Elle concerne plus particulièrement un module d'échange de chaleur comprenant une multiplicité de plaques empilées munies chacune d'un bord périphérique, dans lequel les bords périphériques sont assemblés de manière étanche pour délimiter entre les plaques des circuits d'écoulement de fluide.

On connaît déjà (DE-A-19511991 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 ou encore le refroidissement de l'huile de la boîte de vitesse automatique, par échange thermique avec 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 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. De plus, les différents échangeurs de chaleur à plaques, par exemple celui qui est utilisé pour le refroidissement de l'huile du moteur et celui qui est utilisé pour le refroidissement de l'huile de la boîte de vitesse automatique, occupent un volume important dans le compartiment moteur du véhicule.

La présente invention a pour objet un module d'échange de chaleur qui remédie à ces inconvénients. A cet effet, elle propose un module d'échange de chaleur du type défini ci-dessus où les plaques empilées sont divisées en au moins deux sections d'échange de chaleur par une cloison de séparation, notamment unique, chaque section comportant des premiers canaux d'écoulement pour un premier fluide qui alternent avec des onds canaux ecoulement-pour--un cloison de séparation étant prévue apte à interdire le passage d'une section à l'autre desdits fluides ou à autoriser le passage d'une section à l'autre de l'un seulement desdits fluides.

Afin d'ass-u-r-e-r---l'indépendance de l'une--au-moins des sections~ d'échange, l'une au moins des cloisons de séparation pourra ne comporter aucun passage de communication.

Ainsi, les deux fluides qui circulent dans l'une des deux sections d'échange de chaleur adjacentes à la plaque ne comportant aucun passage de communication circulent de manière indépendante des deux fluides qui circulent dans l'autre section d'échange de chaleur située de l'autre côté de la cloison de séparation ne comportant aucun passage de séparation. On réalise ainsi deux circuits d'échange de chaleur distincts entièrement séparés. On peut ainsi disposer deux échangeurs de chaleur entièrement indépendants, par exemple un radiateur d'huile de boîte de vitesse automatique et un radiateur d'huile de refroidissement de l'huile moteur entièrement indépendants l'un de l'autre avec une grande compacité. Il en résulte une diminution de l'encombrement sous le capot du véhicule.

Au contraire, si l'on souhaite établir une communication entre au moins deux sections d'échange de chaleur, l'une au moins des cloisons de séparation du module d'échange de chaleur de l'invention comporte un passage de communication permettant le

passage de l'un des deux fluides qui circulent dans l'une des sections situées d'un côté de la cloison dans la section située de l'autre côté de la cloison afin de réaliser un échange de chaleur avec l'un des deux fluides circulant dans la section d'échange située de l'autre côté de la cloison.

On réalise ainsi un échangeur de chaleur à plusieurs étages. Un mme fluide est mis successivement en relation d'échange de chaleur avec un premier fluide circulant dans une première section d'échange de chaleur, puis avec un second fluide circulant dans une seconde section d'échange de chaleur. On peut ainsi réchauffer ou refroidir davantage ce fluide. Le fluide est échauffé jusqu'à une certaine température par échange de chaleur avec le premier fluide, puis échauffé encore davantage par échange de chaleur avec le second fluide.

Inversement, il peut tre refroidi jusqu'à une certaine température par échange de chaleur avec le premier fluide, puis refroidi encore davantage par échange de chaleur avec un second fluide plus froid que le premier.

Les cloisons de séparation peuvent présenter des formes de réalisation très diverses. Toutefois, de préférence, elles sont constituées par des plaques courantes du module d'échange de chaleur.

Ainsi, les cloisons de séparation ont un encombrement qui n'est pas plus important que celui d'une plaque courante. D'autre part, il n'est pas nécessaire de prévoir des outils spéciaux pour les fabriquer. Elles peuvent tre fabriquées en mme temps que les autres plaques.

Chaque plaque comporte généralement deux passages de communication pour permettre l'entrée des premier et second fluides dans un canal d'écoulement et deux passages de communication pour permettre la sortie des premier et second fluides de ce canal d'écoulement.

