FR3069627A1

FR3069627A1 - Echangeur de chaleur et systeme thermique pour vehicule automobile

Info

Publication number: FR3069627A1
Application number: FR1757088A
Authority: FR
Inventors: Kamel Azzouz; Sebastien Garnier; Amrid Mammeri
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2019-02-01
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: FR3069627B1; EP3642545A1; WO2019020624A1

Abstract

L'échangeur de chaleur (10) comprend une pluralité de plaques (12, 14, 16, 18 ; 114, 116) délimitant alternativement entre elles une première série de conduits (20, 24) pour un premier fluide (48 ; 148) et une seconde série de conduits (22) pour un second fluide (50 ; 150). La première série de conduits (20, 24) comprend des moyens (34, 36, 46 ; 136, 138) pour diviser le premier fluide (48 ; 148) s'y écoulant en au moins deux branches (48A, 48B ; 149) distinctes qui se rejoignent en leurs extrémités et pour faire subir au premier fluide (48 ; 148) s'écoulant dans chaque branche (48A, 48B ; 149) un changement de direction dans un plan principal (XY) de la première série de conduits (20, 24).

Description

L’invention concerne les échangeurs de chaleur et notamment les échangeurs de chaleur à plaques. En particulier, l’invention trouvera ses applications dans le domaine des systèmes thermiques pour les véhicules automobiles.

Un échangeur de chaleur à plaques comprend une pluralité de plaques disposées parallèlement les unes sur les autres et espacées de façon à délimiter alternativement entre elles une première série de conduits pour un premier fluide et une seconde série de conduits pour un second fluide. Les deux fluides sont ainsi en contact sans se mélanger, par l’intermédiaire des plaques, et échangent des calories du fluide le plus chaud vers le fluide le plus froid. L’échangeur de chaleur à plaques peut être utilisé pour échanger des calories entre deux liquides, un liquide et un gaz, voire entre deux gaz. Il est connu en outre de former une ou plusieurs ondulations sur les faces des plaques de façon à conférer aux fluides un écoulement turbulent afin de maximiser le transfert thermique.

Un véhicule automobile comprend au moins un système thermique tel qu’un système de chauffage ou de climatisation. Un tel système comporte habituellement au moins un échangeur qui peut être à plaques.

L’un des principaux défis auquel est confronté l’industrie automobile est de diminuer la consommation énergétique d’un véhicule. Ainsi, l’amélioration de l’efficacité des différents systèmes du véhicule, notamment les systèmes thermiques, est constamment recherchée.

Ainsi, un but de l’invention est de fournir un échangeur de chaleur dans lequel les transferts thermiques sont plus efficaces.

Pour ce faire, on prévoit selon l’invention un échangeur de chaleur comprenant une pluralité de plaques délimitant alternativement entre elles une première série de conduits pour un premier fluide et une seconde série de conduits pour un second fluide, caractérisé en ce que la première série de conduits comprend des moyens pour diviser le premier fluide s’y écoulant en au moins deux branches distinctes qui se rejoignent en leurs extrémités et pour faire subir au premier fluide s’écoulant dans chaque branche un changement de direction dans un plan principal de la première série de conduits.

Ainsi, en divisant le premier fluide en deux branches auxquelles on fait subir un changement de direction, on accroît le caractère turbulent de l’écoulement de ces deux branches. De plus, les deux branches peuvent être en contact étroit avec le second fluide. Chaque branche est ainsi entourée par le second fluide. Le transfert thermique entre le premier fluide et le second fluide est donc plus efficace.

Avantageusement, les moyens pour diviser le premier fluide sont adaptés pour faire subir au premier fluide s’écoulant dans chaque branche au moins un changement de direction dans une direction normale au plan principal de la première série de conduits.

Le premier fluide se rapproche donc du second fluide, ce qui permet d’accroître l’efficacité du transfert thermique entre le premier et le second fluide.

De préférence, les moyens pour diviser le premier fluide sont adaptés pour faire subir au premier fluide s’écoulant dans chaque branche les changements de direction dans le plan principal et dans la direction normale au plan principal de la première série de conduits en une même zone respectivement de chaque branche. L’écoulement du premier fluide est donc encore plus turbulent.

Selon un mode de réalisation, les moyens pour diviser le premier fluide sont adaptés pour faire subir au premier fluide s’écoulant dans chaque branche au moins deux changements de direction dans le plan principal de la première série de conduits.

Le transfert thermique entre le premier fluide et le second fluide est donc d’autant plus efficace.

Avantageusement, les moyens pour diviser le premier fluide sont adaptés pour qu’au moins une des deux branches comprenne une pluralité de motifs élémentaires, de préférence le motif élémentaire a une forme en « F » ou en « C ».

Ces motifs permettent de donner à l’écoulement du premier fluide un caractère encore plus turbulent.

De préférence, les moyens pour diviser le premier fluide sont adaptés pour que les deux branches comprennent une pluralité de motifs élémentaires, de préférence, les deux branches comprennent le même motif élémentaire.

L’échangeur de chaleur est donc plus facile à fabriquer et son comportement thermique est plus simple à modéliser.

Selon un mode de réalisation, les moyens pour diviser le premier fluide sont adaptés pour que les deux branches soient symétriquement disposées par rapport à un plan de symétrie qui est de préférence perpendiculaire au plan principal de la première série de conduits.

Avantageusement, les moyens pour diviser le premier fluide comprennent une pluralité de rainures portées par des parois internes des conduits de la première série de conduits.

De préférence, la seconde série de conduits comprend des moyens pour que le second fluide occupe un volume qui a, au moins partiellement, une forme complémentaire d’un volume occupé par le premier fluide.

Le transfert thermique entre le premier et le second fluide est donc amélioré.

