FR3111977A1 - Échangeur thermique comprenant un organe de réduction de section d’un collecteur. - Google Patents

Abstract

Titre : Échangeur thermique comprenant un organe de réduction de section d’un collecteur. La présente invention concerne un échangeur thermique (1) pour véhicule automobile comprenant au moins un faisceau (2) d’échange de chaleur constitué d’une pluralité de plaques (3) imbriquées les unes dans les autres suivant une direction d’empilement (E), le faisceau (2) d’échange de chaleur comprenant un premier circuit (20) destiné à être parcouru par un liquide caloporteur et comprenant au moins un premier collecteur d'entrée (44a) et un deuxième circuit destiné à être parcouru par un fluide réfrigérant et comprenant un deuxième collecteur d'entrée, au moins un organe de réduction (48) s’étend dans le volume définit par le premier collecteur d’entrée (44a).

Description

Échangeur thermique comprenant un organe de réduction de section d’un collecteur.

La présente invention se rapporte au domaine des échangeurs thermiques, notamment destinés à équiper les systèmes de climatisation et/ou les systèmes de refroidissement de véhicules automobiles.

Dans le domaine automobile, il est courant d’avoir à modifier une température d’un composant, tel qu’un moteur électrique, une batterie, un dispositif de stockage de calories et/ou de frigories ou analogues. A cet effet, le véhicule automobile est équipé d’un échangeur de chaleur qui comprend un faisceau d’échange de chaleur au sein duquel est ménagé un circuit de fluide réfrigérant, à l’intérieur duquel circule un fluide réfrigérant, et un circuit de liquide caloporteur, à l’intérieur duquel circule un liquide caloporteur. Afin de faire circuler le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur dans le faisceau d’échange de chaleur, le circuit de fluide réfrigérant et le circuit de liquide caloporteur comprennent respectivement une pluralité de chambres et une pluralité de canaux. La pluralité de chambres est alors alimentée en liquide caloporteur, au moyen d’un premier collecteur d’entrée, tandis que la pluralité de canaux est alimentée en fluide réfrigérant, au moyen d’un deuxième collecteur d’entrée.

Afin d’effectuer les échanges thermiques entre le liquide caloporteur et le fluide réfrigérant, chacun des canaux est agencé en alternance avec chacune des chambres, de telle sorte qu’une chambre soit encadrée de part et d’autre par un canaux.

Un problème d’un tel échangeur de chaleur réside en ce que le flux du liquide caloporteur dans la pluralité de chambres n’est pas réparti de manière homogène. En effet, il a été observé par les inventeurs que le flux de liquide caloporteur n’est pas réparti de manière identique dans chacune des chambres du faisceau d’échange de chaleur. Cet effet de la distribution du liquide caloporteur dans chacune des chambres tend à réduire les échanges thermiques avec le fluide réfrigérant, dans les chambres les moins alimentées.

La présente invention a pour objet de répondre au moins en partie au problème exposé ci-dessus en optimisant la répartition du flux du liquide caloporteur dans chacune des chambres du premier circuit du faisceau d’échange de chaleur.

L’invention porte sur un échangeur thermique pour véhicule automobile comprenant au moins un faisceau d’échange de chaleur constitué d’une pluralité de plaques imbriquées les unes dans les autres suivant une direction d’empilement E, le faisceau d’échange de chaleur comprenant :

• 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, le premier circuit comprenant une pluralité de chambres hydrauliquement reliées au premier collecteur d’entrée et au premier collecteur de sortie,
• 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, le deuxième circuit comprenant une pluralité de canaux hydrauliquement reliés au deuxième collecteur d’entrée et deuxième collecteur de sortie,

l’échangeur thermique étant configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le liquide caloporteur circulant dans la pluralité de chambres et le fluide réfrigérant circulant dans la pluralité de canaux,

caractérisé en ce que l’échangeur thermique comprend au moins un organe de réduction de section du premier collecteur d’entrée le long de la direction d’empilement.

L’échangeur thermique peut être un échangeur thermique configuré pour le refroidissement d’au moins un composant d’un véhicule automobile, tel qu’un dispositif de stockage électrique et peut également équiper un système de climatisation dudit véhicule automobile. Afin de mettre en œuvre les échanges thermiques entre le liquide caloporteur et le fluide réfrigérant, la pluralité de chambres et la pluralité de canaux sont agencées, dans le faisceau d’échange de chaleur, en alternance. Dit autrement, chacune des chambres est ménagée en alternance avec chacun des canaux suivant la direction d’empilement des plaques.

L’organe de réduction de section du premier collecteur d’entrée est ménagé de telle sorte qu’il diminue le volume définit par le premier collecteur d’entrée, et ce par exemple de manière progressive le long de la direction d’empilement des plaques. De manière plus précise, l’organe de réduction a pour but de réduire la section du premier collecteur d’entrée à mesure que l’on avance dans ledit premier collecteur d’entrée le long de la direction d’empilement des plaques, depuis l’entrée du premier collecteur d’entrée, c’est-à-dire l’arrivée du liquide caloporteur, jusqu’à une extrémité fermée du premier collecteur d’entrée, délimitée par au moins une plaque. On tire avantage d’un tel organe de réduction en ce qu’il permet d’homogénéiser le flux du liquide caloporteur dans chacune des chambres du faisceau d’échange de chaleur, en ce sens que les chambres ménagées au niveau de l’entrée du premier collecteur d’entrée nécessitent une quantité de liquide caloporteur plus important que les chambres ménagées à distance de l’entrée du premier collecteur d’entrée, afin d’être alimentées de manière similaire avec ces dernières.

Selon un exemple de réalisation de l’invention, l’organe de réduction est une pièce conique. On tire avantage d’une telle structure de l’organe de réduction en ce que sa forme profilée permet une réduction régulière et progressive des sections qui définissent le premier collecteur d’entrée.