Selon une réalisation, l'un de ces passages de communication est absent dans certaines des plaques d'une section d'échange de chaleur, afin de déterminer des passes pour la circulation de l'un des premier et second fluides.

Ainsi, on peut réaliser un échangeur de chaleur comportant des passes sans avoir-à-prévoir des pièces supplémentaires. Les cloisons de séparation sont obtenues directement au moyen des plaques courantes de l'échangeur en ne prévoyant pas de passage de communication dans l'un des deux passages d'entrée ou des deux passages de sortie d'une plaque courante.

Par ailleurs, l'invention concerne un circuit de climatisation, notamment de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un évaporateur, un compresseur, un condenseur et une valve de détente, dans lequel circule un fluide réfrigérant, le condenseur étant constitué par un échangeur selon l'invention à deux étages au moins.

Un tel circuit pourra aussi bien tre utilisé avec un fluide frigorigène changeant de phase qu'avec un fluide frigorigène restant dans la mme phase.

Dans une réalisation particulière, l'un au moins des étages du module d'échange de chaleur est refroidi par le fluide de refroidissement du moteur, et le second étage est refroidi par le fluide de cycle lui-mme du circuit de climatisation.

De préférence, le fluide réfrigérant parcourt le second étage de l'échangeur multi-étage après avoir traversé l'évaporateur et avant d'tre comprimé dans le compresseur.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la, lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en

référence aux figures annexées. Sur ces figures : - la Figure 1 est une vue extérieure en perspective d'un module d'échange de chaleur à plaques selon l'invention ; - la Figure 2 est une vue en coupe du module d'échange de chaleur représenté sur la Figure 1 ; les Figures 3 et 4 représentent respectivement une vue en perspective et une vue en coupe d'un module d'échange de chaleur représenté sur les Figures 1 et 2 ; - la Figure 5 est une vue schématique en perspective qui illustre la circulation des fluides à l'intérieur d'un module d'échange de chaleur constituant un échangeur multi-étage ; - les Figures 6 et 7 illustrent une réalisation des plaques du module d'échange de chaleur de l'invention ; - la Figure 8 est une vue de détail en coupe qui représente un exemple possible de réalisation de tubulure d'entrée ou de sortie de fluide dans un module d'échange de chaleur conforme à la présente invention ; - la Figure 9 est une vue schématique qui illustre le fonctionnement d'un circuit de climatisation classique de l'habitacle d'un véhicule automobile ; - la Figure 10 est un schéma qui représente un circuit de climatisation conforme à la présente invention ; et - la Figure 11 est une représentation en perspective d'un circuit de climatisation conforme à la présente invention.

On a représenté, sur la Figure 1, une vue extérieure en perspective d'un module d'échange de chaleur conforme à la

présente invention et, sur la Figure 2, une vue en coupe prise en diagonale du module d'échange représenté sur la Figure 1. Le module d'échange de chaleur comprend une multiplicité de plaques 2 (Figure 2) empilées les unes sur les autres et munies chacune d'un rebord périphérique 3. Les bords périphériques sont assemblés de manière étanche pour délimiter entre les plaques de premiers canaux d'écoulement pour un premier fluide FI qui alternent avec'de seconds canaux-d'écoulement-pour un second fluide F2. Le module d'échange de chaleur comporte au moins une cloison de séparation 4 qui divise les plaques 2 en au moins deux sections d'échange de chaleur. L'exemple représenté comporte une cloison de séparation unique 4 qui divise les plaques en une première section 6 et une seconde ~section d'échange de chaleur 8. Toutefois, le module d'échange de chaleur pourrait comporter un nombre plus important de sections d'échange de chaleur, par exemple trois, quatre ou davantage.

