FR3059400A1

FR3059400A1 - Echangeur de chaleur entre un fluide refrigerant et un liquide caloporteur

Info

Publication number: FR3059400A1
Application number: FR1661517A
Authority: FR
Inventors: Gael Durbecq; Piotr Malara
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-06-01

Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur (3) comprenant un faisceau (6) formé par un empilement de plaques (19, 20, 40, 42), le faisceau (6) délimite un premier circuit configuré pour être parcouru par un liquide caloporteur (5) et un deuxième circuit configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant (4), le deuxième circuit (22) comprenant au moins une première nappe (23) et une deuxième nappe (24) au moins en partie superposées l'une par rapport à l'autre selon une direction d'empilement des plaques du faisceau (6), caractérisé en ce que les plaques (19, 20) qui délimitent la première nappe (23) sont pourvues d'au moins un trou (35) traversant, une superposition de chaque plaque (19, 20) de la première nappe (23) ménageant un conduit formé au moins en partie par l'empilement de trous (35), le conduit traversant la première nappe (23) et étant en communication avec la deuxième nappe (24). Application aux véhicules automobiles.

Description

©) N° d’enregistrement national : 16 61517 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE

INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE

COURBEVOIE © IntCI⁸

F28 D 9/00 (2017.01), F28 F 3/02

DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1

©) Date de dépôt : 25.11.16.	© Demandeur(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES
(© Priorité :	Société par actions simplifiée — FR.
	@ Inventeur(s) : DURBECQ GAEL et MALARA PIOTR.
©) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 01.06.18 Bulletin 18/22.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux	® Titulaire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES
apparentés :	Société par actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension :	© Mandataire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES.

ECHANGEUR DE CHALEUR ENTRE UN FLUIDE REFRIGERANT ET UN LIQUIDE CALOPORTEUR.

FR 3 059 400 - A1

L'invention concerne un échangeur de chaleur (3) comprenant un faisceau (6) formé par un empilement de plaques (19, 20, 40, 42), le faisceau (6) délimite un premier circuit configuré pour être parcouru par un liquide caloporteur (5) et un deuxième circuit configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant (4), le deuxième circuit (22) comprenant au moins une première nappe (23) et une deuxième nappe (24) au moins en partie superposées l'une par rapport à l'autre selon une direction d'empilement des plaques du faisceau (6), caractérisé en ce que les plaques (19, 20) qui délimitent la première nappe (23) sont pourvues d'au moins un trou (35) traversant, une superposition de chaque plaque (19, 20) de la première nappe (23) ménageant un conduit formé au moins en partie par l'empilement de trous (35), le conduit traversant la première nappe (23) et étant en communication avec la deuxième nappe (24).

Application aux véhicules automobiles.

i

ECHANGEUR DE CHALEUR ENTRE UN FLUIDE REFRIGERANT ET UN LIQUIDE CALOPORTEUR

Le domaine de la présente invention est celui des échangeurs de chaleur, en particulier les échangeurs de chaleur utilisés en tant que condenseur au sein d’un circuit de fluide réfrigérant implanté sur un véhicule.

Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, dite aussi installation de conditionnement d’air. Une telle installation est notamment dédiée au traitement de l’air contenu dans Γ habitacle du véhicule, pour son renouvellement et/ou pour son chauffage ou inversement pour son refroidissement, en fonction du confort souhaité par les passagers.

A cet effet, l’installation coopère avec un circuit fermé dans lequel circule un fluide réfrigérant alimentant un ou plusieurs échangeurs de chaleur, tel que notamment au moins un condenseur. Successivement suivant le sens de circulation du fluide à son travers, le circuit de fluide réfrigérant comprend essentiellement un compresseur, le condenseur, un détendeur et un évaporateur. Le fluide est ainsi comprimé en phase gazeuse par le compresseur, transformé en phase liquide dans le condenseur, détendu à basse pression par le détendeur puis transformé en phase gazeuse dans l’évaporateur et à nouveau acheminé vers le compresseur. L’efficacité de ce circuit de fluide réfrigérant peut être augmentée en sous-refroidissant le fluide réfrigérant en sortie de condenseur, c’est-à-dire en continuant de refroidir le fluide réfrigérant après que celui-ci fut passé à l’état liquide.

H est par ailleurs connu de disposer d’un échangeur de chaleur réalisé par un empilement d’une pluralité de plaques. L’empilement de plaque est séparé en une section de condensation, une section d’évaporation et une section d’échange interne. Une section centrale de cet échangeur de chaleur est en communication avec un circuit extérieur via un tube qui traverse une section disposée sur un côté de l’échangeur de chaleur. Le document W02016/038830A1 reflète un tel échangeur de chaleur.

Cet échangeur de chaleur présente plusieurs inconvénients. En premier lieu, il n’est pas conçu ni même adapté pour assurer un sous-refroidissement du fluide réfrigérant.

En second lieu, il fait l’usage d’un tube qui plonge au travers d’une des sections de l’échangeur. Un tel tube est une pièce supplémentaire qui implique une fabrication préalable additionnelle, une logistique adaptée et un processus d’assemblage particulier.

