FR3034181A1

FR3034181A1 - HEAT EXCHANGER COMPRISING AT LEAST ONE PHASE CHANGE MATERIAL FOR OPTIMIZING AND CONTROLLING THERMAL TRANSFER

Info

Publication number: FR3034181A1
Application number: FR1552474A
Authority: FR
Inventors: Jean Pierre Nadeau; Denis Bruneau; Jerome Lopez; Paul Bonnamy
Original assignee: NOBATEK; ARTS
Current assignee: Nobatek Fr; Amvalor SAS
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-09-30
Anticipated expiration: 2035-03-25
Also published as: FR3034181B1

Abstract

L'invention a pour objet un échangeur de chaleur comprenant au moins un conduit (16) permettant de canaliser un flux (18) de fluide et une pluralité d'éléments (20) contenant au moins un matériau à changement de phase disposés dans ledit conduit (16), caractérisé en ce qu'au moins certains desdits éléments (20) contenant au moins un matériau à changement de phase peuvent bouger librement dans le flux (18) de fluide. De préférence, l'échangeur de chaleur comprend un système de réglage pour ajuster le positionnement des éléments (20) contenant au moins un matériau à changement de phase dans le conduit (16).The subject of the invention is a heat exchanger comprising at least one duct (16) for channeling a fluid flow (18) and a plurality of elements (20) containing at least one phase-change material disposed in said duct (16). (16), characterized in that at least some of said elements (20) containing at least one phase change material can move freely in the fluid flow (18). Preferably, the heat exchanger comprises a control system for adjusting the positioning of the elements (20) containing at least one phase change material in the conduit (16).

Description

1 ECHANGEUR DE CHALEUR COMPRENANT AU MOINS UN MATERIAU A CHANGEMENT DE PHASE, PERMETTANT D'OPTIMISER ET DE MAITRISER LE TRANSFERT THERMIQUE L'invention se rapporte à un échangeur de chaleur comprenant au moins un matériau à changement de phase, permettant d'optimiser et de maîtriser le transfert thermique. Les matériaux à changement de phase également appelé MCP sont des matériaux capables de changer de phase dans une plage de température restreinte. Ces matériaux à changement de phase sont notamment utilisés dans des échangeurs de chaleur, par exemple pour la climatisation ou le rafraichissement d'un bâtiment. Selon un mode de réalisation, un matériau à changement de phase est encapsulé dans des contenants par exemple des tubes ou des plaques qui sont placés dans une enceinte traversée par un fluide. Chaque matériau à changement de phase se caractérise notamment par sa température de changement de phase qui est différente d'un matériau à l'autre. Pour les applications relatives à la climatisation ou le rafraichissement d'un bâtiment, les matériaux à changement de phase ont généralement une température de changement de phase comprise entre 0 et 30°C. Le principe de fonctionnement d'un échangeur de chaleur traversé par un fluide et qui comprend un matériau à changement de phase est le suivant : Tant que la température du fluide reste au-dessous de la température de changement de phase, le matériau à changement de phase reste à l'état solide. Lorsque la température du fluide varie et dépasse la température de changement de phase, le matériau à changement de phase fond en absorbant une partie de l'énergie thermique du fluide. Ainsi, ce changement de phase permet de refroidir le fluide. Tant que la température du fluide reste au-dessus de la température de changement de phase, le matériau à changement de phase reste à l'état liquide. Lorsque la température du fluide varie et descend en dessous de la température de changement de phase, le matériau à changement de phase se solidifie en transférant une partie de l'énergie thermique vers le fluide. Ainsi, ce changement de phase permet de réchauffer le fluide.The invention relates to a heat exchanger comprising at least one phase-change material for optimizing master the heat transfer. Phase change materials also known as MCP are materials capable of changing phase in a restricted temperature range. These phase change materials are used in particular in heat exchangers, for example for air conditioning or cooling a building. According to one embodiment, a phase change material is encapsulated in containers, for example tubes or plates which are placed in a chamber through which a fluid passes. Each phase change material is characterized in particular by its phase change temperature which is different from one material to another. For applications related to air conditioning or cooling a building, phase change materials generally have a phase change temperature of between 0 and 30 ° C. The principle of operation of a heat exchanger traversed by a fluid and which comprises a phase change material is as follows: As long as the fluid temperature remains below the phase change temperature, the material with change of phase phase remains in the solid state. When the fluid temperature varies and exceeds the phase change temperature, the phase change material melts by absorbing a portion of the thermal energy of the fluid. Thus, this phase change makes it possible to cool the fluid. As long as the fluid temperature remains above the phase change temperature, the phase change material remains in the liquid state. As the fluid temperature varies and falls below the phase change temperature, the phase change material solidifies by transferring a portion of the thermal energy to the fluid. Thus, this phase change makes it possible to heat the fluid.

3034181 2 Lorsque le fluide est de l'air prélevé à l'extérieur ou à l'intérieur d'un bâtiment pour être refoulé à l'intérieur ou à l'extérieur du bâtiment après avoir traversé l'échangeur de chaleur, ce dernier permet de réduire l'amplitude thermique à l'intérieur du bâtiment. Ainsi, durant la nuit le fluide entrant est réchauffé et le matériau à changement de phase se solidifie.3034181 2 Where the fluid is air taken outside or inside a building to be discharged inside or outside the building after passing through the heat exchanger, the heat exchanger permits to reduce the thermal amplitude inside the building. Thus, during the night the incoming fluid is heated and the phase change material solidifies.