Les sections d'échange de chaleur peuvent tre indépendantes les unes des autres. Dans ce cas, les cloisons de séparation 4 disposées entre ces sections ne comportent aucun passage de communication pour les fluides qui circulent dans chacune d'entre elles. On détermine ainsi autant d'échangeurs de chaleur indépendants qu'il y a de sections. Si la cloison 4 de l'exemple représenté ne comporte aucun passage de communication, le module d'échange de chaleur comportera deux échangeurs de chaleur indépendants 6 et 8. Des fluides FI et F2 circuleront dans le premier échangeur de chaleur 6 en relation d'échange thermique, indépendamment des fluides F3 et F4 du second échangeur 8. On réduit ainsi l'encombrement des échangeurs en les regroupant dans un mme module.

Dans une autre réalisation, les sections d'échange de chaleur 6 et 8 peuvent communiquer entre elles par un passage de communication prévu dans la cloison 4. Le passage de communication permet le passage de l'un des fluides, par

exemple le fluide F2 de la section d'échange de chaleur 6, dans la section d'échange de chaleur 8 située de l'autre côté de la cloison 4. Ainsi, le fluide F2 est en relation d'échange thermique avec le fluide FI dans une première section d'échange de chaleur (la section 6), puis avec le fluide F3 dans une deuxième section d'échange de chaleur. On réalise ainsi un échangeur de chaleur à plusieurs étages. L'échangeur multi- étage peut comporter plus-de'deux étages-wpar èxemple trois ou plus.

La cloison de séparation 4 est de préférence constituée par une plaque courante. Cette plaque ne comporte qu'un seul passage de communication 28, au lieu des quatre passages prévus dans une plaque ordinaire.

Le module d'échange de chaleur comporte des tubulures qui permettent l'entrée et la sortie des fluides. Dans l'exemple représenté, le module d'échange de chaleur 6 comporte une tubulure d'entrée 12 pour le fluide FI et une tubulure de sortie 14 pour ce mme fluide. De manière similaire, la section d'échange 8 comporte une tubulure d'entrée 16 pour le fluide F3 et une tubulure de sortie 18 pour ce mme fluide.

Si les sections d'échange de chaleur 6 et 8 sont indépendantes l'une de l'autre, le module 6 comportera une tubulure d'entrée, par exemple la tubulure 20 pour le fluide F2, et une tubulure de sortie (non représentée) pour ce mme fluide dépendant également du module d'échange 6. De la mme manière, la section d'échange de chaleur. 8 comportera une tubulure d'entrée, par exemple la tubulure 22, pour un fluide F4 et une tubulure de sortie (non représentée) pour ce mme fluide. Au total, le module d'échange de chaleur comportera quatre tubulures dépendant du module d'échange 6 et quatre tubulures dépendant du module d'échange 8, soit au total huit tubulures.

Si, au contraire, les sections d'échange de chaleur 6 et 8

communiquent entre elles, le fluide F2 pénétrera dans la section 6 par la tubulure d'entrée 20 et ressortira de la section 8, après avoir traversé la cloison de séparation 4, par la tubulure de sortie 22. On constate que dans ce cas le module d'échange de chaleur ne comporte que trois tubulures sur chacune des sections d'échange de chaleur, soit six tubulures au total au lieu de huit précédemment.

On a représenté très schématiquement, sur les Figures 3 et 4, respectivement une vue en perspective et une vue en coupe d'un module d'échange de chaleur conforme à l'invention comportant deux sections d'échange de chaleur 6 et 8 communiquant entre elles par un passage de communication 28. Le fluide FI pénètre dans la sëctioh"déchange 6 par la-tubulure d'entrée 12 et en ressort par la tubulure de sortie 14, comme schématisé par les flèches, après avoir échangé de la chaleur avec le fluide F2 qui pénètre dans la section d'échange 6 par la tubulure d'entrée 20.

Le fluide F2 quitte la section d'échange 6 par le passage de communication 28 et pénètre par ce mme passage (représenté en deux parties sur la Figure 3) dans la section d'échange de chaleur 8. Dans cette section, il échange de la chaleur avec le fluide F3 qui pénètre par la tubulure d'admission 16 et ressort par la tubulure de sortie 18, comme schématisé par les flèches.

