FR3066261A1 - Echangeur de chaleur optimise a trois rangees de tubes - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne échangeur de chaleur (5) comprenant un empilement de plaques (2), chaque plaque (2) comprenant : - trois premières boîtes de distribution de fluide réfrigérant (2101, 2102, 2103), disposées à une première extrémité, et - une deuxième boîte de distribution de fluide réfrigérant (220), disposée à une deuxième extrémité, et délimitant trois canaux internes (280, 290, 300) de circulation d'un fluide réfrigérant, chacun desdits canaux (280, 290, 300) étant en communication fluidique avec deux boîtes (2101, 2102, 2103, 220), chacune desdites boîtes (2101, 2102, 2103, 220) possédant un passage de fluide réfrigérant, la dimension dudit passage de chacune desdites deuxièmes boîtes (220) étant inférieure à celle d'au moins une desdites premières boîtes (2101, 2102, 2103) selon l'axe longitudinal desdites plaques (2), lesdites deuxièmes boîtes (220) s'étirant latéralement au-delà du canal avec lequel elles sont respectivement en communication fluidique.

Description

Echangeur de chaleur optimisé à trois rangées de tubes 1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication d'échangeurs de chaleur pouvant notamment être mis en œuvre pour assurer la fonction d'évaporateur par exemple dans un circuit de climatisation de véhicule automobile. 2. Art antérieur
On connaît des échangeurs de chaleur à tubes comprenant deux boîtes collectrices entre lesquelles s'étendent des tubes débouchant à chacune de leurs extrémités dans une des boites collectrices, la structure interne de celles-ci déterminant les différentes passes de circulation du fluide réfrigérant dans les tubes.
On connaît également des échangeurs de chaleur à plaques. La présente invention concerne tout particulièrement les échangeurs de ce type.
Les figures 1 et 2 illustrent de manière schématique un échangeur de chaleur à plaques.
Ainsi que cela est représenté sur ces figures, un échangeur à plaques 1 comprend un corps constitué d'un empilement de plaques 10, un espace de circulation d'air (non représenté) étant ménagé entre les plaques 10 pour permettre à un flux d'air A de passer entre les plaques 10 à travers l'échangeur. Dans l'exemple illustré à la figure 1, le nombre de plaques est égal à sept. Dans celui illustré à la figure 2, le nombre de plaques est égal à trois. Chaque plaque 10 délimite des canaux internes 11 de circulation de fluide réfrigérant. Dans l'exemple illustré, chaque plaque comprend trois canaux. Chaque plaque 10 comprend à chacune de ses extrémités des boîtes de distribution de fluide 12, 13. Les canaux 11 de chaque plaque 10 sont reliés à chacune de leurs extrémités à un boite 12,13. Chaque plaque 10 comprend ainsi trois boîtes 12 à une première extrémité de l'échangeur et trois boîtes 13 à l'extrémité opposée. Ainsi que cela apparaît plus clairement sur la figure 2, ces plaques 10 sont reliées les unes aux autres à une extrémité par leurs boites de distribution 12 et à l'autre extrémité par leurs boîtes de distribution 13, qui forment respectivement trois réservoirs 120 et 130 à chaque extrémité opposée de l'échangeur pour permettre au fluide de circuler à travers différents canaux 11 de différentes plaques 10 selon un chemin de circulation désiré à l'intérieur de l'échangeur 1.
Dans l'exemple illustré à la figure 2, le fluide réfrigérant entre dans l'échangeur par l'entrée E ménagée au niveau de la boîte supérieure 12 du canal 11 situé au milieu de la première plaque 10. Il passe de plaque en plaque à travers les boîtes supérieures 12 constituant le réservoir 120 situé au milieu pour s'écouler dans chacun des canaux 11 du milieu de chaque plaque 10 au cours d'une première passe.
La boîte inférieure 13 du canal 11 du milieu de la dernière plaque 10 est en communication fluidique 14 avec la boîte supérieure 12 du canal 11 de droite de la dernière plaque 10. Le fluide réfrigérant passe de plaque en plaque à travers les boîtes supérieures 12 formant le réservoir 120 situé à droite pour s'écouler dans chacun des canaux 11 de droite de chaque plaque 10 au cours d'une deuxième passe.
La boîte inférieure 13 du canal 11 de droite de la première plaque 10 est en communication fluidique 15 avec la boîte inférieure 13 du canal de gauche 11 de la première plaque 10. Le fluide réfrigérant passe de plaque en plaque à travers les boîtes inférieures 13 formant le réservoir 130 situé à gauche pour s'écouler dans chacun des canaux 11 de gauche de chaque plaque 10 au cours d'une troisième et dernière passe.
Le fluide réfrigérant sort de l'échangeur par la sortie S reliée à la boîte 12 du haut du canal 11 de gauche de la première plaque 10. L'évaporateur illustré est donc du type à trois rangées de canaux (ou tubes) et à trois passes.
Le rendement d'un tel échangeur dépend notamment de l'homogénéité en température à l'intérieur du corps et de sa capacité à favoriser les échanges thermiques entre le fluide réfrigérant circulant à l'intérieur et l'air circulant à travers lui.