Au final, l’existence de ce tube augmente le coût d’exploitation d’un tel échangeur de chaleur. En troisième lieu, l’étanchéité entre le tube et les plaques empilées est difficile à mettre en œuvre, en tenant compte tout particulièrement du fait qu’il convient par ailleurs de maintenir un jeu entre le tube et les trous pour permettre l’insertion du tube dans les trous, pendant l’étape d’assemblage de l’échangeur de chaleur.

Le but de la présente invention est donc de résoudre les inconvénients décrits cidessus en concevant un échangeur de chaleur adapté pour d’une part condenser un fluide réfrigérant, et d’autre part assurer un sous-refroidissement de ce même fluide réfrigérant, par le biais de moyens techniques simple sans surcoût pour la fabrication d’un tel échangeur de chaleur.

L'invention a donc pour objet un échangeur de chaleur comprenant un faisceau formé par un empilement de plaques, le faisceau délimite un premier circuit configuré pour être parcouru par un liquide caloporteur et un deuxième circuit configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant. Le deuxième circuit comprend au moins une première nappe et une deuxième nappe au moins en partie superposées l’une par rapport à l’autre selon une direction d’empilement des plaques du faisceau. Un tel échangeur de chaleur est reconnaissable en ce que les plaques qui délimitent la première nappe sont pourvues d’au moins un trou traversant, une superposition de chaque plaque de la première nappe ménageant un conduit formé au moins en partie par l’empilement de trous, le conduit traversant la première nappe et étant en communication avec la deuxième nappe, notamment en vue de l’alimenter en fluide réfrigérant à l’état liquide.

L’échangeur de chaleur selon l’invention fait l’économie d’un tube qui plonge dans l’une des parties de l’échangeur. Le fluide réfrigérant est ainsi canalisé astucieusement par l’empilement des plaques, ce qui permet d’alimenter simplement une nappe, cette dernière étant tout particulièrement configurée pour mettre en œuvre un sous-refroidissement du fluide réfrigérant.

L’échangeur de chaleur selon l’invention comprend avantageusement l’une quelconque au moins des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :

- le faisceau est délimité par une première joue qui borde la première nappe et par une deuxième joue qui borde la deuxième nappe, le conduit débouchant au travers de la première joue du faisceau,

- la première nappe comprend une pluralité de premiers couples de plaques, une première plaque d’un premier couple comprenant une zone d’appui contre une deuxième plaque du premier couple, la zone d’appui étant ménagée autour du trou de la première plaque participant à la formation du conduit,

- la deuxième plaque du premier couple comprend une zone de contact ménagée autour du trou de la deuxième plaque participant à la formation du conduit, la zone de contact reposant contre la zone d’appui de la première plaque du premier couple,

- la première plaque du premier couple comprend un anneau d’étanchéité qui entoure le trou de la première plaque participant à la formation du conduit, l’anneau d’étanchéité étant en contact contre une deuxième plaque d’un premier couple de plaques immédiatement adjacents, c’est-à-dire une autre premier couple de plaques de l’empilement disposé à côté du premier couple de plaque, - l’anneau d’étanchéité est disposé autour de la zone de contact,

- le conduit est délimité par une pluralité de trous, une pluralité d’anneaux d’étanchéité et une pluralité de zones de contact,

- les premières plaques d’au moins deux premiers couples de plaques sont de conformation identique,

- de manière similaire, les deuxièmes plaques d’au moins deux premiers couples de plaques sont de conformation identique. Dans les cas évoqués ci-dessus, la conformation identique s’entend d’une identité de formes ayant un rôle actif pour l’invention, les formes non essentielles étant négligées dans cette comparaison,

- la deuxième nappe comprend une pluralité de deuxièmes couples de plaques, une deuxième plaque du deuxième couple comprenant une zone de contact en appui contre une première plaque du deuxième couple, la zone de contact étant ménagée autour du trou de la deuxième plaque du deuxième couple,

- la première plaque du deuxième couple délimite au moins un passage par lequel le fluide réfrigérant est apte à entrer dans la deuxième nappe, le passage étant bordé par au moins un organe de liaison à la deuxième plaque du deuxième couple,

- au moins une deuxième plaque du deuxième couple de plaques et au moins une deuxième plaque du premier couple de plaques sont de conformation identique,

- une chambre de circulation constitutive du premier circuit et qui s’étend entre une première plaque et une deuxième plaque d’un même couple de plaques est configurée pour être parcourue par le liquide caloporteur,

- une cavité constitutive du deuxième circuit et qui s’étend entre deux couples de plaques immédiatement adjacents est configurée pour être parcourue par le fluide réfrigérant,

- l’échangeur de chaleur peut comprendre un dispositif de séparation divisant le deuxième circuit en la première nappe et la deuxième nappe,

- au moins une plaque intermédiaire de l’empilement de plaques comporte le dispositif de séparation,

- au moins une plaque de l’empilement de plaques présente un fond et un bord plié par rapport au fond et qui entoure ce fond. Un tel bord est fermé en ce sens qu’il entoure l’intégralité du fond,

- au moins une plaque de l’empilement de plaques comprend deux trous à une première extrémité longitudinale et trois trous à une deuxième extrémité longitudinale, l’un des trois trous participant à la formation du conduit. Selon un exemple, les trois trous sont alignés sur une même droite,

- le trou qui participe à la formation du conduit est disposé transversalement entre les deux autres trous, notamment à équidistance des deux autres trous,

- la première nappe et/ou la deuxième nappe peut être subdivisée en une pluralité de passes, deux passes adjacentes étant configurées pour que le fluide réfrigérant y circule en deux sens opposés.

