WO2024251685A1 - Dispositif de regulation thermique comportant un echangeur thermique a empilement de plaques - Google Patents

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regulation device
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Gael Durbecq
Kamel Azzouz
Amrid MAMMERI
Moussa Nacer-Bey
Sebastien Garnier
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    • F28D2021/0084—Condensers

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal regulation devices, and more particularly to the means implemented to regulate the temperature of electrical energy storage devices equipping vehicles.
  • thermal regulation devices can, for example, equip a vehicle. They are then arranged within this vehicle to allow the thermal regulation of a first fluid circulating in a first circuit, of a second fluid circulating in a second circuit separate from the first circuit, and of a third fluid traveling through a third circuit annexed to the first and second circuits.
  • the fluids can in particular be a refrigerant fluid circulating within an air conditioning loop of the vehicle or a coolant intended to regulate the temperature of a heat engine.
  • thermodynamic circuits to which they are attached, fluids circulate by dissipating or absorbing thermal energy.
  • the efficiency of heat exchangers and thermodynamic circuits is mainly determined by the heat exchanges between the fluids flowing through them. It is therefore sought to design heat exchangers in which the heat exchanges between the fluids circulating within them are optimized.
  • a type of heat exchanger used in the automotive field is a plate exchanger, consisting of a stack of plates that are arranged on top of each other by brazing and in which the spaces remaining between two adjacent plates after assembly define fluid circulation zones.
  • These circulation zones normally adapted to the fluids that flow through them, imply the existence of several different types of plates.
  • a technical problem lies in the fact that the brazing of these plates complicates the manufacturing process of these plate heat exchangers.
  • this type of exchanger is incorporated within a single-block subassembly centralizing different functions integrating pumps, valves or possibly other components. These multiple components require optimization of the heat exchanger's performance.
  • the present invention aims to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a thermal regulation device comprising a heat exchanger whose plates have edges configured to optimize the heat exchange and consequently optimize the cooling performance of the thermal regulation device comprising this exchanger.
  • the edges usually designed by stamping are optimized in order to create a heat exchange surface.
  • the main subject of the present invention is thus a thermal regulation device comprising a heat exchanger with a stack of plates and a housing, the heat exchanger comprising a first circuit which extends at least in part between at least two adjacent plates of the stack of plates and which is intended to be traversed by a refrigerant fluid, the heat exchanger comprising a second circuit which extends at least in part between at least two adjacent plates of the stack of plates and which is intended to be traversed by a heat transfer fluid, the heat exchanger being housed in the housing leaving a space arranged between said stack of plates and said housing, the space delimiting a third circuit intended to be traversed by a heat transfer fluid which runs along at least one external side of the stack of plates, in which at least one of the plates of the stack of plates comprises a heat dissipation member which extends into the third circuit.
  • the plates of the heat exchanger according to the invention are configured for the circulation of several fluids making it possible to optimize heat exchanges, in particular by means of the heat dissipation member present on at least one plate constituting the stack of plates. forming the heat exchanger.
  • the heat dissipation organs are longitudinal extensions of edges structuring the plates.
  • the first fluid which is a refrigerant fluid intended to circulate in the first circuit and the second fluid, which is a heat transfer fluid intended to circulate in the second circuit, circulate within volumes each formed between adjacent plates belonging to the stack of plates forming the heat exchanger.
  • the stacking of several plates on top of each other thus makes it possible to superimpose several heat dissipation members to which the plates are attached, in order to create circulation channels extending in the space delimiting the third circuit intended to be crossed by a heat transfer fluid to increase the heat exchange surface external to this exchanger.
  • external we mean an exchange surface not arranged between the first plate and the second plate but within the space arranged between the housing and the heat exchanger. This increase thus makes it possible to improve the thermal performance of the exchanger.
  • the heat transfer fluid circulating in the space constituting the third circuit leaves said third circuit until it enters the second circuit. It is understood that the second circuit is linked to the third circuit. According to the invention, the heat dissipation members also participate in maintaining and centering the heat exchanger within the housing in which it is housed.
  • At least one of the plates which delimits the first circuit and/or the second circuit comprises the dissipation member.
  • the plates delimiting the first circuit and/or the second circuit each comprise at least one bottom and one edge inclined relative to the bottom, the inclined edge of one plate being in contact with the inclined edge of the other plate, the dissipation member extending from the inclined edge of one of these plates.
  • the plates of the heat exchanger according to the invention have a bathtub shape with two opposite longitudinal edges connected to each other by two lateral edges, the lateral and longitudinal edges being connected to each other by a bottom of the plate. All of the lateral and longitudinal edges are inclined relative to the bottom of the plate.
  • the dissipation member extends the inclined edge of one of these plates.
  • the dissipation member forms, for example, a rim which extends the inclined edge parallel to the bottom of the plate, in the direction of at least one of the walls of the housing which houses the heat exchanger.
  • the dissipation member extends in a plane parallel to the plane in which the bottom mainly extends.
  • the dissipation member extends the inclined edge over a distance of between 1.5 mm and 5 mm.
  • This distance is measured between a base of the dissipation member and its top. Its base corresponds to a first of its ends which joins the inclined edge while its top is a second of its ends, the furthest from this edge, this second end being a free end of the dissipation member and oriented opposite the heat exchanger.
  • the dissipation member is made of the same material as the plate which carries it.
  • the plate and the dissipation organ it contains are made of metal, for example aluminum.
  • every other plate in the stack of plates comprises a dissipation member.
  • the other plate is devoid of a dissipation member which extends into the third circuit.
  • Two dissipation members of two plates at least partially delimit a channel constituting the third circuit.
  • at least two plates each comprise a dissipation member, a free end of each of the two dissipation members being in contact with a wall of the housing, said dissipation members and said wall of the housing delimiting at least in part a circulation channel constituting the third circuit.
  • the circulation channels are intended to be crossed by the heat transfer fluid circulating in the third circuit. These circulation channels make it possible to increase the external exchange surface of the exchanger crossed by the heat transfer fluid circulating in the third circuit, thus improving the performance of said exchanger.