La capacité à favoriser les échanges thermiques est d'autant plus élevée que la surface d'échange avec l'air est importante, celle-ci étant, pour un échangeur d'encombrement donné, notamment proportionnelle à l'ouverture d'air, c'est-à-dire à la hauteur h sous les boîtes 12,13.
Pour un échangeur de dimensions données (hauteur H, épaisseur p, largeur I et un nombre de plaques donnés), une solution pour augmenter la surface d'échange consisterait donc à augmenter la hauteur h sous les boîtes, c'est-à-dire à réduire la hauteur h' des boîtes supérieures et/ou inférieures.
Toutefois, la diminution de la hauteur des boites supérieures et/ou inférieures tend à augmenter la perte de charge à l'intérieur dans l'échangeur, ce qui perturbe la circulation du fluide réfrigérant à l'intérieur de celui-ci, nuit à l'homogénéité de la température dans l'échangeur et à son rendement.
Il existe donc un besoin de proposer des échangeurs ayant un meilleur rendement pour un encombrement donné. 3. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif d'apporter une solution efficace à au moins certains de ces différents problèmes.
En particulier, selon au moins un mode de réalisation, un objectif de l'invention est de fournir un échangeur de chaleur de type à plaques dont le rendement est amélioré pour un encombrement donné.
Notamment, l'invention a pour objectif, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un tel échangeur de chaleur à l'intérieur duquel la température soit plus homogène.
Un autre objectif de l'invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un tel échangeur de chaleur à l'intérieur duquel la perte de charge est réduite.
Un autre objectif de l'invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un tel échangeur de chaleur dont l'ouverture d'air soit importante.
Un autre objectif de l'invention est, dans au moins un mode de réalisation, de fournir un tel échangeur de chaleur qui soit modulable, en particulier en terme de nombre de passes et/ou de positionnement des entrée/sortie de l'échangeur.
Un autre objectif de l'invention est, dans au moins un mode de réalisation, de fournir un tel échangeur de chaleur qui soit simple de conception et/ou simple à fabriquer et/ou économique. 4. Présentation de l'invention
Pour ceci, l'invention propose un échangeur de chaleur comprenant un empilement de plaques, chaque plaque comprenant : trois premières boîtes de distribution de fluide réfrigérant, disposées à une première extrémité, et une deuxième boîte de distribution de fluide réfrigérant, disposée à une deuxième extrémité, et délimitant trois canaux internes de circulation d'un fluide réfrigérant, chacun desdits canaux étant en communication fluidique avec deux boîtes, chacune desdites boîtes possédant un passage de fluide réfrigérant, la dimension dudit passage de chacune desdites deuxièmes boîtes étant inférieure à celle d'au moins une desdites premières boîtes selon l'axe longitudinal desdites plaques, lesdites deuxièmes boîtes s'étirant latéralement au-delà du canal avec lequel elles sont respectivement en communication fluidique.
Ainsi, selon cet aspect de l'invention, le fait que la hauteur de l'ouverture de passage des deuxièmes boîtes placées à une extrémité de l'échangeur soit inférieure à celle d'au moins une première boîte placée à l'autre extrémité de l'échangeur permet d'augmenter la hauteur sous boîtes et ainsi d'augmenter la surface d'échange avec l'air.
Le fait que cette boîte s'étire latéralement au-delà du canal avec lequel elle est en communication permet de compenser au moins en partie la réduction de sa section induite par la diminution de sa hauteur, et ainsi de limiter la perte de charge due à l'écoulement de l'air à l'extérieur de l'échangeur résultant de l'augmentation de la hauteur sous boîtes. L'invention permet donc de procurer un échangeur à trois rangées de canaux (ou tubes) dont le niveau de performance est supérieur, à encombrement égal, à un échangeur à trois rangées de tubes selon l'art antérieur mettant en œuvre non pas trois boîtes à une extrémité et une unique boîte à l'autre, mais mettant en œuvre trois boîtes à chaque extrémité.
Selon une caractéristique préférentielle envisageable, chacun desdits canaux est en communication fluidique avec deux boîtes ayant des passages de section sensiblement égale.
Dans ce cas où les boîtes auxquelles un canal est relié à chacune de ses extrémités ont des sections de passage sensiblement identiques, la perte de charge due à l'écoulement de fluide à l'intérieur de l'échangeur est limitée. Ceci permet d'améliorer l'homogénéité de la température au sein de l'échangeur et d'augmenter son rendement.
Selon une autre caractéristique préférentielle envisageable, lesdits passages de l'ensemble desdites boîtes ont des sections sensiblement égales.
Dans ce cas où toutes les boîtes auxquelles ont des sections de passage sensiblement identiques, la perte de charge due à l'écoulement de fluide à l'intérieur de l'ensemble des canaux est limitée. Ceci permet d'améliorer encore davantage l'homogénéité de la température au sein de l'échangeur et son rendement.
Selon une caractéristique possible, lesdites deuxièmes boites présentent une largeur sensiblement égale à la largueur desdits plaques.