5 Pendant la journée, en fondant, le matériau à changement de phase transmet l'énergie thermique emmagasinée la nuit au fluide, en le refroidissant. Il existe de nombreuses publications qui décrivent de tels échangeurs de chaleur. Parmi ces dernières, on peut citer la demande de brevet W02013/020583 ou la publication « Rafraîchissement d'air passif : Conception-dimensionnement-réalisation d'un échangeur 10 air-matériau à changement de phase ». La nature et la quantité de matériau à changement de phase ainsi que le nombre, les dimensions et les orientations par rapport au flux du fluide des éléments contenant le matériau à changement de phase sont déterminés en fonction de chaque application pour optimiser le stockage de l'énergie et le transfert d'énergie entre le fluide et le matériau à 15 changement de phase. En fonctionnement, toutes ces caractéristiques sont fixes. Ainsi, les éléments contenant le matériau à changement de phase sont statiques et leurs orientations par rapport au flux du fluide sont figées. Contrairement à la majorité des caractéristiques de l'échangeur de chaleur qui sont fixes, les 20 caractéristiques du fluide peuvent évoluer au fil du temps. Ainsi, il est parfois nécessaire d'ajuster la température du fluide à la sortie de l'échangeur de chaleur. Selon une première solution, il est possible de réguler la température du fluide en régulant le débit du fluide d'air qui traverse l'échangeur de chaleur. Toutefois, cette solution ne permet pas de maîtriser de manière précise la température du fluide à la sortie de 25 l'échangeur de chaleur. Selon une deuxième solution, il est possible de réguler la température du fluide en déviant une partie du fluide via un by-pass prévu en parallèle de l'échangeur de chaleur. Cependant, cette solution n'est pas satisfaisante car elle conduit à augmenter le volume occupé par l'installation et à la complexifier. De plus, elle ne permet pas d'obtenir une régulation précise. Selon un premier objectif, l'invention vise à optimiser les performances d'un échangeur de chaleur contenant un matériau à changement de phase.During the day, by melting, the phase change material transmits the thermal energy stored at night to the fluid, cooling it. There are many publications that describe such heat exchangers. Among the latter, mention may be made of patent application WO2013 / 020583 or the publication "Passive air cooling: design-dimensioning-realization of a phase-change air-material heat exchanger". The nature and quantity of phase change material as well as the number, dimensions and orientations with respect to the fluid flow of the elements containing the phase change material are determined according to each application to optimize the storage of the material. energy and energy transfer between the fluid and the phase change material. In operation, all these features are fixed. Thus, the elements containing the phase-change material are static and their orientations with respect to the flow of the fluid are fixed. Unlike most of the characteristics of the heat exchanger which are fixed, the characteristics of the fluid can change over time. Thus, it is sometimes necessary to adjust the temperature of the fluid at the outlet of the heat exchanger. According to a first solution, it is possible to regulate the temperature of the fluid by regulating the flow rate of the air fluid passing through the heat exchanger. However, this solution does not make it possible to precisely control the temperature of the fluid at the outlet of the heat exchanger. According to a second solution, it is possible to regulate the fluid temperature by deflecting a portion of the fluid via a bypass provided in parallel with the heat exchanger. However, this solution is not satisfactory because it leads to increase the volume occupied by the installation and to make it more complex. In addition, it does not allow to obtain precise regulation. According to a first objective, the invention aims to optimize the performance of a heat exchanger containing a phase change material.

