FR2943775A1 - Echangeur de stockage pourvu d'un materiau stockeur et boucle de climatisation ou circuit de refroidissement comprenant un tel echangeur. - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un échangeur de stockage (12, 12') comprenant au moins un premier tube de circulation (25) et un deuxième tube de circulation (25) d'un fluide caloporteur comprenant respectivement une première extrémité (26) débouchant à l'intérieur d'un premier collecteur (27) et une deuxième extrémité (28) débouchant à l'intérieur d'un deuxième collecteur (29), les premier et deuxième tubes de circulation (25) étant disposés adjacents l'un à l'autre, et au moins un intercalaire (30) interposé entre le premier tube de circulation (25) et le deuxième tube de circulation (25), l'intercalaire (30) étant constitué d'une pluralité d'ailettes (31) comportant un premier bord (32) en contact avec le premier tube de circulation (25) et un deuxième bord (33) en contact avec le deuxième tube de circulation (25), au moins un espace interstitiel (35) étant défini entre l'intercalaire (30) et les tubes de circulation (25). L'espace interstitiel (35) est rempli par un matériau stockeur de calories ou de frigories.

Description

Echangeur de stockage pourvu d'un matériau stockeur et boucle de climatisation ou circuit de refroidissement comprenant un tel échangeur.

La présente invention est du domaine des échangeurs de chaleur prévus pour être installés sur une boucle de climatisation et/ou un circuit de refroidissement coopérant avec un appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un véhicule automobile constituant, en coopération, une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation. La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur ainsi que la boucle de climatisation et/ou le circuit de refroidissement comprenant un tel échangeur de chaleur.

Un véhicule automobile est couramment équipé d'un appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation pour réguler les paramètres aérothermiques d'au moins un flux d'air distribué à l'intérieur d'un habitacle d'un véhicule automobile.

L'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation est principalement constituée d'un boîtier, généralement en matière plastique, logé sous une planche de bord du véhicule. Le boîtier assure la canalisation et la circulation d'au moins un flux d'air préalablement à sa diffusion à l'intérieur de l'habitacle.

L'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation coopère avec une boucle de climatisation principale pour refroidir le flux d'air préalablement à la diffusion de celui-ci hors du boîtier de l'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation vers l'habitacle. La boucle de climatisation principale comprend une pluralité d'éléments, notamment un compresseur, apte à comprimer un fluide réfrigérant circulant à l'intérieur de la boucle de climatisation, et un évaporateur, apte à être traversé par le flux d'air afin d'effectuer un échange thermique et le refroidir.

La boucle de climatisation principale coopère éventuellement avec une boucle de climatisation secondaire agencée pour permettre un échange thermique avec la boucle de climatisation principale. Un fluide caloporteur secondaire circule à l'intérieur de la boucle de climatisation secondaire. Le fluide caloporteur secondaire est par exemple constitué d'un mélange d'eau et de glycol.

II est connu d'installer sur la boucle de climatisation secondaire un échangeur de chaleur apte à stocker des frigories. Un tel échangeur de chaleur constitue une réserve de froid, constituée lorsque la boucle de climatisation principale est en fonctionnement, et restituée lorsque la boucle de climatisation principale est à l'arrêt. Ce cas de figure se produit notamment lorsque le véhicule est équipé d'un système automatique d'arrêt du compresseur de la boucle de climatisation principale, notamment suite à un arrêt du véhicule.

L'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation coopère aussi avec un circuit de refroidissement principal d'un moteur du véhicule, indifféremment thermique, électrique ou hybride. Le circuit de refroidissement principal comprend une pompe pour la mise en circulation d'un liquide de refroidissement circulant à l'intérieur du circuit de refroidissement principal. Le circuit de refroidissement principal comprend également un radiateur de chauffage traversé par le flux d'air pour permettre un réchauffement de celui-ci préalablement à sa diffusion à l'intérieur de l'habitacle.

Le circuit de refroidissement principal coopère éventuellement avec un circuit de refroidissement secondaire agencé pour permettre un échange thermique avec le circuit de refroidissement principal. Un deuxième fluide caloporteur secondaire circule à l'intérieur du circuit de refroidissement secondaire. Le deuxième fluide caloporteur secondaire est par exemple constitué d'un mélange d'eau et de glycol.

II est également connu d'installer sur le circuit de refroidissement principal, et/ou sur le circuit de refroidissement secondaire un échangeur de chaleur agencé pour stocker des calories. Un tel échangeur de chaleur constitue une réserve de chaleur, constituée lorsque le circuit de refroidissement principal est en fonctionnement, et restituée lorsque le circuit de refroidissement principal est à l'arrêt. Ce cas de figure se produit notamment lorsque le véhicule est équipé d'un système automatique d'arrêt de la pompe du circuit de refroidissement principal, notamment suite à un arrêt du véhicule.