La hauteur sous boites supérieures et inférieures est alors la plus faible et l'ouverture à l'air maximale pour augmenter la surface d'échange avec l'air.
Selon une caractéristique possible, lesdits canaux s'étendent essentiellement parallèlement les uns aux autres.
Selon une caractéristique possible, deux desdites canaux de chacune desdites plaques sont en communication fluidique.
Le fait que deux canaux soient en communication fluidique permet de supprimer deux boîtes d'un côté de l'échangeur pour libérer de l'espace pour permettre à l'unique boîte se trouvant de ce côté de s'étirer latéralement pour présenter une hauteur minimale à section égale et ainsi augmenter l'ouverture à l'air de l'échangeur.
Dans ce cas, selon une caractéristique possible, les trois canaux de chacune desdites plaques comprennent : un premier canal en communication fluidique avec une première desdites premières boîtes et avec ladite deuxième boite ; un deuxième et un troisième canaux consécutifs, respectivement en communication fluidique avec un deuxième et une troisième desdites premières boîtes à une extrémité, sont en communication fluidique l'un avec l'autre à l'extrémité opposée.
Ceci correspond à une configuration possible de plaque selon l'invention, qui permet de manière simple de procurer un échangeur à forte ouverture à l'air et haut rendement.
Selon une caractéristique possible, lesdits canaux en communication fluidique forment un U présentant un fond orienté du côté de ladite deuxième boîte.
Il est ainsi possible de libérer de l'espace sous la jonction en U des canaux en communication fluidique pour y libérer de l'espace pour la deuxième boîte.
Selon une caractéristique possible, ladite deuxième boîte de chacune desdites plaques s'étend alors sur au moins une partie de la largeur du U.
Selon une caractéristique possible, lesdites plaques délimitent deux-à-deux un passage de circulation d'air entre-elles.
Dans ce cas, lesdits passages d'air logent des intercalaires qui permettent d'améliorer les échanges entre l'air circulant à travers le corps de l'échangeur et le fluide réfrigérant circulant à l'intérieur de celui-ci.
Selon une caractéristique possible, chacune desdites plaques comprend deux demies-plaques assemblées l'une à l'autre, lesdites demies-plaques étant symétriques par rapport à leur plan de joint.
Les plaques d'un échangeur de chaleur selon l'invention peuvent ainsi être fabriquées de manière très simple et économique à partir de demies-plaques en tôle embouties, par exemple en métal cladé, puis liées entre-elles par exemple par brasage.
Selon une caractéristique possible, les parois desdites plaques comprennent des déformations s'étendant transversalement à l'intérieur desdits canaux.
Cette mise en œuvre permet d'augmenter de manière importante la résistance à la pression des plaques et de l'échangeur.
Dans ce cas, les extrémités desdites déformations s'étendant en regard les unes des autres, de deux demies-plaques assemblées l'une à l'autre, viennent en contact les unes contre les autres.
Selon une caractéristique possible, lesdites trois premières boîtes et lesdites deuxièmes boîtes sont respectivement en communication fluidique pour permettre audit fluide de passer de plaque en plaque, ledit échangeur comprenant au moins une plaque de partition, chaque plaque de partition étant interposée entre deux plaques pour former de part et d'autre deux groupes de plaques, certaines des boîtes de chacune desdites plaques de partition étant obturées pour multiplier le nombre de passes dudit fluide à travers ledit échangeur.
La mise en œuvre d'un ou plusieurs plaques de partition permet d'augmenter le nombre de passe de l'échangeur. Ainsi, sans plaque de partition, un échangeur selon l'invention est de type à trois rangées de tubes et à trois passes. Avec une plaque de partition, il devient à échangeur de type à trois rangées de tubes et à six passes. Avec deux plaques de partition, il devient à échangeur de type à trois rangées de tubes et à 8 passes...
Selon une caractéristique possible, un échangeur de chaleur selon l'invention comprend une première et une deuxième plaque d'extrémité configurées pour définir un chemin de circulation de fluide à l'intérieur dudit échangeur.
Ces plaques permettront d'isoler de l'extérieur et de mettre en relation les unes avec les autres les boîtes en fonction du chemin que l'on souhaite faire suivre au fluide réfrigérant dans l'échangeur.
Selon une caractéristique possible, lesdites première et deuxième extrémités sont respectivement destinées à être orientées vers le haut et vers le bas dudit échangeur. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : les figures 1 et 2 illustrent des exemples d'échangeur de chaleur à plaques selon l'art antérieur ; les figures 3 à 6 illustrent un exemple de mode de réalisation d'une plaque d'un échangeur de chaleur selon l'invention ; la figure 7 illustre une vue en perspective d'un exemple d'échangeur de chaleur selon l'invention ; les figures 8 et 9 illustrent deux modes de circulation de fluide dans un échangeur selon la figure 7 ; la figure 10 illustre une vue partielle d'un échangeur selon la figure 7. 6. Description de modes de réalisation particuliers 6.1. Bref rappel de l'invention
La présente invention consiste réaliser un échangeur de chaleur en empilant des plaques définissant trois canaux internes et comprenant à une extrémité trois boîtes de distribution de fluide réfrigérant et à l'autre extrémité une unique boîte de distribution de fluide réfrigérant, l'unique boîte : ayant une ouverture de passage de dimension inférieure à celle des autres boîtes placées à l'autre extrémité selon un axe longitudinal aux plaques, et s'étirant latéralement au-delà du canal qui y débouche. L'ouverture d'air de l'échangeur, et son rendement, sont améliorés par une diminution de la hauteur de l'ouverture de passage de l'unique boîte placée à une extrémité de chaque plaque de l'échangeur par rapport à celle des boîtes placées à l'autre extrémité de chaque plaque.
