FR3022994A1

FR3022994A1 - Echangeur de chaleur et procede de fabrication dudit echangeur de chaleur

Info

Publication number: FR3022994A1
Application number: FR1455933A
Authority: FR
Inventors: Christophe Denoual
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-01-01
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: FR3022994B1

Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur pour véhicule automobile comprenant deux plaques (1) entre lesquelles s'étend un élément d'étanchéité (2) rapporté pour délimiter un canal de circulation d'un fluide de refroidissement en formant des parois latérales dudit canal. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel échangeur de chaleur.

Description

Echangeur de chaleur et procédé de fabrication dudit échangeur de chaleur L'invention concerne un échangeur de chaleur, en 5 particulier pour véhicule automobile. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel échangeur. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION 10 Les voitures électriques ou les voitures hybrides sont équipées de batteries d'accumulateurs électriques qui s'avèrent extrêmement sensibles aux températures extérieures et voient leurs performances (capacité, durée de vie, temps de décharge et de charge...) rapidement dégradées lorsque leur 15 température interne se trouve en dehors d'une plage de températures restreinte. Pour pallier à cet inconvénient, il est connu d'associer à la batterie d'accumulateurs électriques un dispositif de refroidissement de ladite batterie d'accumulateurs. Le 20 dispositif de refroidissement comporte notamment un échangeur de chaleur dans lequel circule un fluide de refroidissement permettant d'aider au refroidissement de la batterie. Toutefois, les échangeurs de chaleur connus sont généralement constitués d'un assemblage complexe de tubes ou 25 de pièces dont la réalisation se révèle coûteuse. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un échangeur de 30 chaleur qui soit simple et peu coûteux à fabriquer, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel échangeur. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION 35 En vue de la réalisation de ce but, on propose un échangeur de chaleur pour véhicule automobile, comprenant deux plaques entre lesquelles s'étend un élément d'étanchéité rapporté pour délimiter un canal de circulation d'un fluide de refroidissement en formant des parois latérales dudit canal, un fond et un couvercle du canal étant formés par les deux plaques.

Ainsi, l'élément d'étanchéité permet tout à la fois de définir le canal de circulation et d'assurer une étanchéité dudit canal en joignant les deux plaques entre elles. De plus, comme l'élément d'étanchéité définit seul le canal, les plaques peuvent être de forme simplifiée et peuvent même être de forme identique. L'échangeur de chaleur selon l'invention est donc simple de structure. Le faible nombre de pièces formant l'échangeur de chaleur et l'unicité potentielle des deux plaques permet en outre de réduire les coûts de fabrication de l'échangeur de chaleur. L'élément d'étanchéité est un élément fabriqué indépendamment des deux plaques. L'élément d'étanchéité est ensuite simplement rapporté sur les deux plaques pour former l'échangeur de chaleur.

La fabrication de l'échangeur de chaleur s'avère simple et rapide. En outre, l'élément d'étanchéité permet de définir relativement facilement des canaux d'écoulement du fluide de refroidissement de formes et de dimensions variées.

