Plaque d'échangeur de chaleur

Abstract

 L'invention concerne une plaque pour tube plat (2) d'échangeur de chaleur (1) réalisée à partir d'une tôle de métal emboutie comportant un bord périphérique (30) contenu dans un plan (P) et formant une zone de liaison (42). La plaque (4) comprend au moins une paroi (40) s'étendant perpendiculairement au plan (P).

Description

[0001] L'invention concerne une plaque entrant dans la réalisation d'un échangeur de chaleur pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide.

[0002] Plus particulièrement, l'échangeur de chaleur comprend un empilement de pochettes ou tubes identiques dans lesquelles circule un premier fluide, formés chacun de deux plaques de tôle de métal embouties en forme de cuvettes selon la présente invention. Les plaques sont agencées de telle façon que leurs concavités sont tournées l'une vers l'autre. Par ailleurs, les plaques sont mutuellement reliées de façon étanche à leur périphérie, notamment par brasage.

[0003] Un tel échangeur de chaleur est couramment utilisé comme évaporateur dans un circuit de fluide réfrigérant pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, ce fluide réfrigérant constituant le premier fluide et le second fluide étant de l'air atmosphérique, ou comme radiateur de chauffage dans un circuit de fluide caloporteur pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, ce fluide caloporteur constituant le premier fluide et le second fluide étant de l'air atmosphérique.

[0004] L'air atmosphérique traversant les échangeurs de chaleur est chargé de particules, notamment d'eau et/ou d'impuretés.

[0005] A la traversé des échangeurs de chaleurs, les particules viennent en contact avec les surfaces des plaques constituant les pochettes ou tubes. En particulier, de telles particules viennent en contact avec les zones de contacts étanches entre deux plaques.

[0006] Une telle manifestation contribue à un phénomène de corrosion des plaques.

[0007] Cela est particulièrement dommageable au niveau des zones de contact étanches entre les plaques car cela entraîne une perte d'étanchéité. Ceci a pour conséquence des fuites du fluide (fluide réfrigérant ou fluide caloporteur).

[0008] L'objet de l'invention est donc de proposer un nouveau type de plaques pour échangeurs de chaleur surmontant les inconvénients précités.

[0009] L'invention prévoit donc un plaque pour tube plat d'échangeur de chaleur réalisée à partir d'une tôle de métal emboutie comportant un bord périphérique contenu dans un plan et formant une zone de liaison. Selon la présente invention, la plaque comprend au moins une paroi s'étendant perpendiculairement au plan.

[0010] Une telle paroi permet d'assurer une protection de la jonction entre deux plaques formant un tube d'échangeur de chaleur. En effet, lors de l'assemblage de deux plaques entre elles, la paroi d'une des plaques vient recouvrir la zone de jonction entre les plaques et ainsi isoler cette zone des éléments extérieurs, en particulier les gouttes d'eau, les particules métalliques, ...

[0011] De même, une telle paroi permet de rigidifier la plaque en créant une nervure venant s'opposer au pliage éventuel de cette dernière. Elle présente un avantage tout particulier dans la réduction de la masse et des dimensions générales des échangeurs de chaleur par l'emploi de tôles métalliques d'épaisseurs plus faible pour le formage des plaques.

[0012] De façon préférentielle, la plaque comporte un premier et un deuxième grands cotés et un premier et un second petits cotés. Selon un exemple de réalisation, la paroi est agencée sur au moins une partie du premier grand coté. De façon avantageuse, la paroi s'étend sur toute la longueur du premier grand coté.

[0013] Dans un mode de réalisation complémentaire de l'invention,la paroi est également agencée sur au moins une partie du premier et/ou du deuxième petit(s) coté(s).

[0014] De manière avantageuse,la plaque présente un plan de symétrie perpendiculaire aux grands cotés.

[0015] De préférence, la tôle de métal emboutie a une épaisseur inférieure ou égale à 0.35 mm.

[0016] La présente invention couvre également un tube pour échangeur de chaleur composé d'au moins première plaque telle que précédemment détaillée. De façon alternative, le tube pour échangeur de chaleur est composé d'une première et d'une deuxième plaques telles que précédemment détaillées.

[0017] Un mode de réalisation particulièrement avantageux de cette alternative consiste en ce que la première et la deuxième plaques sont disposées de telle façon que le premier grand coté de la première plaque coopère avec le deuxième grand coté de la deuxième plaque.

[0018] Enfin, la présente invention porte aussi sur un échangeur de chaleur comprenant au moins un tube plat tel que précédemment détaillé.

