WO2017212198A1 - Echangeur stockeur d'energie thermique - Google Patents

Echangeur stockeur d'energie thermique Download PDF

Info

Publication number
WO2017212198A1
WO2017212198A1 PCT/FR2017/051482 FR2017051482W WO2017212198A1 WO 2017212198 A1 WO2017212198 A1 WO 2017212198A1 FR 2017051482 W FR2017051482 W FR 2017051482W WO 2017212198 A1 WO2017212198 A1 WO 2017212198A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluid
heat exchanger
free space
thermally conductive
fluids
Prior art date
Application number
PCT/FR2017/051482
Other languages
English (en)
Other versions
WO2017212198A4 (fr
Inventor
Fabrice Chopard
Boris Chauvet
Original Assignee
Hutchinson
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hutchinson filed Critical Hutchinson
Priority to US16/307,899 priority Critical patent/US11326839B2/en
Priority to CN201780044099.7A priority patent/CN109477694A/zh
Priority to EP17735200.2A priority patent/EP3469286A1/fr
Publication of WO2017212198A1 publication Critical patent/WO2017212198A1/fr
Publication of WO2017212198A4 publication Critical patent/WO2017212198A4/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0037—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/005—Controlling temperature of lubricant
    • F01M5/007—Thermostatic control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/02—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/02—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating
    • F01M5/021—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating by heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/04—Features relating to lubrication or cooling or heating
    • F16H57/0412—Cooling or heating; Control of temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0093—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/042—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
    • F28F3/046—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element the deformations being linear, e.g. corrugations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0004—Particular heat storage apparatus
    • F28D2020/0008—Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in plate-like or laminated elements, e.g. in plates having internal compartments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0004—Particular heat storage apparatus
    • F28D2020/0013—Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in elements attached to or integral with heat exchange conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0089—Oil coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2270/00—Thermal insulation; Thermal decoupling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal management.
  • a heat exchanger for implementing an exchange of thermal energy with at least a first fluid or between a first fluid and a second fluid
  • a second assembly comprising the aforementioned heat exchanger, with all or part of its characteristics, and a thermally insulating casing which contains it,
  • At least one (first) thermally conductive wall which:
  • thermal energy storage material by latent heat accumulation (such as MCP), in heat exchange with at least said first fluid, to thus have a thermal energy storage function.
  • a fluid such as here said first fluid, has in the exchanger more to wait, in terms temperature change, the thermal energy storage material than an exchange with another fluid.
  • the optimized thermal management of an installation, and seek to avoid unnecessary loss of thermal energy are considerations to consider.
  • said first free space, in the heat exchanger be divided into at least two (sub) pipes where the two flows (a priori generally parallel) of the first fluid can flow at the same time, the wall thermally conductive which contains the thermal energy storage material is then interposed between said two (sub) conduits.
  • this first fluid is in a situation of releasing, or in need of having to release, a thermal energy which subsequently a second fluid may need, and / or that certain fluids are at a time to heat and another time to cool.
  • At least one second free space for the second fluid such that said first and second fluids flow into the first and second free spaces, respectively, and an additional thermally conductive wall separating them said first and second free spaces, such that heat exchange between the two fluids takes place through said additional thermally conductive wall.
  • this additional thermally conductive wall will be devoid of thermal energy storage material.
  • the additional thermally conductive wall is also hollow, thus in the form of a double wall in which said at least one second free space for the second fluid will be defined.
  • the exchanger comprises plates with inner faces having depressions, it could be only a single plate folded on itself.
  • said plates comprise corrugated plates defining elongated channels forming the recesses where said portions of the thermal energy storage material are disposed.
  • PCM phase change material
  • the thermally insulating material (s) hereafter mentioned may be a "simple" insulator such as glass wool, or a foam, for example polyurethane, or a porous heat-insulating material disposed in a vacuum envelope, to define at least one insulating panel, PIV.
  • PAV means a structure under "controlled atmosphere”, that is to say either filled with a gas having a thermal conductivity lower than that of ambient air (26mW / mK), or under a lower pressure at 10 5 Pa.
  • the hollow wall enclosing the thermal energy storage material, and preferably more generally the exchanger itself, may be made of flexible material, preferably rubbery, so as to then adapt to the shapes and locations of applications to which the exchanger / storer will be intended.
  • said hollow wall and preferably again the exchanger itself, may (have) be tubular.