Selon un mode de réalisation, les moyens pour que le second fluide occupe un volume qui a, au moins partiellement, une forme complémentaire d’un volume occupé par le premier fluide comprennent une pluralité de nervures.

Avantageusement, au moins une nervure de la seconde série de conduits forme une rainure de la première série de conduits.

L’échangeur de chaleur est donc plus léger.

De préférence, au moins une nervure de la pluralité de nervures a une forme en « F » ou en « C ».

L’échangeur de chaleur est ainsi plus simple à fabriquer.

Selon un mode de réalisation, les moyens pour que le second fluide occupe un volume qui a, au moins partiellement, une forme complémentaire d’un volume occupé par le premier fluide comprennent une pluralité de déflecteurs.

Avantageusement, les moyens pour que le second fluide occupe un volume qui a, au moins partiellement, une forme complémentaire d’un volume occupé par le premier fluide comprennent un organe divisant le second fluide en deux branches qui se rejoignent par une de leurs extrémités.

On prévoit également selon l’invention un système thermique pour un véhicule automobile comprenant un échangeur de chaleur tel que précédemment décrit. On notera que le système thermique peut notamment être un système de climatisation ou un système de chauffage du véhicule automobile.

Bien entendu les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée à suivre de deux modes de réalisation, donnés à titre illustratif, en référence aux figures suivantes toutes en perspective:

- la figure 1 est une vue éclatée d’un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de l’invention,

- les figures 2 à 5 représentent des plaques de l’échangeur de chaleur,

- les figures 6 à 8 représentent des organes de l’échangeur de chaleur,

- les figures 9 et 10 illustrent des volumes occupés par des premier et second fluides dans l’échangeur de chaleur, et les figures 11A et 11B sont des vues d’une branche d’un premier fluide s’écoulant dans l’échangeur de chaleur selon des variantes du premier mode de réalisation,

- les figures 12 et 13 illustrent des plaques d’un échangeur selon un second mode de réalisation de l’invention, et

- les figures 14 et 15 représentent des volumes occupés par des premier et second fluides dans l’échangeur de chaleur selon le second mode de réalisation.

Premier mode de réalisation

On a représenté à la figure 1 un échangeur de chaleur 10 selon un premier mode de réalisation de l’invention. L’échangeur de chaleur 10 est destiné à faire partie d’un système thermique, tel qu’un système de climatisation ou de chauffage d’un véhicule automobile.

L’échangeur de chaleur 10 comprend quatre plaques disposées successivement l’une sous l’autre le long d’une direction (Z) : une plaque de fermeture supérieure 12, une plaque intermédiaire supérieure 14, une plaque intermédiaire inférieure 16 et une plaque de fermeture inférieure 18. Pour simplifier la description de l’échangeur de chaleur 10, celui-ci comprend une seule plaque intermédiaire supérieure 14 et une seule plaque intermédiaire inférieure 16. On notera que selon l’invention, l’échangeur de chaleur 10 comprend toujours une plaque de fermeture supérieure 12 et une plaque de fermeture inférieure 18. En revanche, il peut comprendre un nombre identique et variable de plaques intermédiaires supérieures 12 et intermédiaires inférieures 16.

Plaques de l’échangeur de chaleur 10

Les quatre plaques 12, 14, 16 et 18 ont une forme générale plane et s’étendent dans un plan principal (XY) perpendiculaire à la direction (Z) d’empilement des plaques les unes sur les autres. Le plan principal (XY) comprend une direction longitudinale (X) et une direction transversale (Y) pour les quatre plaques 12, 14, 16 et 18 En outre, les quatre plaques 12, 14, 16 et 18 sont reliées les unes aux autres par leurs bords périphériques, en référence au plan principal (XY), de façon étanche. Cette étanchéité peut être obtenue par tous moyens et notamment par un procédé de brasage.

Comme on va le décrire plus en détail ci-après, lorsque l’échangeur de chaleur 10 est assemblé, un espace libre entre la plaque de fermeture supérieure 12 et la plaque intermédiaire supérieure 14 définit un premier conduit 20. De même, un espace libre entre la plaque intermédiaire supérieure 14 et la plaque intermédiaire inférieure 16 définit un deuxième conduit 22. Enfin, un espace libre entre la plaque intermédiaire inférieure 16 et la plaque de fermeture inférieure 18 définit un troisième conduit 24.

Les premier 20 et troisième 24 conduits forment une premier série de conduits et le troisième conduit 24 forme une seconde série de conduits. Les premier et troisième conduits 20, 24 sont destinés à accueillir un premier fluide et le deuxième conduit 22 est destiné à accueillir un second fluide. Ainsi, s’il y a N plaques intermédiaires supérieures 14 et N plaques intermédiaires inférieures 16, l’échangeur de chaleur 10 comprend une première série de N+1 conduits, destinée à accueillir le premier fluide et une seconde série de N conduits, destinée à accueillir le second fluide. Les conduits de la première série et ceux de la seconde série sont alternativement disposés les uns sur les autres.

De manière générale, l’échangeur de chaleur 10 comprend une pluralité de plaques qui délimitent alternativement entre elles une première série de conduits pour le premier fluide et une seconde série de conduits pour le second fluide. Les premier et second fluide peuvent être deux liquides, deux gaz ou un liquide et un gaz et ce, de façon indifférenciée. Le premier fluide peut être plus chaud que le second fluide ou inversement.

Sur la figure 1, les plaques 12, 14, 16 et 18 sont illustrées de façon simplifiée pour ne pas surcharger la figure. Elles ne comprennent donc, sur leurs surfaces principales, des rainures et nervures visibles aux figures 2 à 5 et qui vont être décrites ci-après.

