Brevet FR3107342A1 — publié le 20210820

Échangeur de chaleur tri-fluides (1) comportant un empilement de plaques (20a, 20b, 20c, 30a, 30b, 30c) et: un premier circuit de circulation (11) d’un premier fluide caloporteur entre un premier collecteur (11a) d’entrée et un premier collecteur (11b) de sortie du premier fluide caloporteur, un deuxième circuit de circulation (12) d’un deuxième fluide caloporteur entre un deuxième collecteur (12a) d’entrée et un deuxième collecteur (12b) de sortie du deuxième fluide caloporteur, un troisième circuit de circulation (13) d’un troisième fluide caloporteur entre un troisième collecteur (13a) d’entrée et un troisième collecteur (13b) de sortie du troisième fluide caloporteur, l’empilement de plaques (20a, 20b, 20c, 30a, 30b, 30c) formant une alternance de premiers (A) et deuxièmes (B) espaces de circulation de fluide caloporteur empilés dans le sens de l’empilement de plaques (20a, 20b, 20c, 30a, 30b, 30c), le premier circuit (11) étant disposé au sein des premiers espaces de circulation (A) et les deuxième (12) et troisième (13) circuits étant disposés conjointement au sein des deuxièmes espaces de circulation (B). Figure d’abrégé: Fig 1 Échangeur de chaleur tri-fluides à plaques La présente invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur et plus particulièrement le domaine des échangeurs de chaleur tri-fluides à plaques pour véhicule automobile permettant les échanges d’énergie calorifique entre deux fluides caloporteurs distincts et un troisième fluide caloporteur. Les échangeurs de chaleurs à plaques comportent généralement un empilement de plaques formant différents espaces de circulation superposés dans lesquels passent les différents fluides caloporteurs. Dans chaque espace de circulation circule un fluide caloporteur distinct. Un premier fluide caloporteur circule généralement dans des espaces de circulation en alternance sur toute la hauteur de l’empilement de plaques. Les deuxième et troisième fluides caloporteurs circulent quant à eux dans des espaces de circulation distincts entre deux espaces de circulation dans lesquels circule le premier fluide caloporteur. Les deuxième et troisième fluides caloporteurs circulent ainsi chacun sur une partie de la hauteur de l’empilement de plaques. Cependant, ce type d’architecture peut engendrer une taille importante de l’échangeur de chaleur tri-fluides ce qui peut poser un problème d’intégration au sein du véhicule automobile. Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement les inconvénients de l’art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur tri-fluides amélioré. La présente invention concerne donc un échangeur de chaleur tri-fluides comportant un empilement de plaques et: un premier circuit de circulation d’un premier fluide caloporteur entre un premier collecteur d’entrée et un premier collecteur de sortie du premier fluide caloporteur, un deuxième circuit de circulation d’un deuxième fluide caloporteur entre un deuxième collecteur d’entrée et un deuxième collecteur de sortie du deuxième fluide caloporteur, un troisième circuit de circulation d’un troisième fluide caloporteur entre un troisième collecteur d’entrée et un troisième collecteur de sortie du troisième fluide caloporteur, l’empilement de plaques formant une alternance de premiers et deuxièmes espaces de circulation de fluide caloporteur empilés dans le sens de l’empilement de plaques, le premier circuit étant disposé au sein des premiers espaces de circulation et les deuxième et troisième circuits étant disposés conjointement au sein des deuxièmes espaces de circulation. Selon un aspect de l’invention, le premier circuit de circulation comporte au moins deux passes au sein d’un même premier espace de circulation. Selon un autre aspect de l’invention, le deuxième et troisième circuits de circulation comportent chacun au moins deux passes au sein d’un même deuxième espace de circulation. Selon un autre aspect de l’invention, au sein des deuxièmes espaces de circulation, les deuxième et troisième circuits de circulation sont disposés côte à côte de sorte que le deuxième circuit de circulation oit disposé à l’aplomb d’une première passe du premier circuit de circulation et le troisième circuit de circulation à l’aplomb d’une deuxième passe du premier circuit de circulation. Selon un autre aspect de l’invention, au sein des deuxièmes espaces de