EP1800083A1 - Echangeur de chaleur pour regler la temperature d'une huile - Google Patents

Echangeur de chaleur pour regler la temperature d'une huile

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Publication number
EP1800083A1
EP1800083A1 EP05791037A EP05791037A EP1800083A1 EP 1800083 A1 EP1800083 A1 EP 1800083A1 EP 05791037 A EP05791037 A EP 05791037A EP 05791037 A EP05791037 A EP 05791037A EP 1800083 A1 EP1800083 A1 EP 1800083A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
fluid
exchanger according
temperature
spaces
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05791037A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Carlos Martins
Sylvia Guillen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP1800083A1 publication Critical patent/EP1800083A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F28F3/027—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements with openings, e.g. louvered corrugated fins; Assemblies of corrugated strips

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger defining a multiplicity of spaces adapted to allow the parallel circulation of a first fluid in thermal contact with at least one second fluid.
  • Such heat exchangers are used in particular for cooling an oil in a motor vehicle, for example a hydraulic oil and / or cooling and / or lubrication.
  • the object of the invention is to solve the above problem under satisfactory cost and space conditions.
  • the invention aims in particular at a heat exchanger of the kind defined in the introduction, and provides that it is adapted to selectively circulate the first fluid, in each of said spaces, in at least a first direction and a second direction different from the first direction, in which they have different flow resistance.
  • Said spaces extend substantially in mutually parallel planes.
  • Said spaces contain obstacles producing different resistance to flow in said direc ⁇ tions.
  • Said spaces are delimited by mutually stacked stamped plates and contain interleaves which constitute said obstacles.
  • Each of said spaces contains an interlayer in the form of a corrugated sheet whose corrugation peaks come into contact with the two plates delimiting this space, the intercalaire having substantially its profile in said first direction of circulation for a low resistance. the flow and its corrugation flanks in said second direction of circulation for a high resistance to flow, passage openings being provided to allow the first fluid to cross the corrugation flanks when circulating in the second direction.
  • - Slits are formed in said sheet, oriented and aligned in parallel lines, delimiting between them strips of material each of which is folded into crenellations, the slots of two adjacent strips mutually offset to form said passage openings to allow to the first fluid to circumvent the flanks of the crenellations.
  • the crenellations have substantially the shape of isosceles trapezoids.
  • the inputs and outputs for the first fluid are all located on the same end face of the stack.
  • - Switching means are provided to change the flow direction of the first fluid.
  • the switching means are sensitive to the temperature of the first fluid.
  • the switching means are able to increase the resistance to flow in response to an increase in the temperature of the first fluid and vice versa.
  • At least two inlets and / or at least two outlets for the first fluid are provided, an input / output pair being associated with a direction of the fluid, and the switching means are adapted to close at least one first input. and / or at least a first outlet for circulating the first fluid in the first direction and releasing them to circulate the first fluid in the second direction.
  • bypass means whose activation allows the first fluid to flow in any of said spaces.
  • the bypass means are activated by an increase in the pressure of the first fluid.
  • the derivation means are activated by a variation of the temperature of the first fluid.
  • the bypass means are activated in a specific temperature range and disabled outside this range.
  • the switching means are adapted to change the flow direction of the first fluid when crossing a temperature limit in said range.
  • the derivation means comprise a movable element, under the effect of the temperature and the pressure of the first fluid, between a deactivation position in which it closes a bypass passage for the latter and an activation position. wherein it releases said passage.
  • the switching means and the possible derivation means are housed in an auxiliary box attached to said end face.
  • the invention also relates to the use of a heat exchanger as defined for adjusting the temperature of an oil in a motor vehicle.
  • said auxiliary housing is advantageously interposed between said stack and said mechanical member.
  • Figure 1 is a top view of a heat exchanger according to the invention for adjusting the temperature of the lubricating oil of the engine of a motor vehicle, comprising a stack of stamped plates and an auxiliary housing.
  • Figure 2 is a sectional view along the line II-II of Figure 1.
  • FIG. 3 is a sectional view along the line III - III of FIG. 2.
  • Figure 4 is a top view of an insert contained in a circulation space of the oil.
  • Figures 5 and G are partial sectional views along the lines V-V and VI-VI respectively of Figure 4.
  • Figure 7 is a graph showing fluid temperature changes in a motor vehicle.
  • the heat exchanger shown in Figure 1 is intended to be juxtaposed with the engine of a motor vehicle to adjust the temperature of the engine lubricating oil, by heat exchange with a cooling fluid of the engine.
  • the heat exchanger is referred to herein as the "top" of the heat exchanger, although this face is not necessarily turned upward.
  • the heat exchanger 1 illustrated comprises a stack 2 of stamped sheet metal plates and an auxiliary box 3 adjacent to the lower end of the stack 2 and intended to be attached to the motor, not shown, of the vehicle.
