FR3103032A1 - Évaporateur pour système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire et procédé de fabrication associé - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un évaporateur (1) pour système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire (X) pour véhicule automobile, ledit évaporateur (1) comportant : une plaque d’échange thermique (10) comportant une première face destinée à venir au contact d’un élément à refroidir et une deuxième face, opposée à la première face, destinée à être au contact d’un fluide réfrigérant à basse pression, un corps creux (13) imperméable recouvrant au moins partiellement la deuxième face de la plaque d’échange thermique (10) de sorte à former une cavité, une masse poreuse (15) disposée dans la cavité et délimitant avec la plaque d’échange thermique (10) une première chambre (13a) dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à basse pression et délimitant avec le corps creux (13) une deuxième chambre (13b) dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à haute pression, au moins deux des éléments parmi la plaque d’échange thermique (10), le corps creux (13) et la masse poreuse (15) étant réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium et brasés l’un à l’autre. Figure d’abrégé : Fig 3
Description
La présente invention concerne le domaine des échangeurs thermiques et plus particulièrement des évaporateurs dans le cadre d’un système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire pour véhicule automobile.
Les systèmes de transfert thermique diphasique à pompage capillaire sont connus dans l’art antérieur, notamment dans le domaine du refroidissement de composants électroniques comme des puces électroniques ou processeurs et dans le domaine spatial. Un système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire comporte généralement un évaporateur disposé au niveau de l’élément à refroidir et un condenseur afin de dissiper l’énergie calorifique. Entre cet évaporateur et ce condenseur circule un fluide caloporteur diphasique dont la mise en mouvement est généralement assurée par un élément poreux assurant un pompage capillaire.
L’évaporateur comporte une plaque d’échange thermique destinée à venir au contact d’un élément à refroidir, un corps creux imperméable recouvrant au moins partiellement la deuxième face de la plaque d’échange thermique de sorte à former une cavité et une masse poreuse disposée dans la cavité afin d’effectuer le pompage capillaire. Généralement, au moins la plaque d’échange thermique est réalisée en cuivre. Ce matériau est coûteux mais du fait que pour une utilisation dans le domaine de refroidissement des composants électroniques la surface de ladite plaque d’échange thermique est réduite, les coûts restent limités. Cependant, dans le domaine automobile, l’utilisation d’un tel matériau n’est pas adaptée car la taille dudit évaporateur est plus importante et donc l’utilisation de cuivre augmenterait considérablement le coût de l’évaporateur.
De plus, afin d’assurer l’étanchéité entre les différents éléments de l’évaporateur, des joints sont généralement disposés entre ces éléments ce qui augmente la complexité et le temps de fabrication.
Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l’art antérieur et de proposer un évaporateur amélioré pour systèmes de transfert thermique diphasique à pompage capillaire.
La présente invention concerne donc un évaporateur pour système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire pour véhicule automobile, ledit évaporateur comportant :
- une plaque d’échange thermique comportant une première face destinée à venir au contact d’un élément à refroidir et une deuxième face, opposée à la première face, destinée à être au contact d’un fluide réfrigérant à basse pression,
- un corps creux imperméable recouvrant au moins partiellement la deuxième face de la plaque d’échange thermique de sorte à former une cavité,
- une masse poreuse disposée dans la cavité et délimitant avec la plaque d’échange thermique une première chambre dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à basse pression et délimitant avec le corps creux une deuxième chambre dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à haute pression,
L’utilisation de l’ aluminium ou de l’alliage d’aluminium permet d’avoir un évaporateur peu onéreux et dont l’étanchéité est améliorée du fait du brasage.
Selon un aspect de l’invention, la plaque d’échange thermique est réalisée dans un matériau polymère chargé en éléments conducteurs thermique, le corps creux et la masse poreuse étant réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium.
Selon un autre aspect de l’invention, la plaque d’échange thermique, le corps creux et la masse poreuse sont tout trois réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium.
Selon un aspect de l’invention, la masse poreuse est réalisée en aluminium ou alliage d’aluminium par frittage.
Selon un aspect de l’invention, la plaque d’échange thermique comporte des ailettes faisant saillie dans la première chambre.