  • At least one circulation channel is interrupted at a first opening of the second circuit.
  • the first opening of the second circuit is configured for the passage of the heat transfer fluid.
  • a portion of the circulation channels is interrupted at this orifice.
  • the thermal regulation device comprises a multiplicity of circulation channels, the circulation channels extending from a zone proximal to a supply mouth of the third circuit to a zone of interruption of the circulation channels proximal to the first opening of the second circuit.
  • the interruption zone is an area without circulation channels. This zone is configured to allow free passage to the heat transfer fluid entering through the first opening belonging to the second circuit.
  • the plate comprises two dissipation members, a first dissipation member projecting from a first edge of the plate and a second dissipation member projecting from another edge of the plate, this other edge extending along a line parallel to a line along which the first edge extends.
  • the plate may include a first dissipation member on one of its inclined lateral edges as well as a second dissipation member on the other of its two inclined lateral edges.
  • the plate comprises two dissipation members, a first dissipation member projecting from a first edge of the plate and a second dissipation member projecting from another edge of the plate, this other edge extending along a line perpendicular to a line along which the first edge extends.
  • said thermal regulation device comprises a single-piece body comprising the housing.
  • the housing is overmolded with the single-piece body forming a solid unit.
  • the single-block body comprises an expansion tank configured to receive heat transfer fluid.
  • the monobloc body has the function of centralizing multiple functions in a single support.
  • the single-piece body comprises a support arranged to carry at least one component with a fluidic function, in particular a plurality of components with a fluidic function.
  • the fluidic function component is chosen from the following elements: a pump for pumping the first or second heat transfer fluid, a valve for directing the first or second heat transfer fluid, in particular a multi-way valve, a non-return valve for the first or second heat transfer fluid, a throttle valve for the first or second heat transfer fluid, a condensation exchanger, in particular a water condenser, a heating device with an electric heating resistance arranged to heat the first or second heat transfer fluid, a desiccant bottle, a filter for filtering particles present in the first or second heat transfer liquid, in particular a dielectric liquid.
  • FIG. i is a sectional view of the thermal regulation device according to the invention.
  • FIG. 2 is a front view of the thermal regulation device according to the invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of a plate constituting the stack of plates forming the heat exchanger belonging to the thermal regulation device of Figure 1;
  • FIG. 4 is a side view of the plate of Figure 2;
  • FIG. 5 is a perspective and partially sectional view of the heat exchanger housed in a housing belonging to the thermal regulation device of Figure 1.
  • a longitudinal direction corresponds to a direction parallel to a main elongation axis of the thermal regulation device, this direction longitudinal being parallel to a longitudinal axis L of a reference L, V, T illustrated in the figures.
  • a transverse direction corresponds to a direction parallel to a width of the thermal regulation device, this transverse direction being parallel to a transverse axis T of the reference L, V, T and this transverse axis T being perpendicular to the longitudinal axis L.
  • a vertical direction corresponds to a direction parallel to a vertical axis V of the reference L, V, T, this vertical axis V being perpendicular to the longitudinal axis L and to the transverse axis T.
  • FIG 1 thus illustrates a thermal regulation device 1 according to the invention, this thermal regulation device i being intended to equip a motor vehicle.
  • the thermal regulation device i participates in the cooling of at least one element of the motor vehicle that it equips.
  • it is configured to operate a heat exchange, in other words an exchange of calories, between a refrigerant fluid and another fluid, the exchange of calories being carried out thanks to a heat exchanger 4 that it comprises.
  • This other fluid can for example be a heat transfer liquid such as glycol water, dielectric fluid or oil.
  • the thermal regulation device 1 extends mainly in a longitudinal direction L. It comprises a housing 6 in which the heat exchanger 4 is arranged, as well as a support 8, the assembly of the housing 6 and the support 8 forming a single-piece body 10.
  • the support 8 is configured to carry at least one fluidic function component, in particular a plurality of fluidic function components that are not shown in the figures.
  • One of the fluidic function components is a pump configured to draw off the refrigerant or the heat transfer liquid.
  • the support 8 also comprises a valve for directing the refrigerant or the heat transfer liquid; this valve may for example be a multi-way valve.
  • a non-return valve is also provided on the support 8 for the refrigerant or the heat transfer liquid as well as a throttle valve.
  • the support 8 comprises a condensation exchanger, in particular a water condenser.
  • An electric heating resistance heating device is also arranged on the support 8 to heat the heat transfer fluid.
  • a desiccant bottle and a filter for filtering particles present in the refrigerant fluid or in the heat transfer fluid, in particular a dielectric fluid, are included by the support 8.
  • the single-block body 10 comprising on the one hand the housing 6 in which the heat exchanger 4 is housed and on the other hand the support 8, makes it possible to compact different functions and therefore has the advantage of saving space within the vehicle which it equips.
  • the housing 6 is formed by four walls including a first wall 12a and a second wall 12b which extend in the longitudinal L and transverse T directions, and a third wall 12c and a fourth wall i2d which extend in the vertical V and transverse T directions. It is understood here that the first wall 12a and the second wall 12b extend perpendicular to the third wall 12c and the fourth wall i2d.
  • the heat exchanger 4 housed inside the housing 6, comprises a first orifice 14a configured to receive the refrigerant fluid circulating in a first circuit and a second orifice 14b configured to evacuate the refrigerant fluid. It is understood that the first circuit extends in the heat exchanger 4 from the first orifice 14a to the second orifice 14b.
  • the heat exchanger 4 comprises a first opening 18a configured to receive the heat transfer fluid circulating in a second circuit and a second opening 18b configured to evacuate the heat transfer fluid. It is understood that the second circuit extends in the heat exchanger 4 from the first opening 18a to the second opening 18b. It is understood that the first circuit and the second circuit are circuits internal to the heat exchanger 4, in which the refrigerant circulating in the first circuit and the heat transfer liquid circulating in the second circuit pass through plates 22 which form the heat exchanger 4, as will be detailed in FIG. 2.
