FR3054305A1

FR3054305A1 - Echangeur de chaleur comprenant des moyens de stockage de chaleur et systeme de controle thermique comprenant ledit echangeur de chaleur

Info

Publication number: FR3054305A1
Application number: FR1657112A
Authority: FR
Inventors: Kamel Azzouz; Patrick Boisselle
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2018-01-26
Also published as: WO2018020107A1

Abstract

Echangeur de chaleur (30) pour moteur à combustion interne d'un véhicule, comprenant un boîtier (36) dans lequel sont disposés un premier ensemble (38) de tubes, un deuxième ensemble (40) de tubes et un moyen de stockage (55) de chaleur, le boîtier (36) et le premier ensemble de tubes (38) délimitant au moins en partie une chambre configurée pour contenir un premier fluide (62), tandis que le premier ensemble (38) de tubes et le deuxième ensemble (40) de tubes sont agencés pour canaliser un deuxième fluide (63), caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (30) comprend au moins un moyen de stockage (55) de chaleur disposé dans la chambre et autour d'au moins un tube.

Description

INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE

COURBEVOIE © Int Cl⁸ : F28 D 20/02 (2017.01), F 01 N 5/02

DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1

(© Date de dépôt : 25.07.16.	© Demandeur(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES
(© Priorité :	Société par actions simplifiée — FR.
	@ Inventeur(s) : AZZOUZ KAMEL et BOISSELLE
	PATRICK.
(43) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 26.01.18 Bulletin 18/04.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux	® Titulaire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES
apparentés :	Société par actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension :	© Mandataire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES.

ECHANGEUR DE CHALEUR COMPRENANT DES MOYENS DE STOCKAGE DE CHALEUR ET SYSTEME DE CONTROLE THERMIQUE COMPRENANT LEDIT ECHANGEUR DE CHALEUR.

FR 3 054 305 - A1 \57) Echangeur de chaleur (30) pour moteur à combustion interne d'un véhicule, comprenant un boîtier (36) dans lequel sont disposés un premier ensemble (38) de tubes, un deuxième ensemble (40) de tubes et un moyen de stockage (55) de chaleur, le boîtier (36) et le premier ensemble de tubes (38) délimitant au moins en partie une chambre configurée pour contenir un premier fluide (62), tandis que le premier ensemble (38) de tubes et le deuxième ensemble (40) de tubes sont agencés pour canaliser un deuxième fluide (63), caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (30) comprend au moins un moyen de stockage (55) de chaleur disposé dans la chambre et autour d'au moins un tube.

ECHANGEUR DE CHALEUR COMPRENANT DES MOYENS DE STOCKAGE DE CHALEUR ET SYSTEME DE CONTROLE THERMIQUE COMPRENANT LEDIT ECHANGEUR DE CHALEUR

Domaine de l’invention

La présente invention concerne un échangeur de chaleur, par exemple un échangeur de chaleur destiné à un véhicule automobile. Plus précisément, l’invention concerne un échangeur de chaleur adapté pour être utilisé pour le traitement thermique de l’air de suralimentation ou des gaz d’échappement recirculés ou non recirculés. L’invention concerne également un système de contrôle thermique comprenant, notamment, l’échangeur de chaleur associé à un autre échangeur de chaleur.

Etat de la technique

De manière connue, le démarrage à froid d’un moteur à combustion interne engendre une surconsommation de carburant qui se concrétise par un rejet de polluants de type hydrocarbure. Cette surconsommation provient notamment de l’existence d’un grand nombre de frottements lors du démarrage à froid, notamment entre les différents éléments du moteur ou entre les éléments de la boite de vitesses.

Par ailleurs, un temps de chauffe est nécessaire avant que les gaz d’échappement aient une température suffisante pour que les dispositifs de traitement des gaz d’échappement puissent être complètement efficaces. Ce temps de chauffe est également un facteur de génération de polluants.

