FR3135517A1

FR3135517A1 - Plaque pour échangeur de chaleur à perturbateurs d’écoulement de fluide

Info

Publication number: FR3135517A1
Application number: FR2204534A
Authority: FR
Inventors: Christophe DENOUAL
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2022-05-12
Filing date: 2022-05-12
Publication date: 2023-11-17
Anticipated expiration: 2042-05-12
Also published as: WO2023217970A1; FR3135517B1

Abstract

Titre de l’invention : Plaque pour échangeur de chaleur à perturbateurs d’écoulement de fluide La présente invention concerne une plaque (10) d’échangeur de chaleur (1) avec deux bords longitudinaux opposés et reliés l’un à l’autre par deux bords latéraux (16), ces bords longitudinaux et latéraux (16) entourant une paroi de fond (24), un angle (α, α1, α2) mesuré entre cette paroi de fond (24) et l’un quelconque des bords (16) étant compris entre 103,5 ° et 109,5 °, une épaisseur de la plaque (10) étant comprise entre 0,20 mm et 0,45 mm, la paroi de fond (24) étant équipée de perturbateurs d’écoulement de fluide (40), ces perturbateurs d’écoulement de fluide (40) présentant une dimension verticale (D, D1, D2) comprise entre 0,75 mm et 1,15 mm. Figure de l’abrégé : Figure 4

Description

Plaque pour échangeur de chaleur à perturbateurs d’écoulement de fluide

La présente invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur, et plus particulièrement de tels échangeurs de chaleur qui sont équipés de perturbateurs d’écoulement de fluide.

Ces échangeurs de chaleur peuvent par exemple équiper un véhicule. Ils sont alors agencés au sein de ce véhicule pour permettre la régulation thermique d’un premier fluide circulant dans un premier espace grâce à la circulation d’un deuxième fluide dans un deuxième espace distinct du premier espace, de sorte que les deux fluides ne se mélangent pas. Les fluides peuvent notamment être un fluide réfrigérant circulant au sein d’une boucle de climatisation du véhicule ou encore un liquide de refroidissement destiné à réguler la température d’un moteur thermique.

Au sein des échangeurs de chaleur et circuits thermodynamiques auxquels ils sont rattachés, les fluides circulent en dissipant ou en absorbant de l’énergie thermique. L’efficacité des échangeurs de chaleur et des circuits thermodynamiques est principalement déterminée par les échanges thermiques entre les fluides les parcourant. Il est donc recherché la conception d’échangeurs thermiques dans lesquels les échanges thermiques entre les fluides circulant en leur sein sont optimisés. A cette fin, il est connu d’équiper les échangeurs de chaleur de dispositifs de perturbation d’écoulement des fluides, de façon à augmenter les échanges thermiques entre les fluides.

Un type d’échangeur de chaleur utilisé dans le domaine automobile est un échangeur à plaques, constitué d’un empilement de plaques qui sont solidarisées les unes aux autres par brasage et dans lequel les espaces subsistant entre deux plaques contigües après brasage définissent des zones de circulation des fluides. Ces zones de circulation sont normalement adaptées aux fluides qui les parcourent, ce qui implique l’existence de plusieurs types différents de plaques. Un problème technique réside dans le fait que les moyens de production et de stockage de ces plaques sont différents, ce qui complexifie la gestion logistique lors de la fabrication de ces échangeurs de chaleur à plaques.

La présente invention vise à pallier cet inconvénient en proposant une plaque d’échangeur de chaleur dont les dispositifs de perturbation d’écoulement de fluide sont configurés pour optimiser la perturbation de la circulation des fluides d’une part, tout en offrant une résistance mécanique améliorée au sein de l’échangeur de chaleur que la plaque équipe, le dimensionnel de ces plaques étant configuré pour qu’elle s’adapte, notamment par déformation, à la hauteur de l’espace de circulation du fluide qui est notamment défini par les dispositifs de perturbation.

La présente invention a ainsi pour principal objet une plaque d’échangeur de chaleur présentant une forme de baignoire avec deux bords longitudinaux opposés et reliés l’un à l’autre par deux bords latéraux, ces bords longitudinaux et latéraux entourant une paroi de fond de la plaque, un angle mesuré entre cette paroi de fond et l’un quelconque des bords étant compris entre 103,5 ° et 109,5 °, une épaisseur de la paroi de fond étant comprise entre 0,20 mm et 0,45 mm, la paroi de fond étant équipée de perturbateurs d’écoulement de fluide, au moins un de ces perturbateurs d’écoulement de fluide présentant une dimension verticale mesurée à l’intérieur d’un volume délimité par la paroi de fond et les bords comprise entre 0,75 mm et 1,15 mm.

