WO2010108786A1 - Echangeur de stockage pourvu d'un matériau stockeur et boucle de climatisation ou circuit de refroidissement comprenant un tel échangeur. - Google Patents

Echangeur de stockage pourvu d'un matériau stockeur et boucle de climatisation ou circuit de refroidissement comprenant un tel échangeur. Download PDF

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WO2010108786A1
WO2010108786A1 PCT/EP2010/053102 EP2010053102W WO2010108786A1 WO 2010108786 A1 WO2010108786 A1 WO 2010108786A1 EP 2010053102 W EP2010053102 W EP 2010053102W WO 2010108786 A1 WO2010108786 A1 WO 2010108786A1
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WO
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exchanger
storage
heat exchanger
circulation
tube
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PCT/EP2010/053102
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Laurent Labaste Mauhe
Marie Lecollier
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Valeo Systemes Thermiques
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    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • Storage exchanger provided with a storage material and air conditioning loop or cooling circuit comprising such an exchanger.
  • the present invention is in the field of heat exchangers intended to be installed on an air-conditioning loop and / or a cooling circuit cooperating with a heating, ventilation and / or air-conditioning apparatus of a motor vehicle constituting, in cooperation, an installation heating, ventilation and / or air conditioning.
  • the present invention relates to a heat exchanger and the air conditioning loop and / or the cooling circuit comprising such a heat exchanger.
  • a motor vehicle is commonly equipped with a heater, ventilation and / or air conditioning for regulating the aerothermal parameters of at least one air flow distributed inside a passenger compartment of a motor vehicle.
  • the heating, ventilation and / or air conditioning apparatus consists mainly of a housing, generally made of plastic, housed under a dashboard of the vehicle.
  • the casing ensures the channeling and the circulation of at least one flow of air prior to its diffusion inside the passenger compartment.
  • the heating, ventilation and / or air conditioning unit cooperates with a main air-conditioning loop to cool the air flow prior to the diffusion of this air outside the housing of the heating, ventilation and / or air conditioning unit. towards the cockpit.
  • the main air-conditioning loop comprises a plurality of elements, in particular a compressor, able to compress a refrigerant fluid circulating inside the air-conditioning loop, and an evaporator, able to be traversed by the air flow in order to heat exchange and cool.
  • the main air conditioning loop optionally cooperates with a secondary air conditioning loop arranged to allow a heat exchange with the main air conditioning loop.
  • a secondary heat transfer fluid circulates at inside the secondary air conditioning loop.
  • the secondary heat transfer fluid is for example composed of a mixture of water and glycol.
  • a heat exchanger able to store frigories.
  • Such a heat exchanger constitutes a reserve of cold, formed when the main air conditioning loop is in operation, and restored when the main air conditioning loop is stopped. This case occurs in particular when the vehicle is equipped with an automatic compressor stopping system of the main air conditioning loop, in particular following a stopping of the vehicle.
  • the heating, ventilation and / or air conditioning unit also cooperates with a main cooling circuit of a vehicle engine, whether it be thermal, electric or hybrid.
  • the main cooling circuit includes a pump for circulating coolant circulating within the main cooling circuit.
  • the main cooling circuit also includes a heating radiator traversed by the air flow to allow a warming thereof prior to its diffusion inside the passenger compartment.
  • the main cooling circuit cooperates optionally with a secondary cooling circuit arranged to allow a heat exchange with the main cooling circuit.
  • a second secondary heat transfer fluid circulates inside the secondary cooling circuit.
  • the second heat transfer fluid is for example composed of a mixture of water and glycol.
  • a heat exchanger arranged to store calories.
  • Such a heat exchanger constitutes a heat reserve, constituted when the main cooling circuit is in operation. operation, and restored when the main cooling system is shut down. This situation occurs in particular when the vehicle is equipped with an automatic system for stopping the main cooling circuit pump, in particular following a stopping of the vehicle.
  • the heat exchanger comprising a plurality of heat transfer fluid circulation tubes, the ends of the tubes opening into collectors, and tanks of thermal storage material in contact with the tubes so that that the storage material and the coolant exchange heat between them.
  • French patent applications FR 2,878,613 and FR 2,878,614 describe such heat exchangers.
  • the heat exchangers comprising known heat storage material tanks deserve to be improved to provide optimized thermal comfort to a user of the vehicle, including during a stopping of the vehicle engine.
  • evaporator comprising tanks of thermal storage material quickly reaches physical limits.
  • the presence of tanks of thermal storage material causes a reduction of the exchange surface with the flow of air passing through the evaporator.
  • such evaporators require a reduction in the amount of thermal storage material stored in the tubes so as not to increase disproportionately the dimensions of the evaporator.
  • the object of the present invention is to provide a heat exchanger capable of solving the drawbacks mentioned above.
  • the storage exchanger is adapted to be installed on a secondary air conditioning loop or on a main cooling circuit, such a storage exchanger having a small footprint, while providing optimized thermal efficiency , in particular for storing between 200 kJ and 270 kJ in less than two minutes, for a temperature and a flow rate of a heat transfer fluid circulating inside the heat exchanger which are relatively arbitrary, and more particularly for a coolant temperature of the order of 3 ° C and a heat transfer fluid flow of the order of 1000 l / h.
  • the exchanger of the present invention is a storage exchanger comprising at least a first and a second circulation tubes of a heat transfer fluid.
  • Each tube comprises respectively a first end opening into a first manifold and a second end opening into a second manifold.
  • the first and second circulation tubes are arranged adjacent to each other.
  • At least one spacer is interposed between the first circulation tube and the second circulation tube.
  • Each spacer consists of a plurality of fins having a first edge in contact with the first circulation tube and a second edge in contact with the second circulation tube.
  • At least one interstitial space is defined between interlayer and circulation tubes. According to the present invention, the interstitial space is filled by a storage material of calories or frigories.
  • the fins of the spacer are spaced apart from each other by a fin pitch Pa.
  • the fin pitch Pa is between 0.4 mm and 0.75 mm.
  • the fin pitch Pa is between 0.4 mm and 0.7 mm, in particular between 0.4 mm and 0.6 mm, and in particular of the order of 0.5 mm.
  • Each fin advantageously comprises a length La between 5 mm and 8 mm and a fin thickness Ea of between 0.04 mm and 0.12 mm.
  • Each tube advantageously comprises a length Lt of between 270 mm and 360 mm and a height Ht of between 1.2 mm and 1.3 mm.
  • Each tube advantageously comprises a tube thickness And between 0.2 mm and 0.25 mm.
  • Each collector advantageously comprises a collector height Hc of between 10 mm and 14 mm.
  • the heat exchanger advantageously comprises a depth Pe of between 20 mm and 35 mm, a heat exchanger length of between 300 mm and 400 mm, a total heat exchanger width of between 250 mm and 300 mm and a useful width. of exchanger Lue between 235 mm and 275 mm.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate two respective embodiments of an air conditioning loop comprising a heat exchanger according to the present invention
  • FIG. 3 illustrates a cooling circuit comprising a heat exchanger according to the present invention
  • FIG. 4 is a front view of an exchanger according to the present invention and shown diagrammatically in FIGS. 1 to 3,
  • FIG. 5 is a partial view of a constituent interlayer of the heat exchanger according to the present invention illustrated in the preceding figure;
  • FIG. 6 is a detail view illustrating a constituent vane of the insert shown in FIG. previous,
  • FIG. 7 is a partial view of the heat exchanger illustrated in FIGS. 1 to 4 showing a cover plate constituting the heat exchanger according to the present invention
  • FIG. 8 represents the evolution of the temperature of the heat exchanger; a storage material constituting the heat exchanger according to the present invention as a function of time, and
  • Figure 9 shows the evolution of the energy stored by the heat exchanger according to the present invention as a function of time.
