EP4399469A1 - Module de traitement thermique avec dispositif d'accumulation - Google Patents

Module de traitement thermique avec dispositif d'accumulation

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Publication number
EP4399469A1
EP4399469A1 EP22772978.7A EP22772978A EP4399469A1 EP 4399469 A1 EP4399469 A1 EP 4399469A1 EP 22772978 A EP22772978 A EP 22772978A EP 4399469 A1 EP4399469 A1 EP 4399469A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
heat
refrigerant fluid
internal
treatment module
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22772978.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Julien Tissot
Kamel Azzouz
Moussa Nacer Bey
Julio GUERRA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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 SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP4399469A1 publication Critical patent/EP4399469A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00942—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising a plurality of heat exchangers, e.g. for multi zone heating or cooling
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    • F28D2021/0085—Evaporators

Definitions

  • the present invention relates to the field of heat treatment systems within a vehicle and relates more particularly to a heat treatment module within such heat treatment systems.
  • Motor vehicles are commonly equipped with a refrigerant fluid circuit and at least one heat transfer liquid circuit, both used to participate in a heat treatment of different areas or different components of the vehicle. It is in particular known to use the refrigerant circuit and/or the heat transfer liquid circuit to thermally treat a flow of air sent into a passenger compartment of the vehicle equipped with such a circuit.
  • the heat transfer liquid circuit to cool components of the traction chain of the vehicle, such as for example an electrical storage device, the latter being used to supply energy to an electric motor capable of setting the vehicle in motion.
  • the heat treatment system thus provides the energy capable of cooling the electrical storage device during its use.
  • the refrigerant fluid and the heat transfer liquid circulate within their respective circuits and interact with each other through a plurality of heat exchangers ensuring an exchange of calories between the two fluids aroused.
  • a plurality of heat exchangers In order to improve the compactness of the heat treatment system, several of these heat exchangers can be grouped together in a heat treatment module. Since car manufacturers are looking to continually improve their vehicles, one objective of improving such heat treatment modules is to group more elements of the heat treatment system within the heat treatment modules.
  • the present invention falls within this context by proposing a heat treatment module for a heat treatment system of a vehicle, comprising a first heat exchanger, a second heat exchanger and an internal heat exchanger, the first heat exchanger and the second heat exchanger both being configured to perform a heat exchange between a refrigerant fluid and a heat transfer liquid, the heat exchanger being configured to effect a heat exchange between the refrigerant fluid subjected in the heat treatment system to two different temperature levels, characterized in that the heat treatment module comprises an accumulation device configured to contain the refrigerant fluid, the internal heat exchanger comprising a platform on which the storage device is arranged.
  • Such a heat treatment module according to the invention thus makes it possible to group together an accumulation device and three exchangers providing heat exchange either between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, or within a refrigerant fluid circuit such as c This is the case for the internal heat exchanger.
  • Such a configuration thus makes it possible to integrate the accumulation device into the heat treatment module, which avoids the installation of an accumulation device remote from the heat treatment module, as well as pipes having to connect this device to accumulation at the heat treatment module.
  • the first heat exchanger and the second heat exchanger provide heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, in order to ensure several functions dependent on a temperature of the refrigerant fluid.
  • the heat transfer liquid can condense the refrigerant.
  • the coolant can cool the heat transfer liquid so that the latter performs a function of heat treatment of the components of the traction chain of the vehicle.
  • the internal heat exchanger is specific to the refrigerant circuit.
  • the internal heat exchanger allows an exchange of heat between two temperature levels of the refrigerant fluid in order to operate a thermal regulation of the refrigerant and thus to optimize the thermal performance of the refrigerant circuit.
  • the refrigerant fluid changes state several times by switching from a liquid state to a gaseous state and vice versa . It thus happens that the refrigerant is found in a two-phase state.
  • the refrigerant fluid is circulated within the refrigerant fluid circuit by a compression device, which is only capable of compressing the refrigerant fluid in the gaseous state and risks being damaged in the event of a circulation of refrigerant fluid in the liquid state.
  • the accumulation device therefore makes it possible to contain the refrigerant fluid in the liquid state in order to prevent it from continuing to circulate as far as the compression device. The accumulation device thus ensures the protection of the compression device.
  • the accumulation device is placed on the platform.
  • the latter acts as a mechanical support for the accumulation device, which can be linked to the platform by any means of attachment.
  • the platform must therefore have dimensions allowing the installation and fixing of the accumulation device.
  • the internal heat exchanger comprises a body consisting of a plurality of plates stacked along a stacking axis, the body being part of a projection on a plane perpendicular to the stacking axis of the plates, a projection of the first heat exchanger and of the second heat exchanger on the plane perpendicular to the stacking axis of the plates of the internal heat exchanger being included in the projection of the body of the heat exchanger internal heat.
  • Plate heat exchangers consist of a stack of plates, said plates being stacked along a stacking axis.
  • the refrigerant circulates within the body of the internal heat exchanger
  • the refrigerant at two different temperatures circulates within the interstices located between the plates so that heat exchange can take place.
  • the arrangement of the plates forms an alternation of circulation between the refrigerant fluid at a first temperature and the refrigerant fluid at a second temperature. Such alternating circulation guarantees the smooth running of the heat exchange within the internal heat exchanger.
  • Integrating the projection planes of the heat exchangers within the projection plane of the internal heat exchanger makes it possible to keep at least two dimensions of the heat treatment module equal to the dimensions of the internal heat exchanger. Such a configuration reinforces the compactness of the heat treatment module.
  • the platform of the internal heat exchanger extends beyond the projection of the body of the internal heat exchanger.
  • the platform is therefore not integrated into the body of the internal heat exchanger, and therefore also extends beyond the projection of the set of two heat exchangers.
  • This is a first embodiment of the platform of the heat treatment module according to the invention.
  • the platform is welded to the body of the internal heat exchanger.
  • the platform can be made separately from the heat treatment module and be linked to it afterwards.
  • the connection can be made by welding, but any other means of fixing is possible as long as it does not interfere with the proper functioning of the heat treatment module.
  • the plates of the internal heat exchanger comprise a zone forming the platform.
  • a zone can for example be an extension of the plates forming the platform.
  • the platform of the internal heat exchanger is contained in the projection of the body of the heat exchanger. internal heat.
  • the accumulation device when the accumulation device is positioned on the platform, it fits at least partially inside a perimeter defined by the body of the internal heat exchanger. Therefore, at least one of the heat exchangers of the heat treatment module must have reduced dimensions, so as not to interfere mechanically with the accumulation device.
  • the platform is delimited on a first side by the first heat exchanger and on a second side by the second heat exchanger.
  • the first side and the second side intersect with each other, the other sides of the platform being able for example to be delimited by one or more ends of the body of the internal heat exchanger.
  • At least one of the heat exchangers has a length less than a length of the internal heat exchanger so as to delimit the platform. Due to its reduced length, one of the heat exchangers leaves part of the body of the internal heat exchanger free. This part left free allows the positioning of the accumulation device without mechanically interfering with the heat exchanger having a reduced length.
  • the first heat exchanger comprises a first pass configured to be traversed by the refrigerant fluid and a second pass configured to be traversed by the heat transfer liquid
  • the second heat exchanger comprising a first passage configured to be traversed by the refrigerant fluid and a second passage configured to be traversed by the heat transfer liquid
  • the internal heat exchanger comprising a first channel configured to be traversed by the refrigerant fluid at a first temperature and a second channel configured to be traversed by the refrigerant fluid at a second temperature different from the first temperature.
  • the heat exchange carried out within the first heat exchanger takes place between the refrigerant fluid circulating in the first pass and the heat transfer liquid circulating in the second pass. This heat exchange can for example be used to condense the refrigerant, which facilitates potential expansion afterwards.
  • the heat exchange can also be used to heat the heat transfer liquid so that the latter fulfills a function of heating a passenger compartment of the vehicle.
  • the heat exchange taking place in the second heat exchanger takes place between the refrigerant fluid circulating in the first passage and the heat transfer liquid circulating in the second passage.
  • This heat exchange can be carried out between the coolant and the expanded coolant in order to cool the coolant so that the latter can subsequently cool the components of the traction chain of the vehicle.
  • the internal heat exchanger is configured to effect a heat exchange between the refrigerant fluid circulating in the first channel and the refrigerant fluid circulating in the second channel. As described previously, this heat exchange carried out within the internal heat exchanger makes it possible to optimize the thermal regulation of the refrigerant fluid. It is the temperature difference between the first temperature and the second temperature that allows the proper operation of this heat exchange.
  • At least the first pass of the first heat exchanger and at least the first channel of the internal heat exchanger form a first section configured to circulate the refrigerant fluid at the first temperature.
  • the first section extends between a coolant inlet of the heat treatment module, and ends when the coolant switches to the second temperature, for example via an expansion device.
  • the first section thus corresponds to the section where the refrigerant circulates at the highest temperature, which corresponds to the first temperature.
  • the first heat exchanger can thus make it possible both to condense the coolant, and possibly to heat the heat transfer liquid so that the latter performs a function of heating the passenger compartment in the event that the associated heat treatment system has an indirect heat pump type configuration.
  • the internal heat exchanger also makes it possible to cool the refrigerant fluid circulating at the first temperature thanks to a heat exchange carried out with the refrigerant fluid circulating at the second temperature.
  • At least the first passage of the second heat exchanger, at least the second channel of the internal heat exchanger and at least the accumulation device form a second section configured to circulate the refrigerant fluid the second temperature.
  • the second section ensures the circulation of the coolant at low temperature, corresponding to the second temperature.
  • the circulation of refrigerant fluid in the first passage thus makes it possible to cool the heat transfer liquid circulating in the second passage, while evaporating the refrigerant fluid.
  • the cooled heat transfer liquid can then circulate outside the heat treatment module in order to cool the components of the vehicle's powertrain or within an exchanger placed in the HVAC to cool the air in the passenger compartment.
  • the refrigerant circulating in the second section also circulates within the second channel of the internal heat exchanger, in order to participate in the heat exchange taking place in the internal heat exchanger as mentioned above.
  • the accumulation device is also integrated into the second section, this storing the refrigerant fluid which has not evaporated during the heat exchange carried out within the second heat exchanger.
  • the heat treatment module comprises an expansion member at least integral with the first heat exchanger and the second heat exchanger.
  • the expansion member separates the first section from the second section within the heat treatment module.
  • the expansion member provides expansion of the refrigerant corresponding to a decrease in pressure. This expansion can be facilitated by the heat exchange operated within the first heat exchanger which contributes to the condensation of the refrigerant fluid.
  • the expansion of the refrigerant fluid is accompanied by a decrease in temperature. It is therefore the expansion member which makes it possible to vary the temperature of the refrigerant fluid from the first temperature to the second temperature and which thus separates the first section from the second section.
  • the expansion device is mechanically secured to at least the two heat exchangers in order to integrate it into the heat treatment module.
  • the expansion member Depending on a positioning of the expansion member at the heat treatment module, the expansion member provides a fluid connection between the two heat exchangers, or between one of the heat exchangers and the internal heat exchanger .
  • the first heat exchanger and the second heat exchanger each comprise a heat exchange block at the end of which is arranged an upper wall for the first heat exchanger and an upper face for the second heat exchanger, the expansion member being arranged at the level of the upper wall of the first heat exchanger and of the upper face of the second heat exchanger, the upper wall of the first heat exchanger and the upper face of the second heat exchanger being arranged opposite the internal heat exchanger with respect to the heat exchange block of at least one of the heat exchangers.
  • the heat exchange block corresponds to a structural zone of each of the heat exchangers within which the heat exchange specific to it takes place.
  • the expansion member is arranged so as to be mechanically linked both to the upper wall of the first heat exchanger and to the upper face of the second heat exchanger.
  • the two heat exchangers can for example be in contact with the internal heat exchanger, the upper wall of the first heat exchanger and the upper face of the second heat exchanger corresponding to the opposite part with respect to the heat exchange block.