La perte de charge à l'intérieur de l'échangeur induite par la diminution de la hauteur de l'unique boite placée à une extrémité de chaque plaque dans le but d'augmenter l'ouverture d'air est au moins en partie compensée par le fait que cette unique boîte s'étire latéralement au-delà du canal avec lequel elle est en communication. L'invention permet donc de procurer un échangeur à trois rangées de canaux (ou tubes) dont le niveau de performance est supérieur, à encombrement égal, à un échangeur à trois rangées de tubes selon l'art antérieur mettant en œuvre non pas trois boîtes à une extrémité et une unique boîte à l'autre, mais mettant en œuvre trois boîtes à chaque extrémité. 6.2. Architecture plaque
On présente en relation avec les figures 3 à 6 un exemple de plaque selon l'invention.
Ainsi que cela est représenté sur la figure 3, une plaque 2 est constituée par la réunion de deux demi-plaques 20.
Chaque demie-plaque 20 comprend une paroi 27 à travers une première extrémité de laquelle elle est traversée par trois premières ouvertures de passage de fluide 21 et à une deuxième extrémité de laquelle (i.e. l'extrémité opposée) elle est traversée par une deuxième ouverture de passage de fluide 22.
Les première et deuxième extrémités seront par la suite respectivement dénommées extrémités supérieure et inférieure, et les première et deuxième ouvertures seront par la suite respectivement dénommées ouvertures supérieures et inférieure. Ces positions inférieure et supérieure pourront toutefois être inversées.
Le contour périphérique de chaque ouverture 21, 22 comprend un bossage 23 qui forme saillie en direction de l'extérieur de la demi-plaque 20.
Une première portion de cloison interne 24 forme saillie du côté intérieur de chaque demies-plaque 20. Elle s'étend depuis l'extrémité supérieure de la demie- plaque entre une première et une deuxième ouvertures supérieures 21 jusqu'à l'ouverture inférieure 22 située à l'autre extrémité.
Une deuxième portion de cloison interne 25 forme saillie du côté intérieur de chaque demie-plaque 20. Elle s'étend depuis l'extrémité supérieure de la demie-plaque entre la deuxième et la troisième ouvertures supérieures 21 sans atteindre l'ouverture inférieure 22 située à l'autre extrémité.
Le contour intérieur périphérique de la demie-plaque 20 forme un plan de joint 26 avec la surface intérieure des portions de cloison interne 24, 25. Ce plan de joint 26 se trouve décalé par rapport à la surface intérieure de la paroi 27 de la demie-plaque 20 pour ménager à l'intérieur de chaque demie-plaque trois portions de canal 28, 29, 30.
La première potion de canal 28 relie la première ouverture supérieure 21 et l'ouverture inférieure 22. La deuxième portion de canal 29 débouche dans la deuxième ouverture supérieure 21 et communique avec la troisième portion de canal 30 qui débouche dans la troisième ouverture supérieure 21. Les deuxième 29 et troisième 30 portions de canal forment essentiellement un « U » et sont en communication fluidique à l'extrémité opposée à celle au niveau de laquelle elles communiquent avec les ouvertures supérieures 21.
Des reliefs ou déformations 31 en forme de nervures ou de bossages (dimples) s'étendent depuis la surface interne de chaque demie-plaque en direction de l'intérieur de chaque portion de canal 28, 29, 30 jusqu'au plan de joint 26.
Les demies-plaques 20 sont préférentiellement produites par emboutissage.
Les deux demies-plaques 20 formant une plaque 2 sont symétriques par rapport à leur plan de joint 26. Elles seront par exemple réalisées en métal cladé et assemblées par brasage.
Une fois assemblées, deux demies-plaques 20 forment une plaque 2 délimitant un premier 280, un deuxième 290, et un troisième 300 canaux internes de circulation d'un fluide réfrigérant (respectivement formés les portions de canal 28, 29, 30 des demies-plaques).
Les canaux sont essentiellement parallèles les uns aux autres. Ils présentent préférentiellement une section identique dans un plan perpendiculaire à leur axe longitudinal.
On entend par section, la surface de passage défini par le contour périphérique de l'élément considéré (canal, passage de fluide...). Une section identique signifie une surface de passage identique mais pas nécessairement un contour périphérique de passage de forme identique.