  • a motor vehicle is equipped with a heating, ventilation and / or air conditioning device for regulating the aerothermal parameters of at least one air flow 1 intended to be distributed inside a passenger compartment of the vehicle.
  • the heating, ventilation and / or air-conditioning apparatus is mainly comprised of a housing consisting of a plastic enclosure in which the various components of a circuit for heat treatment of the air flow 1 are arranged and channeling the flow of air 1 prior to the distribution of it in the passenger compartment.
  • the present invention finds application in the framework of cold storage, that is to say the thermal energy contained in a so-called 'cold' fluid.
  • Figures 1 and 2 illustrate such an arrangement according to two respective embodiments of an air conditioning loop.
  • the heating, ventilation and / or air conditioning unit cooperates with a main air conditioning loop 2 in order to constitute a heating, ventilation and / or air conditioning installation.
  • the main air conditioning loop 2 is traversed by a refrigerant fluid.
  • the air conditioning loop allows the circulation of the refrigerant fluid to undergo a defined thermodynamic cycle.
  • the coolant may be a supercritical fluid, particularly carbon dioxide or a subcritical fluid, such as R134a or the like, or any other alternative fluid.
  • the main air conditioning loop 2 is arranged in such a way that the refrigerant passes successively, in particular, a compressor 3, an expansion device 4 and an evaporator 5. As a result, the refrigerant returns to the compressor 3.
  • the evaporator 5 ensures a heat exchange between the refrigerant and the air flow 1 therethrough.
  • the air flow 1 is dehumidified and cooled to pass through an evaporator 5 prior to the diffusion thereof inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the passenger compartment is an area of the vehicle inside which at least one user of the vehicle takes place.
  • the heating, ventilation and air conditioning unit also comprises a radiator, not shown in FIGS. 1 and 2, suitable for heating the air flow 1 and forming part of a cooling circuit of an engine, in particular a engine thermal device for propelling the vehicle.
  • a radiator may in particular be in accordance with the exchanger 13 'according to FIG.
  • FIG. 1 is more particularly representative of a main air conditioning loop 2 in which the coolant is a subcritical fluid, such as the
  • the main air conditioning loop 2 also includes a condenser 6 interposed on the main air conditioning loop 2 between the compressor 3 and the expansion member 4 in a direction of circulation 8 of the refrigerant inside the loop 2 main air conditioning.
  • FIG. 2 is more particularly representative of a main air-conditioning loop 2 in which the coolant is a supercritical fluid, such as R744 or the like.
  • the main air conditioning loop 2 also comprises a gas cooler 7 interposed on the main air conditioning loop 2 between the compressor 3 and an internal heat exchanger 9 disposed upstream of the expansion member 4, according to the direction circulation 8 of the refrigerant inside the main air conditioning loop 2.
  • the main air conditioning loop 2 cooperates with a secondary loop 10.
  • a secondary heat transfer fluid circulates inside the secondary loop 10.
  • the secondary loop 10 comprises a storage exchanger 12 intended to accumulate frigories with a view to returning them later if necessary and a secondary circulation pump 11, preferably electric, allowing the circulation of the secondary heat transfer fluid in the secondary loop 10.
  • the main air conditioning loop 2 and the secondary loop 10 cooperate with one another by means of a heat exchange device.
  • the heat exchange device consists of the evaporator 5.
  • the heat exchange device preferably the evaporator 5, allows the heat transfer between the refrigerant circulating inside the main air conditioning loop 2 and the secondary heat transfer fluid flowing inside the secondary loop. 10.
  • the secondary loop 10 comprises a return exchanger 13 disposed downstream of the storage exchanger 12 in a flow direction 8 'of the secondary heat transfer fluid.
  • the secondary heat transfer fluid consists of a mixture of 50% to 70% water and 50% to 30% glycol respectively.
  • the return exchanger 13 makes it possible to restore the frigories stored in the storage exchanger 12 when the main air conditioning loop 2 is at a standstill. Particularly advantageously, the return exchanger 13 is traversed by the air flow 1. The air flow 1 is cooled to passage through the return exchanger 13 prior to the diffusion thereof inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the evaporator 5 can also contribute to the return of the frigories stored in the storage exchanger 12 when the main air conditioning loop 2 is stopped.
  • the secondary heat transfer fluid is circulated by the secondary circulation pump 11.
  • the secondary circulation pump 11 operates as the main air conditioning loop 2 is at a standstill or in operation.
  • a heat exchange device enabling the heat exchange between the main air-conditioning loop 2 and the secondary loop 10 carried out by the evaporator 5.
  • the evaporator 5 is of the tri-fluid type, in particular of the air-refrigerant fluid-secondary heat transfer fluid type.
  • the heat exchange device allowing the heat exchange between the main air conditioning loop 2 and the secondary loop 10 according to the present invention can be achieved by a bi-fluid type heat exchanger, especially of the refrigerant type - secondary heat transfer fluid.
  • a bi-fluid type heat exchanger especially of the refrigerant type - secondary heat transfer fluid.
  • FIG. 3 illustrates such an embodiment and shows a cooling circuit respectively comprising a heat exchanger according to the present invention.
  • the heating, ventilation and / or air-conditioning unit houses a heating radiator 13 'cooperating with a main cooling circuit 15 of a motor M of the vehicle, whether it be thermal, electric or hybrid, notably ensuring the propulsion of the vehicle.
  • a cooling coolant circulates within the main cooling circuit 15 to dissipate heat generated by the motor M and thereby cool it.
  • the coolant coolant is circulated in the main cooling circuit 15 via a main circulation pump 19, in particular driven by the motor M.
  • the coolant for cooling consists of a cooling liquid, in particular formed from a mixture of 50% to 70% of water and 50% to 30% of glycol.
  • the main cooling circuit 15 comprises a main switching valve 17 for directing the coolant coolant to a cooling branch 15 'having a cooling radiator 14 traversed by a flow of air 'air 1'.
  • the cooling radiator 14 is generally disposed on the front face of the vehicle in order to be traversed by the air flow 1 'coming from the outside of the vehicle and thus making it possible to cool the coolant for cooling and thus maintain the temperature optimal motor M.
  • the main switching valve 17 is also connected to a heating branch 16 comprising a heat exchanger 12 'intended to store calories with a view to returning them later if necessary and a secondary circulation pump 1 1', preferably electric , allowing the circulation of the coolant coolant in the heating branch 16.
  • the main switching valve 17 is also connected to a bypass branch 15 "making it possible to circulate the coolant coolant in parallel with the cooling and heating branches 15 '.
  • the switching valve 17 is configured so as to allow the circulation of the coolant of cooling in the cooling branch 15 'and / or in the bypass branch 15 "and / or in the heating branch 16.
  • the storage loop 16 comprises a recovery exchanger 13 'disposed downstream of the storage exchanger 12' in a direction of circulation 20 of the coolant coolant.
  • the refund exchanger 13 ' makes it possible to restore the calories stored in the storage exchanger 12' when the cooling circuit 15 is at a standstill.
  • the return exchanger 13 ' is traversed by the air flow 1.
  • the air flow 1 is reheated on passing through the return exchanger 13 'prior to the diffusion of the latter inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the heat exchanger 13 ' is constituted by the heating radiator or heater 11' for heating the air flow 1 able to be deheated in the passenger compartment of the vehicle.
  • the heating radiator 13 ' contributes to the return of the calories stored in the storage exchanger 12' when the cooling circuit 15 is at a standstill.
  • the coolant coolant is circulated by the secondary circulation pump 11'.