  • the first heat exchanger comprises an additional pass, the expansion member ensuring a direct fluid connection between the additional pass of the first heat exchanger and the first pass of the second heat exchanger.
  • the additional pass makes it possible to fluidically connect the first channel of the internal heat exchanger to the expansion member, and this by crossing the first heat exchanger via the additional pass. Contrary to the first pass, there is no heat exchange effected with the refrigerant fluid circulating in the additional pass. The latter thus allows a connection between the first channel of the internal heat exchanger and the first passage of the second heat exchanger passing through the expansion member.
  • the second channel of the internal heat exchanger extends as far as the platform of said internal heat exchanger, the accumulation device being fluidly connected to the second channel of the internal heat exchanger via an intermediate channel provided within the platform.
  • the intermediate channel allows the coolant to circulate between the second channel and the accumulation device within the structure of the platform itself. It is thus understood that the platform can have a function of fluidic connection to the accumulation device, in addition to ensuring its function of mechanical maintenance of the accumulation device.
  • the platform of the internal heat exchanger comprises an end piece interacting with the accumulation device, the end piece taking part in the fluidic connection between the intermediate channel of the internal heat exchanger and the device of hoarding.
  • the end piece thus constitutes one end of the intermediate channel, and can for example protrude from the platform so that the accumulation device can be nested therein.
  • the refrigerant fluid thus enters the accumulation device via a bottom of the latter.
  • the first heat exchanger and the second heat exchanger form an assembly, the expansion member being arranged within a space interposed between the assembly formed by the heat exchangers and the heat exchanger internal.
  • the space formed between the assembly of the two heat exchangers and the internal heat exchanger makes it possible to house the expansion member as well as elements ensuring, for example, a fluid connection between the assembly of the heat exchangers and the heat exchanger internal.
  • the space houses a connection block ensuring a fluidic connection between the first pass of the first heat exchanger and the first channel of the internal heat exchanger. After participating in the heat exchange within the first heat exchanger, the refrigerant fluid must join the first channel of the internal heat exchanger.
  • the connection block that allows the refrigerant to pass through the space between the set of heat exchangers and the internal heat exchanger.
  • the connection block may comprise a duct extending within its internal structure in order to ensure the circulation of the refrigerant fluid.
  • the space houses at least one connection element participating in a fluidic connection between the accumulation device and the internal heat exchanger.
  • the space accommodates two connection elements respectively allowing the entry into the internal heat exchanger then the exit from the internal heat exchanger, the latter marking the end of the second section of the treatment module thermal.
  • the accumulation device is arranged between the first passage of the second heat exchanger and the connection element allowing access to the second channel of the internal heat exchanger. As mentioned previously, the accumulation device is arranged so as to store the refrigerant fluid in the liquid state after the latter has been at least partially evaporated during the heat exchange taking place in the second heat exchanger. .
  • At least one heat exchanger is a plate heat exchanger comprising a first end plate and a second end plate between which is arranged a stack of plates, the expansion member being integral with at least one of the end plates.
  • the heat exchangers can also be plate exchangers, the coolant and the heat transfer liquid circulating within the heat exchange blocks of each of the heat exchangers circulating between the plates forming said heat exchangers.
  • end plates we mean the two plates located at the ends of the heat exchange block. In other words, these are the two plates which are not framed on either side by two adjacent plates.
  • the expansion member is secured to one of the end plates of this or these plate exchangers.
  • the expansion member is secured to the first end plate of each of the heat exchangers.
  • the first end plate of the heat exchangers corresponds to the upper wall of the first heat exchanger and to the upper face of the second heat exchanger. In other words, it is at the level of the first end plate of each of the heat exchangers that the expansion member is secured according to the first example of arrangement of the expansion member as described above.
  • the expansion member is integral with the second end plate of each of the heat exchangers.
  • the second end plate corresponds to the plate of each of the heat exchangers arranged opposite the internal heat exchanger. It is therefore within the framework of the second example of arrangement of the expansion device that the latter is secured to the second end plate of each of the heat exchangers.
  • the internal heat exchanger comprises at least one end plate, the expansion member being integral with the end plate.
  • the end plate of the internal heat exchanger corresponds to one of the two unframed plates on both sides on the other by two adjacent plates. More precisely, the end plate of the internal heat exchanger corresponds to the plate arranged facing the heat exchangers.
  • the expansion member is arranged in the space between the assembly comprising the two heat exchangers and the internal heat exchanger. The expansion member is therefore secured to the two heat exchangers and to the internal heat exchanger.
  • FIG. 1 represents a first embodiment of a heat treatment module according to the invention
  • FIG. 1 represents the first embodiment of the heat treatment module provided with a first example of an arrangement of an expansion device integrated into the heat treatment module
  • FIG. 3 represents a first example of the circulation of a refrigerant fluid and a heat transfer liquid within the first embodiment of the heat treatment module provided with the first example of an arrangement of the expansion device,
  • FIG. 4 shows a second example of circulation of the refrigerant fluid and the heat transfer liquid within the first embodiment of the heat treatment module provided with the first example of arrangement of the expansion device
  • FIG. 5 represents the first embodiment of the heat treatment module provided with a second example of arrangement of the expansion device integrated into the heat treatment module
  • FIG. 6 represents a first part of the first example or of the second example of circulation of the refrigerant fluid and of the heat transfer liquid within the first embodiment of the heat treatment module provided with the second example of arrangement of the expansion device
  • FIG. 7 shows a second part of the first example of the circulation of the refrigerant fluid and the heat transfer liquid within the first embodiment of the heat treatment module provided with the second example of the arrangement of the expansion device
  • fig 8 represents a second part of the second example of the circulation of the refrigerant fluid and of the heat transfer liquid within the first embodiment of the heat treatment module provided with the second example of arrangement of the expansion device,
  • FIG. 9 shows a second embodiment of the heat treatment module according to the invention, and of the circulation of the refrigerant fluid and of the heat transfer liquid within it and with the first example of the arrangement of the relaxation.
  • FIG. 1 represents a first embodiment of a heat treatment module 1 according to the invention.
  • the heat treatment module 1 is part of a heat treatment system of a vehicle, said system being able to simultaneously provide heat treatment of a passenger compartment of the vehicle and heat treatment of various components of a traction chain of the vehicle.
  • the heat treatment system comprises at least one refrigerant fluid circuit and at least one heat transfer liquid circuit, and the heat treatment module 1 comprises portions of these two circuits.
  • the heat treatment module 1 is thus capable of ensuring the circulation of a refrigerant fluid and of a heat transfer liquid within it.
  • the refrigerant fluid can be a fluid of the Ri34a or Ri234yf type and the heat transfer liquid can be glycol water.
  • the heat treatment module 1 groups together a first heat exchanger 2, a second heat exchanger 3 and an internal heat exchanger 4, each performing its own function enabling the vehicle's heat treatment system to operate correctly.
  • first heat exchanger 2 and the second heat exchanger 3 are configured to ensure heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, the heat exchange within each of the heat exchangers thermal 2, 3 being specific to one or more functions of the heat treatment system.
  • Each heat exchanger 2, 3 comprises a heat exchange unit 15 within which the heat exchange takes place between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid.
  • the internal heat exchanger 4 provides an intrinsic heat exchange to the refrigerant circuit, but between two temperature levels of said refrigerant fluid, namely at a first temperature and at a second temperature.
  • the details concerning the circulation of the refrigerant fluid and the heat transfer liquid as well as all the heat exchanges occurring within the heat treatment module 1 will be described later.
  • the latter comprises a coolant fluid inlet 7 and a coolant fluid outlet 8.
  • the coolant fluid inlet 7 is positioned at the level of the first heat exchanger 2 and the coolant outlet 8 is positioned at the level of the second heat exchanger 3, but these positions can be different depending on the circulation of the coolant fluid within the heat treatment module 1.
  • the first heat exchanger 2 comprises a coolant liquid inlet 9 and a coolant liquid outlet 10, while the second heat exchanger 3 comprises an inlet orifice 11 and an outlet orifice 12.
  • the heat transfer liquid entering within one of the heat exchangers 2, 3 circulates only within said heat exchanger 2, 3.
  • the heat transfer liquid entering respectively via the heat transfer liquid inlet 9 or the inlet orifice 11 necessarily emerges via the coolant liquid outlet 10 or the outlet orifice 12 respectively.
  • the first heat exchanger 2 and the second heat exchanger 3 respectively comprise a first connection orifice 46 and a second connection orifice 47. These connection orifices 46, 47 allow the attachment of an expansion device as will be described by the following, or the fixing of pipes, themselves connected to said expansion device.
  • the internal heat exchanger 4 is a plate exchanger.
  • the first heat exchanger 2 and/or the second heat exchanger 3 can also be plate exchangers.
  • the two heat exchangers 2, 3 are plate exchangers.
  • Each of these plate exchangers comprises a plurality of plates 30 stacked on top of each other along a stacking axis 31.
  • the stacking axis 31 of the heat exchangers 2, 3 and of the internal heat exchanger 4 are parallel or substantially parallel to each other.
  • the stack of plates 30 which allows the circulation of the refrigerant fluid, and of the heat transfer liquid for the heat exchangers 2, 3, the latter circulating between the plates 30.
  • the circulation between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid for the heat exchangers 2, 3 and the circulation between the refrigerant fluid at the first temperature and the refrigerant fluid at the second temperature within the internal heat exchanger 4 takes place alternately from one plate 30 to another, and this in order to optimize the heat exchange.
  • the first heat exchanger 2 and the second heat exchanger 3 each comprise a first end plate 32 and a second end plate 33, each corresponding to the end plates of each of the heat exchangers 2, 3. In other words, these end plates 32, 33 close the heat exchange block 15 at each of its ends.
  • the first end plate 32 of the two heat exchangers 2, 3 corresponds to the plate 30 opposite the internal heat exchanger 4 with respect to the heat exchange block 15, while the second end plate 33 of the two heat exchangers 2, 3 corresponds to the plate 30 facing the internal heat exchanger 4.
  • the internal heat exchanger 4 comprises a body 16 also formed by a stack of plates 30 and which is closed by a end plate 34 which corresponds to plate 30 arranged opposite the two heat exchangers 2, 3.
  • the internal heat exchanger 4 is part of a projection P perpendicular to the stacking axis 31 of the plates 30 of said internal heat exchanger 4. It should be noted that a projection of the first heat exchanger 2 and of the second heat exchanger heat 3 are included in the projection P of the internal heat exchanger 4. Such an arrangement makes it possible to improve the compactness of the heat treatment module 1.
  • the particularity of the heat treatment module 1 according to the invention is that it also comprises an accumulation device 6, as well as a platform 40 ensuring the mechanical maintenance of the accumulation device 6.
  • the accumulation device 6 is connected to the refrigerant fluid circuit and makes it possible to store part of the refrigerant fluid in the liquid state in order to prevent the latter from continuing to circulate and damaging components of the heat treatment system that can only interact with the refrigerant fluid in the gaseous state, for example a compression device, not shown.
  • the platform 40 extends beyond the projection P of the internal heat exchanger 4.
  • the platform 40 can for example be an independent part of the heat treatment module 1 which can be fixed thereto, for example by welding.
  • the platform 40 can also include an end piece 45 projecting from it, and on which the accumulation device 6 fits so that a fluidic connection is ensured between the accumulation device 6 and the platform 40.
  • FIG. 2 represents the first embodiment of the heat treatment module 1, but the latter is here additionally provided with an expansion member 5 directly integral with the first heat exchanger 2 and the second heat exchanger 3. Only the differences with to the heat treatment module 1 of Figure 1 will be described here. Reference will therefore be made to the description of figure 1 for the structural and functional characteristics common to the heat treatment module 1 illustrated in figure 1 and to the heat treatment module 1 illustrated in figure 2.
  • the expansion member 5 provides expansion of the refrigerant when the latter passes through the expansion member 5.