Dans tous les cas mentionnés ci-dessus, l'échangeur de chaleur comprenant une pluralité de tubes de circulation de fluide caloporteur, les extrémités des tubes débouchant dans des collecteurs, et des réservoirs de matériau stockeur thermique en contact avec les tubes de manière à ce que le matériau stockeur et le fluide caloporteur échangent de la chaleur entre eux. On pourra par exemple se reporter aux demandes de brevet Français FR 2 878 613 et FR 2 878 614 qui décrivent de tels échangeurs de chaleur.

Cependant, les échangeurs de chaleur comprenant des réservoirs de matériau stockeur thermique connus méritent d'être améliorés pour procurer un confort thermique optimisé à un utilisateur du véhicule, y compris lors d'un arrêt du moteur du véhicule.

En effet, le concept d'évaporateur comprenant des réservoirs de matériau stockeur thermique atteint rapidement des limites physiques. Notamment, la présence de réservoirs de matériau stockeur thermique entraîne une diminution de la surface d'échange avec le flux d'air traversant l'évaporateur.

Par ailleurs, de tels évaporateurs requièrent une diminution de la quantité de matériau stockeur thermique stockée dans les tubes afin de ne pas augmenter de façon disproportionnée des dimensions de l'évaporateur.

Enfin, de tels évaporateurs disposent d'un coefficient global d'échange dégradé. Il est donc souhaitable d'optimiser le dimensionnement d'un tel échangeur de chaleur afin qu'il soit à même de présenter une meilleure efficacité au regard de l'échange thermique auquel il participe, tout en minimisant l'encombrement procuré par l'échangeur de chaleur. 30 Enfin, il est recherché qu'une quantité importante de calories ou de frigories, notamment comprise entre 200 kJ et 270 kJ, puisse être rapidement emmagasinée, notamment en une durée inférieure à deux minutes.

Le but de la présente invention est de proposer un échangeur de chaleur susceptible de résoudre les inconvénients cités précédemment.

En particulier, l'échangeur de stockage, selon la présente invention, est apte à être installé sur une boucle de climatisation secondaire ou sur un circuit de refroidissement principal, un tel échangeur de stockage présentant un faible encombrement, tout en procurant une efficacité thermique optimisée, permettant notamment de stocker entre 200 kJ et 270 kJ en moins de deux minutes, pour une température et un débit d'un fluide caloporteur circulant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur qui sont relativement quelconques, et plus particulièrement pour une température de fluide caloporteur de l'ordre de 3°C et un débit de fluide caloporteur de l'ordre de 1000 I/h.

L'échangeur de la présente invention est un échangeur de stockage comprenant au moins un premier et un deuxième tubes de circulation d'un fluide caloporteur.

Chaque tube comprend respectivement une première extrémité débouchant à l'intérieur d'un premier collecteur et une deuxième extrémité débouchant à l'intérieur d'un deuxième collecteur. Les premier et deuxième tubes de circulation sont disposés adjacents l'un à l'autre. Au moins un intercalaire est interposé entre le premier tube de circulation et le deuxième tube de circulation. Chaque intercalaire est constitué d'une pluralité d'ailettes comportant un premier bord en contact avec le premier tube de circulation et un deuxième bord en contact avec le deuxième tube de circulation. Au moins un espace interstitiel est défini entre l'intercalaire et les tubes de circulation. Selon la présente invention, l'espace interstitiel est rempli par un matériau stockeur de calories ou de frigories.

De façon préférentielle, les ailettes de l'intercalaire sont espacées les uns des l'autres d'un pas d'ailette Pa. Le pas d'ailette Pa est compris entre 0,4 mm et 0,75 mm. Préférentiellement, le pas d'ailette Pa est compris entre 0,4 mm et 0,7 mm, notamment entre 0,4 mm et 0,6 mm, et en particulier de l'ordre de 0,5 mm.

Chaque ailette comporte avantageusement une longueur La comprise entre 5 mm 5 et 8 mm et une épaisseur d'ailettes Ea comprise entre 0,04 mm et 0,12 mm.

Chaque tube comporte avantageusement une longueur Lt comprise entre 270 mm et 360 mm et une hauteur Ht comprise entre 1,2 mm et 1,3 mm.

10 Deux tubes adjacents sont avantageusement espacés l'un de l'autre d'un pas de tube Pt compris entre 7 mm et 9 mm. Chaque tube comporte avantageusement une épaisseur de tube Et comprise entre 0,2 mm et 0,25 mm.