  • the stack 2 comprises a multiplicity of pairs of plates, each pair being formed of two plates 4, 5 having different embou ⁇ weaving configurations, the two plates of the same pair delimiting between them a substantially flat circulation space 6 for the oil, and two adjacent plates 4, 5 belonging to different pairs delimiting between them a substantially flat circulation space 7 for the cooling fluid.
  • the plates 4, 5 have a substantially square contour with rounded corners.
  • bosses 8 are formed by stamping the plates 4, 5, outwardly spaces 6, and pierced openings not shown.
  • the bosses 8 of a plate 4 are brazed to the bosses of the plate 5 of the neighboring pair, around the openings, to form passages for the oil between two adjacent spaces 6, sealed to the space 7 interposed between them.
  • bosses 8 are formed at the four corners of the contour of each plate, the openings of which define four vertical ducts connecting the spaces 6 between them and with respective bores 9 formed in the casing 3.
  • bosses shown are formed on the plates 4 ⁇ , 5 ⁇ j to r ⁇ -ex ⁇ ereureur ⁇ s spaces-7 ⁇ ⁇ ⁇ es ⁇ b ⁇ s-s-age-s-two-plates of the same pair being bonded to each other by soldering , around respective openings.
  • each plate has two such bosses, located in the middle of two opposite sides of the contour of the plates, so as to form two pipes connecting the spaces 7 between them and inlet and outlet pipes 10, 11 to the cooling fluid, located at the upper end of the stack.
  • Each of the spaces 6 contains an intermediate sheet 15 cut and folded sheet, such as that shown in Figures 4 to 6.
  • the insert 15 has a square contour whose side corresponds to the side of the outline square of space 6, presenting at its four summits cutouts 16 to 45 ° allowing the passage of the bosses 8, and on two opposite sides of the notches 17 allowing the passage of the other bosses.
  • a multiplicity of slots 18 are provided parallel to a first diagonal of the square contour of the insert, 15, throughout the thickness of the constituent plate thereof, substantially without removal of material.
  • the slots 18 are arranged in rows extending parallel to the second diagonal of the square and separated by narrow uncut strips 19 also extending parallel to the second diagonal.
  • the slots 18 of the same row are equidistant and aligned with the slots of the other rows to define strips of material 20 of uniform width elongated parallel to the first diagonal.
  • the strips 20 are folded in a crenellated profile whose crenellations have the shape of isosceles trapezoids, the vertices 21 and the bases 22 of the crenellations being brazed respectively to the plates 4 and 5 delimiting the space 6 that contains the tab.
  • the crenellations of each band 20 are offset with respect to the crenellations of the two adjacent strips 20, in the longitudinal direction of the strips, by a distance d less than the length 1 of the peaks and the bases of the slots, the difference 1-d representing the band width 19.
  • the bores 9 of the housing 3 constitute two inputs and two oil outlets of the heat exchanger 1, namely a first not shown input located at the top left of Figure 3, a second input 9E2 and first and second outputs 9Sl and 9S2 located respectively bottom right and top right.
  • a switching device which will be described later selectively opens and closes the first inlet and the first outlet, respectively associated with the recessed areas 23 and 26, keeping open (or closed) the other inlet and the other exit.
  • the oil can flow, in each of the spaces 6, from the zone 23 to the zone 26 meeting only as obstacle the profile of the crenellated strips 20 of the insert 15, as seen in Figure 5, and therefore experiencing a small loss charge.
  • the direction that the oil can take is a global direction: for example, the oil entering through the first inlet will move from zone 23 to zone 26, according to the overall direction, while spreading over the exchange surface.
  • the switching device 30 shown in FIGS. 2 and 3, housed in the housing 3, comprises an expansion capsule formed of a cup 31 filled with a substance with a high coefficient of expansion and a sliding rod 32 which protrudes relative to the bucket over a variable length depending on the volume of the expandable substance.
  • the rod 32 pushes a piston 33, which slides in a tube 34, against the action of a helical spring 35.
  • An oil inlet opening 36 opening into the lower face of the housing 3 and connected to an outlet of motor oil not shown, communicates directly with a channel 37 itself connected to the first oil inlet of the exchanger I 7 and communicates through holes 38 passing through the wall of the tube 34 with an internal chamber 39 of it.
  • the chamber 39 furthermore communicates, via holes 45 passing through the wall of the tube 34, with a channel 46 connected to the second oil inlet 9E2.
  • the chamber 43 communicates through holes 47, with a channel 48 connected to the second output 9S2.
  • the branch device 52 shown in FIG. 3 comprises a plurality of moving parts inside a cavity 51 of the housing 3 elongated along an axis A1 and closed at one end by a plug 53. Opposite the plug 53, the cavity 51 communicates with the second oil outlet 9S2. The cavity 51 also communicates with the channel 37 through openings 55 passing through the wall of the plug 53.
  • a dilation capsule formed of a cup 56 filled with a substance with a high coefficient of expansion and a rod 57 the
  • the rod 57 is turned away from the plug 53, and is capped with a cap 58 which extends axially beyond its free end and which has, in the vicinity of the cup 56, a flange 59 extending radially towards outside.