  • the expansion member 5 is mechanically integral with the first heat exchanger 2 and the second heat exchanger 3. Such fastening of the expansion member 5 can for example be carried out by welding or by screwing.
  • the expansion device 5 comprises an electronic control 17 making it possible to control a level of expansion of the refrigerant fluid within the expansion device 5.
  • the first heat exchanger 2 comprises an upper wall 13 while the second heat exchanger 3 comprises an upper face 14. If the first heat exchanger 2 and the second heat exchanger 3 are plate exchangers, the upper wall 13 and the upper face 14 may correspond to the first end plate 32 of each of the heat exchangers 2, 3. The upper wall 13 and the upper face 14 correspond to the wall and to the opposite face to the internal heat exchanger 4 with respect to the exchange block heat 15 respective to each of the heat exchangers 2, 3.
  • the expansion member 5 is, according to Figure 2, arranged according to a first example of arrangement, that is to say by being integral with the upper wall 13 of the first heat exchanger 2 and of the upper face 14 of the second heat exchanger 3. The presence of the expansion member 5 within the heat treatment module 1 helps to reinforce the compactness of the latter.
  • the platform 40 is also different from what has been described in FIG. 1. Indeed, the platform 40 is here formed by a zone 41 defined by the plates 30 of the internal heat exchanger 4. It is not a question here therefore not an independent part fixed to the internal heat exchanger 4 but an extension of the plates 30 outside the projection P of the body 16 of the internal heat exchanger 4.
  • FIG. 3 represents a first example of circulation of the refrigerant fluid and of the heat transfer liquid within the first embodiment of the heat treatment module 1 provided with the first example of arrangement of the expansion member.
  • the circulation of the refrigerant fluid and the heat transfer liquid is represented by lines of different thicknesses, the thickest lines corresponding to the circulation of the refrigerant fluid within a first section 18, the thinnest lines corresponding to the circulation of the refrigerant fluid within a second section 19 and the intermediate thickness lines corresponding to the circulation of the coolant.
  • the coolant circulates in the heat treatment module 1 at two different temperatures.
  • the refrigerant fluid circulating in the first section 18 corresponds to the refrigerant fluid at the first temperature
  • the refrigerant fluid circulating in the second section 19 corresponds to the refrigerant fluid at the second temperature.
  • the expansion device 5 separates the first section 18 from the second section 19 because by expanding the refrigerant fluid, the latter switches from the first temperature to the second temperature, the first temperature being higher than the second temperature.
  • the coolant enters within the heat treatment module 1, more particularly within a first pass 20 of the first heat exchanger 2. It is at the level of this first pass 20 begins the first section 18, where the refrigerant is at the first temperature. Simultaneously, the heat transfer liquid circulates within a second pass 21 of the first heat exchanger 2. The heat exchange taking place in the first heat exchanger 2 therefore takes place between the refrigerant fluid circulating in the first pass 20 and the heat transfer liquid circulating in the second pass 21. Within the first heat exchanger 2, the coolant is at a higher temperature than the heat transfer liquid.
  • this heat exchange is in particular to condense the refrigerant fluid via the heat transfer liquid, and this in order to facilitate the expansion of the latter via the expansion member 5.
  • This heat exchange can also be used to heat the liquid heat carrier as part of a heat pump type configuration if this is the case for the associated heat treatment system.
  • the refrigerant fluid After having circulated within the first pass 20, the refrigerant fluid circulates within the internal heat exchanger 4 via a first channel 24 in order to effect a heat exchange with the refrigerant fluid circulating in the second section 19.
  • the heat exchange operated within the internal heat exchanger 4 makes it possible to optimize the thermal performance of the refrigerant circuit.
  • the refrigerant fluid After passing through the first channel 24, the refrigerant fluid returns to the first heat exchanger 2 and circulates within an additional pass 26.
  • This additional pass 26 makes it possible to fluidically connect the first pass 24 to the expansion member 5.
  • the refrigerant fluid circulating in the additional pass 26 does not undergo heat exchange despite the fact that it passes through the first heat exchanger 2.
  • the refrigerant fluid thus joins the expansion device 5 which, by expanding the refrigerant fluid, performs the transition between the first section 18 and the second section 19.
  • the refrigerant fluid leaves the expansion device 5 at the second temperature and circulates within a first passage 22 arranged in the second heat exchanger 3. Simultaneously, the heat transfer liquid circulates within a second passage 23 of the second heat exchanger 3.
  • the heat exchange taking place in the second heat exchanger 3 therefore takes place between the refrigerant fluid circulating in the first passage 22 and the heat transfer liquid circulating in the second passage 23.
  • the coolant is at a lower temperature than the coolant.
  • the purpose of this heat exchange is in particular to cool the heat transfer liquid via the refrigerant.
  • the heat transfer liquid thus cooled then makes it possible to circulate to one or more elements of the vehicle's traction chain and to heat treat them.
  • This heat exchange also makes it possible to at least partially evaporate the refrigerant in order to optimize the performance of the refrigerant circuit.
  • the refrigerant fluid returns to the internal heat exchanger 4 but this time via a second channel 25.
  • the heat exchange taking place within the internal heat exchanger 4 therefore takes place between the refrigerant fluid circulating in the first channel 24 and the refrigerant fluid circulating in the second channel 25.
  • the refrigerant fluid After having circulated within the second channel 25, the refrigerant fluid continues its circulation to the platform 40 and circulates to an intermediate channel 44 formed within the platform 40.
  • the intermediate channel 44 is fluidly connected to the second channel 25 and ensures the circulation of the refrigerant fluid to the accumulation device 6. More particularly, the refrigerant fluid passes through the end piece 45 to end up within the accumulation device 6.
  • the non-evaporated refrigerant fluid is maintained at the bottom of the accumulation device 6, while the refrigerant in the gaseous state is capable of leaving the accumulation device 6, for example via a top thereof.
  • the circulation of the coolant thus continues outside the heat treatment module 1, for example up to a compression device, not shown.
  • FIG. 4 represents a second example of circulation of the refrigerant fluid and of the heat transfer liquid within the first embodiment of the heat treatment module 1 provided with the first example of arrangement of the expansion device.
  • the circulation of the refrigerant fluid within the first section 18 and the circulation of the heat transfer liquid within the heat treatment module 1 are identical with respect to the first example of fluid circulation. Reference will therefore be made to the description of FIG. 3 for the description of these parts common to the two examples of fluid circulation.
  • the refrigerant fluid circulating within the second section 19 has been expanded by the expansion member 5 and circulates within the first passage 22.
  • the first passage 22 extends to the coolant outlet of the second heat exchanger 3, said coolant outlet being illustrated in Figures 1 and 2 .
  • the refrigerant fluid can for example circulate within an external pipe 29 until it reaches the accumulation device 6, which here therefore does not include an end piece.
  • the accumulation device 6 contains a potential liquid fraction of refrigerant fluid which has not been evaporated during the heat exchange carried out in the second heat exchanger 3.
  • a mixture of fluid refrigerant in a liquid state and in a gaseous state comes out of the accumulation device 6.
  • the refrigerant fluid then continues its circulation in the external pipe 29 in order to join the internal heat exchanger 4.
  • the entry within the internal heat exchanger 4 can for example be done via an additional channel 48 formed within the platform 40, and does not interact with the accumulation device 6.
  • the additional channel 48 thus makes it possible to fluidically connect the external pipe 29 to the second channel 25.
  • the refrigerant fluid thus circulates within the second channel 25, thus allowing the heat exchange with the coolant flowing in the first channel 24.
  • the coolant flowing in the second channel 25 then leaves the heat treatment device 1 in order for example to join the aforementioned compression device, still not shown.
  • FIG. 5 represents the first embodiment of the heat treatment module 1 provided with a second exemplary arrangement of the expansion device 5.
  • This second exemplary arrangement corresponds to the only characteristic which differs from what has been previously described. Reference will therefore be made to the description of FIG. 1 and/or to FIG. 2 for all that relates to the common characteristics described above.
  • the second example of arrangement of the expansion member 5 differs from the first example of arrangement in that the heat treatment module 1 comprises a space 35 separating an assembly formed by the first heat exchanger 2 and the second heat exchanger 3 and the internal heat exchanger 4.
  • the space 35 makes it possible to accommodate a plurality of elements, in particular the expansion member 5 which is therefore here interposed between the two heat exchangers 2, 3 and the internal heat exchanger 4
  • the expansion member 5 is integral with the first heat exchanger 2, the second heat exchanger 3 and the internal heat exchanger 4, for example by welding.
  • connection block 36 provides a fluidic connection between the first heat exchanger 2 and the internal heat exchanger 4 and thus allows the refrigerant fluid to cross the space 35.
  • the second end plate 33 of the first heat exchanger 2 and of the second heat exchanger 3 corresponds to the plate 30 of the first heat exchanger 2 and of the second heat exchanger 3 arranged facing the internal heat exchanger 4.
  • the expansion member 5 being here in contact with the internal heat exchanger 4, said member expansion valve 5 is therefore secured to the end plate 34 of said internal heat exchanger 4.
  • FIG. 6 schematically illustrates the circulation of the refrigerant fluid within the first section 18, as well as the circulation of the coolant liquid within the first heat exchanger 2.
  • This first fluid circulation part is common to the two examples of fluid circulation mentioned previously.
  • the fluid circulations of FIGS. 6, 7 and 8 are represented by lines of different thicknesses, the thickest lines corresponding to the circulation of the refrigerant fluid within the first section 18, the the thinnest lines corresponding to the circulation of the coolant fluid within the second section 19 and the lines of intermediate thickness corresponding to the circulation of the heat transfer liquid.
  • the coolant enters the first pass 20 of the first heat exchanger 2 via the coolant inlet 7 while the coolant enters the second pass 21 via the coolant inlet 9.
  • the heat exchange taking place in the first exchanger thermal 2 takes place between the refrigerant fluid circulating in the first pass 20 and the heat transfer liquid circulating in the second pass 21. Following this heat exchange, the heat transfer liquid leaves the first heat exchanger 2 via the heat transfer liquid outlet 10.
  • the refrigerant fluid joins the first channel 24 of the internal heat exchanger 4 via the connection block 36 mentioned above. After having participated in the heat exchange carried out within the internal heat exchanger 4, the refrigerant fluid can then directly join the expansion member 5. It is thus understood that the second example of arrangement of the expansion member trigger 5, makes it possible to avoid setting up the additional pass, as for the first example of arrangement.
  • the expansion member 5 thus allows a direct fluidic connection between the first channel 24 of the internal heat exchanger 4 and the first passage of the second heat exchanger.
  • FIG. 7 illustrates the continuation of the circulation of the refrigerant fluid according to the first example of circulation, that is to say the second section 19 of the refrigerant fluid circuit, after the refrigerant fluid has been expanded by the expansion member 5.
  • Figure 7 also illustrates that the space 35, in addition to housing the expansion member 5 and the connection block, also houses a first connection element 37 and a second connection element 38 allowing the fluid refrigerant to access the second channel 25 and to leave it from outside the heat treatment module 1.
  • the refrigerant fluid After having been expanded by the expansion member 5, the refrigerant fluid circulates within the first passage 22 of the second heat exchanger 3.
  • the refrigerant fluid being at the second temperature by circulating in the second section 19, this cools the heat transfer liquid circulating in the second passage 23 after having entered via the inlet orifice 11 and before leaving via the outlet orifice 12.
  • the refrigerant fluid after having been at least partially evaporated during the heat exchange carried out in the second heat exchanger 3, leaves the latter via the refrigerant fluid outlet 8 and can for example circulate at the within the external pipe 29 until it directly joins the first connection element 37 in order to circulate within the second channel 25 so that the heat exchange takes place within the internal heat exchanger 4 between the first channel shown in Figure 6 and the second channel 25-
  • the refrigerant circulates within the intermediate channel 44 arranged within the platform 40 and joins the accumulation device 6 via the end piece 45. Only a small percentage of oil and refrigerant in the state liquid mixed with the refrigerant in the gaseous state leaves the accumulation device 6 in order to join the compression device, not shown. It is thus observed that when the refrigerant circulates according to the first example of circulation, the second connecting element 38 is not used.
