FR3023364A1 - Echangeur thermique a double circulation et installation de gestion thermique correspondante - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur thermique (1) à double circulation de fluide comportant : - des premiers tubes (10) entre lesquels circule un premier fluide caloporteur entre une entrée (12a) et une sortie (12b) du premier fluide caloporteur, et - des seconds tubes (20) entre lesquels circule un second fluide caloporteur entre une entrée (22a) et une sortie (22b) du second fluide caloporteur, lesdits premiers (10) et seconds (20) tubes étant empilées en alternance, un premier tube (10) étant au moins au contact d'un second tube (20) et inversement, ledit échangeur thermique (1) comportant en outre au moins un dispositif chauffant additionnel (30), ledit dispositif chauffant additionnel (30) étant placé entre deux tubes.

Description

Echangeur thermique à double circulation et installation de gestion thermique correspondante Description.
La présente invention concerne la régulation thermique et plus particulièrement un échangeur thermique utilisé pour cette régulation thermique ainsi que son placement au sein d'une installation de gestion thermique pour notamment la régulation thermique des batteries d'un véhicule électrique ou hybride. La régulation thermique des batteries, notamment dans le domaine automobile et encore plus particulièrement des véhicules électriques et hybrides, est un point important car si les batteries sont soumises à des températures trop froides, leur autonomie peut décroitre fortement et si elles sont soumises à des températures trop importantes, il y a un risque d'emballement thermique pouvant aller jusqu'à la destruction de la batterie. Afin de réguler la température des batteries, il est connu d'ajouter un dispositif de régulation de température du module batterie. Ces dispositifs utilisent généralement des fluides caloporteurs circulant, par exemple au moyen d'une pompe, dans un circuit de gestion thermique, ledit circuit de gestion thermique passant au sein d'un échangeur thermique en contact direct avec les batteries.
Les fluides caloporteurs peuvent ainsi absorber de la chaleur émise par la ou les batteries afin de les refroidir et évacuer cette chaleur au niveau d'un ou plusieurs autre échangeurs thermiques comme par exemple un radiateur ou un échangeur thermique relié à une autre boucle de gestion thermique comme par exemple une boucle de climatisation qui va absorber cette chaleur pour la disperser à l'extérieur ou alors l'utiliser pour aider au chauffage de l'habitacle.
Les fluides caloporteurs peuvent également, si besoin est, apporter de la chaleur pour réchauffer lesdites batteries, par exemple le circuit de gestion thermique peut comporter une résistance électrique ou un chauffage par thermistance Coefficient Positif de Température (CTP).
Les fluides caloporteurs généralement utilisés sont l'air ambiant ou des liquides comme par exemple l'eau. Les liquides étant meilleurs conducteurs de chaleur que les gaz, c'est une solution qui est privilégiée car plus efficace.
Néanmoins, l'ajout d'un tel dispositif de chauffage au sein du circuit de gestion thermique peut conduire à une augmentation de la place nécessaire à son intégration au sein du véhicule automobile et ne pas répondre aux exigences des constructeurs.
Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur et une installation de gestion thermique améliorés. La présente invention concerne donc un échangeur thermique à double 20 circulation de fluide comportant : - des premiers tubes entre lesquels circule un premier fluide caloporteur entre une entrée et une sortie du premier fluide caloporteur, et - des seconds tubes entre lesquels circule un second fluide 25 caloporteur entre une entrée et une sortie du second fluide caloporteur, lesdits premier et second tubes étant empilés en alternance, un premier tube étant au moins au contact d'un second tube et inversement, ledit échangeur thermique comportant en outre au moins un dispositif chauffant additionnel, ledit dispositif chauffant additionnel étant placé entre deux tubes. Le fait que le dispositif chauffant additionnel soit directement au sein de 5 l'échangeur thermique permet un gain de place dans la conception générale d'une installation de gestion thermique où un dispositif de chauffage du fluide caloporteur est nécessaire. De plus, le fait que le dispositif chauffant additionnel soit au contact des tubes permet un chauffage optimisé du fluide caloporteur, car la surface d'échange entre le dispositif chauffant additionnel et le fluide 10 caloporteur est plus étendue Selon un aspect de l'invention, les premiers et seconds tubes sont des premières et secondes paires de plaques d'échanges. 15 Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif chauffant additionnel est pris en sandwich entre deux tubes dans laquelle circule un même fluide caloporteur. Selon un autre aspect de l'invention, l'échangeur thermique comporte un 20 dispositif chauffant additionnel sur au moins une des extrémités de l'empilement des premiers et seconds tubes. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif chauffant additionnel est placé au contact de premiers tubes. 25 Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif chauffant additionnel est placé au contact de seconds tubes.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif chauffant additionnel est un dispositif de chauffage électrique. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de chauffage électrique 5 comporte une enveloppe en silicone à l'intérieur de laquelle est placé un cordon électrique chauffant. Selon un autre aspect de l'invention, l'échangeur thermique comporte une sonde thermique au contact du dispositif chauffant additionnel. 10 La présente invention concerne également une installation de gestion thermique comprenant un échangeur thermique comme décrit précédemment. Selon un aspect de l'installation selon l'invention : 15 - les entrées et sorties du premier fluide caloporteur sont reliées à un circuit de gestion thermique de batteries d'un véhicule électrique ou hybride, ledit échangeur thermique étant placé en amont d'un échangeur de régulation de température des batteries, - les entrées et sorties du second fluide caloporteur sont reliées à un 20 circuit de climatisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : 25 - la figure 1 montre une représentation schématique d'un échangeur thermique en perspective éclatée, - la figure 2 montre une représentation schématique d'un échangeur thermique en vue de côté, - la figure 3 montre une représentation schématique en vue de dessus d'une plaque d'échange, et - la figure 4 montre une représentation schématique d'une installation de gestion thermique.
Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références. Comme le montre les figures 1 et 2, un échangeur thermique 1 à double 10 circulation de fluide comporte notamment : - des premiers tubesio entre lesquels circule un premier fluide caloporteur entre une entrée 12a et une sortie 12b du premier fluide caloporteur, et - des seconds tubes 20 entre lesquelles circule un second fluide 15 caloporteur entre une entrée 22a et une sortie 22b du second fluide caloporteur. Ces premiers 10 et seconds 20 tubes sont empilés en alternance, un premier tube 10 étant au moins au contact d'un second tube 20 et inversement 20 afin que l'énergie calorifique puisse passer d'un fluide caloporteur à l'autre. L'échangeur thermique 1 comporte en outre au moins un dispositif chauffant additionnel 3o intégré en son sein. Ce dispositif chauffant additionnel 3o est plus particulièrement placé entre deux tubes. Le fait que le dispositif chauffant additionnel 3o soit directement au sein 25 de l'échangeur thermique 1 permet un gain de place dans la conception générale d'une installation de gestion thermique où un dispositif de chauffage du fluide caloporteur est nécessaire. De plus, le fait que le dispositif chauffant additionnel 3o soit au contact des tubes permet un chauffage optimisé du fluide caloporteur, car la surface d'échange entre le dispositif chauffant additionnel 3o et le fluide caloporteur est plus étendue. Les premiers 10 et seconds 20 tubes peuvent notamment être des tubes 5 plats ou alors des premières 10 et secondes 10 paires de plaques d'échanges comme représenté sur les différentes figures. Ci-après, les premiers 10 et seconds tubes seront définies comme étant des premières 10 et secondes 20 paires de plaques d'échange afin d'être en accord avec le mode de réalisation représenté sur les différentes figures. Il est 10 néanmoins tout à fait possible de remplacer ces paires de plaques d'échange par d'autres moyens d'échange thermique entre deux fluide caloporteur comme des tubes plats ou autre sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ces premières 10 et secondes 20 paires de plaques d'échange ont au 15 moins l'une de leurs plaques qui comporte des canaux refermés par la seconde plaque de sorte à former un circuit de tubes plats dans lequel circule le fluide caloporteur. Ces plaques d'échanges sont généralement réalisées en métal et sont embouties et brassées l'une à l'autre afin de former une paire de plaque d'échange comportant un circuit de tubes plats dans lequel circule un fluide 20 caloporteur Pour une meilleure efficacité et pour cibler un fluide caloporteur, le dispositif chauffant additionnel 3o peut être pris en sandwich entre deux plaques d'échange dans laquelle circule un même fluide caloporteur. 25 Dans les exemples montrés aux figures 1 et 2, le dispositif chauffant additionnel 3o est placé entre deux premières paires de plaques d'échange 10, ces dernières étant sur leur autre face au contact d'une seconde plaque d'échange 3o.