L’invention vise également une utilisation de l’échangeur de chaleur tel qu’il est décrit dans le présent document en tant que condenseur. Au cours d’une telle utilisation, la première nappe est une nappe de condensation du fluide réfrigérant et la deuxième nappe est une nappe de sous-refroidissement du fluide réfrigérant.

L’invention couvre aussi un module d’échange de chaleur, comprenant un échangeur de chaleur tel qu’il est décrit dans le présent document et sur lequel est solidarisé un organe de séparation configuré pour séparer le fluide réfrigérant en une phase liquide et une phase gazeuse.

Dans un tel module, un premier orifice de l’organe de séparation est relié à la deuxième nappe par l’intermédiaire du conduit, tandis qu’un deuxième orifice de l’organe de séparation est relié à la première nappe.

Enfin, l’invention vise un circuit de fluide réfrigérant comprenant au moins un organe de détente, un évaporateur, un compresseur et un échangeur de chaleur tel qu’il est décrit dans le présent document ou un module d’échangeur de chaleur comme exposé cidessus, parcourus par un fluide réfrigérant.

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 1 est une vue générale, en perspective, d'un module d’échange de chaleur comprenant un échangeur de chaleur selon Γ invention,

- la figure 2 est une vue en coupe de l’échangeur de chaleur selon l’invention passant par un premier circuit de l’échangeur de chaleur,

- la figure 3 est une vue en coupe du module d’échange de chaleur comprenant l’échangeur de chaleur selon l’invention, la coupe passant par un deuxième circuit de l’échangeur de chaleur,

- la figure 4 est une vue en coupe du module d’échange de chaleur comprenant l’échangeur de chaleur selon l’invention, la coupe passant par le conduit d’alimentation de la deuxième nappe,

- la figure 5 est un éclaté d’un empilement de plaques constitutives de l’échangeur de chaleur selon l’invention,

- les figures 6 à 8 sont des agrandissements en perspective de certaines plaques de l’empilement de plaques de la figure 5,

- la figure 9 est une vue en coupe transversale de l’échangeur de chaleur selon l’invention.

H 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.

La figure 1 montre en perspective un module d’échange de chaleur 1 formé par un organe de séparation 2 solidaire d’un échangeur de chaleur 3, objet primaire de l’invention.

L’échangeur de chaleur 3 est un composant d’un circuit de fluide réfrigérant qui équipe un véhicule, notamment automobile. Selon l’invention, l’échangeur de chaleur 3 met en œuvre un échange de calories entre ce fluide réfrigérant 4 et un liquide caloporteur

5, le fluide réfrigérant 4 étant alors refroidi par le liquide caloporteur 5. Dans une telle configuration, l’échangeur de chaleur 3 est utilisé en tant que condenseur pour un fluide réfrigérant sous-critique.

L’échangeur de chaleur 3 comprend un faisceau 6 où l’échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur prend place. Le faisceau 6 est globalement formé par un empilement de plaques, superposées les unes sur les autres le long d’une direction d’empilement 7 de ces plaques. Le faisceau 6 comprend notamment des joues référencées 8 et 9 qui délimitent le faisceau 6 le long de la direction d’empilement 7.

Entre ces deux joues est disposée la pluralité de plaques qui délimite deux circuits distincts : un premier circuit agencé pour être parcouru par le liquide caloporteur et un deuxième circuit configuré pour être parcouru par le fluide réfrigérant. L’échangeur de chaleur 3 comprend par ailleurs des moyens de mise en relation de ces circuits avec d’une part le circuit de fluide réfrigérant extérieur à l’échangeur de chaleur 3 et d’autre part avec un circuit de liquide caloporteur extérieur à l’échangeur de chaleur 3. L’échangeur de chaleur 3 comprend ainsi un premier manchon 10 par lequel le liquide caloporteur peut entrer dans l’échangeur de chaleur 3 et un deuxième manchon 11 par lequel le liquide caloporteur peut sortir de l’échangeur de chaleur 3. Cet échangeur de chaleur 3 comprend encore un troisième manchon 12 par lequel le fluide réfrigérant peut entrer dans le faisceau

6, ainsi qu’un quatrième manchon 13 par lequel le fluide réfrigérant peut sortir du faisceau

6. On notera que le faisceau 6 comprend également un premier orifice et un deuxième orifice qui seront abordés plus en détail dans la description à suivre. On peut néanmoins à ce stade mentionner que ce premier orifice et ce deuxième orifice sont empruntés par le fluide réfrigérant et sont en communication avec une embase 14 interposée fluidiquement entre l’échangeur de chaleur 3 et l’organe de séparation 2, ce dernier étant porté mécaniquement par l’embase 14. L’embase fait ainsi partie du module d’échange de chaleur.

