Brevet FR2846734A1 — publié le 20040507

Module d'échangeur de chaleur à plaques comportant une section d'échange de chaleur refroidie à l'air atmosphérique, notamment pour un véhicule automobile L'invention se rapporte aux modules d'échange de chaleur, en particulier pour des véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un module d'échange de chaleur comportant une 10 multiplicité de plaques empilées, assemblées pour déterminer de premiers canaux d'écoulement pour un premier fluide, qui alternent avec de seconds canaux d'écoulement pour un second fluide. On connaît déjà (DE-A-195 11 991 et EP 1 063 486) des échangeurs de chaleur à plaques empilées utilisés, par exemple, en tant que refroidisseurs d'huile pour véhicules automobiles, pour assurer le refroidissement de l'huile du moteur et/ou de la boîte de vitesses automatiques, par échange thermique avec 20 un fluide de refroidissement, habituellement celui qui sert au refroidissement du moteur du véhicule. Toutefois, dans des échangeurs à plaques de ce type, les plaques sont regroupées en un seul étage, ce qui ne permet pas 25 de refroidir ou de réchauffer suffisamment un fluide parce que la température d'entrée du second fluide, avec lequel il est en relation d'échange de chaleur, n'est pas suffisamment basse, respectivement suffisamment élevée. Par ailleurs, il est possible que la puissance thermique disponible sur l'un des 30 fluides ne soit pas suffisante pour assurer le refroidissement, respectivement le réchauffement d'un fluide. La présente invention a pour objet un module d'échange de chaleur qui remédie à ces inconvénients. 35 A cet effet, elle propose un module d'échange de chaleur du type défini ci-dessus qui comporte au moins une cloison de séparation qui divise le module d'échange de chaleur en au moins deux sections d'échange de chaleur indépendantes ou non, l'un au moins des fluides qui circulent dans les sections d'échange de chaleur étant constitué par un flux d'air atmosphérique. Lorsque les deux sections d'échange de chaleur sont indépendantes, on réalise un module d'échange de chaleur constitué de deux échangeurs indépendants, l'un de ces 10 échangeurs étant refroidi, par exemple, par un fluide, tandis que le second est refroidi par une circulation d'air atmosphérique. Cette caractéristique permet de réduire l'encombrement du module d'échange de chaleur dans le compartiment moteur du véhicule. 15 Dans une réalisation préférée, l'une au moins des cloisons de séparation adjacentes à la section d'échange de chaleur dans laquelle circule le flux d'air atmosphérique comporte un passage de communication permettant le passage de l'un des 20 fluides qui circulent dans la section d'échange de chaleur située de l'autre côté de la cloison de séparation comportant les passages de communication dans la section d'échange de chaleur dans laquelle le flux d'air circule, afin de réaliser un échange de chaleur entre ce fluide et le flux d'air 25 atmosphérique. Grâce à cette caractéristique, si l'échange de chaleur avec un ou plusieurs fluides liquides ne suffit pas pour refroidir (éventuellement pour réchauffer> un fluide donné, un échange de 30 chaleur complémentaire avec un courant d'air atmosphérique permet de compléter le refroidissement, éventuellement le réchauffement de ce fluide. Dans une réalisation particulière, les plaques de l'une au 35 moins des sections d'échange de chaleur sont munies de bords périphériques relevés, assemblés de manière étanche pour délimiter les premiers canaux d'écoulement et les seconds canaux d'écoulement. Avantageusement, les plaques de la section d'échange de chaleur 5 dans laquelle circule le flux d'air atmosphérique délimitent de premiers canaux d'écoulement pour un fluide alternant avec de seconds canaux d'écoulement ouverts pour la circulation du flux d'air. Des intercalaires ondulés peuvent être disposés entre les plaques de la section d'échange de chaleur qui délimitent des canaux d'écoulement ouverts pour la circulation du flux d'air. Avantageusement, le module peut comporter une buse d'entrée 15 d'air pour canaliser le flux d'air vers les plaques de la section d'échange de chaleur dans laquelle circule le flux d'air atmosphérique, et une buse de sortie d'air pour canaliser le flux d'air à la sortie de la section d'échange de chaleur dans laquelle circule le flux d'air atmosphérique. 