FR3086377A1 - Plaque constitutive d'un echangeur de chaleur et echangeur de chaleur comprenant au moins une telle plaque - Google Patents

Plaque constitutive d'un echangeur de chaleur et echangeur de chaleur comprenant au moins une telle plaque Download PDF

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heat exchanger
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Julien Tissot
Kamel Azzouz
Michael Lissner
Cedric De Vaulx
Patrick Leblay
Sebastien Garnier
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Abstract

L'invention concerne une plaque (105) constitutive d'un échangeur de chaleur et destinée à délimiter au moins un canal (111a, 111b) de circulation d'un fluide. La plaque (105) comprend un fond (106) et au moins un bord relevé (107) qui entoure le fond (106). La plaque (105) comprend au moins une ouverture (110) configurée pour alimenter le canal (111a, 111b) en fluide (4, 6). La plaque (105) étant pourvue d'une pluralité de protubérances (112a, 112b, 112c, 112d). Les protubérances (112a, 112b, 112c, 112d) comprennent au moins une protubérance de premier type (112a) d'une première hauteur (H1) et au moins une protubérance de deuxième type (112b) d'une deuxième hauteur (H2), la première hauteur (Hi) étant inférieure à la deuxième hauteur (H2).

Description

La présente invention se rapporte aux plaques constitutives d’un échangeur de chaleur. Elle a pour objet une telle plaque et un échangeur de chaleur comportant au moins une telle plaque.
Dans le domaine automobile, il est courant d’avoir à modifier une température d’un élément, tel qu’un moteur électrique, une batterie, un dispositif de stockage de calories et/ou de frigories ou analogue. A cet effet, le véhicule automobile est équipé d’une installation qui comprend un circuit de fluide réfrigérant à l’intérieur duquel circule un fluide réfrigérant et un circuit de liquide caloporteur à l’intérieur duquel circule un liquide caloporteur. Le circuit de fluide réfrigérant comprend un compresseur pour comprimer le fluide réfrigérant, un échangeur thermique pour refroidir le fluide réfrigérant à pression constante, un organe de détente pour permettre une détente du fluide réfrigérant et un échangeur de chaleur qui est agencé pour permettre un transfert thermique entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur.
L’échangeur de chaleur est un échangeur formé de plaques empilées et jointes ensemble pour former un tube délimitant un canal de circulation du fluide réfrigérant ou du liquide caloporteur. La plaque comprend au moins deux ouvertures, ménagées dans un fond de la plaque, pour alimenter le canal de circulation en liquide caloporteur ou en fluide réfrigérant. Le canal de circulation offre une section de passage au liquide caloporteur ou au fluide réfrigérant qui est une surface prise perpendiculairement à un plan dans lequel s’étend la plaque et perpendiculairement à un axe d’allongement longitudinal de la plaque.
Un premier problème réside en une mauvaise répartition du fluide réfrigérant et/ou du liquide caloporteur à l’intérieur du canal de circulation. Une telle mauvaise répartition amoindrit une efficacité du transfert thermique entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur.
Un deuxième problème réside en une trop grande vitesse de circulation du fluide réfrigérant et/ou du liquide caloporteur à l’intérieur du canal de circulation, ce qui minimise aussi le transfert thermique entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur.
Il est connu de ménager des protubérances à l’intérieur du canal de circulation pour perturber un écoulement du fluide réfrigérant et/ou du liquide caloporteur à l’intérieur du canal de circulation. Les protubérances sont issues d’une déformation, notamment par emboutissage, d’au moins une des plaques. Chaque protubérance comprend une base ménagée dans le fond de la plaque et une paroi sommitale ménagée à l’opposé de la base.
Il persiste néanmoins une mauvaise répartition du fluide réfrigérant et/ou du liquide caloporteur à l’intérieur du canal de circulation ainsi qu’une trop grande vitesse de circulation du fluide réfrigérant et/ou du liquide caloporteur à l’intérieur du canal de circulation, au moins à l’intérieur d’une zone de la section de passage du fluide réfrigérant et/ou du liquide caloporteur à l’intérieur du canal de circulation. D’une manière générale, on observe qu’une zone centrale de l’échangeur de chaleur et/ou de la section de passage voit sa température moins modifiée que des zones périphériques de l’échangeur de chaleur et/ou de la section de passage, ce qu’il convient d’améliorer.
De plus, en raison de la forme des protubérances et de la méthode de réalisation par emboutissage des protubérances, on observe une dissymétrie d’échange de chaleur de la base des protubérances à la paroi sommitale des protubérances, notamment en raison d’un étirement différencié de la matière constitutive de la base de la protubérance et de la paroi sommitale. On observe par exemple que la paroi sommitale est moins épaisse que la base, ce qui créé un gradient thermique entre la base et la paroi sommitale de la protubérance.
Un but de la présente invention est de proposer une plaque constitutive d’un échangeur de chaleur qui permet une optimisation d’une répartition du fluide réfrigérant et/ou du liquide caloporteur à l’intérieur du canal de circulation que délimite partiellement la plaque.
Un autre but de la présente invention est de proposer une plaque constitutive d’un échangeur de chaleur qui diminue une vitesse de circulation du fluide réfrigérant et/ou du liquide caloporteur à l’intérieur du canal de circulation, en une zone particulière où la répartition est habituellement inhomogène.
Un autre but de la présente invention est de proposer un agencement particulier de la plaque, celle-ci étant indifféremment constitutive d’un échangeur de chaleur dont un chemin de circulation est agencé en « U », indifféremment pour un échangeur de chaleur entre un fluide réfrigérant et un liquide caloporteur et pour un échangeur de chaleur entre un fluide réfrigérant et un flux d’air, ou bien d’un échangeur de chaleur dont un chemin de circulation est agencé en « I », notamment pour un échangeur de chaleur entre un fluide réfrigérant et un flux d’air.
