FR3095036A1 - Echangeur de chaleur pour composant électrique et ensemble dudit échangeur et dudit composant - Google Patents

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Abstract

Echangeur de chaleur pour composant électrique, ledit échangeur comprenant un premier corps (20) définissant au moins un canal primaire (22) et un canal secondaire (24), contigus, dans lesquels une circulation de fluide s’effectue en parallèle et à contre-courant, ledit premier corps (20) présentant aux moins une surface d’échange de chaleur entre le fluide circulant dans lesdits canaux (22, 24) et ledit composant. Figure pour l'abrégé : Figure 2

Description

Echangeur de chaleur pour composant électrique et ensemble dudit échangeur et dudit composant
La présente invention concerne un échangeur de chaleur pour composant électrique, typiquement pour une ou des cellules d’une batterie. Ledit composant pourra encore être un composant électronique de puissance. Ledit échangeur pourra être utilisé aussi bien pour refroidir que pour réchauffer le composant électrique. L’invention est destinée, notamment, aux véhicules automobiles, en particulier aux véhicules automobiles électriques ou hybrides.
Le déposant a déjà proposé dans une demande de brevet non publiée à la date de la présente demande un échangeur de chaleur comprenant un corps définissant des canaux primaires et des canaux secondaires, parallèles et contigus, dans lesquels une circulation de fluide s’effectue en série des canaux primaires vers les canaux secondaires, selon une circulation en U. Des cellules d’une batterie à refroidir ou réchauffer sont disposées sur chaque face du corps au niveau de surfaces d’échange de chaleur entre le fluide circulant dans lesdits canaux et lesdites cellules.
Une telle configuration est avantageuse en ce qu’elle permet de refroidir ou de réchauffer un grand nombre de cellules dans un encombrement optimisé.
Pour un bon fonctionnement de la batterie, il est nécessaire que l’écart de température entre la cellule la plus froide et la cellule la plus chaude soit inférieur à 3° C.
Pour cela, dans la demande de brevet évoquée plus haut, chaque cellule est située en vis-à-vis de l’un des canaux primaires et de l’un des canaux secondaires. En effet, si l’on prend le cas d’un refroidissement des cellules, le fluide se réchauffe le long desdits canaux en échangeant de la chaleur avec les cellules de sorte que sa température est a priori minimale en entrée des canaux primaires et maximale en sortie des canaux secondaires. Ainsi, en positionnant chaque cellule à la fois en vis-à-vis de l’un des canaux primaires et de l’un des canaux secondaire, l’ensemble des cellules est a priori refroidi par une portion de fluide plus froid et une portion de fluide plus chaud de sorte que l’on pouvait espérer que l’échange de chaleur avec le fluide tende vers une moyenne uniforme pour l’ensemble des cellules.
Cependant, avec la configuration des canaux illustrés dans cette demande de brevet, il a été constaté que l’échange de chaleur ne s’opérait pas selon les prévisions effectuées, ceci au détriment de la limitation de l’écart de température entre la cellule la plus froide et la cellule la plus chaude.
Plus précisément, il a pu être établi par le déposant que, en raison d’une montée en température trop importante du fluide dans les canaux primaires et d’un échange de chaleur intervenant entre le fluide circulant dans les canaux primaires et le fluide circulant dans les canaux secondaires. Le phénomène de moyenne espéré était donc limité.
L’invention s’appuie sur ces constations et vise à résoudre au moins en partie les problèmes évoqués plus haut en proposant un échangeur de chaleur pour composant électrique, ledit échangeur comprenant un premier corps définissant au moins un canal primaire et un canal secondaire, contigus, configurés pour une circulation du fluide en parallèle et à contre-courant, ledit premier corps présentant aux moins une surface d’échange de chaleur entre le fluide circulant dans lesdits canaux et ledit composant.
Par « surface d’échange », on entend une surface en vis-à-vis de laquelle le ou les composants à refroidir ou réchauffer sont destinés à se trouver.
Dans l’échangeur selon l’invention, grâce à la configuration en parallèle de la circulation du fluide dans les canaux primaires et secondaires, la longueur du trajet suivi par le fluide dans l’échangeur est réduite par rapport à une circulation en série des canaux primaires vers les canaux secondaires. Les risques d’un trop grand échauffement du fluide sont de la sorte limités. En outre la circulation à contre-courant permet de réaliser une moyenne de température de fluide potentiellement perçu par chaque composant au contact des mêmes canaux primaire et secondaire, ceci tout le long desdits canaux.
Préférentiellement, ledit échangeur comprend un collecteur d’entrée commun pour le ou lesdits canaux primaires et le ou lesdits canaux secondaires et/ou un collecteur de sortie commun pour le ou lesdits canaux primaires et le ou lesdits canaux secondaires. Une telle configuration permet de limiter le nombre d’interfaces avec le circuit dans lequel l’échangeur est destiné à être intégré.
