FR3052109A1 - Module d’echange thermique, face avant et vehicule automobile correspondants - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un module d'échange thermique (1), notamment pour véhicule automobile, comprenant au moins deux échangeurs thermiques (3, 5) destinés à être traversés par un flux d'air, dont : - un premier échangeur thermique (3) destiné à être parcouru par un premier fluide tel qu'un fluide réfrigérant et - un deuxième échangeur thermique (5) destiné à être parcouru par un deuxième fluide tel qu'un fluide caloporteur, et agencé en aval du premier échangeur thermique (3) selon le sens d'écoulement du flux d'air à travers les deux échangeurs thermiques. Selon l'invention, le module d'échange thermique (1) comprend au moins un troisième échangeur thermique (7) pour le refroidissement du premier fluide distinct du deuxième échangeur thermique (5) et agencé en amont du premier échangeur thermique (3) selon le sens de circulation du premier fluide et à distance du deuxième échangeur thermique (5), de sorte que le premier fluide est successivement refroidi par le troisième (7) et le premier (3) échangeurs thermiques.

Description

Module d’échange thermique, face avant et véhicule automobile correspondants L’invention est du domaine des installations de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation notamment pour véhicule automobile. L’invention a pour objet un module d’échange thermique d’une telle installation. L’invention a encore pour objet une face avant de véhicule automobile comprenant un tel module d’échange thermique.
Un véhicule automobile est couramment équipé d’une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour modifier l’air contenu à l’intérieur de l’habitacle du véhicule en délivrant un flux d’air conditionné à l’intérieur de l’habitacle.
Une telle installation comprend généralement une boucle de climatisation à l’intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant et une boucle secondaire à l’intérieur de laquelle circule un fluide caloporteur.
De façon classique, la boucle de climatisation ou circuit de fluide réfrigérant comprend un échangeur thermique, apte à agir en tant que condenseur ou en tant que refroidisseur de gaz, permettant un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d’air, de manière à refroidir le fluide réfrigérant. De manière à pouvoir être traversé par un flux d’air extérieur au véhicule automobile, cet échangeur thermique de la boucle de climatisation est généralement agencé dans le bloc avant aussi appelé face avant du véhicule. En outre, un tel échangeur thermique peut être parcouru par un fluide réfrigérant ayant une pression de fonctionnement relativement élevée, comme c’est le cas de gaz naturels tels que le dioxyde de carbone désigné par CO2 ou R744 selon la nomenclature industrielle, présentant une pression de fonctionnement supérieure aux fluides réfrigérants traditionnellement utilisés dans les solutions de l’état de l’art.
Par ailleurs, de façon connue, le circuit de fluide caloporteur comporte quant à lui un échangeur thermique travaillant également par un échange thermique avec le flux d’air. Il s’agit notamment d’un échangeur thermique de type liquide/air tel qu’un radiateur de refroidissement. Dans un véhicule automobile, le radiateur de refroidissement est généralement placé à l’avant du compartiment moteur, autrement dit en face avant du véhicule, de sorte qu’un flux d’air traverse le radiateur de refroidissement pour refroidir le fluide caloporteur, tel que du liquide de refroidissement qui circule en son sein. Le liquide de refroidissement circule ensuite dans le reste du circuit de fluide caloporteur jusqu’à venir au contact du moteur du véhicule automobile pour le refroidir.
Plus précisément, le radiateur de refroidissement est généralement agencé en aval de l’échangeur thermique apte à agir en condenseur ou refroidisseur de gaz de la boucle de climatisation selon le sens d’écoulement du flux d’air. L’invention concerne un module d’échange thermique comprenant l’échangeur thermique apte à agir en condenseur ou refroidisseur de gaz et l’échangeur thermique tel qu’un radiateur de refroidissement agencés dans un même couloir aérothermique de manière à être traversés l’un après l’autre par un flux d’air, notamment un flux d’air extérieur audit véhicule.
