Titre de l'invention : Echangeur de chaleur, notamment pour un véhicule

[1] La présente invention concerne un échangeur de chaleur, notamment pour un véhicule.

[2] Le véhicule peut être de type terrestre, maritime ou aérien.

[3] Cet échangeur de chaleur est notamment intégrable dans un dispositif de refroidissement d’au moins une batterie ou cellules de batterie de véhicule, par exemple un véhicule automobile.

[4] On connaît par la demande de brevet FR 3 081 981 un échangeur de chaleur comprenant une première plaque d'un premier matériau (matériau métallique) et une deuxième plaque d'un deuxième matériau (matière thermoplastique) distinct du premier matériau, ladite deuxième plaque étant fixée à la première plaque de manière à créer un canal de circulation de fluide de refroidissement, ladite première plaque présentant des anfractuosités au niveau d'une surface de la première plaque située en regard de la deuxième plaque, une partie du deuxième matériau remplissant les anfractuosités de la première plaque.

[5] L’invention vise à renforcer l’assemblage de plaques entre elles, notamment en permettant d’utiliser des matériaux différents pour ces plaques.

[6] L’invention a ainsi pour objet un échangeur de chaleur, notamment pour un véhicule, comprenant :

- une première plaque présentant un pourtour externe,

- une deuxième plaque assemblée avec la première plaque pour former avec la première plaque au moins un canal d’écoulement pour un fluide caloporteur, cette deuxième plaque présentant un pourtour externe, échangeur de chaleur dans lequel la première plaque présente une zone de jonction configurée pour être liée à une zone de jonction de la deuxième plaque, notamment par une colle ou par fusion de matière de l’une des première et deuxième plaques, et l’une des première et deuxième plaques comporte une fenêtre adjacente à ladite zone de jonction et inscrite à l’intérieur du pourtour externe de la plaque correspondante.

[7] Notamment les première et deuxième plaques sont réalisées dans des matières différentes. En variante, ces plaques sont réalisées dans la même matière.

[8] L’invention est avantageuse pour les raisons suivantes.

[9] Grâce à la fenêtre sur l’une des plaques, il est possible d’approcher un outil d’assemblage, au plus près des zones de jonction à lier. L’outil permet par exemple de déposer de la colle sur les zones de jonction ou, en variante, permet de réaliser des soudures et/ou de chauffer les plaques pour faire fondre de la matière de l’une des plaques qui flue vers l’autre plaque pour réaliser la jonction, avec ou sans pressage d’une plaque sur l’autre.

[10] Dans le cas où l’assemblage nécessite d’appuyer les plaques l’une contre l’autre, un organe de serrage peut être utilisé, lequel outil exerce une pression au plus proche des zones de jonction, la fenêtre permettant d’éviter une pression à distance de ces zones de jonction car la fenêtre correspond à une absence de matière ou vide qui ne reçoit pas de pression d’appui.

[1 1 ] De plus il est possible d’alléger l’échangeur de chaleur ainsi fabriqué, car la ou les fenêtres représentent d’autant moins de matière sur la plaque.

[12] L’invention permet ainsi de renforcer la liaison entre les première et deuxième plaques en réalisant des zones de jonction qui sont à l’intérieur des pourtours externes de ces plaques, le long des canaux, ce qui a pour effet également d’améliorer l’étanchéité de ces canaux.

[13] Selon l’un des aspects de l’invention, la fenêtre de l’une des plaques fait face à une région pleine de l’autre des plaques.

[14] Ainsi ladite fenêtre est bouchée par la plaque opposée, étant une fenêtre traversant la plaque sur laquelle elle est formée mais qui est rendue borgne lorsque les première et deuxième plaques sont assemblées ensemble.

[15] Il est ainsi possible de conserver la rigidité des plaques empilées grâce à la réalisation d’une fenêtre sur l’une seulement des première et deuxième plaques, donc sur un coté seulement de l’empilement. On peut, par exemple, réaliser une fenêtre seulement dans la plaque la moins rigide, l’autre plaque plus rigide conservant la fonction de rigidité.