Suivant des modes particuliers de réalisation, l’échangeur comprend en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) seule(s) ou selon toute combinaison techniquement possible :
  • l’échangeur comprend un empilement de plaques,
  • l’empilement comprend une plaque intermédiaire,
  • la plaque intermédiaire présente des ondulations,
  • lesdites ondulations définissent un fond et des parois latérales des canaux primaires et/ou secondaires,
  • le fond desdits canaux primaires et/ou secondaires est plat,
  • lesdites ondulations définissent ledit collecteur d’entrée et/ou ledit collecteur de sortie,
  • ledit collecteur d’entrée est situé d’un premier côté de ladite plaque intermédiaire,
  • le collecteur de sortie est situé d’un deuxième côté de ladite plaque intermédiaire, opposé au premier côté,
  • les canaux primaires sont situés au niveau du premier côté de la plaque intermédiaire,
  • les canaux secondaires sont situés au niveau du second côté de la plaque intermédiaire,
  • ledit empilement de plaques comprend en outre une première plaque externe formant un couvercle pour les canaux primaires,
  • ladite première plaque externe est configurée de sorte qu’une première partie des composants soient positionnés au niveau de ladite première plaque externe, sur une première face dudit échangeur,
  • la première plaque externe est plane,
  • ledit empilement de plaque comprend en outre une deuxième plaque externe formant un couvercle pour les canaux secondaires,
  • ladite deuxième plaque externe est configurée de sorte qu’une second partie des composants soient positionnés en au niveau de ladite deuxième plaque externe, sur une deuxième face dudit échangeur, opposée à la première face,
  • la seconde plaque externe est plane,
  • l’échangeur comprend une premier, une deuxième, une troisième et une quatrième boîtes de circulation de fluide reliant chacun des conduits primaires et secondaires, d’une part au collecteur d’entrée et d’autre part au collecteur de sortie,
  • les première, deuxième, troisième et/ou quatrième boîtes de circulation de fluide sont en forme de conduits, de préférence rectilignes,
  • lesdites première et troisième boîtes de circulation de fluide sont situées à des extrémités longitudinales opposées des conduits primaires,
  • lesdites première et troisième boîtes de circulation de fluide sont situées le long de bords longitudinaux opposés de l’échangeur,
  • lesdites deuxième et quatrième boîtes de circulation de fluide sont situées à des extrémités longitudinales opposées des conduits secondaires,
  • lesdites deuxième et quatrième boîtes de circulation de fluide sont situées le long de bords longitudinaux opposés de l’échangeur,
  • ladite première plaque externe présente un orifice d’entrée et ladite plaque intermédiaire est configurée pour autoriser un passage du fluide de l’orifice d’entrée au collecteur d’entrée,
  • ladite première plaque externe présente un orifice de sortie et ladite plaque intermédiaire est configurée pour autoriser un passage du fluide du collecteur de sortie à l’orifice de sortie,
  • ladite première plaque externe présente des passages permettant la circulation du fluide du collecteur de sortie auxdites troisième et quatrième boîtes de circulation du fluide,
  • ladite seconde plaque externe présente des passages permettant la circulation du fluide du collecteur d’entrée auxdites première et deuxième boîtes de circulation du fluide,
  • ledit orifice d’entrée est plus proche du passage communiquant avec la seconde boîte de circulation de fluide, dit second passage, que du passage communiquant avec la première boîte de circulation de fluide, dit premier passage,
  • ledit second passage présente une section plus faible que ledit premier passage,
  • ledit orifice de sortie est plus proche du passage communiquant avec la quatrième boîte de circulation de fluide, dit quatrième passage, que du passage communiquant avec la troisième de circulation de fluide, dit troisième passage,
  • ledit quatrième passage présente une section plus faible que ledit troisième passage,
  • ladite seconde plaque externe présente des premières perforations et des deuxièmes perforations,
  • - les premières perforations mettent en communication la première boîte de circulation de fluide et les conduits primaires à travers des première lumières situées dans la plaque intermédiaire,
  • les deuxièmes perforations mettent en communication la seconde boîte de circulation de fluide et les conduits secondaires,
  • ladite première plaque externe présente des troisièmes perforations et des quatrièmes perforations,
  • les troisièmes perforations mettent en communication la troisième boîte de circulation de fluide et les conduits primaires,
  • les quatrièmes perforations mettent en communication la quatrième boîte de circulation de fluide et les conduits secondaires à travers des secondes lumières situées dans la plaque intermédiaire,
  • les premières, deuxièmes, troisièmes et quatrièmes perforations sont respectivement alignés entre elles, de préférence parallèlement à un bord voisin de la première ou deuxième plaque externe correspondante,
  • les premières et deuxièmes lumières alternent entre elles le long d’un bord de la plaque intermédiaire,
  • les premières et deuxièmes lumières sont alignés le long dudit bord,
  • les premières et deuxièmes lumières sont réalisées, respectivement, dans le fond desdits canaux primaires et secondaires,
  • les premières, deuxièmes, troisièmes et/ou quatrièmes perforations présentent une section croissante en s’éloignant, respectivement du premier, deuxième, troisième et/ou quatrième passage,
  • les canaux primaires présentent des parois d’extrémité longitudinale bordant un canal de liaison reliant les canaux secondaires le long d’un bord de ladite plaque intermédiaire,
  • l’échangeur comprend un deuxième corps, symétrique au premier corps par rapport aux collecteurs d’entrée et de sortie.