Lorsque l’échangeur thermique apte à agir en condenseur ou refroidisseur de gaz est parcouru par un fluide réfrigérant de type CO2, ce dernier présente une température très élevée. Le flux d’air est donc réchauffé en passant à travers le condenseur / refroidisseur de gaz avant d’arriver au radiateur de refroidissement, ayant pour effet de former un « masque chaud » devant le radiateur de refroidissement. Cette montée en température du flux d’air du fait du fluide réfrigérant de type CO2 circulant dans la boucle de climatisation pénalise le fonctionnement du radiateur de refroidissement du fluide caloporteur.
Selon une solution connue, le radiateur de refroidissement comprend un empilement de tubes dits tubes plats dans lesquels est destiné à circuler le liquide de refroidissement et deux collecteurs assemblés aux extrémités de ces tubes plats. Selon cette solution, un échangeur de pré-refroidissement du fluide réfrigérant est intégré dans l’un des collecteurs du radiateur de refroidissement.
Toutefois, bien que cette solution permette de diminuer la température du fluide réfrigérant de type CO2 circulant dans l’échangeur thermique en amont du radiateur de refroidissement selon le sens d’écoulement du flux d’air, il a été constaté que cette solution ne permet pas d’améliorer les performances du radiateur de refroidissement. En effet, l’échangeur de pré-refroidissement étant intégré au radiateur de refroidissement au niveau d’un collecteur, lors de l’échange thermique avec le flux d’air pour refroidir le fluide réfrigérant les calories sont cédées au flux d’air en amont du radiateur de refroidissement. Cette solution ne permet donc pas de supprimer le masque chaud devant le radiateur de refroidissement.
La présente invention vise à améliorer les solutions de l’état de la technique et à résoudre au moins partiellement les inconvénients exposés ci-dessus en proposant un module d’échange thermique dont les performances thermiques globales sont améliorées. À cet effet, l’invention a pour objet un module d’échange thermique, notamment pour véhicule automobile, comprenant au moins deux échangeurs thermiques destinés à être traversés par un flux d’air, dont : un premier échangeur thermique destiné à être parcouru par un premier fluide tel qu’un fluide réfrigérant et un deuxième échangeur thermique destiné à être parcouru par un deuxième fluide tel qu’un fluide caloporteur, et agencé en aval du premier échangeur thermique selon le sens d’écoulement du flux d’air à travers les deux échangeurs thermiques.
Selon l’invention, le module d’échange thermique comprend en outre au moins un troisième échangeur thermique pour le refroidissement du premier fluide distinct du deuxième échangeur thermique et agencé en amont du premier échangeur thermique selon le sens de circulation du premier fluide et à distance du deuxième échangeur thermique.
Avantageusement, le troisième échangeur thermique est déporté du deuxième échangeur thermique.
Ainsi, le premier fluide est successivement refroidi par le troisième échangeur thermique et le premier échangeur thermique. Il en résulte que le premier fluide qui arrive au niveau du premier échangeur thermique est moins chaud que dans les solutions de l’art antérieur et cède encore de la chaleur au flux d’air traversant le premier échangeur thermique, améliorant ainsi les performances du premier échangeur thermique. De plus, le flux d’air ayant traversé le premier échangeur thermique après échange thermique avec le premier fluide pré-refroidi, arrive au niveau du deuxième échangeur thermique en aval avec une température moins élevée que dans les solutions de l’art antérieur, améliorant ainsi le refroidissement du deuxième fluide au sein du deuxième échangeur thermique.
Les performances globales du module d’échange thermique sont ainsi optimisées.
Selon un aspect de l’invention, le premier échangeur thermique est configuré pour la circulation d’un fluide à haute pression, haute température, par exemple de type CO2.