[16] Selon l’un des aspects de l’invention, la première plaque comporte une fenêtre et la deuxième plaque comporte elle aussi une fenêtre, et chacune de ces fenêtres est en regard d’une région pleine de la plaque en face, de sorte que ces fenêtres soient borgnes.

[17] Selon l’un des aspects de l’invention, les zones de jonction longent au moins un tronçon du canal d’écoulement.

[18] Selon l’un des aspects de l’invention, les zones de jonction respectives des première et deuxième plaques comportent une déformation, notamment au moins le long de la fenêtre ou des fenêtres, configurée pour renforcer la jonction entre les première et deuxième plaques.

[19] Ceci permet d’éviter des risques de fuite de fluide caloporteur, notamment au niveau de la fenêtre ou des fenêtres.

[20] Selon l’un des aspects de l’invention, cette déformation correspond à un emboutissage ou un pli des plaques.

[21] Selon l’un des aspects de l’invention, l’une au moins des zones de jonction respectives des première et deuxième plaques comporte une surface texturée, notamment au moins le long de la fenêtre ou des fenêtres, configurée pour renforcer la jonction entre les première et deuxième plaques.

[22] Ceci est particulièrement adapté lorsque, pour assembler les première et deuxième plaques, il est utilisé un procédé dans lequel le chauffage et le pressage sont utilisés. Le cas échéant, la texturation de l’une des plaques, notamment une plaque métallique, permet de laisser de l'espace pour la pénétration du plastique de l’autre plaque.

[23] Le pressage n’est alors effectué que dans la zone de jonction longeant le canal, évitant ainsi toute déformation dans des zones qui sont plus éloignées du canal ou des canaux, afin d’éviter de générer des défauts de planéité des plaques par pressage. [24] La plaque métallique est par exemple en aluminium ou acier.

[25] L’une des plaques est par exemple à base d’une matière thermoplastique composite, avec par exemple une base en thermoplastique, et des fibres de renfort telles que des fibres de verre ou de carbone. Cette plaque peut être obtenue à partir d’une feuille en matière composite.

[26] La base en thermoplastique peut comprendre du Polyéthylène Terephtalate (PET), du Polybuthylene Terephtalate (PBT), du Polyamide (PA6, PA66 ou copolymère, PA46, PPA), du sulfure de polypropylène (PPS), un matériau à base de polyoléfine (PP, PE) ou un mélange de ces matériaux.

[27] Selon l’un des aspects de l’invention, les zones de jonction des première et deuxième plaques sont jointes par une colle.

[28] Selon l’un des aspects de l’invention, les zones de jonction des première et deuxième plaques sont jointes par une colle, et additionnellement par chauffage et pressage.

[29] Selon l’un des aspects de l’invention, la fenêtre est une ouverture à contour fermé. Ainsi cette fenêtre est totalement à l’intérieur du pourtour externe de la plaque correspondante.

[30] Selon l’un des aspects de l’invention, la fenêtre est une ouverture à contour ouvert. Ainsi cette fenêtre est ouverte sur le pourtour externe de la plaque correspondante.

[31] Selon l’un des aspects de l’invention, plusieurs fenêtres sont prévues sur la même plaque.

[32] Selon l’un des aspects de l’invention, sur l’une des plaques, la fenêtre, lorsqu’une seule fenêtre est présente, ou les fenêtres, lorsque plusieurs fenêtres sont présentes, occupent, en totalité, au moins 5% de la superficie totale de la plaque correspondante.

[33] Selon l’un des aspects de l’invention, sur l’une des plaques, la fenêtre, lorsqu’une seule fenêtre est présente, ou les fenêtres, lorsque plusieurs fenêtres sont présentes, occupent, en totalité, au plus 45% ou 50% de la superficie totale de la plaque correspondante. [34] Selon l’un des aspects de l’invention, la ou les zones de jonctions s’étendent le long du ou des canaux.

[35] Ainsi est assurée l’étanchéité des canaux, le long de ceux-ci, à l’interface des première et deuxième plaques.

[36] Selon l’un des aspects de l’invention, la fenêtre est réalisée sur la plaque en matière thermoplastique.

