EP2294348B1

EP2294348B1 - Condenseur

Info

Publication number: EP2294348B1
Application number: EP09749869.5A
Authority: EP
Inventors: Anne-Sylvie Magnier-Cathenod; Jean-Sylvain Bernard; Carlos Martins
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2008-05-22
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: CN102084205A; FR2931542A1; WO2009141379A1; EP2294348A1; US9618280B2; CN102084205B; US20110108258A1; PL2294348T3

Description

L'invention se rapporte au domaine des condenseurs, notamment pour véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement un condenseur du type comprenant un empilement alterné de premières plaques et de secondes plaques munies respectivement de premières ondulations et de secondes ondulations pour définir, entre les plaques, des premiers canaux de circulation pour un premier fluide qui alternent avec des seconds canaux de circulation pour un second fluide.
Dans un tel condenseur, les premières plaques et les secondes plaques sont pourvues d'ouvertures traversantes alignées qui définissent des conduits pour permettre au premier fluide d'alimenter les premiers canaux de circulation et au second fluide d'alimenter les seconds canaux de circulation.
Un tel condenseur est généralement réalisé par brasage par assemblage étanche de bords relevés respectifs des de toutes les plaques.
Les condenseurs à plaques empilées sont également des condenseurs à eau, dans lesquels un fluide frigorigène est refroidi par de l'eau, habituellement l'eau de refroidissement du moteur.
Les plaques peuvent présenter différentes formes géometriques, par exemple rectangulaires, et elles sont généralement munies de reliefs destinés à être brasés mutuellement pour assurer la tenue mécanique. Ces reliefs servent aussi à perturber la circulation du fluide et à augmenter la surface d'échange thermique.
Dans la plupart des solutions connues, les plaques utilisées sont identiques ou symétriques, si bien que les premiers canaux de circulation et les seconds canaux de circulation présentent des sections de passage identiques.
Il est connu par ailleurs, d'après EP 1 630 510 , de prévoir des plaques empilées permettant d'avoir des sections de passage différentes pour les premiers et les seconds canaux de circulation, donc pour les deux fluides qui échangent de la chaleur entre eux.
La publication précitée enseigne pour cela de prévoir des plaques symétriques comportant des ondulations différentes, par exemple une grande ondulation alternant avec deux petites ondulations. Toutefois, dans cette solution connue, les petites ondulations ne passent jamais par la ligne neutre de la plaque, c'est-à-dire par le plan moyen de la plaque. Il en résulte que chaque petite ondulation ne vient pas en contact avec une autre petite ondulation, ce qui a pour effet que la tenue à la pression n'est assurée que par l'épaisseur de la plaque. Or ces échangeurs de chaleur à plaques peuvent dans certaines applications être traversés par des fluides fonctionnant à pression élevée, par exemple de l'ordre d'une centaine de bars, nécessitant une tenue mécanique à de telles valeurs de pression.
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités.
Elle vise principalement à procurer un condenseur du type précité qui permet d'adapter les sections de passage respectives des premiers canaux et des seconds canaux de circulation aux deux fluides utilisés, notamment en ce qui concerne leurs débits et leurs propriétés physiques.
L'invention vise encore à procurer un condenseur du type précité offrant une meilleure tenue à la pression de chacun des premiers canaux et des seconds canaux de circulation par une configuration appropriée des ondulations.
L'invention propose à cet effet un condenseur à plaques, comme défini en introduction, dans lequel les premières ondulations, sont distantes entre elles d'un premier pas P₁, tandis que les secondes ondulations sont distantes entre elles d'un second pas P₂, qui est différent du premier pas, ce qui permet aux premiers canaux et aux seconds canaux de définir respectivement une première section de passage et une seconde section de passage différentes adaptées respectivement au premier fluide et au second fluide.
Cette adaptation s'effectue ainsi par un choix approprié des valeurs du premier pas et du second pas.
Les premières ondulations sont en principe identiques entre elles et il en est de même pour les secondes ondulations, ce qui évite d'avoir à réaliser des ondulations différentes au sein d'une même plaque, comme c'est le cas dans la publication EP 1 630 510 précitée.
Ainsi, par le choix des valeurs des pas P₁ et P₂, il est possible d'adapter la section de passage des premiers canaux et celle des seconds canaux respectivement au premier fluide et au second fluide en fonction des propriétés de ces deux fluides.
La tenue à la pression des premiers et seconds canaux est assurée en faisant à chaque fois passer les ondulations par la ligne neutre des plaques respectives, notamment en prévoyant les ondulations d'un seul et même côté de ladite ligne neutre.
Dans la description détaillée qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :

la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un condenseur à plaques dans une première forme de réalisation de l'invention ;
la figure 2 est une vue en perspective d'une première plaque du condenseur de la figure 1 dont les ondulations sont droites et espacées d'un premier pas P₁ ;
la figure 3 est une vue en perspective d'une seconde plaque du condenseur de la figure 1 dont les ondulations sont droites et espacées d'un second pas P₂ ;
la figure 4 est une vue de côté d'un condenseur à plaques dans une deuxième forme de réalisation de l'invention ;
la figure 5 est une vue en perspective d'une première plaque du condenseur de la figure 4 dont les ondulations sont en chevron et espacées d'un premier pas P₁ ;
la figure 6 est une vue en coupe longitudinale de la première plaque de la figure 5 ;
la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une seconde plaque du condenseur de la figure 4 ;
la figure 8 est une vue en coupe, à échelle agrandie, selon la ligne VIII-VIII de la figure 4 ;
la figure 9 est une section partielle de la coupe de la figure 8 montrant une seconde plaque superposée au-dessus d'une première plaque ;
la figure 10 est une section partielle de la coupe de la figure 8 montrant une première plaque superposée au-dessus d'une seconde plaque ;
la figure 11 illustre les surfaces de brasage entre les plaques de la figure 9 ; et
la figure 12 illustre les surfaces de brasage entre les plaques de la figure 10.