circulation, les deuxième et troisième circuits de circulation sont entremêlés de sorte qu’une passe du premier circuit de circulation soit disposée simultanément à l’aplomb d’une passe du deuxième (12) t du troisième circuit de circulation. Selon un autre aspect de l’invention, la circulation du premier fluide caloporteur dans les premiers espaces de circulation est à contre-courant de la circulation des deuxième et troisième fluides caloporteurs dans les deuxièmes espaces de circulation. Selon un autre aspect de l’invention, les plaques comportent au moins une nervure configurée pour définir le trajet des passes. Selon un autre aspect de l’invention, chaque espace de circulation comporte une première et une deuxième plaque accolées l’une à l’autre définissant ledit espace de circulation, dans l’empilement, la deuxième plaque d’un espace de circulation étant au contact de la première plaque de l’espace de circulation adjacent et inversement. Selon un autre aspect de l’invention, les plaques ont un profil incurvé avec des bords latéraux, les plaques étant emboîtées les unes dans les autres, les bords latéraux de deux plaques adjacentes se chevauchant de sorte à former les espaces de circulation. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, fournie à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique en coupe d’un échangeur de chaleur tri-fluides selon un premier mode de réalisation, la figure 2 est une représentation schématique en perspective éclatée d’un échangeur de chaleur tri-fluides, la figure 3 est une représentation schématique en vue de dessus d’un premier espace de circulation selon le premier mode de réalisation, la figure 4 est une représentation schématique en vue de dessus d’un deuxième espace de circulation selon le premier mode de réalisation, la figure 5 est une représentation schématique en coupe des premier et deuxième espaces de circulation selon une première variante, la figure 6 est une représentation schématique en coupe des premier et deuxième espaces de circulation selon une deuxième variante, la figure 7 est une représentation schématique en coupe d’un échangeur de chaleur tri-fluides selon un deuxième mode de réalisation, la figure 8 est une représentation schématique en vue de dessus d’un premier espace de circulation selon le deuxième mode de réalisation, la figure 9 est une représentation schématique en vue de dessus d’un deuxième espace de circulation selon le deuxième mode de réalisation. Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou inter-changées pour fournir d'autres réalisations. Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément inter-changer de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère. Les figures 1 et 2 montrent un échangeur de chaleur tri-fluides 1 respectivement représenté schématiquement en coupe et en perspective éclatée. Cet échangeur de chaleur tri-fluides 1 comporte un empilement de plaques 20a, 20b, 20c, 30a, 30b, 30c (visibles sur les figures 5 et 6) formant une alternance de premiers A et deuxièmes B espaces de circulation de fluide caloporteur empilés dans le sens de l’empilement de plaques 20a, 20b, 20c, 30a, 30b, 30c. L’échangeur de chaleur tri-fluides 1 comporte également un premier circuit de circulation 11 d’un premier fluide caloporteur entre un premier collecteur 11a d’entrée et un premier collecteur 11b de sortie du premier fluide caloporteur. L’échangeur de chaleur tri-fluides 1 comporte en outre un deuxième circuit de circulation 12 d’un deuxième fluide caloporteur entre un deuxième collecteur 12a d’entrée et un deuxième collecteur 12b de sortie du deuxième fluide caloporteur. L’échangeur de chaleur tri-fluides 1 comporte de plus un troisième circuit de circulation 13 d’un troisième fluide caloporteur entre un troisième collecteur 13a d’entrée et un troisième collecteur 13b de sortie du troisième fluide caloporteur. Le premier fluide caloporteur peut par exemple être un fluide réfrigérant utilisé au sein d’un circuit de climatisation comme par exemple du CO2, du R134a ou encore du R1234y. Le deuxième fluide caloporteur peut quant à lui être de l’eau glycolée circulant dans un circuit de gestion thermique par exemple des batteries d’un véhicule électrique ou hybride. Le troisième fluide caloporteur peut quant à lui être également un fluide caloporteur comme l’eau glycolée circulant dans un autre circuit de gestion thermique. Le premier