  • the cavity 51 also contains, beyond the end of the cover 58 facing away from the cup 56, a plug 60 having a flange 61 rotated radially outwards.
  • the cup 56 also has a flange 62 rotated radially outwards.
  • a helical spring 63 is compressed between the plug 53 and the flange 62.
  • Another coil spring 64 is compressed between the flange 59 and a flange 65 rotated radially inwards, projecting on the wall of the cavity 51, the bucket 56 and the plug 60 being disposed axially on either side of the flange 65.
  • a third coil spring 66 is compressed between the flange 61 and the end wall 67 of the cavity 51.
  • Figure 3 shows the bypass device 52 at rest, that is to say when the rod 57 is fully retracted at ambient temperature and no oil pressure is exerted in the device.
  • the spring 66 applies the flange 61 against the flange 65, preventing the passage of the oil to the right of the latter along the cavity.
  • the deriva ⁇ tion device is closed and the oil circulates in the spaces 6 of the heat exchanger as described above.
  • the spring 63 urges the flange 62 so as to apply the end of the cap 58 against the plug 60.
  • the stopper 60 abuts on the end wall 67, closing off the communication passage with the second oil outlet 9S2.
  • the compression of the spring 63 allows the bucket 56 to move back, the rod 57 then being immobilized.
  • the circulation of the oil is again prohibited through the cavity 51 and is effected by the spaces 6.
  • FIG. 7 shows how the invention makes it possible to optimize the change in the temperature of the lubricating oil of the engine of a motor vehicle.
  • the curves C1, C2 and C3 represent temperature variations from the start of the engine following a prolonged stop, the engine and the associated fluid being at ambient temperature (20 ° C).
  • the curve C1 relates to the cooling fluid of the engine. It comprises a first ascending branch C1-I corresponding to the heating of the fluid without passage through the cooling radiator, followed by a horizontal branch C1-2 corresponding to the maintenance of the fluid at an optimum temperature, here of the order of 9O 0 C, using the cooling radiator.
  • Curve C2 represents the evolution of the temperature of the oil obtained by using a heat exchanger according to the state of the art.
  • a first part ascending C2-1 corresponds to the heating of the oil in the absence of heat exchange with the cooling fluid, at least one of these two fluids not circulating in the exchanger.
  • the temperature of the oil increases less rapidly than that of the coolant, and later reaches the temperature of the curve portion Cl-2, which it then exceeds to reach an optimum value, here slightly greater than 100 ° C.
  • This optimum value is maintained (part of C2-2 horizontal curve) by heat exchange with the cooling fluid, itself having a lower temperature.
  • the means of derivation of the heat exchanger according to the invention make it possible to exchange heat between the two fluids not only when the oil has reached its optimum temperature but also as long as its temperature is lower than that of the cooling fluid. This results in a rapid initial warm-up and earlier obtaining of the optimum temperature.
  • This initial heating phase corresponds to the C3-1 portion of the curve C3, which continues to the temperature step of cooling fluid represented by the curve portion Cl-2.
  • the bypass means are activated to interrupt the exchange of heat between the two fluids and not to slow down the heating of the oil. The latter no longer in contact with a fluid hotter than it, the slope of the curve decreases somewhat (part C3-2).
  • the bypass means are again deactivated to allow the oil to give heat to the cooling fluid, its temperature then oscillating around this optimum value (part C3- 3).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Dans 1 ' échangeur de chaleur (2), l'huile du moteur d'un véhicule automobile est réchauffée à basse température et refroidie à haute température par le liquide de refroidissement. Pour tenir compte de la variation de viscosité de l'huile avec la température, des moyens de commutation (30) le font circuler dans des directions différentes à basse température et à haute température, impliquant des pertes de charge différentes.

Description

l'
Échangeur de chaleur pour régler la température d'une huile
L'invention concerne un échangeur de chaleur définissant une multiplicité d'espaces propres à permettre la circulation en parallèle d'un premier fluide en contact thermique avec au moins un deuxième fluide.
De tels échangeurs de chaleur sont utilisés en particulier pour le refroidissement d'une huile dans un véhicule automobile, par exemple une huile hydraulique et/ou de refroidissement et/ou de lubrification.
II est connu d'utiliser un échange de chaleur entre par exemple l'huile de lubrification du moteur thermique d'un véhicule et un liquide de refroidissement du moteur pour maintenir l'huile à une température optimale quel que soit le régime du moteur. Il est également connu d'utiliser un tel échange de chaleur pour accélérer 1 'échauffement de l'huile après le démarrage du moteur et atteindre plus rapidement cette température optimale, en profitant d'un échauffement initial du liquide de refroidissement plus rapide que celui de l'huile.