  • the housing 6 further comprises a supply port 42 configured for the passage of the heat transfer liquid circulating in a third circuit delimited by a peripheral space 32 of the heat exchanger 4.
  • the third circuit supplied by the supply port 42 located within the peripheral space 32 of the heat exchanger 4 is a circuit external to the heat exchanger 4.
  • the heat transfer fluid enters the third circuit via a supply port 42, circulates to the first opening 18a constituting an outlet of the third circuit and an inlet of the second circuit, then exits the second circuit internal to the heat exchanger 4 via the second opening 18b. It is understood that the second circuit and the third circuit are connected in series.
  • the second opening 18b is connected to a conduit molded into the housing and showing on its external surface a boss 9 visible in FIG. 2.
  • Figure 2 illustrates the thermal regulation device 1 seen from the front.
  • the boss 9 is configured to receive the heat transfer fluid leaving the second circuit through the second opening 18b and circulate it outside the housing 6, in particular by conducting it to a multi-way valve carried by the support 8, visible in Figure 1.
  • Figure 2 also illustrates the first port 14a and the second port 14b configured for the passage of the refrigerant fluid within the heat exchanger 4.
  • Figure 3 illustrates a plate 22 belonging to a stack 24 of plates 22 superimposed on each other as will be detailed in Figure 5.
  • Each plate 22 of the stack 24 has a substantially rectangular bathtub shape as well as four corners 23a, 23b, 23c, 23d.
  • the bathtub shape is defined by two longitudinal edges 26a, 26b opposite each other.
  • the longitudinal edges 26a, 26b are connected to each other by two lateral edges 28a, 28b also opposite. All of the longitudinal edges 26a, 26b and the lateral edges 28a, 28b are connected by a bottom 30 of the plate 22.
  • the two lateral edges 28a, 28b are inclined relative to the bottom 30 of the plate 22, thus forming flanges 31. It is understood here that the longitudinal edges 26a, 26b are extended by the flanges 31. These flanges 31 are configured to support an adjacent plate and intended to be stacked on this first plate 22. The flange 31 connects the bottom 30 of the plate 22 to one of the longitudinal edges 26a, 26b or lateral edges 28a, 28b structuring the bathtub shape of the plate 22.
  • the bottom 30 constitutes the active exchange surface for the refrigerant fluid circulating in the first circuit and the heat transfer fluid circulating in the second circuit.
  • At least one of the lateral edges 28a, 28b extends parallel to the bottom 30 of the plate 22 so as to create a dissipation member 34 (referenced Figure 5) configured to optimize the heat exchange performance of the thermal regulation device 1 by creating an additional exchange surface.
  • the dissipation member 34 extends the edge 31 of one of the plates 22 in a plane parallel to the plane in which the bottom 30 mainly extends.
  • the dissipation member 34 extends over a distance D of between 1.5 mm and 5 mm.
  • the distance D is measured between an end 27 of one of the lateral edges 28a, 28b to a free end 29 of the dissipation member 34.
  • the dissipation member 34 is made of the same material as the plate 22 which carries it. As seen in FIG. 4, a first dissipation member 34a is arranged at a first end A of the plate 22 and a second dissipation member 34b is arranged at a second end B of the plate 22. It is understood that the first dissipation member 34a is symmetrically opposite the second dissipation member 34b relative to a vertical plane P.
  • Figure 5 illustrates the heat exchanger 4 housed within the housing 6. For this purpose, it is configured to carry out a heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer fluid.
  • the heat exchanger 4 extends mainly in a longitudinal direction L when it is stored in the housing 6. It comprises a plurality of plates 22 which each extend in the longitudinal L and vertical V directions. More particularly, the heat exchanger 4 is formed by the stack 24 of plates 22 which are superimposed on one another in a stacking direction E perpendicular to a plane in which the longitudinal L and vertical V directions are inscribed.
  • the stack 24 of plates 22 constitutes a heating body of the heat exchanger 4, that is to say a portion within which the heat exchanges between the refrigerant fluid and the heat transfer fluid take place.
  • the stack 24 of plates 22 is arranged in the housing 6 so as to form the space 32 extending between said housing 6 and at least one of four faces 14a, 14b, 14c, 14b of the heat exchanger 4 and in which the heat transfer liquid circulates.
  • a plurality of dissipation members 34 extend from several plates 22 of the stack 24 until they come into contact with one of the walls 12a, 12b, 12c, 12d of the housing 6 in order to create circulation channels 40 arranged in series at least in part along the four walls of the heat exchanger 4, and extending into the space 32. It is then understood that the dissipation members 34 arranged within the space 32 which delimits the third circuit, are configured to extend the energy exchange surface external to the heat exchanger 4.
  • the series of circulation channels 40 extends from a zone proximal to the supply mouth 42 configured for the passage of the heat transfer liquid represented by dashed arrows (FIG.
  • the first interruption zone 44a is arranged in proximity to the supply mouth 42 configured for the passage of the heat transfer liquid in the third circuit. It is understood that the first interruption zone 44a is configured to allow free passage for the heat transfer liquid to enter the third circuit.
  • the passage of the heat transfer fluid in the third circuit is represented by dashed arrows in FIG. 1.
  • the second interruption zone 44b is arranged in proximity to the first opening 18a configured for the entry of the heat transfer fluid into the second circuit. It is understood that the second interruption zone 44b is also configured to allow free passage for the heat transfer fluid to enter the third circuit.
  • Figure 5 illustrates a sectional view of the heat exchanger 4, thus making the stack of plates 22 visible.
  • a first plate 22a stacked on a second plate 22b together participate in forming a channel 40 configured to be crossed by the heat transfer liquid.
  • the present invention thus proposes a thermal regulation device 1 comprising a housing 6 housing a heat exchanger 4 with plates 22, the plates 22 comprising dissipation members 34 configured to optimize the heat exchanges.