Un autre but de la présente invention est de proposer un échangeur de chaleur comprenant au moins une telle plaque, l’échangeur de chaleur étant soit un échangeur de chaleur entre un fluide réfrigérant et un liquide caloporteur, tel qu’un échangeur de chaleur interposé entre un circuit de fluide réfrigérant et un circuit de liquide caloporteur, soit un échangeur de chaleur entre un fluide réfrigérant et un flux d’air.
Une plaque de la présente invention est une plaque constitutive d’un échangeur de chaleur et destinée à délimiter au moins un canal de circulation d’un fluide. La plaque comprend un fond et au moins un bord relevé qui entoure le fond. La plaque comprend au moins une ouverture configurée pour alimenter le canal en fluide. La plaque est pourvue d’une pluralité de protubérances. Les protubérances comprennent au moins une protubérance de premier type d’une première hauteur et au moins une protubérance de deuxième type d’une deuxième hauteur.
Selon la présente invention, la première hauteur est inférieure à la deuxième hauteur.
- la première hauteur est égale à 50% de la deuxième hauteur, à +/- 10 % près,
- la première hauteur est prise perpendiculairement entre un plan de fond dans lequel s’inscrivent le fond de la plaque et une base de la protubérance de premier type et un plan dans lequel s’inscrit une paroi sommitale de la protubérance de premier type,
- la deuxième hauteur est prise perpendiculairement entre le plan de fond dans lequel s’inscrivent le fond de la plaque et une base de la protubérance de deuxième type et un plan dans lequel s’inscrit une paroi sommitale de la protubérance de premier type,
- la paroi sommitale est la paroi de la protubérance qui est la plus éloignée de la base,
- la paroi sommitale est agencée en un plateau qui est ménagée dans un plan parallèle, ou sensiblement parallèle à un plan de fond dans lequel est ménagé le fond,
- la protubérance comporte un profil trapézoïdal dans un plan transversal qui est orthogonal au plan de fond,
- le bord relevé s’étend dans au moins un plan de bord qui est transversal au à un plan de fond dans lequel s’étend le fond,
- le bord relevé comprend au moins deux bords relevés longitudinaux ménagés en vis-à-vis l’un de l’autre et au moins deux bords relevés latéraux ménagés en vis-à-vis l’un de l’autre, les deux bords relevés longitudinaux et les deux bords relevés latéraux formant ensemble un pourtour périphérique au fond,
- les bords relevés latéraux et les bords relevés longitudinaux s’étendent à l’intérieur de plans respectifs qui forment chacun avec le plan de fond un angle qui est compris entre 910 et 140°, préférentiellement compris entre 910 et 950,
- la plaque est réalisée en un matériau métallique, par exemple apte à être embouti pour former notamment les protubérances par emboutissage de la plaque, le matériau métallique étant choisi parmi les matériaux métalliques thermiquement conducteur, aluminium ou alliage d’aluminium notamment,
- au moins une protubérance de premier type est une protubérance de première catégorie qui émerge vers un premier canal depuis une première face de la plaque,
- la première face de la plaque délimite un premier canal de circulation d’un fluide réfrigérant,
- au moins une protubérance de premier type est une protubérance de deuxième catégorie qui émerge vers un deuxième canal depuis une deuxième face de la plaque, située à l’opposé de la première face,
- la deuxième face de la plaque délimite un deuxième canal de circulation d’un liquide caloporteur ou d’un flux d’air, le deuxième canal de circulation étant ménagé de l’autre côté de la plaque où est ménagé le premier canal de circulation,
- au moins une protubérance de deuxième type est une protubérance de première catégorie qui émerge vers le canal depuis la première face de la plaque,
- au moins une protubérance de deuxième type est une protubérance de deuxième catégorie qui émerge vers le canal depuis la deuxième face de la plaque,
- le fond comprend une nervure qui est agencée pour que le canal présente un profil en U,
- la nervure est parallèle à une direction d’élongation des bords relevés longitudinaux,
- la nervure s’étend entre une première extrémité longitudinale et une deuxième extrémité longitudinale, la première extrémité longitudinale étant en contact avec le bord relevé, et préférentiellement en contact avec un premier bord relevé latéral que comprend le bord relevé, la deuxième extrémité longitudinale étant située à une première distance non-nulle du bord relevé,
- le canal est conformé en un U dont les branches sont parallèles aux bords relevés longitudinaux de la plaque et dont la base jouxte un deuxième bord relevé latéral qui est ménagé à l’opposé longitudinalement du premier bord relevé latéral,
- la nervure est ménagée à égale distance des deux bords relevés longitudinaux de la plaque,
- la nervure est décalée d’une distance non-nulle par rapport à un plan médian de la plaque, le plan médian étant orthogonal au fond et parallèle à l’axe d’allongement longitudinal de la plaque,
- la plaque comprend au moins deux ouvertures,
- la plaque comprend au moins quatre ouvertures, qui sont répartis deux-àdeux à chaque extrémité longitudinale de la plaque. Deux de ces ouvertures sont configurées pour communiquer avec une première branche du canal ménagé d’un côté du fond et les deux autres ouvertures sont configurées pour communiquer avec une deuxième branche du canal ménagé d’un autre côté du fond,
- la première branche du canal et la deuxième branche du canal sont séparées par la nemire,
- au moins deux protubérances sont alignées le long d’un axe d’allongement latéral de la plaque qui est orthogonal à un axe d’allongement longitudinal de la plaque,
La présente invention a aussi pour objet un tube qui comprend au moins deux telles plaques.