Chaque collecteur comporte avantageusement une hauteur de collecteur Hc 15 comprise entre 10 mm et 14 mm.

L'échangeur de chaleur comporte avantageusement une profondeur Pe comprise entre 20 mm et 35 mm, une longueur d'échangeur Le comprise entre 300 mm et 400 mm, une largeur totale d'échangeur Lte comprise entre 250 mm et 300 mm et 20 une largeur utile d'échangeur Lue comprise entre 235 mm et 275 mm.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la 25 présente invention et l'exposé de sa réalisation mais aussi, le cas échéant, contribuer à sa définition sur lesquels: • Les figures 1 et 2 illustrent deux variantes de réalisation respectives d'une boucle de climatisation comprenant un échangeur de chaleur selon la présente invention, 30 • La figure 3 illustre un circuit de refroidissement comprenant un échangeur de chaleur selon la présente invention, • La figure 4 est une vue de face d'un échangeur selon la présente invention et schématisé sur les figures 1 à 3, • La figure 5 est une vue partielle d'un intercalaire constitutif de l'échangeur de chaleur selon la présente invention illustré sur la figure précédente, • La figure 6 est une vue de détail illustrant une ailette constitutive de l'intercalaire représenté sur la figure précédente, • La figure 7 est une vue partielle de l'échangeur de chaleur illustré sur les figures 1 à 4 représentant une plaque de recouvrement constitutive de l'échangeur de chaleur selon la présente invention, • La figure 8 représente l'évolution de la température d'un matériau stockeur constitutif de l'échangeur de chaleur selon la présente invention en fonction du temps, et • La figure 9 représente l'évolution de l'énergie stockée par l'échangeur de chaleur selon la présente invention en fonction du temps.

De façon connue, un véhicule automobile est équipé d'un appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation pour réguler les paramètres aérothermique d'au moins un flux d'air 1 destiné à être distribué à l'intérieur d'un habitacle du véhicule. L'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation est principalement comporte un boîtier constitué d'une enceinte en matière plastique dans laquelle sont disposés les divers composants d'un circuit de traitement thermique du flux d'air 1 et canalisant le flux d'air 1 préalablement à la distribution de celui-ci dans l'habitacle.

Une groupe moto-ventilateur placé dans une entrée du boîtier de l'appareil de chauffage, de ventilation et de climatisation introduit, dans le circuit de traitement thermique, le flux d'air 1 à traiter thermiquement provenant de l'extérieur du véhicule et/ou de l'habitacle.

La présente invention trouve une application dans le cadre de stockage de frigories, c'est-à-dire de l'énergie thermique contenue dans un fluide dit 'froid'. Les figures 1 et 2 illustrent une telle disposition selon deux variantes de réalisation respectives d'une boucle de climatisation.

De façon générale, l'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation coopère avec une boucle de climatisation principale 2 afin de constituer une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation. La boucle de climatisation principale 2 est parcourue par un fluide réfrigérant. La boucle de climatisation permet la circulation du fluide réfrigérant afin d'y subir un cycle thermodynamique défini. Le fluide réfrigérant peut être un fluide supercritique, en particulier le dioxyde de carbone ou un fluide sous-critique, tel que le R134a ou analogue, ou tout autre fluide alternatif.

La boucle de climatisation principale 2 est agencée de telle sorte que le fluide réfrigérant traverse successivement, notamment, un compresseur 3, un organe de détente 4 et un évaporateur 5. Par suite le fluide réfrigérant retourne au compresseur 3.

L'évaporateur 5 assure un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le flux d'air 1 le traversant. Le flux d'air 1 est déshumidifié et refroidi au passage à travers un évaporateur 5 préalablement à la diffusion de celui-ci à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. L'habitacle est une zone du véhicule à l'intérieur de laquelle prend place au moins un utilisateur du véhicule.

Le boîtier de chauffage, de ventilation et de climatisation comprend également un radiateur, non représenté sur les figures 1 et 2, apte à réchauffer le flux d'air 1 et faisant partie d'un circuit de refroidissement d'un moteur, en particulier un moteur thermique permettant la propulsion du véhicule. Un tel radiateur peut notamment être conforme à l'échangeur 13' selon la figure 4.

La figure 1 est plus particulièrement représentative d'une boucle de climatisation principale 2 dans laquelle le fluide réfrigérant est un fluide sous-critique, tel que le R134a ou analogue. Dans ce cas, la boucle principale de climatisation 2 comprend également un condenseur 6 interposé sur la boucle de climatisation principale 2 entre le compresseur 3 et l'organe de détente 4 selon un sens de circulation 8 du fluide réfrigérant à l'intérieur de la boucle de climatisation 2 principale.