La plaque d’échangeur de chaleur selon l’invention est configurée pour la circulation de fluide, une telle circulation permettant d’optimiser les échanges de chaleur par l’intermédiaire des perturbateurs d’écoulement de fluide. Les perturbateurs d’écoulement de fluide sont des déformations de la paroi de fond. Le fluide circule au sein d’un volume de la plaque d’échangeur de chaleur, qui est délimité d’une part par une paroi de fond, de laquelle font saillie les perturbateurs d’écoulement de fluide, et d’autre part par des bords longitudinaux et latéraux qui s’étendent dans des plans sécants à la paroi de fond. Ces plans sécants ne sont pas nécessairement perpendiculaires à la paroi de fond, ce qui donne à la plaque d’échangeur de chaleur sa forme de baignoire.

Plus particulièrement, un angle mesuré entre la paroi de fond et l’une quelconque des bords, c'est-à-dire soit un bord longitudinal soit un bord latéral, est compris entre 103,5 ° et 109,5 ° ; de préférence, cet angle est compris entre 105 ° et 108 ° ; encore préférentiellement, cet angle est compris entre 105,5 ° et 107,5 °.

La paroi de fond présente une épaisseur déterminée, cette épaisseur correspondant à sa dimension verticale mesurée entre une première face de la plaque et une deuxième face de la plaque. Une telle dimension est mesurée le long d’une direction verticale qui s’étend perpendiculairement à un plan dans lequel s’étend principalement la paroi de fond. Préférentiellement, l’épaisseur de la plaque est comprise entre 0,20 mm et 0,45 mm, et elle est idéalement comprise entre 0,27 mm et 0,35 mm.

Une dimension verticale des perturbateurs d’écoulement de fluide, qui correspond à leur taille mesurée selon la direction verticale, est elle aussi prédéterminée. Elle est ainsi comprise entre 0,75 mm et 1,15 mm. On comprend que les perturbateurs d’écoulement de fluide font saillie à partir d’un plan dans lequel s’étend la paroi de fond et s’étendent à l’intérieur d’un espace délimité entre les bords longitudinaux et latéraux, c'est-à-dire à l’intérieur du volume de la plaque d’échangeur de chaleur.

Selon une caractéristique de l’invention, la dimension verticale des perturbateurs d’écoulement de fluide est une première dimension verticale comprise entre 0,75 mm et 0,85 mm.

Selon une autre caractéristique de l’invention, la dimension verticale des perturbateurs d’écoulement de fluide est une deuxième dimension verticale comprise entre 1,05 mm et 1,15 mm.

Ainsi, les perturbateurs d’écoulement de fluide peuvent présenter soit une première dimension verticale, comprise entre 0,75 et 0,85 mm, soit une deuxième dimension verticale, comprise entre 1,05 et 1,15 mm ; on comprend que ces deux dimensions verticales distinctes, qui correspondent aux hauteurs des perturbateurs d’écoulement de fluide, sont relatives à deux modes de réalisation possibles de la plaque d’échangeur de chaleur.

Selon une caractéristique, la paroi de fond est équipée d’au moins quatre ouvertures de distribution fluidique, chacune de ces ouvertures de distribution fluidique étant disposée au voisinage d’une jonction entre un bord longitudinal et un bord latéral.

Ces ouvertures de distribution fluidique ont pour rôle d’acheminer ou d’évacuer du fluide vers/depuis le volume de la plaque d’échange de chaleur. Ces ouvertures de distribution fluidique sont disposées sur la plaque de telle sorte qu’il y a une ouverture de distribution fluidique à chaque coin de cette plaque.

Selon une caractéristique de l’invention, les perturbateurs d’écoulement de fluide comprennent au moins un dôme tronqué s’étendant entre une base et un sommet.

Une telle forme des dômes tronqués est appréciée selon une vue en section, qui correspond ici à un plan de coupe vertical. Ces dômes tronqués s’étendent entre une base et un sommet, leur base correspondant à leur portion qui joint la paroi de fond tandis que leur sommet est la portion la plus distante de ce plan, le sommet formant une extrémité libre du dôme tronqué, avant brasage de l’échangeur de chaleur. Le sommet du dôme tronqué est une partie plane, s’étendant de préférence parallèlement à la paroi de fond.

Les perturbateurs d’écoulement de fluide sont des déformations, par exemple par emboutissage, de la paroi de fond. La résistance mécanique de la plaque d’échangeur de chaleur est notamment dépendante de l’amincissement de matière obtenu lors de la déformation de la paroi de fond pour l’obtention de ces perturbateurs d’écoulement de fluide.

Selon une caractéristique, un diamètre maximal du dôme tronqué mesuré à sa base est de 4,5 mm.

Selon une autre caractéristique de l’invention, un diamètre minimal du dôme tronqué mesuré à son sommet est de 2 mm.

On comprend ici que la base des dômes tronqués, c'est-à-dire leur assise, est circulaire et présente potentiellement un diamètre supérieur à son sommet, lui aussi circulaire.

Selon une caractéristique, la paroi de fond est équipée d’une bande de séparation qui s’étend depuis l’un des bords latéraux en direction de l’autre bord latéral, sans néanmoins être au contact de ce dernier

Selon une caractéristique, la bande de séparation présente une forme sinusoïdale.

À l’instar des perturbateurs d’écoulement de fluide, la bande de séparation a pour effet d’optimiser les échanges thermiques au sein de la plaque d’échangeur de chaleur en augmentant le trajet du fluide dans le volume de cette plaque.