[0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après faite seulement à titre d'exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :

• la figure 1 est une vue de face d'un échangeur de chaleur constitué d'un empilement de plaques selon la présente invention,
• la figure 2 est une vue en perspective d'une plaque selon un premier mode de réalisation de la présente invention,
• la figure 3 est une vue de détail de la partie supérieure d'une plaque de la figure 1,
• la figure 4 est une vue de détail de la partie inférieure d'une plaque de la figure 1,
• la figure 5 est une vue en coupe selon la section V-V de la figure 1 de l'échangeur de chaleur selon la présente invention,
• la figure 5a est une vue de détail de la zone de jonction de tubes selon la présente invention,
• la figure 6 est une vue de détail de la partie supérieure de l'échangeur de chaleur selon la présente invention,
• la figure 7 est une vue en perspective d'une plaque selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention, et
• la figure 8 est une vue en perspective d'une plaque selon une variante de réalisation d'une plaque selon la figure 7.

[0020] Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.

[0021] La figure 1 représente, vu en perspective, un échangeur de chaleur 1. L'échangeur de chaleur 1 est du type à plaques, comprenant un empilement de tubes plats 2, chacun étant constitué d'une paire de plaques 4 en regard réunies entre elles. Les plaques 4 assemblées définissent entre elles un passage 6 pour l'écoulement d'un fluide, en particulier un fluide réfrigérant d'une boucle de climatisation ou un fluide caloporteur d'une bouche de chauffage. Chaque plaque 4 comportant des ouvertures formant une entrée de fluide 8 pour introduire du fluide dans le passage 6 d'écoulement du fluide et une sortie de fluide 10 pour décharger le fluide à partir du passage 6 d'écoulement du fluide.

[0022] La plaque 4 comporte également une nervure 14 centrale sur la surface de sa paroi intérieure qui forment une saillie dans le passage 6 d'écoulement du fluide. La nervure 14 de la première plaque 4 formant le tube plat 2 est maintenue en contact avec la nervure 14 en regard de la deuxième plaque 4 formant le tube plat 2 afin de créer une séparation dans le passage 6 d'écoulement du fluide pour la circulation du fluide entre l'entrée de fluide 8 et la sortie de fluide 10 formant ainsi une circulation en 'U'.

[0023] De plus, la plaque 4 comprend une multitude de saillies 12 sur la surface de sa paroi intérieure qui forment des excroissances dans le passage 6 d'écoulement du fluide. Les saillies 12 de chacune des plaques 4 sont disposées en rangées qui s'étendent dans le sens du passage d'écoulement du fluide. De façon préférentielle, les saillies 12 d'une plaque 4 de chaque paire de plaques 4 sont maintenues en contact avec les nervures en regard de l'autre plaque 4.

[0024] Selon une variante de réalisation, telle que représentée en figures 7 et 8, les plaques 4 ne comportent pas de saillies 12 et sont lisses.

[0025] L'échangeur de chaleur 1 s'étend sur une hauteur H selon une direction z, une largeur L selon une direction x et une profondeur P selon une direction y. Les directions x, y et z forment une dièdre direct.

[0026] L'échangeur de chaleur 1 comprend une série de tubes plats 2 disposés en alternance sur la largeur L avec des intercalaires 16 selon la direction x.

[0027] Les tubes plats 2 s'étendent sur la hauteur H. Sur une majeure partie de cette hauteur, les passages 6 des tubes plats 2 présentent une épaisseur sensiblement constante 'e' formée par l'intervalle entre deux plaques 4 d'une même paire.

[0028] L'échangeur de chaleur 1 comportent au niveau de l'entrée de fluide 8 et de la sortie de fluide 10 des renflements 18 d'une épaisseur supérieure à l'épaisseur 'e' des passages 6 des tubes plats 2. Le renflement 18 d'une plaque 4 forment avec le renflement 18 de la plaque 4 d'une même paire de plaques 4 un espace de circulation de fluide faisant fonction de collecteur d'entrée de fluide et de collecteur de sortie de fluide.

[0029] Chaque collecteur d'entrée d'une paire de plaques 4 est en contact avec le collecteur d'entrée d'une paire de plaques 4 voisine dans la direction x. De façon similaire, chaque collecteur de sortie d'une paire de plaques 4 est en contact avec le collecteur de sortie d'une paire de plaques 4 voisine dans la direction x. Un tel agencement permet de créer la circulation en passe dans l'échangeur de chaleur 1.