Selon un exemple de l’invention, la pièce conique comprend une base et un sommet opposés l’un à l’autre suivant une direction d’allongement principale de l'organe de réduction et entre lesquels s’étend une paroi périphérique de la pièce conique.

Selon un exemple de l’invention, une direction d’allongement principale de l’organe de réduction est parallèle à la direction d’empilement de la pluralité de plaques du faisceau d’échange de chaleur.

Selon un exemple de l’invention, chacune des plaques de la pluralité de plaques du faisceau d’échange de chaleur comprend une paroi de fond entourée d’un bord relevé et la pluralité de plaques est répartie en un corps de faisceau qui est compris entre une première plaque d’extrémité et une deuxième plaque d’extrémité opposées l’une à l’autre suivant la direction d’empilement des plaques, chacune des parois de fond des plaques du corps de faisceau comprend au moins une ouverture qui délimite au moins en partie le volume du premier collecteur d’entrée, la paroi de fond de la première plaque d’extrémité comprenant au moins une ouverture d’admission du liquide caloporteur dans le premier collecteur d’entrée et la deuxième plaque d’extrémité présentant sa paroi de fond qui s’étend au droit des ouvertures des plaques du corps de faisceau, l’organe de réduction étant solidaire de la paroi de fond de la deuxième plaque d’extrémité.

On comprend d’une telle caractéristique que l’organe de réduction est disposé dans le premier collecteur d’entrée de telle sorte que son sommet soit tourné vers la première ouverture d’admission de la première plaque d’extrémité. Ainsi, lors de l’utilisation de l’échangeur de chaleur, le liquide caloporteur entrant dans le premier collecteur d’entrée par l’ouverture d’admission est tout d’abord en contact avec le sommet de l’organe de réduction, puis lèche la paroi périphérique de l’organe de réduction jusqu’à sa base, solidaire de la paroi de fond de la deuxième plaque d’extrémité.

Selon un exemple de l’invention, le premier collecteur d’entrée s’étend sur une longueur parallèle à la direction d’empilement des plaques et l’organe de réduction s’étend sur une dimension axiale mesurée le long de sa direction d’allongement principale, la dimension axiale de l’organe de réduction étant au plus égale à la longueur du premier collecteur d’entrée. Organe de réduction de section et premier collecteur d’entrée sont ainsi alignés le long d’une même direction, l’organe de réduction étant logé à l’intérieur du premier collecteur d’entrée.

Selon un exemple de l’invention, la dimension axiale de la pièce conique est égale à plus ou moins 2% à la longueur du premier collecteur d’entrée, dimension axiale et longueur étant mesurées le long de la même direction.

Selon un exemple de l’invention, la dimension axiale de la pièce conique est strictement inférieure à la longueur du premier collecteur d’entrée.

On comprend des caractéristiques précédentes, que l’organe de réduction est limité au premier collecteur d’entrée dans sa direction d’allongement principale.

Selon un exemple de l’invention, le premier collecteur d’entrée présente une section du premier collecteur d’entrée et la base de la pièce conique présente une section de la base strictement inférieure à la section du premier collecteur d’entrée. On garantit ainsi que la pièce conique peut aisément être installée dans le collecteur. On garantit aussi que le liquide caloporteur peut pénétrer dans les chambres qui sont à proximité de cette base, cette dernière n’obstruant pas la totalité du premier collecteur d’entrée.

La section du premier collecteur d’entrée et la section de la base sont prises suivant une direction perpendiculaire à la direction d’empilement des plaques du faisceau d’échange de chaleur.

Selon un exemple de l’invention, la section de la base de la pièce conique est comprise entre 20% et 80% de la section du premier collecteur d’entrée.

Selon un exemple de l’invention, au moins l’une de la section du premier collecteur d’entrée ou la section de la base de la pièce conique est une section circulaire. Avantageusement, la section du premier collecteur d’entrée et la section de la base sont des sections circulaires.

Selon un exemple de l’invention, la paroi périphérique de la pièce conique s’étend suivant un angle par rapport à un axe central de la pièce conique, l’angle étant compris entre 10° et 60°.

Selon un exemple de l’invention, la pièce conique est pourvue d’au moins un organe qui fait saillie de la paroi périphérique de la pièce conique.

Selon un exemple de l’invention, l’organe qui fait saillie de la pièce conique est configuré pour changer la direction du liquide caloporteur circulant au sein du premier collecteur d’entrée.

De manière plus précise, le liquide caloporteur entre dans le premier collecteur d’entrée suivant une première direction sensiblement rectiligne et parallèle à la direction d’empilement des plaques. L’organe qui émerge de la paroi périphérique a alors pour fonction de modifier cette première direction du liquide caloporteur en une deuxième direction du liquide caloporteur sécante de la première direction.

On comprend qu’une telle caractéristique de l’organe de réduction comprenant l’organe qui fait saillie de la pièce conique permet d’optimiser la répartition du liquide caloporteur dans chacune des chambres du faisceau d’échange de chaleur, le long de la direction d’empilement des plaques.

Selon un exemple de l’invention, l’organe est une hélice spiralée qui s’étend sur au moins une partie de la dimension axiale de la pièce conique. On comprend alors que l’hélice spiralée modifie la première direction de circulation du liquide caloporteur en deuxième direction de circulation, sensiblement spiralée.

Selon un exemple de l’invention, l’organe s’étend depuis la base de la pièce conique jusqu’au sommet de ladite pièce conique. On garantit ainsi une modification de la direction du flux de liquide caloporteur d’une extrémité à l’autre de la pièce conique.

Selon un exemple de l’invention, l’organe de réduction de section du premier collecteur d’entrée le long de la direction d’empilement est en aluminium ou en alliage d’aluminium.