Le fluide F2 ressort ensuite à la partie inférieure de la section d'échange 8.

Ainsi, le fluide F2 peut tre refroidi une première fois par échange de chaleur avec le fluide FI, puis refroidi encore davantage par le fluide F3 dont la température d'entrée est inférieure à la température d'entrée du fluide FI. Inversement, le fluide F2 peut tre réchauffé par échange de chaleur avec le fluide FI, puis échauffé encore davantage dans la section d'échange 8 par échange de chaleur avec le fluide F3 dont la température d'entrée est supérieure à la température d'entrée

du fluide FI dans le module d'échange de chaleur 6.

L'échangeur multi-étage ainsi réalisé permet une augmentation de l'amplitude du refroidissement ou de l'échauffement. En pratique, le fluide FI sera, par exemple, un liquide tel que le liquide de refroidissement du moteur, et le fluide F3 un gaz, par exemple le gaz réfrigérant du circuit de climatisation de l'habitacle du véhicule'automobile.

La Figure 4 montre très schématiquement comment les plaques 2 délimitent entre elles de premiers canaux 30 pour le fluide FI qui alternent avec de seconds canaux 32 pour le fluide F2. Le fluide FI circule de la droite vers la gauche, selon la figure, dans les canaux d'écoulement 3 0,'"t-ands-que-le-f-luide F-2- circule de la gauche vers la droite dans les canaux d'écoulement 32. Après avoir parcouru le dernier canal d'écoulement 32, le fluide F2 traverse la cloison de séparation 4 par le passage de communication 28 et circule ensuite de droite à gauche dans les canaux d'écoulement 34 qui alternent avec les canaux d'écoulement 36 dans lesquels circule, de gauche à droite, le fluide F3.

On a représenté schématiquement sur la Figure 5 une vue en perspective éclatée qui illustre d'une autre manière la circulation des fluides dans un module d'échange de chaleur conforme à l'invention comportant des sections d'échange de chaleur 6 et 8 communiquant entre elles par un passage de communication. Le fluide F2, dont le parcours est schématisé en traits pleins, pénètre à la partie supérieure de la section 6 par la tubulure 20 dans un conduit 40 qui traverse toute la hauteur de cette section jusqu'à la cloison de séparation (non représentée) disposée entre les deux sections. Ce conduit 40 remplit par conséquent le rôle d'une boîte collectrice dans un échangeur de type classique.

De la mme manière, le fluide Fi, dont le parcours est

schématisé en traits interrompus, pénètre par la tubulure d'entrée 12 à la partie supérieure de la section d'échange 6 jusqu'à la cloison de séparation 4 dans un conduit 42 constituant une boîte collectrice. Les fluides FI et F2 traversent la section d'échange 6 en diagonale, en une seule passe, dans les canaux d'écoulement 30 et 32, comme représenté sur la Figure 4. Bien entendu, comme on le décrira plus en <BR> <BR> détail ultérieurement,'la'circulation'des fluides FI et F2 pourrait s'effectuer en plusieurs passes.

1 Le fluide FI circule alors de bas en haut, comme schématisé par les flèches, pour ressortir à la partie supérieure de la section d'échange 6 par la tubulure 14, tandis que le fluide -F2, après avoir traversé'le passage de communication---28- (Figures 3 et 4), pénètre dans un conduit 44 formant boîte collectrice de la section d'échange 8. Par ailleurs, le fluide F3 pénètre à la partie inférieure de la section d'échange 8 par la tubulure 16 dans un conduit 46 formant boîte collectrice.

Les fluides F2 et F3 traversent les canaux d'écoulement 34 et 36 en diagonale, comme représenté sur la Figure 4. Le fluide F3 redescend vers la partie inférieure de la section d'échange 8, comme schématisé par les flèches, et quitte l'échangeur par la tubulure de sortie 18, tandis que le fluide F2 quitte l'échangeur par la tubulure de sortie 22, également située à la partie inférieure de la section d'échange 8. Dans l'exemple représenté, la circulation des fluides F2 et F3 s'effectue en une seule passe. Mais, bien entendu, elle pourrait s'effectuer en plusieurs passes.