Un problème se pose alors en raison de la diminution de la viscosité de l'huile en fonction de la température. En effet, pour permettre à l'huile de circuler lorsqu'elle présente une viscosité élevée à basse température, échangeur de chaleur doit présenter une configuration assurant une faible perte de charge. Mais une telle configuration ne permet pas un échange de chaleur efficace à température élevée, lorsque l'huile est fluide.
L'utilisation de deux échangeurs différents selon la tempéra- ture ne constitue pas une solution satisfaisante, car elle augmente considérablement le coût et 1 'encombrement du système de refroidissement.
Le but de l'invention est de résoudre le problême ci-dessus dans des conditions de coût et d'encombrement satisfaisantes.
L'invention vise notamment un échangeur de chaleur du genre défini en introduction, et prévoit qu'il est propre à faire circuler de manière sélective le premier fluide, dans chacun desdits espaces, dans au moins une première direction et une deuxième direction différente de la première direction, dans lesquelles ceux-ci présentent des résistances à l'écoulement différentes.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen- taires ou de substitution, sont énoncées ci-après:
- Lesdits espaces s'étendent sensiblement selon des plans mutuellement parallèles.
- Lesdits espaces contiennent des obstacles produisant des résistances à l'écoulement différentes dans lesdites direc¬ tions.
- Lesdits espaces sont délimités par des plaques embouties mutuellement empilées et contiennent des intercalaires qui constituent lesdits obstacles.
- Chacun desdits espaces contient un intercalaire sous forme d'une feuille ondulée dont les crêtes d'ondulation viennent en contact avec les deux plaques délimitant cet espace, l'inter¬ calaire présentant sensiblement son profil dans ladite première direction de circulation pour une faible résistance à l'écoule¬ ment et ses flancs d'ondulation dans ladite deuxième direction de circulation pour une forte résistance à l'écoulement, des ouvertures de passage étant prévues pour permettre au premier fluide de franchir les flancs d'ondulation lorsqu'il circule dans la deuxième direction.
- Des fentes sont ménagées dans ladite feuille, orientées et alignées selon des lignes parallèles, délimitant entre elles des bandes de matière dont chacune est pliée en créneaux, les créneaux de deux bandes adjacentes étant mutuellement décalés de manière à former lesdites ouvertures de passage pour permettre au premier fluide de contourner les flancs des créneaux.
- Les créneaux ont sensiblement la forme de trapèzes isocèles.
- Les entrées et les sorties pour le premier fluide sont toutes situées sur une même face d'extrémité de l'empilement.
- Des moyens de commutation sont prévus pour changer la direction de circulation du premier fluide.
- Les moyens de commutation sont sensibles à la température du premier fluide.
- Les moyens de commutation sont propres à faire croître la résistance à l'écoulement en réponse à une élévation de la température du premier fluide et inversement.
- Il est prévu au moins deux entrées et/ou au moins deux sorties pour le premier fluide, une paire d'entrée/sorties étant associée à une direction du fluide, et les moyens de commutation sont propres à obturer au moins .une première entrée et/ou au moins une première sortie pour faire circuler le premier fluide dans la première direction et à les libérer pour faire circuler le premier fluide dans la deuxième direction.
- Il est prévu des moyens de dérivation dont l'activation permet au premier fluide de ne circuler dans aucun desdits espaces. l'
- Les moyens de dérivation sont activés par une augmentation de la pression du premier fluide.
- Les moyens de dérivation sont activés par une variation de la température du premier fluide.
- Les moyens de dérivation sont activés dans une plage de température déterminée et désactivés en dehors de cette plage.
- Les moyens de commutation sont propres à changer la direction de circulation du premier fluide lors du franchissement d'une limite de température comprise dans ladite plage.
- Les moyens de dérivation comprennent un élément mobile, sous l'effet de la température et de la pression du premier fluide, entre une position de désactivation dans laquelle il obture un passage de dérivation pour celui-ci et une position d'activa- tion dans laquelle il libère ledit passage.
- Les moyens de commutation et les moyens de dérivation éventuels sont logés dans un boîtier auxiliaire accolé à ladite face d'extrémité.
L'invention a également pour objet une utilisation d'un échan- geur de chaleur tel que défini pour le réglage de la tempéra¬ ture d'une huile dans un véhicule automobile.
Dans le cas d'une huile circulant dans un organe mécanique d'un véhicule automobile, ledit boîtier auxiliaire est avantageusement interposé entre ledit empilement et ledit organe mécanique.
Les caractéristiques et avantages de invention sont exposés plus en détail dans la description ci-après, avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue de dessus d'un échangeur de chaleur selon l'invention pour le réglage de la température de l'huile de lubrification du moteur thermique d'un véhicule automobile, comprenant un empilement de plaques embouties et un boîtier auxiliaire.
La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2.
La figure 4 est une vue de dessus d'un intercalaire contenu dans un espace de circulation de l'huile.
Les figures 5 et G sont des vues partielles en coupe selon les lignes V-V et VI-VI respectivement de la figure 4.
La figure 7 est un graphique représentant des variations de température de fluides dans un véhicule automobile.