3034181 3 A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur de chaleur comprenant au moins un conduit permettant de canaliser un flux de fluide et une pluralité d'éléments contenant au moins un matériau à changement de phase disposés dans ledit conduit. Selon l'invention, l'échangeur de chaleur se caractérise en ce qu'au moins certains des éléments contenant au 5 moins un matériau à changement de phase sont reliés à au moins un support par l'intermédiaire d'articulations qui permettent auxdits éléments contenant au moins un matériau à changement de phase de bouger librement dans le flux de fluide. Cette solution permet d'augmenter les échanges convectifs entre le matériau à changement de phase et le fluide. Les mouvements des éléments contenant au moins un matériau à 10 changement de phase sont naturels et ne nécessitent pas d'apport d'énergie. Selon une configuration privilégiée, les éléments contenant au moins un matériau à changement de phase sont suspendus dans le conduit. Ils ont une longueur telle qu'ils s'étendent quasiment sur toute la hauteur du conduit. Avantageusement, chaque articulation comprend au moins une rotation qui peut être une 15 rotation avec un axe de rotation parallèle à la direction du flux de fluide et/ou une rotation avec un axe de rotation perpendiculaire à la direction du flux de fluide et à la direction verticale et/ou une rotation avec un axe de rotation perpendiculaire à la direction du flux de fluide et parallèle à la direction verticale. Selon une autre caractéristique, au moins certains éléments contenant au moins un 20 matériau à changement de phase comprennent au moins deux contenants élémentaires mis bout à bout et reliés entre eux par une articulation. Cette solution permet d'obtenir des mouvements plus amples et augmente les vitesses relatives entre les contenants et le fluide. L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur qui permet de mieux maîtriser les échanges thermiques. A cet effet, l'échangeur de chaleur comprend un système de 25 réglage pour ajuster le positionnement des éléments contenant au moins un matériau à changement de phase dans le conduit. Selon une configuration, les éléments contenant au moins un matériau à changement de phase sont orientés verticalement et agencés selon plusieurs colonnes perpendiculaires à la direction du flux de fluide et/ou selon plusieurs lignes parallèles à la direction du flux de 30 fluide. Selon l'invention, le système de réglage est configuré pour permettre : - le réglage du pas entre chaque colonne, et/ou 3034181 4 - le réglage du pas entre chaque ligne, et/ou - un décalage des colonnes les unes par rapport aux autres, et/ou - un décalage des lignes les unes par rapport aux autres. La variation d'écartement entre les éléments contenant au moins un matériau à changement 5 de phase permet de réguler les échanges convectifs, les pertes de charge de l'échangeur, la température de sortie de l'échangeur. Elle permet également de faire varier la compacité de l'échangeur et/ou de modifier le taux de matériau à changement de phase dans l'échangeur. Le décalage des colonnes ou des lignes permet de passer d'un arrangement carré ou rectangulaire à un arrangement en quinconce ce qui permet de pouvoir réguler les échanges 10 thermiques et les pertes de charge. Selon une autre caractéristique, les éléments contenant au moins un matériau à changement de phase sont suspendus à au moins un tronçon du conduit et/ou à un support montés pivotant autour d'un axe de rotation : - parallèle à la direction du flux de fluide, ou 15 - perpendiculaire à la direction du flux de fluide et à la verticale. Cette solution permet de pouvoir moduler les échanges thermiques et les pertes de charge de l'échangeur. De plus, elle permet d'écarter les éléments contenant au moins un matériau à changement de phase d'une paroi. Cet écartement va favoriser le passage du flux de fluide et générer un phénomène de by-pass.For this purpose, the invention relates to a heat exchanger comprising at least one conduit for channeling a fluid flow and a plurality of elements containing at least one phase change material disposed in said conduit. According to the invention, the heat exchanger is characterized in that at least some of the elements containing at least one phase change material are connected to at least one support by means of articulations which allow said elements containing at least one phase change material to move freely in the fluid flow. This solution makes it possible to increase the convective exchanges between the phase-change material and the fluid. The movements of the elements containing at least one phase change material are natural and do not require energy input. In a preferred configuration, the elements containing at least one phase change material are suspended in the conduit. They have a length such that they extend almost the entire height of the conduit. Advantageously, each hinge comprises at least one rotation which may be a rotation with an axis of rotation parallel to the direction of the fluid flow and / or a rotation with an axis of rotation perpendicular to the direction of the fluid flow and the direction vertical and / or rotation with an axis of rotation perpendicular to the direction of the fluid flow and parallel to the vertical direction. According to another characteristic, at least some elements containing at least one phase change material comprise at least two elementary containers placed end to end and interconnected by a joint. This solution makes it possible to obtain greater movements and increases the relative speeds between the containers and the fluid. The subject of the invention is also a heat exchanger which makes it possible to better control the heat exchanges. For this purpose, the heat exchanger comprises a setting system for adjusting the positioning of the elements containing at least one phase change material in the conduit. In one configuration, the elements containing at least one phase change material are vertically oriented and arranged in a plurality of columns perpendicular to the direction of the fluid flow and / or along a plurality of lines parallel to the direction of the fluid flow. According to the invention, the adjustment system is configured to allow: - the adjustment of the pitch between each column, and / or 3034181 4 - the adjustment of the pitch between each line, and / or - an offset of the columns with respect to the others, and / or - a shift of the lines relative to each other. The variation in spacing between the elements containing at least one phase change material makes it possible to regulate the convective exchanges, the pressure drops of the heat exchanger and the exit temperature of the heat exchanger. It also makes it possible to vary the compactness of the exchanger and / or to modify the rate of phase change material in the exchanger. The offset of the columns or lines makes it possible to go from a square or rectangular arrangement to a staggered arrangement which makes it possible to regulate the heat exchanges and the pressure drops. According to another characteristic, the elements containing at least one phase-change material are suspended on at least one section of the conduit and / or with a support mounted pivoting about an axis of rotation: parallel to the direction of the fluid flow or 15 - perpendicular to the direction of fluid flow and vertical. This solution makes it possible to modulate the heat exchanges and the pressure drops of the heat exchanger. In addition, it allows to remove elements containing at least one phase change material of a wall. This separation will promote the passage of the fluid flow and generate a bypass phenomenon.

20 Selon une autre caractéristique, les éléments contenant au moins un matériau à changement de phase sont suspendus à un support monté pivotant autour d'un axe de rotation parallèle à la direction verticale. Cette solution permet de modifier la face des éléments contenant au moins un matériau à changement de phase soumise à la plus forte intensité d'échange.According to another characteristic, the elements containing at least one phase change material are suspended from a support pivotally mounted about an axis of rotation parallel to the vertical direction. This solution makes it possible to modify the face of the elements containing at least one phase-change material subjected to the highest intensity of exchange.

25 D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une vue de côté d'un échangeur de chaleur qui illustre une première variante de l'invention, 30 La figure 2 est une vue de côté d'un échangeur de chaleur qui illustre une deuxième variante de l'invention, La figure 3 est une vue de face de l'échangeur de chaleur visible sur la figure 1, 3034181 5 La figure 4A est une vue de dessus d'un échangeur de chaleur selon l'invention qui illustre un premier agencement des éléments contenant un matériau à changement de phase, La figure 4B est une vue de dessus de l'échangeur de chaleur de la figure 4A qui 5 illustre un premier réglage de la position des éléments contenant un matériau à changement de phase , La figure 4C est une vue de dessus de l'échangeur de chaleur de la figure 4A qui illustre un second réglage de la position des éléments contenant un matériau à changement de phase, 10 La figure 5A est une vue de dessus d'un échangeur de chaleur selon l'invention, La figure 5B est une vue de dessus de l'échangeur de chaleur de la figure 5A qui illustre un troisième réglage de la position des éléments contenant un matériau à changement de phase, La figure 6A est une vue de face d'un échangeur de chaleur selon l'invention, 15 La figure 6B est une vue de face de l'échangeur de chaleur de la figure 6A qui illustre un quatrième réglage de la position des éléments contenant un matériau à changement de phase, La figure 7 est une vue de face illustrant en détails une liaison entre un support et un conduit.Other features and advantages will become apparent from the following description of the invention, a description given by way of example only, with reference to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a side view of a heat exchanger FIG. 2 is a side view of a heat exchanger illustrating a second variant of the invention. FIG. 3 is a front view of the visible heat exchanger. 4A is a top view of a heat exchanger according to the invention which illustrates a first arrangement of the elements containing a phase change material, FIG. 4B is a top view of the Figure 4A is a heat exchanger of Figure 4A illustrating a first adjustment of the position of the elements containing a phase change material. Figure 4C is a top view of the heat exchanger of Figure 4A illustrating a second control. The position of the elements containing a phase change material is shown in FIG. 5A. FIG. 5B is a top view of a heat exchanger according to the invention. FIG. 5B is a top view of the heat exchanger of FIG. FIG. 5A illustrates a third adjustment of the position of the elements containing a phase change material, FIG. 6A is a front view of a heat exchanger according to the invention, FIG. 6B is a front view of the FIG. 7 is a front view illustrating in detail a connection between a carrier and a conduit. FIG. 7 is a front view illustrating in detail a connection between a carrier and a conduit.