Le tube présente avantageusement l’une quelconque au moins des caractéristiques suivantes, prises seule ou en combinaison :
- une protubérance de premier type d’une première plaque comprend une première paroi sommitale qui est en contact avec une première paroi sommitale d’une protubérance de premier type d’une deuxième plaque,
- une protubérance de deuxième type d’une première plaque comprend une deuxième paroi sommitale qui est en contact avec une deuxième face du fond d’une deuxième plaque.
La présente invention a aussi pour objet un échangeur de chaleur comprenant au moins un tel tube.
Le tube présente avantageusement l’une quelconque au moins des caractéristiques suivantes, prises seule ou en combinaison :
- deux plaques sont imbriquées l’une dans l’autre et entre lesquelles est ménagé un espace qui forme le canal de circulation du fluide,
- selon une variante de réalisation, au moins trois plaques sont imbriquées les unes dans les autres et délimitent deux à deux un premier canal et un deuxième canal, le premier canal étant configuré pour être emprunté par un fluide réfrigérant tandis que le deuxième canal est configuré pour être emprunté par un liquide caloporteur,
- l’échangeur de chaleur comprend un premier chemin de circulation participant d’un circuit de fluide réfrigérant à l’intérieur duquel circule un fluide réfrigérant et un deuxième chemin de circulation à l’intérieur duquel circule un liquide caloporteur, le premier chemin de circulation et le deuxième chemin de circulation étant agencés pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur. A cet effet, le fond comprend une première face bordant le premier chemin de circulation et une deuxième face bordant le deuxième chemin de circulation,
- le premier chemin de circulation et le deuxième chemin de circulation sont agencés en « I »,
- le premier chemin de circulation et le deuxième chemin de circulation sont agencés en « U »,
- le circuit de fluide caloporteur comprend un échangeur thermique apte à échanger des calories avec un élément à refroidir et/ou à réchauffer, tel qu’un moteur électrique, une batterie, un dispositif de stockage de calories et/ou de frigories ou analogue.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure i est une vue schématique d’une installation comprenant au moins un échangeur de chaleur selon l’invention,
- la figure 2 est une vue schématique d’un premier échangeur de chaleur participant de l’installation représentée sur la figure i,
- la figure 3 est une vue schématique partielle du premier échangeur de chaleur illustré sur la figure 2,
- la figure 4 est une vue schématique de face d’une plaque constitutive du premier échangeur de chaleur illustré sur les figures 2 et 3, selon une première variante de réalisation de la plaque,
- la figure 5 est une vue schématique d’une coupe transversale partielle de la plaque illustrée sur la figure 4,
- la figure 6 est une vue schématique d’une pluralité de plaques illustrées sur les figures 4 et 5 assemblées pour former des tubes de la présente invention,
- la figure 7 est une vue schématique d’un deuxième échangeur de chaleur participant de l’installation représentée sur la figure 1,
- la figure 8 est une vue schématique de face d’une plaque constitutive du premier échangeur de chaleur illustré sur la figure 7, selon une deuxième variante de réalisation de la plaque,
- la figure 9 est une vue schématique d’une coupe transversale partielle de la plaque illustrée sur la figure 8,
- la figure 10 est une vue schématique d’une pluralité de plaques illustrées sur les figures 8 et 9 assemblées pour former des tubes de la présente invention,
Il faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
Sur la figure 1, un véhicule automobile est équipé d’un élément 1 qu’il convient de refroidir ou de réchauffer, par exemple pour optimiser son fonctionnement. Un tel élément 1 est notamment un moteur électrique ou thermique destiné à propulser au moins partiellement le véhicule automobile, une batterie prévue pour stocker une énergie électrique, un dispositif de stockage de calories et/ou de frigories ou analogue. A cet effet, le véhicule automobile est équipé d’une installation 2 qui comprend un circuit de fluide réfrigérant 3 à l’intérieur duquel circule un fluide réfrigérant 4, dioxyde de carbone par exemple ou analogue, et un circuit de liquide caloporteur 5 à l’intérieur duquel circule un liquide caloporteur 6, eau glycolée notamment ou analogue. L’installation 2 comprend au moins un échangeur de chaleur 11, 12 selon la présente invention. L’installation 2 est décrite ci-après pour mieux comprendre la présente invention mais les caractéristiques de l’installation 2 décrite ne sont nullement restrictives pour l’échangeur de chaleur 11, 12 de la présente invention. Autrement dit, l’installation 2 est susceptible de présenter des caractéristiques structurelles distinctes et/ou des modalités de fonctionnement différentes que celles décrites sans que l’échangeur de chaleur 11,12 déroge aux règles de la présente invention.
Le circuit de fluide réfrigérant 3 comprend un compresseur 7 pour comprimer le fluide réfrigérant 4, un échangeur fluide réfrigérant / air extérieur 8 pour refroidir le fluide réfrigérant 4 à pression constante, par exemple placé en face avant du véhicule automobile, un organe de détente 9 pour permettre une détente du fluide réfrigérant 4 et un premier échangeur de chaleur 11 qui est agencé pour permettre un transfert thermique entre le fluide réfrigérant 4 et le liquide caloporteur 6. Le circuit de fluide réfrigérant 3 comprend un deuxième échangeur de chaleur 12 qui est agencé pour permettre un transfert thermique entre le fluide réfrigérant 4 et un flux d’air 10, le flux d’air 10 circulant par exemple à l’intérieur d’une canalisation 13 d’un système de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, avant d’être délivré à l’intérieur d’un habitacle du véhicule automobile.
A cette fin, l’élément 1 est en relation avec un échangeur thermique 14, l’échangeur thermique 14 étant apte à modifier une température de l’élément 1, notamment par contact direct ménagé entre l’élément 1 et l’échangeur thermique 14, l’échangeur thermique 14 étant constitutif du circuit de liquide caloporteur 5.
