Echangeur de chaleur pour l'huile du moteur d'un véhicule L'invention concerne un echangeur de chaleur pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, comprenant un empilement de plaques embouties définissant une multiplicité d'éléments de trajet pour le premier fluide situés chacun entre deux plaques voisines de l'empilement, lesdits éléments de trajet formant au moins deux sous- ensembles destinés à être parcourus en série par le premier fluide pour passer d'une entrée de fluide à une sortie de fluide, les éléments de trajet de chaque sous-ensemble étant parcourus en parallèle, lesdits sous-ensembles étant séparés les uns des autres par des plaques de l'empilement.
De tels échangeurs de chaleur sont utilisés en particulier pour le refroidissement d'une huile dans un véhicule automobile, par exemple une huile hydraulique et/ou de refroidisse- ment et/ou de lubrification. On utilise par exemple un échange de chaleur entre l'huile de lubrification du moteur thermique d'un véhicule et' un liquide de refroidissement du moteur pour maintenir l'huile à une température optimale quel que soit le régime du moteur. Il est connu dans ce cas d'accoler 1 'echangeur de chaleur au moteur pour une communication directe de celui-ci avec l'entrée et la sortie d'huile de 1 'echangeur, ce qui simplifie la réalisation du circuit d'huile et réduit son encombrement. Cependant, cette disposition implique que l'entrée et la sortie soient disposées sur une même face de l' echangeur, ce qui selon l'état de ia technique ne peut être réalisé qu'avec une circulation de l'huile en une seule passe dans l'echangeur.
Le but de l'invention est de s'affranchir de cette limitation et de permettre en particulier une communication directe entre le moteur et l' echangeur de chaleur, avec une circulation de l'huile' en plusieurs passes dans ce dernier.
L'invention vise notamment un echangeur de chaleur du genre défini en introduction, et prévoit que ladite entrée de fluide et ladite sortie de fluide sont situées sur une même face d'extrémité de l'empilement, l'une au moins d'entre elles étant reliée à l'un des sous-ensembles par une canalisation traversant de manière étanche aux fluides le ou les sous-ensembles interposés entre le sous-ensemble à relier et ladite face d'extrémité. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après:
- Ladite entrée de fluide et ladite sortie de fluide sont reliées l'une directement au sous-ensemble le plus proche de ladite face d'extrémité et l'autre au sous-ensemble le plus éloigné de ladite face d'extrémité par l'intermédiaire d'une canalisation traversant le ou les autres sous-ensembles, le premier fluide parcourant les sous-ensembles dans leur ordre de succession dans la direction d'empilement.
- Le sens de circulation du premier fluide dans les éléments de trajet s'inverse d'un sous-ensemble au suivant.
- Les sous-ensembles sont en nombre impair et l'entrée et la sortie de fluide sont disposées respectivement au voisinage des deux côtés de l'empilement mutuellement opposés dans la direction de circulation du premier fluide dans les éléments de trajet.
- Les sous-ensembles sont en nombre pair et l'entrée et la sortie de fluide sont disposées toutes deux au voisinage de l'un des côtés de l'empilement mutuellement opposés dans la direction de circulation du premier fluide dans les éléments de trajet.
- Une entrée et une sortie pour le second fluide sont situées sur ladite face d'extrémité de l'empilement.
- Lesdites plaques définissent une multiplicité d'éléments de trajet pour le second fluide situés chacun entre deux plaques voisines de l'empilement, elles-mêmes adjacentes respectivement à deux éléments de trajet pour le premier fluide, lesdits éléments de trajet pour le second fluide formant au moins deux sous-ensembles destinés à être parcourus en série par le second fluide pour passer d'une entrée de fluide à une sortie de fluide, les éléments de trajet de chaque sous- ensemble étant parcourus en parallèle, lesdits sous-ensembles étant séparés les uns des autres par des plaques de l'empilement, l'une au moins parmi l'entrée et la sortie pour le second fluide étant reliée à l'un des sous-ensembles par une canalisation traversant de manière étanche aux fluides le ou les sous-ensembles interposés entre le sous-ensemble à relier et ladite face d'extrémité.
- Les sous-ensembles d'éléments de trajet des premier et second fluides sont en nombre égal, les éléments de trajet de chaque sous-ensemble pour l'un des fluides étant en contact thermique avec les éléments de trajet d'un sous-ensemble pour 1 ' autre fluide et étant parcourus à contre-courant par rapport à ceux-ci.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'un échan- geur de chaleur tel que défini pour le réglage de la température d'une huile dans un véhicule automobile.
Dans le cas d'une huile circulant dans un organe mécanique d'un véhicule automobile, ladite face d'extrémité est avantageusement accolée audit organe mécanique pour une communication directe de celui-ci avec l'entrée et la sortie d'huile de l' echangeur.
Les caractéristiques et avantages de l'invention sont exposés plus en détail dans la description ci-après, avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue de dessus d'un echangeur de chaleur selon l'invention pour le réglage de la température de
l'huile de lubrification du moteur thermique d'un véhicule automobile .
Les figures 2 à 4 sont des vues en coupe selon les lignes II- II à IV-IV respectivement de 1 'echangeur de chaleur de la figure 1.
