FR3141517A1 - Heat exchanger and cooling device comprising a heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Echangeur thermique et dispositif de refroidissement comprenant un échangeur thermique La présente invention concerne un échangeur thermique (2) comprenant :- un collecteur d’entrée (23) comportant une bouche d’admission (22) d’un fluide réfrigérant (FR), - des premiers canaux et des deuxièmes canaux destinés à recevoir le fluide réfrigérant (FR), les deuxièmes canaux étant disposés à l’opposé de la bouche d’admission (22) par rapport aux premiers canaux, le collecteur d’entrée (23) comportant une première et une deuxième chambre de distribution (231, 233) aptes à fournir respectivement un premier débit de fluide réfrigérant (FR) aux premiers canaux et un deuxième débit de fluide réfrigérant (FR) aux deuxièmes canaux, les chambres de distribution (231, 233) étant délimitées par une première spirale hélicoïdale (234) et une deuxième spirale hélicoïdale (236) entremêlées entre elles autour d’une ossature (29) suivant un axe central (X) spirales hélicoïdales (234, 236), l’ossature (29) s’étendant dans le collecteur d’entrée (23). (figure 2)Heat exchanger and cooling device comprising a heat exchanger The present invention relates to a heat exchanger (2) comprising: - an inlet collector (23) comprising an intake mouth (22) of a refrigerant fluid (FR), - first channels and second channels intended to receive the refrigerant fluid (FR), the second channels being arranged opposite the inlet mouth (22) with respect to the first channels, the inlet collector (23) comprising a first and a second distribution chamber (231, 233) capable of respectively supplying a first flow of refrigerant fluid (FR) to the first channels and a second flow of refrigerant fluid (FR) to the second channels, the distribution chambers (231, 233) being delimited by a first helical spiral (234) and a second helical spiral (236) intertwined with each other around a framework (29) along a central axis (X) helical spirals (234, 236), the framework ( 29) extending into the inlet collector (23). (figure 2)
Description
La présente invention se rapporte au domaine de la thermodynamique et concerne plus précisément un échangeur thermique et un dispositif de refroidissement incluant cet échangeur thermique, destinés notamment à être utilisés pour le refroidissement d’organes d’un véhicule.The present invention relates to the field of thermodynamics and more precisely concerns a heat exchanger and a cooling device including this heat exchanger, intended in particular to be used for cooling the components of a vehicle.
Dans un véhicule électrique ou hybride, il est courant de refroidir la batterie électrique, le moteur électrique et l’électronique de puissance du véhicule par un liquide caloporteur tel que de l’eau, circulant dans un circuit de liquide caloporteur parcourant ces composants à refroidir, le liquide caloporteur étant lui-même refroidi grâce à un échangeur thermique recevant d’une part le liquide caloporteur, et d’autre part un fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant subit un cycle thermodynamique dans un circuit de fluide réfrigérant séparé utilisant par exemple un compresseur, un condenseur, un échangeur de chaleur interne et un organe de détente.In an electric or hybrid vehicle, it is common to cool the electric battery, the electric motor and the power electronics of the vehicle by a heat transfer liquid such as water, circulating in a heat transfer liquid circuit passing through these components to be cooled. , the heat transfer liquid itself being cooled thanks to a heat exchanger receiving on the one hand the heat transfer liquid, and on the other hand a refrigerant fluid. The refrigerant undergoes a thermodynamic cycle in a separate refrigerant circuit using, for example, a compressor, a condenser, an internal heat exchanger and an expansion member.
Lors d’une charge rapide de la batterie électrique d’un véhicule électrique ou hybride, le courant électrique étant élevé, la puissance thermique à dissiper pour refroidir la batterie électrique est importante, par exemple de l’ordre de 10000 Watts. De même, lorsque le véhicule électrique ou hybride roule à vitesse élevée, la puissance thermique à dissiper dans le moteur électrique, l’électronique de puissance et la batterie électrique est importante et nécessite donc un échangeur thermique dimensionné en conséquence, dit « haute performance ».When rapidly charging the electric battery of an electric or hybrid vehicle, the electric current being high, the thermal power to be dissipated to cool the electric battery is significant, for example of the order of 10,000 Watts. Likewise, when the electric or hybrid vehicle is traveling at high speed, the thermal power to be dissipated in the electric motor, the power electronics and the electric battery is significant and therefore requires a heat exchanger sized accordingly, called "high performance" .
L’échangeur thermique étant formé d’un faisceau de plaques empilées et brasées délimitant des canaux de circulation du fluide réfrigérant ou du liquide caloporteur, le nombre de plaques de l’échangeur thermique du véhicule électrique ou hybride est d’autant plus important qu’il doit dissiper une forte puissance thermique.The heat exchanger being formed of a bundle of stacked and brazed plates delimiting circulation channels of the refrigerant fluid or the heat transfer liquid, the number of plates of the heat exchanger of the electric or hybrid vehicle is all the more important as it must dissipate a high thermal power.
Néanmoins, lors d’une utilisation moins énergivore du véhicule électrique ou hybride, par exemple lors d’une charge lente de la batterie électrique du véhicule électrique, ou lors d’un roulage à basse vitesse du véhicule électrique, la puissance thermique de la batterie électrique à dissiper est plus faible, par exemple de l’ordre de 4000 Watts. Or, l’efficacité d’un échangeur thermique « haute performance » n’est pas optimale à moyenne ou faible charge, car le nombre de plaques et le dimensionnement des canaux d’un tel échangeur thermique ont été optimisés pour une utilisation à forte charge. A moyenne ou faible charge, la distribution des phases de liquide et de gaz du fluide réfrigérant dans l’échangeur thermique n’est donc pas homogène et est peu performante.However, during less energy-intensive use of the electric or hybrid vehicle, for example during slow charging of the electric battery of the electric vehicle, or when driving at low speed of the electric vehicle, the thermal power of the battery electrical power to be dissipated is lower, for example of the order of 4000 Watts. However, the efficiency of a “high performance” heat exchanger is not optimal at medium or low load, because the number of plates and the dimensioning of the channels of such a heat exchanger have been optimized for use at high load. . At medium or low load, the distribution of the liquid and gas phases of the refrigerant fluid in the heat exchanger is therefore not homogeneous and is poorly efficient.
Il existe donc un besoin d’un échangeur thermique haute performance, notamment pour un véhicule électrique ou hybride, avec une puissance thermique et une efficacité améliorée à faible et moyenne charge, permettant le refroidissement de composants du véhicule. Les composants à refroidir du véhicule incluent, de préférence, la batterie électrique, le moteur électrique, l’électronique de puissance mais aussi l’habitacle du véhicule.There is therefore a need for a high-performance heat exchanger, particularly for an electric or hybrid vehicle, with thermal power and improved efficiency at low and medium load, allowing the cooling of vehicle components. The vehicle components to be cooled preferably include the electric battery, the electric motor, the power electronics but also the vehicle interior.
La présente invention remédie au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur en fournissant un échangeur thermique dans lequel la distribution du fluide réfrigérant est homogénéisée depuis une entrée jusqu’à une sortie de l’échangeur thermique à faible, moyenne ou forte charge, et en fournissant un dispositif de refroidissement comportant un tel échangeur thermique.The present invention at least partly remedies the drawbacks of the prior art by providing a heat exchanger in which the distribution of the refrigerant fluid is homogenized from an inlet to an outlet of the heat exchanger at low, medium or high load, and by providing a cooling device comprising such a heat exchanger.
