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WO2005040707A2 - Echangeur de chaleur utilisant un fluide d'accumulation - Google Patents

Echangeur de chaleur utilisant un fluide d'accumulation Download PDF

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Publication number
WO2005040707A2
WO2005040707A2 PCT/FR2004/002863 FR2004002863W WO2005040707A2 WO 2005040707 A2 WO2005040707 A2 WO 2005040707A2 FR 2004002863 W FR2004002863 W FR 2004002863W WO 2005040707 A2 WO2005040707 A2 WO 2005040707A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchanger
fluid
exchanger according
plate
heat
Prior art date
Application number
PCT/FR2004/002863
Other languages
English (en)
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WO2005040707A3 (fr
Inventor
Régine Haller
Didier Loup
Loic Lepetit
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques filed Critical Valeo Systemes Thermiques
Priority to EP04805407A priority Critical patent/EP1680292A2/fr
Priority to US10/573,961 priority patent/US7891412B2/en
Publication of WO2005040707A2 publication Critical patent/WO2005040707A2/fr
Publication of WO2005040707A3 publication Critical patent/WO2005040707A3/fr

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    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger suitable for being part of a heating, ventilation and / or air conditioning device, in particular for a motor vehicle, comprising a multiplicity of modules stacked in a first direction. , connected to an inlet pipe and to an outlet pipe for a first fluid and suitable for circulating said first fluid.
  • the heat exchanger can be, for example, an air conditioning evaporator through which a refrigerant fluid flows in order to cool the air flow and produce refrigerated air which is sent to the passenger compartment of the vehicle.
  • the heat exchanger can also be a heating radiator through which a hot fluid, usually the coolant of the vehicle engine, in order to heat the air flow and produce hot air which is sent in 1 / abitacle.
  • the refrigerant passes, in this order, through a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator, before returning to the compressor.
  • the refrigerant passed from a liquid phase or from a liquid / vapor phase to a vapor phase by receiving heat from the air flow which is thus cooled.
  • a refrigerant fluid consisting of a fluorinated hydrocarbon such as that known under the designation R 134 A.
  • a disadvantage of known evaporators is that their ability to • cool the air flow depends on the operation of the compressor. In other words, the air flow is no longer cooled as soon as the compressor is stopped.
  • the compressor is driven by the engine and is therefore put out of operation as soon as the engine is stopped.
  • the object of the invention is in particular to overcome the abovementioned drawbacks by proposing means for accumulating either - cold (by consequently yielding 'heat), or on the contrary heat, when the engine ' of the ' vehicle is running and to restore this cold or this heat in the passenger compartment when the engine is stopped.
  • the invention relates in particular to a heat exchanger of the type defined in the introduction, and provides that said modules comprise two distinct series of channels suitable for receiving said first fluid and a second fluid, the second fluid being conveyed by at least a third tube.
  • One of the first and second fluids is stationary in said channels, the exchanger exercising a static storage function.
  • the first and second fluids circulate in said channels, the exchanger exercising a dynamic storage function.
  • the first and second channels of each tube are disposed respectively on either side of an intermediate partition extending substantially perpendicular to the direction of alignment of the tubes.
  • the second channels have in said direction a thickness between 1 and 5 mm.
  • the tubes are connected at one of their ends to a manifold delimiting chambers for the first and second heat transfer fluids, two subsets of the first channels of the same tube opening into two different chambers and communicating with each other at the opposite end of the tube, and two subset of the second channels of the same tube also opening into two different chambers and communicating with each other at the opposite end of the tube, so as to define U-shaped paths between the respective chambers for the first and second fluids.
  • the manifold comprises a profiled part having longitudinal conduits which define said chambers.
  • At least one of said conduits is divided by at least one transverse partition into at least two chambers so as to define a route for the first fluid in at least four passes through the heat exchanger.
  • the profiled part has first and second conduits defining the chambers which communicate with the first channels, and a third conduit disposed between them, an inlet orifice and an outlet orifice for the first fluid, arranged at a first - end of ' the manifold, communicating one with the first conduit and the other with the third conduit, and one of the first and second conduits communicating with the third conduit in the vicinity of the second end of the manifold.
  • the heat exchanger comprises a multiplicity of modules stacked in a first direction, each formed of three mutually joined plates, namely a first plate facing a first end of the stack, a second plate facing the second end of the stack and a third intermediate plate, the plates each extending, substantially along the same contour, in second and third directions substantially perpendicular to each other and perpendicular to the first direction, the modules being spaced from each other, in at least a middle region, so as to define therebetween intervals for the passage of an air flow in the third direction, and the plates being stamped so as to define in each module, assages for the circulation of the first and second fluids heat transfer fluids in the second direction, respectively on either side of the intermediate plate, and having, in two end regions located on either side of 'said at least one central region, apertures for allowing the different modules to receive the first and second fluids, the plates being interconnected so tight fluids around the openings, as well as at their periphery in each module.
  • the passages for the circulation of the second fluid have in the first direction a thickness of between 1 and 5 mm.
  • Each plate has, in a first of said end regions, first and second openings for the circulation of the first fluid in both directions respectively, and a third opening for the circulation of the second fluid in a first direction, and, in the second of said end regions, a fourth opening for the circulation of the second fluid in the second direction.
  • the third opening is arranged between the first and second openings in the second direction.
  • the fourth opening is extended in the second direction.
  • the first plate of a module and the third plate of a neighboring module have respective bosses in mutual support in which the first and second corresponding openings are formed, the first and second openings of the second plate of said neighboring module being traversed by sealingly by the bosses of said third plate.
  • the third opening of the first plate of a module is adjacent to that of the third plate of the same module and that of the second plate of a neighboring module, the latter opening being formed in a boss.
  • the first plate of a module and the second plate of a neighboring module have respective bosses in mutual support in which the fourth corresponding openings are formed, the first and third plates of a module being tightly connected in a zone ring surrounding the boss of the first plate and the opening of the third plate.
  • the second direction is substantially vertical, said first end region being the upper region and the second fluid flowing from bottom to top.
  • the second heat transfer fluid is capable of passing from the liquid state to the solid state when it receives cold from the first heat transfer fluid and vice versa when it restores the cold.
  • the second heat transfer fluid has a melting point between 0 and 10 ° C and preferably between 4 and 7 ° C.
  • the second heat transfer fluid has an enthalpy of fusion of at least 150 kJ / kg.
  • the second heat transfer fluid is chosen from tetradecane, paraffins, hydrated salts and eutectic mixtures.
  • the exchange surface between the first and second fluids in the heat exchanger is between 0.5 and 1.5 m 2 .
  • the direct exchange surface in contact with the second fluid in the heat exchanger is between 0.5 and 1.5 m 2 .
  • At least part of the spaces provided in the heat exchanger for the circulation of the second fluid in thermal contact with the first fluid and / or with an air flow is lined with a highly porous heat-conducting foam, in particular graphite.
  • the invention also relates to the use of a heat exchanger as defined above in a heating, ventilation and / or air conditioning device, in particular for a motor vehicle, comprising at least a first closed loop in which said heat exchanger is traversed by an air flow and in which said first fluid can circulate so as to yield heat or cold to said air flow in the heat exchanger, as well as a second closed loop in which said second fluid can circulate between said heat exchanger and a reservoir so as to receive heat or cold from the first fluid coolant in the heat exchanger to accumulate in the tank and return it to the air flow in one heat exchanger, depending on the heat or cooling produced by the first loop and the processing needs of the air flow.
  • the second loop advantageously contains between 200 and 500 g of the second fluid.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a device using an evaporator according to the invention for air conditioning the passenger compartment of a motor vehicle.
  • Figure 2 is an elevational view of an evaporator according to the invention.
  • FIG. 3 is a partial sectional view along the line III-III of FIG. 2.
  • Figure 4 is a perspective • longitudinal section of the manifold 1 the evaporator, according to the line IV-IV of Figure 5.
  • FIG. 5 is a partial view of the evaporator, in section along the line V-V in FIG. 4.
  • Figure 6 is a sectional view of a variant of the manifold of one evaporator, along line VI-VI of • Figure 5.
  • Figure 7 is a partial elevational view of another evaporator according to invention.
  • FIG. 8 is a partial sectional view along the line VII-VIIl ' of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a partial sectional view along the line IX-IX in FIG. 7.
  • Figures 10 and 11 are partial sectional views along line X-X of Figure 8, respectively of the upper part and the lower part of one evaporator.
  • Figures 12 to 14 are front views of the three plates constituting a module of the evaporator of Figures 7 to 11.
  • Figure 15 shows a replacement plate
  • Figure 16 is a diagram similar to Figure 1 relating to a variant of the device.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle air conditioning device.