La présente invention concerne également un système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire pour véhicule automobile comportant un évaporateur tel que décrit précédemment.
La présente invention concerne en outre un procédé de fabrication d’un évaporateur pour système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire pour véhicule automobile, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
- assemblage :
- d’une plaque d’échange thermique et comportant une première face destinée à venir au contact d’un élément à refroidir et une deuxième face, opposée à la première face, destinée à être au contact d’un fluide réfrigérant à basse pression, avec
- un corps creux destiné à recouvrir au moins partiellement la deuxième face de la plaque d’échange thermique de sorte à former une cavité, et avec
- une masse poreuse disposée dans la cavité et délimitant avec la plaque d’échange thermique une première chambre dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à basse pression et délimitant avec le corps creux une deuxième chambre dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à haute pression,
- au moins deux des éléments parmi la plaque d’échange thermique, le corps creux et la masse poreuse étant réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium,
- brasage des éléments réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium et en contact les uns des autres.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, fournie à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels :
Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou inter-changées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément inter-changer de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.
La figure 1 montre une représentation schématique d’un système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire X comportant un évaporateur 1 et un condenseur 2 entre lesquels circule un fluide réfrigérant diphasique couramment utilisé au sein des circuits de climatisation, comme par exemple le 1234yf. L’utilisation d’un tel fluide réfrigérant permet une utilisation du système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire X dans le domaine automobile avec des risques cancérigènes, mutagènes et toxiques moindres par rapport au méthanol couramment utilisé dans ces systèmes de transfert thermique diphasique à pompage capillaire. Bien évidemment, le type de fluide réfrigérant n’est pas limité à l’exemple du 1234yf précité, mais peut être notamment choisi parmi l’éthanol, le méthane, le propane ou l’eau.
Le condenseur 2 peut être un échangeur de chaleur disposé au sein d’un flux d’air externe 200 afin de dissiper l’énergie calorifique absorbée au niveau de l’évaporateur 1. Le condenseur 2 peut ainsi être disposé en face avant du véhicule automobile.
Comme le montrent les figures 2 et 3, l’évaporateur 1 comporte une plaque d’échange thermique 10, un corps creux 13 et une masse poreuse 15. La plaque d’échange thermique 10 comporte une première face 10a destinée à venir au contact d’un élément à refroidir et une deuxième face 10b, opposée à la première face 10a, destinée à être au contact d’un fluide réfrigérant à basse pression. Le corps creux 13 est quant à lui imperméable et recouvre au moins partiellement la deuxième face 10b de la plaque d’échange thermique 10 de sorte à former une cavité.
La masse poreuse 15 est disposée dans cette cavité et délimite une première 13a et une deuxième 13b chambre. Cette masse poreuse 15 permet le passage par capillarité du fluide caloporteur entre la deuxième 13b et la première 13a chambre. Pour cela la masse poreuse 15 comporte des pores communicants par exemple d’un diamètre moyen entre 2µm et 200µm. La masse poreuse 15 délimite avec la plaque d’échange thermique 10, et plus précisément avec sa deuxième face 10b, une première chambre 13a dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à basse pression. La masse poreuse 15 délimite avec le corps creux 13 une deuxième chambre 13b dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à haute pression.
La masse poreuse 15 peut ainsi être fixée sur la face interne du corps creux 13 comme illustré sur les figures 2 et 3. Une autre possibilité, illustrée aux figures 4 et 5 est que la plaque d’échange thermique 10, plus précisément sa deuxième face 10b, comporte un rebord 11 sur lequel est fixé la masse poreuse 15 de sorte à définir la première chambre 13a.
La deuxième chambre 13b comporte également une entrée 14a de fluide caloporteur. Cette entrée 14a de fluide caloporteur peut plus particulièrement être réalisée au niveau du corps creux 13. La première chambre 13a comporte quant à elle une sortie 14b de fluide caloporteur. Cette sortie 14b de fluide caloporteur peut être réalisée au niveau du corps creux 13 comme illustré dans l’exemple des figures 2 et 3 ou bien au niveau de la plaque d’échange thermique 10 comme illustré dans l’exemple des figures 4 et 5.