Le condenseur 10 représenté à la figure 1 comprend un empilement alterné de premières plaque 12 et de secondes plaques 14 munies respectivement de premières ondulations 16 et de secondes ondulations 18. Cet empilement est compris entre deux plaques d'extrémité, à savoir une plaque inférieure 20, qui est fermée, et une plaque supérieure 22, qui est munie de deux tubulures 24 et 26 pour l'entrée et la sortie d'un premier fluide F₁ et de deux autres tubulures 28 et 30 pour l'entrée et la sortie d'un second fluide F₂.
La première plaque 12 (figure 2) comporte un fond plan 32, dans l'exemple de forme générale rectangulaire, définissant une ligne neutre par laquelle passent les premières ondulations 16. Toutes les ondulations passent par le fond 32.
Dans l'exemple, ces premières ondulations 16 se propagent en ligne droite parallèlement à une première direction D₁, laquelle s'étend obliquement par rapport aux côtés du rectangle que définit le fond 32 de la plaque. Dans la figure 2, les ondulations 16 sont identiques entre elles et espacées d'un premier pas P₁.
Le fond 32 est entouré d'un bord périphérique relevé 34, en forme de dépouille, pour permettre son assemblage à des bords relevés respectifs de secondes plaques adjacentes, comme on le verra plus loin.
Par ailleurs, le fond de la plaque comprend deux bossages 36 et 38 prévus le long d'un grand côté du rectangle et munis d'ouvertures respectives 40 et 42. Ces deux bossages sont plans et surélevés par rapport au plan que définit le fond 32 de la plaque. Le fond 32 comporte deux autres ouvertures 44 et 46 le long de l'autre grand côté, ces dernières étant ménagées directement dans le fond 32 de la plaque. Les ouvertures 40, 42, 44 et 46 sont réalisées circulaires.
La seconde plaque 14 est réalisée de façon homologue. Elle comporte un fond plan 48 définissant une ligne neutre par laquelle passent les secondes ondulations 18. Ces dernières se propagent en ligne droite parallèlement à une seconde direction D₂ qui s'étend obliquement par rapport aux côtés du rectangle que définit le fond 48. Les ondulations 18 sont parallèles entre elles et espacées d'un second pas P₂ qui est supérieur au pas P₁.
Comme dans le cas de la première plaque 12, la plaque 14 est entourée d'un bord périphérique relevé 50 en dépouille pour permettre un assemblage mutuel des plaques par emboîtement et brasage de leurs bords périphériques respectifs.
Les ondulations desdites premières et deuxièmes plaques présentent, par exemple, une hauteur, c'est-à-dire une dimension selon la direction perpendiculaire au plan d'extension desdites plaques, identique. L'angle d'emboîtement desdites plaques est ainsi le même pour toutes les plaques.
Le choix de la hauteur desdits bords périphériques est effectué en fonction de la valeur de l'angle d'emboîtement et de l'épaisseur de matière des plaques afin de permettre un emboîtement avec contact des bords périphériques relevés des plaques adjacentes lors de l'assemblage desdites plaques. La hauteur des ondulations est adaptée pour assurer un contact d'une plaque à l'autre sans toutefois limiter l'emboîtement afin d'assurer un angle d'emboîtement constant.
Le fond plan 48 comporte deux bossages 52 et 54 prévus le long d'un grand côté du rectangle et munis d'ouvertures respectives 56 et 58. Le fond 48 comprend par ailleurs deux ouvertures 60 et 62 aménagées le long de l'autre grand côté du rectangle, ces ouvertures étant réalisées directement dans le fond 48. Les ouvertures 56, 58, 60 et 62 sont réalisées circulaires. L'ensemble formé par les premières plaques et les secondes plaques ainsi que par les plaques d'extrémité peut être assemblé par brasage en une seule opération.
On définit ainsi une multiplicité de canaux alternés pour la circulation du premier fluide F₁ qui alternent avec une multiplicité de canaux de circulation pour le fluide F₂. La tubulure 24 vient dans le prolongement des ouvertures 40 et 60, qui sont alignées, pour définir un conduit d'alimentation. La tubulure 26 vient dans le prolongement des ouvertures 42 et 62, qui sont alignées, pour définir un conduit d'alimentation. La tubulure 28 vient dans le prolongement des ouvertures 46 et 58, qui sont alignées, pour définir un conduit d'alimentation. Enfin la tubulure 30 vient dans le prolongement des ouvertures 44 et 56, qui sont alignées, pour définir un conduit d'alimentation.
Dans l'empilement, les ondulations 16 d'une première plaque viennent à chaque fois s'intersecter avec les ondulations 18 des secondes plaques adjacentes, si bien que les premières ondulations et les secondes ondulations se croisent et viennent en contact entre elles par des sommets respectifs. Ces sommets sont brasés lors de l'opération de brasage, assurant ainsi une meilleure tenue mécanique des plaques à la pression.
Du fait que les pas P₁ et P₂ sont différents, les sections de passage définies par les premiers canaux et les seconds canaux sont différentes et peuvent être adaptées par un choix approprié des valeurs des pas P₁ et P₂. Avantageusement, le rapport P₁/P₂ entre le premier pas P₁ et le second pas P₂ est compris entre 1 et 6 avec P1 P2. Avantageusement, ce rapport est un nombre fractionnaire, par exemple ½, 2/3, etc..
Dans l'exemple de la figure 1, ce rapport est de ½.
La différence des sections de passage des canaux de circulation sera davantage expliquée avec le deuxième mode de réalisation des figures 4 à 12.