  • These dissipation members 34 being defined by the increase in length of the longitudinal edges 26a, 26b and lateral edges 28a, 28b extending the inclined edges 31 extending from the plates 22, penetrate into the space 32 constituting the third circuit arranged between said exchanger and the housing 6, thus increasing the external heat exchanger surface of the heat exchanger 4.
  • the longitudinal edges 26a, 26b and the lateral edges 28a, 28b form a larger heat exchange surface and the inclined edges 31 constitute a support for brazing one plate to another.
  • the thermal regulation device 1 presented in the form of a single-block body 10 comprising a housing 6 housing the heat exchanger 4 and a support 8 with elements having fluidic compositions, makes it possible to optimally manage the exchanges of calories within the thermal regulation device 1 by centralizing several distinct functions.

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Abstract

Dispositif de régulation thermique (1) comprenant un échangeur thermique (4) à empilement de plaques et un boîtier (6), l'échangeur thermique (4) comprenant un premier circuit qui s'étend au moins en partie entre au moins deux plaques adjacentes de l'empilement de plaques et qui est destiné à être parcouru par un fluide réfrigérant, l'échangeur thermique (4) comprenant un deuxième circuit qui s'étend au moins en partie entre au moins deux plaques adjacentes de l'empilement de plaques et qui est destiné à être parcouru par un liquide caloporteur, l'échangeur thermique (4) étant logé dans le boîtier (6) en laissant un espace (32) agencé entre ledit empilement de plaques et ledit boîtier (6), l'espace (32) délimitant un troisième circuit destiné à être parcouru par un liquide caloporteur qui longe au moins un côté externe de l'empilement de plaques, dans lequel au moins une des plaques de l'empilement de plaques comprend une organe de dissipation thermique qui s'étend dans le troisième circuit.

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE COMPORTANT UN ECHANGEUR THERMIQUE A EMPILEMENT DE PLAQUES
La présente invention concerne le domaine des dispositifs de régulation thermique, et plus particulièrement les moyens mis en œuvre pour réguler la température d’organes de stockage d’énergie électrique équipant des véhicules.
Ces dispositifs de régulation thermique peuvent par exemple équiper un véhicule. Ils sont alors agencés au sein de ce véhicule pour permettre la régulation thermique d’un premier fluide circulant dans un premier circuit, d’un deuxième fluide circulant dans un deuxième circuit distinct du premier circuit, et d’un troisième fluide parcourant un troisième circuit annexe aux premier et deuxième circuits. Les fluides peuvent notamment être un fluide réfrigérant circulant au sein d’une boucle de climatisation du véhicule ou encore un liquide de refroidissement destiné à réguler la température d’un moteur thermique.
Au sein des dispositifs de régulation thermique et circuits thermodynamiques auxquels ils sont rattachés, les fluides circulent en dissipant ou en absorbant de l’énergie thermique. L’efficacité des échangeurs thermiques et des circuits thermodynamiques est principalement déterminée par les échanges thermiques entre les fluides les parcourant. Il est donc recherché la conception d’échangeurs thermiques dans lesquels les échanges thermiques entre les fluides circulant en leur sein sont optimisés.
Un type d’échangeur thermique utilisé dans le domaine automobile est un échangeur à plaques, constitué d’un empilement de plaques qui sont agencées les unes sur les autres par brasage et dans lequel les espaces subsistant entre deux plaques adjacentes après assemblage définissent des zones de circulation de fluides. Ces zones de circulation normalement adaptées aux fluides qui les parcourent, impliquent l’existence de plusieurs types différents de plaques. Un problème technique réside dans le fait que le brasage de ces plaques complexifie le procédé de fabrication de ces échangeurs thermiques à plaques.
Par ailleurs, ce type d’échangeur est incorporé au sein d’un sous-ensemble monobloc centralisant différentes fonctions intégrant des pompes, des vannes ou éventuellement d’autres composants. Ces multiples composants demandent une optimisation des performances de l’échangeur thermique.
La présente invention vise à pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un dispositif de régulation thermique comprenant un échangeur thermique dont les plaques présentent des bords configurés pour optimiser l’échange thermique et par conséquent optimiser les performances de refroidissement du dispositif de régulation thermique comportant cet échangeur. Les bords habituellement conçus par emboutissage sont optimisés afin de créer une surface d’échange thermique.
La présente invention a ainsi pour principal objet un dispositif de régulation thermique comprenant un échangeur thermique à empilement de plaques et un boîtier, l’échangeur thermique comprenant un premier circuit qui s’étend au moins en partie entre au moins deux plaques adjacentes de l’empilement de plaques et qui est destiné à être parcouru par un fluide réfrigérant, l’échangeur thermique comprenant un deuxième circuit qui s’étend au moins en partie entre au moins deux plaques adjacentes de l’empilement de plaques et qui est destiné à être parcouru par un liquide caloporteur, l’échangeur thermique étant logé dans le boîtier en laissant un espace agencé entre ledit empilement de plaques et ledit boîtier, l’espace délimitant un troisième circuit destiné à être parcouru par un liquide caloporteur qui longe au moins un côté externe de l’empilement de plaques, dans lequel au moins une des plaques de l’empilement de plaques comprend un organe de dissipation thermique qui s’étend dans le troisième circuit.
Les plaques de l’échangeur thermique selon l’invention sont configurées pour la circulation de plusieurs fluides permettant d’optimiser les échanges de chaleur, notamment par l’intermédiaire de l’organe de dissipation thermique présent sur au moins une plaque constitutive de l’empilement de plaques formant l’échangeur thermique. Les organes de dissipation thermique sont des prolongements longitudinaux de bords structurant les plaques.