La plaque de fermeture supérieure 12 est illustrée aux figures 1 et 2. Sur cette dernière figure, la plaque de fermeture supérieure 12 est représentée dans une position inverse, selon la direction (Z), à celle illustrée à la figure 1. Ainsi, la direction (Z) pointe vers le bas sur la figure 2. Une surface supérieure, selon la direction (Z), de la plaque de fermeture supérieure 12 est lisse, à l’inverse d’une surface inférieure comme il sera décrit en détail ciaprès.

En outre, la plaque de fermeture supérieure 12 comprend, à une première extrémité longitudinale, un orifice traversant 26 qui forme une entrée de fluide et un orifice traversant 28 qui forme une sortie de fluide pour le premier fluide. Ces deux orifices traversant 26 et 28 sont alignés selon la direction transversale (Y). De même, la plaque de fermeture supérieure 12 comprend, à une seconde extrémité longitudinale opposée à la première, un orifice traversant 30 qui forme une entrée de fluide et un orifice traversant 32 qui forme une sortie de fluide pour le second fluide. Ces deux orifices traversant 30 et 32 sont aussi alignés selon la direction transversale (Y). En revanche, l’orifice traversant 26 qui forme une entrée pour le premier fluide et l’orifice traversant 32, qui forme une sortie de fluide pour le second fluide sont alignées selon la direction longitudinale (X). Il est en de même pour les orifices traversant 26 et 32.

La plaque intermédiaire supérieure 14 est illustrée aux figures 1 et 3. Elle comprend quatre orifices : 26A, 28A, 30A et 32A qui sont respectivement en regards avec les orifices 26, 28, 30 et 32. De la même manière, la plaque intermédiaire inférieure 16 comprend quatre orifices 26B, 28B, 30B et 32B respectivement en regards des orifices 26A, 28A, 30A et 32A. Ainsi, selon la direction (Z), les orifices 26, 26A et 26B portés respectivement par la plaque de fermeture supérieure 12, la plaque intermédiaire supérieure 14 et la plaque intermédiaire inférieure 16 sont alignés. Il en est de même pour les orifices 28, 28A et 28B, les orifices 30, 30A et 30B ainsi que les orifices 32, 32A, et 32B. La plaque de fermeture inférieure 18 ne comprend en revanche aucun orifice traversant.

Comme on le voit notamment sur la figure 1, les contours des orifices 30A et 32A de la plaque intermédiaire supérieure 14 sont conformés de façon à être en contact avec les contours des orifices 30 et 32 de la plaque de fermeture supérieure 12. De même, les orifices 30B et 32B de la plaque intermédiaire inférieure 16 sont conformés de façon à être en contact avec la plaque de fermeture inférieure 18. De plus, les contours des orifices 26A et 28A de la plaque intermédiaire supérieure 14 sont conformés pour être en contact avec les contours des orifices 26B et 28B de la plaque intermédiaire inférieure 16, mais pour ne pas être en contact avec les contours des orifices 26 et 28 de la plaque de fermeture supérieure 12 et avec la plaque de fermeture inférieure 18. Tous les contacts susmentionnés sont étanches. Cette étanchéité peut être obtenue par tous moyens, par exemple avec un joint d’étanchéité ou par un procédé de brasage.

Ainsi, lorsque le premier fluide est introduit dans l’échangeur de chaleur 10 par l’orifice 26 de la plaque de fermeture supérieure 12, il se répand dans les premier 20 et troisième 24 conduits puis quitte l’échangeur de chaleur 10 par l’intermédiaire de l’orifice 28 de la plaque de fermeture supérieure 12. Lorsque le second fluide est introduit dans l’échangeur de chaleur 10 par l’orifice 30 de la plaque de fermeture supérieure 12, il se répand dans le deuxième conduit 22 et quitte l’échangeur de chaleur 10 par l’intermédiaire de l’orifice 32 de la plaque de fermeture supérieure 12.

Premier 20, deuxième 22 et troisième 24 conduits

On va maintenant décrire plus en détail les premier 20, deuxième 22 et troisième 24 conduits.

Le premier conduit 20 est délimité par la plaque de fermeture supérieure 12 et par la plaque intermédiaire supérieure 14. Selon la direction (Z), une surface inférieure de la plaque de fermeture supérieure 12 fait face à une surface supérieure de la plaque intermédiaire supérieure 14. Comme on le voit sur la figure 2, la plaque de fermeture supérieure 12 présente, à son extrémité longitudinale qui porte les orifices 30, 32 une épaisseur légèrement supérieure à celle d’une portion principale de la plaque de fermeture supérieure 12. Une frontière entre cette extrémité longitudinale et cette portion principale est matérialisée par un épaulement 21 qui s’étend le long de la direction transversale (Y). Ainsi, les premier et second fluides ne se mélangent pas.

Comme on le voit notamment sur les figures 2 et 3, les deux surfaces en regards de ces deux plaques 12 et 14 comprennent une pluralité de rainures respectivement 34, 36 en forme de « F >>. Une direction longitudinale de ces rainures 34, 36 est parallèle à la direction longitudinale (X) des plaques 12, 14, 16, 18. De même, une direction transversale des rainures 34, 36 est parallèle à la direction transversale (Y) des plaques 12, 14, 16, 18.

Les rainures 34 de la plaque de fermeture supérieure 12 sont régulièrement disposées le long de la direction longitudinale (X), entre les extrémités longitudinales qui portent respectivement les orifices 26, 28 et 30, 32. En revanche, le long de la direction transversale (Y), les rainures 34 sont disposées symétriquement par rapport à un axe de symétrie (X1) qui est parallèle à la direction longitudinale (X) et qui passe entre les orifices 26 et 28 d’une part et 30 et 32 d’autre part. Il est en de même pour les rainures 36 de la plaque intermédiaire supérieure 14. On notera par ailleurs que l’axe (X1) et la direction (Z) forment un plan de symétrie (X1Z) pour l’échangeur de chaleur 10. On notera que ce plan de symétrie est perpendiculaire au plan principal (XY).

