[0001] L'invention concerne un échangeur de chaleur pour l'échange de chaleur entre un premier
fluide et un second fluide, comprenant un empilement de pochettes mutuellement alignées
dans une direction longitudinale, et présentant deux boîtes collectrices mutuellement
juxtaposées dans une direction latérale, formées chacune par l'alignement, dans la
direction longitudinale, de chambres d'entrée ou de sortie appartenant respectivement
aux différentes pochettes, les boîtes collectrices étant subdivisées dans leur ensemble
en au moins trois conduites de liaison, les conduites de liaison qui appartiennent
à une même boîte collectrice se succédant dans la direction longitudinale et ne communiquant
pas directement entre elles, tandis que dans chaque conduite de liaison les chambres
d'entrée ou de sortie communiquent mutuellement par des ouvertures ménagées dans les
parois des pochettes, les pochettes définissant un parcours pour le premier fluide
entre une conduite de liaison amont adjacente à une première extrémité longitudinale
de l'empilement et une conduite de liaison aval adjacente à la seconde extrémité longitudinale
de l'empilement, en passant alternativement d'une conduite de liaison appartenant
à l'une des boîtes collectrices à une conduite de liaison appartenant à l'autre boîte
collectrice, par l'intermédiaire de trajets en U dont chacun relie entre elles les
chambres d'entrée et de sortie d'une même pochette, les conduites de liaison amont
et aval étant reliées à des passages d'entrée et de sortie prévus à l'une desdites
extrémités longitudinales, l'une directement et l'autre par l'intermédiaire d'une
tubulure traversant les ouvertures de la ou des conduites de liaison interposées entre
cette même extrémité et ladite autre conduite de liaison.
[0002] De tels échangeurs de chaleur sont couramment utilisés en tant qu'évaporateurs dans
des dispositifs de climatisation de l'habitacle des véhicules. Les pochettes sont
formées chacune de deux plaques de tôle embouties en forme de cuvettes, dont les concavités
sont tournées l'une vers l'autre et qui sont mutuellement reliées de façon étanche
à leur périphérie, les chambres d'entrée et de sortie étant délimitées par des régions
des cuvettes de plus grande profondeur que les régions restantes, de façon à réserver
entre deux pochettes voisines, en regard desdites régions restantes, un intervalle
pour le passage du second fluide dans la direction latérale, et lesdites ouvertures
étant ménagées dans les fonds des cuvettes, qui sont en contact mutuel étanche autour
des ouvertures. Les deux cuvettes de chaque pochette sont en outre reliées de façon
étanche en une zone médiane de leur largeur et sur une fraction notable de leur longueur
à partir d'un premier bord d'extrémité, les deux branches dudit trajet en U s'étendant
de part et d'autre de ladite zone médiane, ainsi que lesdites régions de plus grande
profondeur des cuvettes, disposées au voisinage dudit premier bord d'extrémité.
[0003] Le but de l'invention est d'améliorer les caractéristiques de fonctionnement de ces
évaporateurs.
[0004] L'invention vise notamment un échangeur de chaleur du genre défini en introduction,
et prévoit que ladite tubulure est excentrée par rapport auxdites ouvertures.
[0005] On constate que le fait de placer la tubulure dans une position excentrée plutôt
que dans une position centrée améliore à la fois le rendement global de l'échange
de chaleur et l'homogénéité de celui-ci dans le volume de l'échangeur, ainsi que celle
de la température de l'air en sortie de l'évaporateur.
[0006] Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou alternatives,
sont énoncées ci-après:
- Les conduites de liaison sont en nombre égal dans les deux boîtes collectrices, les
conduites de liaison amont et aval appartenant respectivement aux deux boîtes collectrices.
- Lesdites ouvertures sont allongées et la tubulure est décalée dans la direction de
leur longueur par rapport aux centres des ouvertures.
- Lesdites ouvertures sont allongées dans la direction latérale et la tubulure est décalée
vers l'extérieur de l'échangeur par rapport aux centres des ouvertures.
- La tubulure est en contact avec le bord de chaque ouverture, en particulier sensiblement
au point de celui-ci le plus éloigné du centre.
- La tubulure présente une section circulaire qui coïncide en partie avec une portion
sensiblement semi-circulaire du bord de l'ouverture.