Le premier fluide, qui est un fluide réfrigérant destiné à circuler dans le premier circuit et le deuxième fluide, qui est un liquide caloporteur destiné à circuler dans le deuxième circuit, circulent au sein de volumes formés chacun entre des plaques adjacentes appartenant à l’empilement de plaques formant l’échangeur thermique. L’empilement de plusieurs plaques les unes sur les autres permet ainsi de superposer plusieurs organes de dissipation thermique auxquels sont rattachés les plaques, afin de créer des canaux de circulation s’étendant dans l’espace délimitant le troisième circuit destiné à être traversé par un liquide caloporteur pour augmenter la surface d’échange de calories externe à cet échangeur. Par « externe », on entend une surface d’échange n’étant pas agencée entre la première plaque et la deuxième plaque mais au sein de l’espace disposé entre le boîtier et l’échangeur thermique. Cette augmentation permet ainsi d’améliorer les performances thermiques de l’échangeur.
Le liquide caloporteur circulant dans l’espace constituant le troisième circuit sort dudit troisième circuit jusqu’à pénétrer dans le deuxième circuit. On comprend que le deuxième circuit est lié au troisième circuit. Selon l’invention, les organes de dissipation thermique participent également au maintien et au centrage de l’échangeur thermique au sein du boîtier dans lequel il est logé.
Selon une caractéristique préférée de l’invention, au moins l’une des plaques qui délimite le premier circuit et/ ou le deuxième circuit comprend l’organe de dissipation.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, les plaques délimitant le premier circuit et/ou le deuxième circuit comprennent chacune au moins un fond et un bord incliné par rapport au fond, le bord incliné d’une plaque étant en contact avec le bord incliné de l’autre plaque, l’organe de dissipation s’étendant à partir du bord incliné d’une de ces plaques. Les plaques de l’échangeur thermique selon l’invention ont une forme de baignoire avec deux bords longitudinaux opposés et reliés l’un à l’autre par deux bords latéraux, les bords latéraux et longitudinaux étant liés entre eux par un fond de la plaque. L’ensemble des bords latéraux et longitudinaux sont inclinés par rapport au fond de la plaque.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, l’organe de dissipation prolonge le bord incliné d’une de ces plaques.
L’organe de dissipation forme par exemple un rebord qui prolonge le bord incliné de façon parallèle au fond de plaque, en direction d’au moins l’une des parois du boîtier qui loge l’échangeur thermique.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, l’organe de dissipation s’étend dans un plan parallèle au plan dans lequel s’étend majoritairement le fond.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, l’organe de dissipation prolonge le bord incliné sur une distance comprise entre 1,5mm et 5mm.
Cette distance est mesurée entre une base de l’organe de dissipation et son sommet. Sa base correspond à une première de ses extrémités qui joint le bord incliné tandis que son sommet est une deuxième de ses extrémités, la plus distante de ce bord, cette deuxième extrémité étant une extrémité libre de l’organe de dissipation et orientée en regard de l’échangeur thermique.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, l’organe de dissipation est issu de matière avec la plaque qui le porte.
La plaque ainsi que l’organe de dissipation qu’elle comporte sont réalisés en métal, par exemple en aluminium.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, une plaque sur deux de l’empilement de plaques comprend un organe de dissipation.
Dans un tel cas, l’autre plaque est dépourvue d’un organe de dissipation qui s’étend dans le troisième circuit. Deux organes de dissipation de deux plaques délimitent au moins partiellement un canal constitutif du troisième circuit. Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, au moins deux plaques comportent chacune un organe de dissipation, une extrémité libre de chacun des deux organes de dissipation étant en contact avec une paroi du boîtier, lesdits organes de dissipation et ladite paroi du boîtier délimitant au moins en partie un canal de circulation constitutif du troisième circuit.
Les canaux de circulation sont destinés à être traversés par le liquide caloporteur circulant dans le troisième circuit. Ces canaux de circulation permettent d’augmenter la surface d’échange externe de l’échangeur parcourue par le liquide caloporteur circulant dans le troisième circuit, améliorant alors les performances dudit échangeur.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, au moins un canal de circulation est interrompu au droit d’une première ouverture du deuxième circuit.
La première ouverture du deuxième circuit est configurée pour le passage du liquide caloporteur. Afin de ne pas gêner la circulation du liquide caloporteur dans le deuxième circuit, il est généralement nécessaire qu’une portion de canaux de circulation soit interrompue au droit de cet orifice.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, le dispositif de régulation thermique comprend une multiplicité de canaux de circulation, les canaux de circulation s’étendant depuis une zone proximale à une bouche d’alimentation du troisième circuit jusqu’à une zone d’interruption des canaux de circulation proximale à la première ouverture du deuxième circuit.
La zone d’interruption est une zone dépourvue de canaux de circulation. Cette zone est configurée pour laisser un passage libre au liquide caloporteur entrant par la première ouverture appartenant au deuxième circuit.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, la plaque comprend deux organes de dissipation, un premier organe de dissipation faisant saillie d’un premier bord de la plaque et un deuxième organe de dissipation faisant saillie d’un autre bord de la plaque, cet autre bord s’étendant le long d’une ligne parallèle à une ligne le long de laquelle s’étend le premier bord. Il faut comprendre ici que la plaque peut comporter un premier organe de dissipation sur l’un de ses bords latéraux inclinés ainsi qu’un deuxième organe de dissipation sur l’autre de ses deux bords latéraux inclinés.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, la plaque comprend deux organes de dissipation, un premier organe de dissipation faisant saillie d’un premier bord de la plaque et un deuxième organe de dissipation faisant saillie d’un autre bord de la plaque, cet autre bord s’étendant le long d’une ligne perpendiculaire à une ligne le long de laquelle s’étend le premier bord.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, ledit dispositif de régulation thermique comprend un corps monobloc comportant le boîtier.
On comprend que le boîtier est surmoulé avec le corps monobloc formant un ensemble solidaire.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, le corps monobloc comprend un vase d’expansion configuré pour recevoir du liquide caloporteur.
Il faut comprendre que le corps monobloc a pour fonction de centraliser de multiples fonctions en un seul support.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, le corps monobloc comporte un support agencé pour porter au moins un composant à fonction fluidique, notamment une pluralité de composants à fonction fluidique.