[37] Selon l’un des aspects de l’invention, l’une des première et deuxième plaques est plane et l’autre des première et deuxième plaques comprend au moins un relief configuré pour former, une fois les plaques fixées ensemble, le ou les canaux d’écoulement. De préférence, la première plaque est plane et la deuxième plaque comprend le relief configuré pour former, une fois les plaques fixées ensemble, le ou les canaux d’écoulement.

[38] Ainsi la circonférence interne du canal est formée, pour une partie, par le relief de l’une des plaques et, pour le restant de la circonférence, par le plat de l’autre plaque.

[39] Selon l’un des aspects de l’invention, le relief de la plaque pour former le canal est un embouti de la plaque correspondante.

[40] Selon l’un des aspects de l’invention, le relief de la plaque pour former le canal comprend un ou plusieurs éléments rapportés sur la plaque correspondante.

[41] Selon l’un des aspects de l’invention, le relief présente une forme sensiblement trapézoïdale.

[42] Selon l’un des aspects de l’invention, la fenêtre est formée entre deux tronçons de canal, notamment deux tronçons du même canal.

[43] Selon l’un des aspects de l’invention, ce canal présente une pluralité de virages, par exemple en formant deux U à la suite.

[44] Selon l’un des aspects de l’invention, la fenêtre est réalisée sur la plaque comprenant le ou les canaux d’écoulement. [45] L’échangeur de chaleur est notamment intégrable dans un dispositif de refroidissement d’au moins une batterie ou cellules de batterie de véhicule, par exemple un véhicule automobile.

[46] Selon l’un des aspects de l’invention, le fluide caloporteur circulant dans les canaux est choisi parmi un fluide réfrigérant et eau glycolée.

[47] L’invention a également pour objet un dispositif de refroidissement d’au moins une batterie ou cellules de batterie de véhicule, par exemple un véhicule automobile, comprenant un ou plusieurs échangeurs de chaleur tels que précités.

[48] L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur, notamment pour un véhicule, comportant les étapes suivantes :

- fournir une première plaque présentant un pourtour externe,

- fournir une deuxième plaque présentant un pourtour externe,

- assembler la première plaque avec la deuxième plaque pour former au moins un canal d’écoulement pour un fluide caloporteur en joignant, notamment par une colle ou par fusion de matière de l’une des première et deuxième plaques, une zone de jonction de la première plaque à une zone de jonction de la deuxième plaque, l’une des première et deuxième plaques comportant une fenêtre adjacente à ladite zone de jonction et inscrite à l’intérieur du pourtour externe de la plaque correspondante.

[49] Selon l’un des aspects de l’invention, l’une des première et deuxième plaques est à base de matière thermoplastique et le procédé comporte l’étape de découpe de cette plaque pour former la fenêtre.

[50] Selon l’un des aspects de l’invention, l’une des première et deuxième plaques est à base de matière thermoplastique et le procédé comporte une étape d’emboutissage de cette plaque pour former un relief, notamment une cavité longiligne, destiné à définir le canal d’écoulement.

[51] Selon l’un des aspects de l’invention, les zones de jonction des première et deuxième plaques sont jointes par chauffage, de préférence par rayonnement laser, et pressage de ces zones de jonction. [52] Selon l’un des aspects de l’invention, le procédé comporte une étape de texturation de l’une des plaques, notamment une plaque métallique, pour laisser de l'espace pour la pénétration du thermoplastique de l’autre plaque, par pressage et/ou parce que le thermoplastique a fondu sous l'effet du chauffage.

[53] L’étape de texturation de l’une des plaques peut être faite l’aide d’un laser qui crée cette texturation, ou en variante par attaque chimique.

[54] Selon l’un des aspects de l’invention, les zones de jonction des première et deuxième plaques sont jointes par une colle et/ou par une matière ayant fondu de l’une des plaques.

[55] Selon l’un des aspects de l’invention, le procédé comporte une étape de réticulation de la colle.

[56] Selon l’un des aspects de l’invention, la réticulation est réalisée par un outil chauffage qui est amené en regard d’un pourtour de la fenêtre.

[57] Ainsi cet outil de chauffage peut être amené au plus près de la colle, présente sur les zones de jonction qui bordent la fenêtre.