  • This device conventionally comprises a loop of refrigerant BF in which the fluid successively passes through a compressor BF1, a condenser BF2, a reservoir or “bottle” BF3, a regulator BF4 and an evaporator BF5 having to return to the compressor.
  • the device also comprises a heating loop BC in which the coolant of the driving motor M of the vehicle circulates under the action of a pump BCl, driven by the motor M, the loop BC further containing a heating radiator BC2 and BC3 solenoid valves suitable for controlling the flow of fluid in this radiator.
  • An air flow represented by the arrow F successively passes through the evaporator BF5 and the radiator BC2 to be brought to a desired temperature before being introduced into the passenger compartment of the vehicle.
  • the evaporator BF5 is also part of a BS loop which contains. in addition to an electric circulation pump BSl and a fluid accumulation tank BS2.
  • the loop BS contains a heat transfer fluid which is capable of exchanging heat with the refrigerant fluid and with the air flow F in one evaporator BF5.
  • the pump BS1 is stopped and the fluid does not circulate in the loop BS. Only the small amount of this fluid contained in the BF5 evaporator is cooled by the refrigerant, allowing rapid warming up of the evaporator.
  • the pump BSl is started, so that cooled fluid circulates in the loop BS, leading to an accumulation of cold in the tank BS2 . If the engine and therefore the compressor BF1 stop, the circulation of the fluid in the loop BS continues under the action of the pump BSl, and this fluid takes over from the refrigerant to cool the air flow F by taking cold from the tank BS2.
  • FIG. 2 represents an evaporator 10 according to the invention which can constitute the evaporator BF5 of FIG. 1.
  • This evaporator comprises a bundle 12 formed of a multiplicity of parallel tubes 14 which alternate with corrugated spacers 16 providing surfaces of heat exchange.
  • the bundle 12 is interposed between two manifolds, namely a manifold 18 placed here ' in the upper part and a manifold 20 placed here in the lower part.
  • the manifold 18 is provided with an inlet pipe 22 for the coolant in the liquid phase or in the liquid / vapor phase and with an outlet pipe 24 for the coolant in the gas phase.
  • the coolant enters the tube 22 as shown by the arrow F1 and exits the tube 24 as shown by the arrow F2 after having exchanged heat with an air flow which sweeps the beam 12 as shown by the arrows F on Figure 2.
  • the tubes 14 have circulation channels for the refrigerant which thus exchanges heat with the air flow.
  • the - refrigerant in liquid phase or in liquid / vapor phase is transformed into vapor phase by absorbing heat., This mistletoe allows to cool the air flow.
  • the tubes 14 of the invention differ from the tubes of conventional evaporators in that they offer a dual function, namely to allow the circulation of the coolant, but also, according to one embodiment of the invention, the circulation fluid from the loop BS which is then a heat transfer fluid.
  • the tube 14 is composed of two plate-shaped parts, namely a first part 26 in which are formed channels 28 for the circulation of the coolant and a second part 30 in which are formed channels 32 for the circulation of the heat transfer fluid.
  • the plate 26 is produced by extruding a metallic material, preferably aluminum or an aluminum-based alloy.
  • the part or plate 26 comprises a row of channels 28 each having a section of substantially rectangular shape and it is delimited by two large parallel faces.
  • the plate 30 is also formed by extrusion of a similar metallic material and it comprises a row of channels 32 each having a generally rectangular cross section, except for the channels adjacent to the lateral edges of the plate 30.
  • This plate 30 is delimited by two large parallel faces.
  • One of the large faces of the plate 26 is connected to one of the large faces of the plate 30, for example by brazing to form an integral assembly.
  • the corrugated spacers 16 are advantageously formed from the same metallic material as the plates.
  • the channels 28 have internal dimensions and wall thicknesses chosen taking into account the nature and operating pressures of the refrigerant used.
  • the channels 28 have a hydraulic diameter generally between 1 and 2 mm, the burst pressures should be around 36 bars.
  • the channels will generally have dimensions between 0.5 and 1 mm, the burst pressures having to be around 250 bars.
  • the channels 32 are intended for the circulation of the thermal accumulation fluid.
  • the section of the channels 32 can have a height of the order of 3 mm for a width of the order of 1 mm, these dimensions being of course subject to variations. These dimensions and the thicknesses of the walls surrounding the channels 32 are selected 'taking also into account the constraints of pressure.
  • the pressures of the heat transfer fluid are relatively low, generally less than 5 bars. The total amount of heat transfer fluid depends on the thermal energy (cold) that one seeks to transfer to the air flow to be sent into the passenger compartment.
  • the manifold 18 comprises a profiled part 38 and a manifold plate 40 formed by the superposition of several plates delimiting openings or circulation passages.
  • the profiled part 38 has an elongated shape and internally delimits three ducts parallel to the coolant.
  • a conduit 42 extending along one side of the profiled part is divided by an attached partition 44 to form an inlet compartment 46 and an intermediate compartment 48. Opposite the conduit 42 is a conduit 50 forming a circulation compartment.
  • Another conduit 52 placed between ' the conduits 42' and 50 forms an intermediate compartment.
  • the inlet manifold 22 communicates as with the compartment 46, while the outlet tubing 24 communicates with the compartment 52.
  • the compartment 42 and the compartment 52 are closed by a plug 54 at the end of the part 38 opposite the tubes 22 and 24, while the compartment 50 is closed at its two ends by plugs 56.
  • the manifold 20 is formed by a stack of plates which delimit suitable passages (not shown) to communicate all the channels 28 on the one hand and all the channels 32 on the other hand of the same tube.
  • the aforementioned passages of the collector plate 40 cooperate with passages of the profiled part 38 to establish an appropriate communication between the compartments 46, 48, 50 and the conduits 60 of the box 18 on the one hand and the channels 28 and 32 tubes on the other hand.
  • the refrigerant circulates in four passes inside the evaporator. It first enters the compartment 46 to then gain the compartment 50 by borrowing the channels 28 twice (passes 1 and 2) then is conveyed to the compartment 48 by borrowing the channels 28 twice (passes 3 and 4) . From there, the fluid reaches the compartment 52 through an opening 58 formed in the partition which separates the conduits 42 and 52, in the vicinity of the plug 54. The fluid then gains the outlet 24.
  • the profiled part 38 of the manifold delimits two longitudinal conduits 60 which communicate by passages 62 with the channels 32 of the tubes 14.
  • the two conduits 60 make it possible to establish a communication between the channels 32 of the different tubes.
  • the conduits 60 are closed at one end of the manifold and open at the other end to communicate with the rest of a secondary cold accumulation loop such as the BS loop of the figure 1.
  • the manifold shown in Figure 6 differs from that of Figure 4 in two ways.
  • each of -conduits, latéraux- '70, .72' - for the coolant which communicate with the channels 28 of the tubes through openings 74 is longitudinally divided by a partition 76, 78, these two partitions being offset relative to each other in the longitudinal direction of the box, from which it results in known manner, in the example of Figure 6, a ' circulation of the fluid in 6 passes instead of 4
  • the median conduit 82 which is connected to the fluid inlet tubing 82, the lateral conduit 70 being connected to the outlet tubing 84, while the other lateral conduit 72 is connected to the median conduit 80 through a communication opening 86.
  • conduits 88 for the fluid • accumulation similar to conduits 60 of Figure 5, which communicate with the channels 32 of the tubes through openings 90.
  • These channels communicate with inlet pipes and outlet 91 at their end situated to the left of the figure, that is to say on the side of the pipes 82 and 84, and are closed by plugs 92 at the opposite end, that is to say on the side plug 94 common to conduits 72 and 80.
  • FIG. 7 to 11 show an evaporator of different construction from those of Figures 2 to 6, also usable in the device of Figure 1.
  • This evaporator comprises a stack of modules 100 each formed from three stamped plates.
  • the partial elevational view of FIG. 7 shows some of the modules 100, those closest to the right end of the stack which carries the inlet and outlet pipes 101, 102 for the refrigerant, connected to a member expansion valve, for example a regulator 103 in the illustrated embodiment, and the inlet and outlet pipes 104, 105 for the thermal storage fluid.
  • the -modules 100 are in mutual contact.
  • each module has the same substantially rectangular outline, 'and each have a peripheral edge 111 situated in a plane perpendicular to the stacking direction, c that is, the left-right direction in Figure 7.
  • the plates 108, 110 and 109 shown separately in Figures 12 to 14 respectively, are arranged in this order from left to right of Figures 7 to 11.
  • the peripheral edges 111 of the three plates are mutually joined and tightly brazed to fluids.