  • Such an embodiment could be made from a flexible flat plate form rolled on itself substantially in a cylinder and fixed to itself at its coiled ends to obtain a laterally closed tube. Fittings, differentiated for each fluid, would allow the inputs and outputs of said first and second fluids. In the center could circulate a third fluid that can also be in heat exchange with the first or second peripheral fluid that will circulate radially closest to him.
  • a solution provides an element that comprises two identical, parallel plates. Two opposite edges of which are folded in the same direction and which each have depressions on the inner face and bumps on the outer face.
  • thermally insulating casing containing this heat exchanger and provided with walls containing at least one thermal insulator, the collecting volumes of said at least first fluid being interposed between end openings of each free space and at least some of the walls of the casing traversed by inlet or outlet connections of said at least first fluid.
  • the walls containing the thermal insulation will be PIV structure if we aim for a good compromise thermal performance / weight / bulk.
  • thermal management facility comprising:
  • this exchanger being arranged at a crossing between a first circuit for the first fluid and a second circuit for the second fluid, so that:
  • the first and second fluids circulate independently in functional units (on a heat engine, for example cylinders, an air / water radiator, a cylinder head, etc.) on which one and / or the other of the fluids act or with which they interact,
  • a heat engine for example cylinders, an air / water radiator, a cylinder head, etc.
  • the first fluid can circulate in the first free space (s) and the second fluid can circulate in the second space (s) ) free,
  • means for circulating the first and second fluids, in the first and second circuits respectively, and
  • At least one valve placed at least on the second circuit of the second fluid for:
  • first and second fluids are placed in direct heat exchange, without interposing between them thermal energy storage material.
  • FIG. 1 is a diagram of an exchanger / storage according to the invention, in view with tear;
  • FIG. 6 is an exploded view,
  • FIGS. 3 and 5 are each a view of an element in the general shape of a polygonal plate that can define in elevation half of a stage of the exchanger (respectively double walls 1 1 and 21 1 below),
  • FIGS. 2 and 4 are sections along the lines 11-11 and IV-IV respectively.
  • FIGS. 7, 8 show two applications in which the above-mentioned exchangers can be used.
  • FIG. 1 in particular shows an example of a heat exchanger 1 enabling an exchange of thermal energy between a first fluid 3 and a second fluid 5, which can be liquid and / or gaseous, respectively.
  • the exchanger 1 comprises:
  • At least one thermally conductive wall 11 which separates two adjacent free spaces 7.9, so that the heat exchange between the fluids 3.5 takes place through the (each) wall 11 concerned.
  • the expression "at least one free space” indicates this space can be in the form of one or more volumes.
  • a said thermally conductive wall 11 which encloses the thermal energy storage material 13 which is therefore interposed between the two sub-ducts 7a, 7b.
  • the fluid 3 will split in the exchanger in several streams, here two parallel (sub) flows (see arrows Figure 10), the intermediate material 13 (typically containing MCP) charging or releasing energy thermal, depending on the fluid temperature 3.
  • the intermediate material 13 typically containing MCP
  • All the stages of the exchanger 1 could be like the stage 270a above.
  • the exchanger 1 further comprises at least a second free space 9 for the second fluid 5, such that said first and second fluids 3.5 flow in the first (s) and second (s) free spaces , respectively,
  • an additional thermally conductive wall 211 separates first and second free spaces 7,9 between them adjacent thereto, such that the heat exchange between the first and second consecutive two-stage, successive two-stage fluids 270a, 270b takes place through that additional thermally conductive wall 211.
  • the walls 11, 211 may be metallic.
  • the material 13 is in heat exchange with the first two divided flows 3a, 3b.
  • Using one or more MCP material (s) will combine efficiency, limited weight, flexibility in the choice of shapes or even flexibility.
  • the material could be based on fatty acid, or paraffin.
  • each wall 11 internally has a succession of recesses 15 which are arranged portions of the material 13. Preferably, it will be coupled with the outer side, a succession of bumps 17 on this wall.
  • the wall 11 of Figure 2 is formed as shown in Figure 3, from two identical parallelepiped plates 10b3 whose two opposite edges 29b1, 29b2 are folded (at right angles) in the same direction.
  • the two plates are parallel.
  • the frame 31 surrounds the central portion provided with depressions 15 and bumps 17, here again in the manner of a corrugated sheet.
  • one of the two plates is rotated 180 ° with respect to the other, around the axis X passing through the two opposite unfolded edges, with the edges 29b1, 29b2 back to back. They are then assembled airtight (typically welding) by their frames 31 applied against each other, after interposition of the material 13, so as to obtain the double wall 11 of Figure 2.