Le pré-refroidissement du premier fluide en amont du premier échangeur thermique permet d’abaisser la température du premier fluide de type CO2 lorsqu’il arrive au sein du premier échangeur thermique, évitant qu’il ne circule à une température trop élevée par rapport à la gamme de températures du deuxième échangeur thermique en aval du premier échangeur thermique et destiné à être traversé par le flux d’air réchauffé après son passage dans le premier échangeur thermique. L’échangeur thermique peut en outre comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : le deuxième fluide est distinct du premier fluide ; le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique sont agencés de façon alignée et le troisième échangeur thermique est agencé hors de cet alignement ; le premier échangeur thermique et le troisième échangeur thermique forment un seul dispositif, et le troisième échangeur thermique est formé par une extension des éléments du premier échangeur thermique ; le troisième échangeur thermique est distinct et déporté du premier échangeur thermique ; le troisième échangeur thermique présente au moins deux parties distinctes destinées à être parcourues par le premier fluide à des températures différentes dans chaque partie du troisième échangeur thermique ; le troisième échangeur thermique est agencé de manière à être parcouru par le premier fluide à destination du premier échangeur thermique et par le premier fluide en provenance d’un élément d’un circuit du premier fluide distinct du premier échangeur thermique, tel qu’un détendeur ; le troisième échangeur thermique est agencé de manière à être parcouru par le premier fluide et par le deuxième fluide, afin de permettre un échange thermique entre le premier fluide et le deuxième fluide ; le troisième échangeur thermique est agencé avec une entrée de fluide reliée à la sortie du deuxième fluide du deuxième échangeur thermique ; le troisième échangeur thermique est de forme sensiblement cylindrique ; le troisième échangeur thermique est agencé sur un élément de structure d’un véhicule automobile comprenant ledit module d’échange thermique, par exemple un élément de structure avant dudit véhicule par rapport au sens de marche dudit véhicule ; le troisième échangeur thermique est agencé au niveau des passages de roues d’un véhicule automobile comprenant ledit module d’échange thermique ; le premier échangeur thermique est apte à agir en tant que condenseur ou refroidisseur de gaz ; et le deuxième échangeur thermique est un radiateur de refroidissement du moteur d’un véhicule comprenant ledit module d’échange thermique. L’invention concerne également une face avant de véhicule automobile comprenant un module d’échange thermique selon au moins certaines des caractéristiques précédentes. L’invention concerne encore un véhicule automobile comprenant un module d’échange thermique tel que défini précédemment. 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 : - la figure 1 est une vue de dessus d’un module d’échange thermique pour véhicule automobile selon un premier mode de réalisation de l’invention, - la figure 2 représente de façon schématique un dispositif unitaire pour le prérefroidissement et le refroidissement du fluide réfrigérant du module d’échange thermique selon le premier mode de réalisation de la figure 1, - la figure 3 représente de façon schématique une vue de dessus d’un module d’échange thermique pour véhicule automobile selon un deuxième ou un troisième mode de réalisation de l’invention, - la figure 4 représente de façon schématique un deuxième mode de réalisation d’un échangeur de pré-refroidissement du module d’échange thermique de la figure 3, et - la figure 5 représente de façon schématique un troisième mode de réalisation d’un échangeur de pré-refroidissement du module d’échange thermique de la figure 3.
Sur ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d’autres réalisations.
La figure 1 montre partiellement et de façon schématique et simplifiée, un module d’échange thermique 1 par exemple d’une installation de chauffage, ventilation et climatisation pour véhicule automobile.
De façon générale, le module d’échange thermique 1 comprend au moins deux échangeurs thermique 3 et 5 agencés de manière à être traversés par un flux d’air tel que schématisé par la flèche F sur la figure 1. À cet effet, les échangeurs thermique 3 et 5 sont avantageusement situés à l’avant du véhicule, autrement dit en face avant du véhicule. Le flux d’air est par exemple un flux d’air extérieur au véhicule. Le terme avant est utilisé dans la présente par rapport au sens de marche / conduite du véhicule.
Plus précisément, le deuxième échangeur thermique 5 est agencé en aval du premier échangeur thermique 3 selon le sens d’écoulement du flux d’air. Le premier échangeur thermique 3 et le deuxième échangeur 5 sont par exemple agencés en étant alignés l’un par rapport à l’autre. À titre illustratif, on a représenté une zone d’alignement aérothermique A des deux échangeurs thermiques 3 et 5, délimitée de façon schématique par des traits en pointillés sur la figure 1.
Le module d’échange thermique 1 comprend encore un troisième échangeur thermique 7 faisant office d’échangeur de pré-refroidissement du fluide à destination du premier échangeur thermique 3.