On a représenté sur les Figures 6 et 7 une réalisation préférée des plaques d'un module d'échange de chaleur conforme à l'invention. Ces plaques sont empilées selon une technique d'assemblage dite « en écaille ». Chacune des sections d'échange 6 et 8 (voir Figures 1 à 5) comprend des premières plaques 50 qui alternent avec des secondes plaques 52 de configuration différente. Les premières plaques 50 présentent chacune un fond

54 entouré par un bord périphérique 56 relevé vers le haut. Le fond 54 est muni d'ondulations 58 de forme sensiblement sinusoïdale définies par des génératrices parallèles entre elles et qui s'étendent dans une première direction D1 (Figure 7).

Les secondes plaques 52, disposées en alternance avec les premières-plaques 50, présentent chacune un-fond 20 ; 60 entouré par un bord périphérique relevé 62, ayant une forme homologue de celle du bord périphérique 56 précité. Le fond 60 comporte des ondulations 54 de forme sensiblement sinusoïdale définies par des génératrices s'étendant dans une seconde direction D2 qui est sensiblement perpendiculaire à la première direction D1 (Figure 7)-. Les plaques 50 et 52 sont formées par emboutissage d'une tôle métallique, de préférence à base d'aluminium. Elles sont, dans l'exemple, d'une forme générale rectangulaire mais pourraient présenter une autre forme, à condition que leurs bords relevés. puissent s'emboîter deux à deux.

Les plaques sont empilées et viennent ainsi en contact mutuel à leur périphérie par leurs bords relevés respectifs 56 et 62 qui sont brasés pour assurer une liaison mécanique étanche. Par ailleurs, les ondulations 58 d'une première plaque sont en contact avec les ondulations 64 d'une seconde plaque adjacente.

Les plaques 5'0 et 52 délimitent ainsi entre elles des canaux pour le premier fluide FI qui alternent avec des canaux pour le second fluide F2.

Les ondulations respectives 58 et 64 permettent de donner aux canaux une structure tridimensionnelle particulière qui favorise un écoulement turbulent des fluides Fl et F2.

En se reportant aux Figures 6 et 7, h représente la moitié de l'espacement maximal entre les crtes respectives 67 et 68 des ondulations respectives 58 et 64 d'une première plaque 50 et d'une deuxième plaque 52 adjacente.

Le diamètre hydraulique est défini par la relation Dh = 4 x volume occupé par le fluide/surface mouillée. Il est essentiel que le diamètre hydraulique des canaux ait une valeur choisie.

Cette valeur est de préférence comprise entre 0,1 et 3 mm.

L'amélioration de la tenue mécanique à la pression interne de l'echangëur est obtenue grâce aux bords relevés des plaques empilées les unes dans les autres et, éventuellement, grâce à plusieurs plaques d'extrémité renforcées ajoutées au module d'échange de chaleur, ainsi que par les contacts entre plaques au niveau des ondulations que présentent celles-ci.

Les tubulures d'entrée et de sortie des fluides FI, F2, F3, F4 peuvent tre réalisées de manières diverses. On peut prévoir des entretoises (non représentées), par exemple de forme circulaire, disposées entre les plaques de l'échangeur. Dans une réalisation préférée, comme représenté sur la Figure 8, une plaque sur deux, par exemple les plaques 50, comporte des cuvettes 70 dont le fond comporte un orifice de passage 72 en communication de fluide avec un orifice de passage 74 d'une plaque 52 adjacente et qui sont brasées de manière étanche au fond de ladite plaque 52. Les orifices de passage 72 et 74 présentent sensiblement le mme diamètre. On définit ainsi les conduits ou boîtes collectrices 40, 42,44, 46 sans avoir à prévoir aucune pièce supplémentaire. En outre, grâce à ce procédé, il est possible de réaliser un échangeur à passes multiples sans avoir à prévoir des cloisons de séparation rajoutées. Il suffit de prévoir que certaines des plaques 50 et 52 ne comporteront pas de passage de communication à des endroits appropriés choisis afin de réaliser une circulation à passes multiples.

