FR3111969A1 - Echangeur thermique pour véhicule automobile. - Google Patents

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FR3111969A1
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FR
France
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heat exchanger
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manifold
heat
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FR2006600A
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Gael Durbecq
Julien Tissot
Jeremy Blandin
Kamel Azzouz
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Abstract

Titre : Echangeur thermique pour véhicule automobile. L'invention concerne un échangeur thermique (100) pour véhicule automobile, comprenant au moins un faisceau d’échange de chaleur constitué d’une pluralité de plaques de circulation (5, 5a, 5', 5"), une ouverture (52) d'au moins une plaque (5, 5a) délimitant au moins en partie un premier collecteur d’entrée (1) est définie par une première section (520) et une ouverture (52') d’une deuxième plaque (5') délimitant au moins en partie le premier collecteur d’entrée (1) est définie par une deuxième section (521), différente de la première section (520).

Description

Echangeur thermique pour véhicule automobile.
La présente invention se rapporte au domaine des échangeurs thermiques pour véhicules automobiles. Elle trouve une application privilégiée, mais non exclusive, aux échangeurs thermiques utilisés dans les circuits de climatisation de tels véhicules
La présente invention concerne plus particulièrement les échangeurs thermiques qui comprennent un premier circuit configuré pour acheminer un liquide caloporteur et un deuxième circuit configuré pour acheminer un fluide réfrigérant, le premier circuit et le deuxième circuit constituant ensemble un faisceau d'échange de chaleur. Dans de tels échangeurs, également connus sous la dénomination anglo-saxonne de water-cooled condenser, le fluide réfrigérant est admis dans le deuxième circuit sous forme essentiellement gazeuse, puis, circulant au sein du faisceau d'échange de chaleur au contact du premier circuit dans lequel circule le liquide caloporteur, il est progressivement condensé, jusqu'à sortir de l'échangeur sous forme essentiellement liquide.
Plus précisément, la présente invention se rapporte à des échangeurs tels que précités dans lesquels le faisceau d'échange de chaleur est formé de plaques de circulation dont chacune comprend une paroi de fond dont la forme générale s'inscrit sensiblement dans un plan, chaque paroi de fond étant entourée d'un bord relevé, les plaques étant empilées les unes dans les autres suivant une direction d'empilement sensiblement perpendiculaire au plan précité, et les plaques définissant deux à deux une chambre ou un canal respectivement du premier circuit ou du deuxième circuit. Dans de tels échangeurs, les plaques de circulation sont donc empilées de telle manière que leurs parois de fond sont sensiblement parallèles les unes aux autres.
Un problème de ces échangeurs thermiques réside dans la répartition du flux de liquide caloporteur au sein du premier circuit et, plus précisément, dans l'homogénéité de la répartition de ce flux au sein des chambres du premier circuit.
L’invention a pour but de proposer une solution au problème technique ci-dessus, afin de rétablir une répartition homogène du liquide caloporteur dans chacune des chambres du premier circuit et, ainsi, d’optimiser l'efficacité de l'échange thermique dans de tels échangeurs.
Afin d'augmenter l'efficacité d'un tel échange thermique, la présente invention a pour objet, selon un premier aspect, un échangeur thermique pour véhicule automobile, comprenant au moins un faisceau d’échange de chaleur constitué d’une pluralité de plaques de circulation comprenant chacune une paroi de fond entourée par un bord relevé, lesdites plaques étant imbriquées les unes dans les autres suivant une direction d’empilement, dans lequel le faisceau d’échange de chaleur comprend :
  • un premier circuit destiné à être parcouru par un liquide caloporteur et comprenant un premier collecteur d'entrée par lequel le liquide caloporteur est admis dans l’échangeur thermique et un premier collecteur de sortie par lequel le liquide caloporteur sort de l’échangeur thermique,
  • un deuxième circuit destiné à être parcouru par un fluide réfrigérant et comprenant un deuxième collecteur d'entrée par lequel le fluide réfrigérant est admis dans l'échangeur thermique et un deuxième collecteur de sortie par lequel le fluide réfrigérant sort de l'échangeur thermique,
l’échangeur thermique étant configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le liquide caloporteur circulant dans le premier circuit et le fluide réfrigérant circulant dans le deuxième circuit, au moins une des plaques du faisceau d’échange de chaleur comprenant au moins une ouverture ménagée dans sa paroi de fond qui participe à délimiter au moins en partie le premier collecteur d’entrée,
caractérisé en ce qu’une ouverture d'au moins une première plaque délimitant au moins en partie le premier collecteur d’entrée est définie par une première section et une ouverture d’une deuxième plaque délimitant au moins en partie le premier collecteur d’entrée est définie par une deuxième section, différente de la première section.
Il faut donc comprendre ici que le faisceau d'échange de chaleur de l'échangeur thermique selon l'invention est formé de plaques dont chacune comporte une paroi de fond entourée par un bord relevé dont les dimensions sont faibles au regard des dimensions de la paroi de fond, les plaques étant disposées l'une dans l'autre. Avantageusement, les parois de fond des plaques délimitant le faisceau d'échange de chaleur présentent chacune une forme générale sensiblement plane. Le faisceau d'échange de l'échangeur thermique selon l'invention est donc constitué d'un empilement de plaques telles que précitées selon une direction d’empilement sensiblement perpendiculaire à une direction générale principale d'extension de la paroi de fond de chacune de ces plaques.