Le circuit de liquide caloporteur 5 comprend une pompe 15 pour faire circuler le liquide caloporteur 6 à l’intérieur du circuit de liquide caloporteur 5. Le circuit de liquide caloporteur 5 comprend le premier échangeur de chaleur 11 qui est également constitutif du circuit de fluide réfrigérant 3. Le premier échangeur de chaleur 11 comprend au moins un premier chemin de circulation 21 du fluide réfrigérant 4 et au moins un deuxième chemin de circulation 22 du liquide caloporteur 6, le premier chemin de circulation 21 et le deuxième chemin de circulation 22 étant agencés pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant 4 présent à l’intérieur du premier chemin de circulation 21 et le liquide caloporteur 6 présent à l’intérieur du deuxième chemin de circulation 22. De préférence, le premier échangeur de chaleur 11 comporte plusieurs premiers chemins de circulation 21 et plusieurs deuxièmes chemins de circulation 22. Un premier chemin de circulation 21 est interposé entre deux deuxièmes chemins de circulation 22, et un deuxième chemin de circulation 22 est interposé entre deux premiers chemins de circulation 21. Le premier échangeur de chaleur 11 comporte ainsi une alternance de premiers chemins de circulation 21 et de deuxièmes chemins de circulation 22.
A l’intérieur du circuit de liquide caloporteur 5, le liquide caloporteur 6 circule depuis la pompe 15 vers le premier échangeur de chaleur 11, puis circule à l’intérieur du premier échangeur de chaleur 11 en empruntant les deuxièmes chemins de circulation 22 pour échanger des calories avec le fluide réfrigérant 4 présent à l’intérieur des premiers chemins de circulation 21, puis retourne vers la pompe 15.
A l’intérieur du circuit de fluide réfrigérant 3, le fluide réfrigérant 4 circule du compresseur 7 vers l’échangeur fluide réfrigérant / air extérieur 8, puis vers l’organe de détente 9.
Selon une première modalité de fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant 3, le fluide réfrigérant 4 circule ensuite à l’intérieur du premier échangeur de chaleur 11 en empruntant les premiers chemins de circulation 21 à l’intérieur desquels le fluide réfrigérant 4 échange des calories avec le liquide caloporteur 6 présent à l’intérieur des deuxièmes chemins de circulation 22, puis retourne vers le compresseur 7.
Selon une deuxième modalité de fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant 3, le fluide réfrigérant 4 circule à l’intérieur du deuxième échangeur de chaleur 12 en empruntant des chemins de circulation à l’intérieur desquels le fluide réfrigérant 4 échange des calories avec le flux d’air 10, puis retourne vers le compresseur 7.
Sur la figure 2, le premier échangeur de chaleur 11 est globalement parallélépipédique et comprend une joue 100 qui est pourvue d’une admission du liquide caloporteur 101 par l’intermédiaire de laquelle le liquide caloporteur 6 pénètre à l’intérieur du premier échangeur de chaleur 11. La joue 100 est aussi pourvue d’une évacuation du liquide caloporteur 102 par l’intermédiaire de laquelle le liquide caloporteur 6 est évacué hors du premier échangeur de chaleur
11. Les deuxièmes chemins de circulation 22 s’étendent entre l’admission du liquide caloporteur 101 et l’évacuation du liquide caloporteur 102. La joue 100 comporte aussi une admission du fluide réfrigérant 103 par l’intermédiaire de laquelle le fluide réfrigérant 4 pénètre à l’intérieur du premier échangeur de chaleur 11 et une évacuation du fluide réfrigérant 104 par l’intermédiaire de laquelle le fluide réfrigérant 4 est évacué hors du premier échangeur de chaleur 11. Les premiers chemins de circulation 21 s’étendent entre l’admission du fluide réfrigérant 103 et l’évacuation du fluide réfrigérant 104.
Sur la figure 3, sur laquelle ont été ôtés la joue 100 du premier échangeur de chaleur ainsi que lesdites admissions 101,103 et évacuations 102,104, le premier échangeur de chaleur 11 est un échangeur à plaques qui comprend une pluralité de plaques 105, telles que les plaques 105 illustrées sur les figures 4 et 5. La plaque 105 s’étend principalement selon un axe longitudinal d’allongement Ai. La plaque
105 comprend un fond 106 et au moins un bord relevé 107 qui entoure le fond 106. Autrement dit, le bord relevé 107 est ménagé à la périphérie du fond 106 et le bord relevé 107 entoure le fond 106. On comprend que la plaque 105 est agencée en une baignoire globalement rectangulaire, le fond de la baignoire étant constitué du fond 106 et les bords de la baignoire étant constitués du bord relevé 107. Plus particulièrement, le bord relevé 107 comprend deux bords relevés longitudinaux 108a, 108b ménagés en vis-à-vis l’un de l’autre et deux bords relevés latéraux 109a, 109b ménagés en vis-à-vis l’un de l’autre.
La plaque 105 est globalement une paroi qui comporte deux faces 118a, 118b, dont une première face 118a qui borde un côté de la plaque 105 et une deuxième face 118b qui borde l’autre côté de la plaque 105. Autrement dit, la première face 118a délimite un premier canal de circulation 111a du fluide réfrigérant 4 et la deuxième face 118b délimite un deuxième canal de circulation 111b du liquide caloporteur 6. Autrement dit encore, une plaque 105 est interposé entre le premier canal de circulation ma du fluide réfrigérant 4 et le deuxième canal de circulation 111b du liquide caloporteur 6.