En particulier, selon un mode de réalisation de l’invention, l’échangeur comprend un empilement de plaques, ledit empilement comprenant une plaque intermédiaire présentant des ondulations définissant les canaux primaires et/ou secondaires, les canaux primaires étant situés au niveau d’un premier côté de la plaque intermédiaire et les canaux secondaires étant situés au niveau d’un second côté de la plaque intermédiaire, ledit empilement de plaques comprenant en outre une première plaque externe plane formant un couvercle pour les canaux primaires et une deuxième plaque externe plane formant un couvercle pour les canaux secondaires.
Selon un tel mode de réalisation, grâce à la configuration plane des plaques externes, l’échangeur facilite la mise en place de composants électriques de chaque côté de tout en permettant un bon assemblage par brasage.
L’invention concerne aussi un ensemble d’un composant électrique et d’un échangeur tel que décrit plus haut.
Suivant des modes particuliers de réalisation, ledit ensemble comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) seule(s) ou selon toute combinaison techniquement possible :
- le composant est en contact avec ledit premier corps et/ou ledit second corps en vis-à-vis desdits canaux primaires et secondaires,
- le composant comprend des cellules d’une batterie de stockage d’électricité,
- les cellules sont en regard à la fois de l’un des canaux primaires et de l’un des canaux secondaires,
- les cellules sont situés de chaque côté dudit premier corps et/ou dudit deuxième corps.
De façon purement illustrative, un exemple détaillé sera maintenant décrit, sur la base des figures, sur lesquelles :
la figure 1 est une vue en perspective d’un échangeur de chaleur selon un mode de réalisation de l’invention, muni sur ses deux faces de cellules de batterie électrique;
la figure 2 est une vue éclatée en perspective de l’échangeur de la figure 1;
la figure 3 est une vue en perspective d’une partie centrale de l’échangeur de la figure 1;
la figure 4 est une vue en perspective de la partie centrale d’une plaque intermédiaire de l’échangeur de la figure 1;
la figure 5 est une vue de coupe illustrant en perspective une partie de bord longitudinale de l’échangeur de la figure 1, le plan de coupe étant orthogonale à un axe longitudinale de l’échangeur et situé à un premier niveau le long de cet axe;
la figure 6 est une vue de coupe illustrant en perspective une partie de bord longitudinale de l’échangeur de la figure 1, le plan de coupe étant parallèle à celui de la figure 5 et légèrement décalé longitudinalement par rapport à ce dernier ;
la figure 7 est une vue de coupe illustrant en perspective une partie de bord longitudinale de l’échangeur de la figure 1, le plan de coupe étant parallèle à celui des figures 5 et 6 et un peu plus décalé longitudinalement par rapport à au plan de coupe de la figure 5 que celui de la figure 6.
Comme illustré à la figure 1 l’invention concerne un échangeur de chaleur 1 pour un ou des composants électriques 2, notamment pour un ou des composants électriques d’un véhicule automobile. Il est destiné à être parcouru par un fluide d’échange de chaleur, en particulier un fluide caloporteur, tel que de l’eau glycolée, et/ou un fluide frigorigène.
Le ou les composants 2 sont ici formés d’une batterie de stockage d’électricité comprenant des cellules électriques 4 définissant chacune un desdits composants. Lesdites cellules sont reliées entre elle électriquement en série et/ou en parallèle, par exemple au niveau de l’une de leur extrémité. Lesdites cellules 4 sont, par exemple, cylindrique, de section circulaire.
On constate que les cellules sont ici réparties en quatre groupes, deux groupes supérieurs 6, 6’et deux groupes inférieurs 8, 8’.
Lesdites cellules 4 sont préférentiellement distribuées de façon régulière selon des rangs orientés selon une première direction X, les différents rangs se succédant selon une seconde direction Y, perpendiculaire à la direction X. Les cellules sont ici alignées d’un rang à l’autre.
Le ou les composants 2 sont au contact dudit échangeur 1. Autrement dit, ici, les cellules 4 sont au contact dudit échangeur 1, par exemple par l’une de leur extrémité, à savoir l’extrémité opposée à celle par laquelle elles sont reliées électriquement. Encore autrement dit, les cellules 4 sont en contact avec l’échangeur par une surface formant un disque.
Ledit échangeur 1 définit une ou plusieurs surfaces d’échanges 10 (voir figure 2), ici quatre correspondant chacune à l’un des groupes 6, 6’, 8, 8’ de cellules 4. Par « surface d’échange », on entend ainsi une surface en vis-à-vis de laquelle le ou les composants 2 à refroidir ou réchauffé sont destinés à s’étendre.