L’invention concerne en outre, selon un premier mode de réalisation, un échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange thermique entre un premier fluide et un deuxième fluide, cet échangeur de chaleur comprenant des premières plaques telles qu’évoquées précédemment, c'est-à-dire présentant la première dimension verticale, et des deuxièmes plaques telles qu’évoquées précédemment, c'est-à-dire présentant la deuxième dimension verticale.

Selon l’un des aspects de l’invention, les premier et deuxième fluides opérant un échange thermique pourraient être, respectivement, un fluide caloporteur, de type diélectrique, fluide de refroidissement tel que de l’eau ou mélange d’eau et d’éthylène glycol, et un fluide réfrigérant, tel que R134a, R1234yf ou R744.

Les premières plaques et deuxièmes plaques constituent alors un corps de chauffe au sein de l’échangeur de chaleur, ce corps de chauffe correspondant à sa portion où circulent les fluides et donc où ont lieu les échanges thermiques. Au sein de l’échangeur de chaleur selon ce premier mode de réalisation, un premier fluide et un autre deuxième fluide circulent respectivement entre deux plaques adjacentes, par exemple de sorte à réaliser une alternance entre zone de circulation du premier fluide et zone de circulation du deuxième fluide, ces zones de circulation étant délimitées verticalement par les parois de fond des plaques adjacentes. Un tel échangeur de chaleur présente ici des premières plaques dont la hauteur des perturbateurs d’écoulement de fluide est comprise entre 0,75 et 0,85 mm, et des deuxièmes plaques dont la hauteur des perturbateurs d’écoulement de fluide est comprise entre 1,05 et 1,15 mm, installées de manière alternée. Au sein d’un même échangeur de chaleur, des espacements entre les plaques le constituant présentent donc des dimensions verticales variables. Une telle combinaison de premières et deuxièmes plaques offre à l’échangeur de chaleur une flexibilité dimensionnelle quant à ses zones de circulation. Il est ainsi possible, à titre d’exemple, d’obtenir une zone de circulation du premier fluide supérieure à une zone de circulation du deuxième fluide, ou inversement.

Selon ce premier mode de réalisation, l’angle mesuré entre la paroi de fond et l’un quelconque des bords est compris entre 105 ° et 108 °. Préférentiellement, cet angle est compris entre 105,5 ° et 107,5 °. Un tel angle offre une souplesse qui permet de déformer le bord des plaques présentant la première dimension verticale ou la deuxième dimension verticale, tout en garantissant l’étanchéité entre ces plaques au moins au niveau de leur bord.

Alternativement et selon un deuxième mode de réalisation, l’invention est relative à un échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange thermique entre un premier fluide et un deuxième fluide, cet échangeur de chaleur comprenant un corps de chauffe uniquement constitué de plaques telles qu’évoquées précédemment, c'est-à-dire présentant la première dimension verticale.

Ici, l’échangeur de chaleur présente un corps de chauffe, c'est-à-dire une portion dédiée aux échanges thermiques, constitué exclusivement de premières plaques, c'est-à-dire de plaques dont les perturbateurs d’écoulement de fluide ont une dimension verticale comprise entre 0,75 et 0, 85 mm.

Selon ce deuxième mode de réalisation, l’angle mesuré entre la paroi de fond et l’un quelconque des bords est compris entre 106,5 ° et 109,5 °. Cet angle est particulièrement adapté pour assurer l’empilement des plaques présentant la première dimension verticale, ainsi que l’étanchéité entre deux plaques, au moins au niveau de leurs bords.

Selon un troisième mode de réalisation, l’invention entend couvrir un échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange thermique entre un premier fluide et un deuxième fluide, cet échangeur de chaleur comprenant un corps de chauffe uniquement constitué de plaques telles qu’évoquées précédemment, c'est-à-dire présentant la deuxième dimension verticale.

Ici, l’échangeur de chaleur présente un corps de chauffe, c'est-à-dire une portion dédiée aux échanges thermiques, constitué exclusivement de deuxièmes plaques, c'est-à-dire de plaques dont les perturbateurs d’écoulement de fluide ont une dimension verticale comprise entre 1,05 et 1,15 mm.

Selon ce troisième mode de réalisation, l’angle mesuré entre la paroi de fond et l’un quelconque des bords est compris entre 103,5 ° et 106,5 °. Cet angle est particulièrement adapté pour assurer l’empilement des plaques présentant la deuxième dimension verticale, ainsi que l’étanchéité entre deux plaques, au moins au niveau de leurs bords.

Selon une autre caractéristique, les plaques sont assemblées par brasage.

Le brasage assure notamment l’étanchéité de l’échangeur de chaleur, le premier fluide et le deuxième fluide disposant ainsi de zones de circulation distinctes et non communicantes, ces zones étant par ailleurs étanches par rapport à l’environnement extérieur de l’échangeur de chaleur.

Selon une caractéristique, les plaques sont empilées selon une direction d’empilement, les perturbateurs d’écoulement de fluide de deux plaques adjacentes selon la direction d’empilement étant disposés en quinconce.