  • FIG. 8 illustrates the continuation of the second example of circulation of the refrigerant fluid, that is to say the second section 19 of the refrigerant fluid circuit, after the refrigerant fluid has been expanded by the expansion member 5.
  • the device accumulation 6, which here therefore does not include a tip.
  • the accumulation device 6 contains a potential liquid fraction of refrigerant fluid which has not been evaporated during the heat exchange carried out in the second heat exchanger 3.
  • a mixture of fluid refrigerant in the liquid state and in the gaseous state leaves the accumulation device and circulates in the external pipe 29 as far as the first connecting element 37 in order to circulate in the second channel 25.
  • the heat exchange operated in the internal heat exchanger 4 is carried out with the refrigerant fluid circulating in the first channel, as illustrated in FIG. 6.
  • the refrigerant fluid circulating in the second channel 25 then exits through the second connecting element 38 in order to join the device compression, not shown.
  • FIG. 9 represents a second embodiment of the heat treatment module 1 according to the invention, as well as a circulation of the refrigerant fluid and of the heat transfer liquid within such a heat treatment module 1.
  • the second embodiment of the module of heat treatment 1 is provided with the first example of the arrangement of the expansion device 5.
  • the dotted lines correspond to the circulation of the refrigerant fluid within the first section 18 and to the circulation of the heat transfer liquid within the first heat exchanger 2
  • the solid lines correspond to the circulation of the refrigerant fluid within the second section 19 and to the circulation of the heat transfer liquid within the second heat exchanger 3.
  • the platform 40 on which the accumulation device 6 is placed is contained at the projection P of the body 16 of the internal heat exchanger 4, unlike the first embodiment where the platform 40 is extends beyond the projection P of the internal heat exchanger 4.
  • the platform 40 falls within a perimeter defined by the body 16 of the internal heat exchanger 4.
  • the accumulation device 6 is also at least partially included in the projection P of the internal heat exchanger 4. Therefore the internal heat exchanger 4 does not require an intermediate channel between the second channel 25 and the accumulation device 6.
  • the platform 40 being directly integrated into the body 16 of the internal heat exchanger 4, the second channel 25 can directly join the accumulation device 6.
  • the storage device 6 is at least partially included in the projection P of the internal heat exchanger 4, at least one of the heat exchangers 2, 3 must have a reduced length so as not to interfere mechanically with the accumulation device 6.
  • it is the second heat exchanger 3 which has a length less than that of the first heat exchanger 2.
  • the platform 40 is delimited on a first side 42 by the first heat exchanger 2 and on a second side 43 by the second heat exchanger 3, the first side 42 and the second side 43 being secant with respect to each other.
  • the other sides of the platform 40 are delimited by the projection P of the internal heat exchanger 4.
  • the circulation of the refrigerant fluid and of the heat transfer liquid within the heat treatment module 1 is substantially identical to what has been described in FIG. 3.
  • the invention achieves the goal that it had set itself, and makes it possible to propose a heat treatment module comprising two heat exchangers, an internal heat exchanger and a device for accumulation. Variants not described here could be implemented without departing from the context of the invention, provided that, in accordance with the invention, they include a heat treatment module in accordance with the invention.

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Abstract

La présente invention concerne un module de traitement thermique (1) pour système de traitement thermique d'un véhicule, comprenant un premier échangeur thermique (2), un deuxième échangeur thermique (3) et un échangeur de chaleur interne (4), le premier échangeur thermique (2) et le deuxième échangeur thermique (3) étant tous deux configurés pour opérer un échange de chaleur entre un fluide réfrigérant et un liquide caloporteur, l'échangeur de chaleur interne (4) étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant soumis dans le système de traitement thermique à deux niveaux de température différents, caractérisé en ce que le module de traitement thermique (1) comprend un dispositif d'accumulation (6) configuré pour contenir le fluide réfrigérant, l'échangeur de chaleur interne (4) comprenant une plateforme (40) sur laquelle est disposé le dispositif d'accumulation (6).

Description

DESCRIPTION
Titre de 1’invention : MODULE DE TRAITEMENT THERMIQUE AVEC DISPOSITIF D’ACCUMULATION
La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de traitement thermique au sein d’un véhicule et porte plus particulièrement sur un module de traitement thermique au sein de tels systèmes de traitement thermique.
Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’un circuit de fluide réfrigérant et d’au moins un circuit de liquide caloporteur, tous deux utilisés pour participer à un traitement thermique de différentes zones ou différents composants du véhicule. Il est notamment connu d’utiliser le circuit de fluide réfrigérant et/ou le circuit de liquide caloporteur pour traiter thermiquement un flux d’air envoyé dans un habitacle du véhicule équipé d’un tel circuit.
Dans une autre application de ce circuit, il est connu d’utiliser le circuit de liquide caloporteur pour refroidir des composants de la chaîne de traction du véhicule, tel que par exemple un dispositif de stockage électrique, ce dernier étant utilisé pour fournir une énergie à un moteur électrique capable de mettre en mouvement le véhicule. Le système de traitement thermique fournit ainsi l’énergie capable de refroidir le dispositif de stockage électrique pendant son utilisation.
Le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur circulent au sein de leur circuit respectif et interagissent entre eux par le biais d’une pluralité d’échangeurs thermiques assurant un échange de calories entre les deux fluides suscités. Afin d’améliorer la compacité du système de traitement thermique, plusieurs de ces échangeurs thermiques peuvent être regroupés en un module de traitement thermique. Les constructeurs automobiles étant dans une optique d’amélioration continuelle de leurs véhicules, un objectif d’amélioration de tels modules de traitement thermique est de regrouper davantage d’éléments du système de traitement thermique au sein des modules de traitement thermique.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte en proposant un module de traitement thermique pour système de traitement thermique d’un véhicule, comprenant un premier échangeur thermique, un deuxième échangeur thermique et un échangeur de chaleur interne, le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique étant tous deux configurés pour opérer un échange de chaleur entre un fluide réfrigérant et un liquide caloporteur, l’échangeur de chaleur interne étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant soumis dans le système de traitement thermique à deux niveaux de température différents, caractérisé en ce que le module de traitement thermique comprend un dispositif d’accumulation configuré pour contenir le fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur interne comprenant une plateforme sur laquelle est disposé le dispositif d’accumulation.
Un tel module de traitement thermique selon l’invention permet ainsi de regrouper un dispositif d’accumulation et trois échangeurs assurant un échange de chaleur soit entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, soit au sein même d’un circuit de fluide réfrigérant comme c’est le cas pour l’échangeur de chaleur interne. Une telle configuration permet ainsi d’intégrer le dispositif d’accumulation au module de traitement thermique, ce qui évite la mise en place d’un dispositif d’accumulation à distance du module de traitement thermique, ainsi que des conduites devant relier ce dispositif d’accumulation au module de traitement thermique.
Le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique assurent un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, et ce afin d’assurer plusieurs fonctions dépendantes d’une température du fluide réfrigérant. A titre d’exemple, au sein de ces échangeurs thermiques, le liquide caloporteur peut condenser le fluide réfrigérant. Selon un autre exemple, le fluide réfrigérant peut refroidir le liquide caloporteur afin que ce dernier assure une fonction de traitement thermique des composants de la chaîne de traction du véhicule.
L’échangeur de chaleur interne est propre au circuit de fluide réfrigérant. Autrement dit, l’échangeur de chaleur interne permet un échange de chaleur entre deux niveaux de température du fluide réfrigérant afin d’opérer une régulation thermique du fluide réfrigérant et ainsi d’optimiser les performances thermiques du circuit de fluide réfrigérant.
Au cours de la circulation du fluide réfrigérant au sein du module de traitement thermique, et plus généralement au sein du système de traitement thermique, ledit fluide réfrigérant change d’état à plusieurs reprises en basculant d’un état liquide à un état gazeux et inversement. Il arrive ainsi que le fluide réfrigérant se retrouve dans un état diphasique. Or, le fluide réfrigérant est mis en circulation au sein du circuit de fluide réfrigérant par un dispositif de compression, qui n’est apte qu’à compresser le fluide réfrigérant qu’à l’état gazeux et risque de s’endommager en cas d’une circulation de fluide réfrigérant à l’état liquide. Le dispositif d’accumulation permet donc de contenir le fluide réfrigérant à l’état liquide afin d’éviter que celui-ci ne poursuive sa circulation jusqu’au dispositif de compression. Le dispositif d’accumulation assure ainsi la protection du dispositif de compression.
Le dispositif d’accumulation est disposé sur la plateforme. Cette dernière fait office de soutien mécanique au dispositif d’accumulation, celui-ci pouvant être lié à la plateforme par un quelconque moyen de fixation. La plateforme doit donc présenter des dimensions permettant la mise en place et la fixation du dispositif d’accumulation.
Selon une caractéristique de l’invention, l’échangeur de chaleur interne comprend un corps constitué d’une pluralité de plaques empilées le long d’un axe d’empilement, le corps s’inscrivant dans une projection sur un plan perpendiculaire à l’axe d’empilement des plaques, une projection du premier échangeur thermique et du deuxième échangeur thermique sur le plan perpendiculaire à l’axe d’empilement des plaques de l’échangeur de chaleur interne étant compris dans la projection du corps de l’échangeur de chaleur interne.
Les échangeurs à plaques se composent d’un empilement de plaques, lesdites plaques étant empilées selon un axe d’empilement. Lorsque le fluide réfrigérant circule au sein du corps de l’échangeur de chaleur interne, le fluide réfrigérant à deux températures différentes circule au sein d’interstices situés entre les plaques afin que l’échange de chaleur puisse être opéré. D’une manière avantageuse, la disposition des plaques forme une alternance de circulation entre le fluide réfrigérant à une première température et le fluide réfrigérant à une deuxième température. Une telle circulation en alternance garantit le bon déroulement de l’échange de chaleur au sein de l’échangeur de chaleur interne.
Intégrer les plans de projection des échangeurs thermiques au sein du plan de projection de l’échangeur de chaleur interne permet de conserver au moins deux dimensions du module de traitement thermique égales aux dimensions de l’échangeur de chaleur interne. Une telle configuration renforce la compacité du module de traitement thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, la plateforme de l’échangeur de chaleur interne s’étend au-delà de la projection du corps de l’échangeur de chaleur interne. La plateforme n’est donc pas intégrée au corps de l’échangeur de chaleur interne, et s’étend donc également au-delà de la projection de l’ensemble des deux échangeurs thermiques. Il s’agit d’un premier mode de réalisation de la plateforme du module de traitement thermique selon l’invention.
Selon une caractéristique de l’invention, la plateforme est soudée au corps de l’échangeur de chaleur interne. La plateforme peut être réalisée à part du module de traitement thermique et être liée à celui-ci par la suite. La liaison peut se faire par soudage, mais tout autre moyen de fixation est envisageable tant qu’il ne nuit pas au bon fonctionnement du module de traitement thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, les plaques de l’échangeur de chaleur interne comportent une zone formant la plateforme. Une telle zone peut par exemple être un prolongement des plaques formant la plateforme. Cette configuration permet de se passer de la liaison de la plateforme au corps de l’échangeur de chaleur interne, la zone des plaques s’étendant hors de la projection pour délimiter la plateforme.
Selon une caractéristique de l’invention, la plateforme de l’échangeur de chaleur interne est contenue dans la projection du corps de l’échangeur de chaleur interne. Autrement dit, lorsque le dispositif d’accumulation est positionné sur la plateforme, celui-ci s’inscrit au moins partiellement à l’intérieur d’un périmètre défini par le corps de l’échangeur de chaleur interne. De ce fait, au moins l’un des échangeurs thermiques du module de traitement thermique doit présenter des dimensions réduites, et ce afin de ne pas interférer mécaniquement avec le dispositif d’accumulation.