  • the secondary circulation pump 11 ' functions only when the cooling circuit 15 is at a standstill or in operation.
  • the storage loop 16 also includes two secondary switching valves 18 'and 18 ".
  • the secondary switching valves 18' and 18" make it possible to circulate the cooling heat transfer fluid in the heating loop. 16 regardless of the operating state of the main cooling circuit 15, that is to say that the main circulation pump 19 is at a standstill or in operation.
  • Figures 1 to 3 show various examples of an arrangement incorporating an exemplary storage exchanger. However, the present invention finds application in all installations requiring a storer of calories and / or frigories.
  • FIG. 4 is a front view of a storage exchanger according to the present invention and used in the loops and circuits schematized in the preceding figures.
  • FIG. 4 shows a heat exchanger such as the storage exchanger 12 installed on the secondary loop 10 of FIGS. 1 or 2, or the storage exchanger 12 'installed on the heating loop 16 of FIG. 3.
  • the exchangers storage 12 and 12 ' have the common point of conveying a heat transfer fluid, respectively the secondary heat transfer fluid or coolant coolant.
  • the storage exchanger 12, respectively 12 ' comprises a plurality of circulation tubes 25 of the coolant.
  • Each circulation tube 25 has a first end 26 opening into a first collector 27 of heat transfer fluid, including an inlet manifold.
  • Each circulation tube 15 also has a second end 28 opening inside a second collector 29 of heat transfer fluid, in particular an outlet manifold.
  • the circulation tubes 25 are arranged parallel and distant from each other. other. Between two adjacent circulation tubes 25 is a spacer 30. The spacer 30 is in contact with each of the circulating tubes 25 flanking it in order to increase the heat exchange between the coolant flowing in the circulation tubes 25 and another thermal transport medium, passing between the circulation tubes 25 and passing through the spacer 30.
  • the assembly consisting of the stack of circulation tubes 25 and spacers 30 defines a bundle of the storage exchanger 12, 12 'respectively.
  • the first collector 27 and the second collector 29 extend along respective axes A1 and A2, preferably parallel.
  • the circulation tubes 25 are arranged orthogonally to axes A1 and A2 of general extension respectively of the first manifold 27 and the second manifold 29.
  • the spacer 30 is inserted between two circulation tubes 25, so that each circulation tube 25 is bordered by two spacers 30. Each spacer 30 is intended to increase a heat exchange surface offered by the circulation tubes 25. Each spacer 30 is shaped as a stack of folds formed of fins 31.
  • FIG. 5 is a partial view of the spacer 30 of the heat exchanger 12, respectively 12 ', illustrated in FIG. 4.
  • Each fin 31 comprises a first edge 32 in contact with the first circulation tube 25 and a second edge 33 in contact with the second tube 25 disposed vis-à-vis the first circulation tube 25.
  • the spacer 30 is generally arranged in a succession of fins 31.
  • the first edge 32 of a first fin 31 and the first edge 32 of a second fin 31, adjacent to the first fin 31, are spaced apart from each other. the other with a pitch of wing Pa.
  • the pitch of wing Pa is the distance separating two consecutive fins 31, and more particularly their respective first edges 32 or their respective second edges 33.
  • the fin pitch Pa is between 0.4 mm and 0.75 mm, preferably of the order of 0.5 mm. Such a dimensional range defines the best compromise between an optimized thermal performance and a minimized size of the heat exchanger 12, respectively 12 '.
  • the best thermal performance of the heat exchanger 12, respectively 12 ' is obtained when the pitch Pa is of the order of 0.5 mm.
  • the pitch Pa is between 0.4 mm and 0.75 mm, it is allowed to provide a storage of 200 kJ to 270 kJ for a period of less than two minutes.
  • the fin pitch Pa is between 0.4 mm and 0.7 mm, in particular between 0.4 mm and 0.6 mm.
  • Each fin 31 has a fin length La between 5 mm and 8 mm, preferably between 6 mm and 7 mm, in particular of the order of 6.5 mm.
  • the fin length La corresponds to the distance between a first edge 32 and a second edge 33 of the same fin 31.
  • Each fin 31 has a fin thickness Ea of between 0.04 mm and 0.12 mm, preferably of the order of 0.08 mm.
  • Each interlayer 20 is, for example, obtained from a ply of a strip made of a thermally conductive material having a thickness of between 0.04 mm and 0.12 mm, corresponding to the thickness of fin Ea. .
  • the circulation tube 25 has a tube length Lt of between 270 mm and 360 mm, preferably of the order of 315 mm.
  • the tube length Lt is taken between the first end 16 and the second end 18 of the circulation tube 25 and corresponds to the distance separating two respective faces vis-à-vis the first collector 27 and the second collector 29.
  • Two adjacent circulation tubes 25 are spaced from each other by a Pt tube pitch of between 7 mm and 9 mm, preferably of the order of 7.75 mm or 8.5 mm.
  • the tube pitch Pt is the distance between two axes of respective general extension A3 of two consecutive circulation tubes 25.
  • Each circulation tube 25 has a tube thickness And between 0.2 mm and 0.25 mm, preferably of the order of 0.23 mm.
  • the thickness of a wall constituting the circulation tube 25 is between 0.2 mm and 0.25 mm, preferably of the order of 0.23 mm.
  • each circulation tube 25 has a height Ht of between 1.2 mm and 1.3 mm.
  • the beam of the storage exchanger 12, respectively 12 ' extends in a first direction corresponding to the height of the bundle, that is to say the direction of extension of the tubes 25 and a second direction corresponding to the direction of stacking of the circulation tubes 25 and tabs 30, that is to say the direction of extension of the first manifold 27 and second manifold 29.
  • the first collector 27, respectively the second collector 29 has a collector height Hc of between 10 mm and 14 mm, preferably of the order of 12 mm.
  • the collector height Hc is taken in the first direction.
  • the storage exchanger 12, respectively 12 ' has a heat exchanger depth Pe of between 20 and 35 mm, preferably of the order of 27.5 mm.
  • the exchanger depth Pe is taken along a third direction which defines a direct orthonormal coordinate system with the first and second directions defined above.
  • the storage exchanger 12, respectively 12 ' comprises a length of exchanger The plug in the second direction of between 300 mm and 400 mm, preferably of the order of 340 mm.
  • the storage exchanger 12, respectively 12 ' has a total width of exchanger L between 250 mm and 300 mm and a useful width of exchanger Lue between 235 mm and 275 mm.
  • the total width of the heat exchanger Lte corresponds to the width of the storage heat exchanger 12, respectively 12 ', in the first direction
  • the useful width of the heat exchanger Lue corresponds to the width of the beam of the storage heat exchanger 12 respectively 12 ', in the first direction.
  • the total width of exchanger Lte is of the order of 275 mm while the useful width of exchanger Lue is of the order of 255 mm
  • Fig ure 6 is a detail view illustrating a fin 31 constituting the spacer 30 shown in Figures 4 and 5.
  • Figure 6 allows to better identify the pitch of the blade Pa, the fin length La and l fin thickness Ea.
  • a storage material of calories or frigories in particular a phase change material, at least partially filled an interstitial space 35 formed between the spacer 30 and the circulation tubes 25 and / or formed between two consecutive fins 31.
  • the storage material in particular the phase-change material, is for example paraffin, the melting point of which is between 8 ° C. and 12 ° C. in the context of a frigory storage exchanger.
  • cover plates 40 visible in Figure 7, to confine the circulation tubes 25 and the spacers 30.
  • the cover plates 40 are intended to bear against the first manifold 27 and second manifold 29 for enclosing the circulation tubes 25 and the spacers 30 in a closed space conducive to promoting the exchange of heat between the phase storage material and the fins 31 and / or the circulation tubes 25.