Ledit échangeur comprend préférentiellement une couche de contact entre lesdites cellules 4 et les surfaces d’échange 10. Ladite couche de contact est formée d’un matériau thermiquement conducteur. Ledit matériau est avantageusement déformable de manière à absorber les dispersions de fabrication de différentes cellules 4 et/ou une déformation de matière provenant de phénomènes de dilatations thermiques différentielles. Il s’agit préférentiellement d’une colle thermique permettant le maintien mécanique des différentes cellules 4 sur les surfaces d’échange 10.
Comme illustré à la figure 2, ledit échangeur comprend préférentiellement un empilement de plaques 12, 14, 16, lesdites plaques étant empilées selon une direction Z, orthogonale aux directions X et Y. Autrement dit, lesdites plaques s’étendent sensiblement selon lesdites directions X et Y. L’échangeur présente une épaisseur, selon la direction Z, très inférieure à sa longueur, selon la direction Y, et à sa largeur, selon la direction X. Lesdites plaques 12, 14, 16 sont ici de contour sensiblement rectangulaire.
Lesdites plaques sont, par exemple, en aluminium et/ou alliage d’aluminium. Elles sont assemblées, notamment, par brasage.
L’empilement comprend préférentiellement une première plaque externe 12 en vis-à-vis de laquelle une première partie des cellules 4 est positionnée sur une première face 18 dudit échangeur. Ladite première plaque externe 12 définit ici deux des surfaces d’échanges 10, correspondant aux groupes supérieurs 6’, 6’ des cellules 4.
L’empilement comprend en outre une deuxième plaque externe 16, en vis-à-vis de laquelle une autre partie des cellules 4 est positionnée, sur une deuxième face, non-visible, dudit échangeur, opposée à la première face 18 de l’échangeur. Ladite deuxième plaque externe 16 définit ici deux autres des surfaces d’échanges 10, correspondant aux groupes inférieurs 8, 8’ des cellules 4.
Ladite première plaque externe 12 et/ou ladite deuxième plaque externe 16 sont préférentiellement planes.
L’empilement de plaques comprend en outre une plaque intermédiaire 14, préférentiellement emboutie.
Selon l’invention, ledit échangeur comprend un premier corps 20 définissant au moins un canal primaire 22 et un canal secondaire 24, contigus, de circulation du fluide. Les canaux primaires 22 sont ici orientés vers la première face 18 de l’échangeur et les canaux secondaires 22 sont orientés vers la face opposée de l’échangeur et sont donc non visibles.
Dans l’exemple illustré, les canaux primaires et secondaires 22, 24 sont rectilignes et parallèles. Lesdits canaux 22, 24 primaires et secondaires sont sensiblement rectangulaire et présentent des grands côtés s’étendant selon l’axe Y et des petits côtes s’étendant selon l’axe X, leur hauteur s’étendant selon l’axe Z.
Lesdits canaux primaires et secondaires présentent préférentiellement une largeur constante et la largeur des canaux primaires est identique à la largeur des canaux secondaires.
Lesdits canaux primaires 22 et lesdits canaux secondaires 24 sont disposés en vis-à-vis des surface d’échange 10. Plus précisément, au moins certaines des surfaces d’échange 10 de l’échangeur sont définies par ledit premier corps au niveau des canaux primaires et secondaires 22, 24 associés. Il s’agit ici des surfaces d’échange 10 correspondant à l’un 6 des groupes supérieurs et à l’un 8 des groupes inférieurs de cellules 4 de sorte que lesdites surface d’échange 10 permettent un échange de chaleur entre le fluide circulant dans lesdits canaux primaires et secondaires 22, 24 en cause et le ou lesdits composants 2.
Comme illustré à la figure 3, ledit échangeur comprend en outre un collecteur d’entrée 26, prévue au niveau de la face non visible de l’échangeur et un collecteur de sortie 28, prévue au niveau de la face supérieure 18 de l’échangeur. Lesdits collecteurs d’entrée et de sortie 26, 28 sont ici positionnés l’un en dessous de l’autre.
Préférentiellement, le collecteur d’entrée 26 est commun pour le ou lesdits canaux primaires 22 et le ou lesdits canaux secondaires 24. Autrement dit, il sert à alimenter en parallèle l’ensemble des canaux primaires et secondaires 22, 24 en fluide. De même, le collecteur de sortie 28 est commun pour le ou lesdits canaux primaires 22 et le ou lesdits canaux secondaires 24. Autrement dit, il sert à collecter en parallèle le fluide provenant de l’ensemble des canaux primaires et secondaires 22, 24. Ceci permet de limiter le nombre d’interfaces de connexion avec le circuit dans lequel l’échangeur est destiné à être utilisé.