circuit de circulation 11 est disposé au sein des premiers espaces de circulation A et les deuxième 12 et troisième 13 circuits de circulation sont disposés conjointement au sein des deuxièmes espaces de circulation B. De ce fait, les deuxième 12 et troisième 13 circuits de circulation ne prennent pas chacun un espace de circulation A ou B et peuvent chacun permettre les échanges d’énergie calorifique avec le premier circuit de circulation 11. La taille de l’échangeur de chaleur 1 peut ainsi être contenue. Dans l’exemple de la figure 2, les circuits de circulations 11, 12, 13 comportent une seule passe par espace de circulation A, B. Les circuits de circulations 11, 12, 13 peuvent néanmoins comporter chacun au moins deux passes au sein d’un même espace de circulation A, B afin d’améliorer l’efficacité des échanges thermiques entre le premier fluide caloporteur et les deuxième et troisième fluides caloporteurs. Les figures 3 et 4 montrent un premier mode de réalisation des premiers A et deuxièmes B espaces de circulation comportant au moins deux passes. La figure 3 montre plus particulièrement une représentation du premier circuit de circulation 11 au sein du premier espace de circulation A. Le premier circuit de circulation 11 comporte une première passe 110a partant du premier collecteur 11a d’entrée et traversant le premier espace de circulation A sur sa longueur. Le premier circuit de circulation 11 comporte une deuxième passe 110b reliée à l’extrémité de la première passe 110a opposée au premier collecteur 11a d’entrée. Cette deuxième passe 110b traverse le premier espace de circulation A sur sa longueur et rejoint le deuxième collecteur 11b d’entrée. Les première 110a et deuxième 110b passes sont côte à côte et séparées par une paroi 115. Les premiers collecteurs 11a et 11b sont disposés d’un même côté du premier espace de circulation A. Les deuxièmes 12a, 12b et troisièmes 13a, 13b collecteurs traversent quant à eux de part en part le premier espace de circulation A et sont isolés de sorte à ce qu’ils ne puisse être en communication fluidique avec le premier circuit de circulation 11 ou entre eux. Dans l’exemple illustré à la figure 3, les deuxièmes 12a, 12b et troisièmes 13a, 13b collecteurs sont alignés et disposés sur le premier espace de circulation A à l’opposé des premiers collecteurs 11a, 11b. La figure 4 montre quant à elle une représentation des deuxième 12 et troisième 13 circuits de circulation au sein du deuxième espace de circulation B. Le deuxième circuit de circulation 12 comporte une première passe 120a partant du deuxième collecteur 12a d’entrée et traversant le deuxième espace de circulation B sur sa longueur. Le deuxième circuit de circulation 12 comporte une deuxième passe 120b reliée à l’extrémité de la première passe 120a opposée au deuxième collecteur 12a d’entrée. Cette deuxième passe 120b traverse le deuxième espace de circulation B sur sa longueur et rejoint le deuxième collecteur 12b d’entrée. Les première 120a et deuxième 120b passes sont côte à côte et séparées par une paroi 125. Le troisième circuit de circulation 13 comporte une première passe 130a partant du troisième collecteur 13a d’entrée et traversant le deuxième espace de circulation B sur sa longueur. Le troisième circuit de circulation 13 comporte une deuxième passe 130b reliée à l’extrémité de la première passe 130a opposée au troisième collecteur 13a d’entrée. Cette deuxième passe 130b traverse le deuxième espace de circulation B sur sa longueur et rejoint le deuxième collecteur 13b d’entrée. Les première 130a et deuxième 130b passes sont côte à côte et séparées par une paroi 135. Au sein des deuxièmes espaces de circulation B, les deuxième 12 et troisième 13 circuits de circulation sont disposés côte à côte de sorte que le deuxième circuit de circulation 12 soit disposé à l’aplomb d’une première passe 110a du premier circuit de circulation 11 et le troisième circuit de circulation 13 à l’aplomb d’une deuxième passe 110b du premier circuit de circulation 11. Les deuxième 12 et troisième 13 circuits de circulation sont séparés par une autre paroi 145. Les deuxièmes et troisièmes collecteurs 12a, 12b, 13a et 13b sont disposés d’un même côté du deuxième espace de circulation B. Les premiers collecteurs 11a, 11b traversent quant à eux de part en part le deuxième espace de circulation B et sont isolés de sorte à ce qu’ils ne puissent être