Il faut également comprendre ici que la paroi de fond d'une partie au moins de l'ensemble des plaques qui forment le faisceau d'échange comporte une ouverture qui participe à délimiter le premier collecteur d'entrée. En d'autres termes, le premier collecteur d'entrée précédemment défini est constitué de l'empilement des ouvertures précitées agencées dans les parois de fond d'une partie au moins des plaques qui forment le faisceau d'échange de chaleur. Dit autrement encore, chaque ouverture agencée dans la paroi de fond d'une plaque du faisceau d'échange et participant à délimiter le premier collecteur d'entrée constitue un orifice de passage du liquide caloporteur à travers la plaque considérée, l'empilement de ces orifices de passage formant le premier collecteur d'entrée.
Le premier collecteur d'entrée du liquide caloporteur dans le premier circuit de l'échangeur selon l'invention se présente donc sensiblement sous la forme d'un conduit qui s'étend au travers de l'échangeur thermique selon l'invention et par lequel le liquide caloporteur est acheminé successivement au travers des plaques qui forment le faisceau d'échange. Selon un mode de réalisation privilégié, mais non exclusif, les ouvertures ménagées dans les parois de fond des plaques constituant l'échangeur thermique selon l'invention sont agencées de telle manière que le premier collecteur d'entrée précité s'étend sensiblement perpendiculairement aux parois de fond des plaques qui forment le faisceau d'échange et, donc, sensiblement parallèlement à la direction d'empilement des plaques précitées.
Selon un premier aspect, le faisceau d'échange de chaleur de l'échangeur thermique selon l'invention comprend, d'une part, au moins une première plaque dont l'ouverture participant à délimiter le premier collecteur d'entrée est définie par une première section, et, d'autre part, au moins une autre plaque, également désignée comme deuxième plaque, dont l'ouverture participant à délimiter le premier collecteur d'entrée est définie par une deuxième section, la deuxième section étant différente de la première section. On entend ici par section une dimension, par exemple une surface, de l'ouverture considérée, mesurée sensiblement perpendiculairement à la direction d'empilement des plaques formant le faisceau d'échange de chaleur, c'est-à-dire sensiblement parallèlement au plan principal d'extension de la paroi de fond de la plaque considérée.
Il résulte de ce qui précède que, lors de son cheminement au sein du premier collecteur d'entrée, le liquide caloporteur circule au travers d’ouvertures de sections différentes. Il s'ensuit donc une modification du débit du liquide caloporteur en fonction de la section de l'ouverture, précédemment définie, à travers laquelle il circule au sein du premier collecteur d'entrée. L'invention permet ainsi de modifier un débit du liquide caloporteur au sein du premier collecteur d'entrée. Il en résulte une modification du débit de liquide caloporteur au sein du premier circuit, et, donc, une modification de la durée de l'échange thermique se produisant entre le liquide caloporteur et le fluide réfrigérant circulant dans le deuxième circuit.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un échangeur thermique tel qu'il vient d'être décrit, dans lequel le premier circuit comprend une pluralité de chambres fluidiquement reliées au premier collecteur d’entrée et au premier collecteur de sortie, et dans lequel le deuxième circuit comprend une pluralité de canaux fluidiquement reliés au deuxième collecteur d’entrée et au deuxième collecteur de sortie, chacune des chambres de la pluralité de chambres étant agencée au sein du faisceau d’échange de chaleur de manière alternative avec chacun des canaux de la pluralité de canaux selon la direction d’empilement du faisceau d’échange de chaleur.
Dans un système de traitement thermique comprenant un échangeur thermique selon l'invention, le liquide caloporteur circule donc successivement, entre le premier collecteur d'entrée et le premier collecteur de sortie, à travers les différentes chambres de la pluralité de chambres, et le fluide réfrigérant circule donc successivement dans les différents canaux de la pluralité de canaux. L'agencement alterné des chambres et des canaux selon la direction d'empilement des plaques qui forment le faisceau d'échange de chaleur permet alors d'améliorer l'échange thermique en augmentant les régions de contact entre le premier circuit et le deuxième circuit.
Avantageusement, le premier collecteur d'entrée comprend au moins une première portion de collecteur et une deuxième portion de collecteur séparées l'une de l'autre par la deuxième plaque précédemment définie.
On entend ici par première portion de collecteur une première partie du volume du premier collecteur d'entrée délimitée par des ouvertures, précédemment évoquées, agencées dans les parois de fond d'un certain nombre de plaques constituant le faisceau d'échange, la deuxième portion de collecteur correspondant à une deuxième partie du volume du premier collecteur d'entrée, distincte de la première partie du premier collecteur d'entrée, délimitée par d'autres ouvertures agencées dans les parois de fond d'autres plaques constituant le faisceau d'échange.
La première portion de collecteur et la deuxième portion de collecteur du premier collecteur d'entrée sont donc séparées l'une de l'autre selon la direction d'empilement des plaques qui forment le faisceau d'échange de l'échangeur thermique selon l'invention. Dans un système de traitement thermique comprenant un échangeur thermique selon l'invention, la première portion de collecteur et la deuxième portion de collecteur sont séparées l'une de l'autre selon la direction de circulation du liquide caloporteur dans le premier circuit.
Avantageusement, dans l'échangeur thermique selon l'invention, chacune des chambres du faisceau d’échange de chaleur est délimitée par deux plaques de circulation, les chambres étant réparties en un premier groupe de chambres et un deuxième groupe de chambres, le premier groupe de chambres étant fluidiquement relié à la première portion de collecteur et le deuxième groupe de chambres étant fluidiquement relié à la deuxième portion de collecteur.