La figure 2 est plus particulièrement représentative d'une boucle de climatisation principale 2 dans laquelle le fluide réfrigérant est un fluide supercritique, tel que le R744 ou analogue. Dans ce cas, la boucle de climatisation principale 2 comprend également un refroidisseur de gaz 7 interposé sur la boucle de climatisation principale 2 entre le compresseur 3 et un échangeur de chaleur interne 9 disposé en amont de l'organe de détente 4, selon le sens de circulation 8 du fluide réfrigérant à l'intérieur de la boucle de climatisation 2 principale.

Selon les deux exemples de réalisation décrits en relation avec les figures 1 et 2, 15 la boucle de climatisation principale 2 coopère avec une boucle secondaire 10.

Un fluide caloporteur secondaire circule à l'intérieur de la boucle secondaire 10. La boucle secondaire 10 comprend un échangeur de stockage 12 destiné à accumuler des frigories en vue de les restituer ultérieurement en cas de besoin et 20 une pompe de circulation secondaire 11, de préférence électrique, permettant la circulation du fluide caloporteur secondaire dans la boucle secondaire 10.

La boucle de climatisation principale 2 et la boucle secondaire 10 coopère entre elle par un dispositif d'échange de chaleur. De façon particulièrement 25 avantageuse, le dispositif d'échange de chaleur est constitué par l'évaporateur 5.

Le dispositif d'échange de chaleur, de façon préférentielle l'évaporateur 5, permet le transfert thermique entre le fluide réfrigérant circulant à l'intérieur de la boucle de climatisation principale 2 et le fluide caloporteur secondaire circulant à 30 l'intérieur de la boucle secondaire 10.

Selon un mode alternatif de réalisation, la boucle secondaire 10 comprend un échangeur de restitution 13 disposé en aval de l'échangeur de stockage 12 dans un sens de circulation 8' du fluide caloporteur secondaire.

Le fluide caloporteur secondaire est par exemple constitué d'un mélange de 50% à 70% d'eau et respectivement de 50% à 30% de glycol,

L'échangeur de restitution 13 permet de restituer les frigories stockées dans l'échangeur de stockage 12 lorsque la boucle de climatisation principale 2 est à l'arrêt. De façon particulièrement avantageuse, l'échangeur de restitution 13 est traversé par le flux d'air 1. Le flux d'air 1 est refroidi au passage à travers l'échangeur de restitution 13 préalablement à la diffusion de celui-ci à l'intérieur de l'habitacle du véhicule.

De façon alternative ou complémentaire, l'évaporateur 5 peut également contribuer à la restitution des frigories stockées dans l'échangeur de stockage 12 lorsque la boucle de climatisation principale 2 est à l'arrêt.

Afin de permettre la mise en oeuvre de la restitution des calories stockées dans l'échangeur de stockage 12, le fluide caloporteur secondaire est mis en circulation par la pompe de circulation secondaire 11. De façon favorable, la pompe de circulation secondaire 11 fonctionne que la boucle de climatisation principale 2 soit à l'arrêt ou en fonctionnement.

Il est toutefois envisageable de permettre un arrêt de la pompe de circulation secondaire 11 lorsque la capacité de stockage de l'échangeur de stockage 12 est atteinte afin d'optimiser la consommation, notamment électrique, de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation.

Dans les exemples de réalisation décrits aux figures 1 et 2, il est prévu un dispositif d'échange de chaleur permettant l'échange thermique entre la boucle de climatisation principale 2 et la boucle secondaire 10 réalisé par l'évaporateur 5.

Selon ces deux exemples, l'évaporateur 5 est du type tri-fluide, en particulier du type air û fluide réfrigérant û fluide caloporteur secondaire.

Toutefois, le dispositif d'échange de chaleur permettant l'échange thermique entre la boucle de climatisation principale 2 et la boucle secondaire 10 selon la présente invention peut être réalisé par un échangeur de chaleur du type bi-fluide, notamment du type fluide réfrigérant û fluide caloporteur secondaire. Lors de l'emploi d'un tel échangeur de chaleur bi-fluide, seul l'échangeur de restitution 13 est traversé par le flux d'air 1 refroidi à sa traversé préalablement à la diffusion de celui-ci à l'intérieur de l'habitacle du véhicule.

La présente invention trouve également une application dans le cadre de stockage de calories, c'est-à-dire de l'énergie thermique contenue dans un fluide dit `chaud'. La figure 3 illustre une telle réalisation et montre un circuit de refroidissement comprenant respectivement un échangeur de chaleur selon la présente invention.

