FR3026474B1 - Dispositif de stockage thermique, module d'echange d'energie thermique et installation de climatisation comprenant ledit dispositif - Google Patents

Abstract

Dispositif de stockage (1) thermique pour une installation de climatisation, notamment de véhicule automobile, ledit dispositif (1) comprenant au moins un tube souple (11) et un matériau à changement de phase (13) contenu dans ledit tube (11), ledit tube (11) étant configuré pour permettre au matériau à changement de phase (13) de capter de l'énergie thermique depuis un flux d'air généré par ladite installation et/ou à libérer ladite énergie thermique vers ledit flux d'air. L'invention concerne également une installation comprenant un tel dispositif (1) et un module comprenant un tel dispositif (1).

Description

Dispositif de stockage thermique, module d'échange d'énergie thermique et installation de climatisation comprenant ledit dispositif. L'invention concerne un dispositif de stockage thermique ainsi qu'un module d'échange thermique et une installation de climatisation, notamment pour véhicule automobile, comprenant ledit dispositif.

Habituellement, dans ce domaine, un évaporateur est configuré pour permettre un échange d'énergie thermique entre un fluide réfrigérant circulant à l'intérieur d'un circuit de climatisation et un flux d'air ambiant qui le traverse. Le flux d'air est refroidi par le changement de phase du fluide réfrigérant se produisant au sein de l'évaporateur. Le fonctionnement du circuit de climatisation est assuré par un compresseur, lui-même entraîné par la courroie de distribution d'un moteur. Lorsque le moteur s'arrête, le compresseur s'arrête également et le circuit de climatisation ne peut plus fonctionner, bloquant ainsi l'échange d'énergie thermique et donc le refroidissement du flux d'air par l'évaporateur.

Ce phénomène est particulièrement gênant dans les véhicules dont le moteur est configuré pour s'arrêter quand le véhicule est stoppé, par exemple à un croisement où lors de ralentissements de la circulation. Les occupants de ces véhicules subissent alors une augmentation de la température de l'habitacle due à l'arrêt de la climatisation et peuvent également sentir des odeurs désagréables dues au passage d'air chaud sur des parois humides à l'intérieur du circuit.

Pour palier ces inconvénients, il est connu d'utiliser des matériaux à changement de phase que l'on place à l'intérieur de l'évaporateur et qui permettent de prolonger le refroidissement de l'air après l'arrêt du moteur, en libérant de l'énergie thermique préalablement absorbée lors du fonctionnement du circuit de climatisation. Ce type d'installation nécessite néanmoins de modifier la structure des évaporateurs.

Un des buts de la présente invention est de faciliter l'intégration d'un matériau à changement de phase dans une installation de climatisation.

Pour ce faire, l'invention concerne un dispositif de stockage thermique pour une installation de climatisation, notamment de véhicule automobile, ledit dispositif comprenant au moins un tube souple et un matériau à changement de phase contenu dans ledit tube, ledit tube étant configuré pour permettre au matériau à changement de phase de capter de l'énergie thermique depuis un flux d'air généré par ladite installation et/ou à libérer ladite énergie thermique vers ledit flux d'air. L'utilisation d'un tube souple offre ainsi de grandes possibilités d'installation tout le long de l'installation de climatisation, en particulier en épousant l'espace disponible. L'invention permet en particulier de pouvoir s'adapter à un grand nombre d'échangeurs de tailles différentes.

Par tube souple, on entend un tube capable de se déformer, y compris une fois rempli du matériau à changement de phase, tant que ce dernier est sous phase liquide. Une fois ledit matériau à changement de phase sous phase solide, ledit tube, rempli dudit matériau, pourra éventuellement ne plus être déformable compte-tenu de la rigidité apportée par ledit matériau à changement de phase.

Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément : ledit tube présente des creux et/ou des reliefs de manière à faciliter l'échange thermique entre ledit flux d'air et ledit matériau à changement de phase, lesdits creux et/ou lesdits reliefs sont orientés transversalement à une direction d'extension longitudinale du tube, ledit tube est annelé, ledit tube est cannelé, ledit dispositif est en outre configuré pour permettre un positionnement dudit tube dans ladite installation, ledit matériau à changement de phase est apte à changer de phase à une température de fusion/solidification constante, ledit matériau à changement de phase est un eutectique, ledit tube est plié, notamment en serpentin, et/ou enroulé sur lui-même, notamment en spirale ou en colimaçon, ledit dispositif comprend en outre au moins un élément de transmission thermique, de manière à faciliter l'échange thermique entre le flux d'air et ledit matériau à changement de phase, ledit élément de transmission thermique est disposé entre des zones adjacentes dudit tube, ledit élément de transmission thermique est disposé entre deux plis ou entre deux spires dudit tube, ledit élément de transmission thermique comprend au moins un pont thermique en contact direct avec ledit matériau à changement de phase. L'invention concerne aussi un module comprenant un échangeur de chaleur et un dispositif tels que décrits ci-dessus. Selon différents modes de réalisation de l'invention qui pourront être pris ensemble ou séparément : ledit dispositif est au contact d'un faisceau d'échange de chaleur dudit échangeur, ledit dispositif est situé de manière à être traversé par le flux d'air sortant dudit échangeur de chaleur, ledit échangeur de chaleur est un évaporateur, ledit module comprend au moins un pont thermique entre l'échangeur de chaleur et ledit dispositif. L'invention concerne aussi une installation comprenant un dispositif tel que décrit ci- dessus. Selon différents modes de réalisation de l'invention qui pourront être pris ensemble ou séparément : ladite installation comprend en outre un aérateur, ledit dispositif est positionné dans ledit aérateur, ladite installation comprend un module tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'au moins un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés.

La figure 1 illustre schématiquement une vue en perspective d'un module comprenant un dispositif thermique et un échangeur de chaleur selon l'invention.

La figure 2 illustre schématiquement une coupe longitudinale d'un exemple de réalisation d'un dispositif thermique selon l'invention, partiellement illustré.

La figure 3 illustre schématiquement une coupe transversale d'un autre exemple de réalisation d'un dispositif thermique selon l'invention, partiellement illustré.

La figure 4 illustre schématiquement une coupe longitudinale d'un autre exemple de réalisation d'un dispositif thermique selon l'invention, partiellement illustré.

Comme illustré à la figure 1, l'invention concerne un dispositif de stockage thermique 1 pour une installation de climatisation, notamment une installation de climatisation dans un véhicule automobile.

Ladite installation de climatisation pourra comprendre un circuit réfrigérant conçu pour réguler la température d'un fluide environnant. Ici, ledit fluide environnant est un flux d'air, par exemple un flux d'air ambiant. Le circuit réfrigérant comprend par exemple un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur reliés l'un à l'autre et à l'intérieur desquels circule un fluide réfrigérant.

Ledit évaporateur, illustré 2 à la figure 1, est composé notamment d'un faisceau 23 de tubes 30 à l'intérieur desquels circule le fluide réfrigérant. En particulier, ledit évaporateur 2 est configuré pour permettre un échange d'énergie thermique entre ledit fluide réfrigérant, circulant à l'intérieur desdits tubes 30, et ledit flux d'air ambiant qui traverse le faisceau 23 en passant entre les tubes 30 de celui-ci, de sorte que ledit flux d'air ambiant est refroidi par ledit évaporateur 2. C'est le changement de phase dudit fluide réfrigérant, en l'occurrence son évaporation, qui permet l'échange d'énergie thermique avec ledit flux d'air ambiant.

Les tubes 30 dudit faisceau 23 sont ici réalisés par assemblage de paire de plaques 34, le fluide réfrigérant circulant entre les deux plaques 34 d'une même paire de plaques 34 et le flux d'air circulant entre les plaques 34 de deux paires voisines.

Ledit faisceau 23 pourra comprendre en outre des intercalaires 32, situés entre les tubes 30, pour augmenter la surface d'échange avec le flux d'air.

Ledit faisceau 23 comprend avantageusement des boîtes collectrices 36, 38, l'une d'entrée, l'autre de sortie, pour le fluide réfrigérant. Elles communiquent avec les tubes 30. Elles sont ici réalisées par un empilage de bossages, prévues à une extrémité longitudinale des plaques 34.

Ledit dispositif de stockage thermique 1 selon l'invention comprend un tube souple 11 et un matériau à changement de phase 13, de sorte que ledit matériau à changement de phase 13 est contenu à l'intérieur dudit tube souple 11.