  • the outlet pipe 105 of the accumulation fluid is connected to the upper end region of the modules, at half the width of the latter, while the inlet and outlet pipes 101, 102 of the coolant are connected in the same upper region, laterally on either side of the pipe 105. It is advantageous that the inlet and outlet pipes 104, 105 of the " accumulation fluid " are located respectively at the lower part and at the upper part of the exchanger so as to eliminate the residual gases.
  • each of the pipes 101 and 102, the plate 108 of a module and the plate 110 of the neighboring module are stamped to form respective bosses 112, 113 whose plane vertices 114, 115 are in mutual support and are pierced with open-. res 116, 117 in coincidence.
  • the flat vertices 114, 115 are tightly brazed together around the openings 116, 117 'so as to form, through the stack, longitudinal conduits 118, 119. connected respectively to the pipes 101 and 102 ..
  • Opposite the tubing 104 for entering the accumulation fluid as can be seen more particularly in FIG.
  • the plate 108 of a module and the plate 109 of a neighboring module have respective bosses 120, 121 of which the flat vertices 122, 123 are applied one against the other and are pierced with coincident openings 124, 125 around which they are brazed together in a fluid-tight manner.
  • These bosses define a longitudinal duct 126 in communication with the pipe 104, openings 127 being formed in the plates 110 to ensure the continuity of this duct.
  • the plates 108 and 110 of each module extend in the planes of their respective peripheral edges 111, and the plate 109 of a module has a boss 128, the flat top 129 of which bears on the plate 110 of the neighboring module, the top 129 and the plates 108 and 110 having respective coincident openings 130, 131 and 132 around which they are brazed together fluid tight.
  • the bosses 128 delimit a longitudinal duct 133 communicating with the pipe 105. In the middle region of the height of the modules, as can be seen in FIGS.
  • the plates 108 and 110 generally extend in planes parallel to the planes from their peripheral edges 111, and spaced from one another. However, these plates are brazed together in a sealed manner in a zone 134 (FIG. 11) situated immediately above the duct 126 and extending over the entire width of the module, up to the vertical sides of the edges 111, and also along a vertical center line corresponding to the ridges of respective ribs 140 (FIG. 9) formed by stamping, which connects to the upper sides of the peripheral edges 111 and extends up to a certain distance above the area 134.
  • a zone 134 (FIG. 11) situated immediately above the duct 126 and extending over the entire width of the module, up to the vertical sides of the edges 111, and also along a vertical center line corresponding to the ridges of respective ribs 140 (FIG. 9) formed by stamping, which connects to the upper sides of the peripheral edges 111 and extends up to a certain distance above the area 134.
  • the plates 108 and 110 define - therefore between them a U-shaped path between the conduits 118 and 119, the branches 137, 138 of which are located on either side other ribs 140 and are connected to each other between the lower end thereof and the zone 134.
  • the bosses 120, 121 and the associated openings are advantageously elongated horizontally and can extend over the almost the entire width of one evaporator.
  • each module extends, over its entire surface area with the exception of the peripheral edge 111 and the bosses 121 and 128, along a plane parallel to the plane of its peripheral edge, and spaced from the plate 110.
  • the bosses 121 and 128 are formed from this planar part 135, and the bosses 113 pass through air-tight openings 136 formed therein.
  • the flat part 135 defines with the plate 110 a space 139 allowing a vertical path from bottom to top for the accumulation fluid from the conduit 126 to the conduit 133, allowing this fluid to circulate without emission of noise due to degassing and without problem of oil retention.
  • a spacer can be provided in space 139 to promote heat exchange.
  • Figure 15 shows a plate 109a which can be used as a replacement for plate 109 in the stack of Figures 7 to 11, without other changes.
  • the elements of this plate similar to the corresponding elements of the plate 109 are designated by the same reference signs.
  • the plate 109a differs from the plate 109 by the presence of two ribs formed by stamping from the flat part 135 and the vertices of which are brazed in a sealed manner to the plate 110 of the same module.
  • a first rib has a horizontal region 143 which connects to the peripheral edge 111 on one of the vertical sides of the plate (on the right in the figure), immediately below the openings 136, followed by an elbow 144 and a vertical region 145 which extends down to the vicinity of the boss 121.
  • the second rib has a region 146 which extends substantially horizontally and connects to the peripheral edge 111 on the opposite side of the plate (on the left on the figure), immediately above the boss 121, followed by an elbow 147 and a vertical region 148 which extends upwards to the vicinity of the openings 136.
  • the lower end of the region 145 and the upper end of the region 148 are located opposite the regions 146 and 143 respectively.
  • the ribs 143-148 delimit with the peripheral edge 111 an S-shaped path for the second fluid comprising from the conduit 126 a first branch, ascending between the right side of the plate and the rib 146-148, a second descending branch between the two ribs and a third ascending branch r between the left side of the plate and the rib 143-145 and leading to the conduit 133, the regions 145 and 148 being arranged so that these three branches are substantially the same width. Furthermore, the region 146 widens upwards towards the left side of the plate so as to form a rounding at the transition between the second and third branches of the path.
  • exchanger described can be used both with a static storage fluid and with a circulating storage fluid.
  • the number of passes into an evaporator according to the invention can be other than 4 and 6, and may be any even number 2n, n being a number 'any integer.
  • the thermal storage fluid described above as a heat transfer fluid, can also be a fluid with change of phase, that is to say a fluid whose . melting point is between 0 ° C and 10 ° C.
  • the phase change fluid can consist of water, but this has the drawback that this water expands when it goes from the liquid state to the solid state and that it can generate icing phenomena.
  • phase change fluids whose melting temperature is between 4 ° C and 7 ° C.
  • materials from the paraffin family especially exemplary 'one designated under the trade name of the RT5 RUBITHERM society.
  • An advantageous material is a paraffin having a density equal to 0.8. It is preferred to use phase change materials having a transformation enthalpy greater than or equal to 150 kJ / kg.
  • the melting temperature will be greater than 0 ° C in order to avoid icing problems and above all not to penalize the thermodynamic cycle too much by too low a low pressure.
  • the melting temperature will preferably be less than 10 ° C to allow obtaining, by recovery of the accumulated energy, sufficiently low temperatures to meet the constraints, comfort.
  • the total quantity of heat-transfer fluid contained in the loop BS of FIG. 1 depends on the thermal energy which one seeks to transfer to the air flow F during the periods of stopping of the engine M. Studies have shown that the duration of these periods is, in most cases, less than 30 seconds. If you want to bring the air from 25 ° C and 40% relative humidity upstream of the evaporator to 10 ° C and .100% relative humidity downstream of the evaporator, the calorific power required for a flow 350 kg / h is approximately 1500, an energy of 45,000 J to be transferred in 30 seconds. This energy is provided by fusion 300 g of phase change material having a melting enthalpy of 150 kj / kg. Generally, the amount of phase change material can be between 200 and 500 g.
  • the heat exchange surface between the refrigerant and the phase change material, and between the phase change material and the air flow, provided for example by the inserts 16 and 107 described above, is advantageously between 0.5 and 1.5 m 2 .
  • FIG. 16 the same elements as in FIG. 1, designated by the same references, except that the letter "f" is added after the letter "S" in the reference of the cold accumulation loop, which becomes BSf, and in those of the components of this loop.
  • the device of FIG. 16 differs from that of FIG. 1 by the addition of a heat accumulation loop BSc associated with the radiator BC2 and analogous to the loop BSf, therefore therefore comprising, in addition to the radiator, an electric circulation pump.
  • BScl and an accumulation tank BSc2 for a heat transfer fluid which is capable of exchanging heat with the cooling fluid and with the air flow F in the radiator BC2.
  • the invention could also not use a cold accumulation loop associated with an evaporator, and use only a heat accumulation loop associated with a radiator such as BC2.

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Abstract

Échangeur de chaleur notamment pour un dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation de véhicule automobile, comprenant une multiplicité de modules (100) empilés définis­sant deux séries de canaux distincts propres à faire circuler des premier et second fluides caloporteurs et reliés à des tubulure d'entrée et de sortie (101, 102, 104, 105) pour les deux fluides.

Description

Échangeur de chaleur utilisant un fluide d'accumulation L'invention concerne un échangeur de chaleur propre à faire partie d'un dispositif de chauffage, -ventilation et/ou climatisation, notamment de véhicule automobile, comprenant une multiplicité de modules empilés dans une première direction, reliés à une tubulure d'entrée et à une tubulure de sortie pour un premier fluide et propres à faire circuler ledit premier fluide.