Pour réchauffer le flux d'air 1, l'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation loge un radiateur de chauffage 13' coopérant avec un circuit de refroidissement principal 15 d'un moteur M du véhicule, indifféremment thermique, électrique ou hybride, assurant notamment la propulsion du véhicule.

Un fluide caloporteur de refroidissement circule à l'intérieur du circuit de refroidissement principal 15 afin de dissiper de la chaleur produite par le moteur M et ainsi le refroidir. A cet effet, le fluide caloporteur de refroidissement est mis en circulation dans le circuit de refroidissement principal 15 par l'intermédiaire d'un pompe de circulation principale 19, notamment entraînée par le moteur M.

Le fluide caloporteur de refroidissement est par exemple constitué d'un liquide de 30 refroidissement, notamment formé d'un mélange de 50% à 70% d'eau et de 50% à 30% de glycol.

Pour assurer le chauffage du flux d'air 1, le circuit de refroidissement principal 15 comporte une vanne de commutation principale 17 permettant de diriger le fluide caloporteur de refroidissement vers une branche de refroidissement 15' comportant un radiateur de refroidissement 14 traversé par un flux d'air 1'. Le radiateur de refroidissement 14 est généralement disposé en face avant du véhicule afin d'être traversé par le flux d'air 1' provenant de l'extérieur du véhicule et permettant ainsi de refroidir le fluide caloporteur de refroidissement et ainsi assurer le maintien à température optimale du moteur M.

La vanne de commutation principale 17 est également reliée à une branche de chauffage 16 comprenant un échangeur de chaleur 12' destiné à stocker des calories en vue de les restituer ultérieurement en cas de besoin et une pompe de circulation secondaire 11', de préférence électrique, permettant la circulation du fluide caloporteur de refroidissement dans la branche de chauffage 16.

Enfin, la vanne de commutation principale 17 est également reliée à une branche de contournement 15" permettant d'assurer une circulation du fluide caloporteur de refroidissement en parallèle des branches de refroidissement 15' et de chauffage 16. De façon avantageuse, la vanne de commutation principale 17 est configurée de façon à permettre la circulation du fluide caloporteur de refroidissement dans la branche de refroidissement 15' et/ou dans la branche de contournement 15" et/ou dans la branche de chauffage 16.

Selon un mode alternatif de réalisation, la boucle de stockage 16 comprend un échangeur de restitution 13' disposé en aval de l'échangeur de stockage 12' dans un sens de circulation 20 du fluide caloporteur de refroidissement.

L'échangeur de restitution 13' permet de restituer les calories stockées dans l'échangeur de stockage 12' lorsque le circuit de refroidissement 15 est à l'arrêt.

De façon particulièrement avantageuse, l'échangeur de restitution 13' est traversé par le flux d'air 1. Le flux d'air 1 est réchauffé au passage à travers l'échangeur de restitution 13' préalablement à la diffusion de ce dernier à l'intérieur de l'habitacle du véhicule.

Selon un mode particulier de réalisation, l'échangeur de restitution 13' est constitué par le radiateur de chauffage ou aérotherme 13' destiné au chauffage du flux d'air 1 apte à être diffusé dans l'habitacle du véhicule. Dans cette configuration, le radiateur de chauffage 13' contribue à la restitution des calories stockées dans l'échangeur de stockage 12' lorsque le circuit de refroidissement 15 est à l'arrêt.

Afin de permettre la mise en oeuvre de la restitution des calories stockées dans l'échangeur de stockage 12', le fluide caloporteur de refroidissement est mis en circulation par la pompe de circulation secondaire 11'. De façon favorable, la pompe de circulation secondaire 11' fonctionne quand le circuit de refroidissement 15 est à l'arrêt ou en fonctionnement.

Il est toutefois envisageable de permettre un arrêt de la pompe de circulation secondaire 11' lorsque la capacité de stockage de l'échangeur de stockage 12' est atteinte afin d'optimiser la consommation, notamment électrique, de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation.

La boucle de stockage 16 comporte également deux vannes de commutation secondaires 18' et 18". Les vannes de commutation secondaires 18' et 18" permettent de rendre possible la circulation du fluide caloporteur de refroidissement dans la boucle de chauffage 16 quelque soit l'état de fonctionnement du circuit de refroidissement principal 15, c'est-à-dire que la pompe de circulation principale 19 soit à l'arrêt ou en fonctionnement.

Les figures 1 à 3 présentent divers exemples d'agencement intégrant un échangeur de stockage donnés à titre d'exemple. Toutefois, la présente invention trouve une application dans toutes les installations nécessitant un stockeur de calories et/ou frigories.

La figure 4 est une vue de face d'un échangeur de stockage selon la présente invention et employé dans les boucles et circuits schématisés sur les figures précédentes.