Selon une caractéristique de l’invention, la plateforme est délimitée sur un premier côté par le premier échangeur thermique et sur un deuxième côté par le deuxième échangeur thermique. Le premier côté et le deuxième côté sont sécants entre eux, les autres côtés de la plateforme pouvant par exemple être délimités par une ou plusieurs extrémités du corps de l’échangeur de chaleur interne.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins l’un des échangeurs thermiques présente une longueur inférieure à une longueur de l’échangeur de chaleur interne de manière à délimiter la plateforme. De par sa longueur réduite, l’un des échangeurs thermiques laisse libre une partie du corps de l’échangeur de chaleur interne. Cette partie laissée libre permet le positionnement du dispositif d’accumulation sans interférer mécaniquement avec l’échangeur thermique présentant une longueur réduite.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier échangeur thermique comprend une première passe configurée pour être parcourue par le fluide réfrigérant et une deuxième passe configurée pour être parcourue par le liquide caloporteur, le deuxième échangeur thermique comprenant un premier passage configuré pour être parcouru par le fluide réfrigérant et un deuxième passage configuré pour être parcouru par le liquide caloporteur, l’échangeur de chaleur interne comprenant un premier canal configuré pour être parcouru par le fluide réfrigérant à une première température et un deuxième canal configuré pour être parcouru par le fluide réfrigérant à une deuxième température différente de la première température. L’échange de chaleur opéré au sein du premier échangeur thermique se fait entre le fluide réfrigérant circulant dans la première passe et le liquide caloporteur circulant dans la deuxième passe. Cet échange de chaleur peut par exemple servir à condenser le fluide réfrigérant ce qui facilite une potentielle détente par la suite. L’échange de chaleur peut également servir à chauffer le liquide caloporteur afin que celui-ci assure une fonction de chauffage d’un habitacle du véhicule.
Tout comme pour le premier échangeur thermique, l’échange de chaleur se déroulant dans le deuxième échangeur thermique se fait entre le fluide réfrigérant circulant dans le premier passage et le liquide caloporteur circulant dans le deuxième passage. Cet échange de chaleur peut être opéré entre le liquide caloporteur et le fluide réfrigérant détendu afin de refroidir le liquide caloporteur pour que ce dernier puisse par la suite refroidir les composants de la chaine de traction du véhicule.
L’échangeur de chaleur interne est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans le premier canal et le fluide réfrigérant circulant dans le deuxième canal. Tel que cela a été décrit précédemment, cet échange de chaleur opéré au sein de l’échangeur de chaleur interne permet d’optimiser la régulation thermique du fluide réfrigérant. C’est la différence de température entre la première température et la deuxième température qui permet la bonne opération de cet échange de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins la première passe du premier échangeur thermique et au moins le premier canal de l’échangeur de chaleur interne forment une première section configurée pour faire circuler le fluide réfrigérant à la première température. La première section s’étend entre une entrée de fluide réfrigérant du module de traitement thermique, et se termine au moment où le fluide réfrigérant bascule à la deuxième température, par exemple via un organe de détente. La première section correspond ainsi à la section où le fluide réfrigérant circule à la température la plus élevée, qui correspond à la première température.
Le premier échangeur thermique peut ainsi permettre à la fois de condenser le fluide réfrigérant, et éventuellement de chauffer le liquide caloporteur afin que ce dernier assure une fonction de chauffage de l’habitacle dans le cas où le système de traitement thermique associé présente une configuration de type pompe à chaleur indirecte.
L’échangeur de chaleur interne permet également de refroidir le fluide réfrigérant circulant à la première température grâce à un échange de chaleur effectué avec le fluide réfrigérant circulant à la deuxième température.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins le premier passage du deuxième échangeur thermique, au moins le deuxième canal de l’échangeur de chaleur interne et au moins le dispositif d’accumulation forment une deuxième section configurée pour faire circuler le fluide réfrigérant à la deuxième température. La deuxième section assure la circulation du fluide réfrigérant à basse température, correspondant à la deuxième température. La circulation de fluide réfrigérant dans le premier passage permet ainsi de refroidir le liquide caloporteur circulant dans le deuxième passage, tout en évaporant le fluide réfrigérant. Le liquide caloporteur refroidi peut circuler par la suite hors du module de traitement thermique afin de refroidir les composants de la chaine de traction du véhicule ou au sein d’un échangeur placé dans l’HVAC pour refroidir l’air de l’habitacle. Le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième section circule également au sein du deuxième canal de l’échangeur de chaleur interne, afin de participer à l’échange de chaleur se déroulant dans l’échangeur de chaleur interne tel qu’évoqué précédemment. Le dispositif d’accumulation est également intégré à la deuxième section, celui-ci stockant le fluide réfrigérant ne s’étant pas évaporé lors de l’échange de chaleur opéré au sein du deuxième échangeur thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, le module de traitement thermique comprend un organe de détente au moins solidaire du premier échangeur thermique et du deuxième échangeur thermique. L’organe de détente sépare la première section de la deuxième section au sein du module de traitement thermique. L’organe de détente assure une détente du fluide réfrigérant correspondant à une diminution de la pression. Cette détente peut être facilitée par l’échange de chaleur opéré au sein du premier échangeur thermique qui participe à la condensation du fluide réfrigérant. La détente du fluide réfrigérant s’accompagne d’une diminution de la température. C’est donc l’organe de détente qui permet de faire varier la température du fluide réfrigérant de la première température vers la deuxième température et qui sépare ainsi la première section de la deuxième section.
L’organe de détente est mécaniquement solidarisé au moins aux deux échangeurs thermiques afin de l’intégrer au module de traitement thermique. En fonction d’un positionnement de l’organe de détente au niveau du module de traitement thermique, l’organe de détente assure une connexion fluidique entre les deux échangeurs thermiques, ou entre l’un des échangeurs thermiques et l’échangeur de chaleur interne.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique comprennent chacun un bloc d’échange de chaleur au bout duquel est disposé une paroi supérieure pour le premier échangeur thermique et une face supérieure pour le deuxième échangeur thermique, l’organe de détente étant disposé au niveau de la paroi supérieure du premier échangeur thermique et de la face supérieure du deuxième échangeur thermique, la paroi supérieure du premier échangeur thermique et la face supérieure du deuxième échangeur thermique étant agencées à l’opposé de l’échangeur de chaleur interne par rapport au bloc d’échange de chaleur d’au moins l’un des échangeurs thermiques. Il s’agit d’un premier exemple d’agencement de l’organe de détente au sein du module de traitement thermique selon l’invention. Le bloc d’échange de chaleur correspond à une zone structurelle de chacun des échangeurs thermiques au sein duquel se déroule l’échange de chaleur qui lui est propre. L’organe de détente est quant à lui agencé de sorte à être mécaniquement lié à la fois à la paroi supérieure du premier échangeur thermique et à la face supérieure du deuxième échangeur thermique. Les deux échangeurs thermiques peuvent par exemple être au contact de l’échangeur de chaleur interne, la paroi supérieure du premier échangeur thermique et la face supérieure du deuxième échangeur thermique correspondant à la partie opposée par rapport au bloc d’échange de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier échangeur thermique comprend une passe additionnelle, l’organe de détente assurant une connexion fluidique directe entre la passe additionnelle du premier échangeur thermique et le premier passage du deuxième échangeur thermique. La passe additionnelle permet de connecter fluidiquement le premier canal de l’échangeur de chaleur interne à l’organe de détente, et ce en traversant le premier échangeur thermique via la passe additionnelle. Contrairement à la première passe, il n’y a pas d’échange de chaleur opéré avec le fluide réfrigérant circulant dans la passe additionnelle. Cette dernière permet ainsi une connexion entre le premier canal de l’échangeur de chaleur interne et le premier passage du deuxième échangeur thermique en passant par l’organe de détente.
Selon une caractéristique de l’invention, le deuxième canal de l’échangeur de chaleur interne s’étend jusqu’à la plateforme dudit échangeur de chaleur interne, le dispositif d’accumulation étant fluidiquement connecté au deuxième canal de l’échangeur de chaleur interne via un canal intermédiaire ménagé au sein de la plateforme. Le canal intermédiaire permet de faire circuler le fluide réfrigérant entre le deuxième canal et le dispositif d’accumulation au sein même de la structure de la plateforme. On comprend ainsi que la plateforme peut présenter une fonction de connexion fluidique au dispositif d’accumulation, en plus d’assurer sa fonction de maintien mécanique du dispositif d’accumulation.
Selon une caractéristique de l’invention, la plateforme de l’échangeur de chaleur interne comprend un embout interagissant avec le dispositif d’accumulation, l’embout participant à la connexion fluidique entre le canal intermédiaire de l’échangeur de chaleur interne et le dispositif d’accumulation. L’embout constitue ainsi une extrémité du canal intermédiaire, et peut par exemple faire saillie de la plateforme pour que le dispositif d’accumulation puisse y être emboité. Le fluide réfrigérant pénètre ainsi dans le dispositif d’accumulation via un fond de celui-ci.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique forment un ensemble, l’organe de détente étant disposé au sein d’un espace interposé entre l’ensemble formé par les échangeurs thermiques et l’échangeur de chaleur interne. Il s’agit d’un deuxième exemple d’agencement de l’organe de détente au sein du module de traitement thermique selon l’invention. L’espace formé entre l’ensemble des deux échangeurs thermiques et l’échangeur de chaleur interne permet de loger l’organe de détente ainsi que des éléments assurant par exemple une connexion fluidique entre l’ensemble des échangeurs thermiques et l’échangeur de chaleur interne.
Selon une caractéristique de l’invention, l’espace loge un bloc de raccordement assurant une connexion fluidique entre la première passe du premier échangeur thermique et le premier canal de l’échangeur de chaleur interne. Après avoir participé à l’échange de chaleur au sein du premier échangeur thermique, le fluide réfrigérant doit rejoindre le premier canal de l’échangeur de chaleur interne. C’est le bloc de raccordement qui permet au fluide réfrigérant de traverser l’espace entre l’ensemble des échangeurs thermiques et l’échangeur de chaleur interne. A ce titre, le bloc de raccordement peut comprendre un conduit s’étendant au sein de sa structure interne afin d’assurer la circulation du fluide réfrigérant.
Selon une caractéristique de l’invention, l’espace loge au moins un élément de raccordement participant à une connexion fluidique entre le dispositif d’accumulation et l’échangeur de chaleur interne. D’une manière avantageuse, l’espace loge deux éléments de raccordement permettant respectivement l’entrée dans l’échangeur de chaleur interne puis la sortie de l’échangeur de chaleur interne, cette dernière marquant la fin de la deuxième section du module de traitement thermique.
Le dispositif d’accumulation est agencé entre le premier passage du deuxième échangeur thermique et l’élément de raccordement permettant l’accès au deuxième canal de l’échangeur de chaleur interne. Comme cela a été mentionné précédemment, le dispositif d’accumulation est agencé de sorte à stocker le fluide réfrigérant à l’état liquide après que ce dernier a été au moins partiellement évaporé lors de l’échange de chaleur se déroulant dans le deuxième échangeur thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins un échangeur thermique est un échangeur à plaques comprenant une première plaque terminale et une deuxième plaque terminale entre lesquelles est disposé un empilement de plaques, l’organe de détente étant solidaire d’au moins l’une des plaques terminales. Tout comme l’échangeur de chaleur interne, les échangeurs thermiques peuvent également être des échangeurs à plaques, le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur circulant au sein des blocs d’échanges thermiques de chacun des échangeurs thermiques circulant entre les plaques formant lesdits échangeurs thermiques.
On entend par plaques terminales les deux plaques situées aux extrémités du bloc d’échange de chaleur. Autrement dit il s’agit des deux plaques qui ne sont pas encadrées de part et d’autre par deux plaques adjacentes. Ainsi, lorsque l’un des échangeurs thermiques est un échangeur à plaques, l’organe de détente est solidaire de l’une des plaques terminales de cet ou de ces échangeurs à plaques.