La figure 2 illustre le premier circuit 15 adapté pour canaliser le liquide caloporteur 5 entre le premier manchon 10 et le deuxième manchon 11. Ce premier circuit 15 comprend ainsi une chambre d’admission 16, une chambre d’évacuation 17 et une pluralité de chambres de circulation délimitées chacune par des couples 38, 39 de plaques référencées 19, 20 et 40. Les couples 38, 39 de plaques délimitent également la chambre d’admission 16 et la chambre d’évacuation 17, puisque ces chambres d’admission et d’évacuation sont formées par une superposition de trous 21, 49 formés dans chaque plaque.

Le faisceau 6 de l’échangeur de chaleur 3 s’étend selon une direction longitudinale qui est perpendiculaire à la direction d’empilement 7 évoquée plus haut. La chambre d’admission 16 et la chambre d’évacuation 17 sont chacune disposée à une extrémité longitudinale du faisceau 6, en bordant et en étant en communication avec les chambres de circulation de liquide caloporteur 5 délimitées par les couples 38, 39 de plaques. La circulation du liquide caloporteur dans le premier circuit 15 de l’échangeur de chaleur 3 est ainsi une circulation en « I ». L’échangeur de chaleur selon Γinvention n’est cependant pas limité pas une telle configuration puisque le premier circuit peut également suivre un profil en « U », la chambre d’admission et la chambre d’évacuation étant alors côte-à-côte à une extrémité longitudinale du faisceau 6.

La figure 2 montre encore la coopération mécanique entre le premier manchon 10 et une première joue 8 et entre le deuxième manchon 11 et la deuxième joue 9, la première joue 8 et la deuxième joue 9 prenant en sandwich les couples 38, 39 de plaques 19, 20 et 40. On note que la première joue 8 forme un élément d’obturation de la chambre d’évacuation 17. De manière similaire, la deuxième joue 9 comprend un élément de fermeture de la chambre d’admission 16.

La figure 3 montre l’échangeur de chaleur 3, quand celui-ci est installé dans le module d’échange de chaleur 1. Cette figure illustre plus particulièrement le deuxième circuit 22, c’est-à-dire le circuit qui est configuré pour être parcouru par le fluide réfrigérant 4. Ce deuxième circuit 22 comprend au moins deux nappes de circulation du fluide réfrigérant.

Dans le mode de réalisation illustré par les figures 1 à 9, le deuxième circuit 22 est partagé entre une première nappe 23 et une deuxième nappe 24. Le faisceau 6 est agencé pour que ces deux nappes soient parcourues par le fluide réfrigérant selon des sens de circulation opposés, comme cela est illustré par les flèches 25 et 26. La première nappe 23 et la deuxième nappe 24 sont au moins en partie, et avantageusement en totalité, superposées l’une sur l’autre, selon la direction d’empilement 7 des plaques du faisceau 6. La longueur de la première nappe 23 est donc identique à une longueur de la deuxième nappe 24, mesurée entre les extrémités longitudinales du faisceau 6. Mesurée le long de la direction d’empilement 7, la première nappe 23 présente une épaisseur au moins deux fois plus importante que l’épaisseur de la deuxième nappe 24.

La figure 3 montre également la présence d’une chambre d’entrée 27 en communication fluidique avec la première nappe 23, plus particulièrement avec des cavités de circulation du fluide réfrigérant délimitées entre des couples 38 de plaques.

L’échangeur de chaleur 3 comprend encore une chambre de sortie 28 par laquelle le fluide réfrigérant qui sort de la deuxième nappe 24 est collecté pour être évacuer de l’échangeur de chaleur 3. Selon un exemple de réalisation, la chambre d’entrée 27 et la chambre de sortie 28 sont dans le prolongement l’une de l’autre selon la direction d’empilement 7. Cette chambre d’entrée 27 et cette chambre de sortie 28 sont ménagées à une même extrémité longitudinale de l’échangeur de chaleur 3.

L’échangeur de chaleur 3 comprend encore une première chambre intermédiaire 29 et une deuxième chambre intermédiaire 30. Ces deux chambres intermédiaires sont disposées à une même extrémité longitudinale de l’échangeur de chaleur 3 qui est opposée à l’extrémité longitudinale comportant la chambre d’entrée 27. La première chambre intermédiaire 29 est en communication fluidique avec la première nappe 23 et collecte le fluide réfrigérant qui a circulé dans les cavités délimitées par les couples 38 de plaques du faisceau 6. La deuxième chambre intermédiaire 30 est en communication fluidique avec la deuxième nappe 24 en alimentant cette dernière en fluide réfrigérant. La première chambre intermédiaire 29 et la deuxième chambre intermédiaire 30 sont dans le prolongement l’une de l’autre, selon la direction d’empilement 7 des plaques du faisceau 6.

Dans le cadre du module d’échange de chaleur 1, la figure 3 montre en coupe l’embase et l’un des canaux, référencé 32, dont elle est pourvue pour que le fluide réfrigérant circule de la première chambre intermédiaire 29 à un volume interne 31 de l’organe de séparation 2. Le sens de circulation du fluide réfrigérant est illustré par la flèche référencée 36.