- La tubulure alimente la conduite de liaison amont.
- La tubulure est brasée aux bords des ouvertures. On obtient dans ce cas une liaison
rigide de la tubulure et des pochettes, qui réduit les bruits émis par l'échangeur
par suite des vibrations et de l'écoulement du fluide.
- Les directions longitudinale et latérale sont sensiblement horizontales, les boîtes
collectrices étant disposées à la partie supérieure de l'échangeur.
[0007] 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; et
- les figures 3 et 4 sont des diagrammes comparatifs illustrant sous forme de courbes
certaines caractéristiques de fonctionnement de l'évaporateur des figures 1 et 2 et
d'un évaporateur selon l'état de la technique.
[0008] L'évaporateur illustré, destiné à un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un
véhicule automobile, comprend une multiplicité de pochettes 1 mutuellement empilées
dans une direction longitudinale sensiblement horizontale, et formées chacune de deux
plaques de tôle embouties en forme de cuvettes 2 et 3. Ces dernières sont identiques
entre elles et ont leurs concavités tournées l'une vers l'autre, soit respectivement
vers des seconde et première extrémités longitudinales 5, 4 de l'empilement. Chaque
cuvette présente un bord périphérique 6 situé dans un plan vertical, et les bords
périphériques 6 des deux cuvettes formant une pochette sont mutuellement assemblés
de façon étanche au fluide, par brasage, pour délimiter le volume intérieur de la
pochette. Chaque cuvette présente en outre, à sa partie supérieure, deux régions 7
d'une profondeur plus grande que celle de la région restante 8, cette dernière occupant
la majeure partie de la hauteur de la cuvette, au-dessous des régions 7. Ces deux
régions de plus grande profondeur de chaque cuvette, juxtaposées de la gauche vers
la droite des figures, définissent dans chaque pochette une chambre d'entrée et une
chambre de sortie pour le fluide réfrigérant. La chambre d'entrée et la chambre de
sortie de chaque pochette sont séparées l'une de l'autre par une zone de jonction
étanche 9 entre les deux cuvettes à mi-largeur de la pochette, cette zone de jonction
se raccordant au bord 6 à l'extrémité supérieure 10 de la pochette et se prolongeant
vers le bas jusqu'au voisinage de l'extrémité inférieure de la pochette de façon à
définir dans celle-ci, en regard des régions 8 des cuvettes, un trajet en U pour le
fluide entre la chambre d'entrée et la chambre de sortie. Le fond de chaque cuvette
est traversé, dans chacune des régions 7 de plus grande profondeur, par une ouverture
11 et les fonds tournés l'un vers l'autre d'une cuvette 2 et d'une cuvette 3 adjacentes
sont mutuellement liés de façon étanche autour des ouvertures, par brasage.
[0009] L'alignement des chambres d'entrée/sortie situées du côté gauche des figures forme
une boîte collectrice 16, et l'alignement des chambres d'entrée/sortie situé sur le
côté droit forme une boîte collectrice 17. La boîte collectrice 16 est subdivisée
par une cloison transversale 18 en une conduite de liaison 12 s'étendant de cette
cloison à l'extrémité 4 de l'empilement et une conduite de liaison 14 s'étendant de
la cloison à l'extrémité 5. De même, une cloison transversale 19, plus éloignée de
l'extrémité 4 que la cloison 18, sépare la boîte collectrice 17 en une conduite de
liaison 13 adjacente à l'extrémité 4 et une conduite de liaison 15 adjacente à l'extrémité
5. Des plaques d'extrémités 20 et 21 sont brasées aux fonds des cuvettes 2,3 situées
aux extrémités 4,5 de l'empilement respectivement de manière à obturer les ouvertures
11 de ces cuvettes, et contribuent à délimiter les conduites de liaison. Les chambres
d'entrée/sortie formant une même conduite de liaison communiquent entre elles par
les ouvertures 11 des cuvettes 2,3.
[0010] Une tubulure d'entrée 22 s'étend sur toute la longueur de la conduite de liaison
14 et traverse de manière étanche la plaque d'extrémité 21 et la cloison intermédiaire
18, auxquelles elle est brasée, de manière à mettre en communication la conduite de
liaison 12 avec la partie du circuit de fluide réfrigérant située en amont de l'évaporateur.