En outre, le module d’échange thermique 1 peut comprendre un pulseur aussi appelé groupe moto-ventilateur 9 pour faire circuler le flux d’air. Le pulseur 9 est agencé dans la ligne aérothermique A en aval de l’entrée de flux d’air et des deux échangeurs thermiques 3 et 5 selon le sens d’écoulement du flux d’air. Le pulseur 9 permet de faire circuler le flux d’air extérieur depuis l’entrée de flux d’air extérieur à travers les deux échangeurs thermiques 3 et 5, et par la suite vers une ou plusieurs bouches de distribution d’air.
En ce qui concerne plus particulièrement le premier échangeur thermique 3, il est destiné à être parcouru par un premier fluide tel qu’un fluide réfrigérant pour un échange thermique avec le flux d’air. 11 s’agit notamment d’un échangeur thermique faisant partie d’une boucle de climatisation dans laquelle circule un fluide réfrigérant, aussi appelée circuit de fluide réfrigérant, d’une installation de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation de véhicule automobile. De façon classique, en fonctionnement une boucle de climatisation permet de conditionner un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule pour le rafraîchir, par circulation du fluide réfrigérant.
Le premier échangeur thermique 3 est apte à travailler en tant que condenseur ou refroidisseur de gaz. En fonctionnement, le premier échangeur thermique reçoit le fluide réfrigérant sous forme de gaz chaud qui cède de la chaleur au flux d’air. Le premier échangeur thermique 3 est en particulier adapté pour la circulation d’un fluide réfrigérant à haute pression haute température. Par exemple le premier fluide est un fluide réfrigérant de type CO2, aussi désigné par R744 selon la nomenclature industrielle.
En particulier, le fluide réfrigérant est destiné à entrer dans le premier échangeur thermique 3 à l’état gazeux comprimé à haute pression, haute température. En circulant au sein du premier échangeur thermique 3 formant refroidisseur de gaz ou condenseur, le fluide réfrigérant cède de la chaleur au flux d’air. Le fluide réfrigérant ayant cédé de la chaleur au flux d’air quitte le premier échangeur thermique 3 et circule ensuite dans le reste du circuit du fluide réfrigérant. Le flux d’air réchauffé par son passage à travers le premier échangeur thermique 3 circule ensuite vers le deuxième échangeur thermique 5 en aval selon le sens d’écoulement du flux d’air F.
En référence à la figure 2, le premier échangeur thermique 3 peut comprendre un faisceau d’échange thermique par exemple de forme générale sensiblement parallélépipédique. Le faisceau d’échange thermique comprend par exemple une pluralité de tubes parallèles 31 dans lesquels circule le fluide réfrigérant. À titre d’exemple illustratif et non limitatif, la circulation du fluide réfrigérant est schématisé par les flèches F’ sur la figure 2. Le flux d’air extérieur est destiné à circuler entre les tubes 31. Selon l’exemple particulier illustré, le flux d’air est apte à circuler de façon transversale par rapport au plan du faisceau d’échange thermique. Des intercalaires peuvent être agencés entre les tubes 31, par exemple sous formes d’ailettes parallèles entre elles. Les ailettes sont destinées à être traversées par le flux d’air extérieur et permettent d’augmenter la surface d’échange thermique. On peut prévoir au moins un collecteur de fluide 11,13 dans lequel débouchent les extrémités des tubes 31. Dans cet exemple un collecteur d’entrée de fluide 11 et un collecteur de sortie de fluide 13 sont prévus. De plus au moins deux connectiques 15, 17, telles que des tubulures, pour l’arrivée et l’évacuation du fluide réfrigérant sont prévues respectivement sur les collecteurs 11 et 13, et permettent de relier le premier échangeur thermique 3 au circuit de fluide réfrigérant.
En se référant de nouveau à la figure 1, en ce qui concerne plus particulièrement le deuxième échangeur thermique 5, il est destiné à être parcouru par un deuxième fluide tel qu’un fluide caloporteur, pour un échange thermique avec le flux d’air. Le deuxième fluide est ici un fluide distinct du premier fluide destiné à circuler dans le premier échangeur thermique 3.
