FR2825793A1 - Panel heat exchanger for motor vehicle air conditioning has stacked panels with slotted inlet tube having porous diffuser tube - Google Patents
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Abstract
Description
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Évaporateur à plaques présentant un traiet de fuite pour le fluide réfrigérant L'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment un évaporateur pour un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile. The invention relates to a heat exchanger, in particular an evaporator for an air conditioning device for the passenger compartment of a motor vehicle.
Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur constitué par un empilement de plaques embouties groupées par paires dont chacune délimite une chambre d'entrée et une chambre de sortie pour un fluide, reliées entre elles par un trajet défini entre les deux plaques de la paire, les chambres d'entrée et les chambres de sortie des paires de plaques étant groupées en deux rangées s'étendant selon une direction longitudinale de l'empilement pour constituer au moins trois conduites de liaison communiquant entre elles par les trajets définis entre les plaques, les chambres d'entrée ou de sortie de chaque conduite de liaison communiquant mutuellement entre elles par des ouvertures ménagées dans les parois des plaques, les conduites de liaison et lesdits trajets définissant un parcours pour le fluide entre une conduite de liaison amont adjacente à une première extrémité longitudinale de l'empilement et une conduite de liaison aval adjacente à une seconde extrémité longitudinale de l'empilement, la conduite de liaison amont étant reliée à une tubulure d'entrée s'étendant à partir de la seconde extrémité de l'empilement et traversant les ouvertures des plaques de la ou des conduites de liaison interposées entre ladite seconde extrémité et la conduite de liaison amont. It relates more particularly to a heat exchanger constituted by a stack of stamped plates grouped in pairs, each of which delimits an inlet chamber and an outlet chamber for a fluid, connected together by a path defined between the two plates of the pair, the inlet chambers and the outlet chambers of the pairs of plates being grouped in two rows extending in a longitudinal direction of the stack to constitute at least three connecting pipes communicating with each other by the paths defined between the plates, the inlet or outlet chambers of each connecting pipe communicating with each other through openings in the walls of the plates, the connecting pipes and said paths defining a path for the fluid between an upstream connecting pipe adjacent to a first end longitudinal of the stack and a downstream connecting pipe adjacent to a second extr longitudinal mite of the stack, the upstream connecting pipe being connected to an inlet pipe extending from the second end of the stack and passing through the openings of the plates of the connecting pipe or pipes interposed between said second end and the upstream connecting pipe.
Lorsqu'un échangeur de ce type est utilisé comme évaporateur de climatisation, particulièrement de l'habitacle d'un véhicule automobile, il sert à refroidir un flux d'air atmosphérique qui traverse l'évaporateur en cédant sa chaleur à un fluide réfrigérant qui pénètre dans l'échangeur à l'état liquide et en ressort à l'état de vapeur. When an exchanger of this type is used as an air conditioning evaporator, particularly in the passenger compartment of a motor vehicle, it is used to cool an atmospheric air flow which passes through the evaporator by transferring its heat to a cooling fluid which penetrates in the exchanger in the liquid state and comes out in the vapor state.
Un tel évaporateur est décrit notamment dans EP 0 911 595 A. Such an evaporator is described in particular in EP 0 911 595 A.
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Il est connu par ailleurs d'alimenter en fluide réfrigérant une conduite de liaison proche de la seconde extrémité longitudinale de l'évaporateur par un ou deux orifices prévus dans la tubulure qui la traverse. It is also known to supply coolant to a connecting pipe close to the second longitudinal end of the evaporator through one or two orifices provided in the tubing which passes through it.
Il est souhaitable que la température de l'air atmosphérique qui a traversé l'évaporateur soit aussi homogène que possible afin d'éviter la présence de points chauds et de points froids. It is desirable that the temperature of the atmospheric air which has passed through the evaporator is as homogeneous as possible in order to avoid the presence of hot spots and cold spots.
Le but de l'invention est d'améliorer l'équilibrage en température d'un échangeur de chaleur. The object of the invention is to improve the temperature balancing of a heat exchanger.