Selon une caractéristique de l’invention, l’organe de détente est solidaire de la première plaque terminale de chacun des échangeurs thermiques. La première plaque terminale des échangeurs thermiques correspond à la paroi supérieure du premier échangeur thermique et à la face supérieure du deuxième échangeur thermique. Autrement dit c’est au niveau de la première plaque terminale de chacun des échangeurs thermiques que l’organe de détente est solidaire selon le premier exemple d’agencement de l’organe de détente tel que décrit précédemment.
Selon une caractéristique de l’invention, l’organe de détente est solidaire de la deuxième plaque terminale de chacun des échangeurs thermiques. La deuxième plaque terminale correspond à la plaque de chacun des échangeurs thermiques agencée en regard de l’échangeur de chaleur interne. C’est donc dans le cadre du deuxième exemple d’agencement de l’organe de détente que celui-ci est solidaire de la deuxième plaque terminale de chacun des échangeurs thermiques.
Selon une caractéristique de l’invention, l’échangeur de chaleur interne comprend au moins une plaque d’extrémité, l’organe de détente étant solidaire de la plaque d’extrémité. La plaque d’extrémité de l’échangeur de chaleur interne correspond à l’une des deux plaques non encadrées de part et d’autre par deux plaques adjacentes. Plus précisément, la plaque d’extrémité de l’échangeur de chaleur interne correspond à la plaque agencée en regard des échangeurs thermiques. Selon le deuxième exemple d’agencement de l’organe de détente, ce dernier est agencé dans l’espace entre l’ensemble regroupant les deux échangeurs thermiques et l’échangeur de chaleur interne. L’organe de détente est donc solidaire des deux échangeurs thermiques et de l’échangeur de chaleur interne.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[fig 1] représente un premier mode de réalisation d’un module de traitement thermique selon l’invention,
[fig 2] représente le premier mode de réalisation du module de traitement thermique pourvu d’un premier exemple d’agencement d’un organe de détente intégré au module de traitement thermique,
[fig 3] représente un premier exemple de circulation d’un fluide réfrigérant et d’un liquide caloporteur au sein du premier mode de réalisation du module de traitement thermique pourvu du premier exemple d’agencement de l’organe de détente,
[fig 4] représente un deuxième exemple de circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur au sein du premier mode de réalisation du module de traitement thermique pourvu du premier exemple d’agencement de l’organe de détente,
[fig 5] représente le premier mode de réalisation du module de traitement thermique pourvu d’un deuxième exemple d’agencement de l’organe de détente intégré au module de traitement thermique,
[fig 6] représente une première partie du premier exemple ou du deuxième exemple de circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur au sein du premier mode de réalisation du module de traitement thermique pourvu du deuxième exemple d’agencement de l’organe de détente, [fig 7] représente une deuxième partie du premier exemple de la circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur au sein du premier mode de réalisation du module de traitement thermique pourvu du deuxième exemple d’agencement de l’organe de détente,
[fig 8] représente une deuxième partie du deuxième exemple de la circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur au sein du premier mode de réalisation du module de traitement thermique pourvu du deuxième exemple d’agencement de l’organe de détente,
[fig 9] représente un deuxième mode de réalisation du module de traitement thermique selon l’invention, et de la circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur au sein de celui-ci et avec le premier exemple d’agencement de l’organe de détente.
La figure 1 représente un premier mode de réalisation d’un module de traitement thermique 1 selon l’invention. Le module de traitement thermique 1 fait partie d’un système de traitement thermique d’un véhicule, ledit système pouvant simultanément assurer un traitement thermique d’un habitacle du véhicule et un traitement thermique de différents composants d’une chaine de traction du véhicule. Pour cela, le système de traitement thermique comporte au moins un circuit de fluide réfrigérant et au moins un circuit de liquide caloporteur, et le module de traitement thermique 1 comporte des portions de ces deux circuits. Le module de traitement thermique 1 est ainsi apte à assurer la circulation d’un fluide réfrigérant et d’un liquide caloporteur en son sein. A titre d’exemple, le fluide réfrigérant peut être un fluide de type Ri34a ou Ri234yf et le liquide caloporteur peut être de l’eau glycolée.
Le module de traitement thermique 1 regroupe un premier échangeur thermique 2, un deuxième échangeur thermique 3 et un échangeur de chaleur interne 4, chacun assurant une fonction propre permettant le bon fonctionnement du système de traitement thermique du véhicule. Ainsi le premier échangeur thermique 2 et le deuxième échangeur thermique 3 sont configurés pour assurer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, l’échange de chaleur au sein chacun des échangeurs thermiques 2, 3 étant propre à une ou plusieurs fonctions du système de traitement thermique. Chaque échangeur thermique 2, 3 comprend un bloc d’échange de chaleur 15 au sein duquel se déroule l’échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur.
L’échangeur de chaleur interne 4 assure un échange de chaleur intrinsèque au circuit de fluide réfrigérant, mais entre deux niveaux de température dudit fluide réfrigérant, à savoir à une première température et à une deuxième température. Les détails concernant la circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur ainsi que l’ensemble des échanges de chaleur se produisant au sein du module de traitement thermique 1 seront décrits par la suite.
Afin de faire entrer et sortir le fluide réfrigérant du module de traitement thermique 1, ce dernier comprend une entrée de fluide réfrigérant 7 et une sortie de fluide réfrigérant 8. Sur la figure 1, l’entrée de fluide réfrigérant 7 est positionnée au niveau du premier échangeur thermique 2 et la sortie de fluide réfrigérant 8 est positionnée au niveau du deuxième échangeur thermique 3, mais ces positions peuvent être diverses en fonction de la circulation du fluide réfrigérant au sein du module de traitement thermique 1.
Par ailleurs, le premier échangeur thermique 2 comprend une entrée de liquide caloporteur 9 et une sortie de liquide caloporteur 10, tandis que le deuxième échangeur thermique 3 comprend un orifice d’entrée 11 et un orifice de sortie 12. Contrairement au fluide réfrigérant, le liquide caloporteur entrant au sein de l’un des échangeurs thermiques 2, 3 ne circule qu’au sein dudit échangeur thermique 2, 3. Ainsi, le liquide caloporteur entrant respectivement via l’entrée de liquide caloporteur 9 ou l’orifice d’entrée 11 ressort nécessairement respectivement par la sortie de liquide caloporteur 10 ou l’orifice de sortie 12.
Le premier échangeur thermique 2 et le deuxième échangeur thermique 3 comprennent respectivement un premier orifice de connexion 46 et un deuxième orifice de connexion 47. Ces orifices de connexion 46, 47 permettent la fixation d’un organe de détente tel que cela sera décrit par la suite, ou bien la fixation de conduites, elles-mêmes reliées audit organe de détente.
L’échangeur de chaleur interne 4 est un échangeur à plaques. Le premier échangeur thermique 2 et/ou le deuxième échangeur thermique 3 peuvent également être des échangeurs à plaques. Sur la figure 1, les deux échangeurs thermiques 2, 3 sont des échangeurs à plaques. Chacun de ces échangeurs à plaques comprend une pluralité de plaques 30 empilées les unes sur les autres selon un axe d’empilement 31. L’axe d’empilement 31 des échangeurs thermique 2, 3 et de l’échangeur de chaleur interne 4 sont parallèles ou sensiblement parallèles entre eux.
C’est l’empilement de plaques 30 qui permet la circulation du fluide réfrigérant, et du liquide caloporteur pour les échangeurs thermiques 2, 3, ces derniers circulant entre les plaques 30. Préférentiellement, la circulation entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur pour les échangeurs thermiques 2, 3 et la circulation entre le fluide réfrigérant à la première température et le fluide réfrigérant à la deuxième température au sein de l’échangeur de chaleur interne 4 se fait de manière alternée d’une plaque 30 à une autre, et ce afin d’optimiser l’échange de chaleur.
Le premier échangeur thermique 2 et le deuxième échangeur thermique 3 comprennent chacun une première plaque terminale 32 et une deuxième plaque terminale 33, chacune correspondant aux plaques extrêmes de chacun des échangeurs thermiques 2, 3. Autrement dit, ces plaques terminales 32, 33 viennent refermer le bloc d’échange de chaleur 15 à chacune de ses extrémités. Sur la figure 1, la première plaque terminale 32 des deux échangeurs thermiques 2, 3 correspond à la plaque 30 opposée à l’échangeur de chaleur interne 4 par rapport au bloc d’échange de chaleur 15, tandis que la deuxième plaque terminale 33 des deux échangeurs thermiques 2, 3 correspond à la plaque 30 en regard de l’échangeur de chaleur interne 4. L’échangeur de chaleur interne 4 comprend quant à lui un corps 16 également formé par un empilement de plaques 30 et qui est fermé par une plaque d’extrémité 34 qui correspond à la plaque 30 agencée en regard des deux échangeurs thermiques 2, 3. L’échangeur de chaleur interne 4 s’inscrit dans une projection P perpendiculaire à l’axe d’empilement 31 des plaques 30 dudit échangeur de chaleur interne 4. Il est à noter qu’une projection du premier échangeur thermique 2 et du deuxième échangeur thermique 3 sont compris dans la projection P de l’échangeur de chaleur interne 4. Un tel agencement permet d’améliorer la compacité du module de traitement thermique 1.
La particularité du module de traitement thermique 1 selon l’invention est qu’il comprend également un dispositif d’accumulation 6, ainsi qu’une plateforme 40 assurant le maintien mécanique du dispositif d’accumulation 6. Le dispositif d’accumulation 6 est relié au circuit de fluide réfrigérant et permet de stocker une partie du fluide réfrigérant à l’état liquide afin d’éviter que ce dernier ne poursuive sa circulation et n’endommage des composants du système de traitement thermique ne pouvant interagir qu’avec le fluide réfrigérant à l’état gazeux, par exemple un dispositif de compression, non représenté.
Selon le premier mode de réalisation du module de traitement thermique, la plateforme 40 s’étend au-delà de la projection P de l’échangeur de chaleur interne 4. La plateforme 40 peut par exemple être une pièce indépendante du module de traitement thermique 1 qui peut être fixée à celui-ci, par exemple par soudage. La plateforme 40 peut également comprendre un embout 45 faisant saillie de celle-ci, et sur lequel vient s’emboiter le dispositif d’accumulation 6 afin qu’une connexion fluidique soit assurée entre le dispositif d’accumulation 6 et la plateforme 40.
La figure 2 représente le premier mode de réalisation du module de traitement thermique 1, mais ce dernier est ici en plus pourvu d’un organe de détente 5 directement solidaire du premier échangeur thermique 2 et du deuxième échangeur thermique 3. Seules les différences par rapport au module de traitement thermique 1 de la figure 1 seront décrits ici. On se reportera donc à la description de la figure 1 pour les caractéristiques structurelles et fonctionnelles communes au module de traitement thermique 1 illustré à la figure 1 et au module de traitement thermique 1 illustré à la figure 2. L’organe de détente 5 assure la détente du fluide réfrigérant lorsque ce dernier traverse l’organe de détente 5. Tel que cela est représenté sur la figure 2, l’organe de détente 5 est solidaire mécaniquement du premier échangeur thermique 2 et du deuxième échangeur thermique 3. Une telle solidarisation de l’organe de détente 5 peut par exemple être effectuée par soudage ou par vissage. L’organe de détente 5 comprend une commande électronique 17 permettant de contrôler un niveau de détente du fluide réfrigérant au sein de l’organe de détente 5.