La figure 4 présente un échangeur de chaleur tel que l'échangeur de stockage 12 installé sur la boucle secondaire 10 des figures 1 ou 2, ou l'échangeur de stockage 12' installé sur la boucle de chauffage 16 de la figure 3. Les échangeurs de stockage 12 et 12' présentent le point commun de véhiculer un fluide caloporteur, respectivement le fluide caloporteur secondaire ou le fluide caloporteur de refroidissement.

L'échangeur de stockage 12, respectivement 12', comprend une pluralité de tubes de circulation 25 du fluide caloporteur. Chaque tube de circulation 25 comporte une première extrémité 26 débouchant à l'intérieur d'un premier collecteur 27 de fluide caloporteur, notamment un collecteur d'entrée. Chaque tube de circulation 15 comporte également une deuxième extrémité 28 débouchant à l'intérieur d'un deuxième collecteur 29 de fluide caloporteur, notamment un collecteur de sortie. Les tubes de circulation 25 sont disposés parallèlement et distants les uns aux autres. Entre deux tubes de circulation 25 adjacents est disposé un intercalaire 30. L'intercalaire 30 est en contact avec chacun des tubes de circulation 25 l'encadrant afin d'augmenter l'échange thermique entre le fluide caloporteur circulant dans les tubes de circulation 25 et un autre média de transport thermique, passant entre les tubes de circulation 25 et traversant l'intercalaire 30.

L'ensemble constitué de l'empilage de tubes de circulation 25 et d'intercalaires 30 définit un faisceau de l'échangeur de stockage 12, respectivement 12'.

Selon une réalisation préférée de l'échangeur de stockage 12, le premier 30 collecteur 27 et le deuxième collecteur 29 s'étendent selon des axes respectifs Al et A2, préférentiellement parallèles. Avantageusement, les tubes de circulation 25 sont disposés orthogonalement aux axes Al et A2 d'extension général respectivement du premier collecteur 27 et du deuxième collecteur 29.

L'intercalaire 30 est inséré entre deux tubes de circulation 25, de telle sorte que chaque tube de circulation 25 est bordé par deux intercalaires 30. Chaque intercalaire 30 est destiné à augmenter une surface d'échange thermique offerte par les tubes de circulation 25. Chaque intercalaire 30 est conformé en un empilement de plis formés d'ailettes 31.

La figure 5 est une vue partielle de l'intercalaire 30 de l'échangeur de chaleur 12, respectivement 12', illustré sur la figure 4. Chaque ailette 31 comporte un premier bord 32 en contact avec le premier tube de circulation 25 et un deuxième bord 33 en contact avec le deuxième tube 25 disposé en vis-à-vis du premier tube de circulation 25.

L'intercalaire 30 est globalement agencé en une succession d'ailettes 31. Le premier bord 32 d'une première ailette 31 et le premier bord 32 d'une deuxième ailette 31, adjacente à la première ailette 31, sont espacés l'un de l'autre d'un pas d'ailette Pa. Autrement dit, le pas d'ailette Pa est la distance séparant deux ailettes consécutives 31, et plus particulièrement leurs premiers bords respectifs 32 ou leurs deuxièmes bords respectifs 33.

Selon la présente invention, le pas d'ailette Pa est compris entre 0,4 mm et 0,75 mm, de préférence de l'ordre de 0,5 mm. Une telle plage dimensionnelle définit le meilleur compromis entre une performance thermique optimisée et un encombrement minimisé de l'échangeur de chaleur 12, respectivement 12'. La meilleure performance thermique de l'échangeur de chaleur 12, respectivement 12', est obtenue lorsque le pas d'ailette Pa est de l'ordre de 0,5 mm. Lorsque le pas d'ailette Pa est compris entre 0,4 mm et 0,75 mm, il est permis d'assurer un stockage de 200 kJ à 270 kJ pendant une durée inférieure à deux minutes. Alternativement, le pas d'ailette Pa est compris entre 0,4 mm et 0,7 mm, notamment entre 0,4 mm et 0,6 mm.

Chaque ailette 31 présente une longueur d'ailette La comprise entre 5 mm et 8 mm, préférentiellement entre 6 mm et 7 mm, notamment de l'ordre de 6,5 mm. La longueur d'ailette La correspond à la distance entre un premier bord 32 et un deuxième bord 33 d'une même ailette 31.

Chaque ailette 31 comporte une épaisseur d'ailette Ea comprise entre 0,04 mm et 0,12 mm, préférentiellement de l'ordre de 0,08 mm. Chaque intercalaire 20 est par exemple obtenu à partir d'un pliage d'un feuillard réalisé en un matériau thermiquement conducteur présentant une épaisseur comprise entre 0,04 mm et 0,12 mm, correspondant à l'épaisseur d'ailette Ea..