20 Sur les différentes figures, on a représenté de manière schématique un échangeur de chaleur 10 configuré pour assurer un transfert d'énergie thermique entre un fluide 12 et au moins un matériau à changement de phase 14. Pour la suite de la description, l'expression un ou le matériau à changement de phase signifie au moins un matériau à changement de phase. Selon un mode de réalisation, le matériau à 25 changement de phase est choisi parmi les paraffines ayant une température de fusion comprise entre 20 et 30°C. Selon un mode de réalisation, le fluide 12 est un gaz et plus particulièrement de l'air. Selon une application, l'échangeur de chaleur 10 permet de réguler la température de l'air capté à l'extérieur d'un bâtiment et refoulé à l'intérieur du bâtiment et/ou capté à l'intérieur d'un 30 bâtiment et refoulé à l'extérieur du bâtiment et/ou capté à l'intérieur d'un bâtiment et refoulé à l'intérieur du bâtiment. Ainsi, il est possible d'obtenir un système de rafraîchissement passif de l'air.In the various figures, there is shown schematically a heat exchanger 10 configured to ensure a transfer of thermal energy between a fluid 12 and at least one phase change material 14. For the following description, the expression one or the phase change material means at least one phase change material. According to one embodiment, the phase change material is selected from paraffins having a melting temperature between 20 and 30 ° C. According to one embodiment, the fluid 12 is a gas and more particularly air. According to one application, the heat exchanger 10 makes it possible to regulate the temperature of the air captured outside a building and discharged inside the building and / or picked up inside a building and pushed back outside the building and / or captured inside a building and pushed back inside the building. Thus, it is possible to obtain a passive air cooling system.

3034181 6 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce fluide ou à cette application. L'échangeur de chaleur comprend au moins un conduit 16 qui permet de canaliser un flux de fluide matérialisé par une flèche 18 sur les figures 1, 2, 4A à 4C, 5A et 5B. Ce conduit 16 comprend au moins une paroi.Naturally, the invention is not limited to this fluid or to this application. The heat exchanger comprises at least one duct 16 which makes it possible to channel a flow of fluid represented by an arrow 18 in FIGS. 1, 2, 4A to 4C, 5A and 5B. This duct 16 comprises at least one wall.

5 Selon un mode de réalisation, le conduit 16 a une section carrée ou rectangulaire et comprend quatre parois. Cependant, d'autres sections sont envisageables pour le conduit 16. Pour la suite de la description, l'échangeur de chaleur 10 est fixe dans un référentiel noté XYZ. La direction Z correspond à la direction verticale.According to one embodiment, the duct 16 has a square or rectangular section and comprises four walls. However, other sections are possible for the conduit 16. For the rest of the description, the heat exchanger 10 is fixed in a referential XYZ noted. The Z direction corresponds to the vertical direction.

10 Pour simplifier les figures, les parois du conduit sont parallèles à la direction X. Ainsi, le flux 18 de fluide est parallèle à la direction X. L'échangeur de chaleur 10 comprend une pluralité d'éléments 20 contenant un matériau à changement de phase, disposés dans le conduit 16. Pour la suite de la description, un élément 20 contenant le matériau à changement de phase est appelé un contenant de 15 MCP 20. Avantageusement, l'échangeur de chaleur 10 comprend au moins cinquante contenants de MCP 20. De préférence, l'échangeur de chaleur 10 comprend au moins cent contenants de MCP 20. Selon un premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, un contenant de MCP 20 est un 20 tube rectiligne creux fermé à chacune de ses extrémités. Selon un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 2, un contenant de MCP 20 comprend plusieurs tubes rectilignes creux mis bout à bout, chaque tube étant fermé à chacune de ses extrémités. De préférence, le contenant de MCP 20 a une section circulaire et un diamètre compris entre 5 et 50 mm Cependant, d'autres sections avec d'autres dimensions sont envisageables.To simplify the figures, the walls of the duct are parallel to the X direction. Thus, the fluid flow 18 is parallel to the X direction. The heat exchanger 10 comprises a plurality of elements 20 containing a material having a change of direction. In the following description, an element 20 containing the phase change material is called an MCP 20 container. Advantageously, the heat exchanger 10 comprises at least 50 containers of MCP 20. Preferably, the heat exchanger 10 comprises at least one hundred containers of MCP 20. According to a first embodiment illustrated in FIG. 1, an MCP container 20 is a hollow rectilinear tube closed at each of its ends. According to a second embodiment illustrated in FIG. 2, an MCP container 20 comprises several hollow rectilinear tubes placed end to end, each tube being closed at each of its ends. Preferably, the MCP container 20 has a circular section and a diameter of between 5 and 50 mm. However, other sections with other dimensions are possible.

25 Les contenants de MCP sont réalisés en un matériau favorisant les échanges thermiques entre le matériau à changement de phase et le fluide. De plus, l'épaisseur du contenant de MCP doit être la plus faible possible pour favoriser les échanges thermiques entre le matériau à changement de phase et le fluide. Selon un mode de réalisation, le contenant de MCP 20 est en polyéthylène. Toutefois, 30 d'autres matériaux sont envisageables. Quelle que soit la variante, un contenant de MCP 20 comprend au moins une enveloppe qui peut être souple ou rigide.The MCP containers are made of a material that promotes heat exchange between the phase change material and the fluid. In addition, the thickness of the MCP container must be as small as possible to promote heat exchange between the phase change material and the fluid. According to one embodiment, the MCP container 20 is made of polyethylene. However, other materials are conceivable. Whatever the variant, an MCP container 20 comprises at least one envelope that can be flexible or rigid.