Dans l’art antérieur, des solutions existent pour des véhicules automobiles comprenant un moteur à combustion interne pourvu d’un turbocompresseur, d’un échangeur de chaleur placé dans le circuit d’admission d’air pour refroidir l’air d’admission et d’un système de recirculation des gaz d’échappement. Une solution est divulguée dans la demande internationale publiée sous le numéro WO2014/096132 et déposée au nom de la demanderesse. Cette solution consiste à ajouter un échangeur de chaleur sur la ligne d’échappement principale du véhicule automobile afin de récupérer une quantité de chaleur issue des gaz d’échappement et utiliser cette quantité de chaleur pour réchauffer l’air d’admission destiné au premier échangeur de chaleur. Ainsi, la vitesse de montée en température de l’air d’admission est augmentée, ce qui entraîne une meilleure combustion lors du démarrage à froid du véhicule automobile, notamment lorsque les températures extérieures sont relativement basses. Cette solution permet d’obtenir un fonctionnement optimal du moteur de combustion interne du véhicule automobile après un délai minimal d’environ deux cents secondes lors du démarrage du moteur, notamment lorsque les températures extérieures sont extrêmement basses. Une réduction du délai minimal nécessaire pour la montée en température de l’air d’admission forme le problème technique que l’invention se propose de résoudre.

Objet de l’invention

L’objet de l’invention vise en premier lieu un échangeur de chaleur pour moteur à combustion interne d’un véhicule, notamment automobile, comprenant un boîtier dans lequel sont disposés un premier ensemble de tubes et un deuxième ensemble de tubes. Le boîtier et le premier ensemble de tubes délimitent au moins en partie une chambre qui est configurée pour contenir un premier fluide, ce dernier pouvant par exemple être un liquide caloporteur. Le premier ensemble de tubes et le deuxième ensemble de tubes sont agencés pour canaliser un deuxième fluide (63), ce dernier étant avantageusement des gaz d’échappement du moteur à combustion interne. L’échangeur de chaleur est innovant en ce qu’il comprend au moins un moyen de stockage de chaleur disposé dans la chambre et autour d’au moins un tube. Il est ainsi possible de chauffer le premier fluide grâce au moyen de stockage de la chaleur préalablement chauffé par le deuxième fluide, ce premier fluide étant ensuite exploité pour chauffer des gaz d’admission envoyés dans le moteur à combustion interne.

L’invention concerne un échangeur de chaleur adapté pour être utilisé pour le traitement thermique de l’air de suralimentation ou des gaz d’échappement recirculés ou non recirculés.

Selon une première caractéristique de l’invention, le moyen de stockage de chaleur comprend au moins une enveloppe et un matériau de stockage contenu dans l’enveloppe. Le matériau de stockage capte et conserve la chaleur, et ce matériau de stockage est retenu dans un contenant formé par l’enveloppe.

Selon un aspect de l’invention, le matériau de stockage est un composé comprenant des composés inorganiques tels qu’un alliage de sels organiques et d'eau.

Selon un aspect de l’invention, le matériau de stockage est un composé comprenant des composés organiques tels que les paraffines et les acides gras.

Selon un aspect de l’invention, le matériau de stockage est un composé comprenant des composés eutectiques.

Selon un aspect de l’invention, le matériau de stockage est un composé comprenant des composés d’origine végétale.

L’enveloppe peut être une enveloppe thermiquement isolante agencée pour limiter un contact entre le premier fluide et le matériau de stockage. On évite ainsi que la chaleur captée par le matériau de stockage ne se dissipe trop rapidement dans le premier fluide, en raison d’une surface d’échange trop importante en l’absence d’une telle enveloppe thermiquement isolante.

De manière avantageuse, au moins un tube est entouré d’une chaussette isolant le tube du matériau de stockage. On protège ainsi le tube contre les effets du changement d’état du matériau de stockage.

Selon un aspect de l’invention, le deuxième ensemble de tubes est formé par deux rangées de tubes. Ces deux rangées sont par exemple disposées l’une audessus de l’autre, en se superposant partiellement ou totalement.

Au moins une des rangées est encapsulée dans un fourreau global qui forme un contenant du matériau de stockage. Le fourreau est qualifié de global en ce sens qu’il entoure une pluralité de tubes et le matériau de stockage.

Avantageusement, au moins un tube comprend une paroi qui délimite un volume interne apte à être emprunté par le deuxième fluide. La paroi forme donc enceinte fermée dans laquelle le deuxième fluide peut circuler.