Dans ce contexte, la figure 4 montre la communication entre ce volume interne 31 de l’organe de séparation 2 et la deuxième chambre intermédiaire 30 qui alimente la deuxième nappe 24. Cette communication s’établit en passant par un deuxième canal 33 de l’embase 14 et par un conduit 34 qui traverse la première nappe 23 le long de la direction d’empilement 7 des plaques et qui est en communication avec la deuxième nappe 24, notamment via la deuxième chambre intermédiaire 30. La sens de circulation du fluide réfrigérant est illustré par la flèche référencée 37, ce sens étant opposé au sens de circulation illustré à la figure 3.

Ce conduit 34 est le résultat de l’empilement des plaques de la première nappe 23. Plus particulièrement, ce conduit est délimité au moins partiellement par un trou 35 dédié que comporte chaque plaque de l’empilement de plaques qui délimite la première nappe 23. La superposition de ces trous 35 forme alors le conduit 34 qui s’étend le long d’un axe parallèle à la direction d’empilement 7 des plaques du faisceau 6.

Selon l’exemple de réalisation de la figure 4, le conduit 34 traverse la première joue 8 en débouchant de celle-ci. Cette dernière est ainsi pourvue d’un trou qui participe à la délimitation du conduit 34.

La figure 5 illustre la disposition des plaques les unes par rapport aux autres dans l’empilement de plaques, ainsi que les spécificités de leur forme. La première nappe 23 et la première nappe 24 comprennent plusieurs couples de plaques, ci-après dénommé premier couple 38 pour la première nappe 23 et deuxième couple 39 pour la deuxième nappe 24.

Chaque premier et deuxième couples 38, 39 est constitué de deux plaques. Dans le cas des premiers couples 38, il est fait référence à une première plaque 19 du premier couple 38 et à une deuxième plaque 20 du premier couple 38. Dans le cas des deuxièmes couples 39, il est fait référence à une première plaque 40 du deuxième couple 39 et à une deuxième plaque 20 du deuxième couple 39.

La première nappe 23 est une alternance de premières plaques 19 du premier couple 38 et de deuxièmes plaques 20 du premier couple 38. La deuxième nappe 24 est une ίο alternance de premières plaques 40 du deuxième couple 39 et de deuxièmes plaques 20 du deuxième couple 39.

La première nappe 23 est séparée de la deuxième nappe 24 par un dispositif de séparation 41. Ce dernier est visible sur la figure 3 et sur la figure 5. Ce dispositif de séparation 41 est par exemple une paroi qui borde simultanément la chambre d’entrée 17 et la chambre de sortie 28. Cette paroi peut également bordée simultanément la première chambre intermédiaire 29 et la deuxième chambre intermédiaire 30.

Sur la figure 5, on constate que ce dispositif de séparation 41 prend la forme d’une plaque intermédiaire 42 de l’empilement de plaques constituant le faisceau 6. Une telle plaque intermédiaire 42 intègre ainsi le dispositif de séparation 41.

Côté premier circuit 15, un espace délimité par la première plaque 19 du premier couple 38 et la deuxième plaque 20 du premier couple 38 est une première chambre de circulation 43 dans laquelle le liquide caloporteur 5 circule. L’empilement de premiers couples 38 de plaques forme ainsi la première nappe 23, et une partie du premier circuit 15 est formée par la superposition de la pluralité de premières chambres de circulation 43 formées par les premiers couples 38 de plaques.

Un espace délimité par la première plaque 40 du deuxième couple 39 et la deuxième plaque 20 de ce deuxième couple 39 est une deuxième chambre de circulation 44 dans laquelle le liquide caloporteur 5 circule. L’empilement de deuxièmes couples 39 de plaques forme ainsi la deuxième nappe 24, et une autre partie du premier circuit 15 est formée par la superposition de la pluralité de deuxièmes chambres de circulation 44 formées par les deuxièmes couples 39 de plaques.

La pluralité de premières chambres de circulation 43 et la pluralité de deuxièmes chambres de circulation 44 forment le premier circuit 15.

Côté deuxième circuit 22, un espace délimité entre deux premiers couples 38 de plaques immédiatement adjacents est une première cavité 45 dédiée à la condensation du fluide réfrigérant 4. La pluralité de premières cavités 45 forme la première nappe 23.

Un espace délimité entre deux deuxièmes couples 39 de plaques immédiatement adjacents est une deuxième cavité 46 dédiée au sous-refroidissement du fluide réfrigérant

4. La pluralité de deuxièmes cavités 46 forme la deuxième nappe 24. La pluralité de premières cavités 45 et la pluralité de deuxièmes cavités 46 forment le deuxième circuit 22.

Toujours illustré sur la figure 5, il peut être avantageux que les premières plaques 19 d’au moins deux premiers couples 38 de plaques, et éventuellement de tous les premiers couples de plaques 38, soient de conformation identique, aux tolérances de fabrication près. H en va de même en ce qui concerne les deuxièmes plaques 20 d’au moins deux premiers couples 38 de plaques, éventuellement de tous les premiers couples 38. On rationalise ainsi la fabrication et la logistique de ces plaques pour l’assemblage de l’échangeur de chaleur.