Le premier échangeur thermique 2 comprend une paroi supérieure 13 tandis que le deuxième échangeur thermique 3 comprend une face supérieure 14. Si le premier échangeur thermique 2 et le deuxième échangeur thermique 3 sont des échangeurs à plaques, la paroi supérieure 13 et la face supérieure 14 peuvent correspondre à la première plaque terminale 32 de chacun des échangeurs thermiques 2, 3. La paroi supérieure 13 et la face supérieure 14 correspondent à la paroi et à la face opposées à l’échangeur de chaleur interne 4 par rapport au bloc d’échange de chaleur 15 respectif à chacun des échangeurs thermiques 2, 3. L’organe de détente 5 est, selon la figure 2, agencé selon un premier exemple d’agencement, c’est-à-dire en étant solidaire de la paroi supérieure 13 du premier échangeur thermique 2 et de la face supérieure 14 du deuxième échangeur thermique 3. La présence de l’organe de détente 5 au sein du module de traitement thermique 1 participe à renforcer la compacité de celui-ci.
La plateforme 40 est également différente de ce qui a été décrit sur la figure 1. En effet, la plateforme 40 est ici formée par une zone 41 définie par les plaques 30 de l’échangeur de chaleur interne 4. Il ne s’agit ici donc pas d’une pièce indépendante fixée à l’échangeur de chaleur interne 4 mais d’un prolongement des plaques 30 hors de la projection P du corps 16 de l’échangeur de chaleur interne 4.
La figure 3 représente un premier exemple de circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur au sein du premier mode de réalisation du module de traitement thermique 1 pourvu du premier exemple d’agencement de l’organe de détente. Sur la figure 3, la circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur est représentée par des traits de différentes épaisseurs, les trais les plus épais correspondant à la circulation du fluide réfrigérant au sein d’une première section 18, les traits les plus fins correspondant à la circulation du fluide réfrigérant au sein d’une deuxième section 19 et les traits d’épaisseur intermédiaires correspondant à la circulation du liquide caloporteur.
Comme cela a été décrit précédemment, le fluide réfrigérant circule dans le module de traitement thermique 1 à deux températures différentes. Ainsi, le fluide réfrigérant circulant dans la première section 18 correspond au fluide réfrigérant à la première température, tandis que le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième section 19 correspond au fluide réfrigérant à la deuxième température. L’organe de détente 5 sépare la première section 18 de la deuxième section 19 car en détendant le fluide réfrigérant, ce dernier bascule de la première température à la deuxième température, la première température étant supérieure à la deuxième température.
Selon le premier exemple de circulation illustré en figure 3, le fluide réfrigérant entre au sein du module de traitement thermique 1, plus particulièrement au sein d’une première passe 20 du premier échangeur thermique 2. C’est au niveau de cette première passe 20 que débute la première section 18, où le fluide réfrigérant est à la première température. De manière simultanée, le liquide caloporteur circule au sein d’une deuxième passe 21 du premier échangeur thermique 2. L’échange de chaleur se déroulant dans le premier échangeur thermique 2 se fait donc entre le fluide réfrigérant circulant dans la première passe 20 et le liquide caloporteur circulant dans la deuxième passe 21. Au sein du premier échangeur thermique 2, le fluide réfrigérant est à une température plus élevée que le liquide caloporteur. L’objectif de cet échange de chaleur est notamment de condenser le fluide réfrigérant via le liquide caloporteur, et ce afin de faciliter la détente de celui-ci via l’organe de détente 5. Cet échange de chaleur peut également servir à chauffer le liquide caloporteur dans le cadre d’une configuration de type pompe à chaleur si c’est le cas pour le système de traitement thermique associé. Après avoir circulé au sein de la première passe 20, le fluide réfrigérant circule au sein de l’échangeur de chaleur interne 4 via un premier canal 24 afin d’opérer un échange de chaleur avec le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième section 19. L’échange de chaleur opéré au sein de l’échangeur de chaleur interne 4 permet d’optimiser les performances thermiques du circuit de fluide réfrigérant.
Après avoir traversé le premier canal 24, le fluide réfrigérant retourne dans le premier échangeur thermique 2 et circule au sein d’une passe additionnelle 26. Cette passe additionnelle 26 permet de fluidiquement connecter la première passe 24 à l’organe de détente 5. Ainsi le fluide réfrigérant circulant dans la passe additionnelle 26 ne subit pas d’échange de chaleur malgré le fait qu’il traverse le premier échangeur thermique 2.
Le fluide réfrigérant rejoint ainsi l’organe de détente 5 qui, en détendant le fluide réfrigérant, effectue la transition entre la première section 18 et la deuxième section 19.
Le fluide réfrigérant sort de l’organe de détente 5 à la deuxième température et circule au sein d’un premier passage 22 agencé dans le deuxième échangeur thermique 3. De manière simultanée, le liquide caloporteur circule au sein d’un deuxième passage 23 du deuxième échangeur thermique 3. L’échange de chaleur se déroulant dans le deuxième échangeur thermique 3 se fait donc entre le fluide réfrigérant circulant dans le premier passage 22 et le liquide caloporteur circulant dans le deuxième passage 23. Au sein du deuxième échangeur thermique 3, le fluide réfrigérant est à une température plus faible que le liquide caloporteur. L’objectif de cet échange de chaleur est notamment de refroidir le liquide caloporteur via le fluide réfrigérant. Le liquide caloporteur ainsi refroidi permet par la suite de circuler jusqu’à un ou plusieurs éléments de la chaine de traction du véhicule et de traiter thermiquement ces derniers. Cet échange de chaleur permet également d’évaporer au moins partiellement le fluide réfrigérant afin d’optimiser les performances du circuit de fluide réfrigérant.
En sortie du premier passage 22, le fluide réfrigérant retourne dans l’échangeur de chaleur interne 4 mais cette fois via un deuxième canal 25. L’échange de chaleur se déroulant au sein de l’échangeur de chaleur interne 4 se fait donc entre le fluide réfrigérant circulant dans le premier canal 24 et le fluide réfrigérant circulant dans le deuxième canal 25.
Après avoir circulé au sein du deuxième canal 25, le fluide réfrigérant poursuit sa circulation jusqu’à la plateforme 40 et circule jusqu’à un canal intermédiaire 44 formé au sein de la plateforme 40. Le canal intermédiaire 44 est fluidiquement connecté au deuxième canal 25 et assure la circulation du fluide réfrigérant jusqu’au dispositif d’accumulation 6. Plus particulièrement, le fluide réfrigérant passe à travers l’embout 45 pour se retrouver au sein du dispositif d’accumulation 6. Ainsi le fluide réfrigérant non évaporé est maintenu au fond du dispositif d’accumulation 6, tandis que le fluide réfrigérant à l’état gazeux est apte à sortir du dispositif d’accumulation 6, par exemple par un sommet de celui-ci. La circulation du fluide réfrigérant se poursuit ainsi hors du module de traitement thermique 1, par exemple jusqu’à un dispositif de compression non représenté.
La figure 4 représente un deuxième exemple de circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur au sein du premier mode de réalisation du module de traitement thermique 1 pourvu du premier exemple d’agencement de l’organe de détente. Selon ce deuxième exemple de circulation, la circulation du fluide réfrigérant au sein de la première section 18 et la circulation du liquide caloporteur au sein du module de traitement thermique 1 sont identiques par rapport au premier exemple de circulation des fluides. On se reportera donc à la description de la figure 3 pour la description de ces parties communes aux deux exemples de circulation des fluides.
Selon le deuxième exemple de circulation, le fluide réfrigérant circulant au sein de la deuxième section 19 a été détendu par l’organe de détente 5 et circule au sein du premier passage 22. Par la suite, au lieu de s’étendre jusqu’à l’échangeur de chaleur interne 4 tel que cela est décrit en figure 3, le premier passage 22 s’étend jusqu’à la sortie de fluide réfrigérant du deuxième échangeur thermique 3, ladite sortie de fluide réfrigérant étant illustrée sur les figures 1 et 2. Après être sorti du deuxième échangeur thermique 3, le fluide réfrigérant peut par exemple circuler au sein d’une conduite externe 29 jusqu’à rejoindre le dispositif d’accumulation 6, qui ici ne comporte donc pas d’embout. Tel que cela a été décrit précédemment, le dispositif d’accumulation 6 contient une potentielle fraction liquide de fluide réfrigérant qui n’a pas été évaporé lors de l’échange de chaleur opéré dans le deuxième échangeur thermique 3. Ainsi, un mélange de fluide réfrigérant à l’état liquide et à l’état gazeux sort du dispositif d’accumulation 6.
Le fluide réfrigérant poursuit alors sa circulation dans la conduite externe 29 afin de rejoindre l’échangeur de chaleur interne 4. L’entrée au sein de l’échangeur de chaleur interne 4 peut par exemple se faire via un canal additionnel 48 formé au sein de la plateforme 40, et n’interagissant pas avec le dispositif d’accumulation 6. Le canal additionnel 48 permet ainsi de fluidiquement connecter la conduite externe 29 au deuxième canal 25. Le fluide réfrigérant circule ainsi au sein du deuxième canal 25, permettant ainsi l’échange de chaleur avec le fluide réfrigérant circulant dans le premier canal 24. Le fluide réfrigérant circulant dans le deuxième canal 25 sort ensuite du dispositif de traitement thermique 1 afin par exemple de rejoindre le dispositif de compression susmentionné, toujours non représenté.
La figure 5 représente le premier mode de réalisation du module de traitement thermique 1 pourvu d’un deuxième exemple d’agencement de l’organe de détente 5. Ce deuxième exemple d’agencement correspond à la seule caractéristique qui diffère de ce qui a été décrit précédemment. On se référera donc à la description de la figure 1 et/ou à la figure 2 pour tout ce qui concerne les caractéristiques communes décrites précédemment.
Le deuxième exemple d’agencement de l’organe de détente 5 se distingue du premier exemple d’agencement en ce que le module de traitement thermique 1 comprend un espace 35 séparant un ensemble formé par le premier échangeur thermique 2 et le deuxième échangeur thermique 3 et l’échangeur de chaleur interne 4. L’espace 35 permet de loger une pluralité d’éléments, notamment l’organe de détente 5 qui est donc ici interposé entre les deux échangeurs thermiques 2, 3 et l’échangeur de chaleur interne 4. Ainsi, selon ce deuxième exemple d’agencement, l’organe de détente 5 est solidaire du premier échangeur thermique 2, du deuxième échangeur thermique 3 et de l’échangeur de chaleur interne 4, par exemple par soudage.
Il est également possible d’observer que l’espace 35 loge également un bloc de raccordement 36. Ce dernier assure une connexion fluidique entre le premier échangeur thermique 2 et l’échangeur de chaleur interne 4 et permet ainsi au fluide réfrigérant de traverser l’espace 35.
Selon le deuxième exemple d’agencement, c’est à la deuxième plaque terminale 33 du premier échangeur thermique 2 et du deuxième échangeur thermique 3 qu’est solidarisé l’organe de détente 5. Comme cela a été évoqué précédemment, la deuxième plaque terminale 33 correspond à la plaque 30 du premier échangeur thermique 2 et du deuxième échangeur thermique 3 agencée en regard de l’échangeur de chaleur interne 4. L’organe de détente 5 étant ici au contact de l’échangeur de chaleur interne 4, ledit organe de détente 5 est donc solidaire de la plaque d’extrémité 34 dudit échangeur de chaleur interne 4.
La figure 6 illustre schématiquement la circulation du fluide réfrigérant au sein de la première section 18, ainsi que la circulation du liquide caloporteur au sein du premier échangeur thermique 2. Cette première partie de circulation des fluides est commune aux deux exemples de circulation des fluides évoqués précédemment. Tout comme pour les figures 3 et 4, les circulations de fluide des figures 6, 7 et 8 sont représentées par des traits de différentes épaisseurs, les trais les plus épais correspondant à la circulation du fluide réfrigérant au sein de la première section 18, les traits les plus fins correspondant à la circulation du fluide réfrigérant au sein de la deuxième section 19 et les traits d’épaisseur intermédiaires correspondant à la circulation du liquide caloporteur.