Dans ce but, la tubulure d'entrée comporte, conformément à l'invention, au moins une fente longitudinale pour introduire un débit de fuite du fluide dans au moins une conduite de liaison interposée entre la seconde extrémité de l'empilement et la conduite de liaison amont, et des moyens de diffusion du fluide sont prévus pour répartir ledit débit de fuite dans cette ou ces conduites de liaison. For this purpose, the inlet pipe comprises, in accordance with the invention, at least one longitudinal slot for introducing a leakage rate of the fluid into at least one connecting pipe interposed between the second end of the stack and the upstream connection, and means for diffusing the fluid are provided for distributing said leakage rate in this or these connection pipes.
On a pu constater que ces dispositions améliorent l'équilibrage en température de l'air en sortie de l'échangeur. It has been observed that these provisions improve the temperature balancing of the air leaving the exchanger.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énoncées ci-après : - Ledit parcours comporte six passes, la cinquième passe partant de la conduite de liaison adjacente à ladite seconde extrémité et traversée par la tubulure d'entrée. Optional, complementary or alternative features of the invention are set out below: - Said route comprises six passes, the fifth pass starting from the connecting pipe adjacent to said second end and traversed by the inlet pipe.
- La longueur de la fente et des moyens de diffusion correspond sensiblement à l'étendue longitudinale des chambres d'entrée appartenant à ladite conduite de liaison adjacente à la seconde extrémité. - The length of the slot and of the diffusion means corresponds substantially to the longitudinal extent of the inlet chambers belonging to said connecting pipe adjacent to the second end.
- Les moyens de diffusion sont constitués par un manchon poreux. - The diffusion means are constituted by a porous sleeve.
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- Le manchon poreux recouvre intérieurement la paroi de la tubulure d'entrée. - The porous sleeve internally covers the wall of the inlet pipe.
- Les moyens de diffusion sont constitués par un déflecteur en forme de gouttière disposé en regard de ladite fente et tournant sa concavité vers celle-ci. - The diffusion means are constituted by a deflector in the form of a gutter placed opposite said slot and turning its concavity towards the latter.
- Les trajets qui relient une chambre d'entrée et une chambre de sortie définies entre les deux plaques d'une même paire sont des trajets en U. - The paths which connect an inlet chamber and an outlet chamber defined between the two plates of the same pair are U-shaped paths.
- La conduite de liaison aval est reliée à une tubulure de sortie prévue à la seconde extrémité de l'empilement. - The downstream connection pipe is connected to an outlet pipe provided at the second end of the stack.
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 ; La figure 3 est une vue schématique en perspective de l'évaporateur représenté sur les Figures 1 et 2 ; La figure 4 est une partie agrandie de la figure 1 ; et La figure 5 est une vue en coupe transversale de la tubulure d'entrée et des moyens de diffusion dans une variante. The characteristics and advantages of the invention will be explained in more detail in the description below, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a partial view of an evaporator according to the invention, in section along the line II of Figure 2; Figure 2 is a top view of the evaporator, in section along the line II-II of Figure 1; Figure 3 is a schematic perspective view of the evaporator shown in Figures 1 and 2; Figure 4 is an enlarged part of Figure 1; and Figure 5 is a cross-sectional view of the inlet manifold and the diffusion means in a variant.
L'exemple de réalisation d'un échangeur conforme à l'invention représenté sur les Figures 1 à 4 est un évaporateur destiné à un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile. Il est constitué par un empilement de plaques de tôle 2,3 (figure 2). Ces plaques sont généralement toutes identiques d'une extrémité à l'autre de l'évaporateur. Elles présentent une forme générale rectangulaire. The embodiment of an exchanger according to the invention shown in Figures 1 to 4 is an evaporator for an air conditioning device of the passenger compartment of a motor vehicle. It consists of a stack of sheet plates 2,3 (Figure 2). These plates are generally all identical from one end to the other of the evaporator. They have a generally rectangular shape.