En se reportant de nouveau à la figure 4, le tube de circulation 25 présente une longueur de tube Lt comprise entre 270 mm et 360 mm, préférentiellement de l'ordre de 315 mm. La longueur de tube Lt est prise entre la première extrémité 16 et la deuxième extrémité 18 du tube de circulation 25 et correspond à la distance qui sépare deux faces respectives en vis-à-vis du premier collecteur 27 et du deuxième collecteur 29.

Deux tubes adjacents de circulation 25 sont espacés l'un de l'autre d'un pas de tube Pt compris entre 7 mm et 9 mm, préférentiellement de l'ordre de 7,75 mm ou 8.5 mm. Le pas de tube Pt est la distance comprise entre deux axes d'extension général respectif A3 de deux tubes de circulation 25 consécutifs.

Chaque tube de circulation 25 présente une épaisseur de tube Et comprise entre 0,2 mm et 0,25 mm, préférentiellement de l'ordre de 0,23 mm. Autrement dit, l'épaisseur d'une paroi constitutive du tube de circulation 25 est comprise entre 0,2 mm et 0,25 mm, préférentiellement de l'ordre de 0,23 mm. De plus, chaque tube de circulation 25 présente une hauteur Ht comprise entre 1,2 mm et 1,3 mm.

Tel que défini sur la figure 4, le faisceau de l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', s'étend selon une première direction correspondant à la hauteur du faisceau, c'est-à-dire la direction d'extension des tubes de circulation 25 et une deuxième direction correspondant à la direction d'empilage des tubes de circulation 25 et d'intercalaires 30, c'est-à-dire la direction d'extension des premier collecteur 27 et deuxième collecteur 29. Par ailleurs, le premier collecteur 27, respectivement le deuxième collecteur 29 comporte une hauteur de collecteur Hc comprise entre 10 mm et 14 mm, préférentiellement de l'ordre de 12 mm. La hauteur de collecteur Hc est prise selon la première direction. 10 Enfin, l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', comporte une profondeur d'échangeur Pe comprise entre 20 et 35 mm, préférentiellement de l'ordre de 27,5 mm. La profondeur d'échangeur Pe est prise selon une troisième direction qui définit un repère orthonormé direct avec les première et deuxième directions 15 définies précédemment.

L'échangeur de stockage 12, respectivement 12', comporte une longueur d'échangeur Le prise selon la deuxième direction comprise entre 300 mm et 400 mm, préférentiellement de l'ordre de 340 mm. 20 L'échangeur de stockage 12, respectivement 12', comporte une largeur totale d'échangeur Lte comprise entre 250 mm et 300 mm et une largeur utile d'échangeur Lue comprise entre 235 mm et 275 mm. La largeur totale d'échangeur Lte correspond à la largeur de l'échangeur de stockage 12, 25 respectivement 12', selon la première direction, tandis que la largeur utile d'échangeur Lue correspond à la largeur du faisceau de l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', selon la première direction. Préférentiellement, la largeur totale d'échangeur Lte est de l'ordre de 275 mm tandis que la largeur utile d'échangeur Lue est de l'ordre de 255 mm 30 La figure 6 est une vue de détail illustrant une ailette 31 constitutive de l'intercalaire 30 représenté sur les figures 4 et 5. La figure 6 permet de mieux identifier le pas d'ailette Pa, la longueur d'ailette La et l'épaisseur d'ailette Ea.

Selon la présente invention, pour assurer la fonction de stockage des calories et/ou des frigories, un matériau stockeur de calories ou de frigories, notamment un matériau à changement de phase, rempli au moins partiellement un espace interstitiel 35 ménagé entre l'intercalaire 30 et les tubes de circulation 25 et/ou encore ménagé entre deux ailettes consécutives 31.

Le matériau stockeur, notamment le matériau à changement de phase, est par exemple de la paraffine dont la température de fusion se situe entre 8°C et 12°C dans le cadre d'un échangeur de stockage de frigories.

Pour permettre un remplissage aisé en matériau stockeur, notamment du matériau à changement de phase, en particulier de paraffine, de l'espace interstitiel 35 et le maintien du matériau stockeur, dans l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', celui-ci est pourvu de deux plaques de recouvrement 40, visibles sur la figure 7, pour confiner les tubes de circulation 25 et les intercalaires 30. Les plaques de recouvrement 40 sont destinées à venir en appui contre les premier collecteur 27 et deuxième collecteur 29 pour enfermer les tubes de circulation 25 et les intercalaires 30 en un espace clos propice à favoriser les échanges de chaleur entre le matériau stockeur de phase et les ailettes 31 et/ou les tubes de circulation 25. Les plaques de recouvrement 40 sont réalisées par exemple en aluminium. L'une des plaques de recouvrement 40 au moins est munie d'une pluralité d'orifices de remplissage 37 pour permettre l'introduction du matériau stockeur entre les ailettes 31 et les tubes de circulation 15.