Avantageusement, l’ensemble des ouvertures qui participent à définir la première portion de collecteur présente une section égale à la première section, précédemment définie. C'est-à-dire que la première portion de collecteur comprend un ensemble de plaques, telles que précédemment décrites, dont les parois de fond comportent des ouvertures qui présentent toutes la première section. En variante, la première portion de collecteur peut être constituée d'une seule plaque telle que précédemment décrite dont la paroi de fond comporte une ouverture de première section.
Selon un exemple de réalisation, au moins une des plaques qui participe à délimiter le deuxième groupe de chambres comprend l’ouverture de deuxième section, les autres plaques qui participent à délimiter le deuxième groupe de chambres comprenant chacune une ouverture de première section. La deuxième portion de collecteur est donc constituée, selon cet exemple, au moins de la deuxième plaque dont la paroi de fond comporte l’ouverture de deuxième section. En référence à ce qui précède, selon un tel exemple, dans un système thermique comprenant un échangeur selon l'invention, un débit du liquide caloporteur dans le premier circuit prendra donc successivement une première valeur dans la première portion de collecteur, puis une deuxième valeur, différente de la première valeur, au passage à travers la deuxième plaque dont la paroi de fond comporte l'ouverture de deuxième section.
Selon un autre exemple de réalisation, les ouvertures qui participent à définir la deuxième portion de collecteur présentent toutes une section de passage égale à la deuxième section. En référence à ce qui précède, il faut donc comprendre que l'échangeur thermique selon l'invention comporte, selon cet exemple, une pluralité de deuxièmes plaques telles que précédemment décrites, et que la deuxième portion de collecteur est formée par les ouvertures agencées dans l'ensemble de ces deuxièmes plaques, qui présentent toutes la deuxième section.
Selon une caractéristique de l'invention, la deuxième section est inférieure à la première section. Plus précisément, l'invention prévoit qu'un rapport entre la deuxième section et la première section est compris entre 0,4 et 0,8. Plus précisément encore, l'invention prévoit, selon une caractéristique complémentaire, que la deuxième section est configurée pour réduire un débit du liquide caloporteur dans le deuxième groupe de chambres.
C'est-à-dire que, en référence à ce qui précède, une section de la deuxième portion de collecteur, fluidiquement reliée au deuxième groupe de chambres, est inférieure à une section de la première portion de collecteur, fluidiquement reliée au premier groupe de chambres.
Il s'ensuit que, dans un système de traitement thermique mettant en œuvre un échangeur thermique selon l'invention, un débit du liquide caloporteur circulant dans la deuxième portion de collecteur et dans le deuxième groupe de chambres est inférieur à un débit du liquide caloporteur circulant dans la première portion de collecteur et dans le premier groupe de chambres.
Selon un exemple de réalisation, le faisceau d’échange de chaleur comprend au moins un bloc d’admission du liquide caloporteur en communication fluidique avec le premier collecteur d’entrée, le premier groupe de chambres étant le plus proche du bloc d’admission. Le terme "proche" est ici à entendre selon un sens de circulation du liquide caloporteur dans l'échangeur thermique selon l'invention, au sein d'un système de traitement thermique mettant en œuvre un tel échangeur. Dit autrement, selon cet exemple de réalisation, l'invention prévoit que, dans un système de traitement thermique tel que précité, le liquide caloporteur admis dans l'échangeur selon l'invention est successivement acheminé dans la première portion de collecteur fluidiquement reliée au premier groupe de chambres, puis dans la deuxième portion de collecteur fluidiquement reliée au deuxième groupe de chambres. En d'autres termes encore, le premier groupe de chambres est, selon cet exemple, agencé entre le bloc d'admission et la deuxième plaque qui forme séparation entre la première portion de collecteur et la deuxième portion de collecteur, ainsi qu'entre le premier groupe de chambres et le deuxième groupe de chambres.
Selon un exemple de réalisation, une dimension du deuxième groupe de chambres, mesurée sensiblement parallèlement à la direction d'empilement des plaques, est sensiblement inférieure à la moitié d'une dimension du faisceau d’échange de chaleur mesurée selon la direction d'empilement des plaques de ce dernier.
Selon un autre exemple de réalisation, le premier groupe de chambres comprend au plus 80% du nombre de chambres de la pluralité de chambres du premier circuit.
Selon un autre exemple de réalisation de l'invention, au moins une ouverture d’une troisième plaque délimitant au moins en partie le volume du premier collecteur d’entrée est définie par une troisième section différente de la première section et de la deuxième section. En complément, selon cet exemple de réalisation, l'invention prévoit que la troisième section est inférieure à la deuxième section, précédemment définie. Avantageusement, selon cet exemple de réalisation, un rapport entre la troisième section et la deuxième section est compris entre 0.4 et 0.8. En référence à ce qui précède, une telle configuration permet de réaliser, au sein de l'échangeur thermique selon l'invention, une nouvelle modification d'un débit de liquide caloporteur circulant au travers de la troisième ouverture précitée.
Selon une caractéristique complémentaire de cet exemple de réalisation, le premier collecteur d’entrée comprend au moins une troisième portion de collecteur séparée de la deuxième portion de collecteur par la troisième plaque comprenant l’ouverture de troisième section. De manière analogue à ce qui précède, la troisième portion de collecteur est à entendre comme une partie du volume du premier collecteur d'entrée, séparée de la deuxième portion de collecteur, précédemment définie, par la troisième plaque précitée.
Il résulte de ce qui précède que, dans un système de traitement thermique mettant en œuvre un échangeur thermique selon un tel exemple de réalisation, un débit de liquide caloporteur circulant dans la troisième portion de collecteur est inférieur à un débit de liquide caloporteur circulant dans la deuxième portion de collecteur, lui-même inférieur à un débit de liquide caloporteur circulant dans la première portion de collecteur, précédemment définies.