Il convient de noter que c'est bien l'élément d'étanchéité qui permet seul de délimiter le canal soit de définir le cheminement du canal entre les deux plaques, c'est-à-dire la forme et les dimensions du canal. Les deux plaques permettent de former respectivement le couvercle et le fond du canal, puisque l'élément d'étanchéité est agencé entre elles, mais n'ont pas ou peu d'influence sur sa géométrie. On propose également un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur comprenant les étapes successives de : - rapporter un élément d'étanchéité sur une première plaque 35 de sorte à délimiter sur la première plaque un canal de circulation d'un fluide de refroidissement en formant des parois latérales dudit canal, rapporter une deuxième plaque sur l'élément d'étanchéité, solidariser l'élément d'étanchéité à la première plaque et à la deuxième plaque On propose également un procédé de fabrication d'un 5 échangeur de chaleur comprenant les étapes successives de : - rapporter et solidariser un élément d'étanchéité sur une première plaque de sorte à délimiter sur la première plaque un canal de circulation d'un fluide de refroidissement en formant des parois latérales dudit canal, 10 rapporter et solidariser une deuxième plaque sur l'élément d'étanchéité. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 15 L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit de modes de réalisation particuliers, non limitatifs, de l'invention. Il sera fait référence aux figures ci-jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur 20 de chaleur selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue en coupe de l'échangeur de chaleur illustré à la figure 1, la figure 3 est une vue en perspective identique à la 25 figure 1, l'une des plaques de l'échangeur de chaleur illustré à la figure 1 n'étant pas représentée, - la figure 4 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, l'une des plaques de l'échangeur n'étant pas 30 représentée. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures 1 à 3, l'échangeur de chaleur 35 selon le premier mode de réalisation est destiné à être intégré au dispositif de refroidissement d'une batterie comprenant par exemple plusieurs accumulateurs électriques HV (pour High Voltage en anglais). Cette application n'est bien sûr pas limitative. L'échangeur de chaleur pourra par exemple être destiné à refroidir d'autres types de batteries d'accumulateurs électriques et à être implanté dans d'autres véhicules automobiles comme une voiture hybride ou encore un véhicule électrique avec un prolongateur d'autonomie. L'échangeur de chaleur comprend une première plaque 1. La première plaque 1 est par exemple en aluminium. De façon particulière, les deux faces principales de la première plaque 1 sont planes. L'échangeur de chaleur comporte en outre un élément d'étanchéité 2 qui est rapporté sur la première plaque 1 pour délimiter un canal de circulation d'un fluide de refroidissement en formant des parois latérales dudit canal.

L'élément d'étanchéité 2 est ici agencé de sorte à dessiner un canal conformé en un serpentin 3 en forme de U à deux branches. De façon particulière, l'élément d'étanchéité 2 comporte un cordon d'étanchéité. Les deux extrémités 4a, 4b du cordon d'étanchéité se rejoignent pour délimiter un contour fermé du serpentin 3. Les deux extrémités 4a, 4b du cordon d'étanchéité se rejoignent par exemple au niveau de la jonction entre les deux branches du serpentin 3. Le cordon d'étanchéité permet de définir aisément le 25 serpentin 3 même si celui-ci doit être de forme complexe. Typiquement, le cordon d'étanchéité est souple ce qui permet d'autant plus facilement de définir le serpentin 3. Le cordon d'étanchéité est par exemple ici en aluminium. Le cordon d'étanchéité a typiquement un diamètre compris 30 entre 1 et 4 millimètres. Le cordon d'étanchéité a par exemple un diamètre de 1,2 millimètre. L'échangeur de chaleur comporte en outre une deuxième plaque 5 qui est elle-même rapportée sur l'élément d'étanchéité 2. 35 La deuxième plaque 5 est ici de forme et de dimensions identiques à la première plaque 1. Les deux faces principales de la deuxième plaque 5 sont donc planes également. Tout comme la première plaque 1, la deuxième plaque 5 est ici en aluminium. La deuxième plaque 5 comporte en outre un orifice d'entrée 6 s'étendant depuis sa face externe jusqu'à une première 5 extrémité 7a du serpentin 3, la face externe de ladite plaque étant la face principale de la deuxième plaque 5 opposée à la face principale de la deuxième plaque 5 en contact avec l'élément d'étanchéité 2. La première extrémité 7a du serpentin 3 se situe à l'extrémité libre d'une des branches du serpentin 3. La deuxième plaque 5 comporte de plus un orifice de sortie 8 s'étendant depuis sa face externe jusqu'à une deuxième extrémité 7b du serpentin 3. La deuxième extrémité 7b du serpentin 3 se situe à l'extrémité libre de l'autre des branches du serpentin 3.

L'échangeur de chaleur comprend un collecteur d'entrée 9 du fluide de refroidissement et un collecteur de sortie 10 du fluide de refroidissement, les collecteurs d'entrée 9 et de sortie 10 étant respectivement connectés à l'orifice d'entrée 6 et à l'orifice de sortie 8 de la deuxième plaque 5.