A cette fin, l’invention propose un échangeur thermique comprenant :To this end, the invention proposes a heat exchanger comprising:
- un collecteur d’entrée comportant une bouche d’admission d’un fluide réfrigérant,- an inlet manifold comprising a refrigerant fluid intake port,
- un faisceau de plaques, comportant une première pluralité de plaques entre lesquelles sont agencés des premiers canaux destinés à recevoir le fluide réfrigérant et définissant un premier corps de l’échangeur thermique, et une deuxième pluralité de plaques entre lesquelles sont agencés des deuxièmes canaux destinés à recevoir le fluide réfrigérant et définissant un deuxième corps de l’échangeur thermique disposé à l’opposé de la bouche d’admission par rapport au premier corps,
le collecteur d’entrée étant configuré pour distribuer le fluide réfrigérant dans le premier corps et dans le deuxième corps de l’échangeur thermique,- a bundle of plates, comprising a first plurality of plates between which are arranged first channels intended to receive the refrigerant fluid and defining a first body of the heat exchanger, and a second plurality of plates between which are arranged second channels intended to receive the refrigerant fluid and defining a second body of the heat exchanger arranged opposite the inlet mouth relative to the first body,
the inlet collector being configured to distribute the refrigerant fluid in the first body and in the second body of the heat exchanger,
l’ échangeur thermique étant caractérisé en ce que le collecteur d’entrée comporte une première chambre de distribution et une deuxième chambre de distribution aptes à fournir de manière étanche l’une par rapport à l’autre respectivement un premier débit de fluide réfrigérant aux premiers canaux et un deuxième débit de fluide réfrigérant aux deuxièmes canaux, les première et deuxième chambres de distribution étant au moins en partie délimitées par une première spirale hélicoïdale et une deuxième spirale hélicoïdale entremêlées entre elles autour d’une ossature suivant un axe central des première et deuxième spirales hélicoïdales, l’ossature s’étendant dans le collecteur d’entrée.the heat exchanger being characterized in that the inlet collector comprises a first distribution chamber and a second distribution chamber capable of supplying in a sealed manner relative to each other respectively a first flow of refrigerant fluid to the first channels and a second flow of refrigerant fluid to the second channels, the first and second distribution chambers being at least partly delimited by a first helical spiral and a second helical spiral intertwined with each other around a framework along a central axis of the first and second helical spirals, the framework extending into the inlet manifold.
La bouche d’admission du collecteur d’entrée comporte une première entrée débouchant sur la première chambre de distribution et une deuxième entrée débouchant sur la deuxième chambre de distribution. Les première et deuxième entrées sont rendues étanches l’une par rapport à l’autre grâce à des moyens d’étanchéité d’entrée, comportant par exemple des bouchons de spirales plaqués contre une joue de l’échangeur thermique.The inlet mouth of the inlet manifold has a first inlet opening into the first distribution chamber and a second inlet opening into the second distribution chamber. The first and second inlets are made watertight relative to each other by inlet sealing means, comprising for example spiral plugs pressed against one side of the heat exchanger.
Grâce à l’invention, la distribution de fluide réfrigérant est équilibrée entre le premier corps de l’échangeur thermique et le deuxième corps de l’échangeur thermique, ce qui homogénéise cette distribution et diminue les pertes de charge. Ainsi à faible ou moyenne charge, l’efficacité de l’échangeur thermique est améliorée. Les premiers et deuxièmes canaux respectivement du premier et du deuxième corps sont préférentiellement tous de sections et de longueurs identiques, et le premier débit est de préférence sensiblement égal au deuxième débit. Le premier débit peut en effet être différent du deuxième débit notamment en fonction de pertes de charge différentes entre les premiers et les deuxièmes canaux, malgré une structure identique des premiers et deuxièmes canaux.Thanks to the invention, the distribution of refrigerant fluid is balanced between the first body of the heat exchanger and the second body of the heat exchanger, which homogenizes this distribution and reduces pressure losses. Thus at low or medium load, the efficiency of the heat exchanger is improved. The first and second channels respectively of the first and the second body are preferably all of identical sections and lengths, and the first flow rate is preferably substantially equal to the second flow rate. The first flow rate can in fact be different from the second flow rate in particular depending on different pressure losses between the first and second channels, despite an identical structure of the first and second channels.
De plus, lorsque les chambres de distribution de l’échangeur thermique selon l’invention sont alimentées indépendamment, l’invention permet d’utiliser le premier corps et/ou le deuxième corps en fonction de la puissance thermique à dissiper.Furthermore, when the distribution chambers of the heat exchanger according to the invention are powered independently, the invention makes it possible to use the first body and/or the second body depending on the thermal power to be dissipated.
Avantageusement, les spirales sont des nervures autour de l’ossature, et débouchent radialement dans les premiers canaux du premier corps de l’échangeur thermique. De préférence, les première et deuxième spirales s’étendent le long du premier corps et du deuxième corps de l’échangeur thermique. Dans ce cas, au moins la deuxième spirale débouche radialement dans les deuxièmes canaux du deuxième corps de l’échangeur thermique.Advantageously, the spirals are ribs around the framework, and open radially into the first channels of the first body of the heat exchanger. Preferably, the first and second spirals extend along the first body and the second body of the heat exchanger. In this case, at least the second spiral opens radially into the second channels of the second body of the heat exchanger.
Selon une caractéristique avantageuse de l’échangeur thermique selon l’invention, le collecteur d’entrée comporte une première barrière d’étanchéité entre la première chambre de distribution et le deuxième corps, et une deuxième barrière d’étanchéité entre la deuxième chambre de distribution et le premier corps. Ainsi les chambres de distribution sont connectées chacune à leurs premiers ou deuxièmes canaux de manière étanche l’une par rapport à l’autre.According to an advantageous characteristic of the heat exchanger according to the invention, the inlet collector comprises a first sealing barrier between the first distribution chamber and the second body, and a second sealing barrier between the second distribution chamber and the first body. Thus the distribution chambers are each connected to their first or second channels in a sealed manner relative to each other.
La première barrière d’étanchéité est par exemple un bouchon de spirale. La deuxième barrière d’étanchéité est par exemple une enveloppe cylindrique au contact des première et deuxième spirales et disposée en regard des premiers canaux, l’enveloppe cylindrique comportant des orifices entre la première chambre de distribution et les premiers canaux.The first sealing barrier is for example a spiral plug. The second sealing barrier is for example a cylindrical envelope in contact with the first and second spirals and arranged opposite the first channels, the cylindrical envelope comprising orifices between the first distribution chamber and the first channels.
De préférence, l’enveloppe cylindrique entoure les première et deuxième spirales en regard des premiers et deuxièmes canaux, l’enveloppe cylindrique comportant des trous entre la deuxième chambre de distribution et les deuxièmes canaux.Preferably, the cylindrical envelope surrounds the first and second spirals facing the first and second channels, the cylindrical envelope comprising holes between the second distribution chamber and the second channels.
Préférentiellement, une plaque de l’échangeur thermique disposée à l’interface entre le premier corps et le deuxième corps ne laisse pas passer le fluide réfrigérant entre le premier corps et le deuxième corps.Preferably, a plate of the heat exchanger arranged at the interface between the first body and the second body does not allow the refrigerant fluid to pass between the first body and the second body.