Ledit dispositif de stockage thermique 1 est conçu pour être traversé par ledit flux d'air ambiant de manière à permettre un échange d'énergie thermique entre ledit dispositif de stockage thermique 1 et ledit flux d'air ambiant, ledit flux d'air ambiant ayant, de préférence, préalablement traversé ledit évaporateur 2. Autrement dit, ledit dispositif de stockage thermique 1 est conçu pour être positionné en aval dudit évaporateur 2. A la figure 1, il est en sortie dudit évaporateur 2.

Ledit matériau à changement de phase 13 est par exemple un eutectique, c'est-à-dire composé d'au moins deux corps pur, dont l'un au moins fait par exemple partie de la famille des paraffines, ledit matériau à changement de phase 13 étant apte à changer de phase à une température de fusion/solidification constante. D'autre part, ledit matériau à changement de phase 13 est conçu pour être sous une forme liquide et/ou une forme solide, selon la température dudit flux d'air ambiant. Ledit matériau à changement de phase 13 pourra par exemple être coulé à l'intérieur dudit tube souple 11, ledit tube 11 étant configuré pour permettre au matériau à changement de phase 13 de capter de l'énergie thermique depuis ledit flux d'air ambiant et/ou à libérer ladite énergie thermique vers ledit flux d'air.

Ledit tube 11 est par exemple de section transversale circulaire. II présente une forme allongée selon une direction d'extension longitudinale. Ledit tube 11 présente par ailleurs deux extrémités opposées l'une à l'autre, de sorte que ledit tube 11 s'étend entre lesdites deux extrémités et est fermé de manière étanche à chacune de celle-ci.

Dans la suite on appellera paroi latérale 6 la partie dudit tube 11 s'étendant longitudinalement entre lesdites deux extrémités. Ladite paroi latérale 6 présente par ailleurs une surface interne 17 et une surface externe 19, de sorte que ladite surface interne 17 est conçue pour être en contact avec ledit matériau à changement de phase 13 et ladite surface externe 19 est conçue pour être en contact avec ledit flux d'air ambiant. II est à noter que ladite paroi 6 dudit tube souple 11 sera avantageusement composée d'un matériau souple par exemple d'un matériau plastique.

Avantageusement, pour faciliter sa mise en place dans une installation de climatisation, ledit tube 11 est apte à être enroulé sur lui-même, par exemple en spirale comme sur la figure 1, de sorte que ledit tube souple 11 présente alors des spires adjacentes les unes aux autres, dites zones adjacentes 18. Dans un autre mode de réalisation, non représenté, ledit tube 11 pourra être par exemple plié en serpentin, de sorte que ledit tube 11 présente alors des plis adjacents les uns aux autres.

Comme illustré à la figure 2, ladite paroi 6 dudit tube souple 11 est avantageusement munie de creux 10 et de reliefs 12 de manière à favoriser l'échange thermique entre ledit flux d'air ambiant et ledit matériau à changement de phase 13. Lesdits creux 10 et reliefs 12 sont par exemple orientés transversalement à la direction d'extension longitudinale dudit tube souple 11 de manière à augmenter les superficies de ladite surface externe 19 et de ladite surface interne 17 par rapport à un tube lisse. Autrement dit, ledit tube 11 est par exemple un tube annelé.

Dans un autre mode de réalisation, non représenté, les creux 10 et reliefs 12 pourront être différemment orientés, par exemple parallèlement à la direction d'extension longitudinale dudit tube 11 de manière à former un tube souple 11 cannelé.

Ledit tube 11 est par exemple obtenu par injection-soufflage.

Dans un autre mode de réalisation, illustré à la figure 3, ledit dispositif 1 pourra comprendre, en outre, au moins un élément de transmission thermique 15. Ledit élément de transmission thermique 15 est conçu de manière à faciliter l'échange thermique entre ledit flux d'air ambiant et ledit matériau à changement de phase 13. En particulier, ledit élément de transmission thermique 15 sera disposé entre deux zones adjacentes 18 dudit tube 11 et formera alors un intercalaire.

Dans le mode de réalisation décrit, ledit élément de transmission thermique 15 est composé de ponts thermiques 14 et d'au moins une ailette 16, ici deux, lesdits ponts thermiques 14 et lesdites ailettes 16 étant solidaires entre eux et/ou en contact l'un avec l'autre, de sorte qu'il existe une liaison thermique entre lesdits ponts thermiques 14 et lesdites ailettes 16.