Dans le cas particulier d'un véhicule automobile, l'échangeur de chaleur peut être .par exemple un évaporateur de climatisa- tion parcouru par un fluide réfrigérant afin de refroidir le flux d'air et produire de l'air réfrigéré gui est envoyé dans l'habitacle du véhicule. L'échangeur de chaleur peut aussi être un radiateur de chauffage parcouru par un fluide chaud, habituellement le fluide de refroidissement du moteur du véhicule, afin de réchauffer le flux d'air et de produire de l'air chaud qui est envoyé dans 1/ abitacle.
Dans un circuit de climatisation classique, le fluide réfrigérant traverse, dans cet ordre, un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur, avant de retourner au compresseur. Dans 1 'évaporateur, le fluide réfrigérant passé d'une phase liquide ou d'une phase liquide/vapeur à une phase vapeur en recevant de la chaleur du flux d'air qui se trouve ainsi refroidi. Un tel circuit. est parcouru classique- ment par un fluide réfrigérant constitué par un hydrocarbure fluoré tel que celui connu sous la désignation R 134 A.
On connaît aussi des circuits de climatisation parcourus par un fluide réfrigérant fonctionnant selon un cycle supercriti- que, comme par exemple C02 -
Un inconvénient des évaporateurs connus est que leur capacité •à refroidir le flux d'air dépend du fonctionnement du compresseur. Autrement dit, le flux d'air n'est plus refroidi dès lors que le compresseur est arrêté.
Or, dans la plupart des véhicules automobiles, le compresseur est entraîné par l'intermédiaire du moteur et est donc mis hors de fonctionnement dès que le moteur se trouve arrêté.
Dans le cadre des normes anti-pollution-, on envisage de réaliser des véhicules automobiles qui assurent un arrêt du moteur à combustion interne lorsque le véhicule est au point mort, puis un redémarrage du moteur quand cela est nécessaire, grâce à un alterno-démarreur. Il en résulte que lorsqu'un véhicule de ce type est au point mort, le moteur à combustion interne étant arrêté, la climatisation se trouve aussi a l'arrêt. L'arrêt du moteur à combustion interne a pour conséquence l'arrêt du compresseur, d'où une sensation d'inconfort pour le ou les passagers du véhicule du fait d'une absence de froid après 10 à 20 secondes de soufflage. Un problème analogue peut se poser dans le cas où l'échangeur de chaleur, est un radiateur de chauffage du fait que le fluide caloporteur est mis en circulation par une pompe qui est classiquement entraînée par le moteur à combustion interne du véhicule. Ainsi, 1 '-arrêt du. oteur a pour consé- quence l'arrêt de la pompe et donc l'arrêt de la circulation du fluide, d'où une sensation, d' inconfort, spécialement ' lorsque la température extérieure est très basse.
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités en proposant des moyens pour accumuler soit - du froid (en cédant par conséquent de' la chaleur), soit au contraire de la chaleur, quand le moteur' du' véhicule fonctionne et pour restituer ce froid ou cette chaleur dans l'habitacle quand le moteur est- à l'arrêt.
L'invention vise notamment un échangeur de chaleur du genre défini en introduction, et prévoit que lesdits modules comportent deux séries de canaux distincts propres à recevoir ledit premier fluide et un second fluide, le second fluide étant acheminé par au moins une troisième tubulure.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen- taires ou de substitution, sont énoncées ci-après:
- L'un des premier et second fluides est immobile dans lesdits canaux, l'échangeur exerçant une fonction de stockage statique.
- Les premier et second fluides circulent dans lesdits canaux, l'échangeur exerçant une fonction de stockage dynamique . - Les premiers et seconds canaux de chaque tube sont disposés respectivement de part et d'autre d'une cloison intermédiaire s 'étendant sensiblement perpendiculairement à la direction d'alignement des tubes. - Les seconds canaux présentent dans ladite direction une épaisseur comprise entre 1 et 5 mm.
- Les tubes sont reliés à l'une de leurs extrémités à une boîte collectrice délimitant des chambres pour les premier et second fluides caloporteurs, deux sous-ensemble des premiers canaux d'un même tube débouchant dans deux chambres différentes et communiquant entre eux à l'extrémité opposée du tube, et deux sous-ensemble des seconds canaux d'un même tube débouchant également dans deux chambres différentes et communiquant entre eux à l'extrémité opposée du tube, de manière à définir des trajets en U entre les chambres respectives pour les premier et second fluides.
- La boîte collectrice comprend une pièce profilée présentant des conduits longitudinaux qui définissent lesdites chambres.
- L'un au moins desdits conduits est divisé par au moins une cloison transversale en au moins deux chambres de manière à définir pour le premier fluide un parcours en au moins quatre passes dans l'échangeur de chaleur.
- La pièce profilée présente des premier et second conduits définissant les chambres qui communiquent avec les premiers canaux, et un troisième conduit disposé entre ceux-ci, un orifice d'entrée et un orifice de .sortie pour le premier fluide, disposés a une première- extrémité de' la boîte collectrice, communiquant l'un avec le premier conduit et l'autre avec le troisième conduit, et l'un des premier et second conduits communiquant avec le troisième conduit au voisinage de la seconde extrémité de la boîte collectrice.
- L' échangeur de chaleur comprend une multiplicité de modules empilés dans une première direction, formés chacun de trois plaques mutuellement accolées, à savoir une première plaque tournée vers une première extrémité de l'empilement, une seconde plaque tournée vers la seconde extrémité de l'empilement et une troisième plaque intermédiaire, les plaques s 'étendant chacune, sensiblement selon le même contour, dans des seconde et troisième directions sensiblement perpendiculaires entre elles et perpendiculaires à la première direction, les modules étant écartés les uns des autres, dans au moins une région médiane, de manière à définir entre eux des intervalles pour le passage d'un flux d'air dans la troisième direction, et les plaques étant embouties de manière à définir dans chaque module des, assages pour la circulation des premier et second fluides caloporteurs dans la seconde direction, respectivement de part et d'autre de la plaque intermédiaire, et présentant, dans deux régions d'extrémités situées de part et d'autre de ' ladite au moins une région médiane, des ouvertures pour permettre aux différents modules de recevoir les premier et second fluides, les plaques étant reliées entre elles de manière étanche aux fluides autour des ouvertures, ainsi qu'à leur périphérie dans chaque module.
- Les passages pour la circulation du second fluide présentent dans la première direction une épaisseur comprise entre 1 et 5 mm. - Chaque plaque présente, dans une première desdites régions d'extrémités, des première et seconde ouvertures pour la circulation du premier fluide dans les deux sens respectivement, et une troisième ouverture pour la circulation du second fluide dans un premier sens, et, dans la seconde desdites régions d'extrémités, une quatrième ouverture pour la circulation du second fluide dans le second sens.
- La troisième ouverture est disposée entre les première et seconde ouvertures dans la seconde direction.
- La quatrième ouverture est allongée dans la seconde direction. - La première plaque d'un module et la troisième plaque d'un module voisin présentent des bossages respectifs en appui mutuel dans lesquels sont ménagées les premières et secondes ouvertures correspondantes , les première et seconde ouvertures de la seconde plaque dudit module voisin étant traversées de manière étanche par les bossages de ladite troisième plaque .
- La troisième ouverture de la première plaque d'un module est adjacente à celle de la troisième plaque du même module et à celle de la seconde plaque d'un module voisin, cette dernière ouverture étant ménagée dans un bossage.
- La première plaque d'un module et la seconde plaque d'un module voisin présentent des bossages respectifs en appui mutuel dans lesquels sont ménagées les quatrièmes ouvertures correspondantes, les première et troisième plaques d'un module étant reliées de manière étanche en une zone annulaire entourant le bossage de la première plaque et l'ouverture de la troisième plaque.
- La seconde direction est sensiblement verticale, iadite première région d'extrémité étant la région supérieure et le second fluide circulant de bas en haut. - Le second fluide caloporteur est propre à passer de l'état liquide à l'état solide lorsqu'il reçoit du froid du premier fluide caloporteur et inversement lorsqu'il restitue le froid.
- Le second fluide caloporteur possède un point de fusion compris entre 0 et 10 °C et de préférence entre 4 et 7 °C.
- Le second fluide caloporteur possède une enthalpie de fusion d'au moins 150 kJ/kg.
- Le second fluide caloporteur est choisi parmi le tétradéca- ne, les paraffines, les sels hydratés et les mélanges eutectiques .
- La surface d'échange entre les premier et second fluides dans l'échangeur de chaleur est comprise entre 0,5 et 1,5 m2.
- La surface d'échange direct en contact avec le second fluide dans l'échangeur de chaleur est comprise entre 0,5 et 1,5 m2.