La plaque 105 comprend quatre ouvertures 110, préférentiellement circulaires, qui sont réparties deux-à-deux à chaque extrémité longitudinale de la plaque 105, et plus particulièrement à chacun des angles du fond 106 de la plaque 105. Deux de ces ouvertures 110 sont configurées pour communiquer avec un des premiers chemins de circulation 21 ménagé d’un côté du fond 106 et les deux autres ouvertures 110 sont configurées pour communiquer avec un des deuxièmes chemins de circulation 22 ménagé d’un autre côté du fond 106.
Deux des ouvertures 110 ménagées à une même extrémité longitudinale de la plaque 105 sont chacune entourées par un collet 120, de sorte que ces ouvertures 110 cernées par ce collet 120 s’étendent dans un plan décalé par rapport à un plan de fond P4 dans lequel s’inscrit le fond 106. Les deux autres ouvertures 110 situées à l’autre extrémité longitudinale de la plaque 105 s’étendent dans le plan de fond P4.
Deux plaques 105 sont imbriquées l’une dans l’autre et en contact l’une avec l’autre au moins par l’intermédiaire de leurs bords relevés 107. Autrement dit, deux plaques 105 sont empilées l’une au-dessus de l’autre et ménagent entre elles un espace qui forme le canal ma, mb de circulation du fluide réfrigérant 4 ou du liquide caloporteur 6.
Le fond 106 comprend une nervure 113 qui est agencée pour que le canal nia, 111b présente un profil en U. La nervure 113 est parallèle à une direction D d’élongation des bords relevés longitudinaux 108a, 108b, la direction D d’élongation des bords relevés longitudinaux 108a, 108b étant préférentiellement parallèle à l’axe longitudinal d’allongement Al de la plaque 105. La nervure 113 s’étend entre une première extrémité longitudinale 114 et une deuxième extrémité longitudinale 115, la première extrémité longitudinale 114 étant en contact avec le bord relevé 107, et préférentiellement en contact avec un premier bord relevé latéral 109a que comprend le bord relevé 107. La deuxième extrémité longitudinale 115 est située à une première distance Di non-nulle du bord relevé 107, la première distance Di étant prise entre la deuxième extrémité longitudinale 115 et le bord relevé 107, mesurée le long de l’axe d’allongement longitudinal Ai de la plaque 105.
Ces dispositions sont telles que le canal nia, 111b est conformé en un U dont les branches du U sont parallèles aux bords relevés longitudinaux 108a, 108b de la plaque 105 et sont séparées par la nervure 113, et dont la base du U jouxte un deuxième bord latéral 109b qui est ménagé à l’opposé longitudinalement du premier bord latéral 109a.
Selon une variante de réalisation, la nervure 113 est décalée d’une deuxième distance D2, qui est non nulle, par rapport à un plan médian Pi de la plaque 105, le plan médian Pi étant orthogonal au fond 106 et parallèle à l’axe d’allongement longitudinal Ai de la plaque 105, la deuxième distance D2 étant mesurée entre la nervure 113, prise en son centre C, et le plan médian Pi perpendiculairement à ce dernier.
Selon une autre variante de réalisation, la nervure est ménagée à une égale distance des deux bords longitudinaux de la plaque, ladite distance étant mesurée entre la nervure, prise en son centre, et l’un des bords relevés longitudinaux perpendiculairement à l’axe d’allongement longitudinal de la plaque.
Le fond 106 est pourvu d’une pluralité de protubérances 112a, 112b, 112c, H2d qui sont prévues pour perturber une circulation du fluide réfrigérant 4 et/ou du liquide caloporteur 6. Les protubérances 112a, 112b, 112c, ii2d sont préférentiellement de conformation tronconiques et comportent un profil trapézoïdal dans un plan transversal P2 qui est orthogonal au plan de fond P4 et à l’axe d’allongement longitudinal Ai de la plaque 105.
Sur la figure 5, la plaque 105 est avantageusement pourvue d’une pluralité de protubérances 112a, 112b, 112c, ii2d qui sont réparties en protubérances de types différents et/ou de catégories différentes. Ainsi, les protubérances 112a, 112b, 112c, H2d sont par exemple des protubérances de premier type 112a, des protubérances de deuxième type 112b, des protubérances de première catégorie 112c et des protubérances de deuxième catégorie ii2d.
La différence de type des protubérances 112a, 112b, 112c, ii2d provient d’une différence de hauteur entre une protubérance de premier type 112a dont une première hauteur Hi est inférieure à une deuxième hauteur H2 d’une protubérance de deuxième type 112b.
La première hauteur Hi est par exemple égale à 50% de la deuxième hauteur H2, à +/-10 % près.
La première hauteur Hi est prise entre une base 117 de la protubérance de premier type 112a qui est ménagée dans le plan de fond P4 et une première paroi sommitale 116a de la protubérance de premier type 112a. La première paroi sommitale 116a est la paroi de la protubérance de premier type 112a qui est la plus éloignée du fond 106.
La deuxième hauteur H2 est prise entre une base 117 de la protubérance de deuxième type 112b qui est ménagée dans le plan de fond P4 et une deuxième paroi sommitale 116b de la protubérance de deuxième type 112b. La deuxième paroi sommitale 116b est la paroi de la protubérance de deuxième type 112b qui est la plus éloignée du fond 106.
La différence de catégorie des protubérances 112a, 112b, 112c, ii2d provient d’une différence d’orientation entre une protubérance de première catégorie 112c dont la paroi sommitale 116a, 116b, indifféremment de la protubérance de premier type 112a ou de la protubérance de deuxième type 112b, émerge de la première face 118a de la plaque 105 vers le premier canal ma que délimite la plaque 105 et une protubérance de deuxième catégorie ii2d dont la paroi sommitale 116a, 116b, indifféremment de la protubérance de premier type 112a ou de la protubérance de deuxième type 112b, émerge de la deuxième face 118b de la plaque 105 vers le deuxième canal 111b que délimite la même plaque 105.