Dans un mode de réalisation de l’échangeur thermique selon l’invention, les premières et deuxièmes spirales entremêlées définissent deux pas, la première chambre de distribution étant définie par un premier desdits pas inférieur à un deuxième desdits pas, le deuxième pas définissant la deuxième chambre de distribution. Dans ce mode de réalisation, la contenance de la première chambre de distribution est plus petite que la contenance de la deuxième chambre de distribution, le nombre de premiers canaux étant inférieur au nombre de deuxièmes canaux. Le ratio entre le nombre de premiers canaux et le nombre de deuxièmes canaux et donc entre le premier pas et le deuxième pas, est fonction de la puissance thermique que l’on souhaite dissiper dans le premier corps de l’échangeur thermique et dans le deuxième corps de l’échangeur thermique, ces premier et deuxième corps pouvant être alimentés de manière indépendante. Le dimensionnement du premier corps est par exemple adapté à la dissipation d’une faible puissance thermique dans un cas d’usage de roulage à faible vitesse d’un véhicule électrique ou hybride. Le dimensionnement du deuxième corps est par exemple adapté à la dissipation d’une moyenne puissance thermique dans un cas d’usage de charge lente d’un véhicule électrique ou hybride. Utilisés ensemble, les premier et deuxième corps permettent de dissiper une forte puissance thermique notamment en cas de charge rapide du véhicule électrique ou hybride.In one embodiment of the heat exchanger according to the invention, the first and second intertwined spirals define two pitches, the first distribution chamber being defined by a first of said pitches less than a second of said pitches, the second pitch defining the second distribution chamber. In this embodiment, the capacity of the first distribution chamber is smaller than the capacity of the second distribution chamber, the number of first channels being less than the number of second channels. The ratio between the number of first channels and the number of second channels and therefore between the first step and the second step, is a function of the thermal power that we wish to dissipate in the first body of the heat exchanger and in the second body of the heat exchanger, these first and second bodies being able to be powered independently. The dimensioning of the first body is for example adapted to the dissipation of a low thermal power in a case of low speed driving of an electric or hybrid vehicle. The dimensioning of the second body is for example adapted to the dissipation of an average thermal power in a case of slow charging of an electric or hybrid vehicle. Used together, the first and second bodies make it possible to dissipate a high thermal power, particularly in the event of rapid charging of the electric or hybrid vehicle.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention, la première chambre de distribution est de contenance plus importante que la deuxième chambre de distribution, le premier pas étant supérieur au deuxième pas et le nombre de premiers canaux étant supérieur au nombre de deuxièmes canaux.In another embodiment of the invention, the first distribution chamber has a larger capacity than the second distribution chamber, the first pitch being greater than the second pitch and the number of first channels being greater than the number of second channels.
Dans encore une autre variante, le nombre de canaux du premier corps et du deuxième corps est le même.In yet another variation, the number of channels of the first body and the second body is the same.
Avantageusement dans ce mode de réalisation, la section de passage des orifices est plus importante que la section de passage des trous. Les orifices sont par exemple de formes oblongues et les trous sont par exemple circulaires. Cela permet une distribution de fluide réfrigérant identique entre les premiers et deuxièmes canaux malgré la différence de pas des première et deuxième spirales.Advantageously in this embodiment, the passage section of the orifices is greater than the passage section of the holes. The orifices are for example oblong shapes and the holes are for example circular. This allows identical distribution of refrigerant fluid between the first and second channels despite the difference in pitch of the first and second spirals.
En variante de réalisation de l’invention, la deuxième barrière d’étanchéité est une enveloppe hélicoïdale fermant la deuxième chambre de distribution en vis-à-vis des premiers canaux, sans fermer la première chambre de distribution. Cette enveloppe hélicoïdale s’arrête par exemple le long de l’ossature à l’interface entre les premiers canaux et les deuxièmes canaux.As an alternative embodiment of the invention, the second sealing barrier is a helical envelope closing the second distribution chamber opposite the first channels, without closing the first distribution chamber. This helical envelope stops for example along the framework at the interface between the first channels and the second channels.
Dans une autre variante de réalisation de l’invention, les première et deuxième spirales s’arrêtent à l’interface entre les premiers canaux et les deuxièmes canaux.In another alternative embodiment of the invention, the first and second spirals stop at the interface between the first channels and the second channels.
Selon une caractéristique avantageuse de l’échangeur thermique selon l’invention, l’ossature est un arbre creux destiné à canaliser un fluide réfrigérant provenant d’un collecteur de sortie haute pression d’un échangeur de chaleur interne. Cette caractéristique permet de compacter l’échangeur thermique selon l’invention dans un dispositif de refroidissement selon l’invention comportant cet échangeur thermique, un échangeur de chaleur interne et un ou plusieurs organes de détente. En effet dans ce dispositif de refroidissement compact selon l’invention, l’échangeur de chaleur interne est brasé sur une première plaque d’extrémité de l’échangeur thermique selon l’invention, cette première plaque d’extrémité comportant une entrée haute pression et une sortie basse pression de fluide réfrigérant, l’entrée haute pression étant une première extrémité de l’arbre creux. Une deuxième plaque d’extrémité de l’échangeur thermique, opposée à la première plaque d’extrémité, comporte les entrée et sortie de liquide caloporteur ainsi que la bouche d’admission de fluide réfrigérant, cette bouche d’admission étant alimentée par un ou plusieurs organes de détente connectés d’une part à une deuxième extrémité de l’arbre creux, opposée à la première extrémité de l’arbre creux, et d’autre part à la bouche d’admission de fluide réfrigérant. Le ou les organes de détente sont par exemple solidarisés à l’échangeur thermique par l’intermédiaire d’un bloc de refroidissement.According to an advantageous characteristic of the heat exchanger according to the invention, the framework is a hollow shaft intended to channel a refrigerant fluid coming from a high pressure outlet collector of an internal heat exchanger. This characteristic makes it possible to compact the heat exchanger according to the invention in a cooling device according to the invention comprising this heat exchanger, an internal heat exchanger and one or more expansion members. Indeed, in this compact cooling device according to the invention, the internal heat exchanger is brazed onto a first end plate of the heat exchanger according to the invention, this first end plate comprising a high pressure inlet and a low pressure refrigerant outlet, the high pressure inlet being a first end of the hollow shaft. A second end plate of the heat exchanger, opposite the first end plate, comprises the heat transfer liquid inlet and outlet as well as the refrigerant fluid inlet mouth, this inlet mouth being supplied by one or several expansion members connected on the one hand to a second end of the hollow shaft, opposite the first end of the hollow shaft, and on the other hand to the refrigerant fluid inlet mouth. The expansion member(s) are for example secured to the heat exchanger via a cooling block.
L’invention concerne également un dispositif de refroidissement comprenant un échangeur thermique selon l’invention, et comportant en outre :The invention also relates to a cooling device comprising a heat exchanger according to the invention, and further comprising:
- un échangeur de chaleur interne comportant un collecteur de sortie haute pression et un collecteur d’entrée basse pression, et- an internal heat exchanger comprising a high pressure outlet manifold and a low pressure inlet manifold, and
- au moins un organe de détente,- at least one expansion device,
le collecteur de sortie haute pression étant raccordé à une entrée de l’organe de détente, une sortie de l’organe de détente étant raccordée à la bouche d’admission de l’échangeur thermique, et l’échangeur thermique comportant en outre une bouche d’évacuation de fluide réfrigérant connectée au collecteur d’entrée basse pression.the high pressure outlet manifold being connected to an inlet of the expansion member, an outlet of the expansion member being connected to the inlet mouth of the heat exchanger, and the heat exchanger further comprising a mouth refrigerant discharge pipe connected to the low pressure inlet manifold.
Le dispositif de refroidissement selon l’invention est préférentiellement compact comme décrit précédemment, mais pas nécessairement.The cooling device according to the invention is preferably compact as described above, but not necessarily.
Dans un mode de réalisation du dispositif de refroidissement selon l’invention, l’ossature est un arbre creux comportant une première extrémité directement connectée au collecteur de sortie haute pression, et une deuxième extrémité connectée à l’entrée de l’organe de détente, la sortie de l’organe de détente comportant deux branches connectées l’une à la première chambre de distribution et l’autre à la deuxième chambre de distribution.In one embodiment of the cooling device according to the invention, the framework is a hollow shaft comprising a first end directly connected to the high pressure outlet collector, and a second end connected to the inlet of the expansion member, the outlet of the expansion member comprising two branches connected one to the first distribution chamber and the other to the second distribution chamber.