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Elles sont embouties de manière à former une cuvette définissant deux régions de plus grande profondeur 6 juxtaposées à la partie supérieure de l'évaporateur et une région de profondeur plus faible 8 occupant la majeure partie de la hauteur de la cuvette au-dessous des régions 6. Deux plaques 2,3 appartenant à une même paire sont assemblées par leurs bords périphériques 7 par brasage pour délimiter un volume intérieur aux deux plaques. Les deux régions de plus grande profondeur 6 d'une paire de plaques définissent entre elles, respectivement, une chambre d'entrée 10 et une chambre de sortie 12 pour le fluide réfrigérant. Chaque plaque comporte, en outre, une bande médiane 14 qui est assemblée de manière étanche avec la bande médiane homologue de l'autre plaque de la même paire. La liaison mutuelle des bandes 14 sépare l'une de l'autre les chambres 10 et 12 ainsi que les deux branches d'un trajet de circulation en U pour le fluide réfrigérant, qui relie ces chambres. Le fond des régions de plus grande profondeur 6 de chaque plaque est généralement pourvu d'une ouverture 16 et les fonds de ces régions 6 appartenant à deux paires de plaques adjacentes sont mutuellement liés de façon étanche autour des ouvertures 16 par brasage. They are stamped so as to form a bowl defining two regions of greater depth 6 juxtaposed at the top of the evaporator and a region of shallower depth 8 occupying most of the height of the bowl below regions 6 Two plates 2,3 belonging to the same pair are assembled by their peripheral edges 7 by brazing to define an interior volume for the two plates. The two regions of greater depth 6 of a pair of plates define therebetween, respectively, an inlet chamber 10 and an outlet chamber 12 for the refrigerant. Each plate further comprises a central strip 14 which is assembled in a sealed manner with the homologous central strip of the other plate of the same pair. The mutual connection of the strips 14 separates the chambers 10 and 12 from one another as well as the two branches of a U-shaped circulation path for the refrigerant, which connects these chambers. The bottom of the regions of greatest depth 6 of each plate is generally provided with an opening 16 and the bottoms of these regions 6 belonging to two pairs of adjacent plates are mutually tightly bonded around the openings 16 by brazing.
L'alignement des chambres d'entrée et de sortie situées du côté droit des figures forme une boîte collectrice 18, et l'alignement des chambres d'entrée et des chambres de sortie situées sur le côté gauche des figures forme une boîte collectrice 20. La boîte collectrice 18 est divisée par une cloison transversale 21 en une conduite de liaison 22 s'étendant entre la cloison 21 et une plaque d'extrémité amont 24 située à une première extrémité 26 de l'évaporateur et une conduite de liaison 28 située entre la cloison 21 et une plaque d'extrémité aval 30 située à la seconde extrémité 32 de l'évaporateur. De la même manière, la boîte collectrice 20 située à gauche sur les figures est subdivisée par une cloison 34 en une conduite de liaison 36 s'étendant entre la cloison 34 et la plaque d'extrémité amont 24 et une conduite de liaison 38 s'étendant entre la cloison 34 et la plaque d'extrémité aval 30. Les chambres d'entrée et de sortie 10, 12 formant une même conduite de liaison communiquent entre The alignment of the inlet and outlet chambers located on the right side of the figures forms a manifold 18, and the alignment of the inlet chambers and outlet chambers located on the left side of the figures forms a manifold 20. The manifold 18 is divided by a transverse partition 21 into a connecting pipe 22 extending between the partition 21 and an upstream end plate 24 located at a first end 26 of the evaporator and a connecting pipe 28 located between the partition 21 and a downstream end plate 30 located at the second end 32 of the evaporator. Similarly, the manifold 20 located on the left in the figures is subdivided by a partition 34 into a connecting pipe 36 extending between the partition 34 and the upstream end plate 24 and a connecting pipe 38 s' extending between the partition 34 and the downstream end plate 30. The inlet and outlet chambers 10, 12 forming a single connecting pipe communicate between
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elles par les ouvertures 16 prévues dans les régions de plus grande profondeur 6 de chacune des plaques 2,3. Les cloisons 21 et 34 sont formées par des parois de plaques 2,3 non munies d'ouvertures 16. them through the openings 16 provided in the regions of greater depth 6 of each of the plates 2,3. The partitions 21 and 34 are formed by walls of plates 2, 3 not provided with openings 16.