La direction d’empilement correspond à la direction verticale ; c’est la direction selon laquelle les plaques sont superposées les unes aux autres de sorte que leurs bords longitudinaux et latéraux respectifs soient en contact. On entend ici par « disposés en quinconce » que les perturbateurs d’écoulement de fluide d’une plaque donnée ne sont pas alignés verticalement aux perturbateurs d’écoulement de fluide de la ou des plaques qui lui sont adjacentes, notamment lorsque ces plaques sont regardées selon une section verticale qui passe par trois perturbateurs d’écoulement de fluide. Autrement dit, les perturbateurs d’écoulement de fluide d’une plaque ne sont pas en recouvrement des perturbateurs d’écoulement de fluide de la plaque adjacente lorsque ces plaques sont vues de dessus.

Selon une autre caractéristique, les sommets des perturbateurs d’écoulement de fluide d’une plaque sont au contact de la paroi de fond de la plaque qui lui est adjacente selon la direction d’empilement.

Les perturbateurs d’écoulement de fluide sont ainsi des points de contact entre deux plaques adjacentes. Une telle liaison participe en outre à délimiter un chemin de circulation du fluide au sein de la zone de circulation de la plaque d’échangeur de chaleur, et perturbe donc l’écoulement de ce fluide dans le volume de la plaque. Par ailleurs, le contact entre les perturbateurs d’écoulement de fluide d’une première plaque et la paroi de fond d’une plaque qui lui est superposée participe au renfort mécanique de l’échangeur de chaleur, assurant la solidarisation des deux plaques et permettant une répartition des forces sur l’ensemble des points de contact constitués par les perturbateurs d’écoulement de fluide.

D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et d’exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins annexés d’autre part, sur lesquels :

illustre, schématiquement, un échangeur de chaleur selon l’invention, selon une vue en perspective ;

est une vue de coupe de l’échangeur de la , selon un premier mode de réalisation ;

est une vue en perspective de deux plaques de l’échangeur de chaleur de la ;

est une vue de coupe de l’échangeur de la selon le premier mode de réalisation, selon une vue rapprochée ;

est une vue de coupe de l’échangeur de la selon un deuxième mode de réalisation, selon une vue rapprochée ;

est une vue de coupe de l’échangeur de la selon un troisième mode de réalisation, selon une vue rapprochée.

Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.

Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.

Dans la description détaillée qui va suivre, les dénominations « longitudinale », « transversale » et « verticale » se réfèrent à l’orientation de la plaque d’échangeur de chaleur selon l’invention. Une direction longitudinale correspond à une direction d’extension principale de cette plaque, cette direction longitudinale étant parallèle à un axe longitudinal L d’un repère L, V, T illustré sur les figures. Une direction verticale correspond à une direction mesurée au droit d’un plan dans lequel s’étend principalement la paroi de fond de la plaque d’échangeur de chaleur, cette direction verticale étant parallèle à un axe vertical V du repère L, V, T et cet axe vertical V étant perpendiculaire à l’axe longitudinal L. Enfin, une direction transversale correspond à une direction parallèle à un axe transversal T du repère L, V, T, cet axe transversal T étant perpendiculaire à l’axe longitudinal L et à l’axe vertical V.

Les figures 1 et 2 illustrent ainsi un échangeur de chaleur 1 selon l’invention, cet échangeur de chaleur 1 étant destiné à équiper un véhicule automobile. La est une vue en perspective tandis que la est une vue en coupe selon la coupe A-A de la . L’échangeur de chaleur 1 participe au réchauffement ou au refroidissement d’au moins un élément du véhicule automobile qu’il équipe. Il est à cet effet configuré pour opérer un échange thermique, c'est-à-dire un échange de calories, entre un premier fluide et un deuxième fluide qui le traversent tous deux. Cet autre fluide peut par exemple être un liquide caloporteur tel que de l’eau glycolée ou de l’huile.

L’échangeur de chaleur 1 s’étend principalement selon une direction longitudinale L. Il comporte une pluralité de plaques 10 qui s’étendent majoritairement dans un plan incluant la direction longitudinale L et la direction transversale T. Plus particulièrement, l’échangeur de chaleur 1 est formé par un empilement de plaques 10, qui sont superposées les unes aux autres selon une direction d’empilement E perpendiculaire à un plan dans lequel s’inscrit la direction longitudinale L et qui correspond à une direction verticale V.

Tel que visible particulièrement à la , l’empilement de plaques 10 est recouvert par une joue 2, qui constitue une plaque d’extrémité de l’échangeur de chaleur 1. Cette joue 2 n’est pas représentée en . Elle a une forme rectangulaire et sa surface est lisse. A l’exception de la joue 2 et d’une éventuelle autre joue disposée à son opposé selon la direction d’empilement E, l’ensemble des plaques 10 constitue un corps de chauffe de l’échangeur de chaleur 1, c'est-à-dire une portion au sein de laquelle ont lieu les échanges thermiques entre le premier fluide et le deuxième fluide.