Par ailleurs, comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, lorsque les plaque de fermeture supérieure 12 et plaque intermédiaire supérieure 14 sont en regards, les rainures 34 et 36 qui se font face sont disposées de sorte que leurs formes en « F >> respectives soient orientées en sens inverses et en miroirs. Ainsi, une rainure 34 en forme de « F >> fait face à une rainure 36 en forme de « d » et réciproquement. En outre les branches longitudinales des deux « F >> se font face. En conséquence, les branches transversales des deux « F >> respectifs des rainures 34 et 36 ne se font pas face et sont symétriquement disposées en miroirs.

Les rainures 34, 36 définissent un espace libre pour accueillir le premier fluide. En revanche, entre deux paires de rainures 34, 36 disposées côte-à-côte le long de la direction transversale (Y), les surfaces en regards des plaque de fermeture supérieure 12 et plaque intermédiaire supérieure 14 sont en contact de façon à ne pas laisser subsister d’espace libre dans lequel le premier fluide pourrait s’écouler.

Le deuxième conduit 22 est délimité par la plaque intermédiaire supérieure 14 et la plaque intermédiaire inférieure 16. Selon la direction (Z), une surface inférieure de la plaque intermédiaire supérieure 14 fait face à une surface supérieure de la plaque intermédiaire inférieure 16. Comme on le voit sur la figure 4, la surface supérieure de la plaque intermédiaire inférieure 16 porte une pluralité de nervures 38 en forme de « F >>. En outre, la surface inférieure de la plaque intermédiaire supérieure 14 porte également une pluralité de nervures en forme de « F >>. La pluralité de nervures en forme de « F >> formait la pluralité de rainures 34 pour la surface supérieure de la plaque intermédiaire supérieure 14.

En effet, une épaisseur de la portion plane de la plaque intermédiaire supérieure 14 est par exemple de 0,4 millimètre tandis que les rainures 34 ou nervures 38 ont une profondeur qui peut être de 1,25 millimètre. Ainsi, une rainure 34 pour la surface supérieure de la plaque intermédiaire supérieure 14 est une nervure 38 pour la surface inférieure de cette plaque 14.

Ainsi, de la même manière que précédemment décrit, comme on le constate en juxtaposant les figures 3 et 4, lorsque les plaque intermédiaire supérieure 14 et plaque intermédiaire inférieure 16 sont en regards, les nervures respectives qui se font face sont disposées de sorte que leurs formes en « F >> respectives soient orientées en sens inverses et en miroirs. Ainsi, une nervure en forme de « F >> de la plaque intermédiaire supérieure 14 fait face à une nervure 38 en forme de « d» de la plaque intermédiaire inférieure 16 et réciproquement. En outre les branches longitudinales des deux « F » se font face. En conséquence, les deux branches transversales des deux « F » respectifs des nervures 38 et celles portées par la plaque intermédiaire supérieure 14 ne se font pas face et sont symétriquement disposées en miroirs.

En outre, comme on le voit aux figures 1 et 6 à 8, le deuxième conduit 22 comprend un organe séparateur 40, une première série de déflecteurs 42 et une seconde série de déflecteurs 44.

L’organe séparateur 40, visible à la figure 6, a une forme longiligne, s’étend le long de l’axe de symétrie (X1) et a une dimension adaptée pour être en contact avec les surfaces en regards de la plaque intermédiaire supérieure 14 et de la plaque intermédiaire inférieure 16. En outre, la plaque intermédiaire inférieure 16 comprend une forme complémentaire 40A permettant de loger une extrémité longitudinale de l’organe séparateur 40.

La première série de déflecteurs 42, visible à la figure 7, comprend une pluralité de déflecteurs 42A longilignes, qui s’étendent le long de la direction longitudinale (X). Chaque déflecteur 42A comporte, le long de la direction longitudinale (X), une pluralité de portions en saillie 42B, 42C, qui s’étendent en biais dans le plan principal (XY). Les portions 42B et 42C sont disposées à des hauteurs, selon la direction (Z), différentes et s’étendent en biais dans des directions opposées.

De même, la seconde série de déflecteurs 44, visible à la figure 8, comprend une pluralité de déflecteurs 44A longilignes, qui s’étendent le long de la direction longitudinale (X). Chaque déflecteur 44A comporte, le long de la direction longitudinale (X), une pluralité de portions en saillie 44B, 44C, qui s’étendent en biais. Les portions 44B et 44C sont disposés à des hauteurs, selon la direction (Z), différentes et s’étendent en biais dans des directions opposées.

En outre, comme on le voit sur la figure 1, les première et seconde séries 42, 44 de déflecteurs sont disposées de part et d’autre de l’organe séparateur 40 symétriquement par rapport au plan de symétrie (X1Z) de l’échangeur de chaleur 10.

Le troisième conduit 24 est délimité par la plaque intermédiaire inférieure 16 et la plaque de fermeture inférieure 18. De la même manière que précédemment indiqué, la surface inférieure, selon la direction (Z), de la plaque intermédiaire supérieure 14 comprend une pluralité de rainures en forme de « F » qui sont des nervures 38 pour la surface supérieure de cette plaque intermédiaire inférieure 16. De même, la surface supérieure, selon la direction (Z), de la plaque de fermeture inférieure 18 comprend une pluralité de nervures 46 en forme de « F » disposées de façon similaire à celles de la surface supérieure de la plaque intermédiaire supérieure 14. Ainsi, les premier 20 et troisième 24 conduits ont des formes sensiblement similaires.

Ecoulement des premier et second fluides

On va maintenant décrire plus en détail l’écoulement des premier et second fluides dans les premier 20, deuxième 22 et troisième 24 conduits à l’aide notamment des figures 9 et 10.