Le deuxième échangeur thermique 5 fait par exemple partie d’une boucle secondaire de l’installation de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation de véhicule automobile, dans laquelle circule le fluide caloporteur, notamment du liquide de refroidissement.
Préférentiellement, le deuxième échangeur thermique 5 est un radiateur, tel qu’un radiateur de refroidissement, agencé en face avant du véhicule. Le radiateur de refroidissement 5 permet de refroidir le fluide caloporteur par échange de chaleur avec le flux d’air schématisé par la flèche F. Le fluide caloporteur circule ensuite dans le reste du circuit de fluide caloporteur jusqu’à venir au contact du moteur du véhicule automobile pour le refroidir.
Selon le mode de réalisation décrit, le deuxième échangeur thermique 5 est agencé en aval du premier échangeur thermique 3 selon le sens d’écoulement du flux d’air tel que schématisé par la flèche F sur la figure 1.
Le troisième échangeur thermique 7 est quant à lui un échangeur de prérefroidissement, ou « pre-cooler » en anglais, du premier fluide, ici du fluide réfrigérant, à destination du premier échangeur thermique 3. À cet effet, l’échangeur de pré-refroidissement 7 est agencé en amont du premier échangeur thermique 3 selon le sens de circulation du premier fluide. Ainsi, le premier fluide est d’abord refroidi par l’échangeur de pré-refroidissement 7 avant d’être de nouveau refroidi dans le premier échangeur thermique 3. Le refroidissement successif du fluide réfrigérant par l’échangeur de pré-refroidissement 7 et le premier échangeur thermique 3 n’implique pas que ces deux échangeurs thermiques 3 et 7 soient forcément agencés à proximité immédiate. L’échangeur de pré-refroidissement 7 peut être agencé dans le circuit du fluide réfrigérant de façon éloignée par rapport au premier échangeur thermique 3. On entend par le fait que le fluide réfrigérant est successivement refroidi par l’échangeur de pré-refroidissement 7 et le premier échangeur thermique 3, que le fluide réfrigérant qui arrive en entrée du premier échangeur thermique 3 a été au préalable refroidi au sein de l’échangeur de pré-refroidissement 7.
Cet échangeur de pré-refroidissement 7 est un échangeur distinct du deuxième échangeur thermique 5, ici le radiateur de refroidissement 5. De plus, l’échangeur de pré-refroidissement 7 est agencé à distance, ou autrement dit déporté, du radiateur de refroidissement 5.
Plus précisément, l’échangeur de pré-refroidissement 7 n’est pas agencé dans le même alignement que le premier échangeur thermique 3 et le deuxième échangeur thermique 5. L’échangeur de pré-refroidissement 7 est donc agencé de façon déportée par rapport à cet alignement schématisé par A, autrement dit l’échangeur de prérefroidissement est agencé hors de cet alignement.
Cet agencement de l’échangeur de pré-refroidissement 7 permet donc à la fois d’améliorer les performances du premier échangeur thermique 3 en abaissant la température du fluide réfrigérant en entrée et d’éviter la création d’un masque chaud devant le radiateur de refroidissement 5, optimisant ainsi les performances globales du module d’échange thermique 1. En effet, lors du passage dans l’échangeur de prérefroidissement 7, le fluide réfrigérant cède de la chaleur au flux d’air mais pas directement dans le flux d’air en amont du radiateur de refroidissement 5 et dans l’alignement des deux échangeurs thermique 3 et 5.
Par ailleurs, l’échangeur de pré-refroidissement 7 peut être agencé pour une circulation du fluide réfrigérant sensiblement parallèle à la circulation du fluide réfrigérant dans le premier échangeur thermique 3.
Premier mode de réalisation
Les figures 1 et 2 illustrent un premier mode de réalisation de l’échangeur de pré-refroidissement 7.
Selon ce premier mode de réalisation, le pré-refroidissement du fluide réfrigérant est réalisé par échange thermique avec le flux d’air tel que schématisé par la flèche F sur la figure 1. Le pré-refroidissement est donc également réalisé directement sur un flux d’air et a lieu en cédant des calories au flux d’air, avantageusement aux flux d’air extérieur. Le fluide réfrigérant pré-refroidi peut alors être dirigé vers le premier échangeur thermique 3 travaillant en tant que refroidisseur de gaz ou condenseur.