L’échangeur de chaleur selon l’invention est particulier en ce que les tubes du deuxième ensemble de tubes sont entourés par le moyen de stockage de chaleur, alors que les tubes du premier ensemble de tubes sont dépourvus de moyen de stockage de chaleur. On adapte ainsi la capacité de stockage de l’échangeur de chaleur. On autorise également un transfert des calories au premier fluide via le deuxième fluide.

L’échangeur de chaleur est configuré pour que le premier fluide soit un liquide caloporteur. Il est encore configuré pour que le deuxième fluide soit formé par les gaz d’échappement du moteur à combustion interne.

L’invention vis également un système de contrôle thermique adapté pour un moteur à combustion interne d’un véhicule automobile, le système de contrôle thermique comprenant :

- un premier échangeur de chaleur configuré pour traiter thermiquement les gaz d’admission du moteur à combustion interne par échange thermique avec un premier fluide,

- un deuxième échangeur de chaleur tel que détaillé dans le présent document, configuré pour réaliser un échange thermique entre le moyen de stockage de chaleur et le premier fluide.

Brève descriptions des dessins

Les buts, objets et caractéristiques de la présente invention ainsi que ses avantages, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit des modes de réalisation préférés d’un échangeur de chaleur selon l’invention, faite en référence aux dessins dans lesquels :

- la figure 1 montre, de manière schématique, un système de contrôle thermique comprenant notamment un échangeur de chaleur pourvu de moyens de stockage selon un mode de réalisation de la présente invention,

- la figure 2 illustre, selon une vue en perspective, un échangeur de chaleur selon l’invention, tel qu’il peut être utilisé dans le système de contrôle thermique illustré à la figure 1,

- la figure 3 montre une vue en coupe transversale et en perspective d’un échangeur de chaleur selon la figure 2,

- la figure 4 est une vue illustrant des composants internes de l’échangeur de chaleur selon la figure 2,

- la figure 5 montre une vue en perspective de l’échangeur de chaleur selon la figure 2, en l’absence de son boîtier,

- la figure 6 est une vue en coupe longitudinale et en perspective montrant l’intérieur de l’échangeur de chaleur selon la figure 2,

- la figure 7 montre, de manière schématique, une vue en coupe transversale de l’échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de l’invention,

- la figure 8 montre, de manière schématique, une vue en coupe transversale de l’échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.

Description détaillée des modes de réalisation

La description détaillée ci-après a pour but d’exposer l’invention de manière suffisamment claire et complète, notamment à l’aide d’exemples, mais ne doit pas être considérée comme limitant l’étendue de la protection aux modes de réalisation particuliers et aux exemples présentés ci-après.

La figure 1 montre une représentation schématique d’un système de contrôle thermique 10 agencé pour coopérer avec un moteur à combustion interne 12, ce dernier étant associé d’une part à un circuit 14 d’admission pour acheminer des gaz d’admission 67 nécessaires à la combustion au sein des cylindres (non montrés) du moteur à combustion interne 12, et d’autre part à une ligne d’échappement 16 pour permettre l’évacuation des gaz d’échappement produit par le moteur à combustion interne 12.

Le moteur à combustion interne 12 est également associé à dispositif de suralimentation, notamment un turbocompresseur 18 pourvu d’une turbine 20 placée au sein de la ligne d’échappement 16 et un compresseur 22 placé au sein du circuit d’admission d’air 14.

Le système de contrôle thermique 10 comprend un premier échangeur de chaleur 24 positionné au sein du circuit 14 d’admission d’air et comprenant une entrée 26 et une sortie 28 par lesquels un premier fluide 62 entre ou sort du premier échangeur de chaleur 24. Dans la description à suivre, le premier fluide 62 et un fluide caloporteur. Il peut avantageusement s’agir d’un liquide caloporteur, tel que l’eau glycolée par exemple.