- Une partie au moins des espaces prévus dans 1 'échangeur de chaleur pour la circulation du second fluide en contact thermique avec le premier fluide et/ou avec un flux d'air est garnie d'une mousse fortement poreuse conductrice de la chaleur, notamment en graphite.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'un échan- geur de chaleur tel que défini ci-dessus dans un dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation, notamment de véhicule automobile, comprenant au moins une première boucle fermée dans laquelle ledit échangeur de chaleur est traversé par un flux d'air et dans laquelle ledit premier fluide peut circuler de manière à céder de la chaleur ou du froid audit flux d'air dans l'échangeur de chaleur, ainsi qu'une seconde boucle fermée dans laquelle ledit second fluide peut circuler entre ledit échangeur de chaleur et un réservoir de manière à recevoir de la chaleur ou du froid du premier fluide caloporteur dans l' échangeur de chaleur pour l'accumuler dans le réservoir et la ou le restituer au flux d'air dans 1 'échangeur de chaleur, en fonction de la puissance calorifique ou frigorifique produite par la première boucle et des besoins du traitement du flux d'air.
La seconde boucle contient avantageusement entre 200 et 500 g du second fluide. Les caractéristiques et avantages de l'invention sont exposés plus en détail dans la description ci-après, avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 est un schéma de circuit d'un dispositif utili- sant un évaporateur selon l'invention pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile.
La figure 2 est une vue en élévation d'un évaporateur selon l' invention.
La figure 3 est une vue partielle en coupe selon la ligne III-III de la figure 2.
La figure 4 est une vue en • coupe longitudinale de la boîte collectrice de 1 ' évaporateur, selon la ligne IV-IV de la figure 5.
La figure 5 est une vue partielle de l 'évaporateur, en coupe selon la ligne V-V de la figure 4.
La figure 6 est une vue en coupe d'une variante de la boîte collectrice de 1 'évaporateur, selon la ligne VI-VI de la • figure 5. La figure 7 est une vue partielle en élévation d'un autre évaporateur selon l'invention.
La figure 8 est une vue partielle en coupe selon la ligne VlII-VIIl'de la figure 7. La figure 9 est une vue partielle en coupe selon la ligne IX- IX de la figure 7.
Les figures 10 et 11 sont des vues partielles en coupe selon i la ligne X-X de la figure 8, respectivement de la partie supérieure et de la partie inférieure de 1 'évaporateur.
Les figures 12 à 14 sont des vues de-face des trois plaques constituant un module de l'évaporateur des figures 7 à 11.
La figure 15 représente une plaque de remplacement.
La figure 16 est un schéma analogue à la figure 1 relatif à une variante du dispositif.
On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre un dispositif de climatisation de véhicule automobile. Ce dispositif comprend de manière classique une boucle de fluide réfrigérant BF dans laquelle le fluide traverse successivement un compresseur BF1, un condenseur BF2 , un réservoir ou "bouteille" BF3, un détendeur BF4 et un évaporateur BF5 ayant de retourner vers le compresseur. Le dispositif comprend également une boucle de chauffage BC dans laquelle le fluide de refroidissement du moteur d'entraînement M du véhicule circule sous l'action d'une pompe BCl, entraînée par le moteur M, la boucle BC contenant en outre un radiateur de chauffage BC2 et des électrovannes BC3 propres à commander le débit du fluide dans ce radiateur. Un flux d'air représenté par la flèche F traverse successivement 1 'évaporateur BF5 et le radiateur BC2 pour être amené à une température souhaitée avant d'être introduit dans l'habitacle du véhicule.
Selon un exemple de réalisation de l'invention, 1 'évaporateur BF5 fait également partie d'une boucle BS gui contient en. outre une pompe électrique de circulation BSl et un réservoir d'accumulation de fluide BS2. Comme on le verra en détail plus loin, la boucle BS contient un fluide caloporteur qui est capable d'échanger de la chaleur avec le fluide réfrigérant et avec le flux d'air F dans 1 'évaporateur BF5. Pendant la période initiale de fonctionnement du dispositif, la pompe BSl est arrêtée et le fluide ne circule pas dans la boucle BS. Seule la petite quantité de ce fluide contenue dans 1 'évaporateur BF5 est refroidie par le fluide réfrigé- rant, permettant une mise en température rapide de l'évaporateur. Dès que la température voulue pour 1 'évaporateur ou pour le flux d'air F est atteinte, la pompe BSl est mise en marche, de sorte que du fluide refroidi circule dans la boucle BS, conduisant à une accumulation de froid dans le réservoir BS2. En cas d'arrêt du moteur et par conséquent du compresseur BF1, la circulation du fluide dans la boucle BS se poursuit sous l'action de la pompe BSl, et ce fluide prend le relais du fluide réfrigérant pour refroidir le flux d'air F en prélevant du froid du réservoir BS2.
La figure 2 représente un évaporateur 10 selon l'invention qui peut constituer 1 ' évaporateur BF5 de la figure 1. Cet évaporateur comprend un faisceau 12 formé d'une multiplicité de tubes parallèles 14 qui alternent avec des intercalaires ondulés 16 fournissant des surfaces d'échange de chaleur. Le faisceau 12 est interposé entre deux boîtes collectrices, à savoir une boîte collectrice 18 placée ici ' en partie supérieure et une boîte collectrice 20 placée ici en partie inférieure. La boîte collectrice 18 est munie d'une tubulure d'entrée 22 pour le fluide réfrigérant en phase liquide ou en phase liquide/vapeur et d'une tubulure de sortie 24 pour le fluide réfrigérant en phase gazeuse. Le fluide réfrigérant pénètre dans la tubulure 22 comme montré par la flèche Fl et ressort de la tubulure 24 comme montré par la flèche F2 après avoir échangé de la chaleur avec un flux d'air qui balaie le faisceau 12 comme montré par les flèches F sur la figure 2. Comme dans un évaporateur classique, les tubes 14 comportent des canaux de circulation pour le fluide réfrigérant qui vient ainsi échanger de la chaleur avec le flux d'air. Le - fluide réfrigérant en phase liquide ou en phase liquide/vapeur se transforme en phase vapeur en absorbant de la chaleur., ce gui permet de refroidir le flux d'air. Les tubes 14 de l'invention se différencient des tubes des évaporateurs classiques par le fait qu'ils offrent une double fonction, à savoir de permettre la circulation du fluide réfrigérant, mais aussi, selon un mode de réalisation de l'invention, la circulation du fluide de la boucle BS qui est alors un fluide caloporteur.
Comme on le voit sur la figure 3, le tube 14 est composé de deux parties en forme de plaques, à savoir une première partie 26 dans laquelle sont formés des canaux 28 pour la circulation du fluide réfrigérant et une deuxième partie 30 dans laquelle sont formées des canaux 32 pour la circulation du fluide caloporteur. La plaque 26 est réalisée par extrusion d'une matière métallique, de préférence d'aluminium ou d'alliage à base d'aluminium. Dans l'exemple, la partie ou plaque 26 comprend une rangée de canaux 28 ayant chacun une section de forme sensiblement rectangulaire et elle est délimitée par deux grandes faces parallèles.
La plaque 30 est également formée par extrusion d'un matériau métallique analogue et elle comprend une rangée de canaux 32 ayant chacun une section de forme généralement rectangulaire, sauf pour les canaux adjacents aux bords latéraux de la plaque 30. Cette plaque 30 est délimitée par deux grandes faces parallèles. L'une des grandes faces de la plaque 26 est reliée à l'une des grandes faces de la plaque 30 par exemple par brasage pour former un ensemble solidaire. Les interca- laires ondulés 16 sont avantageusement formés du même matériau métallique que les plaques .
Les canaux 28 ont des dimensions intérieures et des épaisseurs de parois choisies en tenant compte de la nature et des pressions de fonctionnement .du fluide réfrigérant utilisé.
Ainsi, dans le cas d'un fluide réfrigérant classique, tel que le fluide R 134 A, les canaux 28 ont un diamètre hydraulique généralement compris entre 1 et 2 mm, les pressions d'éclatement devant se situer autour de 36 bars.
En revanche, dans le cas d'un fluide réfrigérant tel que C02, 5. les canaux auront généralement des dimensions comprises entre 0,5 et 1 mm, les pressions d'éclatement devant se situer autour de 250 bars.
Les canaux 32 sont destinés à la circulation du fluide d'accumulation thermique.
À titre d'exemple, la section des canaux 32 peut avoir une hauteur de l'ordre de 3 mm pour une largeur de l'ordre de 1 mm, ces dimensions étant bien sûr sujettes à variations. Ces dimensions ainsi que les épaisseurs des parois entourant les canaux 32 sont choisies' en tenant, compte aussi des contraintes de pressions. Les pressions du fluide caloporteur sont relativement faibles, généralement inférieures à 5 bars. La quantité totale de fluide caloporteur dépend de l'énergie thermique (froid) que l'on cherche à transférer au flux d'air à envoyer- dans l'habitacle.