On a représenté à la figure 9 un volume qu’occupe le premier fluide 48 dans le troisième conduit 24. On a indiqué par des flèches le sens de circulation de ce premier fluide 48. Sa forme dans le premier conduit 20 est sensiblement identique. Ainsi, la description portant sur le volume occupé par le premier fluide 48 est valable pour le volume occupé dans le premier conduit 20.

Le premier fluide 48 s’écoulant dans le troisième conduit 24 occupe le volume défini notamment par les rainures 46 de la plaque de fermeture inférieure 18 et les rainures de la plaque intermédiaire inférieure 16. En outre, comme indiqué précédemment, entre deux paires de rainures 34, 36 disposées côte-à-côte le long de la direction transversale (Y), les surfaces en regards des plaque de fermeture supérieure 12 et plaque intermédiaire supérieure 14 sont en contact.

Ainsi, le premier fluide se divise en plusieurs paires branches 48A, 48B distinctes régulièrement réparties le long de la direction transversale (Y) et s’écoulant le long de la direction longitudinale (X). Les branches 48A, 48B d’une paire de branches sont symétriquement disposées par rapport au plan de symétrie (X1Z) de l’échangeur de chaleur

10. En outre, toutes les branches 48A, 48B se rejoignent en leurs extrémités longitudinales.

Ainsi, le premier fluide 48 qui s’écoule dans les rainures suscitées subit au moins deux changements de direction dans le plan principal (XY), à savoir au moins pour gagner les deux branches transversales de la forme en « F », et au moins un changement de direction dans la direction (Z), à savoir au moins pour occuper le volume définit par deux nervures des plaque intermédiaire inférieure 16 et plaque de fermeture inférieure 18 en regards. Ainsi, chaque branche 48A, 48B du premier fluide 48 subit les changements de direction dans le plan principal (XY) et dans la direction (Z) normale au plan principal (XY) en une même zone, à savoir entre deux rainures en forme de « F ».

En conséquence, les premier et troisième conduits 20 et 24, qui forment la première série de conduits pour le premier fluide 48, comprennent des moyens pour diviser le premier fluide 48 s’y écoulant en au moins deux branches distinctes, qui se rejoignent en leurs extrémités. En outre, ces moyens sont adaptés pour faire subir au premier fluide 48 s’y écoulant au moins deux changements de direction dans le plan principal (XY) de la première série de conduits et au moins un changement de direction dans la direction (Z) normale au plan principal (XY). De plus, ces moyens sont adaptés pour que chaque branche 48A, 48B du premier fluide 48 comprenne une pluralité de motifs élémentaires, identiques pour chaque branche 48A, 48B, qui ont ici une forme de « F » comme illustré à la figure 10. Ces moyens comprennent notamment les rainures 34, 36 et 46 portées par des parois internes des premier 20 et troisième 24 conduits délimités par les plaque de fermeture supérieure 12, plaque intermédiaire supérieure 14, plaque intermédiaire inférieure 16 et plaque de fermeture inférieure 18.

On notera bien entendu qu’une surface supérieure, selon la direction (Z), du premier fluide 48 présente un motif élémentaire en forme de « F » selon deux orientations, à savoir celles des motifs élémentaires des branches 48A et celles des motifs élémentaires des branches 48B. Par ailleurs, une surface inférieure, selon la direction (Z), du premier fluide 48 présente un motif élémentaire en forme de « F » selon deux autres orientations en raison du fait que deux rainures en regards sont orientées en miroirs comme indiqué précédemment.

On a représenté à la figure 11 un volume qu’occupe le second fluide 50 dans le deuxième conduit 22. On a indiqué par des flèches le sens de circulation de ce premier fluide 50.

L’organe séparateur 40 divise le second fluide 50 en deux branches 50A, 50B qui se rejoignent en leur extrémité longitudinale opposée aux orifices 30A, 32A. En outre, le second fluide 50, s’écoulant dans le deuxième conduit 22 a une forme complémentaire du volume occupé par le premier fluide 48. En effet, les nervures 38 portées par les surfaces en regards des plaque intermédiaire supérieure 14 et plaque intermédiaire inférieure 16, qui forment aussi des rainures pour les premier 20 et troisième 24 conduits, imposent au second fluide 50 un trajet complémentaire du trajet suivi par le premier fluide 48. En outre, les première 42 et seconde 44 séries de déflecteurs, et notamment les portions 42B, 42C et 44B, 44C, dirigent le second fluide 50 vers les nervures 38 du deuxième conduit 22.

Ainsi, le deuxième conduit 22 comprend des moyens pour que le second fluide 50 occupe un volume qui a, au moins partiellement, une forme complémentaire du volume occupé par le premier fluide 48, et notamment une forme complémentaire des branches 48A, 48B du premier fluide 48. Ces moyens comprennent notamment l’organe séparateur 40, les première 42 et seconde 44 série de déflecteurs et les nervures 38 portées par les intermédiaire supérieure 14 et plaque intermédiaire inférieure 16.

Procédé de fabrication

On va maintenant décrire un procédé de fabrication de l’échangeur de chaleur 10.

Le procédé comprend au moins une étape d’emboutissage des plaques de fermeture supérieure 12, plaque intermédiaire supérieure 14, plaque intermédiaire inférieure 16 et plaque de fermeture inférieure 18 de façon à former les nervures et rainures sur chacune de ces plaques.

Le procédé comprend également au moins une étape de brasage des bords périphériques, selon le plan principal (XY), des quatre plaques 12, 14, 16 et 18 de façon à former les premier 20, deuxième 22 et troisième 24 conduits.