L'échangeur de chaleur représenté sur la figure 1 est destiné à être juxtaposé au moteur thermique d'un véhicule automobile afin de régler la température de l'huile de lubrification du moteur, par échange thermique avec un fluide de refroidissement du moteur. Par commodité, on appelle ici "dessus" de 1 'échangeur de chaleur la face de celui-ci tournée à l'opposé du moteur, bien que cette face ne soit en réalité pas néces- sairement tournée vers le haut.
L'échangeur de chaleur 1 illustré comprend un empilement 2 de plaques de tôle embouties et un boîtier auxiliaire 3 adjacent à l'extrémité inférieure de l'empilement 2 et destiné à être accolé au moteur non représenté du véhicule. Comme on le voit sur la figure 2, et comme connu en soi, l'empilement 2 comprend une multiplicité de paires de plaques, chaque paire étant formée de deux plaques 4, 5 ayant des configurations d'embou¬ tissage différentes, les deux plaques d'une même paire délimitant entre elles un espace de circulation 6 sensiblement plat pour l'huile, et deux plaques voisines 4, 5 appartenant à des paires différentes délimitant entre elles un espace de circulation 7 sensiblement plat pour le fluide de refroidis¬ sement.
Les plaques 4, 5 ont un contour sensiblement carré à angles arrondis. Comme connu également, des bossages 8 sont formés par emboutissage des plaques 4, 5, vers l'extérieur des espaces 6, et percées d'ouvertures non représentées. Les bossages 8 d'une plaque 4 sont liés par brasage aux bossages de la plaque 5 de la paire voisine, autour des ouvertures, pour former des passages pour l'huile entre deux espaces 6 voisins, étanches vis à vis de l'espace 7 interposé entre ceux-ci. En l'occurrence, des bossages 8 sont formés aux quatre angles du contour de chaque plaque, dont les ouvertures définissent quatre conduites verticales reliant les espaces 6 entre eux et avec des alésages respectifs 9 formés dans le boîtier 3. De même, des bossages non représentés sont formés sur les plaques 4~, 5~j vers rτëxϋerîeur de~s espaces—7τ~±es~bσs-s-age-s—des—deux- plaques d'une même paire étant liés entre eux par brasage, autour d'ouvertures respectives. En l'occurrence, chaque plaque présente deux tels bossages, situés au milieu de deux côtés opposés du contour des plaques, de manière à former deux conduites reliant les espaces 7 entre eux et à des tubulures d'entrée et de sortie 10, 11 pour le fluide de refroidissement, situées à l'extrémité supérieure de l'empilement.
Chacun des espaces 6 contient un intercalaire 15 en tôle découpée et pliée, tel que celui représenté sur les figures 4 à 6. Comme on le voit sur la figure 4, l'intercalaire 15 présente un contour carré dont le côté correspond au côté du contour carré de l'espace 6, présentant à ses quatre sommets des découpes 16 à 45° permettant le passage des bossages 8, et sur deux côtés opposés des encoches 17 permettant le passage des autres bossages.
Une multiplicité de fentes 18 sont ménagées parallèlement à une première diagonale du contour carré de l'intercalaire, 15, dans toute l'épaisseur de la tôle constitutive de celui-ci, sensiblement sans enlèvement de matière. Les fentes 18 sont disposées en rangées s 'étendant parallèlement à la seconde diagonale du carré et séparées par des bandes étroites non découpées 19 s 'étendant également parallèlement à la seconde diagonale. Les fentes 18 d'une même rangée sont équidistantes et alignées avec les fentes des autres rangées pour définir des bandes de matière 20 de largeur uniforme allongées parallèlement à la première diagonale. Comme on le voit sur la figure 5, les bandes 20 sont pliées selon un profil crénelé dont les créneaux ont la forme de trapèzes isocèles, les sommets 21 et les bases 22 des créneaux étant brasées respec¬ tivement aux plaques 4 et 5 délimitant l'espace 6 qui contient l'intercalaire. Les créneaux de chaque bande 20 sont décalés par rapport aux créneaux des deux bandes 20 voisines, dans la direction longitudinale des bandes, d'une distance d inférieure à la longueur 1 des sommets et des bases des créneaux, la différence 1-d représentant la largeur des bandes 19.