Une tubulure d'entrée 40 s'étend sur toute la longueur de la conduite de liaison 28 et traverse de manière étanche la plaque d'extrémité aval 30 et la cloison 21, auxquelles elle est brasée, de manière à mettre la conduite de liaison 22 en communication avec la partie du circuit de fluide réfrigérant du circuit de climatisation situé en amont de l'évaporateur. Une tubulure de sortie 42 est brasée de manière étanche au bord d'une ouverture ménagée dans la plaque d'extrémité aval 30 et débouche dans la conduite de liaison 38, de manière à mettre celle-ci en communication avec la partie aval du circuit de climatisation. An inlet pipe 40 extends over the entire length of the connecting pipe 28 and passes in leaktight manner through the downstream end plate 30 and the partition 21, to which it is brazed, so as to put the connecting pipe 22 in communication with the part of the refrigerant circuit of the air conditioning circuit located upstream of the evaporator. An outlet pipe 42 is tightly brazed at the edge of an opening formed in the downstream end plate 30 and opens into the connection pipe 38, so as to put the latter in communication with the downstream part of the circuit of air conditioner.
Le parcours du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'évaporateur est le suivant (Figures 2 et 3). Le fluide réfrigérant pénètre dans la conduite de liaison 22 par la tubulure d'entrée 40. La conduite de liaison 22 constitue donc une conduite de liaison amont. Le fluide réfrigérant passe ensuite dans les trajets en U reliant en parallèle celle-ci à la conduite de liaison 36, ces trajets en parallèle étant représentés schématiquement sur la figure 3 comme un seul trajet en deux passes 44,46. Le fluide réfrigérant passe alors dans les chambres d'entrée 10 appartenant à la conduite de liaison 36, puis il est transféré à la conduite de liaison 28 en empruntant à nouveau des trajets en U, comme schématisé par les flèches 48 et 50. Il pénètre alors dans les chambres d'entrée 10 appartenant à la conduite de liaison 28, puis circule à nouveau selon des trajets en U, d'abord de haut en bas, puis de bas en haut, comme schématisé par les flèches 52 et 54, pour aboutir aux chambres de sortie appartenant à la conduite de liaison 38. Le fluide réfrigérant quitte enfin l'évaporateur par la tubulure 42, comme schématisé par la flèche 56. Chacun des trajets de haut en bas et de bas en haut définis entre les zones de plus faible profondeur 8 des paires de plaques et schématisés par les flèches 44,46, 48, The path of the refrigerant inside the evaporator is as follows (Figures 2 and 3). The refrigerant enters the connection pipe 22 through the inlet pipe 40. The connection pipe 22 therefore constitutes an upstream connection pipe. The refrigerant then passes through the U-shaped paths connecting the latter in parallel to the connecting pipe 36, these parallel paths being shown diagrammatically in FIG. 3 as a single path in two passes 44,46. The refrigerant then passes into the inlet chambers 10 belonging to the connecting pipe 36, then it is transferred to the connecting pipe 28 again using U-shaped paths, as shown schematically by the arrows 48 and 50. It enters then in the inlet chambers 10 belonging to the connecting pipe 28, then circulates again in U-shaped paths, first from top to bottom, then from bottom to top, as shown schematically by the arrows 52 and 54, to lead to the outlet chambers belonging to the connecting pipe 38. The refrigerant finally leaves the evaporator through the pipe 42, as shown diagrammatically by the arrow 56. Each of the paths from top to bottom and from bottom to top defined between the zones of shallower depth 8 of the pairs of plates and shown diagrammatically by the arrows 44, 46, 48,
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50,52 et 54 constitue une passe. L'évaporateur décrit définit donc une circulation du fluide réfrigérant en six passes, au cours desquelles le fluide reçoit de la chaleur d'un flux d'air qui traverse l'évaporateur horizontalement de la gauche vers la droite, comme schématisé par la flèche F1 (Figure 1) en passant par les intervalles qui séparent les plaques entre les zones de plus faible profondeur 8 de plaques adjacentes appartenant à des paires de plaques différentes. Des intercalaires ondulés (non représentés) sont disposés dans ces intervalles pour améliorer l'échange de chaleur. 50,52 and 54 constitutes a pass. The evaporator described therefore defines a circulation of the refrigerant in six passes, during which the fluid receives heat from an air flow which crosses the evaporator horizontally from left to right, as shown by the arrow F1 (Figure 1) passing through the intervals which separate the plates between the shallower areas 8 of adjacent plates belonging to pairs of different plates. Corrugated spacers (not shown) are arranged in these intervals to improve the heat exchange.
Comme montré sur la Figure 1, la tubulure 40 est avantageusement décalée par rapport au centre des ouvertures 16 vers la droite, c'est-à-dire vers l'aval du flux d'air F1. As shown in Figure 1, the tube 40 is advantageously offset relative to the center of the openings 16 to the right, that is to say downstream of the air flow F1.