Avantageusement, selon un tel exemple de réalisation, la pluralité de chambres du premier circuit comporte au moins un troisième groupe de chambres, le troisième groupe de chambres étant relié fluidiquement à la troisième portion de collecteur.
Selon une première variante, au moins une des plaques qui participe à délimiter le troisième groupe de chambres comprend une ouverture de troisième section, les autres plaques qui participent à délimiter le troisième groupe de chambres comprenant chacune une ouverture de première section. Alternativement, les autres plaques qui participent à délimiter le troisième groupe de chambres peuvent comporter des ouvertures qui présentent chacune la deuxième section précédemment définie.
Selon une autre variante, les ouvertures qui participent à définir la troisième portion de collecteur présentent toutes une section égale à la troisième section.
Selon un mode de réalisation particulier d'un tel exemple de réalisation, dans lequel le faisceau d’échange de chaleur comprend au moins le bloc d’admission du liquide caloporteur en communication fluidique avec le premier collecteur d’entrée, le troisième groupe de chambres du premier circuit est le plus éloigné du bloc d’admission. De manière analogue à ce qui précède, le terme "éloigné" est ici à entendre selon un sens de circulation du liquide caloporteur dans le premier circuit d'un échangeur thermique selon l'invention. En référence à ce qui précède, selon une telle configuration, le troisième groupe de chambres est le plus proche du premier collecteur de sortie du premier circuit. En d'autres termes, selon une telle configuration, le troisième groupe de chambres est agencé entre le premier collecteur de sortie, précédemment défini, et la troisième plaque formant séparation entre la deuxième portion de collecteur et la troisième portion de collecteur, ainsi qu'entre le deuxième groupe de chambres et le troisième groupe de chambres.
Selon un exemple, une dimension du troisième groupe de chambres, mesurée sensiblement parallèlement à la direction d'empilement des plaques, est sensiblement inférieure à la moitié de la dimension du faisceau d’échange de chaleur mesurée parallèlement à la direction d'empilement des plaques de ce dernier.
Selon un autre exemple, le troisième groupe de chambres comprend au plus la moitié du nombre de chambres de la pluralité de chambres du premier circuit.
Avantageusement, selon de tels exemples de réalisation, l'invention prévoit que le deuxième groupe de chambres du premier circuit est agencé entre le premier groupe de chambres et le troisième groupe de chambres du premier circuit suivant la direction d’empilement des plaques du faisceau d’échange de chaleur. C'est-à-dire que, dans un système de traitement thermique mettant en œuvre un échangeur thermique selon l'invention, le liquide caloporteur est successivement acheminé dans le premier groupe de chambres, puis dans le deuxième groupe de chambres, puis dans le troisième groupe de chambres.
Il résulte alors de ce qui précède qu'un temps d'échange entre ce liquide caloporteur et le fluide réfrigérant circulant dans les canaux du deuxième circuit disposés en alternance avec les chambres du premier circuit, augmente depuis les canaux disposés en alternance avec les chambres du premier groupe de chambres jusqu'aux canaux disposés en alternance avec les chambres du troisième groupe de chambres. Dans un système de traitement thermique dans lequel le fluide réfrigérant, admis sous forme gazeuse au sein de l'échangeur thermique, est progressivement condensé jusqu'à sortir de l'échangeur thermique sous forme liquide, cela signifie qu'une durée et, donc, une efficacité, de l'échange thermique, augmente, dans un échangeur thermique selon l'invention, au fur et à mesure de la progression de la condensation du fluide réfrigérant.
L'invention atteint ainsi le but qu'elle s'était fixé, en proposant une solution simple pour améliorer l'efficacité d'un tel échange thermique.
Avantageusement, dans un échangeur thermique selon l'invention, chaque plaque du faisceau d’échange de chaleur est formée par emboutissage d'une tôle mince. Ceci permet une grande simplicité de mise en œuvre de l'invention, ainsi qu'un coût réduit, les différentes portions de collecteur présentant les différentes ouvertures étant simplement réalisées par modification géométrique des dimensions, respectivement, de la ou des premières, deuxièmes, et/ou troisièmes ouvertures précédemment définies.
Selon un autre aspect, l'invention s'étend également à un système de traitement thermique pour un véhicule comprenant au moins un échangeur thermique tel qu'il vient d'être décrit. Avantageusement, dans un tel système de traitement thermique, le liquide caloporteur est de l'eau glycolée.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
est une vue générale en perspective d’un échangeur de chaleur selon l’invention ;
est une vue en coupe suivant un plan vertical et longitudinal d'un premier exemple de réalisation de l’échangeur thermique selon l'invention ;
est une vue en coupe suivant un plan vertical et longitudinal d’un deuxième exemple de réalisation de l’échangeur thermique selon de l'invention.
Il faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, ces figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Il est également à noter que ces figures n’exposent que quelques exemples de réalisation de l’invention.
Dans la description qui va suivre, une direction d’un axe longitudinal L, une direction d’un axe transversal T, et une direction d’un axe vertical V d'un échangeur thermique selon l'invention sont représentées par un trièdre (L, V, T) sur les figures. On définit un plan horizontal de l'échangeur thermique selon l'invention comme étant un plan perpendiculaire à l’axe vertical V, un plan longitudinal de l'échangeur thermique selon l'invention comme étant un plan perpendiculaire à l’axe transversal T, et un plan transversal de l'échangeur thermique selon l'invention comme étant un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal L.