On notera également qu’au moins une deuxième plaque 20 du premier couple 38 de plaques et au moins une deuxième plaque 20 du deuxième couple 39 de plaques sont de conformation identique, aux tolérances près. H s’agit donc du même outil qui fabrique les deuxièmes plaques 20 exploitées dans la première nappe 23 et dans la deuxième nappe 24.

Les plaques 19, 20, 40 sont pourvues de trous pour le passage du liquide caloporteur et du fluide réfrigérant. Ces plaques sont globalement rectangulaires et elles comprennent ainsi une première extrémité longitudinale 47 et une deuxième extrémité longitudinale 48. Deux trous traversant référencés 49 et 50 sont ménagés dans ces plaques au niveau de la première extrémité longitudinale 47. Trois autres trous traversant référencés 35, 21 et 52 sont ménagés au travers de la plaque considérée au niveau de la deuxième extrémité longitudinale 48 de celle-ci.

La plaque intermédiaire 42 se distingue des plaques décrites au paragraphe précédent, en ce sens qu’elle est pourvue d’un unique trou 49 à sa première extrémité longitudinale 47 et de seulement deux trous 35 et 21 ménagés au niveau de sa deuxième extrémité longitudinale 48.

L’un des trous ménagé à la deuxième extrémité longitudinale 48 participe à la formation du conduit 34 qui traverse la première nappe 23 pour alimenter en fluide réfrigérant la deuxième nappe 24. Ce trou est référencé 35 sur la figure 5, et on constate qu’une portion 53 du fluide réfrigérant 4 qui longe la première nappe 23 n’entre pas dans les premières cavités 45. Cette portion 53 de fluide réfrigérant 4 est ainsi canalisée par l’empilement de trous 35 ménagés dans chaque plaque, y compris dans la plaque intermédiaire 42. En ce qui concerne la disposition de ce trou 35 qui délimite le conduit 34, on notera qu’il est disposé transversalement entre les deux autres trous 21 et 52, sensiblement au centre de la plaque, le long d’une direction transversale. Le trou 35 peut en outre être à égale distance des deux autres trous référencés 21 et 52.

Les plaques exposées ci-dessus présentent une forme de baignoire. Dans Γempilement, elles sont imbriquées les unes dans les autres. Ces plaques 19, 20, 40, 42 comprennent au moins un fond 54 le long duquel le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur sont aptes à circuler, d’un côté et de l’autre de ce fond 54. Ces plaques 19, 20, 40, 42 comprennent également un bord 55 plié par rapport au fond 54 et qui entoure périphériquement ce dernier. Le bord 55 est fermé et c’est ainsi que la forme en baignoire est créée.

En se reportant aux figures 6 à 8, la première plaque 19 du premier couple 38 de plaques, la deuxième plaque 20 du premier couple 38 de plaques et/ou du deuxième couple 39 de plaques et la première plaque 40 du deuxième couple 39 de plaques comprennent le fond 54 et le bord périphérique 55 décrits ci-dessus. Au moins une de ces plaques, et avantageusement chacune de ces plaques, comprend un dispositif de perturbation 56 de l’écoulement du liquide caloporteur et/ou du fluide réfrigérant. Un tel dispositif de perturbation peut résulter de l’ajout d’un perturbateur entre deux plaques, mais il peut également s’agir de déformations 57 du fond 54, comme illustré sur les figures 5 à 8. Selon un exemple de réalisation non limitatif, au moins une des déformations suit un profil en chevrons, selon une vue de dessus du fond 54.

Chacune des plaques illustrées aux figures 6 à 8 comprennent un trou 21 dédié à la circulation du liquide caloporteur, un trou 35 participant de la formation du conduit, et un trou 52 dédié à la circulation du fluide réfrigérant. La première plaque 19 du premier couple 38 et la première plaque 40 du deuxième couple 39 sont pourvues d’un collet 58 qui entoure le trou 21, ce dernier s’étendant alors dans un plan parallèle et distinct d’un plan d’extension générale du fond 54. En ce concerne le trou 52 dédié à la circulation du fluide réfrigérant, on notera qu’il est ménagé dans le plan d’extension générale du fond 54, c’està-dire sans en déborder, suivant la direction d’empilement des plaques.

La première plaque 19 du premier couple 38 de plaques comprend une zone d’appui 59 qui ménagée autour du trou 35 participant à la délimitation du conduit. Une telle zone d’appui 59 est en contact avec la deuxième plaque 20 du premier couple 38, de manière à empêcher le fluide réfrigérant d’entrer dans la première nappe 23, puisque ce fluide réfrigérant doit être canalisé vers la deuxième nappe 24 par le conduit de l’invention. La zone d’appui 59 prend la forme d’un flan annulaire plat qui s’étend dans le plan d’extension générale du fond 54 et qui entoure le trou 35.