De façon similaire au premier échangeur thermique 3, l’échangeur de prérefroidissement 7 peut donc être agencé en face avant du véhicule automobile.
De plus, l’échangeur de pré-refroidissement 7 peut être réalisé selon la même technologie que le premier échangeur thermique 3, à savoir une technologie à tubes tel que décrit précédemment en référence à la figure 2.
Avantageusement, le premier échangeur thermique 3 et l’échangeur thermique de pré-refroidissement 7 sont réalisés sous la forme d’un dispositif unitaire 19. Autrement dit, le module d’échange thermique 1 comporte un dispositif unitaire 19 qui comprend le premier échangeur thermique 3 et le troisième échangeur thermique 7. De façon schématique, la partie de ce dispositif unitaire 19 permettant le prérefroidissement est encadrée par des tirets sur les figures 1 et 2. L’échangeur de pré-refroidissement 7 est dans ce cas formé par une extension des éléments du premier échangeur thermique 3. En particulier, comme cela est mieux visible sur la figure 2, la partie de pré-refroidissement est formée par une extension des tubes 31 et des éventuels intercalaires entre les tubes 31 du premier échangeur thermique 3. L’échangeur de pré-refroidissement 7 est donc d’un point de vue fonctionnel un prolongement du premier échangeur thermique 3.
Le dispositif unitaire 19 est agencé en face avant ; ainsi à la fois le premier échangeur thermique 3 et l’échangeur de pré-refroidissement 7 sont agencés en face avant du véhicule. Un tel dispositif unitaire 19 permettant le pré-refroidissement du fluide réfrigérant avant condensation dans l’échangeur thermique permet donc un gain de place et de coût, tout en améliorant les performances à la fois du premier échangeur thermique 3 et du deuxième échangeur thermique 5.
Les figures 3 à 5 montrent deux autres modes de réalisation dans lesquels l’échangeur de pré-refroidissement 71 ou 72 est distinct et déporté ou à distance du premier échangeur thermique 3. L’échangeur de pré-refroidissement 71 ou 72 est alors agencé en dehors du conduit aérothermique pour le flux d’air F destiné à traverser le premier échangeur thermique 3 et le deuxième échangeur thermique 5. Ce conduit aérothermique correspond à la zone schématisée par A sur la figure 3.
Deuxième mode de réalisation
La description du premier mode de réalisation en référence aux figures 1 et 2 s’applique aux composants identiques, seules les différences du deuxième mode de réalisation par rapport au premier mode de réalisation sont maintenant décrites en référence aux figures 3 et 4.
Selon le deuxième mode de réalisation, l’échangeur de pré-refroidissement 71 est un échangeur dit interne agencé de manière à permettre un échange thermique du premier fluide, ici du fluide réfrigérant, avec un autre fluide que le flux d’air. L’échangeur interne est couramment désigné par IHX en anglais pour Internai Heat Exchanger.
Sur la figure 4, le fluide réfrigérant destiné à circuler vers le premier échangeur thermique 3 après pré-refroidissement est schématisé par F’, et l’autre fluide permettant de refroidir le fluide réfrigérant F’ est schématisé par la flèche F”. L’échangeur de pré-refroidissement 71 présente au moins deux parties distinctes, distinguées de façon schématique par des tirets sur la figure 4, destinées à être parcourues chacune par un fluide F’ ou F”. Dans l’exemple illustré, l’échangeur de prérefroidissement 71 est de forme sensiblement cylindrique et le fluide réfrigérant F’ destiné à circuler vers le premier échangeur thermique 3 après pré-refroidissement peut être apte à circuler dans une partie interne de l’échangeur de pré-refroidissement 71, et l’autre fluide F” permettant de refroidir le fluide réfrigérant F’, peut être apte à circuler autour de cette partie interne.