[0030] L'empilement de tubes plats 2 crée, entre deux paires de plaques 4 voisines dans la direction x, un intervalle. Chacun de ces intervalles est garni d'un intercalaire 16 formé à partir d'une feuille mince ondulée conductrice de la chaleur, dont les crêtes sont en contact alternativement avec les deux plaques 4 des tubes plats 2 délimitant l'intervalle. De façon connue, un flux d'air 50, représenté sur la figure 5, peut circuler dans les intervalles agencés entre deux paires de plaques 4 voisines dans la direction x, à travers les intercalaires 16, pour échanger de la chaleur, avec le fluide circulant dans les passages 6 des tubes plats 2

[0031] Un faisceau de l'échangeur de chaleur 1 est formé par l'empilement de tubes plats 2 en alternance avec les intercalaires 16. Le faisceau est terminé, dans la direction x, par deux plaques d'extrémité 20.

[0032] L'ensemble constitué par les tubes plats 2, les intercalaires 16 et les plaques d'extrémités 20 est solidarisé afin de constituer un élément unitaire formant le faisceau de l'échangeur de chaleur 1. La solidarisation de l'ensemble est réalisé, par exemple, par brasage.

[0033] La connexion de l'échangeur de chaleur 1 à un circuit de fluide auquel il est intégré se fait par des tuyaux 24, généralement en aluminium, débouchant respectivement dans le collecteur d'entrée et le collecteur de sortie de l'échangeur de chaleur 1. Les tuyaux 24 sont maintenus solidaire du faisceau de l'échangeur de chaleur 1, notamment par brasage. Les tuyaux 24 sont reliés au circuit de fluide par des organes de connexion 22.

[0034] On se réfère dorénavant aux figures 2 à 4 qui présentent une plaque 4 selon la présente invention.

[0035] Tous les tubes plats 2 sont identiques et sont constitués par deux plaques 4 réalisées à partir de tôle embouties en forme de cuvettes. La tôle formant la plaque 4 est d'une épaisseur 'th'. Il est particulièrement avantageux que l'épaisseur 'th' de la tôle formant la plaque 4 soit inférieure ou égale à 0.35 mm. Chaque plaque 4 est formée de deux grands cotés 26 s'étendant sur une hauteur H dans la direction z reliés par deux petits cotés 28 s'étendant sur une profondeur P dans la direction y.

[0036] Chaque plaque 4 comporte un bord périphérique 30 formant un contour de la plaque 4 s'étendant au niveau des grands cotés 26 dans la direction y et au niveau des petits cotés 28 dans la direction z. Le bord périphérique 30 est contenu dans un plan P.

[0037] Le plan P est tel généralement parallèle au plan contenant la paroi intérieure de la plaque 4 et est distant de ce plan d'une distance sensiblement égale à la moitié de l'épaisseur 'e' des passages 6 des tubes plats 2. Le plan P contient le bord périphérique 30 de la plaque 4.

[0038] Lors de l'assemblage d'une première et d'une deuxième plaques 4 entre elles pour former un tube plat 2, le plan P de la première plaque 4 est confondu avec le plan P de la deuxième plaque 4.

[0039] Chaque plaque 4 d'une même paire de plaques 4 sont réunies entre elles de façon étanche sur tout leur contour au niveau de leur bord périphérique 30 respectif pour définir passage 6 pour l'écoulement d'un fluide.

[0040] La plaque 2 comporte également une paroi 40 s'étendant depuis le bord périphérique 30. La paroi 40 n'est pas contenue dans le plan P. De façon préférentielle, la paroi 40 est perpendiculaire au plan P et s'étend dans la direction x à l'opposée de la paroi intérieure de la plaque 4.

[0041] La paroi 40 s'étend dans la direction x d'une hauteur 'f'. La hauteur 'f' est supérieure ou égale à l'épaisseur 'th' de la tôle de la plaque 4.

[0042] La paroi 40 s'étend sur un des grands cotés 26 sur au moins une partie de la hauteur H de la plaque 4. De façon complémentaire et particulièrement avantageuse, la paroi 40 s'étend sur les petits cotés 28 sur une partie de la profondeur P de la plaque 4.

[0043] De façon préférentielle, la paroi 40 s'étend sur toute la hauteur H de la plaque 4. De même, elle s'étend de façon particulièrement intéressante sur la moitié de la profondeur P de la plaque 4.

[0044] Selon l'exemple de réalisation décrit, la paroi 40 est continue le long du bord périphérique 30 de la plaque 4. Toutefois, selon une variante non représentée, il est envisageable que la paroi 40 soit scindée en trois tronçons disposés respectivement sur un des grands cotés 26 et les deux petits côtés 28.

[0045] Enfin, selon un autre mode de réalisation, la paroi 40 s'étend uniquement sur un des grands cotés 26 de la plaque 4.