La première plaque 19 du première couple 38 comprend également un anneau d’étanchéité 60 qui entoure le trou 35. Un tel anneau d’étanchéité 60 vient en contact contre le fond d’une deuxième plaque 20 d’un premier couple 38 immédiatement adjacent à cette première plaque 19. L’anneau d’étanchéité 60 est circulaire et il peut être concentrique avec le trou 35. Selon un exemple de réalisation, il est formé par une déformation du fond 54, délimitant alors une gorge.

La deuxième plaque 20 du premier ou deuxième couple 38, 39, comprend une zone de contact 61 ménagée autour du trou 35 de la deuxième plaque 20. Cette zone de contact 61 est en appui contre la première plaque 19 d’un premier couple 38, notamment en venant s’étancher contre la zone d’appui 59 de la première plaque 19 du premier couple 38. Selon un exemple de réalisation, la zone de contact 61 prend la forme d’un collet circulaire et surélevé par rapport au fond 54 de la deuxième plaque 20. Le trou 35 délimité par cette zone de contact 61 s’étend dans un plan parallèle et distinct du plan d’extension générale du fond 54.

De manière astucieuse, l’anneau d’étanchéité 60 et la zone de contact 61 sont concentriques, l’anneau d’étanchéité 60 entourant la zone de contact 61.

Le conduit qui traverse la première nappe et qui débouche dans la deuxième nappe, référencé 34 sur la figure 4, est ainsi délimité par l’empilement de trous 35, la série d’anneaux d’étanchéité 60 et la série de zones de contact 61, alignés le long de la direction d’empilement des plaques.

En ce qui concerne la première plaque 40 du deuxième couple 39, son fond 54 délimite au moins un passage 62 configuré pour laisser entrer le fluide réfrigérant dans la deuxième cavité délimitée par les deux plaques du deuxième couple 39. Un tel passage forme un point d’entrée du fluide réfrigérant dans chaque deuxième cavité dont une pluralité forme la deuxième nappe. Dans le cas d’espèce illustré à la figure 8, il est prévu trois passages 62 répartis à 90° autour du trou 35.

A côté d’au moins un passage 62, la première plaque 40 du deuxième couple 39 comprend au moins un organe de liaison 63 avec la deuxième plaque 20 du deuxième couple 39. Un tel organe de liaison 63 assure une reprise d’effort autour du trou 35 participant du conduit. On évite ainsi un effet d’écartement des plaques ciblé autour des trous 35, en raison des pressions mise en œuvre et de la nature liquide du fluide réfrigérant en cette zone de l’échangeur de chaleur. Dans le cas illustré à la figure 8, la plaque comprend trois organes de liaison 63 répartis autour du trou 35. Au moins l’un d’entre eux est formé entre le trou 35 et le bord 55 bordant de la deuxième extrémité 28, tandis qu’au moins un autre organe de liaison 63, et notamment les deux autres, est formé entre le trou 35 et une portion centrale du fond 54, notamment entre ce trou 35 et le dispositif de perturbation 56 de l’écoulement du fluide réfrigérant.

La figure 9 montre une vue en coupe transversale de l’échangeur de chaleur 3 et passant par le conduit 34 qui traverse la première nappe 23 et qui communique avec la deuxième nappe 24. La superposition des trous 35, la pluralité d’anneaux d’étanchéité 60 et la pluralité de zones d’accostage 61 délimitent l’intégralité du conduit 34 entre sa bouche d’entrée 64 et la deuxième chambre intermédiaire 30.

La chambre d’admission 16 du liquide caloporteur et la première chambre intermédiaire 29 sont également visibles sur cette figure 9, puisque le plan de coupe passe par le trou 21 dédié à la circulation du liquide caloporteur, le trou 35 participant du conduit 34 et le trou 52 de circulation du fluide réfrigérant dans la première nappe 23. Le dispositif de séparation 41 qui sépare le deuxième circuit en la première nappe 23 et la deuxième nappe 24 est également apparent.

Cette figure illustre aussi la circulation du fluide réfrigérant depuis la première chambre intermédiaire 29 vers l’embase 14 du module d’échange de chaleur par le biais d’une flèche référencée 36. Le fluide réfrigérant ayant traversé l’organe de séparation passe dans l’embase 14 et entre dans l’échangeur de chaleur 3 par la bouche d’entrée 64, puis circule de manière canalisée dans le conduit 34, comme cela est illustré par la flèche 37. Il traverse alors la première nappe 23 sans entrer dans celle-ci, puis atteint la deuxième nappe 24 pour circuler au travers de celle-ci, et ainsi subir un abaissement de sa température en dessous de sa température de liquéfaction par échange avec le liquide caloporteur.

L’échangeur de chaleur décrit dans le présent document comprend un premier circuit constitué d’une unique nappe, et un deuxième circuit constitué de deux nappes.

L’invention s’étend également à un premier circuit qui comprend plusieurs nappes, celles-ci étant configurées pour que le liquide caloporteur circule en des sens opposés dans deux nappes immédiatement adjacentes. De même, l’invention s’étend à une première nappe et/ou deuxième nappe du deuxième circuit comportant une pluralité de passes configurées pour que le fluide réfrigérant circule en des sens opposés dans deux passes immédiatement adjacentes.