La figure 5 est une vue de dessus d'une variante de l' echangeur de chaleur de la figure 1.
Les figures 6 à 8 sont des vues en coupe selon les lignes VI- VI à VIII-VIII- respectivement de ï' echangeur de chaleur de la igure 5. La figure 9 est une vue en perspective d'un autre echangeur de chaleur selon l'invention.
La figure 10 est une vue de dessus de 1 'echangeur de chaleur de la figure 9.
Les figures 11 à 13 sont des vues en coupe selon les lignes XI-XI à XIII-XIII respectivement de l'echangeur de chaleur de la figure 9. Les echangeurs de chaleur représentés sont destiné à régler la température de l'huile de lubrification du moteur thermique d'un véhicule automobile, par échange thermique avec un fluide de refroidissement du moteur. Ils présentent une même structure générale comprenant un empilement de plaques de tôle embouties.
Par commodité, on appelle ici "dessus"' de l'echangeur de chaleur, indépendamment de l'orientation réelle de l' echangeur dans le véhicule, la face de celui-ci tournée vers le . haut des vues en coupe, sur lesquelles les plaqués présentent un rebord périphérique tourné vers le haut permettant leur emboîtement mutuel.
Comme on le voit sur les figures 2 à 4, et comme connu en soi, un empilement 2 comprend une multiplicité de paires de plaques, chaque paire étant formée de deux plaques 4, 5 ayant des configurations d'emboutissage différentes, les deux plaques d'une même paire délimitant entre elles un élément de trajet 6 pour l'huile, et deux plaques voisines 4, 5 appartenant à des paires différentes délimitant entre elles un élément de trajet 7 pour le fluide de refroidissement. Les plaques 4, 5 ont un même contour sensiblement rectangulaire, allongé dans la direction verticale de la figure 1 et dans la direction gauche-droite des figures 3 et 4.
La plaque 4-1 située à l'extrémité supérieure de l'empilement 2 est percée de deux ouvertures 10, 11 situées au voisinage de l'un de ses deux petits côtés, en haut de la figure 1 et à gauche des figures 3 et 4, et de deux ouvertures 12, 13 situées' au voisinage du côté opposé. L'extrémité inférieure de l'empilement est constitué par une plaque 4-2 qui ne comporte aucune ouverture et forme donc une paroi continue de l' echangeur. Toutes les plaques intermédiaires entre les plaques d'extrémité 4-1 et 4-2, à l'exception d'une plaque 4- 3, présentent des ouvertures dans l'alignement de l'ouverture 10, définissant un canal vertical 20-1 au-dessus de la plaque 4-3 et un canal vertical 20-2 au-dessous de celle-ci. Toutes les plaques intermédiaires sans exception présentent des ouvertures en regard des ouvertures 11, 12 et 13, définissant des canaux verticaux 21, 22 et 23 sur toute la hauteur de l'empilement. Par ailleurs, toutes les plaques à l'exception des plaques terminales et d'une plaque intermédiaire 4-4 présentent des ouvertures mutuellement alignées au voisinage du canal 22, définissant un canal vertical 24-1 au-dessus de la plaque 4-4 et un canal vertical 24-2 au-dessous de celle- ci. Dans l'exemple illustré sur les figures 2 a 4, les plaques de l'empilement délimitent douze éléments de trajet 6, à savoir quatre éléments de trajet entre les plaques 4-1 et 4-3, quatre éléments de trajet entre les plaques 4-3 et 4- 4 et quatre éléments de trajet entre les plaques 4-4 et 4-2. Des brasages appropriés des bords des ouvertures des plaques
4, 5 empêchent toute communication des canaux 20-1, 20-2,-22, 24-1 et 24-2 avec les éléments de trajet 7 destinés au fluide réfrigérant. De même, des brasages analogues empêchent toute communication des canaux 21 et 23 avec les éléments de trajet r l'i'πTβoiυcion à' 6 destinés à l'huile. De plus ,vun tube 32 s 'étendant sur une partie de la hauteur du canal 22, ou il est brasé aux bords des ouvertures, de la plaque 4-1 à la plaque 4-4, interdit toute communication de fluide entre ce canal et les éléments de trajet 6 adjacents à la paroi du tube.
L'ouverture 10 constitue une entrée pour l'huile provenant du moteur par l'intermédiaire d'une tubulure d'entrée 40 brasée au bord de cette ouverture, et l'ouverture 12 constitue une sortie pour l'huile vers le moteur par l'intermédiaire d'une tubulure de sortie 42 prolongeant vers le haut le tube 32 .
Les ouvertures 13 et 11 constituent respectivement une entrée et une sortie pour le fluide de refroidissement, par l'intermédiaire de -tubulures d'entrée et de sortie 43 , 41 semblables à la tubulure 40 et brasées aux bords des ouvertures.