20 Enfin, l'invention concerne un circuit de climatisation, notamment de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un évaporateur, un compresseur, un condenseur, une valve de détente, dans lequel circule un fluide réfrigérant, le 25 condenseur étant constitué par un échangeur de chaleur à deux sections d'échange de chaleur conforme à la présente invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit 30 d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures: - la Figure 1 est une vue schématique en coupe d'un module d'échange de chaleur à deux étages conforme à la 35 présente invention; - la Figure 2 est une vue partielle en coupe à échelle - la Figure 3 - la Figure 4 - la Figure 5 agrandie du module d'échange de chaleur représenté sur la Figure 1; est une vue schématique en coupe d'une seconde réalisation d'un module d'échange de chaleur à deux étages conforme à la présente invention; est une vue schématique de la partie avant d'un véhicule automobile; est une loupe qui représente un agrandissement de la partie entourée en traits tiretés du capot moteur du véhicule de la Figure 4; est une loupe qui représente une vue à échelle agrandie montrant une variante de l'implantation d'un condenseur conforme à l'invention dans un véhicule automobile. - la Figure 6 On a représenté sur la Figure 1 une vue en coupe d'un module d'échange de chaleur conforme à l'invention. Il est divisé en une première section d'échange de chaleur désignée par la référence générale 10 et une seconde section d'échange de 20 chaleur désignée par la référence générale 12. Les sections d'échange de chaleur 10 et 12 sont séparées par une plaque de séparation 14. Seul le fluide à refroidir ou à réchauffer passe dans les deux sections. La section d'échange de chaleur 10 est constituée de plaques 2 empilées les unes sur les autres et munies chacune d'un rebord périphérique 3. Les rebords périphériques 3 sont assemblés de manière étanche pour délimiter entre les plaques 2 de premiers canaux d'écoulement pour un premier fluide F1 qui alternent 30 avec de seconds canaux d'écoulement pour un second fluide F2. La section d'échange de chaleur 12 est constituée par un empilement de plaques 4 qui se distinguent des plaques 2 de la section d'échange de chaleur 10 par le fait qu'elles ne 35 comportent pas de rebord incliné 3. Ces plaques sont conçues de manière à déterminer de premiers canaux d'écoulement pour la circulation d'un premier fluide, généralement un liquide, et de seconds canaux comportant une entrée et une sortie ouvertes pour l'entrée d'un flux d'air, comme schématisé par les flèches 5 (Figure 2) et pour la sortie de ce flux, comme schématisé par la flèche 6. Sur la Figure 1, on a représenté seulement une tubulure d'entrée 15 pour le premier fluide F1 et seulement une tubulure de sortie 17 pour le second fluide F2. Toutefois, il est entendu que quatre tubulures sont en réalité prévues sur la plaque d'extrémité 19 du module d'échange de chaleur, à savoir une tubulure d'entrée 15 pour le premier fluide F1 et une tubulure de sortie pour ce même fluide, située derrière la tubulure 15. Cette tubulure de sortie n'est donc pas visible 15 sur la figure. De même, une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie 17 sont prévues pour le second fluide F2. La tubulure d'entrée du fluide F2 est située derrière la tubulure de sortie 17. Elle n'est pas visible sur la Figure 1. En variante, la sortie du fluide Fl peut se trouver de l'autre côté du module, 20 comme montré par la tubulure 16 représentée en traits interrompus. Les sections d'échange de chaleur 10 et 12 peuvent être indépendantes l'une de l'autre. Dans ce cas, la cloison de 25 séparation 14 disposée entre ces deux sections ne comporte aucun passage de communication pour les fluides qui circulent dans ces différentes sections. On détermine ainsi deux échangeurs de chaleur indépendants, le premier échangeur, correspondant à la section d'échange de chaleur 10, étant 30 refroidi par une circulation fluide-fluide, tandis que le second échangeur de chaleur, correspondant à la section d'échange de chaleur 12, est refroidi par une circulation d'un flux d'air atmosphérique extérieur. Avantageusement, la section d'échange de chaleur 12 comporte une buse d'entrée d'air 7 qui permet de canaliser le flux d'air vers les plaques 4 de la section 12 et une buse de sortie d'air 9 qui permet de canaliser le flux d'air en sortie des plaques 4. Ainsi, les fluides Fi et F2 circulent dans la section d'échange de chaleur 10 en relation d'échange thermique l'un avec l'autre. Dans l'exemple représenté, le module d'échange de chaleur est un condenseur utilisé pour condenser le fluide réfrigérant du circuit de climatisation du véhicule automobile, 10 par exemple le R134a ou du gaz carbonique. Le fluide F1 est donc constitué par le fluide réfrigérant du circuit de climatisation, tandis que le fluide F2 est un liquide, généralement l'eau du circuit de refroidissement