Dans un autre mode de réalisation du dispositif de refroidissement selon l’invention, celui-ci comporte en outre un dispositif de détente, le collecteur de sortie haute pression étant connecté à une entrée du dispositif de détente, une sortie du dispositif de détente étant connectée à la bouche d’admission de l’échangeur thermique, et l’ossature est un arbre creux comportant une première extrémité directement connectée au collecteur de sortie haute pression et une deuxième extrémité connectée aux entrées du dispositif de détente et de l’organe de détente, la sortie de l’organe de détente étant connectée à la première chambre de distribution et la sortie du dispositif de détente étant connectée à la deuxième chambre de distribution.In another embodiment of the cooling device according to the invention, it further comprises an expansion device, the high pressure outlet manifold being connected to an inlet of the expansion device, an outlet of the expansion device being connected at the inlet mouth of the heat exchanger, and the framework is a hollow shaft having a first end directly connected to the high pressure outlet manifold and a second end connected to the inlets of the expansion device and the expansion member , the outlet of the expansion member being connected to the first distribution chamber and the outlet of the expansion device being connected to the second distribution chamber.
Le dispositif de détente et l’organe de détente sont des moyens identiques ou différents. Ils sont par exemple des valves d’expansion.The trigger device and the trigger member are identical or different means. They are, for example, expansion valves.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear further through the description which follows on the one hand, and several examples of embodiment given for informational and non-limiting purposes with reference to the appended schematic drawings on the other hand, in which :
Comme représenté sur la
Le fluide réfrigérant FR ayant pris des calories au liquide caloporteur H2O, sort de l’échangeur thermique 2 à basse pression par une bouche d’évacuation 24 de l’échangeur thermique 2, puis est envoyé dans un collecteur d’entrée basse pression 46 d’un échangeur de chaleur interne 4 d’où il ressort par un collecteur de sortie basse pression 48 de l’échangeur de chaleur interne 4 pour être envoyé dans un compresseur 7. Cette branche basse pression du fluide réfrigérant FR dans l’échangeur de chaleur interne 4 permet de refroidir une branche haute pression du circuit de fluide réfrigérant FR comme décrit plus bas.The refrigerant fluid FR having taken calories from the heat transfer liquid H2O, leaves the heat exchanger 2 at low pressure through an outlet 24 of the heat exchanger 2, then is sent into a low pressure inlet collector 46 d an internal heat exchanger 4 from which it emerges through a low pressure outlet collector 48 of the internal heat exchanger 4 to be sent to a compressor 7. This low pressure branch of the refrigerant fluid FR in the heat exchanger internal 4 makes it possible to cool a high pressure branch of the refrigerant fluid circuit FR as described below.
Le fluide réfrigérant FR compressé par le compresseur 7 est ensuite condensé par un condenseur 9. Une partie du fluide réfrigérant FR condensé est dirigée vers un organe de détente 11 puis évaporée dans un évaporateur 5 d’un système de climatisation de l’habitable du véhicule. Une autre partie du fluide réfrigérant FR condensé est envoyé dans un collecteur d’entrée haute pression 42 de l’échangeur de chaleur interne 4, et ressort de l’échangeur de chaleur interne 4 par un collecteur de sortie haute pression 44 de l’échangeur de chaleur interne 4. Cette branche haute pression du circuit de fluide réfrigérant FR est refroidie dans l’échangeur de chaleur interne 4 par la branche basse pression du circuit de fluide réfrigérant mentionnée plus haut. Le fluide réfrigérant FR arrivant du collecteur de sortie haute pression 44 est ensuite détendu par un organe de détente 6, ici une valve d’expansion, puis entre dans une bouche d’admission 22 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2, pour refroidir le liquide caloporteur H2O passant également dans l’échangeur thermique 2.The refrigerant fluid FR compressed by the compressor 7 is then condensed by a condenser 9. A part of the condensed refrigerant fluid FR is directed towards an expansion member 11 then evaporated in an evaporator 5 of an air conditioning system of the vehicle interior . Another part of the condensed FR refrigerant fluid is sent into a high pressure inlet manifold 42 of the internal heat exchanger 4, and leaves the internal heat exchanger 4 via a high pressure outlet manifold 44 of the exchanger internal heat exchanger 4. This high pressure branch of the refrigerant circuit FR is cooled in the internal heat exchanger 4 by the low pressure branch of the refrigerant circuit mentioned above. The refrigerant fluid FR arriving from the high pressure outlet collector 44 is then expanded by an expansion member 6, here an expansion valve, then enters a refrigerant fluid intake port 22 of the heat exchanger 2, to cool the heat transfer liquid H2O also passing through the heat exchanger 2.
Les organes de détente 6 et 11 sont commandés électroniquement ou thermiquement.The expansion members 6 and 11 are controlled electronically or thermally.
Un dispositif de refroidissement 1 selon l’invention comporte l’échangeur thermique 2, l’échangeur de chaleur interne 4 et l’organe de détente 6 raccordés les uns aux autres comme illustré sur la
Dans un premier mode de réalisation de l’invention, l’échangeur thermique 2 selon l’invention est dissocié de l’échangeur de chaleur interne 4 et est représenté
In a first embodiment of the invention, the heat exchanger 2 according to the invention is dissociated from the internal heat exchanger 4 and is shown
L’échangeur thermique 2 selon l’invention est formé d’un faisceau de plaques brasées entre elles et entre lesquelles sont formés des canaux. Le faisceau de plaques forme plus précisément une alternance de canaux destinés au fluide réfrigérant FR et de canaux destinés au liquide caloporteur H2O.The heat exchanger 2 according to the invention is formed of a bundle of plates brazed together and between which channels are formed. The bundle of plates more precisely forms an alternation of channels intended for the refrigerant fluid FR and channels intended for the heat transfer liquid H2O.
Le fluide réfrigérant FR et le liquide caloporteur H2O entrent dans l’échangeur thermique 2 par respectivement un collecteur d’entrée 23 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2 et l’entrée 26 de liquide caloporteur H2O de l’échangeur thermique 2. Le collecteur d’entrée 23 comporte la bouche d’admission 22 de fluide réfrigérant FR.The refrigerant fluid FR and the heat transfer liquid H2O enter the heat exchanger 2 via respectively an inlet collector 23 of the refrigerant fluid of the heat exchanger 2 and the inlet 26 of the heat transfer liquid H2O of the heat exchanger 2. The inlet collector 23 comprises the intake mouth 22 of refrigerant fluid FR.
Des passages entre les plaques permettent au fluide réfrigérant FR et au liquide caloporteur H2O d’être évacués par respectivement la bouche d’évacuation 24 de l’échangeur thermique 2 et la sortie 28 de liquide caloporteur de l’échangeur thermique 2.Passages between the plates allow the refrigerant fluid FR and the heat transfer liquid H2O to be evacuated through respectively the outlet 24 of the heat exchanger 2 and the heat transfer liquid outlet 28 of the heat exchanger 2.