Au sein du système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire X l’entrée 14a de fluide caloporteur est connectée à une sortie de fluide caloporteur du condenseur 2. La sortie 14b de fluide caloporteur est quant à elle connectée à une entrée de fluide caloporteur du condenseur 2. Le fluide caloporteur arrivant dans la deuxième chambre 13b est à « haute » pression et en phase liquide. Ce fluide réfrigérant à « haute » pression provient du condenseur 2 et passe de la deuxième 13b à la première 13a chambre en traversant la masse poreuse 15 par capillarité. Ce passage d’une chambre à une autre permet la mise en mouvement du fluide caloporteur au sein du système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire X et permet une baisse de pression dudit fluide caloporteur. Le fluide caloporteur arrivant dans la première chambre 13a via la masse poreuse 15 passe alors à « basse » pression. Par haute et basse pression, on entend ici que le fluide caloporteur dans la deuxième chambre 13b est à une pression supérieure au fluide caloporteur au sein de la première chambre 13a.
Le fluide réfrigérant à « basse » pression au sein de la première chambre 13a au contact de la deuxième face 10b de la plaque d’échange thermique 10 passe à l’état gazeux en prélevant de l’énergie calorifique à ladite plaque d’échange thermique 10 qui permet ainsi que refroidir l’élément à refroidir au contact de sa première face 10a. Le fluide caloporteur à l’état gazeux rejoint ensuite le condenseur 2 au niveau duquel il repasse à l’état liquide en cédant de l’énergie calorifique au flux d’air externe 200.
Afin de faciliter les échanges entre le fluide caloporteur et la plaque d’échange thermique 10, la deuxième face 10b de ladite plaque d’échange thermique 10 peut comporter des ailettes 10c faisant saillie dans la première chambre 13a. Ces ailettes 10c peuvent notamment être parallèles les unes aux autres et orientées dans le sens de circulation du fluide caloporteur afin de limiter les pertes de charge. La masse poreuse 15 peut également être au contact des sommets desdites ailettes 10c afin qu’elle servent de point de fixation à ladite masse poreuse 15. Les ailettes 10c peuvent ainsi former des canaux au sein de la première chambre 13a dans lesquels circule le fluide caloporteur.
Au moins deux des éléments parmi la plaque d’échange thermique 10, le corps creux 13 et la masse poreuse 15 sont réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium et brasés l’un à l’autre. L’utilisation d’un matériau tel que l’aluminium ou l’alliage d’aluminium permet une bonne conduction thermique tout en limitant les coûts de production de l’évaporateur 1 notamment par rapport à un matériau tel que le cuivre. Cela est d’autant plus important du fait que l’évaporateur 1 peut avoir une taille importante selon sa destination au sein du véhicule automobile. De plus l’utilisation de l’aluminium pour au moins deux de ces éléments permet de les braser l’un à l’autre afin de les fixer et également d’obtenir une étanchéité au niveau de cette fixation. Cela est notamment important au niveau des zones de contact entre la plaque d’échange thermique 10 et le corps creux 13 afin d’avoir une cavité étanche, mais également entre la masse poreuse 15 et le corps creux 13 et/ou la plaque d’échange thermique 10 afin de former la première chambre 13a.
Selon un premier mode de réalisation, la plaque d’échange thermique 10 peut être réalisée dans un matériau polymère chargé en éléments conducteurs thermiques. Le corps creux 13 et la masse poreuse 15 sont alors réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium et brasés l’un à l’autre. Ce mode de réalisation est possible uniquement lorsque la masse poreuse 15 est fixée sur le corps creux 13 comme illustré sur les figures 2 et 3.
Selon un deuxième mode de réalisation, la plaque d’échange thermique 10, le corps creux 13 et la masse poreuse 15 sont tous trois réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium. Ce mode de réalisation est possible quelque soit la conformation de l’évaporateur 1 illustrée aux figures 2 à 5.
Il est bien entendu tout à fait possible d’imaginer d’autres modes de réalisations dans lesquels aux moins deux de ces éléments sont réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium et en contacts afin d’être brasés l’un avec l’autre.