  • the wall 211 of Figure 4 is made as shown in Figure 5, from the two plates 10b3 identically folded opposite edges.
  • one of the two plates is rotated 180 ° with respect to the other, around the X axis passing through the two opposite unfolded edges, with the edges 29b1 or 29b2 facing each other. They are then assembled airtight (typically welding), by the ends 290 of their folded edges so as to create between the two plates the duct 9.
  • the corrugations then cross from one plate to another, which favorably increases the exchange surfaces.
  • a stage 270b is then created.
  • To create an adjacent stage 270a it suffices to place a double plate 11 and a double plate 211 in coaxial manner, superimposing them together and then sealing the two end lengths in an airtight manner (typically welding). 290 of the first on the two opposite edges of the frame 31 facing it.
  • This exchanger 1 can then be placed in the housing 183 as shown in FIG. 6, to collect the fluid (s) at the outlet of the exchange plates and for peripheral thermal insulation.
  • thermo management installation comprising:
  • the first and second fluids independently circulate in functional members (14, 140, 23) on which they act or with which they interact,
  • the first fluid 3 can circulate in the first free space (s) 7 and the second fluid can circulate in the second space (s) (s) free 9, means (12,143,217) for circulating the first and second fluids, in the first and second circuits respectively (and in the exchanger),
  • valve 251 placed at least on the second circuit 16, for:
  • this thermal management facility is expected to be mounted on a heat engine 8, in particular an internal combustion engine.
  • the inlet valve 251 opens (and, when the time comes, the thermostat 145 passes the water in the radiator 18, s' it is useful to cool it so that it does not exceed about 90 ° C, preferably). Said second moment T2 has arrived, it being specified that another valve 252 can block a return of water to the exchanger 1 (FIG. 15).
  • the circulating water now reaches, via an inlet 169 independent of the previous one, in the stages 270b.
  • the oil is then heated therein by the water, and possibly by the material 13 which gives energy to it through the walls 211, as long as the MCP has not passed below its temperature of change. states (of the order therefore of 60-70 ° C in the example).
  • the temperature rise of the engine continues.
  • the water now reaches the exchanger 1 at 80 ° C.
  • the oil continues to heat by exchange with the water 5, through the walls 211.
  • the oil now reaches the exchanger / storage 1 at over 70 ° C.
  • the material 13 is then charged with heat energy, which will be available for the next operation of the engine, after a new stop.
  • the temperature (t1) of the oil 3 now exceeds 90 or 100 ° C, so that (t2) of the water 5.
  • the oil then transfers heat energy to the water 5 (walls 11) and the material 13 (as far as possible) in the heat exchanger / storage tank 1.
  • FIG. 8 where, at the crossing of the circuits, the exchanger / storer 1 (FIG. 1) will preferably be mounted, the second water circuit 16 in connection with the engine 8 will now be used on the engine 8.
  • vehicle air circuit as the first circuit 6 on which a turbocharger 12 is mounted.
  • the vehicle is again supposed to have been parked, even in the cold (negative temperature in winter), engine 8 stopped, for 5-6 hours. If, during its operation preceding this stop, the engine 8 has worked for example 10-15 min with its turbo 12 launched, the MCP 13 has exceeded its temperature of change of state and is therefore, in the example, beyond beyond its liquefaction temperature.
  • valve 251 is closed and forces the water of the circuit 16 to circulate only in the engine, off the exchanger / storage 1.
  • the water being itself still cold, it prevents the air losing calories in a heat exchange between them, while it is heated in the exchange with the material 13 hotter than him.
  • this air will be able to favorably feed the (the) chamber (s) 14/140 combustion.
  • An immediate rise in pressure and temperature (at more than 150 ° C) of the air (of the oxidant) of the first circuit 6 occurs.
  • the motor 8 is then already in operation; since a few minutes, with its active circuit 16, the water (as a coolant of the relevant parts of the engine) is already relatively hot in the circuit 16, even if it is cold around. Indeed, for example a motor thermostat, then closed, could have forced the water to circulate only in the engine, without therefore temporarily circulation in the engine exchanger (which can be a radiator) 18. This water will be so rapidly heated by circulating around the cylinders 140 and in the cylinder head 141 of the engine 8 before returning to the water pump 143.
  • Fluids 3.5 pass, here every other floor, in the free spaces 7,9, in two transverse directions, each perpendicular to the axis A.