La figure 1 illustre schématiquement un échangeur thermique 100 selon un premier exemple de réalisation de l'invention. Un tel échangeur thermique 100 est configuré pour réaliser un échange de chaleur entre un liquide caloporteur et un fluide réfrigérant circulant respectivement en son sein, le fluide réfrigérant étant, par exemple, admis dans l'échangeur thermique 100 sous forme essentiellement gazeuse et étant progressivement condensé par échange thermique avec le liquide caloporteur jusqu'à sortir de l'échangeur thermique 100 sous forme essentiellement liquide. Selon un exemple, le liquide caloporteur peut être une eau glycolée.
Avantageusement, l'échangeur thermique 100 comprend un premier circuit 110 dans lequel est acheminé le liquide caloporteur et un deuxième circuit 120 dans lequel est acheminé le fluide réfrigérant, le premier circuit 110 et le deuxième circuit 120 étant, au sein de l'échangeur thermique 100, au contact l'un de l'autre de telle manière qu'un échange thermique entre liquide caloporteur et fluide réfrigérant peut se produire. Le premier circuit 110 et le deuxième circuit 120 sont schématiquement évoqués sur la figure 1.
En référence à la figure 1, le premier circuit 110 comprend un premier collecteur d'entrée 1 relié à un premier bloc d'alimentation 3, par lequel le liquide caloporteur entre dans l'échangeur thermique 100, et un premier collecteur de sortie 2, relié à un premier bloc de sortie 4, par lequel le liquide caloporteur sort de l'échangeur thermique 100.
De manière analogue, le deuxième circuit 120 de l'échangeur thermique 100 comprend avantageusement un deuxième collecteur d'entrée 120a, par lequel le fluide réfrigérant est admis dans l'échangeur thermique 100 et un deuxième collecteur de sortie 120b par lequel le fluide réfrigérant sort de l'échangeur thermique 100.
Selon l'exemple plus particulièrement illustré par la figure 1, l'échangeur thermique 100 comprend également une bouteille 200 dans laquelle est, par exemple, recueilli le fluide réfrigérant condensé sous forme essentiellement liquide après l'échange thermique opéré entre le premier circuit 110 et le deuxième circuit 120.
La figure 2 est une vue en coupe d'un échangeur thermique 100 tel que celui illustré par la figure 1. Plus précisément, en référence aux directions et orientations précédemment définies, la figure 2 est une vue en coupe d'un tel échangeur thermique 100 selon un plan longitudinal, perpendiculaire à l'axe transversal T de l'échangeur thermique 100. On retrouve sur cette figure le premier collecteur d'entrée 1 et le premier collecteur de sortie 2 du liquide caloporteur dans le premier circuit 110 de l'échangeur thermique 100, ainsi que le bloc d'alimentation 3 et le bloc de sortie 4, respectivement reliés au premier collecteur d'entrée 1 et au premier collecteur de sortie 2. Un sens de circulation du liquide caloporteur au sein de l'échangeur thermique 100 est schématiquement évoqué par les flèches F sur la figure 2.
Comme le montre la figure 2, l'échangeur thermique 100 est constitué de N plaques 5 comprenant chacune une paroi de fond 50 de forme générale sensiblement plane, entourée d'un bord relevé 51 dont les dimensions sont faibles au regard des dimensions des parois de fond 50. Le plan principal d'extension selon lequel s'étendent les parois de fond 50, est sensiblement perpendiculaire au plan de coupe de la figure 2. Plus précisément, en référence aux directions et orientations précédemment définies, le plan principal d'extension selon lequel s'étendent les parois de fond des plaques 5 de l'échangeur thermique 5 est sensiblement parallèle à un plan horizontal de l'échangeur thermique 100. Selon un mode de réalisation avantageux, chaque plaque 5 de l'échangeur thermique 100 est réalisée par emboutissage d'une tôle mince.
Dans l'échangeur thermique 100 selon l'invention, les plaques 5 sont empilées les unes dans les autres selon une direction d'empilement E représentée par la flèche E sur la figure 2, la direction d’empilement E étant parallèle à l’axe vertical V de l’échangeur thermique 100. Il est à noter que le sens de la flèche E sur la figure 2 est arbitraire et n'est pas représentatif d'un sens ou d'un ordre d'empilement des plaques 5 les unes dans les autres.
En référence à la figure 2, les plaques 5 délimitent entre elles, d'une part, des chambres 6, et, d'autre part, des canaux 7, respectivement configurés pour acheminer, au sein de l'échangeur thermique 100, un liquide caloporteur et un fluide réfrigérant précédemment évoqués. Seuls deux chambres 6, et trois canaux 7, sont schématiquement évoqués sur la figure 2.
Selon l'invention, les chambres 6 et les canaux 7 sont alternativement disposés au sein de l'échangeur thermique 100 selon la direction d'empilement E des plaques 5 de ce dernier. En d'autres termes, chaque canal 7 est disposé, selon la direction d'empilement E précitée, entre deux chambres consécutives 6, et chaque chambre 6 est disposée, selon la direction d'empilement E, entre deux canaux consécutifs 7. Le terme consécutif se rapporte ici au sens de circulation du liquide caloporteur au sein de l'échangeur thermique 100, c'est-à-dire que deux chambres 6 consécutives sont deux chambres dans lesquelles un tel liquide caloporteur est successivement et consécutivement acheminé. Avantageusement, les chambres 6 sont fluidiquement reliées, d'une part, au premier collecteur d'entrée 1 et, d'autre part, au premier collecteur de sortie 2, afin de permettre la circulation du liquide caloporteur au sein de l'échangeur thermique 100.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les chambres 6 du premier circuit 110 de l'échangeur thermique 100 sont organisées en un premier groupe 61 de chambres et en un deuxième groupe 62 de chambres.