Comme mieux visible à la figure 4 et à nouveau selon l’invention, dans lesdits canaux primaires et secondaires 22, 24, la circulation de fluide s’effectue en parallèle, selon de flèches pleines repérées 32 pour les canaux primaires 22 et selon des flèches en pointillé repérée 34 pour les canaux secondaires 24. On entend par là que le fluide traversant l’échangeur en passant par l’un des canaux primaires 22 ne passe par aucun des canaux secondaires 24. De même, le fluide traversant l’échangeur en passant par l’un des canaux secondaires 24 ne passe par aucun des canaux primaires 22. Cela réduit donc le trajet du fluide dans l’échangeur, à tout le moins en regard des surfaces d’échange 10, par rapport à une circulation en série dans l’un des canaux primaires puis l’un des canaux secondaires.
En outre, la circulation du fluide s’effectue à contre-courant dans les canaux primaires et secondaires 22, 24. Autrement dit, le fluide circule dans un premier sens, correspondant à l’orientation des flèches 32, ceci dans tous les canaux primaires 22, et dans un sens opposé, correspondant à l’orientation des flèches 34, dans tous les canaux secondaires 24. Ceci permet de réaliser une moyenne de température au niveau de la surface de l’échangeur et donc de chacune des cellules 4.
Pour bénéficier d’un tel effet sur l’ensemble de la ou des surfaces d’échange 10, lesdits canaux primaires et lesdits canaux secondaires 22, 24 sont avantageusement disposés de façon alternée.
La plaque 14 intermédiaire présente préférentiellement des ondulations définissant ledit collecteur d’entrée 26 et/ou ledit collecteur de sortie 28, voire un fond 36 et des parois latérales 38 des canaux primaires et/ou secondaires 22, 24. Le fond 36 desdits canaux primaires 22 et/ou secondaires 24 est avantageusement plat. Les parois latérales 38 des canaux 22, 24 sont sensiblement rectilignes.
Ledit collecteur d’entrée 26 est situé d’un premier côté de ladite plaque intermédiaire 14 et le collecteur de sortie 28 est situé d’un deuxième côté de ladite plaque intermédiaire, opposé au premier côté. Les ondulations définissent une cloison 40 séparant le collecteur d’entrée 26 et le collecteur de sortie 28 selon un plan s’étendant, dans l’exemple illustré, le long des axes X et Y.
Ladite cloison 40 est avantageusement munie de premiers emboutis, non illustrés. Certains desdits emboutis sont saillant vers la première plaque externe 12, selon l’axe Z, et liés à ladite première plaque externe 12, par exemple, par brassage. Les autres desdits premiers emboutis sont saillants vers la seconde plaque externe 16, selon l’axe Z, et liés à ladite seconde plaque externe 16, par brasage. Lesdits premiers emboutis traversent donc lesdits collecteurs d’entrée et/ou de sortie 26, 28 et permettent de renforcer leur résistance à la pression interne.
Les canaux primaires 22 sont situés au niveau du premier côté de la plaque intermédiaire 14 et la première plaque externe 12 forme un couvercle pour lesdits canaux primaires 22 tandis qu’elle est en contact avec ladite plaque intermédiaire 14 du côté opposé au fond des canaux secondaires 24. Les canaux secondaires 24 sont situés au niveau du second côté de la plaque intermédiaire 14 et la deuxième plaque externe 16 forme un couvercle pour les canaux secondaires 24 tandis qu’elle est en contact avec ladite plaque intermédiaire 14 du côté opposé au fond des canaux primaires 22.
Comme cela est mieux visible à la figure 3, l’échangeur comprend une première 41, une deuxième 42, une troisième 43 et une quatrième 44 boîtes de circulation de fluide reliant chacun des conduits primaires et secondaires 22, 24, d’une part au collecteur d’entrée 26 et d’autre part au collecteur de sortie 28.
Plus précisément, ici, la première boîte de circulation de fluide 41 est en communication avec le collecteur d’entrée 26 et les conduits primaires 22, la seconde boîte de circulation de fluide 42 est en communication avec le collecteur d’entrée 26 et les conduits secondaires 24, la troisième boîte de circulation de fluide 43 est en communication avec le collecteur de sortie 28 et les conduits primaires 22, la quatrième boîte de circulation de fluide 44 est communication avec le collecteur de sortie 28 et les conduits secondaires 26.
Lesdites première et quatrième boîtes de circulation de fluide 41, 44 sont au niveau de faces opposées de l’échangeur, ici en vis-à-vis de part et d’autre de l’empilement de plaques. De même, lesdites seconde et troisième boîtes de circulation de fluide 42, 43 sont au niveau de face opposées de l’échangeur, ici en vis-à-vis de part et de d’autre de l’empilement de plaques.
Lesdites première et deuxième boîtes de circulation de fluide 41, 42 sont ainsi situées du côté de la second plaque externe 16 et lesdites troisième et quatrième boîtes de circulation de fluide 43, 44 sont situées des côtés la première plaque externe 12.