Tel que visible à la , l’échangeur de chaleur 1 comprend à une première de ses extrémités longitudinales deux tuyaux de raccordement 4, 6 et à une deuxième de ses extrémités longitudinales un bloc de raccordement 8. Ces tuyaux et bloc de raccordement 4, 6, 8 permettent l’acheminement des fluides jusqu’à des ouvertures de distribution fluidique de l’échangeur de chaleur 1 ainsi que leur évacuation à partir de ces ouvertures de distribution fluidique.

Deux des plaques 10 de l’échangeur de chaleur 1 selon l’invention sont représentées isolément à la , selon une vue en perspective. Ces deux plaques 10 sont adjacentes et superposées selon la direction d’empilement E, l’une des plaques 10 ayant été pivotée d’un demi-tour par rapport à l’autre. L’empilement des plaques 10 au sein de l’échangeur de chaleur 1 est tel que le premier fluide circule entre deux plaques 10 directement adjacentes, le deuxième fluide circulant quant à lui entre chacune de ces deux plaques 10 et d’autres plaques qui leur sont directement adjacentes. Chaque plaque 10 de l’échangeur de chaleur 1 est destinée à être assemblée par brasage aux plaques 10 qui lui sont adjacentes selon la direction d’empilement E et/ou à la joue 2, afin d’assurer l’étanchéité de l’échangeur de chaleur 1.

L’une des plaques 10 de l’échangeur de chaleur 1 va maintenant être décrite plus en détail, les caractéristiques de cette plaque 10 étant applicables à chacune des plaques 10 formant le corps de chauffe de l’échangeur de chaleur 1.

La plaque 10 présente une forme sensiblement rectangulaire ainsi que quatre coins arrondis. La plaque 10 est délimitées par deux bords longitudinaux 12, 14 opposés l’un à l’autre et qui s’étendent selon la direction longitudinale L, et deux bords latéraux 16, 18 opposés l’un à l’autre et perpendiculaires à ces bords longitudinaux 12, 14. L’un des bords latéraux 16, 18 est ainsi disposé à une première extrémité longitudinale 20 de la plaque 10, l’autre de ces bords latéraux 16, 18 étant disposé à une deuxième extrémité longitudinale 22 de celle-ci. On comprend ici que les bords longitudinaux 12, 14 et latéraux 16, 18 constituent un pourtour ou bord relevé de la plaque 10.

Les bords longitudinaux 12, 14 et latéraux 16, 18 délimitent entre eux un volume de la plaque 10. Le volume de la plaque 10 est en outre délimité notamment par une paroi de fond 24, qui s’étend principalement dans un plan longitudinal-transversal. Cette paroi de fond 24 est reliée à chacun des bords longitudinaux 12, 14 et latéraux 16, 18. Plus précisément, la paroi de fond 24 est reliée à ces bords longitudinaux 12, 14 et latéraux 16, 18 de sorte qu’un angle α mesuré entre cette paroi de fond 24 et l’un quelconque des bords 12, 14, 16, 18 soit compris entre 103,5 ° et 109,5 °. Préférentiellement, un tel angle α est compris entre 105 ° et 108 °. Les bords longitudinaux 12, 14 et latéraux 16, 18 s’étendent ainsi dans des plans sécants mais non perpendiculaires au plan longitudinal-transversal dans lequel s’étend la paroi de fond 24, donnant de ce fait une forme de baignoire à la plaque 10.

La plaque 10 présente par ailleurs une épaisseur déterminée, une telle épaisseur correspondant à sa dimension qui est mesurée le long de la direction verticale V prise au niveau de la paroi de fond 24. Selon l’invention, l’épaisseur de cette paroi de fond 24 de la plaque 10 est comprise entre 0,20 mm et 0,45 mm, de préférence entre 0,27 mm et 0,35 mm.

Comme évoqué précédemment, les fluides sont acheminés jusqu’à des ouvertures de distribution fluidique de l’échangeur de chaleur 1. Ces ouvertures de distribution fluidique sont ici disposées au voisinage de chacun des quatre coins de la plaque 10, c'est-à-dire sur la paroi de fond 24 à la jonction entre leurs bords longitudinaux 12, 14 et latéraux 16, 18. On comprend ainsi qu’il y a ici quatre ouvertures de distribution fluidique, avec une première ouverture de distribution fluidique 26, une deuxième ouverture de distribution fluidique 28, une troisième ouverture de distribution fluidique 30 et une quatrième ouverture de distribution fluidique 32, soit deux ouvertures de distribution fluidique 26, 28 à la première extrémité longitudinale 20 et deux ouvertures de distribution fluidique à la deuxième extrémité longitudinale 22. Ces ouvertures de distribution fluidique 26, 28, 30, 32 ont vocation à délivrer ou évacuer du fluide à/de chacune des zones délimitées par deux plaques 10 adjacentes de l’échangeur de chaleur 1. Elles s’étendent notamment dans le prolongement des tuyaux de raccordement 4, 6 ou du bloc de raccordement 8. Les deux ouvertures de distribution fluidique 30, 32 qui sont disposées au voisinage de la deuxième extrémité 22 longitudinale présentent un collet 33, qui correspond à une déformation par emboutissage de la matière constituant la paroi de fond 24 sur le contour de ces ouvertures de distribution fluidique 30, 32. Inversement, les deux ouvertures de distribution fluidique 26, 28 disposées à la première extrémité 20 longitudinale 26, 28 sont dépourvues d’un tel collet 33.