Selon une autre caractéristique préférée de l’invention, le composant à fonction fluidique est choisi parmi les éléments suivants : une pompe pour pomper le premier ou deuxième fluide caloporteur, une vanne d’orientation du premier ou deuxième fluide caloporteur, notamment une vanne multivoies, une vanne anti-retour pour le premier ou deuxième fluide caloporteur, une vanne d’étranglement pour le premier ou deuxième fluide caloporteur, un échangeur de condensation, notamment un condenseur à eau, un dispositif de chauffage à résistance de chauffage électrique agencé pour chauffer le premier ou deuxième fluide caloporteur, une bouteille dessiccante, un filtre pour filtrer des particules présentes dans le premier ou deuxième liquide caloporteur, notamment un liquide diélectrique. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et d’exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins annexés d’autre part, sur lesquels :
[Fig. i] est une vue en coupe du dispositif de régulation thermique selon l’invention ;
[Fig. 2] est une vue de face du dispositif de régulation thermique selon l’invention ;
[Fig. 3] est une vue en perspective d’une plaque constitutive de l’empilement de plaques formant l’échangeur thermique appartenant au dispositif de régulation thermique de la figure 1 ;
[Fig. 4] est une vue de profil de la plaque de la figure 2 ;
[Fig. 5] est une vue en perspective et partiellement en coupe de l’échangeur thermique logé dans un boîtier appartenant au dispositif de régulation thermique de la figure 1.
Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Dans la description détaillée qui va suivre, les dénominations « longitudinale », « transversale » et « verticale » se réfèrent à l’orientation d’un dispositif de régulation thermique selon l’invention. Une direction longitudinale correspond à une direction parallèle à un axe d’allongement principal du dispositif de régulation thermique, cette direction longitudinale étant parallèle à un axe longitudinal L d’un repère L, V, T illustré sur les figures. Une direction transversale correspond à une direction parallèle à une largeur du dispositif de régulation thermique, cette direction transversale étant parallèle à un axe transversal T du repère L, V, T et cet axe transversal T étant perpendiculaire à l’axe longitudinal L. Enfin, une direction verticale correspond à une direction parallèle à un axe vertical V du repère L, V, T, cet axe vertical V étant perpendiculaire à l’axe longitudinal L et à l’axe transversal T.
La figure 1 illustre ainsi un dispositif de régulation thermique 1 selon l’invention, ce dispositif de régulation thermique i étant destiné à équiper un véhicule automobile. Le dispositif de régulation thermique i participe au refroidissement d’au moins un élément du véhicule automobile qu’il équipe. Il est à cet effet configuré pour opérer un échange de chaleur, autrement dit un échange de calories, entre un fluide réfrigérant et un autre fluide, l’échange de calories étant réalisé grâce à un échangeur thermique 4 qu’il comporte. Cet autre fluide peut par exemple être un liquide caloporteur tel que de l’eau glycolée, du fluide diélectrique ou de l’huile. Ces deux fluides traversent plus précisément l’échangeur thermique 4.
Le dispositif de régulation thermique 1 s’étend principalement selon une direction longitudinale L. Il comprend un boîtier 6 dans lequel est agencé l’échangeur thermique 4, ainsi qu’un support 8, l’ensemble du boîtier 6 et du support 8 formant un corps monobloc 10.
Le support 8 est configuré pour porter au moins un composant à fonction fluidique, notamment une pluralité de composants à fonction fluidique qui ne sont pas représentés sur les figures. L’un des composants à fonction fluidique est une pompe configurée pour prélever le fluide réfrigérant ou le liquide caloporteur. Le support 8 comporte également une vanne d’orientation du fluide réfrigérant ou du liquide caloporteur, cette vanne peut par exemple être une vanne multivoies. Une vanne anti -retour est également prévue sur le support 8 pour le fluide réfrigérant ou le liquide caloporteur ainsi qu’une vanne d’étranglement. Par ailleurs, le support 8 comprend un échangeur de condensation, notamment un condenseur à eau. Un dispositif de chauffage à résistance de chauffage électrique est également agencé sur le support 8 pour chauffer le liquide caloporteur. Une bouteille dessiccante et un filtre pour filtrer des particules présentes dans le fluide réfrigérant ou dans le liquide caloporteur, notamment un fluide diélectrique, sont comportés par le support 8.
On comprend alors que le corps monobloc 10 comprenant d’une part le boîtier 6 dans lequel est logé l’échangeur thermique 4 et d’autre part le support 8, permet de compacter différentes fonctions et a donc l’avantage de gagner de la place au sein du véhicule qu’il équipe.
Tel que détaillé sur la figure 1, le boîtier 6 est formé par quatre parois dont une première paroi 12a et une deuxième paroi 12b qui s’étendent selon les directions longitudinale L et transversale T, et une troisième paroi 12c et une quatrième paroi i2d qui s’étendent selon les directions verticale V et transversale T. On comprend ici que la première paroi 12a et la deuxième paroi 12b s’étendent perpendiculairement à la troisième paroi 12c et à la quatrième paroi i2d.
L’échangeur thermique 4 logé à l’intérieur du boîtier 6, comporte un premier orifice 14a configuré pour recevoir le fluide réfrigérant circulant dans un premier circuit et un deuxième orifice 14b configuré pour évacuer le fluide réfrigérant. On comprend que le premier circuit s’étend dans l’échangeur thermique 4 depuis le premier orifice 14a jusqu’au deuxième orifice 14b.
Par ailleurs, l’échangeur thermique 4 comporte une première ouverture 18a configurée pour recevoir le liquide caloporteur circulant dans un deuxième circuit et une deuxième ouverture 18b configurée pour évacuer le liquide caloporteur. On comprend que le deuxième circuit s’étend dans l’échangeur thermique 4 depuis la première ouverture 18a jusqu’à la deuxième ouverture 18b. On comprend que le premier circuit et le deuxième circuit sont des circuits internes à l’échangeur thermique 4, dans lequel le fluide réfrigérant circulant dans le premier circuit et le liquide caloporteur circulant dans le deuxième circuit traversent des plaques 22 qui forment l’échangeur thermique 4, tel qu’il sera détaillé sur la figure 2.