On se réfère maintenant aux figures 4 et 5 pour décrire plus particulièrement la structure de la boîte collectrice 18 dans 1 'évaporateur de la figure 1. La boîte collectrice 18 comprend une pièce profilée 38 et une plaque collectrice 40 formée par la superposition de plusieurs plaques délimitant des ouvertures ou passages de circulation.
La pièce profilée 38 a une forme allongée et délimite intérieurement trois conduits ' parallèles pour le fluide réfrigérant. Un conduit 42 s 'étendant le long d'un côté de la pièce profilée est divisé par une cloison rapportée 44 pour former un compartiment d'entrée 46 et un compartiment intermédiaire 48. À l'opposé du conduit 42 se trouve un conduit 50 formant un compartiment de circulation. ,Un autre conduit 52 placé entre' les conduits 42 ' et 50 forme un compartiment intermédiaire. La tubulure d'entrée 22 communi- que avec le compartiment 46, tandis que la tubulure de sortie 24 communique avec le compartiment 52. Le compartiment 42 et le compartiment 52 sont fermés par un bouchon 54 à l'extrémité de la pièce 38 opposée aux tubulures 22 et 24, tandis que le compartiment 50 est fermé à ses deux extrémités par des bouchons 56.
La boîte collectrice 20 est formée par un empilement de plaques qui délimitent des passages appropriés (non représen- tés) pour faire communiquer entre eux tous les canaux 28 d'une part et tous les canaux 32 d'autre part d'un même tube.
De même, les passages précités de la plaque collectrice 40 coopèrent avec des passages de la pièce profilée 38 pour établir une communication appropriée entre les compartiments 46, 48, 50 et les conduits 60 de la boîte 18 d'une part et les canaux 28 et 32 des tubes d'autre part.
Dans l'exemple illustré, le fluide réfrigérant circule en quatre passes à l'intérieur de 1 'évaporateur. Il pénètre tout d'abord dans le compartiment 46 pour gagner ensuite le compartiment 50 en empruntant deux fois les canaux 28 (passes 1 et 2) puis est acheminé au compartiment 48 en empruntant de nouveau deux fois les canaux 28 (passes 3 et 4). De là, le fluide gagne le compartiment 52 par une ouverture 58 ménagée dans la cloison qui sépare les conduits 42 et 52, au voisinage du bouchon 54. Le fluide gagne ensuite la sortie 24.
Comme on le voit également sur la figure 5, la pièce profilée 38 de la boîte collectrice délimite deux conduits longitudinaux 60 qui communiquent par des passages 62 avec les canaux 32 des tubes 14. De la sorte, les deux conduits 60 permettent d'établir une communication entre les canaux 32 des différents tubes. De même que les conduits 42 et 52, les conduits 60 sont obturés à une extrémité de la boîte collectrice et ouverts à l'autre extrémité pour communiquer avec le reste d'une boucle secondaire d'accumulation de froid telle que la boucle BS de la figure 1. La boîte collectrice représentée sur la figure 6 diffère de celle de la figure 4 sur deux points. D'une part, chacun des -conduits, latéraux- '70, .72'- pour le fluide réfrigérant, qui communiquent avec lés canaux 28 des tubes par des ouvertures 74, est divisé longitudinalement par une cloison 76, 78, ces deux cloisons étant décalées l'une par rapport à l'autre dans la direction longitudinale.de la boîte, d'où il résulte de manière connue, dans l'exemple de la figure 6, une ' circulation du fluide en 6 passes au lieu de 4. D'autre part, c'est le conduit médian 82 qui est relié à la tubulure d'entrée de fluide 82, le conduit latéral 70 étant relié à là tubulure de sortie 84, tandis que l'autre conduit latéral 72 est relié au conduit médian 80 par une ouverture de communication 86. Bien entendu, en fonction du nombre de cloisons transversales, le nombre de passes peut être différent de 4 et de 6, le conduit médian pouvant être raccordé indifféremment à la tubulure d'entrée ou à la tubulure de sortie. On voit également sur la figure 6 des conduits 88 pour le fluide • d'accumulation, analogues aux conduits 60 de la figure 5, qui communiquent avec les canaux 32 des tubes par des ouvertures 90. Ces canaux communiquent avec des tubulures d'entrée et de sortie 91 à leur extrémité située à gauche de la figure, c'est-à- dire du côté des tubulures 82 et 84, et sont obturés par des bouchons 92 à l'extrémité opposée, c'est-à-dire du côté du bouchon 94 commun aux conduits 72 et 80.
Les figures 7 a 11 représentent un évaporateur de construction différente de ceux des figures 2 à 6, également utilisable dans, le dispositif de la figure 1. Cet évaporateur comprend un empilement de modules 100 formés chacun de trois plaques embouties. La vue partielle en élévation de la figure 7 montre quelques uns des modules 100, les plus proches de l'extrémité droite de l'empilement qui porte les tubulures d'entrée et de sortie 101, 102 pour le fluide réfrigérant, reliées à un organe de détente, par exemple un détendeur 103 dans le mode de réalisation illustré, et les tubulures d'entrée et de sortie 104, 105 pour le fluide d'accumulation thermique. Comme on le voit sur la figure, les -modules 100 sont en contact mutuel. dans une région supérieure et dans une région inférieure, et présentent entre eux, dans une région médiane s 'étendant sur la majeure partie de la hauteur de l'évaporateur, des'- intervalles 106 pour le passage du flux d'air, qui s'ont garnis d'intercalaires ondulés 107 semblables aux intercalaires 16 des figures 2 et 3. Les trois plaques 108, 109, 110 composant chaque module présentent un même contour sensiblement rectangulaire,' et possèdent chacune un bord périphérique 111 situé dans un plan perpendiculaire à la direction d'empilement, c'est-à-dire la direction gauche- droite sur la figure 7. Les plaques 108, 110 et 109, représentées séparément sur les figures 12 à 14 respectivement, sont disposées dans cet ordre de gauche à droite des figures 7 à 11. Comme on le voit sur' les figures 8 à 11, qui représentent des coupes partielles par des plans parallèles à la direction d'empilement, les bords périphériques 111 des trois plaques sont mutuellement accolés et brasés de manière étanche aux fluides. Comme on le voit sur la figure 8, la tubulure de sortie 105 du fluide d'accumulation est raccordée à la région d'extrémité supérieure des modules, à mi-largeur de ceux-ci, tandis que les tubulures d'entrée et de sortie 101, 102 du fluide réfrigérant se raccordent dans la même région supérieure, latéralement de part et d'autre de la tubulure 105. Il est avantageux que les tubulures d'entrée et de sortie 104, 105 du "fluide d'accumulation soient situées respectivement à la partie inférieure et à la partie supérieure de l' échangeur de manière à éliminer les gaz résiduels .
En regard de chacune des tubulures 101 et 102, la plaque 108 d'un module et la plaque 110 du module voisin sont embouties pour former des bossages respectifs 112, 113 dont les sommets plans 114, 115 sont en appui mutuel et sont percés d'ouvertu- . res 116, 117 en' coïncidence. Les sommets plans 114, 115 sont brasés entre eux de manière étanche autour des ouvertures 116, 117' de manière à former, à travers l'empilement, des conduits longitudinaux 118, 119. reliés respectivement aux tubulures 101 et 102.. En regard de la tubulure 104 d'entrée du fluide d'accumulation, comme on le voit plus particulièrement sur la figure 11, la plaque 108 d'un module et la plaque 109 d'un module voisin présentent des bossages respectifs 120, 121 dont les sommets plans 122, 123 sont appliqués l'un contre l'autre et sont percés d'ouvertures coïncidentes 124, 125 autour desquelles ils sont brasés ensemble de manière étanche aux fluides. Ces bossages définissent un conduit longitudinal 126 en communication avec la tubulure 104, des ouvertures 127 étant ménagées dans les plaques 110 pour assurer la continuité de ce conduit.