Une tubulure de sortie 23 traverse également la plaque 21 et débouche dans la conduite
de liaison 15, de manière à mettre celle-ci en communication avec la partie aval du
circuit.
[0011] Le fluide réfrigérant pénétrant dans la conduite de liaison 12 par la tubulure 22
passe ensuite dans la conduite de liaison 13, en empruntant, en parallèle, les trajets
en U d'un premier groupe de pochettes. Il est ensuite transféré à la conduite de liaison
14, par l'intermédiaire des trajets en U d'un second groupe de pochettes, puis à la
conduite de liaison 15, par l'intermédiaire des trajets en U d'un troisième et dernière
groupe de pochettes. Le fluide quitte enfin l'évaporateur par la tubulure 23. Lors
de la circulation dans les trajets en U, le fluide reçoit de la chaleur d'un flux
d'air qui traverse l'évaporateur horizontalement de la droite vers la gauche, selon
la flèche F1, en passant par les intervalles qui séparent les pochettes en regard
des régions 8 des cuvettes.
[0012] Selon l'invention, la tubulure 22 est décalée par rapport aux centres des ouvertures
11 des cuvettes qui définissent la boîte collectrice 16. Dans l'exemple illustré,
la tubulure est décalée vers la gauche, c'est-à-dire vers l'aval par rapport au flux
d'air F1. Plus particulièrement, le contour de chaque ouverture 11 a une forme ovale
et est composée de deux segments de droite horizontaux 30 et de deux demi-cercles
31 dont les concavités sont tournées l'une vers l'autre et qui sont tangents aux segments
30. La tubulure 22 a un diamètre extérieur égal au diamètre des demi-cercles 31 et
vient s'appuyer sur le bord des ouvertures qu'elle traverse, et est brasée à ce bord,
sur toute la longueur du demi-cercle 31 situé à gauche.
[0013] En variante, on peut envisager que le diamètre de la tubulure 22 soit inférieur à
celui des demi-cercles 31, le contact étant alors sensiblement ponctuel.
[0014] Sur chacune des figures 3 et 4, la courbe en trait pointillé et la courbe en trait
plein sont relatives respectivement à l'évaporateur illustré et à un évaporateur différant
de celui-ci par le fait que l'axe de la tubulure 22 passe par les centres des ouvertures
qu'elle traverse. Les courbes de la figure 3 et celles de la figure 4 montrent respectivement
la puissance calorifique échangée en kW et la température de l'air sortant en °C,
en fonction du débit d'air en kilogrammes/heure traversant l'évaporateur, la température
de l'air entrant étant 30 °C.
[0015] On constate une amélioration significative des performances de l'évaporateur grâce
à l'invention.
[0016] La disposition selon l'invention améliore également l'homogénéité de l'échange de
chaleur dans le volume de l'évaporateur, et par conséquent l'homogénéité de la répartition
de température au sein du flux d'air sortant de celui-ci, avec atténuation des phénomènes
de points chauds et de points froids.
[0017] Par ailleurs, le brasage de la tubulure aux bords des ouvertures, sur une longueur
importante de ceux-ci, entraîne une rigidification et une réduction des bruits de
fonctionnement.
[0018] Bien que la disposition particulière décrite conduise à des performances optimales,
il est possible de s'en écarter tout en bénéficiant de l'invention. Ainsi, la tubulure
peut être partiellement décalée par rapport aux centres des ouvertures sans atteindre
les extrémités latérales de celles-ci. Elle peut être décalée vers le milieu de la
largeur de l'évaporateur, et non vers l'extérieur. Elle peut être décalée vers l'aval
par rapport au flux d'air, ou transversalement par rapport à celui-ci. Elle n'est
pas nécessairement brasée au bord des ouvertures. La tubulure décalée selon l'invention
peut être une tubulure de sortie en communication avec la conduite de liaison aval.
Il est également possible de prévoir un nombre impair de conduites de liaison, l'entrée
et la sortie du fluide s'effectuant du même côté de l'évaporateur, gauche ou droit
par référence aux figures 1 et 2.
[0019] L'évaporateur peut par ailleurs fonctionner dans une orientation dans l'espace différente
de celle décrite.