Il existe, entre deux plaques 10 adjacentes ou entre une plaque 10 d’extrémité et la joue 2, une zone de circulation 34 dédiée à la circulation du premier fluide ou du deuxième fluide. Cette zone de circulation 34 est délimitée, lorsqu’elle est définie par deux plaques 10 adjacentes, d’une part entre les bords longitudinaux 12, 14 et latéraux 16, 18 de l’une des deux plaques 10 adjacentes et verticalement d’autre part entre les parois de fond 24 de chacune de ces deux plaques 10 adjacentes. Lorsque la zone de circulation 34 est comprise entre une plaque 10 et la joue 2, elle est délimitée verticalement par la paroi de fond 24 de la plaque 10 et par la joue 2. Cette zone de circulation 34 est en communication fluidique avec les ouvertures de distribution fluidique 26, 28, 30, 32. Les zones de circulation de fluide 34 sont donc des espaces entre deux plaques 10 adjacentes selon la direction d’empilement E où circule du fluide.

Chacune plaque 10 peut comprendre une bande de séparation 38 qui s’étend depuis la première extrémité longitudinale 20 et en direction de la deuxième extrémité longitudinale 22. Cette bande de séparation 38 fait saillie de la paroi de fond 24 de la plaque 10 sensiblement à équidistance de ses bords longitudinaux 12, 14. La bande de séparation 38 présente par exemple une forme sinusoïdale qui participe à perturber un écoulement du fluide au sein de la zone de circulation de fluide 34. La bande de séparation 38 permet ainsi d’allonger le trajet du fluide, qui effectue une circulation en U au sein de cette zone de circulation de fluide 34.

La plaque 10 présente des perturbateurs d’écoulement de fluide 40, qui sont particulièrement visibles aux figures 3 à 6, les figures 4 à 6 étant des vues de coupe A-A de l’échangeur de chaleur 1. Les perturbateurs d’écoulement de fluide 40 sont des protubérances ou aspérités qui sont des déformations de la paroi de fond 24 de la plaque 10. De telles déformations peuvent notamment être obtenues par emboutissage de la paroi de fond 24, vers l’intérieur du volume de la plaque 10 délimité par ses bords longitudinaux 12, 14 et latéraux 16, 18. Contrairement à la joue 2 dont la surface est plane, les plaques 10 présentent donc une surface irrégulière qui évite l’écoulement laminaire du fluide concerné au sein de la zone de circulation 34.

Un perturbateur d’écoulement de fluide 40 est ici un dôme tronqué 41 qui fait saillie d’une plaque 10. En présence de plusieurs dômes tronqués 41, ceux-ci sont répartis selon un motif régulier et selon un pas prédéfini.

Tel que particulièrement visible sur les figures 4 à 6, ces dômes tronqués 41 s’étendent entre une base 42, au plus proche du plan longitudinal-transversal dans lequel s’étend principalement la paroi de fond 24, et un sommet 44 à distance de celui-ci. Le sommet 44 de chacun des dômes tronqués 41 est une partie plane, s’étendant de préférence parallèlement à la paroi de fond 24.

Selon l’invention, les perturbateurs d’écoulement de fluide 40 présentent une dimension verticale D, soit leur dimension mesurée entre leur base 42 et leur sommet 44, comprise entre 0,75 mm et 1,15 mm. Une telle dimension verticale correspond à une hauteur des dômes tronqués 41. En outre, un diamètre maximal des dômes tronqués 41 mesuré à leur base 42 est de 4,5 mm, tandis qu’un diamètre minimal de ces dômes tronqués 41 mesuré à leur sommet 44 est de 2 mm. Le dôme tronqué 41 présente un profil circulaire, vu de dessus, tout comme le sommet 44 et/ou la base 42.

Lorsque deux plaques 10 adjacentes selon la direction d’empilement E sont assemblées dans le but de former un échangeur de chaleur 1, les sommets 44 des perturbateurs d’écoulement de fluide 40 de l’une de ces plaques 10 sont au contact de la paroi de fond 24 de l’autre plaque 10. Chaque plaque 10 étant équipée de multiples perturbateurs d’écoulement de fluide 40, on comprend donc qu’il existe plusieurs points de contact entre deux plaques 10 adjacentes lorsque celles-ci sont empilées. De tels points de contact sont particulièrement visibles sur les figures 4 à 6.

