FR3069311A1 - Unite de stockage de frigories, notamment pour systeme de climatisation de vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une unité de stockage de frigories, notamment pour système de climatisation de véhicule automobile, cette unité comportant : - une boite (1), - dans la boite, un échangeur thermique formé notamment par un faisceau d'échange thermique (2) comportant de préférence des plaques, ces plaques étant notamment de surface externe lisse, - un matériau à changement de phase capable de stocker des frigories et mis au contact de cet échangeur thermique, le volume de ce matériau à changement de phase étant supérieur au volume de l'échangeur d'un volume supplémentaire, ce volume supplémentaire étant inférieur à 10% du volume de l'échangeur.
Description
Unité de stockage de frigories, notamment pour système de climatisation de véhicule automobile
L’invention se rapporte à une unité de stockage de frigories, notamment pour système de climatisation de véhicule automobile.
Actuellement, les appareils de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour habitacle de véhicule automobile comprennent de manière générale une boucle thermodynamique fermée comprenant au moins, selon le sens de circulation d’un fluide réfrigérant, un évaporateur sur l’air, un compresseur, un condenseur et une vanne ou dispositif de détente. Dans cette configuration, l’air est refroidi par passage sur l’évaporateur avant d’être expulsé vers l’habitacle par des canalisations.
Or, à l’arrêt du véhicule, ces appareils sont peu performants, voire ne fonctionnent pas du tout. Cela est particulièrement gênant en cas de forte chaleur, notamment l’été lorsque le véhicule est garé au soleil.
De plus, dans les véhicules récents qui sont équipés d’un système de gestion du moteur appelé « Stop and Go » (« arrêt et redémarrage »), c'est-à-dire arrêt du moteur à combustion interne lorsque le véhicule est au point mort, par exemple à un feu ou à un stop, puis redémarrage de celui-ci lorsque l’avance du véhicule est de nouveau souhaitée, grâce à un alternodémarreur, le moteur ne peut plus entraîner le compresseur. La climatisation est donc fréquemment interrompue, ce qui nuit au confort général des passagers.
A l’inverse, il serait aussi possible de redémarrer le moteur pour maintenir le confort des passagers, mais cela impacterait négativement la consommation de carburant.
Existent encore d’autres modes de fonctionnement du véhicule, par exemple un mode de roulage avec le moteur thermique éteint. Dans ce cas, il est nécessaire de trouver des solutions pour permettre au système de climatisation de continuer à fonctionner alors que le moteur thermique est éteint.
D’une manière générale, il existe un besoin pour pouvoir gérer la climatisation dans différents modes de fonctionnement du véhicule.
Il est connu de la demande brevet US20100018231 un stockage de frigories dans un évaporateur du système de climatisation.
D’autres documents JP2000313226, US7228705, US20030159455, US6343485, DE102014105612 et WO2014012873 décrivent des stockages de frigories.
L’invention concerne ainsi une unité de stockage de frigories, notamment pour système de climatisation de véhicule automobile, cette unité comportant :
- une boite,
- dans la boite, un échangeur thermique formé notamment par un faisceau d’échange thermique comportant de préférence des plaques, ces plaques étant notamment de surface externe lisse,
- un matériau à changement de phase capable de stocker des frigories et mis au contact de cet échangeur thermique, le volume de ce matériau à changement de phase étant notamment supérieur au volume de l’échangeur d’un volume supplémentaire, ce volume supplémentaire étant inférieur à 10% du volume de l’échangeur.
L’invention permet de protéger l’unité de stockage d’énergie de tout risque de fuite dû à une prise en glace inhomogène du produit, le volume de matériau à changement de phase doit être plus important que le volume du faisceau.
Ce volume supplémentaire permet notamment d’assurer le fait que les plaques d’extrémité sont toujours en contact avec le matériau à changement de phase.