Selon un exemple de l’invention, l’organe de réduction de section du premier collecteur d’entrée le long de la direction d’empilement est brasé simultanément avec le faisceau d’échange de chaleur.

Selon un exemple de l’invention, l’organe de réduction de section du premier collecteur d’entrée le long de la direction d’empilement est en une matière synthétique.

L’invention porte également sur un système de gestion thermique d’au moins un habitacle d’un véhicule automobile et/ou d’un dispositif de stockage d’énergie électrique du véhicule automobile et/ou de moyens de commande d’un moteur électrique propulsant le véhicule automobile, comprenant au moins un échangeur thermique selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes.

Selon un exemple du système de gestion thermique, le liquide caloporteur est de l'eau glycolée.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :

est une vue schématique en perspective d’un échangeur thermique selon l’invention ;

est une vue en coupe suivant un plan vertical et longitudinal du faisceau d’échange de chaleur de la figure 1 comprenant au moins un organe de réduction de section du premier collecteur d’entrée ;

est une vue schématique en perspective d’une plaque d’un faisceau d’échange de chaleur de l’échangeur thermique de la figure 1 ;

est une vue rapprochée en coupe suivant un plan vertical et longitudinal du premier collecteur d’entrée comprenant l’organe de réduction selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

est une vue rapprochée en coupe suivant un plan vertical et longitudinal du premier collecteur d’entrée comprenant l’organe de réduction selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;

est une vue rapprochée en coupe verticale du premier collecteur d’entrée comprenant l’organe de réduction selon un troisième mode de réalisation de l’invention.

représente une installation de gestion thermique qui est apte à modifier une température d’un habitacle d’un véhicule automobile et/ou d’un dispositif de stockage d’énergie électrique du véhicule automobile et/ou de moyens de commande d’un moteur électrique propulsant le véhicule automobile, l’installation comprenant un échangeur thermique représenté sur les figures précédentes.

Il faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, elles peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Il est également à noter que, sur l’ensemble des figures, les éléments similaires et/ou remplissant la même fonction sont indiqués par la même numérotation.

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 sont représentées par un trièdre (L, V, T) sur les figures. On définit un plan horizontal comme étant un plan perpendiculaire à l’axe vertical, un plan longitudinal comme étant un plan perpendiculaire à l’axe transversal, et un plan transversal comme étant un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal.

La figure 1 montre en perspective un échangeur thermique 1 selon l’invention, utilisé notamment pour refroidir notamment des cellules d’une batterie électrique. Cet échangeur thermique 1 pourrait être aussi employé pour refroidir et/ou réchauffer d’autres composants se trouvant dans un véhicule automobile.

L’échangeur thermique 1 met en œuvre un échange de calories entre un liquide caloporteur 7 et un fluide réfrigérant 5, le liquide caloporteur 7 étant alors refroidi par le fluide réfrigérant 5. Le liquide caloporteur 7 est de l’eau glycolée.

Le fluide réfrigérant 5 est par exemple du dioxyde de carbone ou un fluide frigorigène connu sous l’acronyme R134A ou 1234YF.

En référence à la figure 1, l’échangeur thermique 1 comprend un faisceau 2 d’échange de chaleur formé par un empilement de plaques 3, superposées les unes aux autres le long d’une direction d’empilement E, parallèle à l’axe vertical V. L’échangeur thermique 1, et donc le faisceau 2, comprend une première extrémité longitudinale 4 et une deuxième extrémité longitudinale 6 opposée à la première extrémité longitudinale 4 selon l’axe longitudinal L. La première extrémité longitudinale 4 et la deuxième extrémité longitudinale 6 sont opposées par rapport à un centre 8 de l’échangeur thermique 1.

L’échangeur thermique 1, et donc le faisceau 2, comprend une première extrémité transversale 10 et une deuxième extrémité transversale 12 opposée à la première extrémité transversale 10 selon l’axe transversal T. La première extrémité transversale 10 et la deuxième extrémité transversale 12 sont opposées par rapport au centre 8 de l’échangeur thermique 1.

Le faisceau 2 comprend une première plaque d’extrémité 14 et une deuxième plaque d’extrémité 16 qui délimitent le faisceau 2 le long de l’axe d’empilement E. Entre ces deux plaques d’extrémité 14, 16 sont agencées les plaques 3 qui forme un corps de faisceau 18 et qui délimitent deux circuits de circulation distincts : un premier circuit de circulation 20 configuré pour être parcouru par le liquide caloporteur 7 et un deuxième circuit de circulation 22 configuré pour être parcouru par le fluide réfrigérant 5.

Tel que cela est visible à la figure 2, illustrant une vue en coupe suivant le plan vertical A-A visible à la figure 1, deux plaques 3 immédiatement adjacentes définissent une chambre 24 ou un canal 26, où peut circuler respectivement le liquide caloporteur et le fluide réfrigérant 5. Les chambres 24 agencées pour la circulation du liquide caloporteur, alternent avec les canaux 26 agencés pour la circulation du fluide réfrigérant. Ainsi, une première plaque 3 peut être agencée pour la circulation du liquide caloporteur en collaboration avec une deuxième plaque 3 adjacente, et être agencée pour la circulation du fluide réfrigérant en collaboration avec une troisième plaque 3 adjacente. Une même plaque 3 est ainsi léchée d’un côté par le liquide caloporteur et de l’autre par le fluide réfrigérant.

L’ensemble des chambres 24 participent à former au moins en partie le premier circuit 20. L’ensemble des canaux 26 participent à former au moins en partie le deuxième circuit 22.

Comme visible sur la figure 3, chaque plaque 3 présente la forme d’une baignoire, c’est-à-dire qu’elle comprend une paroi de fond 28 entourée d’un bord relevé 30. La paroi de fond 28 a une forme de rectangle aux angles arrondis. Le bord relevé 30 entourant la paroi de fond 28 s’étend de façon continue tout autour de la plaque 3.