Lesdits ponts thermiques 14 sont avantageusement agencés de manière à former une liaison matérielle et thermique reliant entre elles deux zones adjacentes 18 dudit tube 11. Lesdits ponts thermiques 14 sont ici composés chacun d'une zone centrale 8 et de deux extrémités 9, de sorte que ladite zone centrale 8 est située à l'extérieur dudit tube 11 et est conçue pour être en contact avec ledit flux d'air ambiant, et que lesdites extrémités 9 sont en contact avec le matériau à changement de phase 13 à l'intérieur dudit tube 11. Ladite zone centrale 8 et lesdites extrémités 9 sont avantageusement issues de matière. Autrement dit, ladite zone centrale 8 est prolongée de part et d'autre, suivant sa direction d'extension longitudinale, par une extrémité 9, de sorte que lesdits ponts thermiques 14 traversent la paroi dudit tube souple 11 en deux endroits distincts.

Lesdits ponts thermiques 14 sont ici des lamelles. Avantageusement, lesdites lamelles 14 s'étendent selon une direction d'extension longitudinale perpendiculaire à celle des zones adjacentes 18 dudit tube 11. Elles sont configurées pour laisser passer le flux d'air transversalement à leur direction d'extension. II est à noter que toute forme de ponts thermiques 14 peut être envisagée, la forme en lamelle n'étant pas limitative.

Dans le cas de ponts thermiques 14 avec des extrémités 9 telles qu'évoquées plus haut, lesdites extrémités 9 desdites lamelles 14 présentent un bord relevé 7 formant par exemple un angle droit avec le reste de ladite lamelle 14.

Lesdites ailettes 16 sont par exemple des plaques de faible épaisseur, notamment des plaques métalliques, de forme rectangulaire. Elles sont ici positionnées entre deux zones adjacentes 18 dudit tube souple 11 de manière parallèle aux dites zones adjacentes 18 et/ou perpendiculaire à la direction d'extension desdites lamelles 14, lesdites plaques 16 étant conçues de façon à augmenter la surface de contact dudit élément de transmission thermique 15 avec le flux d'air ambiant. Lesdites ailettes 16 et lesdites lamelles 14 sont avantageusement solidaires entre elles.

Lesdites ailettes 16 et lesdites lamelles 14 sont avantageusement composées d'un matériau disposant d'une forte conductivité thermique, par exemple de l'aluminium, un alliage d'aluminium ou tout autre alliage métallique.

Ledit élément de transmission thermique 15, composé desdits ponts thermiques 14 et desdites ailettes 16, forme ainsi un ensemble rigide qui permet un échange thermique par conduction avec le matériau à changement de phase 13 et un échange thermique par convection avec le flux d'air ambiant de sorte que ledit élément de transmission thermique 15 favorise l'échange d'énergie thermique entre le matériau à changement de phase 13 et le flux d'air ambiant.

Ledit élément de transmission thermique 15 et ledit tube souple 11 sont avantageusement assemblés de manière à former une pièce bi-matière monobloc étanche, de sorte que ledit tube 11 traversé par lesdites lamelles est capable de contenir ledit matériau à changement de phase 13 en particulier lorsque ledit matériau à changement de phase est dans un état liquide. Il est à noter que ledit élément de transmission thermique 15 et ledit tube souple 11 pourront être assemblés pendant la phase d'injection-soufflage avant le coulage dudit matériau à changement de phase 13 de manière à assurer une étanchéité du dispositif de stockage 1. L'invention concerne encore une installation telle que décrite ci-dessus comprenant un dispositif de stockage thermique 1 tel que décrit ci-dessus.

Dans un mode de réalisation, non illustré, ledit dispositif 1 est situé à distance de l'évaporateur 2. En particulier, ladite installation pourra comprendre un aérateur configuré pour guider ledit flux d'air ambiant issu dudit échangeur de chaleur 2 par exemple vers l'habitacle d'un véhicule, ledit dispositif 1 étant positionné dans ledit aérateur, notamment au niveau de sa face interne. Ledit dispositif de stockage thermique 1 est ainsi apte à être traversé par ledit flux d'air ambiant, ledit flux d'air ambiant ayant préalablement traversé ledit évaporateur 2.

Comme déjà dit plus haut, en relation avec la figure 1, l'invention concerne encore un module comprenant un échangeur de chaleur 2 et un dispositif thermique 1 tel que déjà décrit, ledit échangeur de chaleur 2 et ledit dispositif thermique 1 étant par exemple en contact l'un avec l'autre.