1. Échangeur de chaleur pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second
fluide, notamment évaporateur pour un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un
véhicule, comprenant un empilement de pochettes (1) mutuellement alignées dans une
direction longitudinale, et présentant deux boîtes collectrices (16,17) mutuellement
juxtaposées dans une direction latérale, formées chacune par l'alignement, dans la
direction longitudinale, de chambres d'entrée ou de sortie appartenant respectivement
aux différentes pochettes, les boîtes collectrices étant subdivisées dans leur ensemble
en au moins trois conduites de liaison (12-15), les conduites de liaison qui appartiennent
à une même boîte collectrice se succédant dans la direction longitudinale et ne communiquant
pas directement entre elles, tandis que dans chaque conduite de liaison les chambres
d'entrée ou de sortie communiquent mutuellement par des ouvertures (11) ménagées dans
les parois des pochettes, les pochettes définissant un parcours pour le premier fluide
entre une conduite de liaison amont (12) adjacente à une première extrémité longitudinale
(4) de l'empilement et une conduite de liaison aval (15) adjacente à la seconde extrémité
longitudinale (5) de l'empilement, en passant alternativement d'une conduite de liaison
appartenant à l'une des boîtes collectrices à une conduite de liaison appartenant
à l'autre boîte collectrice, par l'intermédiaire de trajets en U dont chacun relie
entre elles les chambres d'entrée et de sortie d'une même pochette, les conduites
de liaison amont et aval étant reliées à des passages d'entrée et de sortie prévus
à l'une (5) desdites extrémités longitudinales, l'une (15) directement (23) et l'autre
(12) par l'intermédiaire d'une tubulure (22) traversant les ouvertures (11) de la
ou des conduites de liaison (14) interposées entre cette même extrémité (5) et ladite
autre conduite de liaison (12), caractérisé en ce que ladite tubulure est excentrée
par rapport auxdites ouvertures.
2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conduites
de liaison sont en nombre égal dans les deux boîtes collectrices, les conduites de
liaison amont (12) et aval (15) appartenant respectivement aux deux boîtes collectrices
(16,17).
3. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que
lesdites ouvertures sont allongées et que la tubulure est décalée dans la direction
de leur longueur par rapport aux centres des ouvertures.
4. Échangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites ouvertures
sont allongées dans la direction latérale et que la tubulure est décalée vers l'extérieur
de l'échangeur par rapport aux centres des ouvertures.
5. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce
que la tubulure est en contact avec le bord de chaque ouverture.
6. Échangeur de chaleur selon la revendication 5, rattachée à l'une des revendications
3 et 4, caractérisé en ce que la tubulure est en contact avec le bord de chaque ouverture
sensiblement au point de celui-ci le plus éloigné du centre.
7. Échangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tubulure présente
une section circulaire qui coïncide en partie avec une portion sensiblement semicirculaire
(31) du bord de l'ouverture.
8. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce
que la tubulure (22) alimente la conduite de liaison amont (12).
9. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce
que la tubulure est brasée aux bords des ouvertures.
10. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce
que les directions longitudinale et latérale sont sensiblement horizontales, les boîtes
collectrices étant disposées à la partie supérieure de l'échangeur.
11. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce
que pochettes sont formées chacune de deux plaques de tôle embouties en forme de cuvettes
(2, 3), dont les concavités sont tournées l'une vers l'autre et qui sont mutuellement
reliées de façon étanche à leur périphérie (6), les chambres d'entrée et de sortie
étant délimitées par des régions (7) des cuvettes de plus grande profondeur que les
régions restantes (8), de façon à réserver entre deux pochettes voisines, en regard
desdites régions restantes, un intervalle pour le passage du second fluide dans la
direction latérale, et lesdites ouvertures étant ménagées dans les fonds des cuvettes,
qui sont en contact mutuel étanche autour des ouvertures.
12. Échangeur de chaleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les deux cuvettes
de chaque pochette sont en outre reliées de façon étanche en une zone médiane (9)
de leur largeur et sur une fraction notable de leur longueur à partir d'un premier
bord d'extrémité (10), les deux branches dudit trajet en U s'étendant de part et d'autre
de ladite zone médiane, ainsi que lesdites régions (7) de plus grande profondeur des
cuvettes, disposées au voisinage dudit premier bord d'extrémité.