[0046] L'exemple décrit prévoit que chacune des deux plaques 4 constituant le tube plat 4 comprennent une paroi 40. Néanmoins, il est envisageable qu'une seule des plaques 4 comprenne une paroi 40 s'étendant sur tout ou partie du contour du bord périphérique 30 de cette dernière.

[0047] La figure 5 est une vue en coupe selon la section V-V de la figure 1 de l'échangeur de chaleur 1 et la figure 5a présente est une vue de détail de la zone de jonction de tubes d'un échangeur de chaleur 1.

[0048] Les tubes plats 2 sont constituées par l'assemblage de deux plaques 4 entre elles. Les plaques 4 sont réunies sur leur contour au niveau de leur bord périphérique 30 respectif afin de former une zone de liaison 42. Cette dernière s'étend sur tout le contour extérieur du tube plat 2.

[0049] La zone de liaison 42 assure la fermeture étanche des tubes plats 2 et, plus particulièrement, des passages 6 de fluide vis-à-vis de l'extérieur. Notamment, la zone de liaison 42 constitue un interface étanche au flux d'air 50 pour le fluide circulant dans les tubes plats 2.

[0050] Comme le montrent les figure 5 et 5a, la paroi 40 vient recouvrir la zone de liaison 42. Ainsi, la paroi 40 constitue une protection de la zone de liaison 42 vis-à-vis du flux d'air 50.

[0051] Le flux d'air 50 est chargé de particules, en particulier de l'eau ou de métal tel que du cuivre. La paroi 40 évite tout contact direct entre la zone de liaison 42 et le flux d'air 50. Les risques liés aux particules du flux d'air 50, notamment la corrosion, sont réduits. On diminue ainsi les risques de corrosion et donc les risques de fuite des tubes plats.

[0052] De plus, la paroi 40 permet également d'améliorer la rigidité de la plaque 4. Ainsi, la paroi 40 constitue une nervure de rigidification de la plaque 4. Ceci est particulièrement avantageux dans la cadre de réduction de l'épaisseur de la plaque 4. La paroi 40 permet donc, une fois assemblée à une autre plaque 40, de définir un tube 2 particulièrement rigide. Cette propriété se répercute sur la tenue mécanique du faisceau de l'échangeur de chaleur 1 et contribue à la résistance mécanique de ce dernier.

[0053] La figure 6 est une vue de détail de la partie supérieure de l'échangeur de chaleur 1. Comme présentée sur la figure 6, chaque zone de liaison 42 d'une paire de plaques 4 est recouverte par la paroi 40. Ainsi, le flux d'air 50 vient en contact avec la paroi 40. La zone de liaison 42 est donc protégée du flux d"air.

[0054] Selon la présente invention, l'étanchéité de l'assemblage des tubes plats 4 est garantie.

[0055] Selon un deuxième exemple de réalisation de la présente invention tel que représenté en figures 7 et 8, la plaque 4 comporte un plan de symétrie perpendiculaire aux grands cotés 26. De fait, la plaque 4 comporte, en complément des ouvertures formant l'entrée de fluide 8 et la sortie de fluide 10 disposées en partie supérieure de la plaque 4, des ouvertures en partie inférieure de la plaque 4 afin de réaliser la communication avec des paires de plaques voisines.

[0056] La plaque 4 du deuxième mode de réalisation est de structure identique à la plaque 4 du premier mode de réalisation. Elle se différencie par la présence deux série d'ouvertures 110, 120, 160 et 180 disposées aux deux extrémités de la plaque 4.

[0057] Ainsi, la plaque 4 de la figure 7 présente deux canaux 240 et 220 mettant en relation fluidique respectivement une première ouverture 110 d'une première extrémité de la plaque 4 avec une première ouverture 160 d'une deuxième extrémité de la plaque 4 et une deuxième ouverture 120 de la première extrémité de la plaque 4 avec une deuxième ouverture 180 de la deuxième extrémité de la plaque 4. Les canaux 220 et 240 sont séparés par une nervure 140 centrale.

[0058] Selon ce second mode de réalisation, la plaque 4 est telle que le tube plat 2 est formé de deux plaques 4 identiques agencées tête-bêche. De fait, le canal 220 d'une première plaque 4 constituant le tube plat 2 fait face au canal 240 de la deuxième plaque 4 constituant le tube plat 2 et réciproquement. L'étanchéité entre les deux passages de fluides ainsi créés dans le tube 2 est réalisée la mise en contact des nervures 140 respectives des plaques 4 formant le tube plat 2.