Le faisceau de plaques de l’échangeur thermique 2 comporte :The plate bundle of heat exchanger 2 includes:
- une première pluralité de plaques 251, 252, 253, 254 entre lesquelles sont agencés des premiers canaux destinés à recevoir le fluide réfrigérant FR et définissant un premier corps 25 de l’échangeur thermique 2, et- a first plurality of plates 251, 252, 253, 254 between which are arranged first channels intended to receive the refrigerant fluid FR and defining a first body 25 of the heat exchanger 2, and
- une deuxième pluralité de plaques 271, 272, 273, 274 entre lesquelles sont agencés des deuxièmes canaux destinés à recevoir le fluide réfrigérant FR et définissant un deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2, disposé à l’opposé de la bouche d’admission 22 par rapport au premier corps 25, la distribution de fluide réfrigérant FR pouvant être gérée indépendamment dans les premiers canaux et les deuxièmes canaux.- a second plurality of plates 271, 272, 273, 274 between which are arranged second channels intended to receive the refrigerant fluid FR and defining a second body 27 of the heat exchanger 2, arranged opposite the mouth of inlet 22 relative to the first body 25, the distribution of refrigerant fluid FR can be managed independently in the first channels and the second channels.
Pour simplifier, sur la
Un premier canal de fluide réfrigérant FR est formé entre les plaques 251 et 252, un autre premier canal de fluide réfrigérant FR est formé entre les plaques 253 et 254. Dans le premier corps 25 de l’échangeur thermique 2, un canal de liquide caloporteur est formé entre les plaques 252 et 253 et un autre canal de liquide caloporteur est formé entre les plaques 254 et 271.A first refrigerant fluid channel FR is formed between the plates 251 and 252, another first refrigerant fluid channel FR is formed between the plates 253 and 254. In the first body 25 of the heat exchanger 2, a heat transfer liquid channel is formed between plates 252 and 253 and another heat transfer liquid channel is formed between plates 254 and 271.
Un deuxième canal de fluide réfrigérant FR est formé entre les plaques 271 et 272, un autre deuxième canal de fluide réfrigérant FR est formé entre les plaques 273 et 274. Dans le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2, un canal de liquide caloporteur H2O est formé entre les plaques 272 et 273 et un autre canal de liquide caloporteur est formé entre les plaques 274 et une première plaque d’extrémité 211 de l’échangeur thermique 2 d’où sort la bouche d’évacuation 24.A second refrigerant fluid channel FR is formed between the plates 271 and 272, another second refrigerant fluid channel FR is formed between the plates 273 and 274. In the second body 27 of the heat exchanger 2, a heat transfer liquid channel H2O is formed between the plates 272 and 273 and another heat transfer liquid channel is formed between the plates 274 and a first end plate 211 of the heat exchanger 2 from which the outlet 24 emerges.
Dans chaque canal, le fluide réfrigérant FR ou le liquide caloporteur H2O est représenté arrivant dans le canal en flèche pleine et repartant, après un parcours en U dans le canal, en flèche pointillée vers la bouche d’évacuation 24 ou la sortie 28 de liquide caloporteur H2O.In each channel, the refrigerant fluid FR or the heat transfer liquid H2O is shown arriving in the channel in a solid arrow and leaving, after a U-shaped path in the channel, in a dotted arrow towards the evacuation mouth 24 or the liquid outlet 28 H2O heat carrier.
Afin d’homogénéiser la distribution de fluide réfrigérant FR dans l’échangeur thermique 2, le fluide réfrigérant FR en sortie de l’organe de détente 6 est séparé en deux flux. Un premier flux est amené à une première entrée 221 de la bouche d’admission 22, desservant une première chambre de distribution 231 du premier flux de fluide réfrigérant FR dans le premier corps 25 de l’échangeur thermique 2. Un deuxième flux est amené à une deuxième entrée 223 de la bouche d’admission 22, desservant une deuxième chambre 233 de distribution du deuxième flux de fluide réfrigérant FR dans le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2. Le premier flux est distribué par la première chambre 231 de distribution aux premiers canaux de manière étanche par rapport à la distribution du deuxième flux par la deuxième chambre 233 de distribution aux deuxièmes canaux. Ainsi le collecteur d’entrée 23 est apte à assurer la fourniture d’un premier débit aux premiers canaux et d’un deuxième débit aux deuxièmes canaux, de valeurs sensiblement identiques, ce qui homogénéise la distribution du fluide réfrigérant FR dans l’échangeur thermique 2. En fonction des besoins de refroidissement des composants du véhicule, seul le premier corps de l’échangeur thermique ou le deuxième corps de l’échangeur thermique 2 est éventuellement utilisé. Dans ce cas, seul le premier flux ou le deuxième flux est envoyé dans l’échangeur thermique 2.In order to homogenize the distribution of refrigerant fluid FR in the heat exchanger 2, the refrigerant fluid FR leaving the expansion member 6 is separated into two flows. A first flow is brought to a first inlet 221 of the inlet mouth 22, serving a first distribution chamber 231 of the first flow of refrigerant fluid FR in the first body 25 of the heat exchanger 2. A second flow is brought to a second inlet 223 of the inlet mouth 22, serving a second chamber 233 for distributing the second flow of refrigerant fluid FR in the second body 27 of the heat exchanger 2. The first flow is distributed by the first distribution chamber 231 to the first channels in a sealed manner with respect to the distribution of the second flow by the second distribution chamber 233 to the second channels. Thus the inlet collector 23 is able to ensure the supply of a first flow rate to the first channels and a second flow rate to the second channels, of substantially identical values, which homogenizes the distribution of the refrigerant fluid FR in the heat exchanger 2. Depending on the cooling needs of the vehicle components, only the first body of the heat exchanger or the second body of the heat exchanger 2 is possibly used. In this case, only the first flow or the second flow is sent to heat exchanger 2.
Dans ce premier mode de réalisation de l’invention, les chambres de distribution 231 et 233 sont formées chacune par un volume compris entre les parois d’une première spirale hélicoïdale 234 et d’une deuxième spirale hélicoïdale 236 entremêlées autour d’une ossature 29 matérialisant l’axe central X des spirales 234 et 236. Les spirales 234 et 236 s’étendent radialement dans les entrées des premiers et deuxièmes canaux. Ces spirales sont préférentiellement des nervures s’étendant radialement autour de l’ossature et réalisées de matière avec l’ossature.
Plus précisément la première spirale hélicoïdale 234 conduit le premier flux depuis la première entrée 221 de la bouche d’admission 22 jusqu’à des premiers interstices entre la première spirale 234 et la deuxième spirale 236 situés en vis en vis des premiers canaux. De même la deuxième spirale hélicoïdale 236 conduit le deuxième flux depuis la deuxième entrée 223 de la bouche d’admission 22 jusqu’à des deuxièmes interstices entre la première spirale 234 et la deuxième spirale 236 situés en vis en vis des deuxièmes canaux. Dans ce premier mode de réalisation de l’invention, les premiers et deuxièmes interstices sont par exemple de largeur identique, notamment lorsque le nombre de premiers canaux est égal au nombre de deuxièmes canaux.In this first embodiment of the invention, the distribution chambers 231 and 233 are each formed by a volume included between the walls of a first helical spiral 234 and a second helical spiral 236 intertwined around a framework 29 materializing the central axis These spirals are preferably ribs extending radially around the framework and made of material with the framework.
More precisely, the first helical spiral 234 conducts the first flow from the first inlet 221 of the inlet mouth 22 to the first interstices between the first spiral 234 and the second spiral 236 located opposite the first channels. Likewise, the second helical spiral 236 conducts the second flow from the second inlet 223 of the inlet mouth 22 to second interstices between the first spiral 234 and the second spiral 236 located opposite the second channels. In this first embodiment of the invention, the first and second gaps are for example of identical width, particularly when the number of first channels is equal to the number of second channels.