La forme des branches 48A, 48B du premier fluide 48 n’est pas une caractéristique limitative de l’invention. On a représenté à cet effet aux figures 11A et 11B des formes possibles des branches 48A, 48B. Sur la figure 11 A, on a représenté une branche 48A comprenant un motif élémentaire en forme de « C ». Sur la figure 12A, on a représenté une branche 48A comprenant un motif élémentaire en forme de « X ».

Second mode de réalisation

On va maintenant décrire un second mode de réalisation de l’invention à l’aide des figures 12 à 14. Seules les différences avec le premier mode de réalisation vont être explicitées.

Une différence essentielle entre l’échangeur de chaleur selon ce mode de réalisation et l’échangeur de chaleur 10 selon le premier mode de réalisation réside dans le fait que les volumes occupés par les premier 148 et second 150 fluides, visibles aux figures 14 et 15, dans la première série de conduits et la seconde série de conduits ont partiellement des formes telle que décrites aux figures 9 et 10.

Plaques de l’échangeur de chaleur

On a représenté à la figure 12 une plaque intermédiaire supérieure 114 de l’échangeur de chaleur selon le second mode de réalisation. La plaque intermédiaire supérieure 114 comprend une première portion 114A et une seconde portion 114B. Les première 114A et seconde 114B portions sont disposées l’une à la suite de l’autre le long de la direction longitudinale (X). Ainsi, une extrémité longitudinale 110 de la première portion 114A forme une extrémité longitudinale pour la plaque intermédiaire supérieure 114. Une extrémité longitudinale 112 de la seconde portion 114B forme une autre extrémité longitudinale pour la plaque intermédiaire supérieure 114. Par contre, une extrémité longitudinale 113 de la première portion 114A opposée à l’extrémité longitudinale 110 est en contact direct avec une extrémité longitudinale 115 de la seconde portion 114B, opposée à l’extrémité longitudinale 112.

Sur sa face supérieure, selon la direction verticale (Z), la première portion 114A comprend une pluralité de nervures 136 en forme de « F >> qui ont une fonction similaire aux rainures 34 précédemment décrites. Ainsi, la première portion 114A a une forme sensiblement identique à la face supérieure, selon la direction verticale (Z), de la plaque intermédiaire inférieure 16. On rappelle en outre que pour la face inférieure, selon la direction verticale (Z), les nervures 136 en forme de « F >> forment des rainures. Les nervures 136 en forme de « F >> sont régulièrement disposées l’une à la suite de l’autre le long de la direction longitudinale (X) de façon à former, selon cette direction, des rangées de « F >> côte à côte le long de la direction transversale (Y).

En outre, la première portion 114A comprend, à son extrémité longitudinale 110 deux orifices 126A, 128A traversant et disposés chacun à une extrémité transversale. L’extrémité longitudinale 113 comprend un orifice 132A alignés, selon la direction longitudinale (X), avec l’orifice 126A. La fonction de ces orifices sera décrite ci-après.

La face supérieure de la seconde portion 114B comprend une pluralité de nervures 136A et de rainures 136B qui s’étendent rectilignement en diagonale dans le plan (XY). En référence au plan (XZ), les nervures 136A sont disposées en miroir par rapport aux rainures 136B.

De plus, la seconde portion 114B comporte deux orifices 130A et 132C traversant et disposés à l’extrémité longitudinale 112. En outre, les deux orifices 130A et 132C sont disposés à deux extrémités transversales opposées. La seconde portion 114B comprend également un orifice 133A traversant et disposé à l’extrémité longitudinale 115. L’orifice 133A est aligné, le long de la direction longitudinale (X) avec les orifices 132C, 132A et 126A. Par ailleurs, l’orifice 130A est aligné, le long de la direction longitudinale (X), avec l’orifice 128A. De même, la fonction de ces orifices sera décrite ci-après.

On a représenté à la figure 13 une plaque intermédiaire inférieure 116 de l’échangeur de chaleur selon le second mode de réalisation.

De façon similaire à la plaque intermédiaire supérieure 114, la plaque intermédiaire inférieure 116 comprend une première portion 116A et une seconde portion 116B. Les première 116A et seconde 116B portions sont disposées l’une à la suite de l’autre le long de la direction longitudinale (X). Ainsi, une extrémité longitudinale 11 OA de la première portion 116A forme une extrémité longitudinale pour la plaque intermédiaire inférieure 116. Une extrémité longitudinale 112A de la seconde portion 116B forme une autre extrémité longitudinale pour la plaque intermédiaire inférieure 116. Par contre, une extrémité longitudinale 113A de la première portion 116A opposée à l’extrémité longitudinale 110A est en contact direct avec une extrémité longitudinale 115A de la seconde portion 116B, opposée à l’extrémité longitudinale 112A.

La face supérieure, selon la direction verticale (Z), la première portion 116A comprend une pluralité de rainures 138 en forme de « F ». De la même manière que pour la plaque intermédiaire supérieure 114, les rainures 138 en forme de «F» sont régulièrement disposées l’une à la suite de l’autre le long de la direction longitudinale (X) de façon à former, selon cette direction, des rangées de « F » côte à côte le long de la direction transversale (Y)·

Cependant, comme on le voit en comparant les figures 12 et 13, les « F » respectifs en regards d’une nervure 136 et d’une rainure 138 sont orientés en sens inverse selon les directions longitudinale (X) et transversale (Y). Ainsi, une nervure 136 en forme de « F » fait face à une rainure 138 en forme de « d ».

En outre, entre deux paires de nervure 136 et de rainure 138 disposées côte-à-côte le long de la direction transversale (Y), les surfaces en regards des plaque intermédiaire supérieure 114 et plaque intermédiaire inférieure 116 sont en contact.