Selon une première variante, l’échangeur de pré-refroidissement 71 est destiné à être parcouru par le même fluide réfrigérant mais à des températures différentes. Par exemple le fluide réfrigérant à destination du premier échangeur thermique 3 peut entrer dans l’échangeur de pré-refroidissement 7 à une première température de l’ordre de 150°C et est apte à échanger de la chaleur avec du fluide réfrigérant destiné à entrer dans l’échangeur de pré-refroidissement 7 à une deuxième température inférieure à la première température, de l’ordre de 80°C.
Pour cela, les deux parties distinctes de l’échangeur de pré-refroidissement 71 sont destinées à être parcourues chacune par le premier fluide à des températures différentes dans chaque partie de l’échangeur de pré-refroidissement 71.
Selon cette variante, sur la figure 4, la flèche F” représente de façon schématique le fluide réfrigérant de température différente, à savoir inférieure à celle du fluide réfrigérant F’ à destination du premier échangeur thermique 3. Ce fluide réfrigérant F” de température inférieure à celle du fluide réfrigérant F’ à destination du premier échangeur thermique 3, est par exemple apte à circuler autour de la partie interne de l’échangeur de pré-refroidissement dans laquelle est apte à circuler le fluide réfrigérant F’ destiné à circuler vers le premier échangeur thermique 3 après pré-refroidissement.
En particulier, le fluide réfrigérant F” de température inférieure au fluide réfrigérant F’ à destination du premier échangeur thermique 3, peut provenir d’un autre élément du circuit de fluide réfrigérant, tel qu’un détendeur (non représenté sur les figures).
Une deuxième variante diffère de la première variante décrite ci-dessus, en ce que l’échangeur de pré-refroidissement 71 permet un échange thermique entre le fluide réfrigérant F’ destiné à circuler vers le premier échangeur thermique 3 non plus avec le même fluide réfrigérant de température inférieure, mais cette fois avec un autre fluide tel que le deuxième fluide, dans cet exemple le liquide de refroidissement. Autrement dit, l’échangeur de pré-refroidissement 71 est destiné à être parcouru par le premier fluide et par le deuxième fluide. En particulier, l’échangeur de pré-refroidissement 71 permet un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le liquide de refroidissement en sortie du radiateur de refroidissement 5. Pour ce faire, l’échangeur de prérefroidissement 71 est agencé avec une entrée de fluide reliée à la sortie du deuxième fluide du radiateur de refroidissement 5. Dans ce cas, la référence F” sur la figure 4 représente de façon schématique le deuxième fluide en sortie du deuxième échangeur thermique 5.
Troisième mode de réalisation
La description du premier mode de réalisation en référence aux figures 1 et 2 s’applique aux composants identiques, seules les différences du troisième mode de réalisation par rapport au premier mode de réalisation sont maintenant décrites en référence aux figures 3 et 5.
Selon le troisième mode de réalisation, l’échangeur de pré-refroidissement 72 est agencé sur un élément de structure du véhicule, par exemple sur un élément de structure avant du véhicule. L’échangeur de pré-refroidissement 72 est par exemple un échangeur dit surfacique.
De façon similaire au premier mode de réalisation, l’échangeur de prérefroidissement 72 permet un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d’air L2 extérieur au véhicule. Avantageusement, à cet effet, l’échangeur de prérefroidissement 72 est agencé au niveau d’au moins un passage de roue du véhicule (non représenté sur les figures), c’est-à-dire au niveau de la cavité aménagée dans la carrosserie du véhicule et entourant une roue. Le flux d’air L2 atteignant le passage de roue circule notamment dans l’espace étroit séparant la roue du passage de roue.
Ainsi, l’échangeur de pré-refroidissement 7 ; 71 ; 72 selon Tune ou l’autre des variantes précédemment décrites, permet de réaliser un premier refroidissement du premier fluide, ici du fluide réfrigérant, avant que le fluide réfrigérant n’entre dans le premier échangeur thermique 3 agissant en tant que refroidisseur de gaz ou condenseur.
Le fluide réfrigérant est alors de nouveau refroidi au sein du premier échangeur thermique en cédant des calories au flux d’air qui traverse le premier échangeur thermique 3 puis le deuxième échangeur thermique 5.