Du fait de ces points de contact, les perturbateurs d’écoulement de fluide 40 constituent un dispositif de maintien lors d’un écrasement des plaques 10 en vue de l’assemblage de l’échangeur de chaleur 1. Au cours de cet assemblage, les plaques 10 sont en effet empilées selon la direction d’empilement E avant d’être écrasées puis brasées, ce qui participe à garantir l’étanchéité de l’échangeur de chaleur 1. Le maintien est particulièrement assuré par les sommets 44 des dômes tronqués 41 qui, tel que cela a été évoqué précédemment, viennent au contact de la paroi de fond 24 de la plaque 10 adjacente. Par ailleurs, l’écrasement des plaques 10 entraîne leur déformation, par exemple une inclinaison, au niveau de leurs bords longitudinaux 12, 14 et latéraux 16, 18. Une telle déformation est, comme cela sera expliqué par la suite, dépendante de l’angle α mesuré entre ces bords longitudinaux 12, 14 et latéraux 16, 18 et la paroi de fond 24.

Sur les figures 4 à 6, il est également illustré que les perturbateurs d’écoulement de fluide 40 de deux plaques 10 adjacentes selon la direction d’empilement E sont disposés en quinconce. En d’autres termes, il existe un décalage entre les perturbateurs d’écoulement de fluide 40 respectifs de deux plaques 10 adjacentes, un tel décalage étant observé selon une vue de coupe selon un plan longitudinal-vertical.

Les figures 4 à 6, qui correspondent à trois modes de réalisation distincts de l’échangeur de chaleur 1 selon l’invention, vont maintenant être décrites successivement. Le mode de réalisation représenté en correspond à un premier mode de réalisation de l’échangeur de chaleur 1 selon l’invention. Les plaques 10 empilées sous le couvercle 2 selon la direction d’empilement E, qui correspondent au corps de chauffe, sont ici des premières plaques 10A intercalées de deuxièmes plaques 10B. Premières plaques 10A et deuxièmes plaques 10B se distinguent notamment selon la dimension verticale D de leurs perturbateurs d’écoulement de fluide 40 respectifs ; ainsi, les perturbateurs d’écoulement de fluide 40 des premières plaques 10A présentent une dimension verticale D comprise entre 0,75 mm et 0,85 mm, soit une première dimension verticale D1, tandis que les perturbateurs d’écoulement de fluide 40 des deuxièmes plaques 10B ont une dimension verticale D comprise entre 1,05 et 1,15 mm, soit une deuxième dimension verticale D2. En d’autres termes, l’échangeur de chaleur 1 selon le premier mode de réalisation est réalisé par la répétition d’une alternance entre une première plaque 10A de la première dimension verticale D1 et une deuxième plaque 10B de la deuxième dimension verticale D2. On comprend ici que cet échangeur de chaleur 1 présente des perturbateurs d’écoulement de fluide 40 de dimensions variables d’une plaque 10 à l’autre. Ainsi, la zone de circulation de fluide 34 définie entre deux plaques 10 adjacentes données pourra être plus étendue que la zone de circulation de fluide 34 délimitée par l’une de ces deux plaques 10 et une autre plaque 10 adjacente à celle-ci.

En outre, dans ce premier mode de réalisation l’angle α mesuré entre l’un quelconque, avantageusement tous, des bords longitudinaux 12, 14 ou latéraux 16, 18 d’une part et la paroi de fond 24 d’autre part est ici un premier angle α1 qui est compris entre 105 ° et 108 °. Un tel premier angle α1 est choisi pour garantir, lors de l’assemblage de l’échangeur thermique 1 et plus particulièrement lors de la déformation des plaques 10 le composant, une capacité des bords longitudinaux 12, 14 et latéraux 16, 18 à se déformer de telle sorte que les sommets 44 de chacun des perturbateurs d’écoulement de fluide 40 d’une plaque 10 donnée viennent au contact de la paroi de fond 24 de la plaque 10 qui lui est adjacente. Le premier angle α1 contribue par ailleurs à assurer une étanchéité entre les bords longitudinaux 12, 14 et latéraux 16, 18 de deux plaques 10 adjacentes, quand bien même celles-ci présentent des perturbateurs d’écoulement de fluide 40 de dimensions variables, c’est-à-dire à la fois selon la première dimension D1 et la deuxième dimension D2.

À la différence de l’échangeur de chaleur 1 selon le premier mode de réalisation, l’échangeur de chaleur 1 selon le deuxième mode de réalisation illustré à la comprend un corps de chauffe constitué uniquement de premières plaques 10A. On comprend ainsi que selon ce deuxième mode de réalisation, l’échangeur de chaleur 1 présente un empilement de plaques 10 présentant toutes des perturbateurs d’écoulement de fluide 40 selon la première dimension D1. Autrement dit, l’échangeur de chaleur 1 comprend ici exclusivement des perturbateurs d’écoulement de fluide 40 dont la dimension verticale D est comprise entre 0,75 et 0,85 mm.

Dans ce deuxième mode de réalisation, l’angle α est un deuxième angle α2, qui est compris entre 106,5 ° et 109,5 °. Ce deuxième angle α2 est adapté à l’assemblage de plaques 10 présentant toutes des perturbateurs de fluide 40 selon la première dimension D1. On comprend ici que cet angle α2 permet aux premières plaques 10A d’être déformées pour garantir à la fois un contact entre les perturbateurs d’écoulement de fluide 10 d’une première plaque 10A et la paroi de fond 24 de la première plaque 10A qui lui est adjacente, et également l’étanchéité de l’échangeur de chaleur 1 comprenant uniquement de telles premières plaques 10A.