De plus, la première portion 116A comprend deux orifices 126B, 128B traversant et disposés à l’extrémité longitudinale 11 OA. Les deux orifices 126B, 128B font respectivement face aux orifices 126A, 128A de la plaque intermédiaire supérieure 114. De la même manière, la première portion 116A comprend un troisième orifice 132B qui fait face à l’orifice 133A.

La face supérieure de la seconde portion 116B comprend une pluralité de rainures 138A et de nervures 138B qui s’étendent en diagonale dans le plan (XY). En référence au plan (XZ), les rainures 138A sont disposées en miroir par rapport aux rainures 138B. De plus, les rainures 138A sont en regards des nervures 136A et les nervures 138B sont en regards des rainures 136B. En outre, une rainure 138A et une nervure 136A en regard s’étendent des directions différentes de façon à former, lorsqu’elles sont superposées, une croix en forme de « X ». Il en est de même pour une rainure 138A en regard d’une nervure 136A.

De plus, la seconde portion 116B comprend trois orifices 133B, 132D et 130B traversant et respectivement en regards des orifices 133A, 132C et 130A.

La fonction des orifices 126A, 128A, 132A, 133A, 130A, 132C, 126B, 128B, 132B, 133B, 130B et 132D va maintenant être décrite.

Les contours des orifices 126A, 132A, 133A et 132C de la plaque intermédiaire supérieure 114 sont en contact avec la plaque de fermeture supérieure.

En outre, les contours des orifices 128A et 130A de la plaque de intermédiaire supérieure 114 sont respectivement en contact avec les contours des orifices 128B et 130B de la plaque intermédiaire inférieure 116.

De plus, les contours des orifices 126B, 132B, 133B et 132D de la plaque intermédiaire inférieure 116 sont en contact avec la plaque de fermeture inférieure.

Premier, deuxième et troisième conduits

Un espace entre la plaque de fermeture supérieure et la surface supérieure de la plaque intermédiaire supérieure 114 forme un premier conduit. De même, un espace entre la surface inférieure, en référence à la direction verticale (Z), de la plaque intermédiaire inférieure 116, et la plaque de fermeture inférieure forme un troisième conduit. Ces deux conduits accueillent un second fluide.

En outre, un espace entre la surface inférieure, en référence à la direction verticale (Z), de la plaque intermédiaire supérieure 114 et la surface supérieure de la plaque intermédiaire inférieure 116 forme un deuxième conduit pour accueillir le premier fluide. Dans ce second mode de réalisation, le deuxième conduit ne comprend pas l’organe séparateur 40 et les première 42 et seconde 44 séries de déflecteurs.

Ainsi, le deuxième conduit forme une première série de conduits pour accueillir le premier fluide et les premier et troisième conduits forment une seconde série de conduit pour accueillir le second fluide.

On remarque que par rapport au premier mode de réalisation, on a inversé les désignations des première et seconde séries de conduits et ce, afin de conserver une homogénéité par rapport au vocabulaire du jeu de revendications.

Ecoulement des premier et second fluides

On va maintenant décrire plus en détail l’écoulement des premier et second fluides.

On a représenté à la figure 14 un volume occupé par le premier fluide 148 dans le deuxième conduit.

Le premier fluide 148 pénètre dans l’échangeur de chaleur par un orifice de la plaque de fermeture supérieure qui est en regard, et dont les contours sont en contact, avec l’orifice 126A de la plaque intermédiaire supérieure 114. Le premier fluide 148 gagne le deuxième conduit en traversant l’orifice 126A. Il se répand dans le second conduit dans un espace compris entre les premières portions 114A, 116A respectives des plaques intermédiaires supérieure 114 et inférieure 116. Ensuite, il quitte cet espace en traversant l’orifice 132A de la plaque intermédiaire supérieure 114 et un orifice de la plaque de fermeture supérieure en regard de l’orifice 132A. Puis, le premier fluide 148 revient dans le second conduit en traversant l’orifice 133A. Il se répand dans le second conduit dans un espace compris entre les secondes portions 114B, 116B respectives des plaques intermédiaires supérieure 114 et inférieure 116. Ensuite, il quitte cet espace en traversant l’orifice 132C de la plaque intermédiaire supérieure 114 et un orifice de la plaque de fermeture supérieure en regard.

Ainsi, le premier fluide 148 comprend deux portions 148A et 148B distinctes dans le second conduit.

La portion 148A du premier fluide 148 est disposée entre les premières portions 114A, 116A respectives des plaques intermédiaires supérieure 114 et inférieure 116. La portion 148B du premier fluide 148 est disposée entre les secondes portions 114B, 116B respectives des plaques intermédiaires supérieure 114 et inférieure 116.

En outre, la portion 148A du premier fluide 148 se divise en plusieurs paires branches 149 distinctes régulièrement réparties le long de la direction transversale (Y) et s’écoulant le long de la direction longitudinale (X). Toutes les branches 149 se rejoignent en leurs extrémités longitudinales. La portion 148A du premier fluide 148 a une forme sensiblement analogue à celle du premier fluide 48 tel qu’illustré à la figure 9. Une différence réside dans le fait que la portion 148A du premier fluide 148 ne comprend le plan (XZ) comme plan de symétrie.

On a représenté à la figure 15 un volume occupé par le second fluide 150 dans le premier conduit. Le volume occupé dans le troisième conduit est sensiblement identique.

Ainsi, le second fluide 150 arrive dans l’échangeur de chaleur par un orifice de la plaque de fermeture supérieure qui est en regard avec l’orifice 128A de la plaque intermédiaire supérieure 114. Le second fluide 150 gagne le troisième conduit en traversant les orifices 128A et 128B qui ne forment qu’un seul orifice. Ainsi, le second fluide 150 remplit les premier et troisième conduits.