Sur les figures 4 et 5, les plaques de recouvrement 40 ne sont pas représentées. Enfin, on notera que le fluide caloporteur suit à l'intérieur de l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', un parcours agencé en 1 depuis le premier30 collecteur 27, à travers les tubes de circulation 25, jusqu'au deuxième collecteur 29. Toutefois, la présente invention trouve également une application pour des échangeurs de stockage 12, respectivement 12', dans lesquels le fluide caloporteur suit à l'intérieur de l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', un parcours agencé en U depuis une boite collectrice comprenant le premier collecteur 27 et le deuxième collecteur 29 disposés l'un à coté de l'autre. Selon cette configuration, les tubes de circulation 25 assurent la circulation en U du fluide caloporteur.

Les figures 8 et 9 représentent respectivement l'évolution de la température moyenne du matériau stockeur exprimée en degré Celsius en fonction du temps exprimé en seconde et l'évolution de l'énergie stockée par l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', exprimée en en kilojoule en fonction du temps exprimé en seconde.

Ainsi, l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', est apte à procurer une efficacité thermique optimisée, permettant notamment de stocker entre 200 kJ et 350 kJ, notamment entre 220 kJ et 370 kJ, en moins d'un temps donnée to, en particulier pour un temps to de deux minutes.

De plus, pour ce temps to, la température moyenne du matériau stockeur est dans la plage optimum de stockage thermique du matériau stockeur, notamment le matériau à changement de phase, ayant une température de fusion située entre 8°C et 12°C dans le cadre d'un échangeur de stockage 12, respectivement 12', de frigories.

Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple et englobe d'autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de réalisation décrits précédemment.

Claims (1)

1. Revendications1.- Echangeur de stockage (12, 12') comprenant au moins un premier tube de circulation (25) et un deuxième tube de circulation (25) d'un fluide caloporteur comprenant respectivement une première extrémité (26) débouchant à l'intérieur d'un premier collecteur (27) et une deuxième extrémité (28) débouchant à l'intérieur d'un deuxième collecteur (29), les premier et deuxième tubes de circulation (25) étant disposés adjacents l'un à l'autre, et au moins un intercalaire (30) interposé entre le premier tube de circulation (25) et le deuxième tube de circulation (25), l'intercalaire (30) étant constitué d'une pluralité d'ailettes (31) comportant un premier bord (32) en contact avec le premier tube de circulation (25) et un deuxième bord (33) en contact avec le deuxième tube de circulation (25), au moins un espace interstitiel (35) étant défini entre l'intercalaire (30) et les tubes de circulation (25), caractérisé en ce que l'espace interstitiel (35) est rempli par un matériau stockeur de calories ou de frigories.

   2.- Echangeur de stockage (12, 12') selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes (31) de l'intercalaire (30) sont espacées les uns des autres d'un pas d'ailette Pa compris entre 0,4 mm et 0,75 mm.

   3.- Echangeur de stockage (12, 12') selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque ailette (21) comporte une longueur La comprise entre 5 mm et 8 mm.

   4.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque ailette (21) comporte une épaisseur d'ailettes Ea comprise entre 0,04 mm et 0,12 mm. 19

   5.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tube (15) comporte une longueur Lt comprise entre 270 mm et 360 mm.

   6.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tube (15) comporte une hauteur Ht comprise entre 1,2 mm et 1,3 mm.

   7.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux tubes adjacents (15) sont espacés l'un de l'autre d'un pas de tube Pt compris entre 7 mm et 9 mm.

   8.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tube (15) comporte une épaisseur de tube Et comprise entre 0,2 mm et 0,25 mm.

   9.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque collecteur (17,19) comporte une hauteur de collecteur Hc comprise entre 10 mm et 14 mm.

   10.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (12,12',12") comporte une profondeur d'échangeur Pe comprise entre 20 mm et 35 mm. 25

   11.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (12,12',12") comporte une longueur d'échangeur Le comprise entre 300 mm et 400 mm.

   12.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (12,12',12") comporte une largeur totale d'échangeur Lte entre 250 mm et 300 mm.20

   13.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (12,12',12") comporte une largeur utile d'échangeur Lue comprise entre 235 mm et 275 mm.