du moteur. Dans l'exemple représenté, les sections d'échange de chaleur 10 et 12 ne sont pas indépendantes l'une de l'autre. C'est pourquoi la cloison de séparation 14 comporte deux passages de communication 21 situés respectivement au regard de la tubulure d'entrée 15 du fluide réfrigérant du circuit de climatisation 20 et de la tubulure de sortie de ce même fluide. La cloison de séparation ne comporte pas de passage de communication au regard des tubulures d'entrée et de sortie du fluide F2. Ainsi, seul le fluide réfrigérant F1 du circuit de 25 climatisation peut pénétrer dans la section d'échange de chaleur 12 par le passage de communication 21 situé au droit de la tubulure d'entrée 15. Parvenu dans cette section 12, il circule dans les premiers canaux d'écoulement délimités entre les plaques 4 de la section 12 en relation d'échange de chaleur 30 avec l'air atmosphérique qui circule dans les seconds canaux d'écoulement délimités entre ces mêmes plaques 4. Après avoir traversé les canaux d'écoulement, le fluide F, ressort de la section d'échange de chaleur 12 par le deuxième passage de communication 21 situé au regard de la tubulure de sortie (non 35 représentée et non référencée) du fluide F1. On réalise ainsi un module d'échange de chaleur à deux étages et à trois fluides. Dans le premier étage, correspondant à la section d'échange de chaleur 10, le fluide réfrigérant du circuit de climatisation est refroidi par échange de chaleur 5 avec le fluide F2, puis, dans le second étage, correspondant à la section d'échange de chaleur 12, par échange de chaleur avec le flux d'air atmosphérique. La présence du second étage permet de compléter le refroidissement du fluide réfrigérant dans le cas o son refroidissement ne serait pas suffisamment assuré 10 par l'échange de chaleur avec le second fluide F2. Bien entendu, le module d'échange de chaleur de l'invention peut ne comporter qu'une seule passe ou bien, de manière connue, il peut comporter une multiplicité de passes. 15 Avantageusement, la cloison de séparation 14 peut être constituée par une plaque courante 2 de la section d'échange de chaleur 10, ou encore par une plaque courante 4 de la section d'échange de chaleur 12. On a représenté sur la Figure 3 une vue schématique en coupe d'un autre exemple de réalisation d'un module d'échange de chaleur conforme à l'invention. Il comporte une première section d'échange de chaleur 10 et une seconde section 25 d'échange de chaleur 12 séparées par une cloison de séparation 14. Sur la Figure 3, la coupe est prise à travers la tubulure d'entrée du fluide F2, désignée par la référence 23, et la tubulure de sortie 17 de ce même fluide F2. Les tubulures d'entrée et de sortie du premier fluide F1 ne sont pas 30 représentées. Ce mode de réalisation se distingue par la constitution différente des plaques 25 de la section d'échange de chaleur 12. Les plaques 25 sont groupées par paires. Les plaques d'une 35 même paire comportent des cuvettes 27 tournées l'une vers l'autre et mutuellement reliées de façon étanche à leur périphérie. Les fonds de ces cuvettes 27 communiquent par des ouvertures 29, de manière à délimiter des chambres de circulation 31 pour le fluide liquide de la section d'échange de chaleur 12. Par ailleurs, les plaques 25 délimitent entre 5 elles des passages de circulation 33 pour le flux d'air atmosphérique 35. On remarque que dans ce mode de réalisation le flux d'air 35 circule perpendiculairement à la circulation de l'autre fluide, et non à contre-courant ou à concourant. De préférence, des intercalaires ondulés 37 sont disposés dans les 10 passages de circulation 33 du flux d'air atmosphérique 35. Le fonctionnement de ce second exemple de réalisation est similaire à celui du module d'échange de chaleur qui a été décrit en référence aux Figures 1 et 2. Le fluide réfrigérant 15 F1 du circuit de climatisation circule dans la première section d'échange de chaleur 10 en relation d'échange de chaleur avec le fluide F2, généralement l'eau de refroidissement du moteur, puis passe dans la section d'échange de chaleur 12 par des passages de communication ménagés dans la plaque de séparation 20 14 afin de circuler en relation d'échange de chaleur avec le courant d'air atmosphérique 35 pour abaisser encore davantage sa température. Bien que, sur la Figure 3, les chambres de circulation 31 aient 25 été représentées en regard des chambres de circulation du fluide F2, dans la réalité, les chambres de communication se trouvent en regard des tubulures d'entrée et de sortie, respectivement, du fluide F1. On a représenté sur la Figure 4 une vue schématique de la partie avant d'un véhicule automobile 