  • the plates covering 40 are made for example of aluminum. At least one of the cover plates 40 is provided with a plurality of filling holes 37 to allow the storage material to be inserted between the fins 31 and the circulation tubes 15.
  • the heat-transfer fluid follows inside the storage exchanger 12, 12 'respectively, a path arranged in "I" from the first collector 27, through the circulation tubes 25, to the second
  • the present invention also finds an application for storage exchangers 12, respectively 12 ', in which the heat transfer fluid follows inside the storage exchanger 12, respectively 12', a path arranged in " U "from a collector box comprising the first collector 27 and the second collector 29 disposed next to each other.
  • the circulation tubes 25 ensure the "U" circulation of the coolant.
  • FIGS. 8 and 9 respectively represent the evolution of the average temperature of the storage material expressed in degrees Celsius as a function of time expressed in seconds and the evolution of the energy stored by the storage exchanger 12, respectively 12 ', expressed in kilojoule as a function of time expressed in seconds.
  • the storage exchanger 12, 12 ' is capable of providing optimized thermal efficiency, notably allowing storage between 200 kJ and 350 kJ, in particular between 220 kJ and 370 kJ, in less than a given time t 0 , in particular for a time t 0 of two minutes.
  • the average temperature of the storage material is in the optimum thermal storage range of the storage material, in particular the phase-change material, having a melting temperature of between 8 ° C. and 12 ° C. in the the frame of a storage exchanger 12, respectively 12 ', of frigories.

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Abstract

L'invention a pour objet un échangeur de stockage (12, 12') comprenant au moins un premier tube de circulation (25) et un deuxième tube de circulation (25) d'un fluide caloporteur comprenant respectivement une première extrémité (26) débouchant à l'intérieur d'un premier collecteur (27) et une deuxième extrémité (28) débouchant à l'intérieur d'un deuxième collecteur (29), les premier et deuxième tubes de circulation (25) étant disposés adjacents l'un à l'autre, et au moins un intercalaire (30) interposé entre le premier tube de circulation (25) et le deuxième tube de circulation (25), l'intercalaire (30) étant constitué d'une pluralité d'ailettes (31 ) comportant un premier bord (32) en contact avec le premier tube de circulation (25) et un deuxième bord (33) en contact avec le deuxième tube de circulation (25), au moins un espace interstitiel (35) étant défini entre l'intercalaire (30) et les tubes de circulation (25). L'espace interstitiel (35) est rempli par un matériau stockeur de calories ou de frigories.

Description

Echangeur de stockage pourvu d'un matériau stockeur et boucle de climatisation ou circuit de refroidissement comprenant un tel echangeur.
La présente invention est du domaine des échangeurs de chaleur prévus pour être installés sur une boucle de climatisation et/ou un circuit de refroidissement coopérant avec un appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un véhicule automobile constituant, en coopération, une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation. La présente invention a pour objet un echangeur de chaleur ainsi que la boucle de climatisation et/ou le circuit de refroidissement comprenant un tel echangeur de chaleur.
Un véhicule automobile est couramment équipé d'un appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation pour réguler les paramètres aérothermiques d'au moins un flux d'air distribué à l'intérieur d'un habitacle d'un véhicule automobile. L'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation est principalement constituée d'un boîtier, généralement en matière plastique, logé sous une planche de bord du véhicule. Le boîtier assure la canalisation et la circulation d'au moins un flux d'air préalablement à sa diffusion à l'intérieur de l'habitacle.
L'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation coopère avec une boucle de climatisation principale pour refroidir le flux d'air préalablement à la diffusion de cel u i-ci hors du boîtier de l'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation vers l'habitacle. La boucle de climatisation principale comprend une pluralité d'éléments, notamment un compresseur, apte à comprimer un fluide réfrigérant circulant à l'intérieur de la boucle de climatisation, et un évaporateur, apte à être traversé par le flux d'air afin d'effectuer un échange thermique et le refroidir.
La boucle de climatisation principale coopère éventuellement avec une boucle de climatisation secondaire agencée pour permettre un échange thermique avec la boucle de climatisation principale. Un fluide caloporteur secondaire circule à l'intérieur de la boucle de climatisation secondaire. Le fluide caloporteur secondaire est par exemple constitué d'un mélange d'eau et de glycol.
Il est connu d'installer sur la boucle de climatisation secondaire un échangeur de chaleur apte à stocker des frigories. Un tel échangeur de chaleur constitue une réserve de froid, constituée lorsque la boucle de climatisation principale est en fonctionnement, et restituée lorsque la boucle de climatisation principale est à l'arrêt. Ce cas de figure se produit notamment lorsque le véhicule est équipé d'un système automatique d'arrêt du compresseur de la boucle de climatisation principale, notamment suite à un arrêt du véhicule.
L'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation coopère aussi avec un circuit de refroidissement principal d'un moteur du véhicule, indifféremment thermique, électrique ou hybride. Le circuit de refroidissement principal comprend une pompe pour la mise en circulation d'un liquide de refroidissement circulant à l'intérieur du circuit de refroidissement principal. Le circuit de refroidissement principal comprend également un radiateur de chauffage traversé par le flux d'air pour permettre un réchauffement de celui-ci préalablement à sa diffusion à l'intérieur de l'habitacle.
Le circuit de refroidissement principal coopère éventuellement avec un circuit de refroidissement secondaire agencé pour permettre un échange thermique avec le circuit de refroidissement principal. Un deuxième fluide caloporteur secondaire circule à l'intérieur du circuit de refroidissement secondaire. Le deuxième fluide caloporteur secondaire est par exemple constitué d'un mélange d'eau et de glycol.
Il est également connu d'installer sur le circuit de refroidissement principal, et/ou sur le circuit de refroidissement secondaire un échangeur de chaleur agencé pour stocker des calories. Un tel échangeur de chaleur constitue une réserve de chaleur, constituée lorsq ue le circuit de refroidissement principal est en fonctionnement, et restituée lorsque le circuit de refroidissement principal est à l'arrêt. Ce cas de figure se produit notamment lorsque le véhicule est équipé d'un système automatique d'arrêt de la pompe du circuit de refroidissement principal, notamment suite à un arrêt du véhicule.
Dans tous les cas mentionnés ci-dessus, l'échangeur de chaleur comprenant une pluralité de tubes de circulation de fluide caloporteur, les extrémités des tubes débouchant dans des collecteurs, et des réservoirs de matériau stockeur thermique en contact avec les tubes de manière à ce que le matériau stockeur et le fluide caloporteur échangent de la chaleur entre eux. On pourra par exemple se reporter aux demandes de brevet Français FR 2 878 613 et FR 2 878 614 qui décrivent de tels échangeurs de chaleur.
Cependant, les échangeurs de chaleur comprenant des réservoirs de matériau stockeur thermique connus méritent d'être améliorés pour procurer un confort thermique optimisé à un utilisateur du véhicule, y compris lors d'un arrêt du moteur du véhicule.
En effet, le concept d'évaporateur comprenant des réservoirs de matériau stockeur thermique atteint rapidement des limites physiques. Notamment, la présence de réservoirs de matériau stockeur thermique entraîne une diminution de la surface d'échange avec le flux d'air traversant l'évaporateur.
Par ailleurs, de tels évaporateurs requièrent une diminution de la quantité de matériau stockeur thermique stockée dans les tubes afin de ne pas augmenter de façon disproportionnée des dimensions de l'évaporateur.
Enfin, de tels évaporateurs disposent d'un coefficient global d'échange dégradé.
