présente pas d'ouvertures. L'encoche 6 de chaque plaque 2 est ménagée sur le bord supérieur de la plaque 2, entre les ouvertures 31 et 32 (41 et 42 pour la plaque d'extrémité 4 de gauche), et s'étend selon un axe parallèle aux bords longitudinaux de la plaque 2, 25 c'est-à-dire selon l'axe o-z. Lorsque les plaques 2 sont empilées, l'alignement des encoches 6 forme ainsi une rainure 8 rectiligne s'étendant sur le bord longitudinal 12 supérieur de l'échangeur thermique 1, sur toute la longueur de ce dernier (selon la direction d'empilement longitudinale (x)). 3060105 8 La rainure 8 est adaptée pour recevoir des premiers moyens de renfort 7 mécanique, qui prennent ici la forme d'un tirant ou d'une barrette, dont la longueur est égale à celle de la rainure 8. Ces premiers moyens de renfort 7 permettent d'améliorer la tenue 5 mécanique de l'échangeur thermique 1 sur sa partie supérieure. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les premiers moyens de renfort 7 prennent la forme d'un élément faisant saillie depuis l'intérieur d'un boîtier de chauffage, ventilation et/ou climatisation dans lequel est monté l'échangeur thermique 1. 10 Ces premiers moyens de renfort 7 peuvent être obtenus lors de la fabrication du boitier, notamment lors du moulage (pour des raisons de clarté, seul les premiers moyens de renfort 7 faisant saillie depuis le boîtier sont représentés sur les figures 1 à 3). Dans une variante, ces premiers moyens de renfort 7 sont constitués 15 d'une pièce supplémentaire qui peut être assemblée par encliquetage sur le boîtier ou dans la rainure 8. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, les plaques 2 de l'empilement, y compris les plaques d'extrémité 4, présentent chacune une encoche 6' sur leur bord inférieur de sorte à former une rainure 8' sur le bord longitudinal 13 20 inférieur de l'échangeur thermique 1, sur toute la longueur de ce dernier (selon une direction d'empilement longitudinale (x)). La rainure 8' est adaptée pour recevoir des deuxièmes moyens de renfort 7' mécanique. Ces deuxièmes moyens de renfort 7' permettent d'améliorer la tenue mécanique de l'échangeur thermique 1 sur sa partie inférieure. 25 Ainsi, lorsque la face avant 11, orientée vers l'avant du véhicule, de l'échangeur thermique 1 muni d'un ou des deux moyens de renfort 7, 7', est soumis à une contrainte F (flèche de la figure 1 orientée selon l'axe o-y) lors d'un choc ("crash"), par exemple, le risque que l'échangeur subisse une déformation (un enfoncement) selon l'axe o-y est moindre. 3060105 9 La figure 2 est une vue partielle de côté de l'échangeur thermique 1, au niveau de l'encoche 6 supérieure de la plaque d'extrémité 4. On comprend que les encoches supérieures des autres plaques 2, 4 de l'empilement sont identiques à celle illustrée. 5 Dans ce mode de réalisation particulier de l'invention, l'encoche 6 présente une structure étagée. Ainsi, l'encoche 6 présente une première portion 61 de section rectangulaire s'étendant depuis le bord supérieur de la plaque d'extrémité 4 et prolongée par une deuxième portion 62 de section carrée et de largeur inférieure à celle de la première portion 61. 10 L'encoche 6 a une profondeur comprise entre 1 mm et 10 mm. Dans une alternative, l'encoche 6 a une profondeur comprise entre 2 mm et 6 mm. La section des premiers moyens de renfort 7 présente sur les figures 2 et 3 une forme étagée, complémentaire de celle de la section de l'encoche 6. 15 Selon une variante de l'invention, les encoches 6, 6' (et donc les moyens de renfort 7, 7') peuvent prendre une autre forme, telle une forme triangulaire. L'encoche 6' et les deuxièmes moyens de renfort 7' peuvent avoir une section identique ou différente de celle de l'encoche 6 et des premiers moyens de renfort 7. 20 Dans un mode de réalisation particulier, les premiers moyens de renfort 7 sont insérés par encliquetage (c'est-à-dire clipsés) à l'intérieur de la rainure 8, une fois le brasage des plaques 2, 4 effectué. Ainsi, l'assemblage des premiers moyens de renfort 7 dans la rainure 8 (figure 3) est réalisé sans que des éléments de fixation particuliers soient 25 nécessaires. De préférence, les encoches 6, 6' sont réalisées par emboutissage lors de la fabrication de chaque plaque 2, 4, ce qui permet de minimiser les surcoûts de fabrication. 