3034181 7 Selon un agencement privilégié, chaque contenant de MCP 20 est longiligne et sa plus grande dimension est orientée selon une direction perpendiculaire au flux 18 de fluide. De plus, les contenants de MCP 20 ont une longueur telle qu'ils s'étendent quasiment d'une paroi à l'autre du conduit.In a preferred arrangement, each MCP container 20 is elongate and its largest dimension is oriented in a direction perpendicular to the fluid flow 18. In addition, the containers of MCP 20 have a length such that they extend almost from one wall to another of the conduit.

5 Selon une caractéristique de l'invention, les contenants de MCP 20 sont mobiles par rapport au conduit 16. Avantageusement, au moins certains contenant de MCP 20, et de préférence tous, sont reliés à au moins un support 22 par l'intermédiaire d'articulations 24 (une pour chaque contenant) qui permettent auxdits contenants de MCP 20 de bouger librement. Ainsi, 10 lorsqu'un flux 18 de fluide s'écoule entre les contenants de MCP 20, ces derniers bougent librement grâce aux articulations 24. Selon l'invention, le mouvement des contenants de MCP 20 découle de la combinaison du flux 18 de fluide et des articulations 24. Cette solution permet d'optimiser le transfert thermique en augmentant les échanges convectifs entre le matériau à changement de phase 14 et le fluide 12 grâce d'une part au 15 brassage du matériau à changement de phase 14 dans les contenants de MCP 20, et d'autre part, à l'augmentation des perturbations du flux 18 de fluide au contact des contenants de MCP 20. Selon un autre avantage, les mouvements des contenants de MCP 20 sont naturels et ne nécessitent pas d'apport d'énergie. De préférence, les mouvements des contenants de MCP 20 sont aléatoires. Le caractère 20 aléatoire des mouvements provient du fait que les contenants de MCP 20 ne sont pas parfaitement alignés et/ou le flux n'est pas régulier et laminaire sur toute la section du conduit. Selon une configuration privilégiée, les contenants de MCP 20 sont suspendus et leurs extrémités supérieures sont reliées au support 22 par l'intermédiaire des articulations 24, 25 ledit support 22 étant positionné en partie supérieure ou au-dessus du conduit 16. A flux constant, cette configuration permet d'augmenter l'amplitude des mouvements des contenants de MCP 20. Selon un mode de réalisation simplifié, le conduit 16 assure la fonction de support 22. Selon une première variante illustrée sur la figure 1, chaque contenant de MCP 20 comprend 30 un unique contenant. Cette solution a pour avantage d'être simple, d'offrir une meilleure compacité et améliore les échanges internes au matériau à changement de phase.According to one characteristic of the invention, the MCP containers 20 are movable relative to the conduit 16. Advantageously, at least some MCP 20 containers, and preferably all, are connected to at least one support 22 via hinges 24 (one for each container) which allow said MCP containers to move freely. Thus, when fluid flow 18 flows between the MCP containers 20, the latter move freely through the hinges 24. According to the invention, the movement of the MCP 20 containers results from the combination of the fluid flow 18 24. This solution makes it possible to optimize the heat transfer by increasing the convective exchanges between the phase change material 14 and the fluid 12 by, on the one hand, stirring the phase change material 14 in the containers of MCP 20, and on the other hand, to the increased disturbances of the flow of fluid 18 in contact with the containers of MCP 20. According to another advantage, the movements of the containers of MCP 20 are natural and do not require a contribution of 'energy. Preferably, the movements of the MCP containers are random. The randomness of the movements is due to the fact that the MCP containers 20 are not perfectly aligned and / or the flow is not regular and laminar over the entire section of the conduit. In a preferred configuration, the MCP containers 20 are suspended and their upper ends are connected to the support 22 via the hinges 24, 25 said support 22 being positioned in the upper part or above the conduit 16. A constant flow, this configuration makes it possible to increase the amplitude of the movements of the containers of MCP 20. According to a simplified embodiment, the duct 16 performs the support function 22. According to a first variant illustrated in FIG. 1, each MCP container 20 comprises 30 a single container. This solution has the advantage of being simple, to offer a better compactness and improves the internal exchanges of the phase-change material.

3034181 8 Selon une autre variante illustrée sur la figure 2, au moins certains contenants de MCP 20, et de préférence tous, comprennent au moins deux contenants élémentaires 25 mis bout à bout. Cette solution permet d'utiliser plusieurs matériaux à changement de phase. Selon un premier mode de réalisation, les contenants élémentaires 25 sont reliés entre eux 5 par des liaisons rigides. Selon un autre mode de réalisation visible sur la figure 2, les contenants élémentaires 25 adjacents sont reliés par une articulation 24 si bien que lesdits contenants élémentaires 25 sont mobiles entre eux. Cette solution permet d'obtenir des mouvements plus amples et augmente les vitesses relatives entre les contenants et le fluide. Avantageusement, l'articulation 24 est configurée pour autoriser au moins un mouvement 10 de rotation. Selon un mode de réalisation, l'articulation 24 est configurée pour autoriser uniquement un mouvement de rotation Rz selon un axe parallèle à la direction Z. Cette configuration permet d'homogénéiser le changement de phase du matériau 14 sur tout le pourtour du contenant de MCP 20. De plus, dans le cas d'un contenant de MCP 20 avec une section non cylindrique, 15 ce mouvement de rotation Rz va accroître les perturbations du flux 18 de fluide ce qui va contribuer à augmenter les échanges convectifs entre le matériau à changement de phase et le fluide. Selon un autre mode de réalisation, l'articulation 24 est configurée pour autoriser uniquement un mouvement de rotation Rx selon un axe parallèle à la direction X, soit 20 parallèle à la direction du flux 18 de fluide. Cette configuration va permettre d'accroître les échanges convectifs entre le matériau à changement de phase et le fluide. Selon un autre mode de réalisation, l'articulation 24 est configurée pour autoriser uniquement un mouvement de rotation Ry selon un axe parallèle à la direction Y, soit perpendiculaire à la direction du flux 18 de fluide. Cette configuration va permettre 25 d'accroître les échanges convectifs entre le matériau à changement de phase et le fluide. Selon un mode de réalisation, chaque articulation 24 est une liaison rotule. Cette configuration limite l'apparition d'un phénomène de by-pass. En variante, chaque articulation 24 est une combinaison des articulations Rx et/ou Ry et/ou Rz.According to another variant illustrated in FIG. 2, at least some MCP containers 20, and preferably all, comprise at least two elementary containers 25 placed end-to-end. This solution makes it possible to use several phase-change materials. According to a first embodiment, the elementary containers 25 are interconnected by rigid links. According to another embodiment visible in FIG. 2, the adjacent elementary containers 25 are connected by a hinge 24 so that said elementary containers 25 are movable with each other. This solution makes it possible to obtain greater movements and increases the relative speeds between the containers and the fluid. Advantageously, the hinge 24 is configured to allow at least one rotation movement. According to one embodiment, the hinge 24 is configured to allow only a rotational movement Rz along an axis parallel to the Z direction. This configuration makes it possible to homogenize the phase change of the material 14 all around the periphery of the MCP container. 20. In addition, in the case of a MCP container 20 with a non-cylindrical section, this rotational movement Rz will increase the disturbances of the fluid flow 18 which will contribute to increasing the convective exchanges between the material to be changed. phase and fluid. According to another embodiment, the hinge 24 is configured to allow only a rotational movement Rx along an axis parallel to the X direction, ie parallel to the direction of the fluid flow 18. This configuration will make it possible to increase the convective exchanges between the phase-change material and the fluid. According to another embodiment, the hinge 24 is configured to allow only a rotational movement Ry along an axis parallel to the Y direction, ie perpendicular to the direction of the fluid flow 18. This configuration will make it possible to increase the convective exchanges between the phase-change material and the fluid. According to one embodiment, each hinge 24 is a ball joint. This configuration limits the occurrence of a bypass phenomenon. In a variant, each articulation 24 is a combination of the articulations Rx and / or Ry and / or Rz.