Le fluide réfrigérant entre dans la première passe 20 du premier échangeur thermique 2 via l’entrée de fluide réfrigérant 7 tandis que le liquide caloporteur entre dans la deuxième passe 21 via l’entrée de liquide caloporteur 9. Tout comme pour le premier exemple d’agencement de l’organe de détente, l’échange de chaleur opéré dans le premier échangeur thermique 2 se fait entre le fluide réfrigérant circulant dans la première passe 20 et le liquide caloporteur circulant dans la deuxième passe 21. Suite à cet échange de chaleur, le liquide caloporteur sort du premier échangeur thermique 2 via la sortie de liquide caloporteur 10.
Le fluide réfrigérant rejoint quant à lui le premier canal 24 de l’échangeur de chaleur interne 4 en passant par le bloc de raccordement 36 évoqué précédemment. Après avoir participé à l’échange de chaleur opéré au sein de l’échangeur de chaleur interne 4, le fluide réfrigérant peut alors directement rejoindre l’organe de détente 5. On comprend ainsi que le deuxième exemple d’agencement de l’organe de détente 5, permet d’éviter de mettre en place la passe additionnelle, comme pour le premier exemple d’agencement. L’organe de détente 5 permet ainsi une connexion fluidique directe entre le premier canal 24 de l’échangeur de chaleur interne 4 et le premier passage du deuxième échangeur thermique.
La figure 7 illustre la suite de la circulation du fluide réfrigérant selon le premier exemple de circulation, c’est-à-dire la deuxième section 19 du circuit de fluide réfrigérant, après que le fluide réfrigérant a été détendu par l’organe de détente 5. La figure 7 permet également d’illustrer que l’espace 35, en plus de loger l’organe de détente 5 et le bloc de raccordement, loge également un premier élément de raccordement 37 et un deuxième élément de raccordement 38 permettant au fluide réfrigérant d’accéder au deuxième canal 25 et d’en sortir depuis l’extérieur du module de traitement thermique 1.
Après avoir été détendu par l’organe de détente 5, le fluide réfrigérant circule au sein du premier passage 22 du deuxième échangeur thermique 3. Le fluide réfrigérant étant à la deuxième température en circulant dans la deuxième section 19, celui-ci permet de refroidir le liquide caloporteur circulant dans le deuxième passage 23 après être entrée via l’orifice d’entrée 11 et avant de sortir via l’orifice de sortie 12.
Le fluide réfrigérant, après avoir été au moins partiellement évaporé lors de l’échange de chaleur opéré dans le deuxième échangeur thermique 3, sort de ce dernier via la sortie de fluide réfrigérant 8 et peut par exemple circuler au sein de la conduite externe 29 jusqu’à rejoindre directement le premier élément de raccordement 37 afin de circuler au sein du deuxième canal 25 pour que l’échange de chaleur s’opère au sein de l’échangeur de chaleur interne 4 entre le premier canal illustré sur la figure 6 et le deuxième canal 25-
Suite à cela, le fluide réfrigérant circule au sein du canal intermédiaire 44 agencé au sein de la plateforme 40 et rejoint le dispositif d’accumulation 6 via l’embout 45. Seul un faible pourcentage d’huile et de fluide réfrigérant à l’état liquide mélangé au fluide réfrigérant à l’état gazeux sort du dispositif d’accumulation 6 afin de rejoindre le dispositif de compression non représenté. On observe ainsi que lorsque le fluide réfrigérant circule selon le premier exemple de circulation, le deuxième élément de raccordement 38 n’est pas utilisé.
La figure 8 illustre la suite du deuxième exemple de circulation du fluide réfrigérant, c’est-à-dire la deuxième section 19 du circuit de fluide réfrigérant, après que le fluide réfrigérant a été détendu par l’organe de détente 5. le dispositif d’accumulation 6, qui ici ne comporte donc pas d’embout. Tel que cela a été décrit précédemment, le dispositif d’accumulation 6 contient une potentielle fraction liquide de fluide réfrigérant qui n’a pas été évaporé lors de l’échange de chaleur opéré dans le deuxième échangeur thermique 3. Ainsi, un mélange de fluide réfrigérant à l’état liquide et à l’état gazeux sort du dispositif d’accumulation et circule dans la conduite externe 29 jusqu’au premier élément de raccordement 37 afin de circuler dans le deuxième canal 25. L’échange de chaleur opéré dans l’échangeur de chaleur interne 4 est effectué avec le fluide réfrigérant circulant dans le premier canal, tel qu’illustré sur la figure 6. Le fluide réfrigérant circulant dans le deuxième canal 25 sort ensuite par le deuxième élément de raccordement 38 afin de rejoindre le dispositif de compression, non illustré.
La figure 9 représente un deuxième mode de réalisation du module de traitement thermique 1 selon l’invention, ainsi qu’une circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur au sein d’un tel module de traitement thermique 1. Sur la figure 9, le deuxième mode de réalisation du module de traitement thermique 1 est pourvu du premier exemple d’agencement de l’organe de détente 5. Les traits pointillés correspondent à la circulation du fluide réfrigérant au sein de la première section 18 et à la circulation du liquide caloporteur au sein du premier échangeur thermique 2. Les traits pleins correspondent à la circulation du fluide réfrigérant au sein de la deuxième section 19 et à la circulation du liquide caloporteur au sein du deuxième échangeur thermique 3.
Pour ce deuxième mode de réalisation, la plateforme 40 sur laquelle est disposé le dispositif d’accumulation 6 est contenue à la projection P du corps 16 de l’échangeur de chaleur interne 4, contrairement au premier mode de réalisation où la plateforme 40 s’étend au-delà de la projection P de l’échangeur de chaleur interne 4. Ici, tel qu’illustré sur la figure 9, la plateforme 40 s’inscrit à l’intérieur d’un périmètre défini par le corps 16 de l’échangeur de chaleur interne 4. Le dispositif d’accumulation 6 est également au moins partiellement inclus dans la projection P de l’échangeur de chaleur interne 4. De ce fait l’échangeur de chaleur interne 4 ne nécessite pas de canal intermédiaire entre le deuxième canal 25 et le dispositif d’accumulation 6. La plateforme 40 étant directement intégrée au corps 16 de l’échangeur de chaleur interne 4, le deuxième canal 25 peut directement rejoindre le dispositif d’accumulation 6.
Du fait que le dispositif d’accumulation 6 est au moins partiellement inclus dans la projection P de l’échangeur de chaleur interne 4, au moins l’un des échangeurs thermiques 2, 3 doit présenter une longueur réduite afin de ne pas interférer mécaniquement avec le dispositif d’accumulation 6. Sur la figure 9, c’est le deuxième échangeur thermique 3 qui présente une longueur inférieure à celle du premier échangeur thermique 2. Ainsi, la plateforme 40 est délimitée sur un premier côté 42 par le premier échangeur thermique 2 et sur un deuxième côté 43 par le deuxième échangeur thermique 3, le premier côté 42 et le deuxième côté 43 étant sécants l’un par rapport à l’autre. Les autres côtés de la plateforme 40 sont quant à eux délimités par la projection P de l’échangeur de chaleur interne 4. La circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur au sein du module de traitement thermique 1 est sensiblement identique à ce qui a été décrit en figure 3. On se reportera donc à la description de la figure 3 pour la description de la circulation des différents fluides au sein du module de traitement thermique 1. La seule différence provient du fait qu’il n’y a pas de canal intermédiaire entre le deuxième canal 25 et le dispositif d’accumulation 6, le deuxième canal 25 étant directement connecté fluidiquement au dispositif d’accumulation 6.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.
L’invention, telle qu’elle vient d’être décrite, atteint bien le but qu’elle s’était fixée, et permet de proposer un module de traitement thermique regroupant deux échangeurs thermiques, un échangeur de chaleur interne et un dispositif d’accumulation. Des variantes non décrites ici pourraient être mises en œuvre sans sortir du contexte de l’invention, dès lors que, conformément à l’invention, elles comprennent un module de traitement thermique conforme à l’invention.

Claims

27
REVENDICATIONS
1- Module de traitement thermique (1) pour système de traitement thermique d’un véhicule, comprenant un premier échangeur thermique (2), un deuxième échangeur thermique (3) et un échangeur de chaleur interne (4), le premier échangeur thermique (2) et le deuxième échangeur thermique (3) étant tous deux configurés pour opérer un échange de chaleur entre un fluide réfrigérant et un liquide caloporteur, l’échangeur de chaleur interne (4) étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant soumis dans le système de traitement thermique à deux niveaux de température différents, caractérisé en ce que le module de traitement thermique (1) comprend un dispositif d’accumulation (6) configuré pour contenir le fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur interne (4) comprenant une plateforme (40) sur laquelle est disposé le dispositif d’accumulation (6).
2- Module de traitement thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le premier échangeur thermique (2) comprend une première passe (20) configurée pour être parcourue par le fluide réfrigérant et une deuxième passe (21) configurée pour être parcourue par le liquide caloporteur, le deuxième échangeur thermique (3) comprenant un premier passage (22) configuré pour être parcouru par le fluide réfrigérant et un deuxième passage (23) configuré pour être parcouru par le liquide caloporteur, l’échangeur de chaleur interne (4) comprenant un premier canal (24) configuré pour être parcouru par le fluide réfrigérant à une première température et un deuxième canal (25) configuré pour être parcouru par le fluide réfrigérant à une deuxième température différente de la première température.
3- Module de traitement thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel au moins la première passe (20) du premier échangeur thermique (2) et au moins le premier canal (24) de l’échangeur de chaleur interne (4) forment une première section (18) configurée pour faire circuler le fluide réfrigérant à la première température.
4- Module de traitement thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel au moins le premier passage (22) du deuxième échangeur thermique (3), au moins le deuxième canal (25) de l’échangeur de chaleur interne (4) et au moins le dispositif d’accumulation (6) forment une deuxième section (19) configurée pour faire circuler le fluide réfrigérant à la deuxième température.
5- Module de traitement thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un organe de détente (5) au moins solidaire du premier échangeur thermique (2) et/ou du deuxième échangeur thermique (3).
6- Module de traitement thermique (1) selon la revendication précédente, combiné à l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le premier échangeur thermique (2) et le deuxième échangeur thermique (3) comprennent chacun un bloc d’échange de chaleur (15) au bout duquel est disposé une paroi supérieure (13) pour le premier échangeur thermique (2) et une face supérieure (14) pour le deuxième échangeur thermique (3), l’organe de détente (5) étant disposé au niveau de la paroi supérieure (13) du premier échangeur thermique (2) et de la face supérieure (14) du deuxième échangeur thermique (3), la paroi supérieure (13) du premier échangeur thermique (2) et la face supérieure (14) du deuxième échangeur thermique (3) étant agencées à l’opposé de l’échangeur de chaleur interne (4) par rapport au bloc d’échange de chaleur (15) d’au moins l’un des échangeurs thermiques (2, 3).
7- Module de traitement thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième canal (25) de l’échangeur de chaleur interne (4) s’étend jusqu’à la plateforme (40) dudit échangeur de chaleur interne (4), le dispositif d’accumulation (6) étant fluidiquement connecté au deuxième canal (25) de l’échangeur de chaleur interne (4) via un canal intermédiaire (44) ménagé au sein de la plateforme (40).
8- Module de traitement thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la plateforme (40) de l’échangeur de chaleur interne (4) comprend un embout (45) interagissant avec le dispositif d’accumulation (6), l’embout (45) participant à la connexion fluidique entre le canal intermédiaire (44) de l’échangeur de chaleur interne (4) et le dispositif d’accumulation (6).
9- Module de traitement thermique (1) selon la revendication 5, combiné à l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le premier échangeur thermique (2) et le deuxième échangeur thermique (3) forment un ensemble, l’organe de détente (5) étant disposé au sein d’un espace (35) interposé entre l’ensemble formé par les échangeurs thermiques (2, 3) et l’échangeur de chaleur interne (4).
10- Module de traitement thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’espace (35) loge au moins un élément de raccordement (37, 38) participant à une connexion fluidique entre le dispositif d’accumulation (6) et l’échangeur de chaleur interne (4).
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