Dans ce second mode de réalisation, les éléments homologues à ceux du premier mode de réalisation sont désignés par les mêmes références numériques augmentées de 100.
La figure 4 est une vue de côté de l'échangeur de chaleur 110 du second mode de réalisation.
La figure 5 montre une première plaque 112 qui est homologue à la plaque 12 de la figure 2, la principale différence étant que les ondulations 116 se propagent en chevron, c'est-à-dire qu'elles présentent des formes en V emboîtées les unes dans les autres. Ces ondulations sont identiques entre elles et espacées d'un pas P₁ comme on le voit sur la figure 5 et comme on le voit aussi sur la coupe de la figure 6. Les ondulations 116 passent par la ligne neutre que définit le fond 132 de la plaque 116.
La seconde plaque 114 n'est pas représentée en perspective, mais seulement en coupe sur la figure 7. Elle comprend des secondes ondulations 118 qui se propagent en chevron mais avec une orientation différente de celle des ondulations 116 de la plaque 112. En effet, les chevrons respectifs de des plaques 112 et L14 se propagent dans des directions mutuellement opposées en sorte que les premières ondulations et les secondes ondulations se croisent et soient en contact par des sommets respectifs. Ces sommets respectifs sont destinés à être brasés lors du brasage de l'empilement des plaques pour assurer une meilleure tenue mécanique.
Comme on le voit sur la vue en coupe de la figure 7, les ondulations 118 sont distantes entre elles d'un second pas P₂ qui, dans l'exemple est le double du pas P₁. Il en résulte que le rapport P₁ sur P₂ est aussi de ½ comme dans la première forme de réalisation.
La vue en coupe de la figure 8 montre l'empilement alterné des plaques 112 et 114, entre une plaque inférieure 120 et une plaque supérieure 122 qui porte les tubulures 124, 126, 128 et 130 (voir aussi la figure 4). La figure 8 montre aussi les sections de passage des canaux de circulation respectifs définis entre les plaques 112 et 114.
La figure 9 montre une première plaque 112 avec des ondulations 116 espacés d'un pas P₁, sur laquelle est placée une seconde plaque 114 avec des ondulations 118 espacées d'un pas P₂. On voit que les ondulations 116 et 118 viennent se contacter par leurs sommets respectifs, une fois sur trois pour les ondulations 116 et une fois sur deux pour les ondulations 118, et cela grâce au choix du rapport P₁/P₂. Entre les plaques 112 et 114, sont définis des premiers canaux de circulation C₁ dont la section de passage S₁ est matérialisée par des hachures.
La figure 10 montre la configuration inversée dans laquelle la première plaque 112 est disposée au-dessus d'une seconde plaque 114. Dans ce cas, on définit entre ces plaques des seconds canaux de circulation C₂ dont la section de passage S₂ est matérialisée par des hachures. On voit, par une comparaison des figures 9 et 10, que la section de passage S₁ des premiers canaux C₁ (figure 9) est supérieure à la section de passage S₂ des seconds canaux C₂ (figure 10). Ainsi, par un choix approprié des valeurs des pas P₁ et P₂, on peut faire varier les valeurs de ces sections de passage et les adapter au fluide considéré.
Par exemple, dans le cas d'un condenseur parcouru par un fluide frigorigène sous haute pression (typiquement de 110 bars) et par de l'eau de refroidissement sous basse pression (typiquement de 1 à 2 bars), on fera passer le fluide frigorigène par la section de passage la plus faible, c'est-à-dire par les canaux C₂ (figure 10). En revanche, le fluide fonctionnant à pression plus basse, ici l'eau, passera par la section de passage la plus grande, c'est-à-dire par les canaux de passage C₁ (figure 9). L'eau correspond dans ce cas au fluide F₁ amené par la tubulure 124 et évacué par la tubulure 126, tandis que le fluide frigorigène correspond alors au fluide F₂ amené par la tubulure 128 et évacué par la tubulure 130. Ainsi, celle de la première section de passage S₁ et de la seconde section de passage S₂ qui est la plus petite est adaptée à celui du premier fluide F₁ et du second fluide F₂ qui fonctionne à la pression la plus élevée.
La figure 11 montre les surfaces de brasage SB₁ entrent les plaques 112 et 114 dans la configuration de la figure 9, tandis que la figure 12 montre les surfaces de brasage SB₂ entre la première plaque 112 et la deuxième plaque 114 dans la configuration de la figure 10.
Dans les surfaces SB₁ de la figure 11 sont plus limitées que les surfaces SB₂ de la figure 12. Le fluide à plus basse pression, ici le fluide F₁, peut se propager entre les surfaces de brasage SB₁ comme représenté par la flèche de la figure 11.
Par contre, dans le cas de la figure 12, le fluide F₂ à plus haute pression peut se propager entre les surfaces de brasage SB₂ comme montré par la flèche.
Dans le cas de la figure 11, les surfaces de brasage sont plus limitées et les sections de passage.plus étendues, ce qui permet le passage d'un fluide à plus basse pression.
Inversement, dans le cas de la figure 12, les surfaces de brasage sont plus étendues, ce qui permet une meilleure résistance à la pression pour le passage d'un fluide à plus haute pression.
L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation, notamment en ce qui concerne la forme générale des plaques, la forme et les pas respectifs des ondulations des différentes plaques.
L'invention trouve une application préférentielle aux condenseurs pour véhicules automobiles, et notamment aux condenseurs parcourus par un fluide frigorigène et refroidis par de l'eau.