Comme le montre la figure 2, la paroi de fond 50, de chaque plaque 5 constitutive de l'échangeur thermique 100 est percée d'une ouverture 52 et l'empilement de ces ouvertures 52 forme le premier collecteur d'entrée 1 précédemment défini. Selon l'exemple plus particulièrement illustré par la figure 2, non exclusif, la direction d'empilement des ouvertures 52 est sensiblement parallèle à la direction d'empilement E précédemment définie.
Chaque ouverture 52, forme donc un orifice de passage pour le liquide caloporteur circulant dans le premier collecteur d'entrée 1 et dans les chambres 6 auxquelles celui-ci est fluidiquement relié.
Selon l'exemple de réalisation de l'invention illustré par la figure 2, la paroi de fond 50 d’au moins une première plaque 5a constituant l'échangeur thermique 100 est percée d’une ouverture 52 présentant, aux tolérances de fabrication près, une première section 520, et la paroi de fond 50' d'une deuxième plaque 5' de l'échangeur thermique 100 est percée d'une ouverture 52' dont une deuxième section 521 est différente de la première section 520. Pour rappel, on entend ici par section une dimension de l'ouverture considérée, mesurée en projection orthogonale dans un plan sensiblement parallèle au plan principal d'extension de la plaque considérée.
Comme le montre la figure 2, la deuxième section 521 est inférieure à la première section 520. Plus précisément, selon un exemple avantageux de réalisation, un rapport entre la deuxième section 521 et la première section 520 est sensiblement compris entre 0.4 et 0.8. L'ouverture spécifique 52' présentant la deuxième section 521 constitue ainsi une restriction au passage du liquide caloporteur à travers la deuxième plaque 5' précitée, et il s'ensuit une réduction du débit du liquide caloporteur au passage à travers cette deuxième plaque 5'.
On peut donc définir, au sein de l'échangeur thermique 100, une première portion 10 du premier collecteur d'entrée 1, également désignée comme première portion de collecteur 10 au sens de ce qui précède, constituée de la partie du volume du premier collecteur d'entrée 1 délimitée par les ouvertures 52 agencées dans les plaques 5 situées en amont, selon le sens de circulation du liquide caloporteur au sein de l'échangeur thermique 100, de la deuxième plaque 5' dont l'ouverture 52' présente la deuxième section 521. On peut alors également définir une deuxième portion 11 du premier collecteur d'entrée 1, également désignée comme deuxième portion de collecteur 11 au sens de ce qui précède, constituée de la partie du volume du premier collecteur d'entrée 1 délimitée par les ouvertures 52, des plaques 5 situées en aval, selon le sens de circulation du liquide caloporteur au sein de l'échangeur thermique 100, de la deuxième plaque 5' dont l'ouverture 52' présente la deuxième section 521.
On comprend alors que la première portion 10 du premier collecteur d’entrée 1 est définie au moins en partie par l’ouverture 52 de la première plaque 5a, présentant, aux tolérances de fabrication près, une première section 520. De manière avantageuse, l’ensemble des ouvertures 52 qui participent à définir la première portion de collecteur 10 présentent une section égale à la première section 520.
Selon un exemple de réalisation, les chambres du premier groupe de chambres 61 sont fluidiquement reliées à la première portion de collecteur 10, et les chambres du deuxième groupe de chambres 62 sont fluidiquement reliées à la deuxième portion de collecteur 11.
Il résulte alors de ce qui précède que la première portion de collecteur 10 et le premier groupe de chambres 61 qui lui est fluidiquement relié sont, en référence au sens de circulation du liquide caloporteur au sein de l'échangeur thermique 100, situés au plus proche du bloc d'alimentation 3 précédemment défini. En d'autres termes, la deuxième portion de collecteur 11 est située à l'opposé de la première portion de collecteur 10 par rapport à la deuxième plaque 5' dont l'ouverture 52' présente la deuxième section 521.
Selon l'exemple plus particulièrement illustré par la figure 2, une unique deuxième plaque 5' qui participe à délimiter le deuxième groupe de chambres 62 comprend l’ouverture 52' qui présente la deuxième section 520' précitée. On comprend alors que les autres plaques 5 qui participent à délimiter le deuxième groupe de chambres 62 comprennent chacune une ouverture 52 de première section 520.
Alternativement selon un exemple non représenté, plusieurs plaques de l'échangeur thermique peuvent comporter des ouvertures qui présentent la deuxième section. Selon un exemple non représenté, toutes les plaques qui délimitent le deuxième groupe de chambres tel que précédemment défini comportent des ouvertures qui présentent la deuxième section. Dit autrement, la deuxième portion de collecteur est définie par l'ensemble des ouvertures des plaques qui présentent une section de passage égale à la deuxième section et qui délimitent les chambres du deuxième groupe de chambres.
Il résulte alors de ce qui précède qu'un débit du liquide caloporteur peut être réduit de manière sensible au sein de la deuxième portion de collecteur 11 et du deuxième groupe de chambres 62, conduisant à une augmentation notable de la durée de l'échange thermique qui se produit entre ces chambres 6 et les canaux 7 du deuxième circuit 120 qui sont alternativement disposés entre elles.