Il est bien entendu tout à fait possible d'imaginer une configuration inverse où le dispositif chauffant additionnel 3o est placé entre deux secondes paires de plaques d'échange 20, ces dernières étant sur leur autre face au contact d'une première plaque d'échange 3o.
Comme illustré sur la figure 2, l'échangeur thermique 1 peut également comporter un dispositif chauffant additionnel 3o sur au moins une des extrémités de l'empilement des premières 10 et secondes 20 paires de plaques d'échange afin encore d'améliorer l'apport de chaleur au fluide caloporteur.
Le dispositif chauffant additionnel 3o peut notamment être un dispositif de chauffage électrique. Comme illustré à la figure 3, ce dernier peut être composé par exemple d'une enveloppe silicone 32 à l'intérieur de laquelle est placé un cordon électrique chauffant 34, par exemple une piste chauffante par thermistance à Coefficient Positif de Température (CPT). Le dispositif chauffant additionnel 3o peut également être tout type de dispositif de chauffage électrique assez fin et puissant pour être adapté entre deux plaques d'échange, par exemple comme un chauffage par résistance sérigraphiée. Des bornes 36 sont également placées sur la périphérie de la paire de 20 plaque d'échange 10 afin de permettre l'alimentation du dispositif chauffant additionnel 3o. Afin de contrôler la température du fluide caloporteur et du dispositif chauffant additionnel 3o, l'échangeur thermique 1 peut également comporter 25 une sonde thermique (non représentée) notamment au contact du dispositif chauffant additionnel 3o.
L'échangeur de chaleur 1 à double circulation de fluide est plus particulièrement destiné à être intégré au sein d'une installation de gestion thermique. Il peut ainsi être placé à l'intersection entre une boucle de climatisation 310 et un circuit de gestion thermique de batteries 210 comme illustré à la figure 4. Les entrées 12a et sorties 12b du premier fluide caloporteur sont reliées au circuit de gestion thermique de batteries 210 d'un véhicule électrique ou hybride, l'échangeur thermique 1 est placé en amont d'un échangeur de régulation de température des batteries 216. Le circuit de gestion thermique 210 comporte en outre une pompe 212 placée en aval de l'échangeur de régulation de température des batteries 216 ainsi qu'un accumulateur placé entre ladite pompe 212 et ledit échangeur de régulation de température des batteries 216. Le circuit de gestion thermique 210 peut également comporter un échangeur de régulation de température de l'électronique de gestion 214 placé en amont de l'échangeur thermique 1. Les entrées 22a et sorties 22b du second fluide caloporteur sont quant à elles reliées à un circuit de climatisation 310. Le circuit de climatisation 20 comporte notamment : - un compresseur 312, - un accumulateur 322 en aval dudit compresseur 312, - un premier échangeur de chaleur 314 placé en contact de l'air extérieur afin de dissiper de l'énergie calorifique, 25 - un second échangeur de chaleur 320 placé dans un circuit d'alimentation en air de l'habitacle, - une vanne d'expansion 318 placée en amont du second échangeur de chaleur 320, et - une vanne d'arrêt 316 placée entre le second échangeur de chaleur 32o et la vanne d'expansion 318. L'échangeur thermique 1 à double circulation est quant à lui placé sur une branche parallèle 33o qui contourne la vanne d'arrêt 316, la vanne d'expansion 318 et le second échangeur de chaleur 32o. Cette branche parallèle 33o comporte elle aussi une vanne d'arrêt 324 placée en amont d'une la vanne d'expansion 326. L'échangeur thermique 1 est placé en aval de la vanne d'expansion 326.