Ce pré-refroidissement permet de remédier à l’utilisation de fluide réfrigérant de type CO2 pouvant atteindre une haute température par exemple de l’ordre de 150°C, supérieure à la gamme de températures de fonctionnement du radiateur de refroidissement 5 généralement de l’ordre de 80°C à 100°C. Du fait du prérefroidissement en amont du premier échangeur thermique 3, la température du fluide réfrigérant de type CO2 notamment peut être abaissée par exemple à environ 110°C. Lors du passage dans le premier échangeur thermique 3 le fluide réfrigérant cède de la chaleur au flux d’air destiné à traverser le radiateur de refroidissement 5 qui est alors moins réchauffé que dans les solutions connues. On évite ainsi la formation d’un masque chaud devant le radiateur de refroidissement 5 comme dans les solutions de l’art antérieur. L’invention s’applique notamment à une face avant de véhicule automobile comprenant un module d’échange thermique 1 comportant un échangeur de prérefroidissement 7 ou 72 agencé en face avant ou sur une structure du véhicule en face avant. L’invention s’applique encore à un véhicule automobile comprenant le module d’échange thermique 1 tel que décrit précédemment.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Module d’échange thermique (1), notamment pour véhicule automobile, comprenant au moins deux échangeurs thermiques (3, 5) destinés à être traversés par un flux d’air, dont : - un premier échangeur thermique (3) destiné à être parcouru par un premier fluide tel qu’un fluide réfrigérant et - un deuxième échangeur thermique (5) destiné à être parcouru par un deuxième fluide tel qu’un fluide caloporteur, et agencé en aval du premier échangeur thermique (3) selon le sens d’écoulement du flux d’air à travers les deux échangeurs thermiques (3, 5), caractérisé en ce que le module d’échange thermique (1) comprend en outre au moins un troisième échangeur thermique (7 ; 71 ; 72) pour le refroidissement du premier fluide : - distinct du deuxième échangeur thermique (5) et - agencé en amont du premier échangeur thermique (3) selon le sens de circulation du premier fluide et à distance du deuxième échangeur thermique (5), de sorte que le premier fluide est successivement refroidi par le troisième échangeur thermique (7 ; 71 ; 72) et le premier échangeur thermique (3).
  2. 2. Module d’échange thermique selon la revendication 1, dans lequel le premier échangeur thermique (3) et le deuxième échangeur thermique (5) sont agencés de façon alignée et le troisième échangeur thermique (7 ; 71 ; 72) est agencé hors de cet alignement.
  3. 3. Module d’échange thermique selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le premier échangeur thermique (3) et le troisième échangeur thermique (7) forment un seul dispositif (19), et dans lequel le troisième échangeur thermique (7) est formé par une extension des éléments (31) du premier échangeur thermique (3).
  4. 4. Module d’échange thermique selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le troisième échangeur thermique (71 ; 72) est distinct et déporté du premier échangeur thermique (3).
  5. 5. Module d’échange thermique selon la revendication 4, dans lequel le troisième échangeur thermique (71) présente au moins deux parties distinctes destinées à être parcourues par le premier fluide à des températures différentes dans chaque partie du troisième échangeur thermique (71).
  6. 6. Module d’échange thermique selon la revendication 4, dans lequel le troisième échangeur thermique (71) est agencé de manière à être parcouru par le premier fluide et par le deuxième fluide, afin de permettre un échange thermique entre le premier fluide et le deuxième fluide.
  7. 7. Module d’échange thermique selon la revendication 4 agencé dans un véhicule automobile, dans lequel le troisième échangeur thermique (72) est agencé sur un élément de structure dudit véhicule, par exemple au niveau des passages de roues dudit véhicule.
  8. 8. Module d’échange thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes agencé dans un véhicule automobile, dans lequel le premier échangeur thermique (3) est apte à agir en tant que condenseur ou refroidisseur de gaz et le deuxième échangeur thermique (5) est un radiateur de refroidissement du moteur.
  9. 9. Face avant de véhicule automobile comprenant un module d’échange thermique (1) conforme à l’une quelconque des revendications précédentes.
  10. 10. Véhicule automobile comprenant un module d’échange thermique (1) conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 8.
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