On comprend à ce stade de la description qu’une protubérance est susceptible d’être une protubérance de premier type et de première catégorie 112a, 112c, ou bien une protubérance de premier type et de deuxième catégorie 112a, ii2d, ou bien une protubérance de deuxième type et de première catégorie 112b, 112c, ou bien une protubérance de deuxième type et de deuxième catégorie 112b, H2d, qui sont chacune illustrée sur la figure. Autrement dit, toutes les combinaisons de type et de catégorie sont possibles pour les protubérances et sont couvertes par la présente invention.
Le bord relevé 107 s’étend dans un plan de bord P3 qui est transversal au plan de fond P4 dans lequel s’étend le fond 106. Les bords relevés latéraux 109a, 109b et les bords relevés longitudinaux 108a, 108b s’étendent à l’intérieur de plans de bord P3 respectifs qui forment chacun avec le plan de fond P4 un angle a qui est compris entre 910 et 140°, préférentiellement compris entre 910 et 950.
La plaque 105 est réalisée en un matériau métallique, apte à être embouti pour former notamment les protubérances 112a, 112b, 112c, ii2d et la nervure 113 par emboutissage de la plaque 105, le matériau métallique étant choisi parmi les matériaux métalliques thermiquement conducteurs, aluminium ou alliage d’aluminium notamment.
Sur la figure 6, trois plaques 105 sont imbriquées les unes dans les autres de manière à ce que le bord relevé 107 d’une plaque 105 soit encastré à l’intérieur du bord relevé 107 de la plaque 105 immédiatement successive et de manière à ce que le fond 106 d’une plaque 105 soit en contact avec les parois sommitales 116b des protubérances de deuxième type 112b de la plaque 105 immédiatement successive ou bien que les parois sommitales 116a de protubérances de premier type 102a d’une plaque 105 soient en contact avec les parois sommitales 116a de protubérances de premier type 112a de la plaque immédiatement successive 105, ou bien encore que les parois sommitales 116a de protubérances de premier type 112a d’une plaque 105 soient des parois libres exemptes de tout contact avec une autre paroi sommitale 116a, 116b.
Un tel empilement des plaques 105 est réalisé aussi de manière à ce que les fonds io6 des plaques 105 soient disposés parallèlement les uns aux autres en une superposition distante et étagée des fonds 106. Les bords relevés 107 de deux plaques 105 encastrées l’une dans l’autre sont en contact et sont destinés à être brasés l’un avec l’autre pour assurer une étanchéité du canal 111 ainsi ménagé entre deux plaques 105 adjacentes. Deux plaques adjacentes 105 sont aussi associées de manière à ce que les rainures 113 des deux plaques adjacentes 105 soient superposées l’une à l’autre, les plans médians respectifs Pi des plaques adjacentes 105 étant juxtaposés l’un avec l’autre. Plus particulièrement, un sommet 121 de la rainure 113 d’une plaque 105 est en contact avec un pied 122 de la rainure 113 de la plaque 105 immédiatement successive, le pied 122 de la rainure 113 étant lié au fond 106 de la plaque 105.
Deux plaques 105 ainsi imbriquées l’une dans l’autre délimitent conjointement un tube 123 qui canalise une circulation du fluide réfrigérant 4 ou bien du liquide caloporteur 6. Autrement dit, les deux plaques 105 formant le tube 123 délimitent conjointement le canal nia, 111b dédié à la circulation du fluide réfrigérant 4 ou du liquide caloporteur 6. Plus particulièrement, un côté d’une plaque 105 borde le premier canal nia de circulation du fluide caloporteur 4 et l’autre côté de la même plaque 105 borde le deuxième canal 111b de circulation du liquide caloporteur 6. Ainsi, les plaques 105 sont agencées entre elles de manière à configurer en alternance les canaux nia, 111b de circulation du fluide réfrigérant 4 et du liquide caloporteur 6.
Sur la figure 7, le deuxième échangeur de chaleur 12 est globalement parallélépipédique et comprend une joue 200 qui est pourvue d’une admission du liquide caloporteur 203 par l’intermédiaire de laquelle le fluide réfrigérant 4 pénètre à l’intérieur du deuxième échangeur de chaleur 12 et une évacuation du fluide réfrigérant 204 par l’intermédiaire de laquelle le fluide réfrigérant 4 est évacué hors du premier échangeur de chaleur 11. Les chemins de circulation s’étendent entre l’admission du fluide réfrigérant 103 et l’évacuation du fluide réfrigérant 104.
Le deuxième échangeur de chaleur 12 est un échangeur à plaques qui comprend une pluralité de plaques 205, telles que les plaques 105 illustrées sur la figure 8. La plaque 205 s’étend principalement selon un axe longitudinal d’allongement Ai. La plaque 205 comprend un fond 206 et au moins un bord relevé 207 qui entoure le fond 206. Autrement dit, le bord relevé 207 est ménagé à la périphérie du fond 206 et le bord relevé 207 entoure le fond 206. On comprend que la plaque 205 est agencée en une baignoire globalement rectangulaire, le fond de la baignoire étant constitué du fond 206 et les bords de la baignoire étant constitués du bord relevé 207. Plus particulièrement, le bord relevé 207 comprend deux bords relevés longitudinaux 208a, 208b ménagés en vis-à-vis l’un de l’autre et deux bords relevés latéraux 209a, 209b ménagés en vis-à-vis l’un de l’autre.
La plaque 205 est globalement une paroi qui comporte deux faces 218a, 218b, dont une première face 218a qui borde un côté de la plaque 205 et une deuxième face 218b qui borde l’autre côté de la plaque 205. Autrement dit, la première face 218a délimite un premier canal 211a de circulation du fluide réfrigérant 4 et la deuxième face 218b délimite un deuxième canal 211b à l’intérieur duquel circule le flux d’air 10. Autrement dit encore, une plaque 205 est interposée entre le premier canal 211a de circulation du fluide réfrigérant 4 et le deuxième canal 211b à l’intérieur duquel circule le flux d’air 10.