Lesdites première, deuxième, troisième et quatrième boîtes de circulation de fluide 41-44 sont, par exemple, en forme de conduits, de préférence rectilignes. Elles s’étendent selon l’axe Y. Elles présentent ici une forme semi cylindrique, de section sensiblement en demi-cercle. Elles sont fermées à chacune de leurs extrémités axiales par une cloison terminale 46. Elles présentent un pied de boîte 48 aplati s’étendant le long de chacun de leurs côtés longitudinaux. Lesdits pieds de boîtes 48 favorisent un brasage étanche desdites boites 41-44 sur les première et deuxième plaques externes 12, 16.
Préférentiellement, lesdites première et troisième boîtes de circulation de fluide 41, 43 sont situées à des extrémités longitudinales opposées des conduits primaires 22. Dans l’exemple illustré, lesdites première et troisième boîtes de circulation de fluide 41, 43, sont de la sorte situées le long de bords longitudinaux opposés de l’échangeur.
Toujours préférentiellement, lesdites deuxième et quatrième boîtes de circulation de fluide 42, 44 sont situées à des extrémités longitudinales opposées des conduits secondaires 24. Dans l’exemple illustré, lesdites deuxième et quatrième boîtes de circulation de fluide 42, 44 sont de la sorte situées le long de bords longitudinaux opposés de l’échangeur.
Ladite première plaque externe 12 présente un orifice d’entrée 50 et ladite plaque intermédiaire 14 est configurée pour autoriser un passage du fluide de l’orifice d’entrée 50 au collecteur d’entrée 26. Pour cela, la plaque intermédiaire comprend un orifice de passage 52 (visible figure 4), situé en vis-à-vis de l’orifice d’entrée 50 et débouchant dans le collecteur d’entrée 26. Ledit orifice de passage 52 est ici réalisé au sommet d’un second embouti 54, prévu au niveau de la cloison 40 de séparation des collecteurs d’entrée 26 et de sortie 28, ledit sommet venant au contact d’une face interne de la première plaque externe 12.
Préférentiellement, ledit second embouti 54 est configuré pour créer une chambre de répartition du fluide en aval de l’orifice de passage 52, c’est-à-dire au niveau d’une face inférieure de la plaque intermédiaire 14. Ledit second embouti 54 présente ici pour cela une configuration annulaire. Il permet d’éviter l’apparition de phénomènes de survitesse pour le fluide entrant dans le collecteur d’entrée 26, lesdits phénomènes étant susceptibles d’apparaître compte-tenu de la faible hauteur dudit collecteur d’entrée 26.
Ladite première plaque externe 12 présente en outre un orifice de sortie 55 débouchant directement dans le collecteur de sortie 28.
Ladite première plaque externe 12 présente des passages 56, 56’ permettant la circulation du fluide du collecteur de sortie 28 auxdites troisième et quatrième boîtes de circulation du fluide 43, 44. Ladite seconde plaque externe 16 présente des passages permettant la circulation du fluide du collecteur d’entrée 26 auxdites première et deuxième boîtes de circulation du fluide 41, 42. A la figure 3, seul le passage 58 figurant à proximité du bord longitudinal de droite de ladite deuxième plaque externe 16 est visible. Lesdits passages prévus dans les plaques externes 12, 16 sont, par exemple, de section rectangulaire, une grande dimension des orifices étant orienté selon l’axe Y. Ils sont ici respectivement centrés sur un axe de symétrie longitudinale desdits collecteurs d’entrée et de sortie 26, 28.
Comme cela sera détaillé dans la suite, l’échangeur est configuré pour favoriser une bonne répartition du fluide dans chacun des canaux primaires et secondaires 22, 24, en fonction du positionnement desdits orifices d’entrée et/ou de sortie.
Pour cela, dans l’exemple illustré, alors que ledit orifice d’entrée 50 est plus proche du passage, non-visible, communiquant avec la seconde boîte de circulation de fluide 42, dit second passage, que du passage 58 communiquant avec la première boîte de circulation de fluide 41, dit premier passage, ledit second passage, non-visible, présente une section plus faible que ledit second passage 58.
Dans le même but, alors que ledit orifice de sortie 55 est plus proche du passage 56 communiquant avec la quatrième boîte de circulation de fluide 44, dit quatrième passage, que du passage 56’, communiquant avec la troisième de circulation de fluide, dit troisième passage, ledit quatrième passage 56 présente une section plus faible que ledit troisième passage 56’.
Pour la circulation du fluide, ladite seconde plaque externe 16 présente des premières perforations 60 et des deuxièmes perforations 60’. Lesdites premières perforations 60 mettent en communication la première boîte de circulation de fluide 41 et les conduits primaires 22 à travers des première lumières 62 situées en regard dans la plaque intermédiaire 14. Les deuxièmes perforations 60’ mettent en communication la seconde boîte de circulation de fluide 42 et les conduits secondaires 24. Les premières perforations 60 sont décalées selon l’axe Y par rapport aux deuxièmes perforations 60’. Les premières et deuxièmes perforations présentent ici une section circulaire.