Le système de contrôle thermique 10 comprend également un deuxième échangeur de chaleur 30 positionné sur la ligne d’échappement 16 et comprenant une entrée 32 et une sortie 34 par lesquels le premier fluide 62 entre ou sort du deuxième échangeur de chaleur 30. Le deuxième échangeur de chaleur 30 permet de récupérer une quantité déterminée de chaleur présente au sein d’un deuxième fluide 63 ici formé par les gaz d’échappement du moteur à combustion interne 12. Comme montré sur la figure 1, la sortie 34 du deuxième échangeur de chaleur 30 est reliée à l’entrée 26 du premier échangeur de chaleur 24 et la sortie 28 du premier échangeur de chaleur 24 est reliée à l’entrée 32 du deuxième échangeur de chaleur 30. Ainsi, le circuit de premier fluide 62 raccordé à ces entrées et à ces sorties forme une boucle de chauffage 31 pour chauffer les gaz d’admission 67.

Le système de contrôle thermique 10 peut comprendre également une pompe de circulation 33 installée dans la boucle de chauffage 31.

Un système 80 de recirculation des gaz d’échappement est également illustré sur la figure 1. Ce dernier comprend au moins un conduit de recirculation 81 et une vanne 35, pour réguler le débit des gaz d’échappement entrant dans le circuit 14 de gaz d’admission 67 du moteur à combustion interne 12.

Ainsi, le système de contrôle thermique 10 permet de récupérer une quantité déterminée de chaleur présente au sein du deuxième fluide 63, c’est-à-dire les gaz d’échappement, afin de transférer ladite quantité déterminée de chaleur aux gaz d’admission 67, par le biais de la boucle de chauffage 31. Cette récupération s’opère par exemple pendant les deux cents premières secondes de mise en fonctionnement du moteur à combustion interne 12. Le premier échangeur de chaleur 24 participe à la mise en œuvre d’une première fonction qui consiste à chauffer les gaz d’admission 67 admis dans le moteur à combustion interne 12, notamment pendant un temps où la température des gaz d’admission 67 est inférieure à une température seuil, par exemple égale à 20° Celsius. Le deuxième échangeur de chaleur 30 selon la présente invention forme alors une source de chaleur ou de calories, tandis que le premier échangeur de chaleur 24 dissipe ces calories dans les gaz d’admission 67.

Passé ce laps de temps, on notera que le premier échangeur de chaleur 24 est également agencé pour refroidir les gaz d’admission 67 en circulation dans le circuit 14 d’admission. Le premier échangeur de chaleur 24 est alors mis en communication avec une boucle de refroidissement 37 empruntée par un agent caloporteur, en vue d’abaisser la température des gaz d’admission 67 envoyés dans le moteur à combustion interne 12. Un tel agent caloporteur peut être distinct du premier fluide 62, mais il peut également être formé par le même fluide. Une vanne 39, notamment une vanne trois voies, est disposée à un point de confluence entre la boucle de refroidissement 37 et la boucle de chauffage 31. Le premier échangeur de chaleur 24 assure ainsi une deuxième fonction qui consiste à refroidir les gaz d’admission 67 admis dans le moteur à combustion interne 12, notamment quand la température de ce flux est supérieure à une température seuil, par exemple égale à 20° Celsius.

Le deuxième échangeur de chaleur 30 est configuré pour participer à la mise en œuvre de la première fonction. Ce deuxième échangeur de chaleur 30 met en œuvre également une troisième fonction qui consiste à assurer un refroidissement du flux de gaz d’échappement qui circule dans le système 80 de recirculation des gaz d’échappement. Ce deuxième échangeur de chaleur 30 met enfin en œuvre une quatrième fonction qui vise à récupérer les calories présentes dans les gaz d’échappement pour en faire une source d’énergie.

La figure 2 montre en perspective l’échangeur de chaleur 30 selon l’invention, appelé ci-dessus deuxième échangeur de chaleur 30 dans le cadre de la boucle de chauffage 31. Cet échangeur de chaleur 30 comprend un boîtier 36, réalisé par exemple en matière synthétique. Ce boîtier 36 s’étend longitudinalement entre une première extrémité longitudinale fermée par un fond du boîtier 36 et une seconde extrémité longitudinale ouverte, par laquelle les composants de l’échangeur de chaleur 30 sont insérés dans une chambre délimitée au moins en partie par le boîtier 36.

La seconde extrémité longitudinale est fermée partiellement par une plaque 41.

Une telle plaque 41 forme une interface entre le deuxième fluide et l’échangeur de chaleur 30 selon l’invention. La plaque 41 comprend ainsi au moins deux ouvertures 43, 45 par lesquels le deuxième fluide, ici les gaz d’échappement du moteur à combustion interne, peuvent entrer ou sortir de l’échangeur de chaleur 30.