Les alésages 9 du boîtier 3 constituent deux entrées et deux sorties d'huile de l'échangeur de chaleur 1, à savoir une première entrée non représentée située en haut à gauche de la figure 3, une seconde entrée 9E2 et des première et seconde sorties 9Sl et 9S2 situées respectivement en bas à droite et en haut à droite. Un dispositif de commutation qui sera décrit-s- plus loin permet d'ouvrir et de fermer sélectivement la première entrée et la première sortie, associées respectivement aux zones évidées 23 et 26, en maintenant ouverte (ou fermée) l'autre entrée et l'autre sortie. Lorsque la première entrée et la première sortie sont ouvertes, l'huile peut s'écouler, dans chacun des espaces 6, de la zone 23 à la zone 26 en ne rencontrant comme obstacle que le profil des bandes crénelées 20 de l'intercalaire 15, tel qu'on le voit sur la figure 5, et en subissant par conséquent une faible perte de charge. En revanche, lorsque cette entrée et cette sortie sont fermées, l'huile est contrainte de s'écouler de la zone 24 à la zone 25, entre lesquelles un trajet direct devrait traverser les flancs des créneaux des bandes 20, dont la projection parallèlement à la première diagonale forme une surface continue comme le montre la figure 6. Pour aller de la zone 24 à la zone 25, l'huile doit donc suivre un parcours sinueux pour contourner les flancs de créneaux grâce aux fentes 18, subissant par conséquent une forte perte de charge. Ainsi chaque paire d'entrée/sortie est associée à une des directions que peut prendre l'huile.
Il est entendu que la direction que peut prendre l'huile est une direction globale : par exemple, l'huile entrant par la première entrée va se diriger de la zone 23 à la zone 26, selon la direction globale, tout en se répartissant sur la surface d'échange.
Le dispositif de commutation 30 représenté sur les figures 2 et 3, logé dans le boîtier 3, comprend une capsule de dilatation formée d'un godet 31 rempli d'une substance à fort coefficient de dilatation et d'une tige coulissante 32 qui fait saillie par rapport au godet sur une longueur variable en fonction du volume de la substance dilatable. La tige 32 pousse un piston 33, qui coulisse dans un tube 34, contre l'action d'un ressort hélicoïdal 35. Un orifice d'admission d'huile 36, débouchant dans la face inférieure du boîtier 3 et relié à une sortie d'huile du moteur non représenté, communique directement avec un canal 37 lui-même relié à la première entrée d'huile de l'échangeur I7 et communique par l'intermédiaire de trous 38 traversant la paroi du tube 34 avec une chambre interne 39 de celui-ci. De même, un orifice de départ d'huile 40 débouchant dans la face inférieure du boîtier 3, et relié à l'entrée d'huile du moteur, communique directement avec un canal 41 lui- même relié a la première sortie d'huile 9Sl, et communique par l'intermédiaire de trous 42 ménagés dans l'épaisseur du tube 34 avec une chambre interne 43 de celui-ci, séparée de la chambre 39 par une portée 44 du piston 33. La chambre 39 communique en outre, par l'intermédiaire de trous 45 traversant la paroi du tube 34, avec un canal 46 relié à la seconde entrée d'huile 9E2. De même, la chambre 43 communique, par l'intermédiaire de trous 47, avec un canal 48 relié à la seconde sortie 9S2.
À basse température, comme on le voit sur la figure 3, une portée 49 du piston 33 est en contact avec la paroi du tube 34, entre les trous 38 et les trous 45, et une autre portée 50 est en contact avec la paroi du tube entre les trous 42 et 47. L'huile passe donc de l'orifice d'admission 36 à la seconde entrée 9E2 par l'intermédiaire des trous 38, de la chambre 39, des trous 45 et du canal 46, circule dans les espaces 6 selon le trajet à faible perte de charge, et rejoint l'orifice de départ 40 par l'intermédiaire du canal 48, des trous 47, de la chambre 43 et des trous 42. À température élevée, la tige 32 et le piston 33 sont décalés vers la droite des figures 2 et 3 et les portées 49 et 50 viennent obturer les trous 45 et 47 respectivement, isolant la seconde entrée 9E2 et la seconde sortie 9S2 et obligeant l'huile à circuler dans les espaces 6 par le trajet à perte de charge élevée.
Le dispositif de dérivation 52 représenté sur la figure 3 comprend plusieurs pièces mobiles à l'intérieur d'une cavité 51 du boîtier 3 allongée selon un axe Al et fermée à une extrémité par un bouchon 53. À l'opposé du bouchon 53, la cavité 51 communique avec la seconde sortie d'huile 9S2. La cavité 51 communique par ailleurs avec le canal 37 par des ouvertures 55 traversant la paroi du bouchon 53. Dans la cavité 51 est logée une capsule de dilatation formée d'un godet 56 rempli d'une substance à fort coefficient de dilatation et d'une tige 57 l'
guidée selon l'axe Al, qui fait saillie par rapport au godet sur une longueur qui varie en fonction du volume de la substance dilatable. La tige 57 est tournée à l'opposé du bouchon 53, et est coiffée d'un capot 58 qui la prolonge axialement au-delà de son extrémité libre et qui présente, au voisinage du godet 56, une bride 59 s'étendant radialement vers l'extérieur. La cavité 51 contient également, au-delà de l'extrémité du capot 58 tournée à l'opposé du godet 56, un bouchon 60 présentant une bride 61 tournée radialement vers l'extérieur. Le godet 56 présente également une bride 62 tournée radialement vers l'extérieur. Un ressort hélicoïdal 63 est comprimé entre le bouchon 53 et la bride 62. Un autre ressort hélicoïdal 64 est comprimé entre la bride 59 et une bride 65 tournée radialement vers l'intérieur, en saillie sur la paroi de la cavité 51, le godet 56 et le bouchon 60 étant disposés axialement de part et d'autre de la bride 65. Un troisième ressort hélicoïdal 66 est comprimé entre la bride 61 et la paroi d'extrémité 67 de la cavité 51.