Ladite première plaque externe présente des troisièmes perforations 64 et des quatrièmes perforations 64’. Les troisièmes perforations 64 mettent en communication la troisième boîte de circulation de fluide 43 et les conduits primaires 22. Les quatrièmes perforations 64’ mettent en communication la quatrième boîte de circulation de fluide 44 et les conduits secondaires 26 à travers des secondes lumières 66 situées en regard dans la plaque intermédiaire 16. Les troisièmes perforations 64 sont décalées selon l’axe Y par rapport aux quatrièmes perforations 64’. Lesdites troisièmes et quatrièmes perforations présentent ici une section circulaire.
Les premières et deuxièmes lumières 62, 66 prévues dans la plaque intermédiaire sont, par exemple, de section circulaire, notamment identique à la section des perforations avec lesquelles elles sont respectivement en regard.
Les premières, deuxièmes, troisièmes et quatrièmes perforations 60, 60’, 64, 64’ sont respectivement alignés entre elles, de préférence parallèlement à un bord longitudinal voisin de la première et deuxième plaque externe correspondante 12, 16. Elles sont ici également respectivement alignées avec les premier 56, deuxième 56’, troisième 58 et quatrième passages des plaques externes 12, 16.
Comme cela est mieux visible figure 4, les premières et deuxièmes lumières 62, 66 alternent entre elles, par exemple le long d’un bord longitudinal de la plaque intermédiaire 16. Lesdites premières et deuxièmes lumières 62, 66 sont alignés le long dudit bord, quoique légèrement décalées selon l’axe Z. En effet, les premières et deuxièmes lumières 62, 66 sont réalisées, respectivement, dans le fond 36 desdits canaux primaires et secondaires 22, 24.
A nouveau pour favoriser une bonne répartition du fluide dans les canaux primaires et secondaires 22, 24, les premières, deuxièmes, troisièmes et/ou quatrièmes perforations 60, 60’, 64, 64’ présentent une section croissante en s’éloignant, respectivement du premier 56, deuxième 56’, troisième 58 et/ou quatrième passage des plaques externes 12, 16.
On décrit dans la suite la circulation du fluide dans l’échangeur. Le fluide pénètre dans l’échangeur par l’orifice d’entrée 50 et passe dans le collecteur d’entrée 26 à travers l’orifice de passage 52 du second embouti 54. Il se partage alors en deux chemins distincts.
Selon un premier chemin, une première portion du fluide passe à travers le passage 58 de la deuxième plaque collectrice externe 16 pour pénétrer dans la première chambre de circulation de fluide 41. Il se répartit alors longitudinalement dans ladite première chambre 41 pour passer, à travers les premières perforations 60 et lesdites première lumières 62, dans les conduits primaires 22. Il parcourt ensuite les conduits primaires 22 selon la flèche 32, en échangeant de la chaleur avec les cellules 6, puis sort desdits conduits primaires 22 en débouchant dans la troisième boîte de circulation de fluide 43 à travers les troisièmes perforations 64. Il passe alors de ladite troisième boîte de circulation 43 au collecteur de sortie 28 par le passage 56’ de la première plaque externe 12.
Selon un autre chemin, l’autre portion du fluide passe à travers le passage non-visible de la deuxième plaque collectrice externe 16 pour pénétrer dans la deuxième chambre de circulation de fluide 42. Il se répartit alors longitudinalement dans ladite première chambre 42 pour passer, à travers les deuxièmes perforations 60’, dans les conduits secondaires 24. Il parcourt ensuite les conduits secondaires 24 selon la flèche 34, en échangeant de la chaleur avec les cellules 6, puis sort desdits conduits primaires 24 en débouchant dans la quatrième boîte de circulation de fluide 44 à travers les quatrièmes perforations 64’ et lesdites secondes lumières 66. Il passe alors de ladite quatrième boîte de circulation 44 au collecteur de sortie 28 par le passage 56 de la première plaque externe 12 pour se mêler à la première portion du fluide.
Le fluide sort alors de l’échangeur par l’orifice de sortie 55.
A titre d’exemple, le passage de fluide entre les première et quatrième boîtes de circulation de fluide 41, 44, d’une part, et les canaux primaires et secondaires 22, 24, d’autre part, est mieux visible aux figures 5 à 7. On voit à ces figures que les perforations et les lumières sont centrés le long des axes longitudinaux des boites de circulation de fluide.
A la figure 7, on constate que les canaux primaires 22 présentent des parois d’extrémité longitudinale 70 bordant un canal de liaison 72 reliant les canaux secondaires 24 le long d’un bord de ladite plaque intermédiaire 14. Cette configuration permet la configuration plane des plaques extérieures 12, 16.
Pour favoriser le brasage, la plaque intermédiaire 14 présente préférentiellement deux bords périphériques 74, 76 plats, concentriques et décalés selon l’axe Z. Le bord interne 74 est au contact de la première plaque externe 12 et le bord externe 76 est au contact de la deuxième plaque externe 16.