Ainsi, par exemple lors d'un démarrage à froid, il est nécessaire d'apporter de la chaleur aux batteries afin qu'elles atteignent le plus rapidement leur température optimale de fonctionnement. La vanne d'arrêt 324 du circuit de climatisation est alors fermée et les dispositifs chauffant additionnels 3o au sein de l'échangeur thermique 1 chauffe le premier fluide caloporteur qui arrive au niveau de l'échangeur de régulation de température des batteries 216 pour réchauffer ces dernières. Il est également tout à fait envisageable que dans le cas d'un circuit de 20 climatisation réversible, l'échangeur de chaleur 1 avec ses dispositifs chauffant additionnels 3o peuvent aider au chauffage de l'habitacle en réchauffant le second fluide caloporteur. Ainsi, on voit bien que le fait d'ajouter au moins un dispositif chauffant additionnel au sein même d'un échangeur thermique permet non seulement 25 d'optimiser l'encombrement du circuit de gestion thermique dans lequel est installé ledit échangeur, mais également permet un chauffage optimisé du fluide caloporteur.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Echangeur thermique (i) à double circulation de fluide comportant : - des premiers tubes (io) dans lesquels circule un premier fluide caloporteur entre une entrée (12a) et une sortie (12b) du premier fluide caloporteur, et - des seconds tubes (20) dans lesquels circule un second fluide caloporteur entre une entrée (22a) et une sortie (22b) du second fluide caloporteur, lesdits premier (io) et second (20) tubes étant empilés en alternance, un premier tube (io) étant au moins au contact d'un second tube (20) et inversement, caractérisé en ce que ledit échangeur thermique (i) comporte en outre au moins un dispositif chauffant additionnel (30), ledit dispositif chauffant additionnel (30) étant placé entre deux tubes.
  2. 2. Echangeur thermique (i) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les premiers (io) et seconds (20) tubes sont des premières (io) et secondes (20) paires de plaques d'échanges.
  3. 3. Echangeur thermique (i) selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif chauffant additionnel (30) est pris en sandwich entre deux tubes dans lequel circule un même fluide caloporteur.
  4. 4. Echangeur thermique (i) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif chauffant additionnel (30) sur au moins une des extrémités de l'empilement des premier (io) et second (20) tubes.
  5. 5. Echangeur thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif chauffant additionnel (3o) est placé au contact de premier tubes (10).
  6. 6. Echangeur thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif chauffant additionnel est placé au contact de seconds tubes (2o).
  7. 7. Echangeur thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif chauffant additionnel (3o) est un dispositif de chauffage électrique.
  8. 8. Echangeur thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé 15 en ce que le dispositif de chauffage électrique (3o) comporte une enveloppe en silicone (32) à l'intérieur de laquelle est placé un cordon électrique chauffant (34)-
  9. 9. Echangeur thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce qu'il comporte une sonde thermique au contact du dispositif chauffant additionnel (3o).
  10. 10. Installation de gestion thermique (100) comprenant un échangeur thermique (1) selon l'une des revendications précédentes. 25
  11. 11. Installation de gestion thermique (100) selon la revendication précédentes, caractérisé en ce que :- les entrées (12a) et sorties (12b) du premier fluide caloporteur sont reliées à un circuit de gestion thermique de batteries (210) d'un véhicule électrique ou hybride, ledit échangeur thermique (1) étant placé en amont d'un échangeur de régulation de température des batteries (216), - les entrées (22a) et sorties (22b) du second fluide caloporteur sont reliées à un circuit de climatisation (310).
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