Les plaques 3 sont empilées les unes sur les autres, une face supérieure 32 d’une première plaque 3 étant en regard d’une face inférieure d’une deuxième plaque adjacente. De même, une face inférieure de la première plaque 3 est en regard d’une face supérieure d’une troisième plaque adjacente.

Les plaques 3 sont fabriquées par emboutissage, estampage ou roulage d’un feuillard d’un matériau agencé pour autoriser des échanges thermiques suffisant pour permettre à l’échangeur thermique 1 de remplir son rôle. Il peut notamment s’agir d’aluminium ou d’un alliage d’aluminium.

Selon un exemple de l’invention, les plaques 3 peuvent comprendre au moins un dispositif de perturbation 36 illustré sur la figure 3 et agencé pour perturber la circulation du liquide circulant le long des plaques 3. Ceci permet d’améliorer les échanges de chaleur entre le liquide caloporteur et le fluide réfrigérant. Le dispositif de perturbation 36 est par exemple issu de matière avec les plaques 3, c’est-à-dire qu’ils forment un seul bloc de matière avec la plaque 3 sur laquelle il est formé. Le dispositif de perturbation 36 peut être donc être issu du procédé de fabrication de la plaque 3, et est par exemple embouti en même temps que la plaque 3.

Le dispositif de perturbation 36 est ménagé sur la face supérieure 32 et sur la face inférieure de la paroi de fond 28 de la plaque 3 selon l’axe vertical V et s’étend entre la première extrémité longitudinale 4 et la deuxième extrémité longitudinale 6 de la plaque 3. Dans l’exemple illustré de la figure 3, le dispositif de perturbation 36 prend la forme de chevrons, c’est-à-dire une succession de sillons profilés en V vu dans un plan perpendiculaire à l’axe vertical V, c’est-à-dire dans le plan horizontal.

Chaque plaque 3 du corps de faisceau 18 comprend en outre des ouvertures 38. Dans l’exemple de l’invention, les plaques 3 du corps de faisceau 18 comporte chacune quatre ouvertures, disposées à chacun des angles de la plaque 3 et agencées dans la paroi de fond 28. Les plaques 3 comportent ainsi une première ouverture 38a, une deuxième ouverture 38b, une troisième ouverture 38c et une quatrième ouverture 38d. Les ouvertures 38 ont une forme circulaire et sont traversantes.

La première plaque d’extrémité 14 comprend également au moins une première ouverture d’admission 40 du liquide caloporteur 7, visible à la figure 2, une deuxième ouverture d’admission du fluide réfrigérant, non visible, tandis que la deuxième plaque d’extrémité 16 comprend au moins une première ouverture de sortie 43 du liquide caloporteur, visible à la figure 2, et une deuxième ouverture de sortie du fluide réfrigérant.

L’ensemble des ouvertures 38 des plaques 3 du corps du faisceau 18, de la première plaque d’extrémité 14 et de la deuxième plaque d’extrémité 16 sont agencées pour permettre le passage du liquide caloporteur et du fluide réfrigérant dans le faisceau 2 d’échange de chaleur.

En référence à la figure 3, la première ouverture 38a est disposée à l’angle de la première extrémité longitudinale 4 et de la première extrémité transversale 10 de l’échangeur thermique. Lorsque les plaques 3 sont empilées et forment le faisceau 2, les premières ouvertures 38a sont alors alignées entre elles et forment un premier collecteur d’entrée 44a du liquide caloporteur dans le premier circuit 20, visible à la figure 2. Le premier collecteur d’entrée 44a est bordé par le contour des premières ouvertures 38a, la première plaque d’extrémité 14 et la deuxième plaque d’extrémité 16. Le premier collecteur d’entrée 44a présente donc une forme de cylindre droit de section circulaire. Le premier collecteur d’entrée 44a permet de répartir le liquide caloporteur dans les chambres 24 formant en partie le premier circuit 20.

Comme illustré à la figure 3, la deuxième ouverture 38b est disposée à l’angle de la première extrémité longitudinale 4 et de la deuxième extrémité transversale 12 de l’échangeur thermique. Lorsque les plaques 3 sont empilées et forment le faisceau 2, les deuxièmes ouvertures 38b sont alors alignées entre elles et forment le deuxième collecteur d’entrée 44b du fluide réfrigérant du deuxième circuit 22, visible à la figure 1. Le deuxième collecteur d’entrée 44b est bordé par le contour des deuxièmes ouverture 38b, la première plaque d’extrémité 14 et la deuxième plaque d’extrémité 16. Le deuxième collecteur d’entrée 44b présente donc une forme de cylindre droit de section circulaire et permet de répartir le fluide réfrigérant dans les canaux 26 formant en partie le deuxième circuit 22.

En référence à la figure 3, la troisième ouverture 38c est disposée à l’angle de la deuxième extrémité longitudinale 6 et de la deuxième extrémité transversale 12 de l’échangeur thermique. Lorsque les plaques 3 sont empilées et forment le faisceau 2, les troisièmes ouvertures 38c sont alors alignées entre elles et forment un deuxième collecteur de sortie 46b, visible à la figure 1, du fluide réfrigérant dans le deuxième circuit 22. Le deuxième collecteur de sortie 46b est bordé par le contour des troisièmes ouvertures 38c, la première plaque d’extrémité 14 et la deuxième plaque d’extrémité 16. Elle présente donc une forme de cylindre droit de section circulaire. Le deuxième collecteur de sortie 46b permet de rassembler le fluide réfrigérant réparti dans la pluralité de canaux 26 et de l’envoyer à l’extérieur du deuxième circuit 22 du faisceau 2 d’échange de chaleur.