Par l'ouverture d'entrée' 10, l'huile pénètre dans le canal 20-1, à partir duquel -elle circule "de gauche a droite . (figures 3 et 4) dans les éléments .de trajet situés au-dessus de la plaque 4-3. Elle emprunte ensuite le canal 24-1 pour atteindre les éléments de trajet situés entre les plaques 4-3 et 4-4, où elle circule de droite à gauche. Par le canal 20- 2, l'huile passe de ces derniers éléments de trajet à ceux situés au-dessous de la plaque 4-4, où elle circule de gauche à droite, pour atteindre le canal 22 et sortir par l'ouverture 12. L'huile circule donc en trois passes, comme illustré par des flèches sur les figures 3 et 4.
Par la tubulure d'entrée 43 et l'ouverture 13, le fluide de refroidissement pénètre dans le canal 23, puis il circule de droite à gauche (figures 3 ' et 4 ) en parallèle dans l'ensemble des éléments de trajet 7. Il parvient ainsi dans le canal 21 et sort de l' echangeur par l'ouverture 11 et la tubulure de • sortie 41. Le fluide de refroidissement circule donc en une
passe, à contre-courant par rapport à l'huile pour deux des trois passes de celle-ci.
Sur les figures 5 à 8, qui représentent une variante de 1 ' echangeur de chaleur des figures 1 à 4, les mêmes signes de référence que précédemment sont utilisés pour désigner l'empilement 2 et les éléments de celui-ci. L' echangeur de chaleur 50 des figures 5 a 8 diffère de celui décrit précédemment par les points suivants :
- Les positions des plaques 4-1 et 4-2, ainsi que celles des plaques 4-3 et 4-4, sont inversées, les ouvertures d'entrée et de sortie pour les deux fluides étant formées dans la face inférieure de l'empilement, et la face supérieure étant fermée.
- Les tubulures d'entrée et de sortie 40 à 43 sont supprimées . - Une semelle de montage 51 est accolée à la plaque d'extrémité inférieure 4-1 pour une fixation directe de l' echangeur de chaleur sur le moteur du véhicule .
La semelle 51 est percée d'ouverture 52, 53 et 54 en corres- pondance des ouvertures 10, 12 et 13 respectivement, et d'une ouverture non représentée en regard de l'ouverture 11, permettant le passage direct des deux fluides entre le moteur et l' echangeur de chaleur 50. Sur la figure 8 sont représentés des inserts 55, connus en soi, destinés à provoquer un écoulement turbulent de l'huile dans les éléments de trajets 6. De tels inserts peuvent être utilisés ou non dans les éléments de trajet 6 et/ou 7 de chacun des modes de réalisation de l' echangeur de chaleur selon l'invention.
L' echangeur de chaleur 60 représenté sur les figures 9 a 13 comprend un empilement 61 formé de paires de plaques embouties 62, 63 analogues aux paires de plaques 4, 5 précédemment
décrites. L'échangeur 60 comprend également des tubulures d'entrée et de sortie faisant saillie par rapport à une même plaque terminale 62-1, tournée vers le haut sur les figures 11 à 13. Une tubulure d'entrée 64 et une tubulure de sortie 65 pour le fluide de refroidissement sont situées respectivement à proximité des côtés gauche et droit de l'empilement, comme vu sur les figures 12 et 13, en regard l'une de l'autre dans la direction gauche-droite. On voit sur la figure 11 que la tubulure de sortie 65 communique avec un canal 75 s'éten- dant sur toute la hauteur de l'empilement. Un canal semblable communique avec la tubulure 64, permettant une circulation du fluide de refroidissement en une passe comme dans les echangeurs de chaleur décrits précédemment. Une tubulure d'entrée 66 et une tubulure de sortie 67 pour l'huile sont disposées à proximité du côté droit de l'empilement (figures 12 et 13). La tubulure 66 communique avec un canal vertical 76 formé par des ouvertures alignées des plaques 62 , 63 jusqu'à une plaque 62-3 située à mi-hauteur de l'empilement. La tubulure 67 se prolonge à l'intérieur de l'empilement par un tube 87 pénétrant dans un canal 77 formé par des ouvertures alignées ménagées dans toutes les plaques de l'empilement à l'exception de la plaque inférieure 62-2. Le tube 87 est brasé ,de manière étanche aux bords de ces ouvertures et s'étend jusqu'à la plaque 62-3.
L'huile arrivant par la tubulure 66 pénètre dans le canal 76, à partir duquel il circule dans les éléments de trajet 64 situés au-dessus de la plaque 62-3. Par un canal 78 formé à proximité du côté gauche de l'empilement, par l'alignement d'ouvertures ménagées dans toutes les plaques intermédiaires de celui-ci, l'huile passe ensuite dans les éléments de trajet 64 situés au-dessous de la plaque 62-3, où elle circule de gauche à droite, pour atteindre le canal 77, traverser le tube 87 et sortir par la tubulure 67. L'huile circule donc en deux passes dans l'échangeur de chaleur.
L'invention n'est pas limitée à un echangeur de chaleur permettant une circulation de fluide en deux passes ou en
trois passes, comme ceux décrits. Un nombre de passes supérieur à trois, pair ou impair, peut également être prévu. Le second fluide peut également circuler en plusieurs passes, notamment pour réaliser une circulation des deux fluides à contre-courant dans chacune des passes.