Une extrémité supérieure de la plaque 2 comprend une première 210i, une deuxième 2102 et une troisième 2103 boîtes supérieures de distribution de fluide réfrigérant, chaque boîte supérieure étant formée par les ouvertures supérieures 21 et bossages 23 correspondants et comprend un passage de fluide formé par les ouvertures de passage correspondantes. L'extrémité inférieure de la plaque comprend une unique boîte inférieure de distribution de fluide réfrigérant 220 formée par les ouvertures inférieures 22 et bossages 23 correspondants et comprend un passage de fluide formé par les ouvertures de passage correspondantes.
Le premier canal 280 débouche de part et d'autre dans la première boîte supérieure 21Û! et dans la boîte inférieure 220.
Le deuxième canal 290 débouche dans la deuxième boîte supérieure 2102, est en communication fluidique avec le troisième canal 300 qui débouche dans la troisième boîte supérieure 2103.
Le premier canal 280 est séparé des autres par la première cloison 240 formée par l'union des portions de cloisons 24.
Les canaux 290 et 300 sont séparés par la deuxième cloison 250 formée par l'union des portions de cloisons 25. Toutefois, ces deuxième et troisième canaux sont en communication fluidique dans la mesure où la cloison 250 ne s'étend pas tout le long des canaux pour ménager un passage 4 entre eux . Ils sont en communication fluidique à l'extrémité opposée à celle au niveau de laquelle ils communiquent avec les boîtes supérieures 2102, 2103. La section du passage 4 sera préférentiellement égale à celle d'un canal 290 ou 300 pour limiter la perte de charge à l'intérieur de l'échangeur.
Les deuxième 290 et troisième 300 canaux forment un « U » qui s'étend du côté de la boîte inférieure 220.
Chaque canal communique avec deux boîtes, soit directement (cas du premier canal 280) soit par l'intermédiaire d'un autre canal (cas des deuxième et troisième canaux 290, 300 en communication fluidique l'un avec l'autre).
La section des passages de fluide au travers des première 210i, deuxième 2102, troisième 2103 boîtes supérieures ainsi qu'au travers de la boîte inférieure 220 sont essentiellement égales. A tout le moins, les deux boîtes avec lesquelles un même canal est en communication fluidique auront des passages de fluide de sections essentiellement égales. Ceci permet de limiter la perte de charge dans le canal considéré. Bien entendu, le fait que toutes les boîtes présentent des sections de passage essentiellement égales permet de limiter la perte de charge dans l'ensemble du corps de l'évaporateur.
La dimension de la boîte inférieure 220 selon l'axe longitudinal des plaques est toutefois inférieure à la dimension des première 2101; deuxième 2102, troisième 2103 boîtes supérieures selon l'axe longitudinal des plaques. L'axe longitudinal d'une plaque s'étend entre ses première et deuxième extrémités.
Pour cela, la boîte inférieure 220 s'étend latéralement au-delà du premier canal 280 au moins en partie en dessous du fond du « U » formé par les canaux 290, 300, et préférentiellement sur toute la largeur L de la plaque. Plus la largeur de la boîte inférieure 220 sera importante, plus sa dimension selon l'axe longitudinal de la plaque sera faible, pour une section de passage donnée, et plus la hauteur h sous boîtes sera élevée.
Ceci permet d'augmenter la surface d'échange avec l'air tout en limitant les pertes de charge, et ainsi d'améliorer l'homogénéité de température dans l'échangeur et son rendement pour un encombrement donné.
La largeur L de la plaque, selon une direction inscrite dans un plan passant par les axes longitudinaux des canaux et perpendiculaire à ceux-ci est préférentiellement inférieure ou égale à 40 millimètres. 6.3. Architecture échangeur
La figure 7 illustre un échangeur de chaleur 5 selon l'invention.
Ainsi que cela est représenté, un tel échangeur 5 comprend un empilement d'une pluralité de plaques 2 identiques.
Les plaques 2 sont accolées les unes aux autres au niveau des bossages 23 et placées de manière telle que : les premières boîtes supérieures 210i communiquent entre-elles pour former un premier réservoir supérieur 51 ; les deuxièmes boîtes supérieures 2102 communiquent entre-elles pour former un deuxième réservoir supérieur 52 ; les troisièmes boîtes supérieures 2103 communiquent entre-elles pour former un troisième réservoir supérieur 53 ; les boites inférieures 220 communiquent entre-elles pour former un quatrième réservoir inférieur 54.
Du fait des bossages 23, un espace de circulation d'air 61 est ménagé entre plaques 2 consécutives (cf. figure 10).
Chacun de ces espaces de circulation d'air est préférentiellement comblé d'un intercalaire 62 permettant classiquement de favoriser les échanges caloriques entre l'air circulant à l'extérieur de l'échangeur et le fluide réfrigérant circulant à l'intérieur de celui-ci. L'échangeur de chaleur 5 comprend une conduite d'entrée 55 de fluide réfrigérant et une conduite de sortie 56 de fluide réfrigérant.