Claims

Condenseur apte à être traversé par un fluide frigorigène et un fluide de refroidissement comprenant un empilement alterné de premières plaques (12 ; 112) et de secondes plaques (14 ; 114) munies respectivement de premières ondulations (16 ; 116) et de secondes ondulations (18 ; 118) pour définir, entre les plaques, des premiers canaux de circulation (C₁) pour un premier fluide (F₁) qui alternent avec des seconds canaux de circulation (C₂) pour un second fluide (F₂),
les premières ondulations (16 ; 116) étant distantes entre elles d'un premier pas (P₁) tandis que les secondes ondulations (18 ; 118) sont distantes entre elles d'un second pas (P₂), qui est différent du premier pas (P₁), ce qui permet aux premiers canaux (C₁) et aux seconds canaux (C₂) de définir respectivement une première section de passage (S₁) et une seconde section de passage (S₂) différentes adaptées au premier fluide (F₁) et au second fluide (F₂),
les premières ondulations (16 ; 116) des premières plaques (12;112) venant s'intersecter avec les secondes ondulations (18 ; 118) des secondes plaques (14;114) adjacentes de manière à ce que les premières ondulations (16;116) et les secondes ondulations (18;118) se croisent et viennent en contact entre elles par des sommets respectifs, les sommets étant brasés,
où la première section de passage (S₁) et la seconde section de passage (S₂) qui est la plus petite sont adaptées au premier fluide (F₁) et au second fluide (F₂) qui fonctionne à la pression la plus élevée et où les surfaces de brasage (SB₂) entre une première plaque (12 ; 112) et une seconde plaque (14 ; 114) définissant lesdits seconds canaux (C₂) sont plus étendues que les surfaces de brasages (SB₁) entre une première plaque (12 ; 112) et une seconde plaque (14 ; 114) définissant lesdits premiers canaux (C₁), ce qui permet une meilleure résistance à la pression pour le passage d'un fluide à haute pression dans les seconds canaux (C₂).
Condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première plaque (12 ; 112) comporte un fond plan (32 ; 132) définissant une ligne neutre par laquelle passent les premières ondulations (16 ; 116).
Condenseur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la seconde plaque (14 ; 114) comporte un fond plan (48 ; 148) définissant une ligne neutre par laquelle passent les secondes ondulations (18 ; 118).
Condenseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les premières ondulations (16) se propagent en ligne droite parallèlement à une première direction (D₁) et en ce que les secondes ondulations (18) se propagent en ligne droite parallèlement à une seconde direction (D₂), s'étendant angulairement par rapport à la première direction (D1), en sorte que les premières ondulations et les secondes ondulations se croisent et soient en contact par des sommets respectifs.
Condenseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les premières ondulations (116) se propagent en chevrons et en ce que les secondes ondulations (118) se propagent en chevrons dans des directions mutuellement opposées, en sorte que les premières ondulations et les secondes ondulations se croisent et soient en contact par des sommets respectifs.
Condenseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le rapport (P_1/P₂) entre le premier pas (P₁) et le second pas (P₂) est compris entre 1 et 6, avec P₁ < P₂.
Condenseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rapport (P₁/P₂) entre le premier pas (P₁) et le second pas (P₂) est un nombre fractionnaire, par exemple 1/2, 2/3, etc.
Condenseur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les premières plaques (12 ; 112) et les secondes plaques (14 ; 114) sont munies chacune d'un bord périphérique relevé (34 ; 134 ; 50 ; 150) en dépouille pour permettre un assemblage mutuel des plaques par emboîtement et brasage de leurs bords périphériques respectifs.
Condenseur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les premières plaques (12 ; 112) et les secondes plaques (14 ; 114) sont de forme générale rectangulaire.
Condenseur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les premières plaques (12 ; 112) et les secondes plaques (14 ; 114) sont munies d'ouvertures (40, 42, 44, 46 ; 56, 58, 60, 62 ; 140, 142, 144, 146 ; 156, 158, 160, 162) pour le passage du premier fluide (F₁) et du second fluide (F₂).
Condenseur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une première plaque d'extrémité (20 ; 120) fermée et une seconde plaque d'extrémité (22 ; 12) munie de deux tubulures (24, 26 ; 124, 126) pour l'entrée et la sortie du premier fluide (F₁) et de deux autres tubulures (28, 30 ; 128, 130) pour l'entrée et la sortie du second fluide (F₂).