La plaque 205 comprend deux ouvertures 210, préférentiellement circulaires, qui sont réparties à chaque extrémité longitudinale de la plaque 205. Ces ouvertures 210 ménagées aux extrémités longitudinales opposées de la plaque 205 et l’une des ouvertures 210 est entourée par un collet 220, de sorte que cette ouverture 220 cernée par ce collet 220 s’étend dans un plan décalé par rapport à un plan de fond P4 dans lequel s’inscrit le fond 206. L’autre ouverture 210 située à l’autre extrémité longitudinale de la plaque 205 s’étend dans le plan de fond P4.
Deux plaques 205 sont imbriquées l’une dans l’autre et en contact l’une avec l’autre au moins par l’intermédiaire de leurs bords relevés 207. Autrement dit, deux plaques 205 sont empilées l’une au-dessus de l’autre et ménagent entre elles un espace qui forme le canal 211a, 211b de circulation du fluide réfrigérant 4 ou du flux d’air 10.
Le fond 106 est pourvu d’une pluralité de protubérances 212a, 212b, 212c, ii2d qui sont prévues pour perturber une circulation du fluide réfrigérant 4. Les protubérances 212a, 212b, 212c, 2i2d sont préférentiellement de conformation tronconiques et comportent un profil trapézoïdal dans un plan transversal P2 qui est orthogonal au plan de fond P4 et à l’axe d’allongement longitudinal Ai de la plaque 205.
Sur la figure 9, la plaque 205 est avantageusement pourvue d’une pluralité de protubérances 212a, 212b, 212c, 2i2d qui sont réparties en protubérances de types différents et/ou de catégories différentes. Ainsi, les protubérances 212a, 212b, 212c, 2i2d sont par exemple des protubérances de premier type 212a, des protubérances de deuxième type 212b, des protubérances de première catégorie 212c et des protubérances de deuxième catégorie 2i2d.
La différence de type des protubérances 212a, 212b, 212c, 2i2d provient d’une différence de hauteur entre une protubérance de premier type 212a dont une première hauteur Hi est inférieure à une deuxième hauteur H2 d’une protubérance de deuxième type 212b.
La première hauteur Hi est par exemple égale à 50% de la deuxième hauteur H2, à +/-10 % près.
La première hauteur Hi est prise entre une base 217 de la protubérance de premier type 212a qui est ménagée dans le plan de fond P4 et une première paroi sommitale 216a de la protubérance de premier type 212a. La première paroi sommitale 216a est la paroi de la protubérance de premier type 212a qui est la plus éloignée du fond 206.
La deuxième hauteur H2 est prise entre une base 217 de la protubérance de deuxième type 212b qui est ménagée dans le plan de fond P4 et une deuxième paroi sommitale 216b de la protubérance de deuxième type 212b. La deuxième paroi sommitale 216b est la paroi de la protubérance de deuxième type 212b qui est la plus éloignée du fond 206.
La différence de catégorie des protubérances 212a, 212b, 212c, 2i2d provient d’une différence d’orientation entre une protubérance de première catégorie 212c dont la paroi sommitale 216a, 216b, indifféremment de la protubérance de premier type 112a ou de la protubérance de deuxième type 212b, émerge de la première face 218a de la plaque 205 vers le premier canal 211a que délimite la plaque 205 et une protubérance de deuxième catégorie 2i2d dont la paroi sommitale 216a, 216b, indifféremment de la protubérance de premier type 212a ou de la protubérance de deuxième type 212b, émerge de la deuxième face 218b de la plaque 205 vers le deuxième canal 211b que délimite la même plaque 205.
On comprend à ce stade de la description qu’une protubérance est susceptible d’être une protubérance de premier type et de première catégorie 212a, 212c, ou bien une protubérance de premier type et de deuxième catégorie 212a, 2i2d, ou bien une protubérance de deuxième type et de première catégorie 212b, 212c, ou bien une protubérance de deuxième type et de deuxième catégorie 212b, 2i2d, qui sont chacune illustrée sur la figure. Autrement dit, toutes les combinaisons de type et de catégorie sont possibles pour les protubérances et sont couvertes par la présente invention.
Le bord relevé 207 s’étend dans un plan de bord P3 qui est transversal au plan de fond P4 dans lequel s’étend le fond 206. Les bords relevés latéraux 209a, 209b et les bords relevés longitudinaux 208a, 208b s’étendent à l’intérieur de plans de bord P3 respectifs qui forment chacun avec le plan de fond P4 un angle a qui est compris entre 910 et 140°, préférentiellement compris entre 910 et 950.
La plaque 205 est réalisée en un matériau métallique, apte à être embouti pour former notamment les protubérances 212a, 212b, 212c, 2i2d par emboutissage de la plaque 105, le matériau métallique étant choisi parmi les matériaux métalliques thermiquement conducteurs, aluminium ou alliage d’aluminium notamment.
Sur la figure 10, trois plaques 205 sont imbriquées les unes dans les autres de manière à ce que le bord relevé 207 d’une plaque 205 soit encastré à l’intérieur du bord relevé 207 de la plaque 205 immédiatement successive et de manière à ce que le fond 206 d’une plaque 205 soit en contact avec les parois sommitales 216b des protubérances de deuxième type 212b de la plaque 205 immédiatement successive ou bien que les parois sommitales 216a de protubérances de premier type 212a d’une plaque 205 soient en contact avec les parois sommitales 216a de protubérances de premier type 212a de la plaque immédiatement successive 205, ou bien encore que les parois sommitales 216a de protubérances de premier type 212a d’une plaque 205 soient des parois libres exemptes de tout contact avec une autre paroi sommitale 216a, 216b.