Le boîtier 6 comprend par ailleurs une bouche d’alimentation 42 configurée pour le passage du liquide caloporteur circulant dans un troisième circuit délimité par un espace 32 périphérique de l’échangeur thermique 4. Ainsi, a contrario du premier circuit et du deuxième circuit, le troisième circuit alimenté par la bouche d’alimentation 42 prenant place au sein de l’espace 32 périphérique de l’échangeur thermique 4 est un circuit externe à l’échangeur thermique 4.
Plus précisément, le liquide caloporteur entre dans le troisième circuit par l’intermédiaire d’une bouche d’alimentation 42, circule jusqu’à la première ouverture 18a constituant une sortie du troisième circuit et une entrée du deuxième circuit, puis sort du deuxième circuit interne à l’échangeur thermique 4 par l’intermédiaire de la deuxième ouverture 18b. On comprend que le deuxième circuit et le troisième circuit sont connectés en série.
La deuxième ouverture 18b est connectée à une conduite moulée dans le boîtier et faisant apparaître sur sa surface externe un bossage 9 visible sur la figure 2.
La figure 2 illustre le dispositif de régulation thermique 1 vu de face. Le bossage 9 est configuré pour recevoir le liquide caloporteur sortant du deuxième circuit par la deuxième ouverture 18b et le faire circuler à l’extérieur du boîtier 6, notamment en le conduisant jusqu’à une vanne multivoie portée par le support 8, visible figure 1.
La figure 2 illustre également le premier orifice 14a et le deuxième orifice 14b configurés pour le passage du fluide réfrigérant au sein de l’échangeur thermique 4. La figure 3 illustre une plaque 22 appartenant à un empilement 24 de plaques 22 superposées les unes sur les autres tel qu’il sera détaillé à la figure 5. Chaque plaque 22 de l’empilement 24 présente une forme en baignoire sensiblement rectangulaire ainsi que quatre coins 23a, 23b, 23c, 23d. La forme en baignoire est définie par deux bords longitudinaux 26a, 26b opposés l’un à l’autre. Les bords longitudinaux 26a, 26b sont reliés l’un à l’autre par deux bords latéraux 28a, 28b également opposés. L’ensemble des bords longitudinaux 26a, 26b et des bords latéraux 28a, 28b sont reliés par un fond 30 de la plaque 22. Par ailleurs, les deux bords latéraux 28a, 28b sont inclinés par rapport au fond 30 de plaque 22, formant ainsi des rebords 31. On comprend ici que les bords longitudinaux 26a, 26b sont prolongés par les rebords 31. Ces rebords 31 sont configurés pour supporter une plaque adjacente et destinée à être empilée sur cette première plaque 22. Le rebord 31 relie le fond 30 de la plaque 22 à l’un des bords longitudinaux 26a, 26b ou latéraux 28a, 28b structurant la forme en baignoire de la plaque 22.
Par ailleurs, on comprend que le fond 30 constitue la surface d’échange active pour le fluide réfrigérant circulant dans le premier circuit et le liquide caloporteur circulant dans le deuxième circuit.
Tel que détaillé sur la figure 3, au moins l’un des bords latéraux 28a, 28b s’étend parallèlement au fond 30 de la plaque 22 de sorte à créer un organe de dissipation 34 (référencé figure 5) configuré pour optimiser les performances d’échange thermique du dispositif de régulation thermique 1 en créant une surface d’échange supplémentaire.
L’organe de dissipation 34 prolonge le rebord 31 d’une des plaques 22 dans un plan parallèle au plan dans lequel s’étend majoritairement le fond 30. L’organe de dissipation 34 s’étend sur une distance D comprise entre 1,5mm et 5mm. La distance D est mesurée entre une extrémité 27 d’un des bords latéraux 28a, 28b jusqu’à une extrémité libre 29 de l’organe de dissipation 34.
Par ailleurs, tel que visible sur la figure 3, l’organe de dissipation 34 est issu de matière avec la plaque 22 qui le porte. Tel que visible sur la figure 4, un premier organe de dissipation 34a est disposé à une première extrémité A de la plaque 22 et un deuxième organe de dissipation 34b est disposé à une deuxième extrémité B de la plaque 22. On comprend que le premier organe de dissipation 34a est symétriquement opposé au deuxième organe de dissipation 34b par rapport à un plan vertical P.
La figure 5 illustre l’échangeur thermique 4 logé au sein du boîtier 6. Il est à cet effet configuré pour opérer un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur.
L’échangeur thermique 4 s’étend principalement selon une direction longitudinale L lorsqu’il est entreposé dans le boîtier 6. Il comporte une pluralité de plaques 22 qui s’étendent chacune dans les directions longitudinale L et verticale V. Plus particulièrement, l’échangeur thermique 4 est formé par l’empilement 24 de plaques 22 qui sont superposées les unes sur les autres selon une direction d’empilement E perpendiculaire à un plan dans lequel s’inscrit les directions longitudinale L et verticale V. L’empilement 24 de plaques 22 constitue un corps de chauffe de l’échangeur thermique 4, c’est-à-dire une portion au sein de laquelle ont lieu les échanges thermiques entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur.
Par ailleurs, l’empilement 24 de plaques 22 est agencé dans le boîtier 6 de sorte à former l’espace 32 s’étendant entre ledit boîtier 6 et au moins l’une de quatre faces 14a, 14b, 14c, 14b de l’échangeur thermique 4 et dans lequel le liquide caloporteur circule.