En effet, si les plaques d’extrémités sont en contact avec l’air, elles seront beaucoup plus froides que les autres : cela favoriserait la prise en glace au niveau de la surface du matériau à changement de phase tout en emprisonnant de l’eau liquide. Ainsi, il y aurait un risque de défaillance lorsque la poche de liquide essaie de se transformer en glace.
De plus, le ratio volume de matériau à changement de phase sur le volume d’aluminium du faisceau doit aussi être pris en compte afin de minimiser la quantité additionnelle de matériau à changement de phase qui permet de prendre en compte les variations de volume dues à sa solidification. Le remplissage de l’échangeur dépend notamment de l’inclinaison de celui-ci.
Selon un aspect de l’invention, le volume supplémentaire de matériau à changement de phase est au dessus de l’échangeur.
Selon un aspect de l’invention, le triplé de dimensions x y et z est agencé pour minimiser le volume d’eau pour tous les angles a (compris entre 0 et 30°) et β (compris entre 0 et 20°)
Selon un aspect de l’invention, les dimensions x et y sont liées par, pour un volume hors tout de l’échangeur (égal à x*y*z) de 0,5L, l’équation y = 116O,4x'0,969.
Selon un aspect de l’invention, les dimensions x et y sont liées par, pour un volume hors tout de l’échangeur (égal à x*y*z) de 1 L, l’équation y = 5805,5x'0’997
Selon un aspect de l’invention, le matériau à changement de phase est configuré pour noyer complètement l’échangeur même lorsque le véhicule roule sur des pentes maximales, par exemple de 30° suivant l’axe d’avancement du véhicule.
Selon un aspect de l’invention, l’unité comporte un couvercle fixé à l’échangeur, ce couvercle étant de préférence brasé sur l’échangeur.
Selon un aspect de l’invention, l’unité comporte un tube de remplissage pour introduire le matériau à changement phase dans la boite, ce tube de remplissage étant notamment pincé ou collé sur la boite.
Selon un aspect de l’invention, le matériau à changement de phase étant de l’eau.
L’invention a encore pour objet un système de climatisation de véhicule automobile, comportant une unité de stockage de frigories telle décrite ci-dessus.
Selon un aspect de l’invention, ce système de climatisation comporte un circuit thermique comportant un compresseur agencé pour comprimer un réfrigérant circulant dans ce circuit et un évaporateur agencé pour refroidir un flux d’air qui circule au contact de l’évaporateur, ce refroidissement étant obtenu par échange thermique entre le flux d’air à refroidir et du réfrigérant circulant dans cet évaporateur.
Selon un aspect de l’invention, l’unité de stockage de frigories est agencée à l’intérieur d’un HVAC ou à l’extérieur d’un HVAC.
Le système de climatisation peur comporter l’HVAC.
Grâce à l’invention, il est possible de fiabiliser l’unité de stockage de frigories tout en optimisant le volume du matériau à changement de phase utilisé pour le stockage de l’énergie.
Le matériau à changement de phase peut être un fluide dont le volume augmente lorsqu’il se solidifie. Ainsi, lorsque le fluide se solidifie en stockant l’énergie contenue dans le fluide frigorigène, la prise en glace doit être la plus homogène possible pour éviter que des poches de liquide proches des plaques génèrent d’importantes contraintes sur le métal en solidifiant.
Ainsi, selon un aspect de l’invention, l’unité de stockage de frigories comporte un faisceau d’échange thermique comprenant notamment un empilement de plaques lisses et perturbateurs pour le fluide frigorigène et d’intercalaires pour le matériau à changement de phase. En effet, l’absence de creux sur les plaques permet d’éviter la présence de poches de fluide résiduelles.
Selon un aspect de l’invention, l’alimentation des plaques lisses s’effectue au niveau des extrémités des plaques, notamment des plaques embouties et perforées pour assurer le passage du fluide d’un tube à l’autre.
Selon un aspect de l’invention, le tube est formé par l’assemblage de deux plaques enserrant un perturbateur. Selon un aspect de l’invention, ensuite, un couvercle muni de brides d’entrée/sortie du fluide réfrigérant est brasé directement avec le faisceau.