La figure 3 montre le dispositif de dérivation 52 au repos, c'est à dire lorsque la tige 57 est entièrement rétractée à température ambiante et qu'aucune pression d'huile ne s'exerce dans le dispositif. Le ressort 66 applique la bride 61 contre la bride 65, interdisant le passage de l'huile au droit de cette dernière le long de la cavité. Le dispositif de dériva¬ tion est donc fermé et l'huile circule dans les espaces 6 de 1 'échangeur de chaleur comme décrit plus haut. Le ressort 63 sollicite la bride 62 de manière à appliquer l'extrémité du capot 58 contre le bouchon 60.
En cas de surpression de l'huile à l'entrée de échangeur de chaleur, la pression soulève le bouchon 60, contre l'action du ressort 66, et détache la bride 61 de la bride 65, ouvrant un passage à travers la cavité 51. Une partie au moins du débit d'huile est ainsi acheminée directement du canal 37 à la seconde sortie d'huile 9S2, sans passer par les espaces 6, souiâgeant 1a surpression.
Une élévation de la température de l'huile a pour effet de faire sortir la tige 57 du godet 56, augmentant la distance entre l'extrémité libre du capot 58, qui s'appuie sur le bouchon 60, et la bride 62. La force exercée par le ressort 63 étant supérieure à celle exercée par le ressort 66, ce dernier se comprime, permettant encore une fois au bouchon 60 de dégager l'ouverture délimitée par la bride 65. Comme dans le cas précédent, l'huile est acheminée directement de l'entrée à la sortie de 1 'échangeur sans passer par les espaces 6.
La température de l'huile augmentant encore, le bouchon 60 vient en butée sur la paroi d'extrémité 67, obturant le passage de communication avec la seconde sortie d'huile 9S2. La compression du ressort 63 permet au godet 56 de reculer, la tige 57 étant alors immobilisée. La circulation de l'huile est de nouveau interdite à travers la cavité 51 et s'opère par les espaces 6.
La figure 7 montre comment l'invention permet d'optimiser l'évolution de la température de l'huile de lubrification du moteur thermique d'un véhicule automobile. Les courbes Cl, C2 et C3 représentent des variations de température à partir du démarrage du moteur à la suite d'un arrêt prolongé, le moteur et les fluide associés étant à la température ambiante (20°C) . La courbe Cl est relative au fluide de refroidissement du moteur. Elle comporte une première branche ascendante Cl-I correspondant à 1 'échauffement du fluide sans passage par le radiateur de refroidissement, suivie d'une branche horizontale Cl-2 correspondant au maintien du fluide à une température optimale, ici de l'ordre de 9O0C, à l'aide du radiateur de refroidissement. La courbe C2 représente l'évolution de la température de l'huile obtenue en utilisant un échangeur de chaleur selon l'état de la technique. Une première partie ascendante C2-1 correspond à 1 'échauffement de l'huile en l'absence d'échange de chaleur avec le fluide de refroidisse¬ ment, l'un au moins de ces deux fluides ne circulant pas dans l'échangeur. La température de l'huile augmente moins vite que celle du fluide de refroidissement, et atteint plus tard la température de la partie de courbe Cl-2, qu'elle dépasse ensuite pour atteindre une valeur optimale, ici légèrement supérieure à 100°C. Cette valeur optimale est maintenue (partie de courbe horizontale C2-2) par échange de chaleur avec le fluide de refroidissement, présentant lui-même une température inférieure.
Les moyens de dérivation de l'échangeur de chaleur selon l'invention permettent de réaliser un échange de chaleur entre les deux fluides non seulement quand l'huile a atteint sa température optimale mais également tant que sa température est inférieure à celle du fluide de refroidissement, d'où il résulte un échauffement initial rapide et une obtention plus précoce de la température optimale. Cette phase d'échauffement initial correspond à la partie C3-1 de la courbe C3, qui se poursuit jusqu'au palier de température du fluide de refroi¬ dissement représenté par la partie de courbe Cl-2. Dès que cette température est atteinte, les moyens de dérivation sont activés pour interrompre l'échange de chaleur entre les deux fluides et ne pas ralentir 1 'échauffement de l'huile. Celle-ci n'étant plus en contact avec un fluide plus chaud qu'elle, la pente de la courbe décroît quelque peu (partie C3-2) . Lorsque la température optimale est atteinte, ici environ 120°C, les moyens de dérivation sont de nouveau désactivés pour permettre à l'huile de céder de la chaleur au fluide de refroidissement, sa température oscillant alors autour de cette valeur optimale (partie C3-3) .