II est donc souhaitable d'optimiser le dimensionnement d'un tel échangeur de chaleur afin qu'il soit à même de présenter une meilleure efficacité au regard de l'échange thermique auquel il participe, tout en minimisant l'encombrement procuré par l'échangeur de chaleur.
Enfin, il est recherché qu'une quantité importante de calories ou de frigories, notam ment com prise entre 200 kJ et 270 kJ , pu isse être rapidement emmagasinée, notamment en une durée inférieure à deux minutes.
Le but de la présente invention est de proposer un échangeur de chaleur susceptible de résoudre les inconvénients cités précédemment.
En particulier, l'échangeur de stockage, selon la présente invention, est apte à être installé sur une boucle de climatisation secondaire ou sur un circuit de refroidissement principal, un tel échangeur de stockage présentant un faible encombrement, tout en procurant une efficacité thermique optimisée, permettant notamment de stocker entre 200 kJ et 270 kJ en moins de deux minutes, pour une température et un débit d'un flu ide caloporteur circulant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur qui sont relativement quelconques, et plus particulièrement pour une température de fluide caloporteur de l'ordre de 3°C et un débit de fluide caloporteur de l'ordre de 1000 l/h.
L'échangeur de la présente invention est un échangeur de stockage comprenant au moins un premier et un deuxième tubes de circulation d'un fluide caloporteur. Chaque tube comprend respectivement une première extrémité débouchant à l'intérieur d'un premier collecteur et une deuxième extrémité débouchant à l'intérieur d'un deuxième collecteur. Les premier et deuxième tubes de circulation sont disposés adjacents l'un à l'autre. Au moins un intercalaire est interposé entre le premier tube de circulation et le deuxième tube de circulation. Chaque intercalaire est constitué d'une pluralité d'ailettes comportant un premier bord en contact avec le premier tube de circulation et un deuxième bord en contact avec le deuxième tube de circulation. Au moins un espace interstitiel est défini entre l'intercalaire et les tubes de circulation. Selon la présente invention, l'espace interstitiel est rempli par un matériau stockeur de calories ou de frigories.
De façon préférentielle, les ailettes de l'intercalaire sont espacées les uns des l'autres d'un pas d'ailette Pa. Le pas d'ailette Pa est compris entre 0,4 mm et 0,75 mm. Préférentiellement, le pas d'ailette Pa est compris entre 0,4 mm et 0,7 mm, notamment entre 0,4 mm et 0,6 mm, et en particulier de l'ordre de 0,5 mm.
Chaque ailette comporte avantageusement une longueur La comprise entre 5 mm et 8 mm et une épaisseur d'ailettes Ea comprise entre 0,04 mm et 0,12 mm.
Chaque tube comporte avantageusement une longueur Lt comprise entre 270 mm et 360 mm et une hauteur Ht comprise entre 1 ,2 mm et 1 ,3 mm.
Deux tubes adjacents sont avantageusement espacés l'un de l'autre d'un pas de tube Pt compris entre 7 mm et 9 mm. Chaque tube comporte avantageusement une épaisseur de tube Et comprise entre 0,2 mm et 0,25 mm.
Chaque collecteur comporte avantageusement une hauteur de collecteur Hc comprise entre 10 mm et 14 mm.
L'échangeur de chaleur comporte avantageusement une profondeur Pe comprise entre 20 mm et 35 mm, une longueur d'échangeur Le comprise entre 300 mm et 400 mm, une largeur totale d'échangeur Lte comprise entre 250 mm et 300 mm et une largeur utile d'échangeur Lue comprise entre 235 mm et 275 mm.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l'exposé de sa réalisation mais aussi, le cas échéant, contribuer à sa définition sur lesquels: • Les figures 1 et 2 illustrent deux variantes de réalisation respectives d'une boucle de climatisation comprenant un échangeur de chaleur selon la présente invention,
• La figure 3 illustre un circuit de refroidissement comprenant un échangeur de chaleur selon la présente invention,
• La figure 4 est une vue de face d'un échangeur selon la présente invention et schématisé sur les figures 1 à 3,
• La figure 5 est une vue partielle d'un intercalaire constitutif de l'échangeur de chaleur selon la présente invention illustré sur la figure précédente, • La figure 6 est une vue de détail illustrant une ailette constitutive de l'intercalaire représenté sur la figure précédente,
• La figure 7 est une vue partielle de l'échangeur de chaleur illustré sur les figures 1 à 4 représentant une plaque de recouvrement constitutive de l'échangeur de chaleur selon la présente invention, • La figure 8 représente l'évolution de la température d'un matériau stockeur constitutif de l'échangeur de chaleur selon la présente invention en fonction du temps, et
• La figure 9 représente l'évolution de l'énergie stockée par l'échangeur de chaleur selon la présente invention en fonction du temps.
De façon connue, un véhicule automobile est équipé d'un appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation pour réguler les paramètres aérothermique d'au moins un flux d'air 1 destiné à être distribué à l'intérieur d'un habitacle du véhicule. L'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation est principalement comporte un boîtier constitué d'une enceinte en matière plastique dans laquelle sont disposés les divers composants d'un circuit de traitement thermique du flux d'air 1 et canalisant le flux d'air 1 préalablement à la distribution de celui-ci dans l'habitacle.
Une groupe moto-ventilateur placé dans une entrée du boîtier de l'appareil de chauffage, de ventilation et de climatisation introduit, dans le circuit de traitement thermique, le flux d'air 1 à traiter thermiquement provenant de l'extérieur du véhicule et/ou de l'habitacle.
La présente invention trouve une application dans le cadre de stockage de frigories, c'est-à-dire de l'énergie thermique contenue dans un fluide dit 'froid'. Les figures 1 et 2 illustrent une telle disposition selon deux variantes de réalisation respectives d'une boucle de climatisation.
De façon générale, l'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation coopère avec une boucle de climatisation principale 2 afin de constituer une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation. La boucle de climatisation principale 2 est parcourue par un fluide réfrigérant. La boucle de climatisation permet la circulation du fluide réfrigérant afin d'y subir un cycle thermodynamique défini. Le fluide réfrigérant peut être un fluide supercritique, en particulier le dioxyde de carbone ou un fluide sous-critique, tel que le R134a ou analogue, ou tout autre fluide alternatif.
La boucle de climatisation principale 2 est agencée de telle sorte que le fluide réfrigérant traverse successivement, notamment, un compresseur 3, un organe de détente 4 et un évaporateur 5. Par suite le fluide réfrigérant retourne au compresseur 3.
L'évaporateur 5 assure un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le flux d'air 1 le traversant. Le flux d'air 1 est déshumidifié et refroidi au passage à travers un évaporateur 5 préalablement à la diffusion de celui-ci à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. L'habitacle est une zone du véhicule à l'intérieur de laquelle prend place au moins un utilisateur du véhicule.
Le boîtier de chauffage, de ventilation et de climatisation comprend également un radiateur, non représenté sur les figures 1 et 2, apte à réchauffer le flux d'air 1 et faisant partie d'un circuit de refroidissement d'un moteur, en particulier un moteur thermique permettant la propulsion du véhicule. Un tel radiateur peut notamment être conforme à l'échangeur 13' selon la figure 4.
La figure 1 est plus particulièrement représentative d'une boucle de climatisation principale 2 dans laquelle le fluide réfrigérant est un fluide sous-critique, tel que le
R1 34a ou analogue. Dans ce cas, la boucle principale de climatisation 2 comprend également un condenseur 6 interposé sur la boucle de climatisation principale 2 entre le compresseur 3 et l'organe de détente 4 selon un sens de circulation 8 du fluide réfrigérant à l'intérieur de la boucle de climatisation 2 principale.