Afin d’étanchéifier le premier corps 25 par rapport au deuxième corps 27 pour la distribution du fluide réfrigérant FR, le collecteur d’entrée 23 comporte une première barrière d’étanchéité 232 entre la première chambre de distribution 231 et le deuxième corps 27, réalisée, dans ce premier mode de réalisation de l’invention, sous forme d’un bouchon de spirale situé entre les spirales 234 et 236 et bloquant le passage du premier flux de fluide réfrigérant FR. Ainsi, le premier flux ne peut pas atteindre les deuxièmes canaux.In order to seal the first body 25 relative to the second body 27 for the distribution of the refrigerant fluid FR, the inlet collector 23 comprises a first sealing barrier 232 between the first distribution chamber 231 and the second body 27, produced , in this first embodiment of the invention, in the form of a spiral plug located between the spirals 234 and 236 and blocking the passage of the first flow of refrigerant fluid FR. So the first stream cannot reach the second channels.
De plus le collecteur d’entrée 23 comporte une deuxième barrière d’étanchéité 235 entre la deuxième chambre de distribution 233 et le premier corps 25, réalisée sous forme d’une enveloppe cylindrique enserrant étroitement, de manière étanche, les spirales 234 et 236. Cette enveloppe cylindrique 235 bloque le passage du deuxième flux dans les premiers canaux. Des orifices 237, représentés
Le collecteur d’entrée 23 comporte également des moyens d’étanchéité d’entrée au niveau de la bouche d’admission 22, permettant de recevoir le premier flux dans la première entrée 221 de manière étanche par rapport au deuxième flux dans la deuxième entrée 223.The inlet manifold 23 also includes inlet sealing means at the inlet mouth 22, making it possible to receive the first flow in the first inlet 221 in a sealed manner with respect to the second flow in the second inlet 223 .
Enfin, la plaque 254 ferme tout passage du premier flux entre les premiers canaux du premier corps 25 et les deuxièmes canaux du deuxième corps 27, en enserrant étroitement, de manière étanche, l’enveloppe cylindrique 235.Finally, the plate 254 closes any passage of the first flow between the first channels of the first body 25 and the second channels of the second body 27, by tightly enclosing, in a sealed manner, the cylindrical envelope 235.
Les moyens d’étanchéité décrit ci-dessus comportent plusieurs variantes de réalisation et seront plus amplement détaillés en relation avec le deuxième mode de réalisation de l’invention, qui comporte les mêmes variantes d’étanchéification.The sealing means described above include several variant embodiments and will be detailed in more detail in relation to the second embodiment of the invention, which includes the same sealing variants.
Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention représenté
Dans ce dispositif de refroidissement 1 compact selon l’invention, l’échangeur de chaleur interne 4 est brasé directement sur l’échangeur thermique 2 selon l’invention. L’échangeur de chaleur interne 4 comporte donc une seule plaque d’extrémité libre, sur laquelle sont disposées le collecteur d’entrée haute pression 42 et le collecteur de sortie basse pression 48, l’autre plaque d’extrémité de l’échangeur étant brasée à la première plaque d’extrémité 211 de l’échangeur thermique 2. La plaque d’extrémité opposée à la première plaque d’extrémité 211 de l’échangeur thermique 2, correspond à la première plaque 251 de la première pluralité de plaques, qui est aussi une joue de l’échangeur thermique 2, comportant l’entrée 26 de liquide caloporteur et la sortie 28 de liquide caloporteur, ainsi que la bouche d’admission 22 du collecteur d’entrée 23 de fluide réfrigérant. Par souci de compréhension, la première plaque 251 est appelée joue 251 dans la suite lorsque sa fonction de joue est mise en avant.In this compact cooling device 1 according to the invention, the internal heat exchanger 4 is brazed directly onto the heat exchanger 2 according to the invention. The internal heat exchanger 4 therefore comprises a single free end plate, on which the high pressure inlet collector 42 and the low pressure outlet collector 48 are arranged, the other end plate of the exchanger being brazed to the first end plate 211 of the heat exchanger 2. The end plate opposite the first end plate 211 of the heat exchanger 2 corresponds to the first plate 251 of the first plurality of plates, which is also a cheek of the heat exchanger 2, comprising the heat transfer liquid inlet 26 and the heat transfer liquid outlet 28, as well as the inlet mouth 22 of the refrigerant fluid inlet collector 23. For the sake of understanding, the first plate 251 is called cheek 251 in the following when its cheek function is highlighted.
Un bloc de refroidissement 3, faisant partie du dispositif de refroidissement 1, est plaqué solidairement contre la joue 251 de l’échangeur thermique 2, comportant la bouche d’admission 22. Ce bloc de refroidissement 3 comporte deux galeries amenant le fluide réfrigérant FR en provenance de la valve d’expansion 6 vers des orifices 222 et 224 (visible
Afin de recevoir le premier flux dans la première entrée 221 de manière étanche par rapport au deuxième flux dans la deuxième entrée 223, des moyens d’étanchéité d’entrée sont agencés au niveau de la bouche d’admission 22 du collecteur d’entrée 23, comme représenté sur la
Les moyens d’étanchéité d’entrée comportent la joue 251 de l’échangeur thermique 2, un premier bouchon de spirale 225 initiant la paroi de la première spirale 234 et s’étendant axialement vers la joue 251, et un deuxième bouchon de spirale 227 initiant la paroi de la deuxième spirale 236 et s’étendant axialement vers la joue 251. En étant plaqués contre la joue 251 de l’échangeur thermique 2, les premier et deuxième bouchons de spirales 225 et 227 séparent de manière étanche les entrées respectives 221 et 223 des première et deuxième chambres de distribution 231 et 233.The inlet sealing means comprise the cheek 251 of the heat exchanger 2, a first spiral plug 225 initiating the wall of the first spiral 234 and extending axially towards the cheek 251, and a second spiral plug 227 initiating the wall of the second spiral 236 and extending axially towards the cheek 251. By being pressed against the cheek 251 of the heat exchanger 2, the first and second spiral plugs 225 and 227 sealingly separate the respective inlets 221 and 223 of the first and second distribution chambers 231 and 233.
La première entrée 221 de la première chambre de distribution 231 est ainsi délimitée axialement d’une part par une portion de joue 251 comportant l’orifice 222 correspondant à cette première entrée 221, et d’autre part par la deuxième spirale hélicoïdale 236, radialement par l’enveloppe cylindrique 235 et angulairement par le deuxième bouchon de spirale 227 initiant la paroi de la deuxième spirale 236.The first inlet 221 of the first distribution chamber 231 is thus delimited axially on the one hand by a cheek portion 251 comprising the orifice 222 corresponding to this first inlet 221, and on the other hand by the second helical spiral 236, radially by the cylindrical envelope 235 and angularly by the second spiral plug 227 initiating the wall of the second spiral 236.
Le premier bouchon de spirale 225 empêche angulairement le premier flux de rejoindre la deuxième chambre de distribution 233 sur la longueur axiale du premier bouchon de spirale 225, le premier flux étant contraint, dans cette première entrée 221, de s’écouler axialement entre le premier bouchon de spirale 225 et la paroi de la deuxième spirale 236, c’est-à-dire est contraint de s’engager entre une surface de la paroi de la première spirale 234, et une surface la paroi de la deuxième spirale 236, définissant la première chambre de distribution 231.The first spiral plug 225 angularly prevents the first flow from joining the second distribution chamber 233 over the axial length of the first spiral plug 225, the first flow being forced, in this first inlet 221, to flow axially between the first spiral plug 225 and the wall of the second spiral 236, that is to say is forced to engage between a surface of the wall of the first spiral 234, and a surface of the wall of the second spiral 236, defining the first distribution chamber 231.