Selon l'exemple illustré sur la figure 2, une dimension 620 du deuxième groupe de chambres 62, mesurée selon la direction d'empilement E précédemment définie, de la deuxième portion de collecteur 11, est inférieure à la moitié d’une dimension 650 de l'empilement de plaques 5 de l'échangeur thermique 100, mesurée selon la direction d'empilement E. Plus précisément, l'invention prévoit avantageusement que la première portion de collecteur 10, et donc le premier groupe de chambres 61, occupe selon la direction d'empilement E, 80% au maximum de la dimension 650 de l’empilement de plaques 5 précitée, c'est-à-dire que le premier groupe de chambres 61 constitue au maximum 80% de l'ensemble des chambres 6 telles que précédemment définies.
La figure 3 illustre une vue en coupe de l’échangeur thermique 100 selon un autre exemple de réalisation de l'invention. Le plan de coupe de la figure 3 est identique à celui de la figure 2, c'est-à-dire que, en référence aux directions et orientations précédemment définies, la figure 3 illustre une coupe d'un échangeur thermique 100 tel que celui illustré par la figure 1 selon un plan longitudinal perpendiculaire à l'axe transversal T de l'échangeur thermique 100.
On retrouve sur cette figure 3 l'échangeur thermique 100, les plaques 5 qui le constituent, ainsi que le bloc d'alimentation 3, le premier collecteur d'entrée 1, la première portion de collecteur 10 et la deuxième portion de collecteur 11, le premier groupe de chambres 61 et le deuxième groupe de chambres 62 précédemment décrits. On retrouve également sur la figure 3 la deuxième plaque 5' percée de l'ouverture 52', précédemment décrite, qui présente la deuxième section 521.
Selon l'exemple illustré par la figure 3, l'échangeur thermique 100 comprend une troisième plaque 5", distincte de la deuxième plaque 5', précédemment décrite et formant séparation entre la première portion de collecteur 10 et la deuxième portion de collecteur 11, et dont la paroi de fond 50" est percée d'une ouverture 52" qui présente une troisième section 522, différente de la première section 520 et de la deuxième section 521. Plus précisément, la troisième section 522 est inférieure à la deuxième section 521, et un rapport entre la troisième section 522 et la deuxième section 521 est avantageusement compris entre 0.4 et 0.8.
On peut donc définir, au sein du premier collecteur d'entrée 1, une troisième portion de collecteur 12, constituée de la partie du volume du premier collecteur d'entrée 1 située en aval, en référence au sens de circulation du liquide caloporteur au sein de l'échangeur thermique 100, de la troisième plaque 5" dont l'ouverture 52" présente la troisième section 522. Dit autrement, la troisième portion de collecteur 12 est située à l'opposé de la deuxième portion de collecteur 11 par rapport à la troisième plaque 5" précitée, par rapport à la direction d’empilement E des plaques 5.
Avantageusement, selon un tel exemple de réalisation, le premier circuit 110 comprend un troisième groupe de chambres 63 fluidiquement reliées à la troisième portion de collecteur 12 précédemment décrite. Il résulte de ce qui précède que le deuxième groupe de chambres 62, précédemment décrit, se trouve entre le premier groupe de chambres 61, précédemment défini, et le troisième groupe de chambres 63. En d'autres termes, et en référence au sens de circulation du liquide caloporteur au sein de l'échangeur thermique 100, le troisième groupe de chambres 63 est le plus éloigné du bloc d'alimentation 3, c'est-à-dire que le liquide caloporteur est, au sein de l'échangeur thermique 100, successivement acheminé dans le premier groupe de chambres 61, puis dans le deuxième groupe de chambres 62, puis, enfin, dans le troisième groupe de chambres 63.
Selon l'exemple plus particulièrement illustré par la figure 3, seule la troisième plaque 5" de l'échangeur thermique 100 comporte l’ouverture 52" qui présente la troisième section 522. Dit autrement, seule la troisième plaque 5’’ qui participe à délimiter le troisième groupe de chambres 63 comprend l’ouverture 52’’ de troisième section 522. Les autres plaques 5 distinctes de la troisième plaque 5’’, qui participent à délimiter le troisième groupe de chambres 63 comprennent chacune l’ouverture 52 de première section 520.
Alternativement selon un exemple non représenté, les ouvertures de toutes les plaques qui délimitent les chambres du troisième groupe de chambres présentent la troisième section. Dit autrement, les ouvertures qui participent à définir la troisième portion de collecteur présentent toutes une section égale à la troisième section.
Selon un exemple de réalisation avantageux, une dimension 630 du troisième groupe de chambres 63, mesurée selon la direction d'empilement E précédemment définie, est inférieure à la moitié de la dimension 650 de l'empilement des plaques 5 qui constituent l'échangeur thermique 100, mesurée selon la direction d'empilement E. Complémentairement, le troisième groupe de chambres 63 comprend avantageusement moins de la moitié des chambres 6 constitutives du premier circuit 110 de l'échangeur 100.
Quelle que soit la variante considérée, l'invention permet, par des moyens simples, de modifier un débit de liquide caloporteur entre un premier groupe de chambres 61, un deuxième groupe de chambres 62, et, le cas échéant, un troisième groupe de chambres 63. L'invention permet donc de modifier la durée de l'échange thermique réalisé entre ce liquide caloporteur et le fluide réfrigérant circulant au contact de ces différents groupes de chambres. Plus précisément, l'invention permet d'augmenter une durée, et, donc, une efficacité de cet échange thermique, par exemple au sein d'un deuxième groupe de chambres 62 et/ou d'un troisième groupe de chambres 63.