Ainsi conformé, l'échangeur de chaleur délimite un chemin de circulation du fluide de refroidissement : le fluide pénètre dans l'échangeur de chaleur au niveau du collecteur d'entrée 9, puis traverse l'orifice d'entrée 6 pour pénétrer dans la première extrémité 7a du serpentin 3. Le fluide circule ensuite dans le serpentin 3 jusqu'à la deuxième extrémité 7b dudit serpentin 3 où il ressort de l'échangeur de chaleur par l'orifice de sortie 8 et le collecteur de sortie 10. L'élément d'étanchéité 2 permet ainsi tout à la fois de définir le serpentin 3 de circulation du fluide de refroidissement tout en assurant l'étanchéité dudit serpentin 3. Comme bien visible à la figure 2, l'élément d'étanchéité 2 solidarise ici seul la première plaque 1 à la deuxième plaque 5 ce qui évite une fuite du fluide de refroidissement hors du serpentin 3.

Ainsi, l'élément d'étanchéité définit la longueur, la largeur et la géométrie du serpentin. La hauteur du serpentin est en outre définie par la distance entre les deux plaques. De préférence, l'échangeur de chaleur comporte des moyens 5 d'amplification des échanges de chaleur dans le serpentin. Ici les moyens d'amplification comportent des ailettes internes 11 (symbolisées par des hachures sur les différentes figures) rapportées sur la portion de surface de la première plaque 1 s'étendant dans le serpentin 3. Les ailettes internes 11 sont 10 ici agencées de sorte à recouvrir sensiblement toute ladite portion. Les ailettes internes 11 sont en outre conformées de sorte à avoir une hauteur sensiblement égale à la hauteur du serpentin 3. Ceci facilite la solidarisation par brasage des ailettes internes 11 au reste de l'échangeur de chaleur. Une 15 base des ailettes internes 11 est ainsi solidarisée à la première plaque 1 et une extrémité supérieure des ailettes est solidarisée à la deuxième plaque 5. De façon particulière, chaque plaque 1, 5 comporte des perçages 12 ménagés à intervalles réguliers le long de deux 20 côtés opposés de ladite plaque, ces perçages 12 étant destinés à permettre la fixation de l'échangeur de chaleur à la batterie. Le procédé de fabrication de l'échangeur de chaleur selon le premier mode de réalisation de l'invention va être à 25 présent décrit. Le procédé comporte ainsi l'étape de rapporter l'élément d'étanchéité 2 sur la première plaque 1 pour délimiter le serpentin 3 plat de circulation du fluide de refroidissement. La délimitation du serpentin 3 est relativement aisée puisque 30 le cordon d'étanchéité est souple et peut être découpé à la longueur voulu au dernier moment. Puis, le procédé comporte l'étape de rapporter les ailettes internes 11 sur la première plaque 1. Ensuite, la deuxième plaque 5 est rapportée sur l'élément 35 d'étanchéité 2 pour achever de former le serpentin 3. Après cela, le cordon d'étanchéité en aluminium est solidarisé aux deux plaques 1, 5 en aluminium par brasage. Un matériau d'apport pour le brasage est typiquement déposé sur les plaques 1, 5 afin de faciliter le brasage du cordon d'étanchéité aux deux plaques 1, 5.Dans le même temps et au cours de la même étape, les ailettes internes 11 sont solidarisées par brasage au niveau de leur base à la première plaque 1 et au niveau de leur extrémité supérieure à la deuxième plaque 5. Enfin, le collecteur d'entrée 9 est solidarisé à la deuxième plaque 5 et le collecteur de sortie 10 est solidarisé 10 à la deuxième plaque 5. Le procédé selon l'invention permet ainsi une fabrication simple et rapide de l'échangeur de chaleur selon l'invention. De préférence, afin de garantir que le cordon d'étanchéité demeure en place dans la forme voulue du serpentin 3 pendant 15 l'étape de brasage, des moyens de maintien des deux plaques 1, 5 sont insérés avant ladite étape de brasage au niveau des perçages 12 pour maintenir les deux plaques serrées entre elles et ainsi exercer une légère pression sur le cordon d'étanchéité. Une fois l'étape de brasage terminée, les moyens 20 de maintien sont retirés et les perçages 12 sont utilisés pour la fixation de l'échangeur de chaleur à la batterie. C'est donc bien le cordon d'étanchéité qui permet au final d'assurer une étanchéité du serpentin 3 en solidarisant les deux plaques 1, 5 entre elles. 25 En référence à la figure 4, un deuxième mode de réalisation de l'invention va être à présent décrit. Les éléments en commun avec le premier mode de réalisation conservent la même numérotation augmentée d'une centaine. A la différence du premier mode de réalisation, l'élément 30 d'étanchéité 102 est conformé pour définir un serpentin 120 de forme complexe. Le serpentin 120 a ici sensiblement une forme de double U à quatre branches. La première plaque 101 et la deuxième plaque demeurent identiques à celles du premier mode de réalisation. 35 Ceci illustre le fait que, dans l'invention, l'élément d'étanchéité permet de définir seul et relativement facilement des canaux d'écoulement du fluide de refroidissement de formes et de dimensions variées. Les plaques demeurent toutefois de formes simples et peuvent être identiques ce qui réduit les coûts de fabrication. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de 5 réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, bien qu'ici l'élément d'étanchéité comporte un cordon d'étanchéité, l'élément d'étanchéité pourra 10 comporter tout autre moyen apte à former les parois latérales du canal de circulation pour délimiter ledit canal. Ledit moyen sera de préférence souple ce qui permettra d'adapter aisément la forme et les dimensions du canal à l'échangeur considéré. Ledit moyen pourra se présenter sous la forme d'un 15 fil, d'un cordon ou d'un tuyau ce qui permettra de couper aisément ledit moyen à la longueur voulue lors de la fabrication du canal. L'élément d'étanchéité pourra par exemple comporter un profil extrudé ou encore un cordon d'étanchéité extrudé. Le canal pourra ainsi être de forme et 20 de dimension différentes de ce qui a été décrit. Le canal pourra par exemple ne pas être conformé en serpentin et comporter une unique branche s'étendant longitudinalement. Bien qu'ici l'élément d'étanchéité soit en aluminium, l'élément d'étanchéité pourra être dans tout autre matériau 25 adapté à définir un canal de circulation étanche. L'élément d'étanchéité pourra par exemple être en alliage d'aluminium ou dans un autre métal. En variante, l'élément d'étanchéité pourra être en polymère par exemple en caoutchouc.Bien qu'ici la première plaque et la deuxième plaque soient deux éléments 30 distincts, la première plaque et la deuxième plaque pourront être venues de matière sur au moins un de leur côté. Bien qu'ici la première plaque et la deuxième plaque comportent des orifices pour la fixation de l'échangeur, l'échangeur de chaleur pourra comporter tout autre moyen de fixation pour son 35 montage sur la batterie ou une autre partie du véhicule. Une seule des deux plaques pourra comporter les moyens de fixation au lieu des deux. L'échangeur de chaleur pourra être fixé dans toute position : horizontale, verticale ou inclinée. Les plaques pourront être dans un autre matériau que l'aluminium comme être dans un métal autre que l'aluminium. L'échangeur de chaleur pourra comporter tout autre moyen d'amplification des échanges de chaleur aux lieu et place des ailettes internes comme par exemple des ailettes externes agencées sur au moins l'une des faces externes des plaques c'est-à-dire les faces principales opposées à celles rapportées sur l'élément d'étanchéité. Les moyens d'amplification des échanges de chaleur pourront être agencés sur d'autres éléments de l'échangeur de chaleur que la première plaque par exemple sur la deuxième plaque ou sur l'élément d'étanchéité. Les moyens d'amplification des échanges de chaleur pourront être issus de matière avec la plaque qui les porte ou être rapportés sur celle-ci. Les collecteurs d'entrée et de sortie pourront être agencés différemment. Par exemple un des collecteurs pourra être solidarisé à l'une des plaques et l'autre des collecteurs à l'autre des plaques. Le procédé de fabrication pourra être différent de ce qui a été décrit. En particulier, l'ordre des étapes dudit procédé pourra être différent de ce qui a été décrit. L'élément d'étanchéité pourra ainsi être rapporté sur la première plaque et être solidarisé à la première plaque avant que la deuxième plaque ne soit rapportée sur l'élément d'étanchéité et solidarisée elle-même à l'élément d'étanchéité. Bien qu'ici le matériau d'apport de brasage soit rapporté sur les plaques, le matériau d'apport de brasage pourra être rapporté directement sur l'élément d'étanchéité. On pourra envisager d'assurer le brasage sans l'aide d'un matériau d'apport de brasage en fonction des matériaux constituant les plaques et l'élément d'étanchéité. D'autres moyens de maintien pourront être employés pour assurer un serrage des deux plaques et de l'élément d'étanchéité les uns contre les autres lors de l'étape (ou des étapes) de solidarisation de ces trois éléments entre eux (par brasage, par sertissage ...). Par exemple d'autres orifices que ceux dédiés à la fixation de l'échangeur de chaleur à la batterie pourront être ménagés dans les deux plaques et des moyens de maintien tels que des rivets pourront être insérés dans les orifices en regard de chacune des plaques. Les moyens de maintien pourront éventuellement demeurer en place une fois l'étape (ou les étapes) de solidarisation achevée quand bien même l'élément d'étanchéité permettrait seul de solidariser les deux plaques entre elles. Par ailleurs, l'élément d'étanchéité pourra être solidarisé aux deux plaques autrement que par brasage par exemple par collage ou encore par sertissage. Eventuellement, le seul serrage des deux plaques entre elles par des moyens de maintien pourra suffire pour solidariser l'élément d'étanchéité aux deux plaques. On préférera néanmoins solidariser directement l'élément d'étanchéité aux deux plaques (par collage, par sertissage ...).