Le couvercle peut contenir des rebords ou des dents s’il doit être serti sur le carter extérieur ou boite.
Enfin, Selon un aspect de l’invention, cet ensemble faisceau, brides et couvercle est inséré dans un carter qui peut être en aluminium ou en plastique.
Dans le cas d’un carter en aluminium, le tube permettant le remplissage du matériau à changement de phase peut être soudé sur le couvercle puis pincé hermétiquement à la fin du remplissage.
Dans le cas d’un carter plastique, le tube de remplissage peut être aménagé dans le carter puis fermé à l’aide d’un bouchon muni d’un joint ou bien collé directement.
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemples non limitatifs en référence au dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 illustre, schématiquement et partiellement, un mode de réalisation d’une unité de stockage de frigories selon l’invention,
- la figure 2 illustre, en coupe, l’unité de stockage de frigories de la figure 1,
- la figure 3 illustre, schématiquement et partiellement, les triplés de dimensions permettant de minimiser le volume d’eau pour tous les angles a (compris entre 0 et 30°) et β (compris entre 0 et 20°).
La figure 1 représente une unité de stockage de frigories 100 comportant :
- une boite 1,
- un échangeur de chaleur 2 disposé dans la boite 1.
L’échangeur 2 comporte un faisceau de plaques 20 d’échange thermique formant des canaux dans lesquels circule le réfrigérant.
Des entrée 21 et sortie 22 de réfrigérant sont prévues sur un capot ou couvercle 8 de l’échangeur 2.
Cette unité de stockage de frigories 100 est agencée pour être monté, de manière classique, dans un système de climatisation qui comprend, selon le sens de circulation en circuit fermé du fluide réfrigérant tel que du R134A ou R-1234yf : un compresseur, un condenseur, une bouteille de stockage, un échangeur thermique interne, un dispositif d’expansion ou de détente et un évaporateur sur l’air.
Comme illustré sur la figure 2, la boitel comporte :
une enveloppe externe rigide 3, une enveloppe interne 4 disposée dans l’enveloppe externe 3 de manière à ménager une couche d’air 5 entre ces enveloppes, l’enveloppe interne étant agencée pour recevoir l’échangeur thermique 2 ainsi qu’un matériau à changement de phase 6 capable de stocker des frigories et mis au contact de cet échangeur thermique 2.
L’enveloppe interne 4 est élastiquement déformable de manière à accompagner une variation de volume du matériau à changement de phase 6, qui est, dans l’exemple décrit, de l’eau qui se transforme en glace, transformation qui s’accompagne d’une expansion volumique. Le fait que l’enveloppe interne puisse se déformer permet d’éviter des pressions excessives subies par cette enveloppe qui pourraient lui causer des dommages permanents.
Cette enveloppe interne souple peut comporter des points d’accroche judicieusement positionnés pour maintenir l’enveloppe souple et minimiser le volume nécessaire notamment lorsque l’échangeur est incliné.
La couche d’air 5 entre les enveloppes interne 4 et externe 3 présente un volume variable en fonction de la déformation de l’enveloppe interne 4.
L’enveloppe interne 4 est réalisée en matériau extensible, notamment en caoutchouc.
L’enveloppe externe 3 est réalisée en PA66GF30 ou PET ou PP.
L’échangeur 2 comporte le faisceau d’échange thermique formé de plaques 20 de surface externe lisse.
Le volume du matériau à changement de phase est supérieur au volume de l’échangeur 2 d’un volume supplémentaire, ce volume supplémentaire étant inférieur à 10% du volume de l’échangeur.
Ce volume supplémentaire permet d’assurer le fait que les plaques d’extrémité 20 sont toujours en contact avec le matériau à changement de phase.