A l’intérieur du boîtier 36, l’échangeur de chaleur 30 comprend un faisceau de tubes destiné à échanger de la chaleur entre le deuxième fluide 63 circulant à l’intérieur du faisceau de tubes et le premier fluide 62 apte à circuler dans l’échangeur de chaleur 30. La plaque 41 délimite ainsi avec le boîtier 36 et avec le faisceau de tubes une chambre destinée à être empruntée par le premier fluide 62 circulant dans la boucle de chauffage présentée à la figure 1.

Le faisceau de tubes comprend un premier ensemble 38 de tubes et un deuxième ensemble 40 de tubes. Chaque ensemble de tubes comprend par exemple deux rangées de tubes.

La plaque 41 porte également l’entrée 32 du premier fluide 62, tandis que la sortie 34 du premier fluide 62 est ménagée sur le boîtier 36, notamment en étant issue de matière avec ce dernier. Le boîtier 36 comprend encore au moins un dispositif de fixation 53 agencée à la périphérie extérieure du boîtier 36. Un tel dispositif de fixation 53 prend par exemple la forme d’une oreille pourvue d’un trou de passage pour une vis ou analogue.

Selon l’invention, l’échangeur de chaleur 30 comprend un moyen de stockage 55 des calories présentes dans les gaz d’échappement. Un tel moyen de stockage 55 des calories comprend au moins une enveloppe chargée de contenir un matériau de stockage des calories, notamment un matériau à changement de phase. La figure 2 montre aussi les moyens pour remplir l’enveloppe avec le matériau à changement de phase. Selon l’exemple illustré ici, il s’agit de canaux 52 et 54 obturé chacun par un bouchon référencé 51 et 56.

Comme montré sur la figure 3, l’enveloppe qui contient le matériau de stockage de chaleur, autrement dit des calories, porte la référence 42. Il sera avantageux que l’enveloppe 42 soit thermiquement isolante, de sorte à isoler thermiquement le matériau de stockage par rapport au premier fluide 62 susceptible de circuler dans la chambre 57 délimitée au moins en partie par le boîtier 36.

Ainsi, l’enveloppe 42 délimite un compartiment de stockage comprenant un nombre déterminé de tubes 58 de l’échangeur de chaleur 30. L’enveloppe 42 réalisée notamment dans un matériau thermiquement isolant comprend, par exemple, une double paroi ou un aérogel. L’enveloppe 42, quand elle est thermiquement isolante, favorise la conservation de la chaleur au sein du compartiment de stockage lorsque le moteur à combustion interne est à l’arrêt. Ainsi, l’enveloppe 42 permet de limiter la perte de chaleur, en limitant un contact entre le premier fluide 62 et le matériau de stockage contenu dans l’enveloppe 42.

L’échangeur de chaleur 30 comprend l’entrée 34 du premier fluide 62 afin de permettre à ce fluide de circuler autour et/ou dans de l’enveloppe 42, au sein de l’échangeur de chaleur 30, c’est-à-dire dans le premier ensemble 38 de tubes 58 et/ou dans le deuxième ensemble 40 de tubes 58. Ces possibilités de circulation du premier fluide 62 seront abordées plus en détails à la description des figures 7 et 8.

Le deuxième fluide 63 circule également au sein des tubes 58 du premier ensemble 38 de tubes 58 ainsi qu’au sein des tubes 58 du deuxième ensemble 40 de tubes 58.

La figure 3 illustre également le fait que le boîtier 36 est monobloc, y compris avec son fond 59. Il résulte notamment d’une seule et même opération de moulage.

La figure 4 montre une vue en coupe de l’échangeur de chaleur 30 selon la figure 2 comprenant le premier ensemble 38 de tubes 58 et le deuxième ensemble 40 de tubes 58, le boîtier 36 et l’enveloppe 42.

Le premier ensemble 38 de tubes 58 et le deuxième ensemble 40 de tubes 58 sont formés chacun par deux rangées 61 de tubes 58. Ces deux rangées 61 se superposent de sorte qu’au moins un tube 58 de la première rangée, et notamment la totalité des tubes 58, est aligné avec le ou les tubes 58 de la seconde rangée. Deux rangées 61 de tubes sont entourées par l’enveloppe 42 du moyen de stockage 55.