La mise en appui ou la mise en contact mentionné dans le présent document sera particulièrement reconnaissable sur un échangeur de chaleur brasé, la brasure formant le lien mécanique et l’étanchéité entre les différentes formes mises en appui ou en contact.

La description ci-dessus évoque des caractéristiques sur un unique composant, mais on comprend que cette description peut s’étendre à plusieurs de ces composants, quand ceux-ci sont en pluralité. C’est notamment le cas des plaques, des couples de plaques ou des trous. De manière alternative, il est aussi possible que ces caractéristiques ne visent qu’un seul ou une partie de ces composants, même quand ceux-ci sont en pluralité.

Claims

REVENDICATIONS

1. Echangeur de chaleur (3) comprenant un faisceau (6) formé par un empilement de plaques (19, 20, 40, 42), le faisceau (6) délimite un premier circuit (15) configuré pour être parcouru par un liquide caloporteur (5) et un deuxième circuit (22) configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant (4), le deuxième circuit (22) comprenant au moins une première nappe (23) et une deuxième nappe (24) au moins en partie superposées l’une par rapport à l’autre selon une direction d’empilement (7) des plaques du faisceau (6), caractérisé en ce que les plaques (19, 20) qui délimitent la première nappe (23) sont pourvues d’au moins un trou (35) traversant, une superposition de chaque plaque (19, 20) de la première nappe (23) ménageant un conduit (34) formé au moins en partie par l’empilement de trous (35), le conduit (34) traversant la première nappe (23) et étant en communication avec la deuxième nappe (24).
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel la première nappe (23) comprend une pluralité de premiers couples (38) de plaques, une première plaque (19) du premier couple (38) comprenant une zone d’appui (59) contre une deuxième plaque (20) du premier couple (38), la zone d’appui (59) étant ménagée autour du trou (35) de la première plaque (19) participant à la formation du conduit (34).
3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, dans lequel la deuxième plaque (20) du premier couple (38) comprend une zone de contact (61) ménagée autour du trou (35) de la deuxième plaque (20) participant à la formation du conduit (34), la zone de contact (61) reposant contre la zone d’appui (59) de la première plaque (19) du premier couple (38).
4. Echangeur de chaleur selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la première plaque (19) du premier couple (38) comprend un anneau d’étanchéité (60) qui entoure le trou (35) de la première plaque (19) participant à la formation du conduit (34), l’anneau d’étanchéité (60) étant en contact contre une deuxième plaque (20) d’un premier couple (38) de plaques immédiatement adjacents.
5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, dans lequel le conduit (34) est délimité par une pluralité de trous (35), une pluralité d’anneaux d’étanchéité (60) et une pluralité de zones de contact (61).
6. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel les premières plaques (19) d’au moins deux premiers couples (38) de plaques sont de conformation identique.
7. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel 5 les deuxièmes plaques (20) d’au moins deux premiers couples (38) de plaques sont de conformation identique.
8. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième nappe (24) comprend une pluralité de deuxièmes couples (39) de plaques, une deuxième plaque (20) du deuxième couple (39) comprenant une zone de

10 contact (61) en appui contre une première plaque (40) du deuxième couple (39), la zone de contact (61) étant ménagée autour du trou (35) de la deuxième plaque (20) du deuxième couple (39).
9. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, dans lequel la première plaque (40) du deuxième couple (39) délimite au moins un passage (62) par lequel le fluide

15 réfrigérant est apte à entrer dans la deuxième nappe (24), le passage (62) étant bordé par au moins un organe de liaison (63) à la deuxième plaque (20) du deuxième couple (39).
10. Echangeur de chaleur selon la revendication 8 ou 9 en combinaison avec l’une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel au moins une deuxième plaque (20) du deuxième couple (39) et au moins une deuxième plaque (20) du premier couple (38) sont

20 de conformation identique.
11. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une chambre de circulation (43, 44) constitutive du premier circuit (15) et qui s’étend entre une première plaque (19, 40) et une deuxième plaque (20) d’un même couple de plaques est configurée pour être parcourue par le liquide caloporteur (5).

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12. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une cavité (45, 46) constitutive du deuxième circuit (22) et qui s’étend entre deux couples de plaques immédiatement adjacents est configurée pour être parcourue par le fluide réfrigérant (4).
13. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif de séparation (41) divisant le deuxième circuit (22) en la première nappe (23) et la deuxième nappe (24).
14. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, 5 dans lequel au moins une plaque (19, 20, 40, 42) de l’empilement de plaques comprend deux trous (49, 50) à une première extrémité longitudinale (47) de la plaque et trois trous (21, 35, 52) à une deuxième extrémité longitudinale (48) de la plaque, l’un (35) des trois trous participant à la formation du conduit (34).
15. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, dans lequel le trou (35) 10 qui participe à la formation du conduit (34) est disposé transversalement entre les deux autres trous (21, 52).
16. Module d’échange de chaleur (1) comprenant un échangeur de chaleur (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, sur lequel est solidarisé un organe de séparation (2) configuré pour séparer le fluide réfrigérant (4) en une phase liquide et une

15 phase gazeuse.

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