On a représenté sur la Figure 9 une vue schématique d'un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile. Il comprend un compresseur 76 qui comprime le

fluide réfrigérant à l'état gazeux. Ce fluide est introduit dans le condenseur 78 qu'il parcourt par une succession de passes. Après la dernière passe, le fluide réfrigérant quitte le condenseur 78 par une canalisation de sortie 80 dans laquelle est intégrée une restriction 82 et pénètre dans le réservoir 84. Le fluide réfrigérant quitte le réservoir 84 par une tubulure de sortie 86 pour tre détendu dans une valve de détente 88 et'parvenir a l'évaporateur 90. En-passant de l'état' liquide à l'état gazeux, le fluide réfrigérant absorbe de la chaleur, ce qui permet de réfrigérer l'habitacle du véhicule.

Après l'évaporateur 90, le fluide réfrigérant retourne au compresseur 76 et le cycle recommence.

Dans un circuit de climatisation classique de ce type, le condenseur 78 est en général refroidi par une circulation d'air qui circule au contact d'intercalaires ondulés disposés entre des tubes dans lesquels circule le fluide réfrigérant. Un échangeur de ce type ne comporte qu'un seul étage de refroidissement.

L'invention concerne (Figure 10) un condenseur destiné au circuit de climatisation de l'habitacle d'un véhicule comportant deux étages de refroidissement et permettant par conséquent une meilleure condensation du fluide réfrigérant et par conséquent une amélioration des performances du circuit de climatisation.

Le condenseur 100 est constitué d'une première section d'échange 6 et d'une seconde section d'échange 8 séparées par la cloison de séparation 4 qui peut tre constituée, par exemple, par une plaque courante comportant un passage de communication unique 26 (Figure 3). Le fluide FI de refroidissement de la section d'échange 6 est constitué par l'eau du circuit de refroidissement du moteur. Le fluide réfrigérant sous forme gazeuse sortant du compresseur 76 pénètre en 40 dans la section 6. Ce fluide réfrigérant

constitue le fluide F2 dont il a été question dans les exemples décrits précédemment.

Les fluides FI et F2 parcourent la section d'échange de chaleur 6 en plusieurs passes (non représentées). L'eau de refroidissement quitte le condenseur 100 par la tubulure de sortie 14. Le fluide réfrigérant F2 traverse la cloison de séparation'par le passage de'communication et'pénètre dans la section de refroidissement 8. Dans cette section, il est refroidi encore davantage par échange de chaleur avec un fluide F3. Ce fluide n'est autre que le fluide de cycle réfrigérant lui-mme en sortie de l'évaporateur 90. Après sa sortie de la section d'échange 8, le fluide F3 est dirigé vers le compresseur 76. Le fluide réfrigérant F2, sous-refroidi, quitte le condenseur par la canalisation de sortie 82, comme dans l'art antérieur décrit en référence à la Figure 9.

On constate ainsi que le fluide réfrigérant du circuit de climatisation apparaît dans deux rôles différents. Il est à la fois le fluide F2 à refroidir et le fluide de refroidissement F3. Le second étage 8 de l'échangeur permet donc d'abaisser la température du fluide de climatisation après le premier étage 6 et d'améliorer les performances de la climatisation.

On a représenté sur la Figure 11 une vue en perspective du circuit de climatisation conforme à l'invention représenté sur la Figure 10. On retrouve sur cette figure le condenseur 100 constitué des deux sections d'échange 6 et 8, la bouteille ou réservoir 24, le détendeur 88, l'évaporateur 90, le compresseur 76.

Le condenseur 100 pourra présenter une structure à plaques empilées, comme décrit plus haut, ou autre.