Lorsque la masse poreuse 15 est réalisée en aluminium ou alliage d’aluminium cette dernière peut notamment être obtenue par frittage. Le corps creux 13 et la plaque d’échange thermique 10 peuvent quant à eux être obtenus par emboutissage ou usinage lorsqu’ils sont réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un évaporateur 1 pour système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire X pour véhicule automobile. La figure 6 montre un organigramme des différentes étapes dudit procédé. Ce procédé comporte notamment une première étape 101 d’assemblage :
- d’une plaque d’échange thermique 10 comportant une première face 10a destinée à venir au contact d’un élément à refroidir et une deuxième face 10b, opposée à la première face 10a, destinée à être au contact d’un fluide réfrigérant à basse pression, avec
- un corps creux 13 destiné à recouvrir au moins partiellement la deuxième face de la plaque d’échange thermique 10 de sorte à former une cavité, et avec
- une masse poreuse 15 disposée dans la cavité et délimitant avec la plaque d’échange thermique 10 une première chambre 13a dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à basse pression et délimitant avec le corps creux 13 une deuxième chambre 13b dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à haute pression.
Parmi la plaque d’échange thermique 10, le corps creux 13 et la masse poreuse 15 au moins deux de ces éléments sont réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium.
Une deuxième étape 102 de brasage des éléments réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium et en contact les uns des autres.
Ainsi, on voit bien que l’évaporateur 1 du fait qu’au moins deux de ces éléments sont réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium, permet d’avoir un évaporateur 1 économique pour une utilisation au sein d’un véhicule automobile mais permet également une bonne étanchéité.
Claims (7)
- Evaporateur (1) pour système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire (X) pour véhicule automobile, ledit évaporateur (1) comportant :
- une plaque d’échange thermique (10) comportant une première face destinée à venir au contact d’un élément à refroidir et une deuxième face, opposée à la première face, destinée à être au contact d’un fluide réfrigérant à basse pression,
- un corps creux (13) imperméable recouvrant au moins partiellement la deuxième face de la plaque d’échange thermique (10) de sorte à former une cavité,
- une masse poreuse (15) disposée dans la cavité et délimitant avec la plaque d’échange thermique (10) une première chambre (13a) dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à basse pression et délimitant avec le corps creux (13) une deuxième chambre (13b) dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à haute pression,
- Evaporateur (1) selon la revendications 1, caractérisé en ce que la plaque d’échange thermique (10) est réalisée dans un matériau polymère chargé en éléments conducteurs thermique, le corps creux (13) et la masse poreuse (15) étant réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium.
- Evaporateur (1) selon la revendications 1, caractérisé en ce que la plaque d’échange thermique (10), le corps creux (13) et la masse poreuse (15) sont tout trois réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium.
- Evaporateur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse poreuse (15) est réalisée en aluminium ou alliage d’aluminium par frittage.
- Evaporateur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque d’échange thermique (10) comporte des ailettes (10c) faisant saillie dans la première chambre (13a).
- Système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire (X) pour véhicule automobile comportant un évaporateur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- Procédé de fabrication d’un évaporateur (1) pour système de transfert thermique diphasique à pompage capillaire (X) pour véhicule automobile, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
- assemblage :
- d’une plaque d’échange thermique (10) et comportant une première face destinée à venir au contact d’un élément à refroidir et une deuxième face, opposée à la première face, destinée à être au contact d’un fluide réfrigérant à basse pression, avec
- un corps creux (13) destiné à recouvrir au moins partiellement la deuxième face de la plaque d’échange thermique (10) de sorte à former une cavité, et avec
- une masse poreuse (15) disposée dans la cavité et délimitant avec la plaque d’échange thermique (10) une première chambre (13a) dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à basse pression et délimitant avec le corps creux (13) une deuxième chambre (13b) dans laquelle est destiné à circuler le fluide réfrigérant à haute pression,
- au moins deux des éléments parmi la plaque d’échange thermique (10), le corps creux (13) et la masse poreuse (15) étant réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium,
- brasage des éléments réalisés en aluminium ou alliage d’aluminium et en contact les uns des autres.
- assemblage :
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Legal Events
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