Le ratio volume de matériau à changement de phase sur le volume d’aluminium du faisceau doit aussi être pris en compte afin de minimiser la quantité additionnelle de matériau à changement de phase qui permet de prendre en compte les variations de volume dues à sa solidification. Le remplissage de l’échangeur dépend notamment de l’inclinaison de celui-ci.
Le volume supplémentaire de matériau à changement de phase est au dessus de l’échangeur 2.
Le matériau à changement de phase est configuré pour noyer complètement l’échangeur même lorsque le véhicule roule sur des pentes maximales, par exemple de 30° suivant l’axe d’avancement du véhicule.
Le couvercle 8 est brasé sur l’échangeur 2.
L’unité de stockage de frigories est agencée à l’intérieur d’un HVAC ou à l’extérieur d’un HVAC.
Comme on peut le voir sur le graphe de la figure 3 :
L’axe des abscisses de ce graphe correspond à x. L’axe X correspond à la longueur de l’échangeur 2.
L’axe des ordonnées de ce graphe correspond à y. L’axe Y correspond à la largeur de l’échangeur 2.
L’axe Z correspond à la profondeur de l’échangeur 2.
La courbe du bas, pour un volume hors tout de l’échangeur (égal à x*y*z) de 0,5L, est d’équation y = 116O,4x'0,969.
La courbe du haut, pour le volume précité égal à 1 L, est d’équation y = 5805,5x°’997.
Le graphe de la figure 3 permet d’obtenir les triplés de dimensions x y et z permettant de minimiser le volume d’eau pour tous les angles a (compris entre 0 et 30°) et β (compris entre 0 et 20°).
a est l’inclinaison du faisceau 2 selon l’axe Y. Cette inclinaison correspond à l’angle de la pente que pourrait gravir le véhicule suivant l’axe d’avancement du véhicule.
β est l’inclinaison du faisceau 2 selon l’axe X. Cette inclinaison correspond à l’angle de l’essieu des roues par rapport à la route suivant l’axe perpendiculaire à celui d’avancement du véhicule.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Unité de stockage de frigories, notamment pour système de climatisation de véhicule automobile, cette unité comportant :une boite (1), dans la boite, un échangeur thermique formé notamment par un faisceau d’échange thermique (2) comportant de préférence des plaques, ces plaques étant notamment de surface externe lisse, un matériau à changement de phase capable de stocker des frigories et mis au contact de cet échangeur thermique, le volume de ce matériau à changement de phase étant supérieur au volume de l’échangeur d’un volume supplémentaire, ce volume supplémentaire étant inférieur à 10% du volume de l’échangeur.
- 2. Unité selon la revendication précédente, le volume supplémentaire de matériau à changement de phase étant au dessus de l’échangeur.
- 3. Unité selon l’une des revendications précédentes, le matériau à changement de phase étant configuré pour noyé complètement l’échangeur même lorsque le véhicule roule sur des pentes maximales, par exemple de 30° suivant l’axe d’avancement du véhicule.
- 4. Unité selon l’une des revendications précédentes, comportant un couvercle fixé à l’échangeur, ce couvercle étant de préférence brasé sur l’échangeur.
- 5. Unité selon l’une des revendications précédentes, comportant un tube de remplissage pour introduire le matériau à changement phase dans la boite, ce tube de remplissage étant notamment pincé ou collé sur la boite.
- 6. Unité selon l’une des revendications précédentes, le matériau à changement de phase étant de l’eau.
- 7. Unité selon l’une des revendications précédentes, les dimensions x et y étant liées par, pour un volume hors tout de l’échangeur (égal à x*y*z) de 0,5L, l’équation y = ii60,4x°,9e9.
- 8. Unité selon l’une des revendications 1 à 6, les dimensions x et y étant liées par, pour un volume hors tout de l’échangeur (égal à x*y*z) de 1 L, l’équation y = 5805,5x 0,997.
- 9. Système de climatisation de véhicule automobile, comportant une unité de stockage de frigories selon l’une des revendications précédentes.
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