en communication fluidique avec les deuxième 12 et troisième 13 circuits de circulation 11 ou entre eux. Dans l’exemple illustré à la figure 4, les deuxièmes 12a, 12b et troisièmes 13a, 13b collecteurs sont alignés et disposés sur le deuxième espace de circulation B à l’opposé des premiers collecteurs 11a, 11b. Les figures 5 et 6 montrent une vue en coupe transversale des espaces de circulation A et B. Selon une première variante des plaques 20a, 20b, 30a, 30b illustrée à la figure 5, chaque espace de circulation A, B comporte une première 20a, 30a et une deuxième 20b, 30b plaque accolées l’une à l’autre définissant ledit espace de circulation A,B. Le premier espace de circulation A peut être formé par une première 20a et une deuxième 20b plaque. De même, le deuxième espace de circulation B peut être formé par une première 30a et une deuxième 30b plaque. Dans l’empilement, la deuxième plaque 20b, 30b d’un espace de circulation A, B est au contact de la première plaque 20a, 30a de l’espace de circulation A, B adjacent et inversement. Les parois 115, 125, 135 et 145 peuvent être des nervures réalisées sur les plaques 20a, 20b, 30a et 30b et configurées pour définir le trajet des passes 110a, 110b, 120a, 120b, 130a, 130b. Selon une deuxième variante des plaques 20c, 30c illustrée à la figure 6, lesdites plaques 20c, 30c peuvent avoir un profil incurvé avec des bords latéraux 21c, 31c. Les plaques 20c, 30c sont emboîtées les unes dans les autres et les bords latéraux 21c, 31c de deux plaques 20c, 30c adjacentes se chevauchent de sorte à former les espaces de circulation A, B. De même que précédemment, les parois 115, 125, 135 et 145 peuvent être des nervures réalisées sur les plaques 20c et 30c et configurées pour définir le trajet des passes 110a, 110b, 120a, 120b, 130a, 130b. Les figures 7 à 9 montrent un deuxième mode de réalisation des premiers A et deuxièmes B espaces de circulation comportant au moins deux passes. Pour ce deuxième mode de réalisation, les espaces de circulation A, B peuvent être formés par deux plaques 20a, 20b, 30a, 30b ou bien une seule plaque 20c, 30c comme décrit précédemment. Comme illustré sur les figures 7 et 8, au sein des deuxièmes espaces de circulation B, les deuxième 12 et troisième 13 circuits de circulation ne sont pas disposés côte à côte mais sont entremêlés de sorte qu’une passe 110a, 110b du premier circuit de circulation 11 soit disposée simultanément à l’aplomb d’une passe 120a, 120b, 130a, 130b du deuxième 12 et du troisième 13 circuit de circulation 13. Pour cela, l’une des passes 130a, 130b du troisième circuit de circulation 13 est disposée entre la première 120a et la deuxième 120b passe du deuxième circuit de circulation 13. Les différentes passes 120a, 130a, 120b et 130b peuvent ainsi être séparées par une seule paroi 155 effectuant un trajet en forme de zigzag dans le deuxième espace de circulation B. Cette paroi 155 peut comme précédemment être une nervure réalisée sur la ou les plaques 30a, 30b, 30c formant le deuxième espace de circulation B. Les deuxièmes collecteurs 12a, 12b ne sont ici plus alignés avec les troisièmes collecteurs 13a, 13b mais décalés du fait de l’entremêlement des passes 120a, 120b, 130a, 130b. Les premiers collecteurs 11a, 11b traversent quant à eux de part en part le deuxième espace de circulation B et sont isolés de sorte à ce qu’ils ne puissent être en communication fluidique avec les deuxième 12 et troisième 13 circuits de circulation 11 ou entre eux. Comme illustré à la figure 9, le premier espace de circulation A reste identique au premier mode de réalisation à la différence que les deuxièmes 12a, 12b et troisièmes 13a, 13b collecteurs sont disposés à des emplacements différents. De ce fait, les passes 110a et 110b ont un trajet moins rectiligne que selon le premier mode de réalisation mais un trajet plus tortueux du fait des emplacements des deuxièmes 12a, 12b et troisièmes 13a, 13b collecteurs. Afin d’améliorer les échanges de chaleur, la circulation du premier fluide caloporteur dans les premiers espaces de circulation A peut être à contre-courant de la circulation des deuxième et troisième fluides caloporteurs dans les deuxièmes espaces de circulation B. Pour cela, la première passe 110a du premier circuit de circulation 11 peut être disposée à l’aplomb de la deuxième passe 120b du deuxième circuit de circulation 12 et de la première passe 130a du