Dans ce mode de réalisation, ledit dispositif thermique 1 est positionné en sortie dudit échangeur de chaleur 2, de sorte que ledit dispositif thermique 1 est apte à être traversé par ledit flux d'air ambiant, ledit flux d'air ambiant ayant préalablement traversé ledit échangeur de chaleur 2.

Avantageusement, ledit dispositif thermique 1 est solidaire dudit faisceau 23. Ledit dispositif de stockage thermique 1 pourra être solidarisé audit faisceau 23 dudit échangeur de chaleur 2 grâce à des attaches autobloquantes, des colliers de serrage ou tout autre moyen.

Avantageusement, comme illustré à la figure 4, ledit dispositif thermique 1 peut être muni d'au moins un pont thermique 40, ledit pont thermique 40 étant configuré pour améliorer l'échange d'énergie thermique entre ledit échangeur de chaleur 2 et ledit dispositif 1. Ledit pont thermique comprend par exemple un collier agencé de manière à entourer à la fois ledit dispositif thermique 1 et l'un desdits tubes 30 du faisceau 23 de sorte que ledit collier est à la fois en contact avec ledit faisceau 23 et avec ledit dispositif thermique 1. Ledit collier est avantageusement composé d'un fil en aluminium ou en toute autre matière présentant une conductivité thermique élevée, par exemple du fer ou du cuivre.

La souplesse dudit tube souple 11 permet à celui-ci d'être plié et/ou enroulé sur lui-même pour s'adapter à la forme et à la taille dudit échangeur de chaleur 2 de sorte que l'intégralité dudit dispositif thermique 1 est apte à être traversé par ledit flux d'air ambiant. Autrement dit, le positionnement dudit tube souple permet de maximiser les surfaces d'échange d'énergie thermique entre ledit dispositif de stockage thermique 1 et ledit flux d'air ambiant, ledit flux d'air ayant préalablement traversé ledit échangeur de chaleur 2.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS

   1. Module d'échange d'énergie thermique comprenant un échangeur de chaleur (2), destiné à être traversé par un flux d'air, et un dispositif de stockage thermique (1) pour une installation de climatisation, notamment de véhicule automobile, ledit dispositif (1) comprenant au moins un tube souple (11) et un matériau à changement de phase (13) contenu dans ledit tube (11), ledit tube (11) étant configuré pour permettre au matériau à changement de phase (13) de capter de l'énergie thermique depuis un flux d'air généré par ladite installation et/ou à libérer ladite énergie thermique vers ledit flux d'air, ledit dispositif de stockage thermique (1) étant au contact d'un faisceau (23) d'échange de chaleur dudit échangeur (2).
2. 2. Module selon la revendication précédente, dans lequel ledit tube (11) présente des creux (10) et/ou des reliefs (12) de manière à faciliter l'échange thermique entre ledit flux d'air et ledit matériau à changement de phase (13).
3. 3. Module selon la revendication 2, dans lequel lesdits creux (10) et/ou reliefs (12) sont orientés transversalement à une direction d'extension longitudinale du tube (11).
4. 4. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit tube (11) est annelé et/ou cannelé.
5. 5. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit matériau à changement de phase (13) est apte à changer de phase à une température de fusion/solidification constante.
6. 6. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit tube (11) est plié et/ou enroulé sur lui-même.
7. 7. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, le dispositif (1) comprenant en outre au moins un élément de transmission thermique (15), de manière à faciliter l'échange thermique entre le flux d'air et ledit matériau à changement de phase (13).
8. 8. Module selon la revendication précédente, dans lequel l'élément de transmission thermique (15) est disposé entre des zones adjacentes (18) d'au moins un desdits tubes (11).
9. 9. Module selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, dans lequel ledit élément de transmission thermique comprend au moins un pont thermique (14) en contact direct avec ledit matériau à changement de phase (13).
10. 10. Module d'échange d'énergie thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif (1) est situé de manière à être traversé par le flux d'air sortant dudit échangeur de chaleur (2).
11. 11. Module d'échange d'énergie thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit échangeur de chaleur (2) est un évaporateur.
12. 12. Module d'échange d'énergie thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un pont thermique (40) entre l'échangeur de chaleur (2) et le dispositif de stockage thermique (1).
13. 13. Installation de climatisation comprenant un dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
14. 14. Installation selon la revendication précédente, comprenant en outre un aérateur et dans laquelle ledit dispositif (1) est positionné dans ledit aérateur.