Claims

Revenducations
1. Échangeur de chaleur (1) définissant une multiplicité d'espaces (6) propres à permettre la circulation d'un premier fluide en contact thermique avec au moins un deuxième fluide, caractérisé en ce qu'il est propre à faire circuler le premier fluide, dans chacun desdits espaces (6) , dans au moins une première direction et une deuxième direction différente de la première direction, dans lesquelles ceux-ci présentent des résistances à l'écoulement différentes.
2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel lesdits espaces (6) s'étendent sensiblement selon des plans mutuellement parallèles.
3. Échangeur de chaleur selon la revendication 2, dans lequel lesdits espaces (6) contiennent des obstacles (15) produisant des résistances à l'écoulement différentes dans lesdites direc¬ tions.
4 . Échangeur de chaleur selon la revendication 3 , dans lequel lesdits espaces sont délimités par des plaques embouties (4 , 5) mutuellement empilées et contiennent des intercalaires (15) qui constituent lesdits obstacles .
5. Échangeur de chaleur selon la revendication 4, dans lequel chacun desdits espaces (6) contient un intercalaire (15) sous forme d'une feuille ondulée dont les crêtes d'ondulation (21, 22) viennent en contact avec les deux plaques délimitant cet espace, l'intercalaire (15) présentant sensiblement son profil dans ladite première direction de circulation pour une faible résistance à l'écoulement et ses flancs d'ondulation dans ladite deuxième direction de circulation pour une forte résis¬ tance à l'écoulement, des ouvertures de passage étant prévues pour permettre au premier fluide de franchir les flancs d'ondulation lorsqu'il circule dans la deuxième direction.
6. Échangeur de chaleur selon la revendication 5, dans lequel des fentes (18) sont ménagées dans ladite feuille, orientées et alignées selon des lignes parallèles, délimitant entre elles des bandes de matière (20) dont chacune est pliée en créneaux, les créneaux de deux bandes adjacentes étant mutuellement décalés de manière à former lesdites ouvertures de passage pour permettre au premier fluide de contourner les flancs des créneaux.
7. Échangeur de chaleur selon la revendication 6, dans lequel les créneaux ont sensiblement la forme de trapèzes isocèles.
8. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel les entrées et les sorties pour le premier fluide sont toutes situées sur une même face d'extrémité de 1 'empilement.
9. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel des moyens de commutation sont prévus pour changer la direction de circulation du premier fluide.
10. Échangeur de chaleur selon la revendication 9, dans lequel les moyens de commutation sont sensibles à la température du premier fluide.
11. Échangeur de chaleur selon la revendication 10, dans lequel les moyens de commutation sont propres à faire croître la résistance à l'écoulement en réponse à une élévation de la température du premier fluide et inversement.
12. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 9 à 11, dans lequel il est prévu au moins deux entrées et/ou au moins deux sorties pour le premier fluide, et les moyens de commutation sont propres à obturer au moins une première entrée et/ou au moins une première sortie pour faire circuler le premier fluide dans la première direction et à les libérer pour faire circuler le premier fluide dans la deuxième direction.
13. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 précédentes, dans lequel il est prévu des moyens de dérivation
(52) dont l'activation permet au premier fluide de ne circuler dans aucun desdits espaces (6) .
14. Échangeur de chaleur selon la revendication 13, dans 10 lequel les moyens de dérivation sont activés par une augmen¬ tation de la pression du premier fluide.
15. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 13 et 14, dans lequel les moyens de dérivation sont activés par une
15 variation de la température du premier fluide.
16. Échangeur de chaleur selon la revendication 15, dans lequel les moyens de dérivation sont activés dans une plage de température déterminée et désactivés en dehors de cette plage.
20
17. Échangeur de chaleur selon la revendication 16, rattachée à la revendication 11, dans lequel les moyens de commutation sont propres à changer la direction de circulation du premier fluide lors du franchissement d'une limite de température
25 comprise dans ladite plage.
18. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 15 à
17, rattachée à la revendication 14, dans lequel les moyens de dérivation comprennent un élément (60) mobile, sous l'effet de
30 la température et de la pression du premier fluide, entre une position de désactivation dans laquelle il obture un passage de dérivation pour celui-ci et une position d1activâtion dans laquelle il libère ledit passage.
35 19. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 9 à
18, rattachée à la revendication 8, dans lequel les moyens de commutation et/ou les moyens de dérivation (52) sont logés dans un boîtier auxiliaire (3) accolé à ladite face d'extrémité.
20. Utilisation d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes pour le réglage de la température d'une huile dans un véhicule automobile.
21. Utilisation d'un échangeur de chaleur selon la revendi¬ cation 19 pour le réglage de la température d'une huile circulant dans un organe mécanique d'un véhicule automobile, ledit boîtier auxiliaire (3) étant interposé entre ledit empilement (2) et ledit organe mécanique.
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