3060105 10 Selon un mode de réalisation particulier, les premiers moyens de renforcement 7 faisant saillie depuis l'intérieur d'un boîtier de chauffage, ventilation et/ou climatisation sont constitués d'un élément distinct fixé sur au moins une paroi interne du boîtier. 5 Les moyens de renforcement 7, 7' sont fabriqués dans un matériau ou une combinaison des matériaux suivant : matière plastique, aluminium, acier. Il est à noter que dans une variante, la rainure 8 peut ne s'étendre que sur une partie de la longueur selon l'axe o-x de l'échangeur thermique 1, uniquement au centre par exemple. 10 Dans une autre variante, la rainure 8 peut être segmentée en plusieurs portions espacées, ce qui nécessite plusieurs barrettes de renfort mécaniques correspondantes. L'échangeur thermique 1 peut n'être renforcé mécaniquement que sur son bord longitudinal 12 supérieur, et donc sa partie haute, du côté des 15 ouvertures 41 et 42 des plaques 2, ou bien sur son bord longitudinal 13 inférieur. REVENDICATIONS1. Échangeur thermique (1), notamment évaporateur, comprenant une pluralité de plaques (2) d'échange thermique empilées selon une direction d'empilement longitudinale (x), caractérisé en ce qu'au moins une partie des plaques (2) présente une première encoche (6) à une première extrémité de sorte à former au moins une première rainure (8) s'étendant selon la direction d'empilement longitudinale (x) sur un premier bord longitudinal (12) de l'échangeur thermique (1), ladite au moins une première rainure (8) étant configurée pour loger des premiers moyens de renfort (7) mécanique dudit échangeur thermique (1). 2. Échangeur thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie des plaques (2) présente une deuxième encoche (6) à une deuxième extrémité de sorte à former au moins une deuxième rainure (8') s'étendant selon la direction d'empilement longitudinale (x) sur un deuxième bord longitudinal (13) de l'échangeur thermique (1), opposé au premier bord longitudinal (12), ladite au moins une deuxième rainure (8') étant configurée pour loger des deuxièmes moyens de renfort (7') mécanique dudit échangeur thermique (1). 3. Échangeur thermique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou lesdites rainures (8, 8') ont une forme étagée. 4. Échangeur thermique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou lesdites rainures (8, 8') ont une forme triangulaire. 3060105 12 5. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de renfort (7, 7') mécanique comprennent une barrette de renforcement mécanique assemblée à force dans ladite rainure (8, 8') correspondante. 5 6. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la profondeur de la ou lesdites rainures (8, 8') est supérieure à x mm. 10 7. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plaques (2) d'échange thermique sont d'épaisseur inférieure à 0.3 mm. 8. Boîtier de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un véhicule 15 comprenant des moyens de renfort (7, 7') mécanique destinés à coopérer avec au moins une rainure (8, 8') de l'échangeur thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Boîtier de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un véhicule selon la 20 revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de renfort (7, 7') mécanique sont fabriqués dans un ou une combinaison des matériaux choisi parmi : les matières plastiques, l'aluminium, l'acier. 10. Boîtier de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un véhicule selon la 25 revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de renfort (7, 7') mécanique sont solidarisés par encliquetage sur une paroi dudit boîtier. 3060105 13 11. Boîtier de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un véhicule la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de renfort (7, 7') mécanique sont formés lors du moulage dudit boîtier.