[58] Selon l’un des aspects de l’invention, l’outil de chauffage est amené du côté de la plaque qui est pourvue de la fenêtre.

[59] L’outil de chauffage est par exemple capable d’émettre un laser, ou de chauffer par induction. L’outil de chauffage est, d’une manière générale, une source de chaleur capable d’augmenter localement la température de la matière.

[60] Dans le cas du collage, la présence de la fenêtre permet de choisir différentes formes pour les zones de jonction, formes susceptibles d’améliorer la résistance structurelle des zones de jonction.

[61] Le cas échéant, il est possible d’appliquer, avec précision, la colle le long de la fenêtre, en même temps que cette colle déposée est réticulée par l’outil de chauffage.

[62] Selon l’un des aspects de l’invention, les zones de jonction des première et deuxième plaques sont jointes par une colle, et additionnellement par chauffage et pressage. La colle est par exemple un adhésif méthacrylate, notamment avec deux composants, ou un adhésif polyuréthane. [63] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :

[64] - la [Figure 1] illustre, schématiquement et partiellement, un échangeur de chaleur selon un exemple de mise en oeuvre de l’invention ;

[65] - la [Figure 2] illustre, schématiquement et partiellement, en coupe, l’échangeur de chaleur de la figure 1 ;

[66] - la [Figure 3] illustre, schématiquement et partiellement, une texturation de l’une des plaques d’échangeur de chaleur selon un exemple de mise en oeuvre de l’invention ;

[67] - la [Figure 4] illustre, schématiquement et partiellement, un échangeur de chaleur selon un autre exemple de mise en oeuvre de l’invention.

[68] On a représenté, sur les figures 1 et 2, un échangeur de chaleur 1 intégrable dans un dispositif de refroidissement de cellules de batterie de véhicule automobile, ces cellules étant posées contre l’échangeur de chaleur 1 pour être refroidies.

[69] L’échangeur de chaleur 1 comporte :

- une première plaque 2 présentant un pourtour externe 3,

- une deuxième plaque 4 assemblée avec la première plaque 2 pour former avec la première plaque 2 un canal d’écoulement 5 pour un fluide caloporteur, par exemple un fluide réfrigérant ou une eau glycolée, cette deuxième plaque 4 présentant un pourtour externe 6.

[70] La première plaque 2 présente une zone de jonction 10 configurée pour être liée à une zone de jonction 11 de la deuxième plaque 4, et la deuxième plaque 4 comporte une fenêtre 12 adjacente à ladite zone de jonction 11 et inscrite à l’intérieur du pourtour externe 6 de la plaque 4 correspondante.

[71] Cette fenêtre 12 de la deuxième plaque 4 fait face à une région pleine 14, qui est plane, de la première plaque 2. [72] Ainsi la fenêtre 12 est bouchée par la plaque 2 opposée, étant une fenêtre 12 traversant la plaque 4 sur laquelle elle est formée mais qui est rendue borgne lorsque les première et deuxième plaques 2 et 4 sont assemblées ensemble.

[73] Il est ainsi possible de conserver la rigidité des plaques 2 et 4 empilées grâce à la réalisation d’une fenêtre 12 sur l’une seulement des première et deuxième plaques 2 et 4, donc sur un coté seulement de l’empilement.

[74] La première plaque 2, qui est plane, est en aluminium ou acier.

[75] La deuxième plaque 4, dans laquelle est réalisée la fenêtre 12, est en matière thermoplastique composite, avec par exemple une base en thermoplastique, et éventuellement des fibres de renfort telles que des fibres de verre ou de carbone. Cette plaque 4 peut être obtenue à partir d’une feuille en matière composite.

[76] La base en thermoplastique peut comprendre du Polyéthylène Terephtalate (PET), du Polybuthylene Terephtalate (PBT), du Polyamide (PA6, PA66 ou copolymère, PA46, PPA), du sulfure de polypropylène (PPS), un matériau à base de polyoléfine (PP, PE) ou un mélange de ces matériaux.