Le fait de faire circuler le fluide réfrigérant sur plusieurs passes permet de limiter les différences de température de l'air atmosphérique qui traverse l'évaporateur suivant sa zone de passage à travers les intercalaires de l'évaporateur. Circulating the refrigerant over several passes makes it possible to limit the temperature differences of the atmospheric air which passes through the evaporator according to its zone of passage through the spacers of the evaporator.
Par ailleurs, le fait que la tubulure 40 est excentrée par rapport aux ouvertures 16 des plaques améliore encore l'homogénéité de la répartition des températures. Furthermore, the fact that the tube 40 is eccentric with respect to the openings 16 of the plates further improves the uniformity of the temperature distribution.
Afin d'améliorer encore davantage l'équilibrage en température, on prévoit, conformément à l'invention, au moins une fente longitudinale 60 dans la tubulure 40. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3, il y a quatre fentes 60 disposées à 900 l'une de l'autre selon la périphérie de la tubulure 40 et qui n'occupent qu'une petite partie de la longueur de cette tubulure à partir de la plaque 30. On a cependant obtenu des résultats particulièrement favorables avec des fentes 60 s'étendant à travers la totalité des chambres d'entrée de la conduite de liaison 28 de manière à alimenter tous les trajets en U formant les cinquième et sixième passes. On pourrait également disposer plusieurs fentes plus courtes alignées selon une génératrice de la tubulure. Les fentes 60 permettent de faire pénétrer un débit de fuite du fluide réfrigérant dans la conduite de liaison In order to further improve the temperature balancing, in accordance with the invention, at least one longitudinal slot 60 is provided in the pipe 40. In the embodiment shown in FIG. 3, there are four slots 60 arranged 900 from one another along the periphery of the tube 40 and which occupy only a small part of the length of this tube from the plate 30. However, particularly favorable results have been obtained with slots 60 extending through all of the inlet chambers of the connecting pipe 28 so as to supply all the U-shaped paths forming the fifth and sixth passes. We could also have several shorter slots aligned along a generatrix of the tubing. The slots 60 make it possible to penetrate a leakage flow rate of the refrigerant fluid into the connection pipe.
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28. L'injection de ce fluide améliore l'équilibrage en température. Afin d'assurer une répartition homogène du débit de fuite le long des fentes, on a prévu des moyens de diffusion du fluide réfrigérant. Dans l'exemple représenté, ces moyens sont constitués par un manchon poreux 62. Le manchon 62 recouvre intérieurement la tubulure 40. Il est réalisé par exemple en céramique frittée. 28. The injection of this fluid improves the temperature balancing. In order to ensure a homogeneous distribution of the leakage flow along the slots, means of diffusion of the refrigerant fluid have been provided. In the example shown, these means consist of a porous sleeve 62. The sleeve 62 internally covers the pipe 40. It is made for example of sintered ceramic.
Dans la variante de la figure 5, la tubulure d'entrée 41 est munie d'une seule fente 61 tournée vers le bas. Les moyens de diffusion sont constitués ici par un déflecteur 72 extérieur à la tubulure, ayant la forme d'une gouttière semi-cylindrique coaxiale à la celle-ci, s'étendant en regard de la fente sur toute la longueur de cette dernière. La gouttière 72 est fixée à la tubulure 41 par des voiles transversaux 74 de manière à former un ensemble rigide qui traverse les ouvertures 16 des plaques 2,3. La gouttière 72 permet une dispersion homogène du débit de fuite du fluide dans le volume des chambres. In the variant of Figure 5, the inlet tube 41 is provided with a single slot 61 facing downwards. The diffusion means here consist of a deflector 72 outside the tube, having the shape of a semi-cylindrical gutter coaxial therewith, extending opposite the slot over the entire length of the latter. The gutter 72 is fixed to the pipe 41 by transverse webs 74 so as to form a rigid assembly which passes through the openings 16 of the plates 2,3. The gutter 72 allows a homogeneous dispersion of the fluid leakage rate in the volume of the chambers.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et elle est susceptible de nombreuses variantes.Of course, the invention is not limited to the embodiments described above by way of example and it is susceptible of numerous variants.
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