Dans le troisième mode de réalisation représenté en , le corps de chauffe de l’échangeur de chaleur 1 comprend uniquement des deuxièmes plaques 10B ; tous les perturbateurs d’écoulement de fluide 40 de cet échangeur de chaleur 1 présentent donc la deuxième dimension verticale D2, c'est-à-dire comprise entre 1,05 et 1,15 mm. Pour ce troisième mode de réalisation, l’angle α entre la plaque de fond 24 et soit l’un des bords longitudinaux 12, 14, soit l’un des bords latéraux 16, 18 est un troisième angle α3 compris entre 103,5 ° et 106,5 °. Le troisième angle α3 permet une déformation adéquate des deuxièmes plaques 10B pour que leurs perturbateurs d’écoulement de fluide 40 selon la deuxième dimension D2 viennent au contact des parois de fond 24 des deuxièmes plaques 10B adjacentes lors de l’assemblage de l’échangeur de chaleur 1 selon le troisième mode de réalisation. Un tel angle α3 participe en outre à l’étanchéité des deuxièmes plaques 10B après qu’elles ont été empilées et brasées, notamment au niveau de leurs bords longitudinaux 12, 14et latéraux 16, 18.

La présente invention propose ainsi une plaque d’échangeur de chaleur et un échangeur de chaleur associé comprenant plusieurs de ces plaques, leurs dispositifs de perturbation d’écoulement de fluide étant configurés pour optimiser la perturbation de la circulation des fluides au sein de l’échangeur de chaleur et lui offrir une résistance mécanique améliorée, la plaque pouvant se déformer pour absorber les écarts dimensionnels lorsque le corps de chauffe est exclusivement constitué de plaques selon la première dimension verticale, d’une alternance de plaques selon la première dimension verticale et selon la deuxième dimension verticale ou de plaques selon la deuxième dimension verticale.

La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen et toute configuration équivalents ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens.

Claims

Plaque (10) d’échangeur de chaleur (1) présentant une forme de baignoire avec deux bords longitudinaux (12, 14) opposés et reliés l’un à l’autre par deux bords latéraux (16, 18), ces bords longitudinaux (12, 14) et latéraux (16, 18) entourant une paroi de fond (24) de la plaque (10), un angle (α, α1, α2, α3) mesuré entre cette paroi de fond (24) et l’un quelconque des bords (12, 14, 16, 18) étant compris entre 103,5 ° et 109,5 °, une épaisseur de la paroi de fond (24) étant comprise entre 0,20 mm et 0,45 mm, la paroi de fond (24) étant équipée de perturbateurs d’écoulement de fluide (40), au moins un de ces perturbateurs d’écoulement de fluide (40) présentant une dimension verticale (D, D1, D2) mesurée à l’intérieur d’un volume délimité par la paroi de fond (24) et les bords (12, 14, 16, 18) comprise entre 0,75 mm et 1,15 mm.
Plaque (10) d’échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans laquelle la dimension verticale (D, D1, D2) des perturbateurs d’écoulement de fluide (40) est une première dimension verticale (D1) comprise entre 0,75 mm et 0,85 mm.
Plaque (10) d’échangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, dans laquelle la dimension verticale (D, D1, D2) des perturbateurs d’écoulement de fluide (40) est une deuxième dimension verticale (D2) comprise entre 1,05 mm et 1,15 mm.
Plaque (10) d’échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la paroi de fond (24) est équipée d’au moins quatre ouvertures de distribution fluidique (26, 28, 30, 32), chacune de ces ouvertures de distribution fluidique (26, 28, 30, 32) étant disposée au voisinage d’une jonction entre un bord longitudinal (12, 14) et un bord latéral (16, 18).
Plaque (10) d’échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les perturbateurs d’écoulement de fluide (40) comprennent au moins un dôme tronqué (41) s’étendant entre une base (42) et un sommet 44).
Plaque (10) d’échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans laquelle un diamètre maximal du dôme tronqué (41) mesuré à sa base (42) est de 4,5 mm.
Plaque (10) d’échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 5, dans laquelle un diamètre minimal du dôme tronqué (41) mesuré à son sommet (44) est de 2 mm.
Échangeur de chaleur (1) configuré pour opérer un échange thermique entre un premier fluide et un deuxième fluide, cet échangeur de chaleur (1) comprenant des premières plaques (10A) selon la revendication 2 et/ou des deuxièmes plaques (10B) selon la revendication 3.
Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’angle (α, α1) mesuré entre la paroi de fond (24) et l’un quelconque des bords (12, 14, 16, 18) est compris entre 105 ° et 108 °.
Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 5, dans lequel les sommets (42) des perturbateurs d’écoulement de fluide (40) d’une plaque (10) sont au contact de la paroi de fond (24) de la plaque (10) qui lui est adjacente selon la direction d’empilement (E).