De même, la deuxième entrée 223 de la deuxième chambre de distribution 233 est délimitée axialement d’une part par une portion de joue 251 comportant l’orifice 224 correspondant à cette deuxième entrée 223, et d’autre part par la première spirale hélicoïdale 234, radialement par l’enveloppe cylindrique 235 et angulairement par le premier bouchon de spirale 225 initiant la paroi de la première spirale 234.Likewise, the second inlet 223 of the second distribution chamber 233 is delimited axially on the one hand by a cheek portion 251 comprising the orifice 224 corresponding to this second inlet 223, and on the other hand by the first helical spiral 234 , radially by the cylindrical envelope 235 and angularly by the first spiral plug 225 initiating the wall of the first spiral 234.
Le deuxième bouchon de spirale 227 empêche angulairement le deuxième flux de rejoindre la première chambre de distribution 231 sur la longueur axiale du deuxième bouchon de spirale 227, le deuxième flux étant contraint, dans cette deuxième entrée 223, de s’écouler axialement entre le deuxième bouchon de spirale 227 et la paroi de la première spirale 234, c’est-à-dire est contraint de s’engager entre une autre surface de la paroi de la deuxième spirale 236, et une autre surface la paroi de la première spirale 234, définissant la deuxième chambre de distribution 233.The second spiral plug 227 angularly prevents the second flow from joining the first distribution chamber 231 over the axial length of the second spiral plug 227, the second flow being forced, in this second inlet 223, to flow axially between the second spiral plug 227 and the wall of the first spiral 234, that is to say is forced to engage between another surface of the wall of the second spiral 236, and another surface the wall of the first spiral 234 , defining the second distribution chamber 233.
Afin d’amener le fluide réfrigérant FR depuis le collecteur de sortie haute pression 44 de l’échangeur de chaleur interne 4 jusqu’à l’organe de détente 6, l’ossature 29 autour de laquelle sont enroulées les première et deuxième spirales 234 et 236 est un arbre creux destiné à canaliser le fluide réfrigérant FR depuis le collecteur de sortie haute pression 44 de l’échangeur de chaleur interne 4 vers une entrée de la valve d’expansion 6, comme représenté sur la
Plus précisément, une première extrémité 292 de l’arbre creux 29, située sur la première plaque d’extrémité 211 de l’échangeur thermique 2, est directement en communication avec le collecteur de sortie haute pression 44 de l’échangeur de chaleur interne 4, et une deuxième extrémité 294 de l’arbre creux 29 est connectée à l’entrée de l’organe de détente 6.More precisely, a first end 292 of the hollow shaft 29, located on the first end plate 211 of the heat exchanger 2, is directly in communication with the high pressure outlet manifold 44 of the internal heat exchanger 4 , and a second end 294 of the hollow shaft 29 is connected to the inlet of the expansion member 6.
La bouche d’évacuation 24 de fluide réfrigérant FR de l’échangeur thermique 2, située sur la première plaque d’extrémité 211 de l’échangeur thermique 2, est quant à elle directement en communication avec le collecteur d’entrée basse pression 46 de l’échangeur de chaleur interne 4.The refrigerant fluid outlet 24 FR of the heat exchanger 2, located on the first end plate 211 of the heat exchanger 2, is for its part directly in communication with the low pressure inlet collector 46 of the internal heat exchanger 4.
Sur la coupe d’une partie du dispositif de refroidissement 1 représentée
Ces différences entre le deuxième mode de réalisation et le premier mode de réalisation de l’invention sont maintenant expliquées en relation avec les figures 7 à 10.These differences between the second embodiment and the first embodiment of the invention are now explained in relation to Figures 7 to 10.
Comme représenté sur la
Le ratio entre le nombre de premiers canaux et le nombre de deuxièmes canaux et donc entre le premier pas p1 et le deuxième pas p2, est fonction de la puissance thermique que l’on souhaite dissiper respectivement dans le premier corps 25 de l’échangeur thermique 2 et dans le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2, ces premier et deuxième corps pouvant être alimentés de manière indépendante lorsque l’organe de détente 6 utilisé le permet. Le dimensionnement du premier corps 25 est par exemple adapté à la dissipation d’une faible puissance thermique pour la recharge du véhicule électrique ou hybride via une prise de courant domestique. Dans ce cas, le fluide réfrigérant FR parcourt le premier corps 25 de l’échangeur thermique 2 mais ne parcourt pas le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique. Le dimensionnement du deuxième corps 27 est par exemple adapté à la dissipation d’une moyenne puissance thermique dans un cas d’usage de charge monophasée à 7kW (kiloWatts) du véhicule électrique ou hybride. Dans ce cas, le fluide réfrigérant FR parcourt le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2 mais ne parcourt pas le premier corps 25 de l’échangeur thermique. Utilisés ensemble, les premier corps 25 et deuxième corps 27 permettent de dissiper une forte puissance thermique, notamment en cas de charge triphasée du véhicule électrique ou hybride.The ratio between the number of first channels and the number of second channels and therefore between the first step p1 and the second step p2, is a function of the thermal power that it is desired to dissipate respectively in the first body 25 of the heat exchanger 2 and in the second body 27 of the heat exchanger 2, these first and second bodies being able to be supplied independently when the expansion member 6 used allows it. The dimensioning of the first body 25 is for example adapted to the dissipation of a low thermal power for recharging the electric or hybrid vehicle via a domestic power outlet. In this case, the refrigerant fluid FR passes through the first body 25 of the heat exchanger 2 but does not pass through the second body 27 of the heat exchanger. The dimensioning of the second body 27 is for example adapted to the dissipation of an average thermal power in a case of single-phase charging at 7kW (kiloWatts) of the electric or hybrid vehicle. In this case, the refrigerant fluid FR passes through the second body 27 of the heat exchanger 2 but does not pass through the first body 25 of the heat exchanger. Used together, the first body 25 and second body 27 make it possible to dissipate high thermal power, particularly in the event of three-phase charging of the electric or hybrid vehicle.
De plus, comme représenté
La
Dans une autre variante de réalisation représentée à la
Selon une variante du système de refroidissement représentée à la
Un dispositif de refroidissement 1 selon l’invention, correspondant à un troisième mode de réalisation de l’invention, est utilisé dans cette variante du système de refroidissement et représenté
Dans ce troisième mode de réalisation de l’invention, le dispositif de refroidissement 1 comporte l’organe de détente 62 et le dispositif de détente 64 qui sont ici des valves d’expansion, commandées électroniquement ou thermiquement. Le dispositif de refroidissement 1 comporte également un bloc de refroidissement 3 solidaire de l’organe de détente 62 et du dispositif de détente 64 et plaqué contre la joue 251 de l’échangeur thermique 2, notamment contre la bouche d’admission 22 de l’échangeur thermique 2, de manière similaire au deuxième mode de réalisation de l’invention.In this third embodiment of the invention, the cooling device 1 comprises the expansion member 62 and the expansion device 64 which are here expansion valves, controlled electronically or thermally. The cooling device 1 also comprises a cooling block 3 integral with the expansion member 62 and the expansion device 64 and pressed against the cheek 251 of the heat exchanger 2, in particular against the inlet mouth 22 of the heat exchanger 2, in a manner similar to the second embodiment of the invention.