Comme le montre la figure 3, la quatrième ouverture 38d est disposée à l’angle de la deuxième extrémité longitudinale 6 et de la première extrémité transversale 10 de l’échangeur thermique. Lorsque les plaques 3 sont empilées et forment le faisceau 2, les quatrièmes ouvertures 38d sont alors alignées entre elles et forment un premier collecteur de sortie 46a du liquide caloporteur, visible à la figure 2. Le premier collecteur de sortie 46a est bordée par le contour des quatrièmes ouvertures 38d, la première plaque d’extrémité 14 et la deuxième plaque d’extrémité 16. Elle présente donc une forme de cylindre droit de section circulaire et permet de rassembler le liquide caloporteur réparti dans la pluralité de chambres 24 et de l’envoyer en dehors du premier circuit 20 du faisceau 2 d’échange de chaleur.

On comprend alors que les collecteurs d’entrée 44a, 44b assurent l’entrée du liquide caloporteur et du fluide réfrigérant respectivement dans les chambres 24 et dans les canaux 26 du faisceau 2 d’échange de chaleur et que les collecteurs de sortie 46a, 46b assurent la sortie dudit liquide caloporteur et dudit fluide réfrigérant desdites chambres 24 et desdits canaux 26.

Afin d’assurer une répartition homogène du liquide caloporteur au sein de chacune des chambres 24 qui composent le faisceau 2 d’échange de chaleur, au moins un organe de réduction 48, visible à la figure 2, de section du premier collecteur d’entrée 44a le long de la direction d’empilement E des plaques 3 est ménagé dans ledit premier collecteur d’entrée 44a. En effet, il a été remarqué par les inventeurs que la répartition du flux du liquide caloporteur depuis le premier collecteur d’entrée 44a vers chacune des chambres 24 n’était pas homogène, en ce sens que la quantité du liquide caloporteur est plus importante à mesure que l’on s’éloigne de l’entrée dudit premier collecteur d’entrée 44a. L’organe de réduction 48 sera détaillé plus loin dans la suite de la description détaillée, notamment aux figures 4 à 6.

Pour obtenir le faisceau 2 de plaques 3, les différentes plaques 3 sont empilées selon la direction d’empilement E. L’ensemble des plaques 3 sont alors brasées selon un procédé de brasage par passage dans un four. Cette étape solidarise les différentes plaques 3 entre elles.

Dans l’exemple de l’invention, les ouvertures d’admission 40 et les ouvertures de sortie 43 formées au niveau de la première plaque d’extrémité 14 et de la deuxième plaque d’extrémité 16 sont disposées aux droits des ouvertures 38 des plaques 3 du corps de faisceau 18. La première plaque d’extrémité 14 comprend ainsi la première ouverture d’admission 40 disposée au droit des première ouvertures 38a et la deuxième ouverture d’admission, non visible, disposée au droit des deuxième ouvertures 38b. La deuxième plaque d’extrémité 16 comprend la deuxième ouverture de sortie disposée au droit des troisième ouvertures 38c et la première ouverture de sortie 43 disposée au droit des quatrième ouvertures 38d. Les ouvertures d’admission 40 et les ouvertures de sortie 43 ont une forme sensiblement circulaire dans le plan horizontal et sont traversantes.

On comprend alors que la première ouverture d’admission 40 et la deuxième ouverture d’admission 43 forme les orifices d’entrée respectivement du liquide caloporteur et du fluide réfrigérant dans le premier collecteur d’entrée 44a et dans le deuxième collecteur d’entrée 44b. De même, la première ouverture de sortie 43 et la deuxième ouverture de sortie forment les orifices de sortie respectivement du liquide caloporteur et du fluide réfrigérant depuis le premier collecteur de sortie 46a et le deuxième collecteur de sortie 46b.

Selon un exemple de l’invention, l’échangeur thermique 1 comprend plusieurs interfaces 52 pour mettre en relation le premier circuit 20 et le deuxième circuit 22 du faisceau 2 d’échange de chaleur avec des conduits extérieurs de circulation.

Dans l’exemple de l’invention illustré en figure 1, l’échangeur thermique 1 comprend une première interface 52a pour que le liquide caloporteur puisse entrer dans l’échangeur thermique 1 par la première ouverture d’admission 40 et le premier collecteur d’entrée 44a.

L’échangeur thermique 1 comporte en outre une deuxième interface 52b pour que le fluide réfrigérant puisse entrer dans l’échangeur thermique 1 par la deuxième ouverture d’admission et le deuxième collecteur d’entrée 44b.

L’échangeur thermique 1 comporte par ailleurs une troisième interface 52c, par laquelle le fluide réfrigérant peut sortir de l’échangeur thermique 1 par le deuxième collecteur de sortie 46b et la deuxième ouverture de sortie.

L’échangeur thermique 1 comprend par ailleurs une quatrième interface 52d, visible à la figure 2, par laquelle le liquide caloporteur peut sortir de l’échangeur thermique 1 par le premier collecteur de sortie 46a et la première ouverture de sortie 43.

On comprend alors que chacune des interfaces 52 comprend au moins un passage 20 qui s’étend dans ladite interface 52 le long de la direction verticale V. Chacun des passages 20 des interfaces 52 est donc au droit de l’ouvertures d’admission ou de l’ouverture de sortie auquel l’interface 52 est associée, tel que précédemment évoqué ci-dessus. De la sorte on assure la liaison fluidique entre les interfaces 52 et les collecteurs d’entrée 44a, 44b ou les collecteurs de sortie 46a, 46b auquel chacun est associé. Les interfaces 52 peuvent alors prendre de manière non limitative la forme d’un manchon ou d’un cylindre de base carré.