40. Le cercle représenté en traits pointillés 41 entoure une zone 42 située sous le capot moteur 43 du véhicule automobile, dans laquelle il est possible d'implanter un module d'échange de chaleur multi35 étages et multi-fluides conforme à la présente invention. La Figure 5 est une loupe qui représente à échelle agrandie la zone entourée par le cercle 41 en traits tiretés de la Figure 4. Le module d'échange de chaleur de l'invention, désigné par la référence générale 45, est constitué de deux étages, à 5 savoir un premier étage constitué par la section d'échange de chaleur 10, refroidie par l'eau de refroidissement du circuit de refroidissement du moteur thermique du véhicule, et un second étage constitué par la section d'échange de chaleur 12, refroidie par une circulation d'air atmosphérique. La flèche 46 10 désigne l'entrée de l'air dans un conduit 47, tandis que la flèche 48 symbolise la sortie de l'air d'un conduit 49 après la traversée de la section d'échange de chaleur 12. Un ventilateur 50 peut éventuellement assurer une circulation forcée de l'air. La référence 52 désigne l'évaporateur du circuit de 15 climatisation. Le flux d'air 54 est refroidi, préalablement à son entrée dans l'habitacle du véhicule, par la traversée de l'évaporateur 52. On a représenté sur la Figure 6 une loupe similaire à celle de 20 la Figure 5. Dans cette réalisation, l'implantation du module d'échange de chaleur 45 de l'invention diffère par le fait que la buse de sortie de l'air 54 débouche dans le compartiment moteur 53 du véhicule (flèche 57) au lieu d'être rejeté vers l'extérieur (flèche 48 de la Figure 5). 25 Revendications 1. Module d'échange de chaleur comportant une multiplicité de plaques empilées (2, 4), assemblées pour délimiter de premiers 5 canaux d'écoulement pour un premier fluide (F1) qui alternent avec de seconds canaux d'écoulement pour un second fluide (F2), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cloison de séparation (14) qui divise le module d'échange de chaleur en au moins deux sections d'échange de chaleur (10, 12) indépendantes 10 ou non, l'un au moins des fluides (F1, F2) qui circulent dans les sections d'échange de chaleur (10, 12) étant constitué par un flux d'air atmosphérique (5). 2. Module d'échange de chaleur selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que l'une au moins des cloisons de séparation (14) adjacentes à la section d'échange de chaleur (12) dans laquelle circule le flux d'air atmosphérique (5, 6) comporte des passages de communication (21) permettant le passage de l'un des fluides (F1) qui circulent dans la section d'échange 20 de chaleur (10) située de l'autre côté de la cloison de séparation (14) comportant les passages de communication (21) dans la section d'échange de chaleur (12) dans laquelle le flux d'air (5, 6) circule afin de réaliser un échange de chaleur entre ce fluide (F1) et le flux d'air atmosphérique (5, 6). 25 3. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les plaques (2) de l'une au moins des sections d'échange de chaleur (10) sont munies de rebords périphériques (3) relevés, assemblés de manière étanche. 30 4. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les plaques (4) de la section d'échange de chaleur (12) dans laquelle circule le flux d'air atmosphérique (5, 6) délimitent de premiers canaux d'écoulement 35 pour un fluide (F1) alternant avec de seconds canaux d'écoulement ouverts pour la circulation du flux d'air (5, 6). il 5. Module d'échange de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que des intercalaires ondulés (37) sont disposés entre les plaques (25) de la section d'échange de chaleur (12) qui délimitent des canaux ouverts pour la circulation du flux d'air (35). 6. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une buse d'entrée (7) pour canaliser le flux d'air (5) vers les plaques (4) de la 10 section d'échange de chaleur (12) dans laquelle circule le flux d'air, et une buse de sortie (9) pour canaliser le flux d'air (6) à la sortie des plaques (4) de la section d'échange de chaleur (12) dans laquelle circule ce même flux d'air. 7. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les cloisons de séparation (14) sont constituées par des plaques courantes (2, 4) des sections d'échange de chaleur (10, 12). 8. Circuit de climatisation, notamment de l'habitacle d'un véhicule automobile, comportant un évaporateur (52), un compresseur, un condenseur (45), une valve de détente, dans lequel circule un fluide réfrigérant (F1) , caractérisé en ce que le condenseur (45) est constitué par un échangeur de 25 chaleur à deux étages (10, 12) conforme à l'une des revendications 1 à 7.