La figure 2 est plus particulièrement représentative d'une boucle de climatisation principale 2 dans laquelle le fluide réfrigérant est un fluide supercritique, tel que le R744 ou analogue. Dans ce cas, la boucle de climatisation principale 2 comprend également un refroidisseur de gaz 7 interposé sur la boucle de climatisation principale 2 entre le compresseur 3 et un échangeur de chaleur interne 9 disposé en amont de l'organe de détente 4, selon le sens de circulation 8 du fluide réfrigérant à l'intérieur de la boucle de climatisation 2 principale.
Selon les deux exemples de réalisation décrits en relation avec les figures 1 et 2, la boucle de climatisation principale 2 coopère avec une boucle secondaire 10.
Un fluide caloporteur secondaire circule à l'intérieur de la boucle secondaire 10. La boucle secondaire 10 comprend un échangeur de stockage 12 destiné à accumuler des frigories en vue de les restituer ultérieurement en cas de besoin et une pompe de circulation secondaire 11 , de préférence électrique, permettant la circulation du fluide caloporteur secondaire dans la boucle secondaire 10.
La boucle de climatisation principale 2 et la boucle secondaire 10 coopère entre elle par un d ispositif d'échange de chaleur. De façon particulièrement avantageuse, le dispositif d'échange de chaleur est constitué par l'évaporateur 5. Le dispositif d'échange de chaleur, de façon préférentielle l'évaporateur 5, permet le transfert thermique entre le fluide réfrigérant circulant à l'intérieur de la boucle de climatisation principale 2 et le fluide caloporteur secondaire circulant à l'intérieur de la boucle secondaire 10.
Selon un mode alternatif de réalisation, la boucle secondaire 10 comprend un échangeur de restitution 13 disposé en aval de l'échangeur de stockage 12 dans un sens de circulation 8' du fluide caloporteur secondaire.
Le fluide caloporteur secondaire est par exemple constitué d'un mélange de 50% à 70% d'eau et respectivement de 50% à 30% de glycol,
L'échangeur de restitution 13 permet de restituer les frigories stockées dans l'échangeur de stockage 12 lorsque la boucle de climatisation principale 2 est à l'arrêt. De façon particulièrement avantageuse, l'échangeur de restitution 13 est traversé par le flux d'air 1 . Le flux d'air 1 est refroidi au passage à travers l'échangeur de restitution 13 préalablement à la diffusion de celui-ci à l'intérieur de l'habitacle du véhicule.
De façon alternative ou complémentaire, l'évaporateur 5 peut également contribuer à la restitution des frigories stockées dans l'échangeur de stockage 12 lorsque la boucle de climatisation principale 2 est à l'arrêt.
Afin de permettre la mise en œuvre de la restitution des calories stockées dans l'échangeur de stockage 12, le flu ide caloporteur secondaire est mis en circulation par la pompe de circulation secondaire 11. De façon favorable, la pompe de circulation secondaire 11 fonctionne que la boucle de climatisation principale 2 soit à l'arrêt ou en fonctionnement. II est toutefois envisageable de permettre un arrêt de la pompe de circulation secondaire 11 lorsque la capacité de stockage de l'échangeur de stockage 12 est atteinte afin d'optimiser la consommation, notamment électrique, de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation.
Dans les exemples de réalisation décrits aux figures 1 et 2, il est prévu un dispositif d'échange de chaleur permettant l'échange thermique entre la boucle de climatisation principale 2 et la boucle secondaire 10 réalisé par l'évaporateur 5. Selon ces deux exemples, l'évaporateur 5 est du type tri-fluide, en particulier du type air - fluide réfrigérant - fluide caloporteur secondaire.
Toutefois, le dispositif d'échange de chaleur permettant l'échange thermique entre la boucle de climatisation principale 2 et la boucle secondaire 10 selon la présente invention peut être réalisé par un échangeur de chaleur du type bi- fluide, notamment du type fluide réfrigérant - fluide caloporteur secondaire. Lors de l'emploi d'un tel échangeur de chaleur bi-fluide, seul l'échangeur de restitution 13 est traversé par le flux d'air 1 refroidi à sa traversé préalablement à la diffusion de celui-ci à l'intérieur de l'habitacle du véhicule.
La présente invention trouve également une application dans le cadre de stockage de calories, c'est-à-dire de l'énergie thermique contenue dans un fluide dit 'chaud'. La figure 3 illustre une telle réalisation et montre un circuit de refroidissement comprenant respectivement un échangeur de chaleur selon la présente invention.
Pour réchauffer le flux d'air 1 , l'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation loge un radiateur de chauffage 13' coopérant avec un circuit de refroidissement principal 15 d'un moteur M du véhicule, indifféremment thermique, électrique ou hybride, assurant notamment la propulsion du véhicule. Un fluide caloporteur de refroidissement circule à l'intérieur du circuit de refroidissement principal 15 afin de dissiper de la chaleur produite par le moteur M et ainsi le refroidir. A cet effet, le fluide caloporteur de refroidissement est mis en circulation dans le circuit de refroidissement principal 15 par l'intermédiaire d'un pompe de circulation principale 19, notamment entraînée par le moteur M.
Le fluide caloporteur de refroidissement est par exemple constitué d'un liquide de refroidissement, notamment formé d'un mélange de 50% à 70% d'eau et de 50% à 30% de glycol.
Pour assurer le chauffage du flux d'air 1 , le circuit de refroidissement principal 15 comporte une vanne de commutation principale 17 permettant de diriger le fluide caloporteur de refroidissement vers une branche de refroidissement 15' comportant un radiateur de refroidissement 14 traversé par un flux d'air 1 '. Le radiateur de refroidissement 14 est généralement disposé en face avant du véhicule afin d'être traversé par le flux d'air 1 ' provenant de l'extérieur du véhicule et permettant ainsi de refroidir le fluide caloporteur de refroidissement et ainsi assurer le maintien à température optimale du moteur M.
La vanne de commutation principale 17 est également reliée à une branche de chauffage 16 comprenant un échangeur de chaleur 12' destiné à stocker des calories en vue de les restituer ultérieurement en cas de besoin et une pompe de circulation secondaire 1 1 ', de préférence électrique, permettant la circulation du fluide caloporteur de refroidissement dans la branche de chauffage 16.
Enfin, la vanne de commutation principale 17 est également reliée à une branche de contournement 15" permettant d'assurer une circulation du fluide caloporteur de refroidissement en parallèle des branches de refroidissement 15' et de chauffage 16. De façon avantageuse, la vanne de commutation principale 17 est config u rée de façon à permettre la circulation du fluide caloporteur de refroidissement dans la branche de refroidissement 15' et/ou dans la branche de contournement 15" et/ou dans la branche de chauffage 16.
Selon un mode alternatif de réalisation, la boucle de stockage 16 comprend un échangeur de restitution 13' disposé en aval de l'échangeur de stockage 12' dans un sens de circulation 20 du fluide caloporteur de refroidissement.
L'échangeur de restitution 13' permet de restituer les calories stockées dans l'échangeur de stockage 12' lorsque le circuit de refroidissement 15 est à l'arrêt. De façon particulièrement avantageuse, l'échangeur de restitution 13' est traversé par le flux d'air 1 . Le flux d'air 1 est réchauffé au passage à travers l'échangeur de restitution 13' préalablement à la diffusion de ce dernier à l'intérieur de l'habitacle du véhicule.
Selon un mode particulier de réalisation, l'échangeur de restitution 13' est constitué par le radiateur de chauffage ou aérotherme 13' destiné au chauffage du flux d'air 1 apte à être d iffusé dans l'habitacle du véhicule. Dans cette configuration, le radiateur de chauffage 13' contribue à la restitution des calories stockées dans l'échangeur de stockage 12' lorsque le circuit de refroidissement 15 est a l'arrêt.