En regard de la tubulure 105 de sortie du fluide d'accumulation, comme on le voit sur les figures 8 et 10, les plaques 108 et 110 de chaque module s'étendent dans les plans de leurs bords périphériques respectifs 111, et la plaque 109 d'un module présente un bossage 128 dont le sommet plan 129 vient en appui sur la plaque 110 du module voisin, le sommet 129 et les plaques 108 et 110 présentant des ouvertures respectives coïncidentes 130, 131 et 132 autour desquelles ils sont brasés ensemble de manière étanche aux fluides . Les bossages 128 délimitent un conduit longitudinal 133 communiquant avec la tubulure 105. Dans la région médiane de la hauteur des modules, comme on le voit sur les figures 9 et 11, les plaques 108 et 110 s'étendent généralement selon des plans parallèles aux plans de leurs bords périphériques 111, et écartés l'un de l'autre. Cependant, ces plaques sont brasées entre elles de manière étanche dans une zone 134 (figure 11) située immédiatement au-dessus du conduit 126 et s 'étendant sur toute la largeur du module, jusqu'aux côtés verticaux des bords 111, et également selon une ligne verticale médiane correspondant aux crêtes de nervures respectives 140 (figure 9) formées par emboutissage, qui se raccorde aux côtés supérieurs des bords périphériques 111 et s'étend jusqu'à une certaine distance au-dessus de la zone 134. Les plaques 108 et 110 définissent - donc entre elles un parcours en U entre les conduits 118 et 119, dont les branches 137, 138 sont situées de part et d'autre des nervures 140 et sont reliées l'une à l'autre entre l'extrémité inférieure de celle-ci et la zone 134. Les bossages 120, 121 et les ouvertures associées sont avantageusement allongés horizontalement et peuvent s'étendre sur la quasi-totalité de la largeur de 1 ' évaporateur.
La plaque 109 de chaque module s'étend, sur la totalité de sa superficie à l'exception du bord périphérique 111 et des bossages 121 et 128, selon un plan parallèle au plan de son bord périphérique, et écarté de la plaque 110. Les bossages 121 et 128 sont formés à partir de cette partie plane 135, et les bossages 113 traversent de manière étanche des ouvertures 136 formées dans celle-ci. La partie plane 135 délimite avec la plaque 110 un espace 139 permettant un trajet vertical de bas en haut pour le fluide d'accumulation du conduit 126 au conduit 133, permettant à ce fluide de circuler sans émission de bruit dû au dégazage et sans problème de retenue d'huile. Un intercalaire non représenté peut être prévu dans l'espace 139 pour favoriser l'échange de chaleur.
La figure 15 représente une plaque 109a qui peut être utilisée en remplacement de la plaque 109 dans l'empilement des figures 7 a 11, sans autres changements. Les éléments de cette plaque semblables aux éléments correspondants de la plaque 109 sont désignés par les mêmes signes de référence. La plaque 109a diffère de la plaque 109 par la présence de deux nervures formées par emboutissage à partir de la partie plane 135 et dont les sommets sont brasés de manière étanche à la plaque 110 du même module. Une première nervure comporte une région horizontale 143 qui se raccorde au bord périphérique 111 sur l'un des côtés verticaux de la plaque (à droite sur la figure), immédiatement au-dessous des ouvertures 136, suivie d'un coude 144 et d'une région verticale 145 qui s'étend vers le bas jusqu'au voisinage du bossage 121. La seconde nervure comporte une région 146 qui s'étend sensiblement horizontalement et se raccorde au bord périphérique 111 sur le côté opposé de la plaque (à gauche sur la figure), immédiatement au-dessus du bossage 121, suivie d'un coude 147 et d'une région verticale 148 qui s'étend vers le haut jusqu'au voisinage des ouvertures 136. L'extrémité inférieure de la région 145 et l'extrémité supérieure de la région 148 sont situées en regard des régions 146 et 143 respectivement. Les nervures 143-148 délimitent avec le bord périphérique 111 un trajet en S pour le second fluide comportant depuis le conduit 126 une première branche, ascendante comprise entre le côté droit de la plaque et la nervure 146-148, une seconde branche descendante comprise entre les deux nervures et une r troisième branche ascendante comprise entre le côté gauche de la plaque et la nervure 143-145 et aboutissant au conduit 133, les régions 145 et 148 étant disposées de telle sorte que ces trois branches sont sensiblement de même largeur. Par ailleurs, la région 146 s'élargit vers le haut en direction du côté gauche de la plaque de manière à former un arrondi à la transition entre les seconde et troisième branches du trajet.
Les exemples d'échangeur décrits peuvent être utilisés aussi bien avec un fluide d'accumulation statique qu'avec un fluide d' accumulation- en circulation.
Il est possible de garnir tout ou partie des espaces prévus dans 1 'évaporateur pour la circulation du fluide caloporteur en contact thermique avec le flux d'air d'une mousse forte- ment poreuse conductrice de la chaleur, par exemple une mousse de graphite commercialisée par la Société POCOFOAM d'une porosité de 90 % et d'une conductivité de 150 W/m/°C présentant une surface spécifique très élevée . Une telle mousse est avantageusement comprimée dans les canaux en liaison thermique avec le fluide réfrigérant et avec le flux d ' air .
Comme indiqué plus haut, le nombre de passes dans un évaporateur selon l'invention peut être différent de 4 et de 6, et peut être tout nombre pair 2n, n étant un nombre ' entier quelconque.
Le fluide d'accumulation thermique, qualifié ci-dessus de fluide caloporteur, peut aussi être un fluide à changement de phase, c'est-à-dire un fluide dont la. température de fusion est comprise entre 0 °C et 10 °C.
Le fluide à changement de phase peut être constitué par de l'eau, mais ceci a pour inconvénient que cette eau se dilate lorsqu'elle passe de l'état liquide à l'état solide et qu'elle peut générer des phénomènes de givrage.
On préfère utiliser des fluides à changement de phase dont la température de fusion est comprise entre 4 °C et 7 °C. Parmi les matériaux envisageables, on peut citer notamment des matériaux de la famille des paraffines, des sels hydratés et des composés eutectiques. Parmi les paraffines, on peut citer notamment' celle désignée sous l'appellation commerciale RT5 de la société RUBITHERM.
Un matériau avantageux est une paraffine ayant une densité égale à 0,8. On préfère utiliser des matériaux à changement de phase ayant une enthalpie de transformation supérieure ou égale à 150 kJ/kg. De préférence, la température de fusion ' sera supérieure à 0 °C afin d'éviter les problèmes de givrage et surtout de ne pas trop pénaliser le cycle thermodynamique par une basse pression trop faible. D'autre part, la température de fusion sera de préférence inférieure à 10 °C pour permettre d'obtenir, par récupération de l'énergie accumulée, des températures suffisamment basses poμr respecter les contraintes, de confort.
La quantité totale de fluide caloporteur contenue dans la boucle BS de la figure 1 dépend de l'énergie thermique que l'on cherche à transférer • au flux d'air F pendant les périodes d'arrêt 'du moteur M. Des études ont montré que la durée de ces périodes est, dans la majorité des cas, inférieure à 30 secondes. Si on veut amener l'air de 25 °C et 40 % d'humidité relative en amont de 1 'évaporateur à 10 °C et .100 % d'humidité relative en aval de l'évaporateur, la puissance calorifique nécessaire pour un débit de 350 kg/h est d'environ 1500 , soit une énergie de 45 000 J à transférer en 30 secondes. Cette énergie est fournie par la fusion de 300 g de matériau à changement de phase ayant une enthal- pie de fusion de 150 kj/kg. D'une manière °générale, la quantité de matériau à changement de phase peut être comprise entre 200 et 500 g. La surface d'échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le matériau à changement de phase, et entre le matériau à changement de phase et le flux d'air, fournie par exemple par les intercalaires 16 et 107 décrit ci-dessus, est avantageusement comprise entre 0,5 et 1,5 m2. On retrouve sur la figure 16 les mêmes éléments que sur la figure 1, désignés par les mêmes référence, à ceci près que la lettre "f" est ajoutée après la lettre "S" dans la référence de la boucle d'accumulation de froid, qui devient BSf, et dans celles des composants de cette boucle. Le dispositif de la figure 16 diffère de celui de la figure 1 par l'adjonction d'une boucle d'accumulation de chaleur BSc associée au radiateur BC2 et analogue à la boucle BSf, comprenant donc, outre le radiateur, une pompe électrique de circulation BScl et un réservoir d'accumulation BSc2 pour un fluide caloporteur qui est capable d'échanger de la chaleur avec le fluide de refroidissement et avec le flux d'air F dans le radiateur BC2.
Bien entendu, l'invention pourrait également ne pas utiliser de boucle d'accumulation de froid associée à un évaporateur, et utiliser seulement une boucle d'accumulation de chaleur associée à un radiateur tel que BC2.

Claims

Revendications
1. Échangeur de chaleur propre a faire partie d'un dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation, notamment de véhicule automobile, comprenant une multiplicité de modules (14, 100) empilés dans une première direction, reliés à une tubulure d'entrée (22, 82, 101)' et à une tubulure de sortie (24, 84, 102) pour un premier fluide et propres à faire circuler ledit premier fluide, caractérisé en ce que lesdits modules comportent, deux séries de canaux distincts (137, 138, 139) propres à recevoir ledit premier fluide et un second fluide, le second fluide étant acheminé par au moins une troisième tubulure (91, 104, 105).