La conduite d'entrée 55 est reliée au deuxième 52 ou au troisième 53 réservoir alors que la conduite de sortie 56 est reliée au premier réservoir 51. Dans une variante, la conduite d'entrée 55 sera reliée au premier réservoir 51 alors que la conduite de sortie 56 sera reliée au deuxième 52 ou au troisième 53 réservoir. L'échangeur de chaleur 5 comprend une plaque de partition 2' qui est interposée entre deux groupes 59, 60 d'empilement de plaques 2. Le nombre de plaques 2 de chaque groupe 59, 60 peut ou non être identique.
La plaque de partition 2' est identique aux autres plaques 2. Toutefois, la première boîte supérieure 210i, et l'une ou l'autre des deuxième et troisième boîtes supérieures 2102, 2103 sont obturées.
Le choix d'obturer l'une ou l'autre des deuxième et troisième boîtes supérieures 2102, 2103 dépendra de la volonté de faire entrer le fluide réfrigérant dans l'échangeur par le deuxième 52 ou troisième 53 réservoir ou éventuellement dans le premier réservoir 51. L'échangeur de chaleur comprend une première plaque d'extrémité 57 du côté des conduites 55, 56 et une deuxième plaque d'extrémité 58 à l'extrémité opposée.
Comme il ressortira plus clairement par la suite, la première plaque d'extrémité 57 est configurée pour définir l'entrée et la sortie de l'échangeur alors que la deuxième plaque d'extrémité 58 est configurée pour mettre en communication fluidique le premier canal 280 indépendant avec l'un des deuxième 290 et troisième 300 canaux en communication fluidique l'un avec l'autre pour définir un chemin de circulation déterminé du fluide dans l'échangeur.
Un espace de circulation d'air 61 est ménagé entre chaque plaque d'extrémité et la plaque qui lui est adjacente.
La figure 8 illustre la circulation du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur lorsque la conduite d'entrée 55 est reliée au deuxième réservoir 52 situé au milieu du corps de l'échangeur et la conduite de sortie 56 est reliée au premier réservoir 51 du premier groupe 59.
Par souci de simplification, seule une plaque 2 de chaque groupe 59, 60 est représentée bien que chaque groupe comprenne plusieurs plaques 2.
Dans ce cas, les première 21Û! et deuxième 2102 boîtes supérieures de la plaque de partition 2' sont obturées.
La première plaque d'extrémité 57 est configurée pour : obturer vis-à-vis de l'extérieur la boîte inférieure 220 de la première plaque 2 ; mettre en communication les conduites 55, 56 respectivement avec les boîtes supérieures 2102 et 210ide la première plaque 2 ; obturer la boîte supérieure 2103de la première plaque 2 vis-à-vis de l'extérieur.
La deuxième plaque d'extrémité 58 est configurée pour : obturer vis-à-vis de l'extérieur les boîtes inférieure 220, et supérieures 210η 2102, 2103 de la dernière plaque 2 ; mettre en relation fluidique les première 21Û! et deuxième 2102 boîtes supérieures de la dernière plaque.
Le fluide réfrigérant est admis à l'intérieur de l'échangeur de chaleur via la conduite d'entrée 55 qui débouche dans le deuxième réservoir 52 du groupe 59. Le fluide s'écoule alors à l'intérieur de la deuxième boîte supérieure 2102 de chaque plaque pour passer de plaque en plaque du premier groupe 59. Il s'écoule depuis ces deuxièmes boîtes supérieures 2102 dans le deuxième canal 290 de chaque plaque au cours d'une première passe.
Le fluide réfrigérant passe ensuite à travers les passages 4 pour s'écouler dans le troisième canal 300 de chaque plaque 2 au cours d'une deuxième passe jusqu'à se trouver dans le troisième réservoir 53 du groupe 59.
Le fluide réfrigérant passe ensuite dans le deuxième groupe 60 de plaques en s'écoulant depuis le troisième réservoir 53 du premier groupe 59 dans le troisième réservoir 53 du deuxième groupe 60 en passant à travers la troisième boîte supérieure 2103 de la plaque de partition 2'.
Le fluide s'écoule alors à l'intérieur de la troisième boîte supérieure 2103 de chaque plaque pour passer de plaque en plaque du deuxième groupe 60. Il s'écoule depuis ces troisièmes boîtes supérieures 2103 dans le troisième canal 300 de chaque plaque au cours d'une troisième passe.
Le fluide réfrigérant passe ensuite à travers les passages 4 pour s'écouler dans le deuxième canal 290 de chaque plaque 2 au cours d'une quatrième passe jusqu'à se trouver dans le deuxième réservoir 52 du groupe 60.
Le fluide réfrigérant s'écoule ensuite depuis le deuxième réservoir 52 jusque dans le premier réservoir 51 via la deuxième plaque d'extrémité 58. Il s'écoule alors, au cours d'une cinquième passe, dans chaque premier canal 280 de chaque plaque du deuxième groupe 60 en direction des boîtes inférieures 220 jusqu'à se trouver dans le quatrième réservoir 54.