La figure 4 illustre la forme, vue en coupe, des tubes 58. Il s’agit de tube aplati, de section sensiblement oblongue. Vu en coupe, la hauteur du tube est donc plus importante que sa largeur, l’alignement des tubes 58 évoqué ci-dessus étant opéré le long de la hauteur des tubes de deux rangées 61 adjacentes.

La figure 4 montre aussi la présence de deux dispositifs de fixation 53 répartis chacun de part et d’autre du boîtier 36

La figure 5 montre une vue en perspective de l’échangeur de chaleur 30 selon les figures 2 à 4, en l’absence du boîtier 36. Alors que la figure 3 montre une sortie 34 du premier fluide 62, la figure 5 montre l’entrée 32 du premier fluide 62 44, l’enveloppe 42, le premier ensemble 38 de tubes 58 et le deuxième ensemble 40 de tubes 58.

Dans l’exemple illustré sur la figure 5, l’enveloppe 42 couvre entièrement le deuxième ensemble 40 de tubes 58, en s’étendant longitudinalement de la plaque 41 jusqu’au fond 59 du boîtier 36. Le premier fluide 62 circule alors autour de l’enveloppe 42 et autour des tubes 58 qui forme le premier ensemble 38 de tubes 58.

On notera qu’au moins une face extérieure des tubes 58 est pourvue de nervures inclinées 64 dont la fonction est de renforcer mécaniquement le tube 58 sur lequel elles sont formées, tout en maximisant l’échangeur thermique entre le deuxième fluide 63 circulant dans le tube et la paroi du tube 58, en perturbant l’écoulement des gaz d’échappement.

On notera également que le premier ensemble 38 de tubes 58 et le deuxième ensemble 40 de tubes 58 sont agencés dans le boîtier 36 de sorte que le deuxième fluide 63 suit une circulation en « U », chaque ensemble de tube formant une des branches du « U ». La jonction entre ces deux branches du « U » est délimitée par le fond 59 du boîtier 36.

La figure 6 montre, de manière additionnelle, une vue en coupe de l’intérieur de l’échangeur de chaleur 30 qui comprend le premier ensemble 38 de tubes 58, le deuxième ensemble 40 de tubes 58 et l’enveloppe 42. L’organisation des ensembles de tubes 38, 40 dans le boîtier 36, pour ménager une circulation du deuxième fluide 63 en forme de « U », est également est visible sur cette figure.

La figure 6 illustre la chambre 57 empruntée par le premier fluide 62 et délimitée par le boîtier 36, l’enveloppe 42 et les tubes 58. L’enveloppe 42 délimite une cavité 65 dans laquelle le matériau de stockage 68 est contenu. Cette cavité 65 est alimentée par le canal 52 et ce canal est obturé par le bouchon 56.

Cette figure illustre aussi la présence de renforts 66 ménagés à la périphérie extérieure du boîtier 36, ces renforts 66 ayant pour fonction de limiter les déformations du boîtier 36 lorsqu’il est rempli du premier fluide 62.

La figure 7 montre une vue en coupe de l’échangeur de chaleur 30, selon un premier mode de réalisation de l’invention. Selon ce mode de réalisation, le moyen de stockage 55 comprend une unique enveloppe 42 qui entoure l’un des ensembles de tubes, ici le deuxième ensemble 40 de tubes 58. Bien entendu, l’invention couvre également le cas où l’unique enveloppe entoure le premier ensemble 38 de tubes 58. Selon un exemple, le deuxième ensemble 40 de tubes 58 est constitué de deux rangées 61 de quatre tubes 58, mais il est entendu que l’invention s’étend à d’autres possibilités d’agencements d’une pluralité de tubes.

Selon ce mode de réalisation illustré à la figure 7, le moyen de stockage 55 est dépourvu de toute circulation en son sein du premier fluide 62. En d’autres termes, le premier fluide 62 est en contact d’une face externe l’enveloppe 42, mais il n’est pas en contact d’une face interne de l’enveloppe 42. Les tubes 58 logés dans l’enveloppe 42 ne sont également pas en contact avec le premier fluide 62, puisque c’est le matériau de stockage 68 qui remplit la cavité délimitée par la face interne de l’enveloppe 42 et par une face externe des tubes 58.