Afin de permettre la mise en œuvre de la restitution des calories stockées dans l'échangeur de stockage 12', le fluide caloporteur de refroidissement est mis en circulation par la pompe de circulation secondaire 11 '. De façon favorable, la pompe de circulation secondaire 11 ' fonction ne q uand le circuit de refroidissement 15 est à l'arrêt ou en fonctionnement.
Il est toutefois envisageable de permettre un arrêt de la pompe de circulation secondaire 11 ' lorsque la capacité de stockage de l'échangeur de stockage 12' est atteinte afin d'optimiser la consommation, notamment électrique, de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation. La boucle de stockage 16 comporte également deux vannes de commutation secondaires 18' et 18". Les vannes de commutation secondaires 18' et 18" permettent de rendre possibl e la circu l ation d u fl u ide caloporteu r de refroidissement dans la boucle de chauffage 16 quelque soit l'état de fonctionnement du circuit de refroidissement principal 15, c'est-à-dire que la pompe de circulation principale 19 soit à l'arrêt ou en fonctionnement.
Les figures 1 à 3 présentent divers exemples d'agencement intégrant un échangeur de stockage donnés à titre d'exemple. Toutefois, la présente invention trouve une application dans toutes les installations nécessitant un stockeur de calories et/ou frigories.
La figure 4 est une vue de face d'un échangeur de stockage selon la présente invention et employé dans les boucles et circuits schématisés sur les figures précédentes.
La figure 4 présente un échangeur de chaleur tel que l'échangeur de stockage 12 installé sur la boucle secondaire 10 des figures 1 ou 2, ou l'échangeur de stockage 12' installé sur la boucle de chauffage 16 de la figure 3. Les échangeurs de stockage 12 et 12' présentent le point commun de véhiculer un fluide caloporteur, respectivement le fluide caloporteur secondaire ou le fluide caloporteur de refroidissement.
L'échangeur de stockage 12, respectivement 12', comprend une pluralité de tubes de circulation 25 du fluide caloporteur. Chaque tube de circulation 25 comporte une première extrémité 26 débouchant à l'intérieur d'un premier collecteur 27 de fluide caloporteur, notamment un collecteur d'entrée. Chaque tube de circulation 15 comporte également une deuxième extrémité 28 débouchant à l'intérieur d'un deuxième collecteur 29 de fluide caloporteur, notamment un collecteur de sortie. Les tubes de circulation 25 sont disposés parallèlement et distants les uns aux autres. Entre deux tubes de circulation 25 adjacents est disposé un intercalaire 30. L'intercalaire 30 est en contact avec chacun des tubes de circulation 25 l'encadrant afin d'augmenter l'échange thermique entre le fluide caloporteur circulant dans les tubes de circulation 25 et un autre média de transport thermique, passant entre les tubes de circulation 25 et traversant l'intercalaire 30.
L'ensemble constitué de l'empilage de tubes de circulation 25 et d'intercalaires 30 définit un faisceau de l'échangeur de stockage 12, respectivement 12'.
Selon une réalisation préférée de l'échangeur de stockage 12, le premier collecteur 27 et le deuxième collecteur 29 s'étendent selon des axes respectifs A1 et A2, préférentiellement parallèles. Avantageusement, les tubes de circulation 25 sont disposés orthogonalement aux axes A1 et A2 d'extension général respectivement du premier collecteur 27 et du deuxième collecteur 29.
L'intercalaire 30 est inséré entre deux tubes de circulation 25, de telle sorte que chaque tube de circulation 25 est bordé par deux intercalaires 30. Chaque intercalaire 30 est destiné à augmenter une surface d'échange thermique offerte par les tubes de circulation 25. Chaque intercalaire 30 est conformé en un empilement de plis formés d'ailettes 31.
La figure 5 est une vue partielle de l'intercalaire 30 de l'échangeur de chaleur 12, respectivement 12', illustré sur la figure 4. Chaque ailette 31 comporte un premier bord 32 en contact avec le premier tube de circulation 25 et un deuxième bord 33 en contact avec le deuxième tube 25 disposé en vis-à-vis du premier tube de circulation 25.
L'intercalaire 30 est globalement agencé en une succession d'ailettes 31. Le premier bord 32 d'une première ailette 31 et le premier bord 32 d'une deuxième ailette 31 , adjacente à la première ailette 31 , sont espacés l'un de l'autre d'un pas d'ailette Pa. Autrement dit, le pas d'ailette Pa est la distance séparant deux ailettes consécutives 31 , et plus particulièrement leurs premiers bords respectifs 32 ou leurs deuxièmes bords respectifs 33.
Selon la présente invention, le pas d'ailette Pa est compris entre 0,4 mm et 0,75 mm, de préférence de l'ordre de 0,5 mm. Une telle plage dimensionnelle définit le meilleur comprom is entre une performance therm ique optim isée et un encombrement minimisé de l'échangeur de chaleur 12, respectivement 12'. La meilleure performance thermique de l'échangeur de chaleur 12, respectivement 12', est obtenue lorsque le pas d'ailette Pa est de l'ordre de 0,5 mm. Lorsque le pas d'ailette Pa est compris entre 0,4 mm et 0,75 mm, il est permis d'assurer un stockage de 200 kJ à 270 kJ pendant une durée inférieure à deux minutes. Alternativement, le pas d'ailette Pa est compris entre 0,4 mm et 0,7 mm, notamment entre 0,4 mm et 0,6 mm.
Chaque ailette 31 présente une longueur d'ailette La comprise entre 5 mm et 8 mm, préférentiellement entre 6 mm et 7 mm, notamment de l'ordre de 6,5 mm. La longueur d'ailette La correspond à la distance entre un premier bord 32 et un deuxième bord 33 d'une même ailette 31.
Chaque ailette 31 comporte une épaisseur d'ailette Ea comprise entre 0,04 mm et 0,12 mm, préférentiellement de l'ordre de 0,08 mm. Chaque intercalaire 20 est par exemple obtenu à partir d'un pl iage d'un feuillard réal isé en un matériau thermiquement conducteur présentant une épaisseur comprise entre 0,04 mm et 0,12 mm, correspondant e l'épaisseur d'ailette Ea..
En se reportant de nouveau à la figure 4, le tube de circulation 25 présente une longueur de tube Lt comprise entre 270 mm et 360 mm, préférentiellement de l'ordre de 315 mm. La longueur de tube Lt est prise entre la première extrémité 16 et la deuxième extrémité 18 du tube de circulation 25 et correspond à la distance qui sépare deux faces respectives en vis-à-vis du premier collecteur 27 et du deuxième collecteur 29. Deux tubes adjacents de circulation 25 sont espacés l'un de l'autre d'un pas de tube Pt compris entre 7 mm et 9 mm, préférentiellement de l'ordre de 7,75 mm ou 8.5 mm. Le pas de tube Pt est la distance comprise entre deux axes d'extension général respectif A3 de deux tubes de circulation 25 consécutifs.
Chaque tube de circulation 25 présente une épaisseur de tube Et comprise entre 0,2 mm et 0,25 mm, préférentiellement de l'ordre de 0,23 mm. Autrement dit, l'épaisseur d'une paroi constitutive du tube de circulation 25 est comprise entre 0,2 mm et 0,25 mm, préférentiellement de l'ordre de 0,23 mm. De plus, chaque tube de circulation 25 présente une hauteur Ht comprise entre 1 ,2 mm et 1 ,3 mm.