L’organe de réduction 48 de section du premier collecteur d’entrée 44a le long de la direction d’empilement va maintenant être décrit en rapport avec les figures 4 à 6 montrant des vues en coupe, suivant la plan vertical et longitudinal A-A, visible à la figure 1, parallèle à la direction verticale V de l’échangeur de chaleur, le plan A-A passant par le premier collecteur d’entrée 44a et le premier collecteur de sortie 46a.

L’organe de réduction 48 de section du premier collecteur d’entrée 44a a pour fonction de diminuer le volume définit par le premier collecteur d’entrée 44a, par exemple de manière progressive le long de la direction d’empilement E des plaques 3. Dit autrement, l’organe de réduction 48 tend à réduire la section du premier collecteur d’entrée 44a de manière progressive depuis la première ouverture d’admission 40 jusqu’à la paroi de fond 28 de la deuxième plaque d’extrémité 16. On comprend ainsi que le volume définit par le premier collecteur d’entrée 44a est moins important à mesure que l’on s’éloigne de la première ouverture d’admission 40. De la sorte, une quantité plus importe de liquide caloporteur circule dans le premier collecteur d’entrée 44a au niveau de la première ouverture d’admission 40 qu’au niveau de la paroi de fond 28 de la deuxième plaque d’extrémité 16 et ainsi on homogénéise le flux de liquide caloporteur qui circule dans chacune des chambres 24 du faisceau 2 d’échange de chaleur.

Selon l’invention, l’organe de réduction 48 est par exemple une pièce conique 54 qui s’étend suivant une direction d’allongement principale C. L’organe de réduction 48 comprend alors au moins une base 56 et un sommet 58 opposés l’un à l’autre suivant la direction d’allongement principale C de l’organe de réduction 48. Une paroi périphérique 60 s’étend entre la base 56 et le sommet 58 de l’organe de réduction 48.

Toujours selon l’invention, on définit un axe central T de l’organe de réduction 48, parallèle à la direction d’allongement principale C dudit organe de réduction 48. La paroi périphérique 60 de l’organe de réduction 48 s’étend entre le sommet 58 et la base 56 suivant un angle G, par rapport à l’axe central T de l’organe de réduction 58, compris entre 10° et 60°.

L’organe de réduction 48 peut être de manière non limitative en aluminium, ou en un alliage d’aluminium, ou encore en une matière synthétique.

Selon l’invention, l’organe de réduction 48 est disposé dans le volume définit par le premier collecteur d’entrée 44a de telle sorte que sa direction d’allongement principale C soit parallèle à la direction d’empilement E des plaques 3 et donc également parallèle à la direction verticale V de l’échangeur de chaleur.

Toujours selon l’invention, l’organe de réduction 48 s’étend dans le volume définit par le premier collecteur d’entrée 44a, de telle sorte que son sommet 58 soit plus proche de la première ouverture d’admission 40 de la première plaque d’extrémité 14, que ne l’est sa base 56. Dit autrement, la base 56 de l’organe de réduction 48 est disposée au voisinage de la paroi de fond 28 de la deuxième plaque d’extrémité 16, tandis que le sommet 58 de l’organe de réduction 48 est ménagé au voisinage de la première ouverture d’admission 40 de la première plaque d’extrémité 14.

La base 56 de l’organe de réduction 48 est alors solidaire de la paroi de fond 28 de la deuxième plaque d’extrémité 16. Dit autrement, un moyen de fixation 62 est ménagé entre la base 56 de l’organe de réduction 48 et la paroi de fond 28 de la deuxième plaque d’extrémité 16 de telle sorte qu’elles soient solidaires l’une de l’autre. Selon un exemple de l’invention et de manière non limitative, le moyen de fixation 62 peut être une opération de brasage réalisée lors de la fabrication du faisceau d’échange de chaleur.

On définit une longueur L du premier collecteur d’entrée 44a correspondant à une distance suivant la direction d’empilement E des plaques 3, le long de laquelle s’étend ledit premier collecteur d’entrée 44a. On comprend alors que la longueur L du premier collecteur d’entrée 44a est prise entre la paroi de fond 28 de la deuxième plaque d’extrémité 16 et la première ouverture d’admission 42 de la première plaque d’extrémité 16.

De même, on définit une dimension axiale H de l’organe de réduction 48 correspondant à une distance, suivant la direction d’allongement principale C de l’organe de réduction 48, le long de laquelle s’étend ledit organe de réduction 48. Selon l’invention, la dimension axiale H de l’organe de réduction 48 est au plus égale à la longueur L du premier collecteur d’entrée 44a.

Selon les deux exemples de réalisation de l’invention visible à la figure 4 et 6, la dimension axiale H de l’organe de réduction 48 est égale à plus ou moins 2% à la longueur L du premier collecteur d’entrée 44a. Selon l’exemple de réalisation de l’invention visible à la figure 5, la dimension axiale H de l’organe de réduction 48 est inférieure à la longueur L du premier collecteur d’entrée 44a, ladite dimension axiale H correspondant sensible à deux tiers de ladite longueur L.

On définit une section S1 du premier collecteur d’entrée 44a, perpendiculaire à la direction d’empilement E des plaques du faisceau 2 d’échange de chaleur, la section S1 du premier collecteur d’entrée 44a étant circulaire tel qu’évoqué précédemment. On définit également une section S2 de la base 56 de l’organe de réduction 48, perpendiculaire à la direction d’allongement principale C de l’organe de réduction 48. On comprend de ce qui a été précédemment décrit, que la section S2 de la base 56 de l’organe de réduction 48 est circulaire.

Selon l’invention, la section S2 de la base 56 de l’organe de réduction 48 est strictement inférieure à la section S1 du premier collecteur d’entrée 44a. De manière plus précise, la section S2 de la base 56 de l’organe de réduction 48 est comprise entre 20% et 80% de la section S1 du premier collecteur d’entrée 44a.