2. Échangeur de chaleur selon la - revendication 1, dans lequel l'un des premier et second fluides est immobile dans lesdits canaux, l' échangeur exerçant une fonction de stockage statique .
3. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel les premier et second fluides circulent dans lesdits canaux, 1 'échangeur exerçant une fonction de stockage dynamique .
.
4. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins une rangée de tubes plats parallèles (14) dans chacun desquels sont formés des premiers canaux longitudinaux (28) et des seconds canaux longitudinaux (32) pour la circulation des premier et second fluides caloporteurs respectivement, des intervalles étant ménagés entre les tubes pour le passage d'un flux d'air (F).
5. Échangeur de chaleur selon la revendication 4, dans lequel les premiers et seconds canaux (28, 32) de chaque tube (14) sont disposés respectivement de part et d'autre d'une cloison intermédiaire s 'étendant sensiblement perpendiculairement à la direction d'alignement des tubes.
6. Échangeur de chaleur selon la revendication 5, dans lequel les seconds canaux (32) présentent dans ladite direction une épaisseur comprise entre 1 et 5 mm.
7. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel les tubes sont reliés à l'une de leurs extrémités a une boîte collectrice (18) délimitant des chambres (46, 48, 50, 52, 60) pour les premier et second fluides caloporteurs, deux sous-ensemble des premiers canaux (28) d'un même tube (14) débouchant dans deux chambres différentes (46, 52) et communiquant entre eux à l'extrémité opposée du tube, et deux sous-ensemble des seconds canaux (32) d'un même tube (14) débouchant également dans deux chambres différentes (60) et communiquant entre eux à l'extrémité opposée du tube, de manière à définir des trajets en U entre les chambres respectives pour les premier et second fluides .
8. Échangeur de chaleur selon la revendication 7, dans lequel la boîte collectrice comprend une pièce profilée (38) présentant des conduits longitudinaux (42, 50, 52, 60) qui définissent lesdites chambres.
9. Échangeur de chaleur selon la revendication 8 , dans lequel l'un- au moins (42) desdits conduits est divisé par au moins une cloison transversale (44) en au moins deux chambres (46, 48) de manière à définir pour le premier fluide un parcours en au moins quatre passes dans l'échangeur de chaleur.
10. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel la pièce profilée (38) présente des premier et second conduits (42, 50) définissant les chambres (46,. 48, 50) qui communiquent avec les premiers- canaux (28), et un troisième conduit -(52) disposé entre ceux-ci, un orifice d'entrée (22) et un orifice de sortie (24) pour le premier fluide, disposés à une première extrémité de la boîte collectrice, communiquant l'un avec le premier conduit (42) et l'autre avec le troisième conduit (52), et l'un des premier et second conduits communiquant (58) avec le troisième conduit au voisinage de la seconde extrémité de la boîte collectrice.
11. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant une multiplicité de modules (100) empilés dans une première direction, formés chacun de trois plaques mutuellement accolées, à savoir une première plaque (108) tournée vers une première extrémité de l'empilement,- une seconde plaque (109) tournée vers la seconde extrémité de l'empilement et une troisième plaque intermédiaire (110), les plaques s 'étendant chacune, sensiblement selon le même contour, dans des ' seconde et troisième directions sensiblement perpendiculaires entre elles et perpendiculaires à la première direction, les modules étant écartés les Uns des autres, dans au moins une région médiane, de manière à définir entre eux des intervalles (106) pour le passage d'un flux d'air dans la troisième direction, et les plaques étant embouties de manière à définir dans chaque module des passages (137-139) pour -la circulation des premier et second fluides caloporteurs dans la seconde direction, respectivement de part et d'autre de la plaque intermédiaire (110), et présentant, dans deux régions d'extrémités situées de part et d'autre de ladite au moins une région médiane, des ouvertures (116, 117, 124, 125, 127, 130, 131, 132, 136) pour permettre" aux différents modules de recevoir les' premier et second fluides, les plaques étant reliées entre elles de manière étanche aux fluides autour des ouvertures, ainsi qu'à leur périphérie (111) dans chaque module.
12. Échangeur de chaleur selon la revendication 11, dans lequei les passages pour la circulation du second fluide présentent dans la première direction une épaisseur comprise entre 1 et 5 mm.
13. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 11 et 12, dans lequel chaque plaque présente, dans une première desdites régions d'extrémités, des première et seconde ouvertures (116, 117, 136) pour la circulation du premier fluide dans les deux sens respectivement, et une troisième ouverture (130, 131, 132) pour la circulation • du second fluide dans un premier sens, et, dans la seconde desdites régions d'extrémités, une quatrième ouverture (124, 125, 127) 5 -pour la circulation du second fluide dans le second sens..
14. Échangeur de chaleur selon la revendication 13, dans lequel la troisième ouverture est disposée entre les première et seconde ouvertures dans la seconde direction. 10
15. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 13 et 14, dans lequel la quatrième ouverture est allongée dans la seconde direction.
15 16. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 13 à 15, dans lequel la première plaque (108) d'un module et la troisième plaque (110) d'un module voisin -présentent des bossages respectifs (112, 113) en appui mutuel dans lesquels sont ménagées les premières et secondes ouvertures correspon- 20 dantes (116, 117), les première et seconde ouvertures (136') de la seconde plaque dudit module voisin étant traversées de manière étanche par les bossages de ladite troisième plaque.
17. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 13 25 à 16, dans lequel la troisième ouverture (131) de la première plaque (108) d'un module est adjacente à celle (132) de la troisième plaque (110) du même module et à celle (130) de la seconde plaque (109) d'un module voisin, cette dernière ouverture étant ménagée dans un bossage (128). "30 -
18. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 13 à 17, dans lequel la première plaque (108) d'un module et la seconde plaque (109) d'un modulé voisin présentent des bossages. respectifs (120, 121) en appui mutuel dans lesquels 35 ' sont ménagées les quatrièmes ouvertures correspondantes (124, 125), les première et troisième plaques (110) .d'un module étant reliées de manière étanche en une zone annulaire (111, 134) entourant le bossage (120) de la première plaque et l'ouverture (127) de la troisième plaque.
19. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 13 à 18, dans lequel la seconde direction est sensiblement verticale, ladite première région d'extrémité étant la région supérieure et le second fluide circulant de bas en haut. 5.
20. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes constituant un évaporateur de climatisation dans lequel le second fluide caloporteur est propre à passer de l'état liquide à l'état solide lorsqu'il reçoit du froid du premier fluide caloporteur et inversement lorsqu'il restitue le froid.
21. Échangeur de chaleur selon la revendication 20, dans lequel le second fluide caloporteur possède un point de fusion compris entre 0 et 10 °C et de préférence entre 4 et 7 °C.
22. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 20 et 21, dans lequel le second fluide caloporteur possède une enthalpie de fusion d'au moins 150 kJ/kg.
23. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 20 à 22, dans lequel le second fluide caloporteur est choisi parmi le tétradécane, les paraffines, les sels hydratés et les mélanges eutectiques .
24. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la surface, d'échange entre les premier et second fluides dans 1 'échangeur de chaleur est comprise entre 0,5 et 1,5 m2.
25. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la surface d'échange direct en contact avec le second fluide dans l'échangeur de chaleur est comprise entre 0,5 et 1,5 m2.
26. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes , dans lequel une partie au moins des espaces prévus dans l'échangeur de chaleur pour la circulation du second -fluide en contact thermique avec le premier fluide et/ou avec un flux d'air est garnie d'une mousse fortement poreuse conductrice de la chaleur, notamment en graphite.
27. Utilisation d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes dans un dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation, notamment de véhicule automobile, comprenant au moins une première boucle fermée (BF, BC) dans laquelle ledit échangeur de chaleur (BF5, BC2 ) est traversé par un flux d'air (F) et dans laquelle ledit premier fluide peut circuler de manière à céder de la chaleur ou du froid audit flux d'air dans 1 'échangeur "de chaleur (BF5, BC2), ainsi qu'une seconde boucle fermée (BSf, BSc) dans laquelle ledit second fluide peut circuler entre ledit échangeur de chaleur (BF5, BC2) et un réservoir (BSf2, BSc2) de manière à recevoir de la chaleur ou du froid du premier fluide caloporteur dans l'échangeur de chaleur pour l'accumuler dans le réservoir (BSf2, BSc2) et la ou le restituer au flux d'air (F) dans l'échangeur de chaleur, en fonction de la puissance calorifique ou frigorifique produite par la première boucle et des besoins du traitement du flux d'air.
2'8. Utilisation selon la revendication 27, dans laquelle la seconde boucle contient entre 200 et 500 g du second fluide.
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