Il est à noter que cette modification de débit du liquide caloporteur au sein de l'échangeur thermique 100 résulte uniquement de la géométrie des plaques 5 qui constituent l'échangeur thermique 100, et, notamment, des dimensions des ouvertures 52 qui, percées dans ces plaques, délimitent, au sein du premier collecteur d'entrée 1, une première portion de collecteur 10, une deuxième portion de collecteur 11, et, le cas échéant, une troisième portion de collecteur 12, séparées entre elles par des plaques dont les ouvertures présentent une deuxième section 521 et/ou une troisième section 522 inférieures à une première section 520 de la première portion de collecteur 10.
Selon un mode de fabrication dans lequel les plaques 5 sont, par exemple, réalisées par emboutissage d'une tôle mince, la mise en œuvre de l'invention s'avère donc d'une grande simplicité et d'un très faible coût, dans la mesure où elle ne nécessite qu'une modification des dimensions d'une ou plusieurs des ouvertures 52 agencées dans ces plaques pour délimiter les différentes portions 10, 11, 12, du premier collecteur d'entrée 1.
L’invention telle qu’elle vient d’être décrite ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations exclusivement décrits et illustrés, et s’applique également à tous moyens ou configurations, équivalents et à toute combinaison de tels moyens ou configurations.

Claims (10)

  1. Echangeur thermique (100) pour véhicule automobile, comprenant au moins un faisceau d’échange de chaleur constitué d’une pluralité de plaques de circulation (5, 5a, 5', 5") comprenant chacune une paroi de fond (50, 50', 50") entourée par un bord relevé (51), lesdites plaques (5, 5a, 5', 5") étant imbriquées les unes dans les autres suivant une direction d’empilement (E), dans lequel le faisceau d’échange de chaleur comprend :
    • un premier circuit (110) destiné à être parcouru par un liquide caloporteur et comprenant un premier collecteur d'entrée (1) par lequel le liquide caloporteur est admis dans l’échangeur thermique (100) et un premier collecteur de sortie (2) par lequel le liquide caloporteur sort de l’échangeur thermique (100),
    • un deuxième circuit (120) destiné à être parcouru par un fluide réfrigérant et comprenant un deuxième collecteur d'entrée par lequel le fluide réfrigérant est admis dans l'échangeur thermique (100) et un deuxième collecteur de sortie par lequel le fluide réfrigérant sort de l'échangeur thermique (100),
    l’échangeur thermique (100) étant configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le liquide caloporteur circulant dans le premier circuit (110) et le fluide réfrigérant circulant dans le deuxième circuit (120), au moins une des plaques (5, 5a, 5', 5"), du faisceau d’échange de chaleur comprend au moins une ouverture (52, 52', 52") ménagée dans sa paroi de fond (50, 50', 50") qui participe à délimiter au moins en partie le premier collecteur d’entrée (1),
    caractérisé en ce qu’une ouverture (52) d'au moins une première plaque (5, 5a) délimitant au moins en partie le premier collecteur d’entrée (1) est définie par une première section (520) et une ouverture (52') d’une deuxième plaque (5') délimitant au moins en partie le premier collecteur d’entrée (1) est définie par une deuxième section (521), différente de la première section (520).
  2. Echangeur thermique (100) selon la revendication précédente, dans lequel le premier circuit (110) comprend une pluralité de chambres (6) fluidiquement reliées au premier collecteur d’entrée (1) et au premier collecteur de sortie (2), et dans lequel le deuxième circuit (120) comprend une pluralité de canaux (7) fluidiquement reliés au deuxième collecteur d’entrée et au deuxième collecteur de sortie, chacune des chambres (6) de la pluralité de chambres étant agencée au sein du faisceau d’échange de chaleur de manière alternative avec chacun des canaux (7) de la pluralité de canaux selon la direction d’empilement (E) du faisceau d’échange de chaleur.
  3. Echangeur thermique (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier collecteur d’entrée (1) comprend au moins une première portion de collecteur (10) et une deuxième portion de collecteur (11) séparées l’une de l’autre par la deuxième plaque (5').
  4. Echangeur thermique (100) selon les revendications 2 et 3, dans lequel chacune des chambres (6) du faisceau d’échange de chaleur est délimitée par deux plaques de circulation (5, 5a, 5', 5"), les chambres (6) étant réparties en un premier groupe de chambres (61) et un deuxième groupe de chambres (62), le premier groupe de chambres (61) étant fluidiquement relié à la première portion de collecteur (10) et le deuxième groupe de chambres (62) étant fluidiquement relié à la deuxième portion de collecteur (11).
  5. Echangeur thermique (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième section (521) est inférieure à la première section (520).
  6. Echangeur thermique (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une ouverture (52") d’une troisième plaque (5") délimitant au moins en partie le volume du premier collecteur d’entrée (1) est définie par une troisième section (522) différente de la première section (520) et de la deuxième section (521).
  7. Echangeur thermique (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la troisième section (522) est inférieure à la deuxième section (521).
  8. Echangeur thermique (100) selon l’une quelconque des revendications 6 ou 7 en combinaison avec la revendication 3, dans lequel le premier collecteur d’entrée (1) comprend au moins une troisième portion de collecteur (12) séparée de la deuxième portion de collecteur (11) par la troisième plaque (5") comprenant l’ouverture (52") de troisième section (522).
  9. Echangeur thermique (100) selon les revendications 2 et 8, dans lequel la pluralité de chambres (6) du premier circuit (110) comporte au moins un troisième groupe de chambres (63), le troisième groupe de chambres (63) étant relié fluidiquement à la troisième portion de collecteur (12).
  10. Système de traitement thermique pour un véhicule automobile comprenant au moins un échangeur thermique (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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