Tel que défini sur la figure 4, le faisceau de l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', s'étend selon une première direction correspondant à la hauteur du faisceau, c'est-à-dire la direction d'extension des tubes de circulation 25 et une deuxième direction correspondant à la direction d'empilage des tubes de circulation 25 et d'intercalaires 30, c'est-à-dire la direction d'extension des premier collecteur 27 et deuxième collecteur 29.
Par ailleurs, le premier collecteur 27, respectivement le deuxième collecteur 29 comporte une hauteur de collecteur Hc comprise entre 10 mm et 14 mm, préférentiellement de l'ordre de 12 mm. La hauteur de collecteur Hc est prise selon la première direction.
Enfin, l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', comporte une profondeur d'échangeur Pe comprise entre 20 et 35 mm, préférentiellement de l'ordre de 27,5 mm. La profondeur d'échangeur Pe est prise selon une troisième direction qui définit un repère orthonormé direct avec les première et deuxième directions définies précédemment. L'échangeur de stockage 12, respectivement 12', comporte une longueur d'échangeur Le prise selon la deuxième direction comprise entre 300 mm et 400 mm, préférentiellement de l'ordre de 340 mm.
L'échangeur de stockage 12, respectivement 12', comporte une largeur totale d'échangeur Lte comprise entre 250 mm et 300 mm et une largeur utile d'échangeur Lue comprise entre 235 mm et 275 mm. La largeur totale d'échangeur Lte correspond à la largeur de l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', selon la première direction, tandis que la largeur utile d'échangeur Lue correspond à la largeur du faisceau de l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', selon la première direction. Préférentiellement, la largeur totale d'échangeur Lte est de l'ordre de 275 mm tandis que la largeur utile d'échangeur Lue est de l'ordre de 255 mm
La fig ure 6 est u ne vue de détail illustrant une ailette 31 constitutive de l'intercalaire 30 représenté sur les figures 4 et 5. La figure 6 permet de mieux identifier le pas d'ailette Pa, la longueur d'ailette La et l'épaisseur d'ailette Ea.
Selon la présente invention, pour assurer la fonction de stockage des calories et/ou des frigories, un matériau stockeur de calories ou de frigories, notamment un matériau à changement de phase, rempli au moins partiellement un espace interstitiel 35 ménagé entre l'intercalaire 30 et les tubes de circulation 25 et/ou encore ménagé entre deux ailettes consécutives 31.
Le matériau stockeur, notamment le matériau à changement de phase, est par exemple de la paraffine dont la température de fusion se situe entre 8°C et 12°C dans le cadre d'un échangeur de stockage de frigories.
Pour permettre un remplissage aisé en matériau stockeur, notamment du matériau à changement de phase, en particulier de paraffine, de l'espace interstitiel 35 et le maintien du matériau stockeur, dans l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', celui-ci est pourvu de deux plaques de recouvrement 40, visibles sur la figure 7, pour confiner les tubes de circulation 25 et les intercalaires 30. Les plaques de recouvrement 40 sont destinées à venir en appui contre les premier collecteur 27 et deuxième collecteur 29 pour enfermer les tubes de circulation 25 et les intercalaires 30 en un espace clos propice à favoriser les échanges de chaleur entre le matériau stockeur de phase et les ailettes 31 et/ou les tubes de circulation 25. Les plaques de recouvrement 40 sont réalisées par exemple en aluminium. L'une des plaques de recouvrement 40 au moins est munie d'une pluralité d'orifices de remplissage 37 pour permettre l'introduction du matériau stockeur entre les ailettes 31 et les tubes de circulation 15.
Sur les figures 4 et 5, les plaques de recouvrement 40 ne sont pas représentées.
Enfin, on notera que le fluide caloporteur suit à l'intérieur de l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', un parcours agencé en « I » depuis le premier collecteur 27, à travers les tubes de circulation 25, jusqu'au deuxième collecteur 29. Toutefois, la présente invention trouve également une application pour des échangeurs de stockage 12, respectivement 12', dans lesquels le fluide caloporteur suit à l'intérieur de l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', un parcours agencé en « U » depuis une boite collectrice comprenant le premier collecteur 27 et le deuxième collecteur 29 disposés l'un à coté de l'autre. Selon cette configuration, les tubes de circulation 25 assurent la circulation en « U » du fluide caloporteur.
Les figures 8 et 9 représentent respectivement l'évolution de la température moyenne du matériau stockeur exprimée en degré Celsius en fonction du temps exprimé en seconde et l'évolution de l'énergie stockée par l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', exprimée en en kilojoule en fonction du temps exprimé en seconde. Ainsi, l'échangeur de stockage 12, respectivement 12', est apte à procurer une efficacité thermique optimisée, permettant notamment de stocker entre 200 kJ et 350 kJ, notamment entre 220 kJ et 370 kJ, en moins d'un temps donnée t0, en particulier pour un temps t0 de deux minutes.
De plus, pour ce temps t0, la température moyenne du matériau stockeur est dans la plage optimum de stockage thermique du matériau stockeur, notamment le matériau à changement de phase, ayant une température de fusion située entre 8°C et 12°C dans le cadre d'un échangeur de stockage 12, respectivement 12', de frigories.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple et englobe d'autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de réalisation décrits précédemment.

Claims

Revendications
1.- Echangeur de stockage (12, 12') comprenant au moins un premier tube de circulation (25) et un deuxième tube de circulation (25) d'un flu ide caloporteur comprenant respectivement une première extrémité (26) débouchant à l'intérieur d'un premier collecteur (27) et une deuxième extrémité (28) débouchant à l'intérieur d'un deuxième collecteur (29), les premier et deuxième tubes de circulation (25) étant disposés adjacents l'un à l'autre, et au moins un intercalaire (30) interposé entre le premier tube de circulation (25) et le deuxième tube de circulation (25), l'intercalaire (30) étant constitué d'une pluralité d'ailettes (31 ) comportant un premier bord (32) en contact avec le premier tube de circulation (25) et un deuxième bord (33) en contact avec le deuxième tube de circulation (25), au moins un espace interstitiel (35) étant défini entre l'intercalaire (30) et les tubes de circulation
(25), caractérisé en ce que l'espace interstitiel (35) est rempli par un matériau stockeur de calories ou de frigories.
2.- Echangeur de stockage (12, 12') selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les ailettes (31 ) de l'intercalaire (30) sont espacées les uns des autres d'un pas d'ailette Pa compris entre 0,4 mm et 0,75 mm.
3.- Echangeur de stockage (12, 12') selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque ailette (21 ) comporte une longueur La comprise entre 5 mm et 8 mm.
3.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque ailette (21 ) comporte une épaisseur d'ailettes Ea comprise entre 0,04 mm et 0,12 mm.
4.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tube (15) comporte une longueur Lt comprise entre 270 mm et 360 mm.
5.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tube (15) comporte une hauteur Ht comprise entre 1 ,2 mm et 1 ,3 mm.
6.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux tubes adjacents (15) sont espacés l'un de l'autre d'un pas de tube Pt compris entre 7 mm et 9 mm.
7.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tube (15) comporte une épaisseur de tube Et comprise entre 0,2 mm et 0,25 mm.
8.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque collecteur (17,19) comporte une hauteur de collecteur Hc comprise entre 10 mm et 14 mm.
9.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (12,12', 12") comporte une profondeur d'échangeur Pe comprise entre 20 mm et 35 mm.
10.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (12,12', 12") comporte une longueur d'échangeur Le comprise entre 300 mm et 400 mm.
11.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (12, 12', 12") comporte une largeur totale d'échangeur Lte entre 250 mm et 300 mm.
12.- Echangeur de stockage (12, 12') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (12,12', 12") comporte une largeur utile d'échangeur Lue comprise entre 235 mm et 275 mm.
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