Si l’on se reporte de nouveau aux figures 2 et 3, on constate que ledit échangeur présente avantageusement des connectiques d’entrée 80 et/ou de sortie 82, respectivement en relation avec l’orifice d’entrée 50 et/ou l’orifice de sortie du fluide 55.
On peut également noter que lesdits surfaces d’échange 10 présentent ici une configuration sensiblement rectangulaire, bordée par les collecteurs d’entrée ou de sortie 26, 28 et les chambres de circulation de fluide 41-44.
Comme on l’aura compris, l’échangeur comprend ici un deuxième corps 100, symétrique au premier corps 20 par rapport au collecteurs d’entrée et de sortie 26, 28. En variante, le second corps 100, tout en présentant une configuration identique à celle du premier corps 20, pourra présenter une longueur différente.
L’empilement de plaques 12, 14, 16définit lesdits collecteurs d’entrée 26 et de sortie 28, ledit premier corps 20 et ledit deuxième corps 100.
Comme il ressort de ce qui précède, le ou les composants 4 sont en contact avec ledit premier corps 20 et/ou ledit second corps 100 en vis-à-vis desdits canaux primaires et secondaires 22, 24. Plus précisément, les cellules 6 sont situées de chaque côté dudit premier corps 20 et dudit deuxième corps 100. Elles sont préférentiellement fixés auxdits premier et/ou deuxième corps 20, 100.
Chacune des cellules 6 est en regard à la fois de l’un des canaux primaires et de l’un des canaux secondaires. De préférence une moitié d’une base de chaque cellule 6 est regard de l’un des canaux primaires 22 et l’autre moitié est en regard de l’un des canaux secondaires 24, contigus, ceci pour favoriser un échange de chaleur le plus homogène possible avec chacune des cellules le long desdits canaux primaires et secondaires 22, 24.
Il est à noter que l’empilement de plaques exposé plus haut peut aussi être utilisé, dans un autre mode de réalisation conforme à l’invention avec une configuration différente des collecteurs d’entrée et de sortie, par exemple avec des collecteurs d’entrée et de sortie reliant chacune des extrémités des conduits primaires et secondaires, c’est-à-à-dire avec deux collecteurs d’entrée et deux collecteurs de sortie.

Claims (10)

  1. Echangeur de chaleur pour composant électrique (4), ledit échangeur comprenant un premier corps (20) définissant au moins un canal primaire (22) et un canal secondaire (24), contigus, dans lesquels une circulation de fluide s’effectue en parallèle et à contre-courant, ledit premier corps (20) présentant aux moins une surface d’échange de chaleur (10) entre le fluide circulant dans lesdits canaux (22, 24) et ledit composant (4).
  2. Echangeur selon la revendication 1 comprenant un collecteur d’entrée (26) commun pour le ou lesdits canaux primaires (22) et le ou lesdits canaux secondaires (24) et/ou un collecteur de sortie (28) commun pour le ou lesdits canaux primaires (22) et le ou lesdits canaux secondaires (24).
  3. Echangeur selon la revendication 2 comprenant un empilement de plaques, l’empilement comprenant une plaque intermédiaire (14), la plaque intermédiaire (14) présentant des ondulations définissant ledit collecteur d’entrée (26) et/ou ledit collecteur de sortie (28).
  4. Echangeur selon la revendication 3 dans lequel lesdites ondulations définissent en outre les canaux primaires (22) et/ou secondaires (24).
  5. Echangeur selon la revendication 4 dans lequel ledit empilement de plaques comprend en outre une première plaque externe (12) formant un couvercle pour les canaux primaires (22) et/ou une deuxième plaque externe (16) formant un couvercle pour les canaux secondaires (24), ladite première plaque externe (12) et/ou ladite seconde plaque externe (16) étant planes.
  6. Echangeur selon la revendication selon l’une des revendications 2 à 5 dans lequel l’échangeur comprend une premier, une deuxième, une troisième et une quatrième boîtes de circulation de fluide (41-44) reliant chacun des conduits primaires (22) et secondaires (24), d’une part au collecteur d’entrée (26) et d’autre part au collecteur de sortie (28).
  7. Echangeur selon la revendication 6 dans lequel lesdites première et troisième boîtes (41, 43) de circulation de fluide sont situées à des extrémités longitudinales opposées des conduits primaires (22).
  8. Echangeur selon l’une quelconque des revendications 6 ou 7 dans lequel lesdites deuxième et quatrième boîtes (42, 44) de circulation de fluide sont situées à des extrémités longitudinales opposées des conduits secondaires (24).
  9. Echangeur selon l’une quelconque des revendications 3 à 5 dans lequel les canaux primaires (22) présentent des parois d’extrémité longitudinale (70) bordant un canal de liaison (72) reliant les canaux secondaires (24) le long d’un bord de ladite plaque intermédiaire (14).
  10. Ensemble d’un composant électrique (4) et d’un échangeur selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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