Il passe ensuite à travers la boîte inférieure 220 de la plaque de partition 2' pour s'écouler dans le quatrième réservoir 54 du premier groupe 59 de plaques 2. Le fluide s'écoule alors dans le premier canal 280 de chaque plaque 2 du premier groupe 59 jusqu'à la première boîte supérieure 21Û! au cours d'une sixième passe.
Le fluide réfrigérant s'écoule alors dans le premier réservoir 51 jusqu'à sortir de l'échangeur via la conduite de sortie 56.
La figure 9 illustre la circulation du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur lorsque la conduite d'entrée 55 est reliée au troisième réservoir 53 et la conduite de sortie 56 est reliée au premier réservoir 51 du premier groupe 59.
Par souci de simplification, seule une plaque 2 de chaque groupe 59, 60 est représentée bien que chaque groupe comprenne plusieurs plaques 2.
Dans ce cas, les première 210i et troisième 2103 boîtes supérieures de la plaque de partition 2' sont obturées.
La première plaque d'extrémité 57 est configurée pour : obturer vis-à-vis de l'extérieur la boîte inférieure 220 de la première plaque 2 ; mettre en communication les conduites 55, 56 respectivement avec les boîtes supérieures 2103 et 210!de la première plaque 2; obturer la boîte supérieure 2102de la première plaque 2 vis-à-vis de l'extérieur.
La deuxième plaque d'extrémité 58 est configurée pour : obturer vis-à-vis de l'extérieur les boîtes inférieure 220, et supérieures 2101; 2102, 2103 de la dernière plaque 2 ; mettre en relation fluidique les première 21Û! et troisième 2103 boîtes supérieures de la dernière plaque.
Le fluide réfrigérant est admis à l'intérieur de l'échangeur de chaleur via la conduite d'entrée 55 qui débouche dans le troisième réservoir 53 du groupe 59. Le fluide s'écoule alors à l'intérieur de la troisième boîte supérieure 2103 de chaque plaque pour passer de plaque en plaque du premier groupe 59. Il s'écoule depuis ces troisièmes boîtes supérieures 2103 dans le troisième canal 300 de chaque plaque au cours d'une première passe.
Il passe ensuite à travers les passages 4 pour s'écouler dans le deuxième canal 290 de chaque plaque 2 au cours d'une deuxième passe jusqu'à se trouver dans le deuxième réservoir 52 du groupe 59.
Le fluide réfrigérant passe ensuite dans le deuxième groupe 60 de plaques en s'écoulant depuis le deuxième réservoir 52 du premier groupe 59 dans le deuxième réservoir 52 du deuxième groupe 60 en passant à travers la deuxième boîte supérieure 2102 de la plaque de partition 2'.
Le fluide s'écoule alors à l'intérieur de la deuxième boîte supérieure 2102 de chaque plaque pour passer de plaque en plaque du deuxième groupe 60. Il s'écoule depuis ces deuxièmes boîtes supérieures 2102 dans le deuxième canal 290 de chaque plaque du groupe 60 au cours d'une troisième passe.
Il passe ensuite à travers les passages 4 pour s'écouler dans le troisième canal 300 de chaque plaque 2 au cours d'une quatrième passe jusqu'à se trouver dans le troisième réservoir 53 du groupe 60.
Le fluide s'écoule alors depuis le troisième réservoir 53 jusque dans le premier réservoir 51 du groupe 60 via la deuxième plaque d'extrémité 58. Il s'écoule alors, au cours d'une cinquième passe, dans chaque premier canal 280 de chaque plaque du deuxième groupe 60 en direction des boîtes inférieures 220 jusqu'à se trouver dans le quatrième réservoir 54 du groupe 60.
Il passe alors à travers la boîte inférieure 220 de la plaque de partition 2' pour s'écouler dans le quatrième réservoir 54 du premier groupe 59 de plaques 2. Le fluide s'écoule ensuite dans le premier canal 280 de chaque plaque 2 du premier groupe 59 au cours d'une sixième passe jusqu'à la première boîte supérieure 210!. Il s'écoule alors dans le premier réservoir 51 jusqu'à sortir de l'échangeur via la conduite de sortie 56.
Selon ces deux variantes, l'échangeur de chaleur est du type à trois rangées de canaux (ou tubes) et à six passes.
Le nombre de passes pourra toutefois être augmenté en augmentant le nombre de plaques de partition séparant les plaques en plusieurs groupes.
La mise en œuvre d'aucune plaque de partition permettra d'obtenir un changeur du type à trois rangées de canaux (ou tubes) et à trois passes. 6.5. Variantes
Les positions inférieure et supérieure des extrémités de l'échangeur pourront être inversées de sorte que l'extrémité inférieure pourra comprendre trois boîtes et l'extrémité supérieure une unique boîte.
Un échangeur de chaleur selon l'invention peut par exemple être mis en œuvre pour assurer la fonction d'un évaporateur
La présente invention trouve une application notamment dans les circuits thermodynamiques à fluides réfrigérants, notamment les installations de chauffage, ventilation et/ou climatisation, et en particulier dans le domaine des équipements des véhicules automobiles.