30 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce type d'articulation. Ainsi, l'articulation 24 peut autoriser d'autres mouvements, comme par exemple un mouvement de translation oscillant selon la direction Tz parallèle à l'axe Z.Of course, the invention is not limited to this type of articulation. Thus, the articulation 24 may allow other movements, such as for example a translation movement oscillating in the direction Tz parallel to the Z axis.

3034181 9 Selon une configuration illustrée sur les figures 4A, 5A, 6A, les contenants de MCP 20 sont agencés selon plusieurs lignes 26.1 à 26.n (n étant un entier correspondant au nombre de lignes) et/ou selon plusieurs colonnes 28.1 à 28.m (m étant un entier correspondant au nombre de colonnes). Les lignes 26.1 à 26.n sont parallèles à la direction X et les colonnes 5 28.1 à 28.m sont parallèles à la direction Y. Pour une même ligne, les contenants de MCP 20 sont répartis avec un premier pas Px. Pour une même colonne, les contenants de MCP 20 sont répartis avec un second pas Py. Le second pas Py ne doit pas être inférieur ou égal à 1,25 fois le diamètre des tubes contenant le MCP pour ne pas trop augmenter les pertes de charge.In a configuration illustrated in FIGS. 4A, 5A, 6A, the containers of MCP 20 are arranged along several lines 26.1 to 26.n (n being an integer corresponding to the number of lines) and / or according to several columns 28.1 to 28 .m (m being an integer corresponding to the number of columns). The lines 26.1 to 26.n are parallel to the X direction and the columns 28.1 to 28.m are parallel to the Y direction. For the same line, the MCP 20 containers are distributed with a first pitch Px. For the same column, the containers of MCP 20 are distributed with a second pitch Py. The second pitch Py must not be less than or equal to 1.25 times the diameter of the tubes containing the MCP in order not to increase the pressure drops too much.

10 Le second pas Py ne doit pas être supérieur ou égal à 2 à 3 fois le diamètre des tubes contenant le MCP pour obtenir les effets recherchés. Le premier pas Px doit être compris entre 1,1 fois le diamètre des tubes contenant le MCP et 5 à 6 fois ledit diamètre pour obtenir les effets recherchés. Pour chaque colonne, la distance séparant le premier contenant de MCP d'une première 15 paroi et/ou la distance séparant le dernier contenant de MCP d'une deuxième paroi doivent être comprises dans une plage donnée, entre 0,55 fois le diamètre des tubes contenant le MCP et 5 à 6 fois ledit diamètre pour permettre aux contenants de MCP 20 de bouger librement et pour limiter le passage du flux 18 de fluide contre les parois ou pour permettre un by-pass.The second pitch Py must not be greater than or equal to 2 to 3 times the diameter of the tubes containing the PCM to obtain the desired effects. The first pitch Px must be between 1.1 times the diameter of the tubes containing the MCP and 5-6 times said diameter to obtain the desired effects. For each column, the distance between the first MCP container of a first wall and / or the distance separating the last MCP container from a second wall must be within a given range, between 0.55 times the diameter of the tubes containing the MCP and 5 to 6 times said diameter to allow MCP containers 20 to move freely and to limit the passage of fluid flow 18 against the walls or to allow a bypass.

20 Selon un mode de réalisation, les pas Px et Py sont fixes et ne peuvent pas être modifiés au cours du temps. Selon une caractéristique de l'invention, l'échangeur de chaleur 10 comprend un système de réglage pour ajuster le positionnement des contenants de MCP 20 par rapport au conduit 16. Grâce à cette caractéristique, il est possible de mieux maîtriser les échanges thermiques 25 et de mieux réguler certains paramètres du flux de fluide en sortie de l'échangeur comme par exemple sa température, son débit. Selon une première variante, l'échangeur de chaleur 10 comprend un système pour régler au moins un des deux pas Px et/ou Py, plus particulièrement le pas Px. Selon une autre variante, l'échangeur de chaleur 10 comprend un système pour décaler les 30 colonnes les unes par rapport aux autres. Ainsi, les contenants de MCP 20 ne sont plus disposés selon des lignes comme illustré sur la figure 4B.According to one embodiment, the steps Px and Py are fixed and can not be modified over time. According to a characteristic of the invention, the heat exchanger 10 comprises an adjustment system for adjusting the positioning of the MCP containers 20 with respect to the duct 16. Thanks to this characteristic, it is possible to better control the heat exchanges 25 and to better regulate certain parameters of the fluid flow at the outlet of the exchanger, for example its temperature, its flow rate. According to a first variant, the heat exchanger 10 comprises a system for adjusting at least one of the two steps Px and / or Py, more particularly the pitch Px. According to another variant, the heat exchanger 10 comprises a system for shifting the columns relative to one another. Thus, the MCP containers 20 are no longer arranged along lines as shown in FIG. 4B.