La figure 7 illustre deux possibilités alternatives ou cumulatives. Selon une première possibilité illustrée par la rangée 61 de l’enveloppe 42 disposée dans la partie haute de la figure 7, le matériau de stockage 68, par exemple le matériau à changement de phase, est en contact direct avec la face externe des tubes 58. La récupération de chaleur présente dans le deuxième fluide 63 qui circule dans les tubes 58 se fait alors sans autre intermédiaire que la paroi des tubes 58. De même, la restitution de la chaleur pendant la phase de démarrage du moteur à combustion interne s’opère depuis le matériau de stockage 68 préalablement chauffé, vers le deuxième fluide 63 tant que la température de celui-ci est inférieure à la température du matériau de stockage 68. C’est ainsi que le deuxième fluide 63, ici les gaz d’échappement, est réchauffé par le moyen de stockage 55 pendant son passage dans la première branche du « U », cette chaleur étant ensuite communiquée au premier fluide 62 qui entoure le premier ensemble 38 de tubes 58 formant la deuxième branche du « U ». La première possibilité présentée ci-dessus est applicable à tous les tubes logés dans le moyen de stockage 55, ou seulement à une partie d’entre eux comme c’est le cas de la représentation sur la figure 7.

Selon une deuxième possibilité illustrée par la rangée 61 de l’enveloppe 42 disposée dans la partie basse de la figure 7, chaque tube 58 est entouré par une chaussette 70 qui évite un contact directe entre la face externe de la paroi du tube 58 concerné et le matériau de stockage 68. Une telle chaussette 70 prend la forme d’une couche d’un matériau synthétique étalée sur la face externe du tube 58. La deuxième possibilité présentée ci-dessus est applicable à tous les tubes logés dans le moyen de stockage 55, ou seulement à une partie d’entre eux comme c’est le cas de la représentation sur la figure 7.

La figure 8 montre un deuxième mode de réalisation de l’échangeur de chaleur 30 comprenant un premier ensemble 38 de tubes 58 et un deuxième ensemble 40 de tubes 58. Le deuxième mode de réalisation se distingue du premier mode de réalisation en ce que le moyen de stockage 55 comprend au moins une zone parcourue par le premier fluide 62. Le moyen de stockage 55 de l’échangeur de chaleur 30 selon le deuxième mode de réalisation est agencé pour permettre un échange de chaleur entre le premier fluide 62 présent dans le moyen de stockage 55 et le matériau de stockage 68.

La rangée 61 de tubes 58 disposée sur la partie haute de la figure 8 est entourée par un fourreau global 71 interposé entre le matériau de stockage 68 qui entoure les quatre tubes 58 de la rangée 61, et l’enveloppe 42. Le fourreau global 71 forme ainsi un contenant à l’égard du matériau de stockage 68 et de la pluralité de tubes 58. Le fourreau global 71 est donc en contact direct d’un côté avec le matériau de stockage 68 et de l’autre avec le premier fluide 62. Plusieurs tubes 58, éventuellement la totalité des tubes 58 de la rangée 61 encapsulés dans le fourreau global 71, peuvent être logés dans une chaussette 70, tel que décrite en rapport avec la figure 7.

La rangée 61 de tubes 58 représentée sur le partie basse de la figure 8 présente une particularité qui peut concerner soit une partie des tubes 58 du deuxième ensemble 40 de tubes 58, soit la totalité des tubes 58 de cet ensemble. Chaque tube 58 est entouré par un fourreau individuel 72 dans lequel est disposé le matériau de stockage 68. En d’autres termes, le matériau de stockage 68 est interposé entre le tube 58, en entourant ce dernier, et le fourreau individuel 72, ce dernier servant alors de contenant pour le matériau de stockage 68. Le fourreau est individuel en ce sens qu’il est dédié à contenir le matériau de stockage en contact avec un unique tube 58.