Un tel empilement des plaques 205 est réalisé aussi de manière à ce que les fonds 206 des plaques 205 soient disposés parallèlement les uns aux autres en une superposition distante et étagée des fonds 206. Les bords relevés 207 de deux plaques 205 encastrées l’une dans l’autre sont en contact et sont destinés à être brasés l’un avec l’autre pour assurer une étanchéité du canal 111 ainsi ménagé entre deux plaques 205 adjacentes.
Deux plaques 205 ainsi imbriquées l’une dans l’autre délimitent conjointement un tube 223 qui canalise une circulation du fluide réfrigérant 4 ou bien du flux d’air 10. Autrement dit, les deux plaques 205 formant le tube 223 délimitent conjointement le canal 211a, 211b dédié à la circulation du fluide réfrigérant 4 ou du flux d’air 10. Plus particulièrement, un côté d’une plaque 205 borde le premier canal 211a de circulation du fluide caloporteur 4 et l’autre côté de la même plaque 205 borde le deuxième canal 211b de circulation du flux d’air 10. Ainsi, les plaques 205 sont agencées entre elles de manière à configurer en alternance les canaux 211a, 211b de circulation du fluide réfrigérant 4 et du flux d’air 10.
Telle qu'elle vient d'être décrite, l’invention atteint bien les buts qu'elle s'était fixés, en permettant d’homogénéiser les échanges de chaleur sur toute la largeur de la plaque, évitant ainsi les zones de moindre échange, par exemple le long de la nervure 113 ou le long des bords relevés longitudinaux 108a, 108b, 208a, 208b.
De plus, les protubérances de premier type 112a, 212a en étant moins étirées que les protubérances de deuxième type 112b, 212b permettent un transfert thermique entre le premier canal ma, 211a et le deuxième canal 111b, 211b qui est plus homogène de la base 117, 217 à la première paroi sommitale 116a, 216a de la protubérance de premier type 112a, 212a.
L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations exclusivement décrits et illustrés, et s’applique également à tous moyens ou configurations, équivalents et à toute combinaison de tels moyens ou configurations. Notamment, si l'invention a été décrite ici dans son application à un échangeur de chaleur fluide réfrigérant / liquide caloporteur ou air, il va de soi qu'elle s'applique à toute forme et/ou dimension de la plaque ou à tout type de fluide circulant le long de la plaque selon l’invention.

Claims (10)

  1. REVEN PIÛÂTIONS
    1. Plaque (105, 205) constitutive d’un échangeur de chaleur (11, 12) et destinée à délimiter au moins un canal (111a, 111b ; 211a, 211b) de circulation d’un fluide (4, 6), la plaque (105, 205) comprenant un fond (106, 206) et au moins un bord relevé (107, 207) qui entoure le fond (106, 206), la plaque (105, 205) comprenant au moins une ouverture (110, 210) configurée pour alimenter le canal (111a, 111b ; 211a, 211b) en fluide (4, 6), la plaque (105, 205) étant pourvue d’une pluralité de protubérances (112a, 112b, 112c, ii2d ; 212a, 212b, 212c, 2i2d), dans laquelle les protubérances (112a, 112b, 112c, ii2d; 212a, 212b, 212c, 2i2d) comprennent au moins une protubérance de premier type (112a, 212a) d’une première hauteur (Hi) et au moins une protubérance de deuxième type (112b, 212b) d’une deuxième hauteur (H2), la première hauteur (Hi) étant inférieure à la deuxième hauteur (H2).
  2. 2. Plaque (105, 205) selon la revendication 1, dans laquelle au moins une protubérance de premier type (112a, 212a) est une protubérance de première catégorie (112c, 212c) qui émerge vers un premier canal (ma, 211a) depuis une première face (118a) de la plaque (105, 205).
  3. 3. Plaque (105, 205) selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle au moins une protubérance de premier type (112a, 212a) est une protubérance de deuxième catégorie (ii2d, 2i2d) qui émerge vers un deuxième canal (111b, 211b) depuis une deuxième face (118b) de la plaque (105, 205), située à l’opposé de la première face (118a).
  4. 4. Plaque (105, 205) selon l’une quelconque des revendications 2 et 3, dans laquelle au moins une protubérance de deuxième type (112b, 212b) est une protubérance de première catégorie (112c, 212c) qui émerge vers le canal (111, 211) depuis la première face (118a) de la plaque (105, 205).
  5. 5. Plaque (105, 205) selon l’une quelconque des revendications 3 et 4, dans laquelle au moins une protubérance de deuxième type (112b, 212b) est une protubérance de deuxième catégorie (ii2d, 2i2d) qui émerge vers le canal (111, 211) depuis la deuxième face (118b) de la plaque (105, 205).
  6. 6. Plaque (105, 205) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les protubérances (112a, 112b, 112c, ii2d ; 212a, 212b, 212c, 2i2d) sont tronconiques.
  7. 7. Plaque (105, 205) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le fond (106, 206) comprend une nervure (113) qui est agencée pour
    5 que le canal (111, 211) présente un profil en U.
  8. 8. Tube (123, 223) comprenant aux moins deux plaques selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  9. 9. Tube (123, 223) selon la revendication précédente, dans lequel une protubérance de premier type (112a, 212a) d’une première plaque (105, 205)
  10. 10 comprend une première paroi sommitale (116a, 216a) qui est en contact avec une première paroi sommitale (116a, 216a) d’une protubérance de premier type (112a, 212a) d’une deuxième plaque (105, 205).
    10. Echangeur de chaleur (11, 12) comprenant au moins un tube (123, 223) selon l’une quelconque des revendications 8 à 9 .
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