En outre, le second fluide 150 quitte les premier et troisième conduits pour quitter l’échangeur de chaleur en traversant les orifices 130B, 130A, qui ne forment également qu’un seul orifice, et un orifice de la plaque de fermeture supérieure en regard de ces deux orifices. Le second fluide 150 présente ainsi une forme complémentaire à celle du premier fluide 148.

Bien entendu, on pourra apporter à l’invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.

On pourra notamment disposer les entrées et sorties de fluide sur la plaque de fermeture inférieure 18.

Les premier 48 et second 50 fluides pourront avoir différents sens de circulation dans les conduits 20, 22, 24.

Claims

Revendications

1. Echangeur de chaleur (10) comprenant une pluralité de plaques (12, 14, 16, 18 ; 114, 116) délimitant alternativement entre elles une première série de conduits (20, 24) pour un premier fluide (48 ; 148) et une seconde série de conduits (22) pour un second fluide (50 ; 150), caractérisé en ce que la première série de conduits (20, 24) comprend des moyens (34, 36, 46 ; 136, 138) pour diviser le premier fluide (48 ; 148) s’y écoulant en au moins deux branches (48A, 48B ; 149) distinctes qui se rejoignent en leurs extrémités et pour faire subir au premier fluide (48 ; 148) s’écoulant dans chaque branche (48A, 48B ; 149) un changement de direction dans un plan principal (XY) de la première série de conduits (20, 24).
2. Echangeur de chaleur (10) selon la revendication précédente, dans lequel les moyens (34, 36, 46 ; 136, 138) pour diviser le premier fluide (48 ; 148) sont adaptés pour faire subir au premier fluide (48 ; 148) s’écoulant dans chaque branche (48A, 48B ; 149) au moins un changement de direction dans une direction normale (Z) au plan principal (XY) de la première série de conduits (20, 24).
3. Echangeur de chaleur (10) selon la revendication précédente, dans lequel les moyens (34, 36, 46 ; 136, 138) pour diviser le premier fluide (48 ; 148) sont adaptés pour faire subir au premier fluide (48 ; 148) s’écoulant dans chaque branche (48A, 48B ; 149) les changements de direction dans le plan principal (XY) et dans la direction normale (Z) au plan principal (XY) de la première série de conduits (20, 24) en une même zone respectivement de chaque branche (48A, 48B ; 149).
4. Echangeur de chaleur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens (34, 36, 46 ; 136, 138) pour diviser le premier fluide sont adaptés pour faire subir au premier fluide (48 ; 148) s’écoulant dans chaque branche (48A, 48B ; 149) au moins deux changements de direction dans le plan principal (XY) de la première série de conduits (20, 24).
5. Echangeur de chaleur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens (34, 36, 46 ; 136, 138) pour diviser le premier fluide (48 ; 148) sont adaptés pour qu’au moins une des deux branches (48A, 48B ; 149) comprenne une pluralité de motifs élémentaires, de préférence le motif élémentaire a une forme en « F » ou en « C ».
6. Echangeur de chaleur (10) selon la revendication précédente, dans lequel les moyens (34, 36, 46 ; 136, 138) pour diviser le premier fluide (48 ; 148) sont adaptés pour que les deux branches (48A, 48B ; 149) comprennent une pluralité de motifs élémentaires, de préférence, les deux branches (48A, 48B ; 149) comprennent le même motif élémentaire.
7. Echangeur de chaleur (10) selon la revendication précédente, dans lequel les moyens (34, 36, 46 ; 136, 138) pour diviser le premier fluide (48 ; 148) sont adaptés pour que les deux branches (48A, 48B ; 149) soient symétriquement disposées par rapport à un plan de symétrie (X1Z) qui est de préférence perpendiculaire au plan principal (XY) de la première série de conduits (20, 24).
8. Echangeur de chaleur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens (34, 36, 46 ; 136, 138) pour diviser le premier fluide (48 ; 148) comprennent une pluralité de rainures (34, 36, 46 ; 136, 138) portées par des parois internes des conduits (20, 24) de la première série de conduits (20, 24).
9. Echangeur de chaleur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la seconde série de conduits (22) comprend des moyens (38, 40, 42, 44 ; 136, 138) pour que le second fluide (50 ; 150) occupe un volume qui a, au moins partiellement, une forme complémentaire d’un volume occupé par le premier fluide (48 ; 148).
10. Echangeur de chaleur (10) selon la revendication précédente, dans lequel les moyens (38, 40, 42, 44 ; 136, 138) pour que le second fluide (50 ; 150) occupe un volume qui a, au moins partiellement, une forme complémentaire d’un volume occupé par le premier fluide (48 ; 148) comprennent une pluralité de nervures (38).
11. Echangeur de chaleur (10) selon la revendication précédente et la revendication 8, dans lequel au moins une nervure (38) de la seconde série de conduits (22) forme une rainure (34, 36, 46 ; 136, 138) de la première série de conduits (20, 24).
12. Echangeur de chaleur (10) selon l’une quelconque des revendications 10 et 11, dans lequel au moins une nervure (38) de la pluralité de nervures (38) a une forme en « F >> ou en « C ».
13. Echangeur de chaleur (10) selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel les moyens (38, 40, 42, 44) pour que le second fluide (50) occupe un volume qui a, au moins partiellement, une forme complémentaire d’un volume occupé par le premier fluide (48) comprennent une pluralité de déflecteurs (42A, 44A).

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14. Echangeur de chaleur (10) selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, dans lequel les moyens (38, 40, 42, 44) pour que le second fluide (50) occupe un volume qui a, au moins partiellement, une forme complémentaire d’un volume occupé par le premier fluide (48) comprennent un organe (40) divisant le second fluide (50) en deux branches (50A, 50B) qui se rejoignent par une de leurs extrémités.
15. Système thermique pour un véhicule automobile comprenant un échangeur de chaleur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.