3034181 10 Selon une autre variante, l'échangeur de chaleur 10 comprend un système pour décaler les lignes les unes par rapport aux autres. Ainsi, les contenants de MCP 20 ne sont plus alignés selon des colonnes. Selon un mode de réalisation, les contenants de MCP 20 d'une même colonne sont reliés à 5 un même support 30. L'échangeur de chaleur comprend de préférence autant de supports 30 que de colonnes 28.1 à 28.m. Selon une configuration, pour chaque support 30, le pas Py est fixe et constant. Ainsi, les contenants de MCP 20 d'un même support 30 sont régulièrement espacés. Au moins un support 30 est relié au conduit 16 par une liaison non permanente qui permet 10 de modifier la position du support 30 par rapport au conduit 16. Comme illustré sur la figure 7, chaque support 30 se présente sous la forme d'une barrette avec à chacune de ses extrémités des encoches 32 qui coopèrent avec deux glissières 34 solidaires du conduit 16. Selon ce mode de réalisation, il est possible de modifier la position de chaque barrette selon 15 la direction Y en changeant d'encoches. De la sorte, les colonnes peuvent être décalées les unes par rapport aux autres, comme illustré sur la figure 4B. Selon ce mode de réalisation, il est possible de modifier la position de chaque barrette selon la direction X en faisant glisser la barrette le long des glissières 34. De la sorte, le pas Px peut être modifié entre les différentes colonnes, comme illustré sur la figure 4C.According to another variant, the heat exchanger 10 comprises a system for shifting the lines relative to one another. Thus, the containers of MCP 20 are no longer aligned in columns. According to one embodiment, the MCP containers 20 of the same column are connected to the same support 30. The heat exchanger preferably comprises as many supports 30 as columns 28.1 to 28.m. According to one configuration, for each support 30, the pitch Py is fixed and constant. Thus, the containers of MCP 20 of the same support 30 are regularly spaced. At least one support 30 is connected to the duct 16 by a non-permanent connection which makes it possible to modify the position of the support 30 with respect to the duct 16. As illustrated in FIG. 7, each support 30 is in the form of a bar with at each of its ends notches 32 which cooperate with two slides 34 secured to the conduit 16. According to this embodiment, it is possible to change the position of each bar in the Y direction by changing notches. In this way, the columns can be shifted relative to each other, as shown in Figure 4B. According to this embodiment, it is possible to modify the position of each strip in the X direction by sliding the strip along the slideways 34. In this way, the pitch Px can be modified between the different columns, as shown in FIG. Figure 4C.

20 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation visible sur la figure 7 pour modifier les positions des contenants de MCP 20. Selon une autre variante, l'échangeur de chaleur 10 comprend un système pour régler le pas Py. Selon un mode de réalisation illustré sur les figures 6A et 6B, le conduit 16 et/ou le support 25 22 sont montés pivotant autour d'un axe de rotation 36 parallèle à la direction X (soit parallèle au flux 18 de fluide). Cette solution permet de pouvoir ajuster simultanément le pas entre toutes les lignes. De plus, elle permet de générer un espacement plus important d'un côté des contenants de MCP 20 qui va favoriser le passage du flux de fluide et générer un phénomène de by-pass.Of course, the invention is not limited to the embodiment shown in FIG. 7 for modifying the positions of the MCP 20 containers. According to another variant, the heat exchanger 10 comprises a system for adjusting the pitch Py. . According to an embodiment illustrated in FIGS. 6A and 6B, the duct 16 and / or the support 22 are pivotally mounted about an axis of rotation 36 parallel to the direction X (ie parallel to the flow 18 of fluid). This solution makes it possible to simultaneously adjust the pitch between all the lines. In addition, it makes it possible to generate a greater spacing on one side of the MCP containers 20 which will promote the passage of the fluid flow and generate a bypass phenomenon.

30 De préférence, le support 22 est relié à un tronçon du conduit 16 qui peut pivoter par rapport au reste du conduit 16.Preferably, the support 22 is connected to a section of the duct 16 which can pivot relative to the remainder of the duct 16.

3034181 11 Comme illustré sur la figure 6A, les contenants de MCP 20 sont suspendus et espacés avec un pas Py. Après pivotement, comme illustré sur la figure 6B, les contenants de MCP20 sont espacés avec un pas Py' égal à Py/cosa, a étant l'angle de rotation du support 22 et/ou du conduit 16.As shown in FIG. 6A, the containers of MCP 20 are suspended and spaced with a pitch Py. After pivoting, as illustrated in FIG. 6B, the containers of MCP20 are spaced with a pitch Py 'equal to Py / cosa, a being the angle of rotation of the support 22 and / or of the duct 16.