[0059] Ce second mode de réalisation présente l'avantage additionnel de permettre la fabrication d'un seul modèle de plaques 4 qui seront utilisées pour la production de tubes plats 2 et d'échangeurs de chaleur 1. Elle présente donc un bénéfice important d'un point de vue de la standardisation et des cadences de production.

[0060] Cela permet donc de réduite les coûts de fabrication en produisant en masse la même plaque 4.

[0061] Enfin, la figure 8 est une vue en perspective d'une plaque selon une variante de réalisation d'une plaque telle que décrite en relation avec la figure 7. Cette alternative de réalisation se distingue par la présence d'encoches 210 ménagées dans la paroi 40 de la plaque 4. Selon l'exemple de la figure 8, la paroi 40 comprend deux encoches 210. Ce nombre est en rien limitatif.

[0062] En regard de chaque encoche 210, se trouvent des ergots 200 managées en vis-à-vis des encoches 210 par symétrie par rapport à un plan passant par la nervure 140 et perpendiculaire au plan général de la plaque 4.

[0063] Lors de l'assemblage de deux plaques 4 pour former un tube 2, les encoches 210 d'une première plaque 4 viennent en coopération avec les ergots 200 de la deuxième plaque 4 et réciproquement afin de faciliter l'assemblage et la cohésion des plaques 4 entre elles.

[0064] Les ergots 200 servent de pattes de sertissage et permettent de fermer le contour périphérique du tube plat 4.

[0065] Le premier exemple préférentiel de réalisation a été décrit avec des plaques formant des tubes ayant une circulation de fluide en 'U'. Le deuxième exemple de réalisation couvre les plaques pour tube plat formant une circulation en 'I'.

[0066] Selon des alternatives de réalisation possibles des exemples décrits précédemment, il est possible d'insérer un intercalaire entre les plaques constitutives des tubes plats. Ces intercalaires sont disposés dans les passages de fluide. Cela est particulièrement adapté pour les tubes réalisés à partir de plaques selon le deuxième mode de réalisation selon les figures 7 et 8.

[0067] La présente invention trouve une application toute particulière dès lors que doit être développée un échangeur de chaleur, par exemple pour une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation destiné à des véhicules automobiles. Notamment, la présente invention est particulièrement adaptée échangeurs de chaleurs de type radiateurs de chauffage ou de refroidissement, aux évaporateurs, aux condenseurs ou refroidisseurs de gaz intégrés dans une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un véhicule automobile.

[0068] Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple et englobe d'autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre des revendications et notamment toutes combinaisons des différents modes de réalisation décrits précédemment.

Revendications

1. Plaque pour tube plat (2) d'échangeur de chaleur (1) réalisée à partir d'une tôle de métal emboutie comportant un bord périphérique (30) contenu dans un plan (P) et formant une zone de liaison (42)
caractérisée en ce que la plaque (4) comprend au moins une paroi (40) s'étendant perpendiculairement au plan (P) contenant le bord périphérique (30).

2. Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que, la plaque (4) comportant un premier et un deuxième grands cotés (26) et un premier et un second petits cotés (28), la paroi (40) est agencée sur au moins une partie du premier grand coté (26).

3. Plaque selon la revendication 2, caractérisée en ce que la paroi (40) est agencée sur toute la longueur du premier grand coté (26).

4. Plaque selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la paroi (4) est agencée sur au moins une partie du premier et/ou du deuxième petit(s) coté(s) (28).

5. Plaque selon l'une des revendications précédentes,
caractérisée en ce que la plaque (4) présente un plan de symétrie disposé perpendiculairement aux grands cotés (26).

6. Plaque selon l'une des revendications précédentes,
caractérisée en ce que la tôle de métal emboutie a une épaisseur (th) inférieure ou égale à 0.35 mm.

7. Plaque selon l'une des revendications précédentes,
caractérisée en ce que la tôle de métal emboutie comporte au moins un ergot (200) et au moins une encoche (210) disposés sur le bord périphérique (30) du tube plat (4).

8. Tube plat (2) pour échangeur de chaleur (1),
caractérisé en ce qu'il est composé d'au moins une première plaque (4) selon l'une des revendications selon l'une des revendications 1 à 7.

9. Tube plat pour échangeur de chaleur (1),
caractérisé en ce qu'il est composé d'une première et d'une deuxième plaques (4) selon l'une des revendications selon l'une des revendications 1 à 7.

10. Tube plat pour échangeur de chaleur (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce la première et la deuxième plaques (4) sont disposées de telle façon que le premier grand coté (26) de la première plaque (4) coopère avec le deuxième grand coté (26) de la deuxième plaque (4).

11. Echangeur de chaleur (1) comprenant au moins un tube plat selon l'une des revendications 8 à 10.

Dessins