[77] Les zones de jonction 10 et 11 longent le canal d’écoulement 5, sur toute la longueur de celui-ci, entre une entrée de fluide 15 et une sortie de fluide 16.

[78] Optionnellement, les zones de jonction 10 et 1 1 respectives des première et deuxième plaques 2 et 4 comportent une déformation, le long de la fenêtre 12, configurée pour renforcer la jonction entre les première et deuxième plaques, cette déformation correspondant à un emboutissage ou un pli des plaques 2 et 4.

[79] Dans l’exemple décrit, comme illustré sur la figure 3, la zone de jonction 10 de la première plaque 2 comporte une surface texturée 17, au moins le long de la fenêtre 12, configurée pour renforcer la jonction entre les première et deuxième plaques 2 et 4.

[80] La fenêtre 12 est une ouverture à contour fermé, ici de forme sensiblement rectangulaire. Ainsi cette fenêtre 12 est totalement à l’intérieur du pourtour externe 6 de la plaque correspondante 4. [81 ] La fenêtre 12 peut présenter toute autre forme adaptée, circulaire ou polygonale ou plus complexe par exemple. Plusieurs fenêtres peuvent prévues sur la même plaque 4.

[82] Dans une variante non illustrée, la fenêtre 12 est une ouverture à contour ouvert.

[83] Sur la plaque 4, la fenêtre 12 occupe, en totalité, au moins 5% de la superficie totale de la plaque 4 correspondante, et au plus 45% ou 50% de la superficie totale de la plaque 4 correspondante.

[84] La deuxième plaque 4 comprend un relief 19 configuré pour former, une fois les plaques 2 et 4 fixées ensemble, le canal d’écoulement 5.

[85] Ainsi la circonférence 20 interne du canal d’écoulement 5 est formée, pour une partie, par le relief 19 de la deuxième plaque 4 et, pour le restant de la circonférence, par le plat de première plaque 2.

[86] Le relief 19 est un embouti de la plaque 4, et présente une forme sensiblement trapézoïdale.

[87] Dans l’exemple décrit, la fenêtre 12 est formée entre deux tronçons rectilignes 21 de canal 5.

[88] Le canal 5 présente une pluralité de virages, en formant deux U à la suite.

[89] Nous allons maintenant décrire le procédé de fabrication de l’échangeur de chaleur 1 .

[90] Ce procédé de fabrication comporte l’étape d’assembler la première plaque 2 avec la deuxième plaque 4 pour former le canal d’écoulement 5 en joignant les zones de jonction 10 et 11 , par chauffage et pressage de ces zones de jonction

10 et 11 .

[91 ] La surface texturée 17 crée de l'espace pour la pénétration du thermoplastique de la deuxième plaque 4 vers cette surface texturée 17, qui a fondu sous l'effet du chauffage. Ceci permet d’avoir une cohésion forte entre les première et deuxième plaques 2 et 4.

[92] Est utilisé un outil de chauffage 22 amené au plus près des zones de jonction

10 et 11 bordant la fenêtre 12. [93] L’outil de chauffage 22 est amené du côté de la plaque 4 qui est pourvue de la fenêtre.

[94] Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l’invention, les zones de jonction 10 et 11 des première et deuxième plaques 2 et 4 sont jointes par une colle.

[95] Dans ce cas, le procédé peut comporter une étape de réticulation de la colle, et la réticulation est réalisée par un outil chauffage qui est amené en regard d’un pourtour de la fenêtre 12.

[96] Dans le cas du collage, la présence de la fenêtre 12 permet de choisir différentes formes pour les zones de jonction, formes susceptibles d’améliorer la résistance structurelle des zones de jonction.

[97] Selon l’un des aspects de l’invention, les zones de jonction 10 et 11 des première et deuxième plaques 2 et 4 sont jointes par une colle, et additionnellement par chauffage et pressage.

[98] Dans un autre exemple de réalisation de l’invention illustrée à la figure 4, la première plaque 2 comporte une fenêtre 30 et la deuxième plaque 4 comporte elle aussi une fenêtre 12, et chacune de ces fenêtres 12 et 30 est en regard d’une région pleine de la plaque en face, de sorte que ces fenêtres soient borgnes.