5 Selon une autre variante, l'échangeur de chaleur 10 comprend un système pour modifier l'orientation des lignes 26.1 à 16.n et des colonnes 28.1 à 28.m par rapport à la direction du flux 18 de fluide. Selon un mode de réalisation illustré sur les figures 5A et 5B, les contenants de MCP 20 sont reliés à un support 22 qui est relié au conduit 16 par une liaison configurée de manière à 10 permettre au support 22 de pivoter selon un axe de rotation 38 parallèle à l'axe Z. Ainsi, comme illustré sur la figure 5A, les lignes 26.1 à 26.n sont parallèles avec la direction du flux 18 de fluide. Après pivotement du support 22 autour de l'axe de rotation 38, les lignes 26.1 à 26.n ne sont plus parallèles à la direction du flux 18 de fluide. Selon un autre mode de réalisation, le conduit 16 et/ou le support 22 sont montés pivotant 15 autour d'un axe de rotation parallèle à la direction Y (soit perpendiculaire au flux 18 de fluide et à la verticale). Cette solution permet de pouvoir ajuster simultanément le pas entre toutes les colonnes. De plus, elle permet de générer un espacement plus important sous les contenants de MCP 20 qui va favoriser le passage du flux de fluide et générer un phénomène de by-pass.According to another variant, the heat exchanger 10 comprises a system for modifying the orientation of the lines 26.1 to 16.n and columns 28.1 to 28.m with respect to the direction of the fluid flow 18. According to an embodiment illustrated in FIGS. 5A and 5B, the MCP containers 20 are connected to a support 22 which is connected to the duct 16 by a connection configured so as to allow the support 22 to pivot about an axis of rotation 38 parallel to the Z axis. Thus, as illustrated in FIG. 5A, the lines 26.1 to 26.n are parallel with the direction of the fluid flow 18. After pivoting the support 22 around the axis of rotation 38, the lines 26.1 to 26.n are no longer parallel to the direction of the flow 18 of fluid. In another embodiment, the conduit 16 and / or the support 22 are pivotally mounted around an axis of rotation parallel to the Y direction (perpendicular to the fluid flow 18 and vertically). This solution makes it possible to simultaneously adjust the pitch between all the columns. In addition, it allows to generate a greater spacing under the containers of MCP 20 which will promote the passage of the fluid stream and generate a by-pass phenomenon.

20 Les différentes variantes présentées ci-dessus peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou être combinées. De préférence, les différents systèmes de réglages de la position des contenants de MCP20 peuvent être activés lors du fonctionnement de l'échangeur de chaleur. Il n'est pas nécessaire de stopper l'écoulement du flux 18 de fluide ou de démonter l'échangeur.The different variants presented above can be implemented independently of each other or combined. Preferably, the different systems for setting the position of the MCP20 containers can be activated during the operation of the heat exchanger. It is not necessary to stop the flow of fluid flow 18 or to disassemble the exchanger.

25 Avantageusement, les différents systèmes de réglages sont automatisés grâce à des actionneurs.Advantageously, the various adjustment systems are automated thanks to actuators.

Claims

REVENDICATIONS1. A heat exchanger comprising at least one conduit (16) for channeling a fluid flow (18) and a plurality of elements (20) containing at least one phase change material disposed in said conduit (16), characterized in that at least some of said elements (20) containing at least one phase change material are connected to at least one support (22) via hinges (24) which allow said elements (20) containing at least one phase change material to move freely in the fluid flow (18).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the elements (20) containing at least one phase-change material are suspended, their upper ends being connected to the support (22) via the joints (24). said support (22) being positioned at the top or above the conduit (16).

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that each element (20) containing at least one phase change material is elongate and has a length such that it extends almost from one wall to the other. other of the duct (16).

4. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that each joint (24) comprises at least one rotation.

Exchanger according to Claim 4, characterized in that the rotation is a rotation (Rx) with an axis of rotation parallel to the direction of the fluid flow (18) and / or a rotation (Ry) with a perpendicular axis of rotation. to the direction of the fluid flow (18) and to the vertical direction and / or rotation (Rz) with an axis of rotation perpendicular to the direction of the fluid flow (18) and parallel to the vertical direction.

6. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that at least some elements (20) containing at least one phase change material comprise at least two elementary containers (25) placed end to end and connected between they by a joint (24).

7. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a control system for adjusting the positioning of the elements (20) containing at least one phase change material in the conduit (16).

8. Heat exchanger according to claim 7, characterized in that the elements (20) containing at least one phase change material are oriented vertically and arranged in a plurality of columns (28.1 to 28.m) perpendicular to the direction of the fluid flow (18) and that the adjustment system is configured to allow the setting of the pitch (Px) between each column (28.1 to 28m).

9. Heat exchanger according to claim 7 or 8, characterized in that the elements (20) containing at least one phase change material are oriented vertically and arranged in a plurality of columns (28.1 to 28m) perpendicular to the direction. fluid flow (18) and that the adjustment system is configured to allow the columns to be shifted relative to one another.

10. Heat exchanger according to claim 8 or 9, characterized in that the elements (20) containing at least one phase change material of the same column are connected to the same support (30), at least one support (30) being connected to the duct (16) by a non-permanent connection which makes it possible to modify the position of the support (30) with respect to the duct (16).

11. Heat exchanger according to one of claims 7 to 10, characterized in that the elements (20) containing at least one phase change material are oriented vertically and arranged along a plurality of parallel lines (26.1 to 26.n). to the direction of the fluid flow (18) and that the adjustment system is configured to allow a shift of the lines relative to one another.

12. Heat exchanger according to one of claims 7 to 11, characterized in that the elements (20) containing at least one phase change material are oriented vertically and arranged along a plurality of parallel lines (26.1 to 26.n). at the direction of the fluid flow (18) and in that the adjustment system is configured to allow the adjustment of the pitch (Py) between each line (26.1 to 26.n).

13. Heat exchanger according to one of claims 7 to 12, characterized in that the elements (20) containing at least one phase change material are suspended from at least one section of the duct (16) and / or from a carrier (22) pivotally mounted about an axis of rotation (36) parallel to the direction of the fluid flow (18).

14. Heat exchanger according to one of claims 7 to 13, characterized in that the elements (20) containing at least one phase change material are suspended from at least one section of the duct (16) and / or from a carrier (22) pivotally mounted about an axis of rotation perpendicular to the direction of the fluid flow (18) and vertically. 3034181 14

15. Heat exchanger according to one of claims 7 to 14, characterized in that the elements (20) containing at least one phase change material are suspended from a support (22) pivotally mounted about an axis of rotation (38) parallel to the vertical direction.