Une première rainure 31 creusée dans le bloc de refroidissement 3 permet d’amener le fluide réfrigérant FR en provenance de l’arbre creux 29, donc du collecteur de sortie haute pression 44 de l’échangeur de chaleur interne 4, vers les entrées respectives 622 et 642 de l’organe de détente 62 et du dispositif de détente 64. La première rainure 31 est plaquée contre la joue 251 de l’échangeur thermique 2, et comporte une première extrémité débouchant sur l’entrée 622 de l’organe de détente 62 et une deuxième extrémité débouchant à la fois sur l’entrée 642 du dispositif de détente 64 et sur la deuxième extrémité 294 de l’arbre creux 29, de manière étanche par rapport à la bouche d’admission 22. En effet la rainure 31 ne passe pas par les orifices 222 et 224 agencés dans la joue 251 de l’échangeur thermique 2 en vis-à-vis respectivement des première et deuxième entrées 221 et 223 des première et deuxième chambres de distribution 231 et 233.A first groove 31 dug in the cooling block 3 makes it possible to bring the refrigerant fluid FR coming from the hollow shaft 29, therefore from the high pressure outlet collector 44 of the internal heat exchanger 4, towards the respective inlets 622 and 642 of the expansion member 62 and the expansion device 64. The first groove 31 is pressed against the cheek 251 of the heat exchanger 2, and has a first end opening onto the inlet 622 of the expansion member 62 and a second end opening both onto the inlet 642 of the expansion device 64 and onto the second end 294 of the hollow shaft 29, in a sealed manner relative to the inlet mouth 22. In fact the groove 31 does not pass through the orifices 222 and 224 arranged in the cheek 251 of the heat exchanger 2 opposite respectively the first and second inlets 221 and 223 of the first and second distribution chambers 231 and 233.
Une première galerie 35 creusée dans le bloc de refroidissement 3 est connectée d’une part à une sortie de l’organe de détente 62, et d’autre part à une deuxième rainure 37, plaquée contre la joue 251 de l’échangeur thermique 2 et qui permet d’amener le fluide réfrigérant FR détendu par l’organe de détente 62 vers la première entrée 221 de la première chambre de distribution 231. En effet une première extrémité de la deuxième rainure 37 débouche sur la première galerie 35, et une deuxième extrémité de la deuxième rainure 37 débouche sur l’orifice 222 de la joue 251 de l’échangeur thermique 2 correspondant à la première entrée 221 de la première chambre de distribution 231.A first gallery 35 dug in the cooling block 3 is connected on the one hand to an outlet of the expansion member 62, and on the other hand to a second groove 37, pressed against the cheek 251 of the heat exchanger 2 and which makes it possible to bring the refrigerant fluid FR relaxed by the expansion member 62 towards the first inlet 221 of the first distribution chamber 231. In fact a first end of the second groove 37 opens onto the first gallery 35, and a second end of the second groove 37 opens onto the orifice 222 of the cheek 251 of the heat exchanger 2 corresponding to the first inlet 221 of the first distribution chamber 231.
Enfin une deuxième galerie 33 creusée dans le bloc de refroidissement 3 et connectée à une sortie du dispositif de détente 64, permet d’amener le fluide réfrigérant FR détendu par le dispositif de détente 64, vers la deuxième entrée 223 de la deuxième chambre de distribution 233, c’est-à-dire que la deuxième galerie 33 débouche sur l’orifice 224 de la joue 251 de l’échangeur thermique 2 correspondant à la deuxième entrée 223 de la deuxième chambre de distribution 233.Finally, a second gallery 33 dug in the cooling block 3 and connected to an outlet of the expansion device 64, makes it possible to bring the refrigerant fluid FR expanded by the expansion device 64, towards the second inlet 223 of the second distribution chamber 233, that is to say that the second gallery 33 opens onto the orifice 224 of the cheek 251 of the heat exchanger 2 corresponding to the second inlet 223 of the second distribution chamber 233.
Ce troisième mode de réalisation de l’invention permet plus facilement de gérer le premier corps 25 et le deuxième corps 27 de manière indépendante par rapport au deuxième mode de réalisation, l’organe de détente 62 étant par exemple parcouru par un débit différent du dispositif de détente 64.This third embodiment of the invention makes it easier to manage the first body 25 and the second body 27 independently compared to the second embodiment, the expansion member 62 being for example traversed by a flow rate different from the device relaxation 64.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention.
Claims (10)
- un collecteur d’entrée (23) comportant une bouche d’admission (22) d’un fluide réfrigérant (FR),
- un faisceau de plaques, comportant une première pluralité de plaques (251, 252, 253, 254) entre lesquelles sont agencés des premiers canaux destinés à recevoir le fluide réfrigérant (FR) et définissant un premier corps (25) de l’échangeur thermique (2), et une deuxième pluralité de plaques (271, 272, 273, 274) entre lesquelles sont agencés des deuxièmes canaux destinés à recevoir le fluide réfrigérant (FR) et définissant un deuxième corps (27) de l’échangeur thermique (2) disposé à l’opposé de la bouche d’admission (22) par rapport au premier corps (25),
le collecteur d’entrée (23) étant configuré pour distribuer le fluide réfrigérant (FR) dans le premier corps (25) et dans le deuxième corps (27) de l’échangeur thermique (2),
l’ échangeur thermique (2) étant caractérisé en ce que le collecteur d’entrée (23) comporte une première chambre de distribution (231) et une deuxième chambre de distribution (233) aptes à fournir de manière étanche l’une par rapport à l’autre respectivement un premier débit de fluide réfrigérant (FR) aux premiers canaux et un deuxième débit de fluide réfrigérant (FR) aux deuxièmes canaux, les première et deuxième chambres de distribution (231, 233) étant au moins en partie délimitées par une première spirale hélicoïdale (234) et une deuxième spirale hélicoïdale (236) entremêlées entre elles autour d’une ossature (29) suivant un axe central (X) des première et deuxième spirales hélicoïdales (234, 236), l’ossature (29) s’étendant dans le collecteur d’entrée (23).Heat exchanger (2) comprising:
- an inlet manifold (23) comprising an intake mouth (22) for a refrigerant fluid (FR),
- a bundle of plates, comprising a first plurality of plates (251, 252, 253, 254) between which are arranged first channels intended to receive the refrigerant fluid (FR) and defining a first body (25) of the heat exchanger (2), and a second plurality of plates (271, 272, 273, 274) between which are arranged second channels intended to receive the refrigerant fluid (FR) and defining a second body (27) of the heat exchanger (2). ) arranged opposite the inlet mouth (22) relative to the first body (25),
the inlet collector (23) being configured to distribute the refrigerant fluid (FR) in the first body (25) and in the second body (27) of the heat exchanger (2),
the heat exchanger (2) being characterized in that the inlet collector (23) comprises a first distribution chamber (231) and a second distribution chamber (233) capable of supplying one in a sealed manner with respect to the other respectively a first flow of refrigerant fluid (FR) to the first channels and a second flow of refrigerant fluid (FR) to the second channels, the first and second distribution chambers (231, 233) being at least partly delimited by a first helical spiral (234) and a second helical spiral (236) intertwined together around a framework (29) along a central axis (X) of the first and second helical spirals (234, 236), the framework (29) extending into the inlet manifold (23).
- un échangeur de chaleur interne (4) comportant un collecteur de sortie haute pression (44) et un collecteur d’entrée basse pression (46), et
- au moins un organe de détente (6, 62),
le collecteur de sortie haute pression (44) étant raccordé à une entrée (622) de l’organe de détente (6, 62), une sortie de l’organe de détente (6, 62) étant raccordée à la bouche d’admission (22) de l’échangeur thermique (2), et l’échangeur thermique (2) comportant en outre une bouche d’évacuation (24) de fluide réfrigérant (FR) connectée au collecteur d’entrée basse pression (46).Cooling device (1) comprising a heat exchanger (2) according to any one of claims 1 to 7, and further comprising:
- an internal heat exchanger (4) comprising a high pressure outlet manifold (44) and a low pressure inlet manifold (46), and
- at least one relaxation member (6, 62),
the high pressure outlet manifold (44) being connected to an inlet (622) of the expansion member (6, 62), an outlet of the expansion member (6, 62) being connected to the inlet mouth (22) of the heat exchanger (2), and the heat exchanger (2) further comprising a refrigerant fluid (FR) evacuation port (24) connected to the low pressure inlet manifold (46).
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