On préféra en outre solidariser directement l'élément d'étanchéité aux deux plaques de sorte que l'élément d'étanchéité suffise seul à solidariser les deux plaques entre elles sans l'intermédiaire des moyens de maintien.

Claims

REVENDICATIONS1. Echangeur de chaleur pour véhicule automobile comprenant deux plaques (1,5 ; 101) entre lesquelles s'étend un élément d'étanchéité (2 ; 102) rapporté pour délimiter un canal (3 ; 120) de circulation d'un fluide de refroidissement en formant des parois latérales dudit canal, un fond et un couvercle du canal étant formés par les deux plaques.
2. Echangeur selon la revendication 1, dans lequel 10 l'élément d'étanchéité (2 ; 102) est agencé pour délimiter un canal de circulation conformé en serpentin (3 ; 120).
3. Echangeur selon la revendication 1, dans lequel l'élément d'étanchéité (2 ; 102) est agencé pour solidariser les deux plaques (1,5 ; 101) entre elles. 15
4. Echangeur selon la revendication 1, dans lequel les faces principales des deux plaques (1,5 ; 101) en contact avec l'élément d'étanchéité (2 ; 102) sont planes.
5. Echangeur selon la revendication 1, dans lequel l'élément d'étanchéité (2 ; 102) comporte un cordon 20 d'étanchéité.
6. Echangeur selon la revendication 1, dans lequel l'élément d'étanchéité (2 ; 102) est en aluminium.
7. Echangeur selon la revendication 1, comportant des moyens d'amplification des échanges de chaleur dans le canal. 25
8. Echangeur selon la revendication 7, dans lequel les moyens d'amplification comportent des ailettes internes (11 ; 111) rapportées sur au moins l'une des plaques dans le canal.
9. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes comprenant les 30 étapes successives de : -rapporter un élément d'étanchéité (2 ; 102) sur une première plaque (1 ; 101) de sorte à délimiter sur la première plaque un canal de circulation d'un fluide de refroidissement en formant des parois latérales dudit canal, 35 - rapporter une deuxième plaque sur l'élément d'étanchéité, - solidariser l'élément d'étanchéité à la première plaque et à la deuxième plaque.
10. Procédé de fabrication d'un échangeur selon l'une des revendications 1 à 8 comprenant les étapes successives de : - rapporter et solidariser un élément d'étanchéité (2 ; 102) sur une première plaque (1 ; 101) de sorte à délimiter sur la 5 première plaque un canal de circulation d'un fluide de refroidissement en formant des parois latérales dudit canal, - rapporter et solidariser une deuxième plaque (5) sur l'élément d'étanchéité.
11. Procédé de fabrication selon la revendication 9 ou la 10 revendication 10, dans lequel l'élément d'étanchéité (2 ; 102) est solidarisé à au moins l'une des plaques par brasage.
12. Procédé de fabrication selon la revendication 9 ou la revendication 10, dans lequel l'élément d'étanchéité (2 ; 102) est solidarisé à au moins l'une des plaques par collage. 15