Tel que visible sur la figure 5, une pluralité d’organes de dissipation 34 s’étendent de plusieurs plaques 22 de l’empilement 24 jusqu’à venir au contact d’une des parois 12a, 12b, 12c, i2d du boîtier 6 afin de créer des canaux de circulation 40 disposés en série au moins en partie le long des quatre parois de l’échangeur thermique 4, et s’étendant dans l’espace 32. On comprend alors que les organes de dissipation 34 disposés au sein de l’espace 32 qui délimite le troisième circuit, sont configurés pour étendre la surface d’échange d’énergie externe à l’échangeur thermique 4. La série de canaux de circulation 40 s’étend depuis une zone proximale à la bouche d’alimentation 42 configurée pour le passage du liquide caloporteur représenté par des flèches tirets (figure 1) dans le troisième circuit jusqu’à une première zone d’interruption 44a et une deuxième zone d’interruption 44b représentées par deux cercles respectifs représentés en pointillés sur la figure 1. La première zone d’interruption 44a est disposée à proximité de la bouche d’alimentation 42 configurée pour le passage du liquide caloporteur dans le troisième circuit. On comprend que la première zone d’interruption 44a est configurée pour laisser le passage libre au liquide caloporteur pour qu’il entre dans le troisième circuit. Le passage du liquide caloporteur dans le troisième circuit est représenté par des flèches tirets sur la figure 1. La deuxième zone d’interruption 44b est disposée à proximité de la première ouverture 18a configurée pour l’entrée du liquide caloporteur dans le deuxième circuit. On comprend que la deuxième zone d’interruption 44b est également configurée pour laisser le passage libre au liquide caloporteur pour qu’il entre dans le troisième circuit.
On comprend que l’entrée du liquide caloporteur dans le troisième circuit peut se faire selon deux sens de circulation opposés.
La figure 5 illustre une vue en coupe de l’échangeur thermique 4, rendant ainsi visible l’empilement de plaques 22. Une première plaque 22a empilée sur une deuxième plaque 22b participent ensemble à former un canal 40 configuré pour être traversé par le liquide caloporteur.
La présente invention propose ainsi un dispositif de régulation thermique 1 comprenant un boîtier 6 logeant un échangeur thermique 4 à plaques 22, les plaques 22 comportant des organes de dissipation 34 configurés pour optimiser les échanges thermiques. Ces organes de dissipation 34 étant définis par l’augmentation de longueur des bords longitudinaux 26a, 26b et latéraux 28a, 28b prolongeant les bords inclinés 31 s’étendant des plaques 22, pénètrent dans l’espace 32 constituant le troisième circuit disposé entre ledit échangeur et le boîtier 6, augmentant ainsi la surface d’échangeur thermique externe de l’échangeur thermique 4. De cette façon, les bords longitudinaux 26a, 26b et les bords latéraux 28a, 28b forment une surface d’échange thermique plus conséquente et les bords inclinés 31 constituent un support pour le brasage d’une plaque sur une autre.
Par ailleurs, le dispositif de régulation thermique 1 se présentant sous un corps monobloc 10 comprenant un boîtier 6 logeant l’échangeur thermique 4 et un support 8 à éléments à compositions fluidiques, permet de gérer de façon optimale les échanges de calories au sein du dispositif de régulation thermique 1 en centralisant plusieurs fonctions distinctes.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen et toute configuration équivalents ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de régulation thermique (1) comprenant un échangeur thermique (4) à empilement (24) de plaques (22) et un boîtier (6), l’échangeur thermique (4) comprenant un premier circuit (16) qui s’étend au moins en partie entre au moins deux plaques (22) adjacentes de l’empilement (24) de plaques (22) et qui est destiné à être parcouru par un fluide réfrigérant (2), l’échangeur thermique (4) comprenant un deuxième circuit (20) qui s’étend au moins en partie entre au moins deux plaques (22) adjacentes de l’empilement (24) de plaques (22) et qui est destiné à être parcouru par un liquide caloporteur (3), l’échangeur thermique (4) étant logé dans le boîtier (6) en laissant un espace (32) agencé entre ledit empilement (24) de plaques (22) et ledit boîtier (6), l’espace (32) délimitant un troisième circuit (21) destiné à être parcouru par un liquide caloporteur (3) qui longe au moins un côté externe de l’empilement (24) de plaques (22), dans lequel au moins une des plaques (22) de l’empilement de plaques (24) comprend une organe de dissipation thermique (34) qui s’étend dans le troisième circuit (21).
2. Dispositif de régulation thermique (1) selon la revendication 1, dans lequel au moins l’une des plaques (22) qui délimite le premier circuit (16) et/ou le deuxième circuit (20) comprend l’organe de dissipation (34).
3. Dispositif de régulation thermique (1) selon les revendications 1 et 2, dans lequel les plaques (22) délimitant le premier circuit (16) et/ou le deuxième circuit (20) comprennent chacune au moins un fond (30) et un bord incliné (31) par rapport au fond (30), le bord incliné (31) d’une plaque (22) étant en contact avec le bord incliné (31) de l’autre plaque (22), l’organe de dissipation (34) s’étendant à partir du bord incliné (31) d’une de ces plaques (22).
4. Dispositif de régulation thermique (1) selon la revendication 3, dans lequel l’organe de dissipation (34) prolonge le bord incliné (31) d’une de ces plaques (22).
5. Dispositif de régulation thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel l’organe de dissipation (34) s’étend dans un plan parallèle au plan dans lequel s’étend majoritairement le fond (30).
6. Dispositif de régulation thermique (i) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel l’organe de dissipation (34) prolonge le bord incliné (31) sur une distance (D) comprise entre 1,5mm et 5mm.
7. Dispositif de régulation thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’organe de dissipation (34) est issu de matière avec la plaque (22) qui le porte.
8. Dispositif de régulation thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel au moins deux plaques (22) comportent chacune un organe de dissipation (34), une extrémité libre (29) de chacun des deux organes de dissipation (34a, 34b) étant en contact avec une paroi (12a, 12b, 12c, i2d) du boîtier (6), lesdits organes de dissipation (34) et ladite paroi (12a, 12b 12c, i2d) du boîtier (6) délimitant au moins en partie un canal de circulation (40) constitutif du troisième circuit (21).
9. Dispositif de régulation thermique (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de régulation thermique (1) comprend un corps monobloc (10) comportant le boîtier (6).
10. Dispositif de régulation thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le corps monobloc (10) comprend un vase d’expansion configuré pour recevoir du liquide caloporteur.
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