On comprend de ce qui précède que l’organe de réduction 48 agit sur le flux de distribution du liquide caloporteur vers chacune des chambres 24 du faisceau 2 d’échange de chaleur au moyen de sa forme conique dont le sommet 58 est tourné en direction de la première ouverture d’admission 40 de la première plaque d’extrémité 14. Dit autrement, la section du premier collecteur d’entrée 44a est réduite de manière progressive depuis la première ouverture d’admission 40 jusqu’à la paroi de fond 28 de la deuxième plaque d’extrémité 16, de telle sorte qu’une quantité de liquide caloporteur soit plus importante au niveau de l’entrée du premier collecteur d’entrée 44a qu’au niveau de la fin du premier collecteur d’entrée 44a localisée vers la paroi de fond 28 de la deuxième plaque d’extrémité 16. De la sorte on assure une égalisation du flux du liquide caloporteur au sein de chacune des chambres 24 du faisceau 2 d’échange de chaleur.

L’organe de réduction 48 occupe ainsi de plus en plus de place au sein du premier collecteur d’entrée 44a à mesure qu’on se déplace de la première ouverture d’admission 40 vers la paroi de fond 28.

Selon le deuxième mode de réalisation de l’invention, visible à la figure 5, l’organe de réduction 48 comprend une section S3 intermédiaire prise entre le sommet 58 et la base 56 dudit organe de réduction 48 et une section S4 du sommet 58 de l’organe de réduction 48. La section S3 intermédiaire est alors strictement inférieure à la section S2 de la base 56 et strictement supérieure à la section S4 du sommet 58 de l’organe de réduction 48. Dit autrement, la section S4 du sommet 58 de l’organe de réduction 48 est strictement inférieure à la section S2 de la base 56 et de la section S3 intermédiaire de l’organe de réduction 48.

On comprend de l’ensemble des caractéristiques du deuxième mode de réalisation de l’organe de réduction 48 qui viennent d’être détaillées, que celui-ci concentre la réduction de section du premier collecteur d’entrée 44a au niveau des chambres 24 qui sont éloignées de la première ouverture d’admission 40 de la première plaque d’extrémité 14. On permet ainsi la diminution générale de la taille de l’organe de réduction 48 et on diminue ainsi les coûts de production associés à la fabrication dudit organe de réduction 48 tout en conservant une optimisation de la distribution du flux du liquide caloporteur dans chacune des chambres 24 du faisceau 2 d’échange de chaleur.

Selon le troisième mode de réalisation de l’invention, visible à la figure 6, la paroi périphérique 60 de la pièce conique 54 est pourvue d’au moins un organe 64 qui fait saillie de ladite paroi périphérique 60. L’organe 64 a notamment pour effet d’amplifier la répartition homogène du flux de liquide caloporteur au sein de chacune des chambres 24 du faisceau 2 d’échange de chaleur, notamment en changeant la direction de circulation initial du liquide caloporteur au sein du premier collecteur d’entrée 44a. Dit autrement, le liquide caloporteur entre dans le premier collecteur d’entrée 44a suivant une première direction I1 parallèle à la direction verticale V et change de direction pour aller vers les chambres du circuit de liquide caloporteur, suivant une deuxième direction I2. Dit autrement, le liquide caloporteur entre dans le premier collecteur d’entrée 44a suivant la première direction I1 puis vient au contact de l’organe 62 ce qui provoque sa déviation suivant la deuxième direction I2.

Selon un exemple du troisième mode de réalisation de l’invention, est de manière non limitative, l’organe 62 peut être une hélice spiralée 66 qui s’étend au moins sur une portion de la paroi périphérique 60. De manière avantageuse, l’hélice spiralée 66 s’étend depuis la base 56 de la pièce conique 54 jusqu’à son sommet 58.

On définit également une première spire de l’hélice spiralée 66 localisée au niveau du sommet 58 de la pièce conique 54 et une dernière spire de l’hélice spiralée 66 localisée au niveau de la base 56 de ladite pièce conique 54. Tel que cela est visible dans l’exemple illustré de l’invention, la première spire de l’hélice spiralée 66 présente un diamètre inférieur au diamètre de la dernière spire de l’hélice spiralée 66. Dit autrement, le diamètre des spires de l’hélice spiralée 66 augmente de manière progressive à mesure que l’on avance dans le premier collecteur d’entrée 44a, depuis la première ouverture d’admission 40 jusqu’à la paroi de fond 28 de la deuxième plaque d’extrémité 16. Une telle configuration de l’hélice spiralée 66 augmente la diffusion du liquide caloporteur suivant la deuxième direction I2 tel que décrit précédemment.

Sur la figure 7, l’échangeur thermique 1 qui vient d’être décrit trouve une application particulière et avantageuse dans une installation de gestion thermique 70 qui est apte à modifier une température d’un habitacle d’un véhicule automobile et/ou d’un dispositif de stockage d’énergie électrique 72 du véhicule automobile et/ou de moyens de commande 74 d’un moteur électrique propulsant le véhicule automobile. A cet effet, l’échangeur thermique 1 peut être relié à une première boucle externe 200 des moyens de commande 74 du moteur électrique et à une deuxième boucle externe 220 configurée pour modifier la température du dispositif de stockage d’énergie électrique 72 et/ou d’un air pulsé 80 destiné à être admis à l’intérieur de l’habitacle du véhicule automobile.

La première boucle externe 200 est alors reliée au premier circuit de l’échangeur thermique 1 et comprend au moins une pompe 82 pour faire circuler le liquide caloporteur 7, par exemple constitué d’eau glycolée ou analogue, entre l’échangeur thermique 1 et les moyens de commande 74 du moteur électrique.