Claims (17)

  1. REVENDICATIONS
    1. Echangeur de chaleur (5) comprenant un empilement de plaques (2), chaque plaque (2) comprenant : trois premières boîtes de distribution de fluide réfrigérant (210i, 2102, 2103), disposées à une première extrémité, et une deuxième boîte de distribution de fluide réfrigérant (220), disposée à une deuxième extrémité, et délimitant trois canaux internes (280, 290, 300) de circulation d'un fluide réfrigérant, chacun desdits canaux (280, 290, 300) étant en communication fluidique avec deux boîtes (210i, 21O2, 2103, 220), chacune desdites boîtes (210i, 2102, 2103, 220) possédant un passage de fluide réfrigérant, la dimension dudit passage de chacune desdites deuxièmes boîtes (220) étant inférieure à celle d'au moins une desdites premières boîtes (2101; 2102, 2103) selon l'axe longitudinal desdites plaques (2), lesdites deuxièmes boîtes (220) s'étirant latéralement au-delà du canal avec lequel elles sont respectivement en communication fluidique.
  2. 2. Echangeur de chaleur (5) selon la revendication 1 dans lequel chacun desdits canaux (280, 290, 300) est en communication fluidique avec deux boîtes (210i, 2102, 2 103, 220) ayant des passages (21, 22) de section sensiblement égale.
  3. 3. Echangeur de chaleur (5) selon la revendication 3 dans lequel lesdits passages (21, 22) de l'ensemble desdites boîtes (210i, 2102, 2103, 220) ont des sections sensiblement égale.
  4. 4. Echangeur de chaleur (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel lesdites deuxièmes boites (220) présentent une largeur sensiblement égale à la largueur (L) desdits plaques (2).
  5. 5. Echangeur de chaleur (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel lesdits canaux (280, 290, 300) s'étendent essentiellement parallèlement les uns aux autres.
  6. 6. Echangeur de chaleur (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel deux desdites canaux (280, 290, 300) de chacune desdites plaques (2) sont en communication fluidique.
  7. 7. Echangeur de chaleur (5) selon la revendications 6 dans lequel les trois canaux (280, 290, 300) de chacune desdites plaques (2) comprennent : un premier canal (280) en communication fluidique avec une première (210!) desdites premières boîtes et avec ladite deuxième boite (220) ; un deuxième (290) et un troisième (300) canaux consécutifs, respectivement en communication fluidique avec un deuxième (2102) et une troisième (2103) desdites premières boîtes à une extrémité, sont en communication fluidique l'un avec l'autre à l'extrémité opposée.
  8. 8. Echangeur de chaleur (5) selon la revendication 6 ou 7 dans lequel lesdits canaux (290, 300) en communication fluidique forment un U présentant un fond orienté du côté de ladite deuxième boîte (220).
  9. 9. Echangeur de chaleur (5) selon la revendication 8 dans lequel ladite deuxième boîte (220) de chacune desdites plaques (2) s'étend sur au moins une partie de la largeur du U.
  10. 10. Echangeur de chaleur (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel lesdites plaques (2) délimitent deux-à-deux un passage de circulation d'air (61) entre-elles.
  11. 11. Echangeur de chaleur (5) selon la revendication 10 dans lequel lesdits passages d'air (61) logent des intercalaires (62).
  12. 12. Echangeur de chaleur (5) selon l'une quelconque des revendication 1 à 11 dans lequel chacune desdites plaques (2) comprend deux demies-plaques (20) assemblées l'une à l'autre, lesdites demies-plaques (20) étant symétriques par rapport à leur plan de joint (26).
  13. 13. Echangeur de chaleur (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 dans lequel les parois (27) desdites plaques (2) comprennent des déformations (31) s'étendant transversalement à l'intérieur desdits canaux (280, 290, 300).
  14. 14. Echangeur de chaleur (5) selon les revendications 12 et 13, dans lequel les extrémités desdites déformations (31) s'étendant en regard les unes des autres, de deux demies-plaques (20) assemblées l'une à l'autre, viennent en contact les unes contre les autres.
  15. 15. Echangeur de chaleur (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 dans lequel lesdites trois premières boîtes (210x, 2102, 2103) et lesdites deuxièmes boîtes (220) sont respectivement en communication fluidique pour permettre audit fluide de passer de plaque (2) en plaque (2), ledit échangeur (5) comprenant au moins une plaque de partition (2'), chaque plaque de partition (2') étant interposée entre deux plaques (2) pour former de part et d'autre deux groupes (59, 60) de plaques (2), certaines des boîtes (210i, 2102, 2103, 220) de chacune desdites plaques de partition (2') étant obturées pour multiplier le nombre de passes dudit fluide à travers ledit échangeur (5).
  16. 16. Echangeur de chaleur (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 dans lequel lesdites première et deuxième extrémités sont respectivement destinées à être orientées vers le haut et vers le bas dudit échangeur (5).
  17. 17. Echangeur de chaleur (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 comprenant une première (57) et une deuxième (58) plaques d'extrémité configurées pour définir un chemin de circulation de fluide à l'intérieur dudit échangeur.
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