Une telle structure permet de générer des zones de circulation du premier fluide entre chaque fourreau individuel 72. Ceci permet de fournir, pendant la phase de démarrage du moteur à combustion interne, la chaleur stockée dans le matériau de stockage directement (via le fourreau individuel 72 ou via le fourreau global 71) au premier fluide 62, c’est-à-dire sans passer par un réchauffement du deuxième fluide 63, comme c’est le cas du mode de réalisation de la figure 7. Une telle architecture permet également d’augmenter la surface d’échange thermique entre le matériau de stockage 68 et le premier fluide 62.

On notera, à l’égard des modes de réalisation des figures 7 et 8, que la présence d’une chaussette 70, d’un fourreau global 71 et/ou d’un fourreau individuel 72 est optionnelle, ces composants étant vus comme des améliorations de l’invention.

Le compartiment de stockage est dimensionné sur la base de l’énergie nécessaire pour réchauffer les gaz d’admission durant les deux cents premières secondes du cycle de démarrage d’un moteur à combustion interne avec une température extérieure de l’ordre de moins sept degrés Celsius (-7O). Ainsi, grâce à la quantité déterminée de chaleur déstockée depuis le compartiment de stockage, les gaz d’admission sont réchauffés de manière optimale au cours des deux cents premières secondes correspondant au cycle du démarrage du moteur à combustion interne, ce qui réduit l’émission de gaz polluant résultant d’une combustion imparfaite.

Le matériau de stockage utilisé dans les différents modes de réalisation exposé ci-dessus est adapté pour être compatible avec le niveau de température du deuxième fluide, c’est-à-dire les gaz d’échappement du moteur à combustion interne du véhicule automobile concerné. Ainsi, le matériau de stockage peut être un matériau à changement de phase solide/liquide, un matériau composite, un matériau à changement de phase solide/solide ou un matériau comprenant du sel de lithium bromide.

Claims

REVENDICATIONS

1. Echangeur de chaleur (30) pour moteur à combustion interne (12) d’un véhicule, comprenant un boîtier (36) dans lequel sont disposés un premier ensemble (38) de tubes (58) et un deuxième ensemble (40) de tubes (58), le boîtier (36) et le premier ensemble (38) de tubes (58) délimitant au moins en partie une chambre (57) configurée pour contenir un premier fluide (62), tandis que le premier ensemble (38) de tubes (58) et le deuxième ensemble (40) de tubes (58) sont agencés pour canaliser un deuxième fluide (63), caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur (30) comprend au moins un moyen de stockage (55) de chaleur disposé dans la chambre (57) et autour d’au moins un tube (58).
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel le moyen de stockage (55) de chaleur comprend au moins une enveloppe (42) et un matériau de stockage (68) contenu dans l’enveloppe (42).
3. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, dans lequel l’enveloppe (42) est une enveloppe thermiquement isolante agencée pour limiter un contact entre le premier fluide (62) et le matériau de stockage (68).
4. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications 2 à

3, dans lequel au moins un tube (58) est entouré d’une chaussette (70) isolant le tube (58) du matériau de stockage (68).
5. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications 2 à

4, dans lequel le deuxième ensemble (40) de tubes (58) est formé par deux rangées (61) de tubes (58).
6. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, dans lequel au moins une des rangées (61) est encapsulée dans un fourreau global (71) qui forme un contenant du matériau de stockage (68).
7. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel au moins un tube (58) comprend une paroi qui délimite un volume interne apte à être emprunté par le deuxième fluide (63).
8. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les tubes (58) du deuxième ensemble (40) de tubes sont entourés par le moyen de stockage (55) de chaleur, alors que les tubes (58) du premier ensemble (38) de tubes sont dépourvus de moyen de stockage (55) de chaleur.
9. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier fluide (62) est un liquide caloporteur.
10. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième fluide (63) est formé par les gaz d’échappement du moteur à combustion interne (12).
11. Système de contrôle thermique (10) adapté pour un moteur à combustion interne (12) d’un véhicule automobile, ledit système de contrôle thermique (10) comprenant :

- un premier échangeur de chaleur (24) configuré pour traiter thermiquement les gaz d’admission (67) du moteur à combustion interne (12) par échange thermique avec un premier fluide (62),

- un deuxième échangeur de chaleur (30) selon l’une des revendications précédentes, configuré pour réaliser un échange thermique entre le moyen de stockage (55) de chaleur et le premier fluide (62).

1/4