troisième circuit de circulation 13. La deuxième passe 110b du premier circuit de circulation 11 peut être disposée à l’aplomb de la première passe 120a du deuxième circuit de circulation 12 et de la deuxième passe 130b du troisième circuit de circulation 13. Ainsi, on voit bien que le fait que les deuxième 12 et troisième 13 circuits de circulation soient disposés sur un même espace de circulation permet un gain de taille de l’échangeur de chaleur tri-fluides 1. Échangeur de chaleur tri-fluides (1) comportant un empilement de plaques (20a, 20b, 20c, 30a, 30b, 30c) et: un premier circuit de circulation (11) d’un premier fluide caloporteur entre un premier collecteur (11a) d’entrée et un premier collecteur (11b) de sortie du premier fluide caloporteur, un deuxième circuit de circulation (12) d’un deuxième fluide caloporteur entre un deuxième collecteur (12a) d’entrée et un deuxième collecteur (12b) de sortie du deuxième fluide caloporteur, un troisième circuit de circulation (13) d’un troisième fluide caloporteur entre un troisième collecteur (13a) d’entrée et un troisième collecteur (13b) de sortie du troisième fluide caloporteur, caractérisé en ce que l’empilement de plaques (20a, 20b, 20c, 30a, 30b, 30c) forme une alternance de premiers (A) et deuxièmes (B) espaces de circulation de fluide caloporteur empilés dans le sens de l’empilement de plaques (20a, 20b, 20c, 30a, 30b, 30c), le premier circuit (11) étant disposé au sein des premiers espaces de circulation (A) et les deuxième (12) et troisième (13) circuits étant disposés conjointement au sein des deuxièmes espaces de circulation (B). Échangeur de chaleur tri-fluides (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier circuit de circulation (11) comporte au moins deux passes (110a, 110b) au sein d’un même premier espace de circulation (A). Échangeur de chaleur tri-fluides (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième (12) et troisième (13) circuits de circulation comportent chacun au moins deux passes (120a, 120b, 130a, 130b) au sein d’un même deuxième espace de circulation (B). Échangeur de chaleur tri-fluides (1) selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu’au sein des deuxièmes espaces de circulation (B), les deuxième (12) et troisième (13) circuits de circulation sont disposés côte à côte de sorte que le deuxième circuit de circulation (12) soit disposé à l’aplomb d’une première passe (110a) du premier circuit de circulation (11) et le troisième circuit de circulation (13) à l’aplomb d’une deuxième passe (110b) du premier circuit de circulation (11). Échangeur de chaleur tri-fluides (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’au sein des deuxièmes espaces de circulation (B), les deuxième (12) et troisième (13) circuits de circulation sont entremêlés de sorte qu’une passe (110a, 110b) du premier circuit de circulation (11) soit disposée simultanément à l’aplomb d’une passe (120a, 120b, 130a, 130b) du deuxième (12) et du troisième circuit de circulation (13). Échangeur de chaleur tri-fluides (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la circulation du premier fluide caloporteur dans les premiers espaces de circulation (A) est à contre-courant de la circulation des deuxième et troisième fluides caloporteurs dans les deuxièmes espaces de circulation (B). Échangeur de chaleur tri-fluides (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les plaques (20a, 20b, 20c, 30a, 30b, 30c) comportent au moins une nervure (115, 125, 135, 145, 155) configurée pour définir le trajet des passes (110a, 110b, 120a, 120b, 130a, 130b). Échangeur de chaleur tri-fluides (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque espace de circulation (A, B) comporte une première (20a, 30a) et une deuxième (20b, 30b) plaque accolées l’une à l’autre définissant ledit espace de circulation (A,B), dans l’empilement, la deuxième plaque (20b, 30b) d’un espace de circulation (A, B) étant au contact de la première plaque (20a, 30a) de l’espace de circulation (A, B) adjacent et inversement. Échangeur de chaleur tri-fluides (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les plaques (20c, 30c) ont un profil incurvé avec des bords latéraux (21c, 31c), les plaques (20c, 30c) étant emboîtées les unes dans les autres, les bords latéraux (21c, 31c) de deux plaques (20c, 30c) adjacentes se chevauchant de sorte à former les espaces de circulation (A, B).