La deuxième boucle externe 220 est reliée au deuxième circuit de l’échangeur thermique 1 et comprend au moins un compresseur 84 pour comprimer le fluide réfrigérant 5, par exemple formé de dioxyde de carbone ou analogue, l’échangeur thermique 1 pour céder des calories au flux d’air 80, un organe de détente 86 à l’intérieur duquel le fluide réfrigérant 5 subit une détente, un premier échangeur de chaleur 88 qui est agencé pour refroidir le dispositif de stockage d’énergie électrique 72 et un deuxième échangeur de chaleur 90 qui est agencé pour refroidir l’air pulsé 80.

Une telle installation de gestion thermique 70 est plus particulièrement dédiée à un véhicule automobile pourvu d’au moins un moteur électrique formant un moyen de propulsion du véhicule automobile, ce moteur électrique étant alimenté en énergie électrique par l’intermédiaire du dispositif de stockage d’énergie électrique 72.

Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.

L’invention atteint ainsi bien le but qu’elle s’était fixé en optimisant le flux du liquide caloporteur au sein de la pluralité de chambres du faisceau d’échange de chaleur au moyen de l’organe de réduction de section du premier collecteur d’entrée le long de la direction d’empilement.

Claims (10)

1. Echangeur thermique (1) pour véhicule automobile comprenant au moins un faisceau (2) d’échange de chaleur constitué d’une pluralité de plaques (3) imbriquées les unes dans les autres suivant une direction d’empilement (E), le faisceau (2) d’échange de chaleur comprenant :

   • un premier circuit (20) destiné à être parcouru par un liquide caloporteur (7) et comprenant un premier collecteur d'entrée (44a), par lequel le liquide caloporteur (7) est admis dans l’échangeur thermique (1), et un premier collecteur de sortie (46a) par lequel le liquide caloporteur (7) sort de l’échangeur thermique (1), le premier circuit (20) comprenant une pluralité de chambres (24) hydrauliquement reliées au premier collecteur d’entrée (44a) et au premier collecteur de sortie (46a),
   • un deuxième circuit (22) destiné à être parcouru par un fluide réfrigérant (5) et comprenant un deuxième collecteur d'entrée (44b), par lequel le fluide réfrigérant (5) est admis dans l'échangeur thermique (1), et un deuxième collecteur de sortie (46b) par lequel le fluide réfrigérant (5) sort de l'échangeur thermique (1), le deuxième circuit (22) comprenant une pluralité de canaux (26) hydrauliquement reliés au deuxième collecteur d’entrée (44b) et deuxième collecteur de sortie (46b),

   l’échangeur thermique (1) étant configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le liquide caloporteur (7) circulant dans la pluralité de chambres (24) et le fluide réfrigérant (5) circulant dans la pluralité de canaux (26),
   caractérisé en ce que l’échangeur thermique (1) comprend au moins un organe de réduction (48) de section du premier collecteur d’entrée (44a) le long de la direction d’empilement (E).
2. Echangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’organe de réduction (48) est une pièce conique (54).
3. Echangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la pièce conique (54) comprend une base (56) et un sommet (58) opposés l’un à l’autre suivant une direction d’allongement principale (C) de l’organe de réduction (48) et entre lesquels s’étend une paroi périphérique (60) de la pièce conique (54).
4. Echangeur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une direction d’allongement principale (C) de l’organe de réduction (48) est parallèle à la direction d’empilement (E) de la pluralité de plaques (3) du faisceau (2) d’échange de chaleur.
5. Echangeur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel chacune des plaques (3) de la pluralité de plaques (3) du faisceau (2) d’échange de chaleur comprend une paroi de fond (28) entourée d’un bord relevé (30) et la pluralité de plaques (3) est répartie en un corps de faisceau (18) qui est compris entre une première plaque d’extrémité (14) et une deuxième plaque d’extrémité (16) opposées l’une à l’autre suivant la direction d’empilement (E) des plaques (3), chacune des parois de fond (28) des plaques (3) du corps de faisceau (18) comprend au moins une ouverture (38) qui délimite au moins en partie le volume du premier collecteur d’entrée (44a), la paroi de fond (28) de la première plaque d’extrémité (14) comprenant au moins une ouverture d’admission (40) du liquide caloporteur (7) dans le premier collecteur d’entrée (44a) et la deuxième plaque d’extrémité (16) présentant sa paroi de fond (28) qui s’étend au droit des ouvertures (38) des plaques (3) du corps de faisceau (18), l’organe de réduction (48) étant solidaire de la paroi de fond (28) de la deuxième plaque d’extrémité (16).
6. Echangeur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le premier collecteur d’entrée (44a) s’étend sur une longueur (L) parallèle à la direction d’empilement (E) des plaques (3) et l’organe de réduction (48) s’étend sur une dimension axiale (H) mesurée le long de sa direction d’allongement principale (C), la dimension axiale (H) de l’organe de réduction (48) étant au plus égale à la longueur (L) du premier collecteur d’entrée (44a).
7. Echangeur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 3, dans lequel le premier collecteur d’entrée (44a) présente une section (S1) du premier collecteur d’entrée (44a) et la base (56) de la pièce conique (54) présente une section (S2) de la base (56) strictement inférieure à la section (S1) du premier collecteur d’entrée (44a).
8. Echangeur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 3 ou 7, dans lequel la pièce conique (54) est pourvue d’au moins un organe (64) qui fait saillie de la paroi périphérique (60) de la pièce conique (54).
9. Echangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’organe (64) qui fait saillie de la pièce conique (54) est configuré pour changer la direction du liquide caloporteur (7) circulant au sein du premier collecteur d’entrée (44a).
10. Système de gestion thermique (70) d’au moins un habitacle d’un véhicule automobile et/ou d’un dispositif de stockage d’énergie électrique (72) du véhicule automobile et/ou de moyens de commande (74) d’un moteur électrique propulsant le véhicule automobile, comprenant au moins un échangeur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.