  • Each series of free space stages 7 communicates upstream (with respect to the direction of circulation of the fluid considered) with a first collector volume 163 and, downstream, with a second collector volume 163 situated opposite lateral face. .
  • each collecting volume 163 is bounded by a side wall 165.
  • Each side wall 165 will preferably be traversed in
  • Each side wall 165 will also preferably contain a thermal insulating material 171.
  • the collector volumes 163 are fluidically isolated from each other.
  • the final embodiment of the block will then pass through an interface with the side walls 165, for the peripheral sealing, and thus the insulation between the collector volumes 163.
  • the intermediate frames 177 will then be interposed, laterally, between the stack of elements 100 and the side wall 165 opposite.
  • pillars 179 are raised axially between two adjacent side walls 165, or, as in the illustrated example, between two adjacent lateral frames 177, the whole being then covered by side walls 165.
  • Fastening means such as screws 173, will be able to join together, all here engaged in the side walls 165 and the corner pillars 179.
  • plates 181 of lid, full participate in the closure, preferably sealed and thermally insulated, the collector volumes 163.
  • the plates 181 preferably each contain a thermal insulating material 171.
  • the pillars 179 may not be PIV structure. All assembled and fixed, we obtain the 183 housing operational as exchanger / storage thermally efficient.
  • An advantage of the PIV solution is to limit the insulation thickness 171, and therefore either to increase the internal volume of the housing available for the heat exchanger or the overall volume of the housing. Better insulation and / or weight limitation can also be expected.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Est concerné un échangeur comprenant un premier espace libre (7) pour un premier fluide (3), une paroi thermiquement conductrice(11) qui limite au moins localement ledit premier espace libre (7), de telle sorte qu'un échange de chaleur puisse intervenir entre le premier fluide et la paroi thermiquement conductrice(11),laquelle est creuse et renferme un matériau (13) de stockage d'énergie thermique par accumulation de chaleur latente,en échange thermique avec au moins le premier fluide. Le premier espace libre (7) est scindé en au moins deux conduits (7a,7b) séparés où peuvent circuler en même temps mais séparément deux flux du premier fluide (3), la paroi thermiquement conductrice (11) qui renferme le matériau (13) de stockage d'énergie thermique étant interposée entre les deux conduits (7a,7b).

Description

ECHANGEUR STOCKEUR D'ENERGIE THERMIQUE
La présente invention concerne le domaine de la gestion thermique.
Sont concernés en particulier :
- un échangeur thermique pour mettre en œuvre un échange d'énergie thermique avec au moins un premier fluide ou entre un premier fluide et un deuxième fluide,
- un élément en forme générale de plaque polygonale pour la réalisation d'une paroi creuse de cet échangeur thermique,
- un premier ensemble comprenant plusieurs tels éléments assemblés,
- un second ensemble comprenant l'échangeur thermique précité, avec tout ou partie de ses caractéristiques, et un boîtier thermiquement isolant qui le contient,
- et une installation de gestion thermique pourvue dudit échangeur.
Les publications de demandes de brevet EP165179 et WO1989000664 proposent respectivement un échangeur à plaques et un échangeur tubulaire.
Est donc connu un échangeur thermique comprenant :
- au moins un premier espace libre pour un (premier) fluide,
- au moins une (première) paroi thermiquement conductrice qui :
-- limite au moins localement ledit au moins un premier espace libre, de telle sorte qu'un échange de chaleur puisse intervenir entre ledit premier fluide, et
- est creuse et renferme un matériau de stockage d'énergie thermique par accumulation de chaleur latente (tel du MCP), en échange thermique avec au moins ledit premier fluide, pour disposer ainsi d'une fonction de stockage d'énergie thermique.
II peut dans ce cadre se trouver qu'un fluide, tel ici ledit premier fluide, ait dans l'échangeur davantage à attendre, en termes de changement de température, du matériau de stockage d'énergie thermique que d'un échange avec un autre fluide. En outre, la gestion thermique optimisée d'une installation, et chercher à éviter de perdre inutilement de l'énergie thermique, sont des considérations à prendre en compte.
Dans ce cas, il est proposé que ledit premier espace libre soit, dans l'échangeur, scindé en au moins deux (sous-)conduits où pourront circuler en même temps les deux flux (a priori globalement parallèles) du premier fluide, la paroi thermiquement conductrice qui renferme le matériau de stockage d'énergie thermique étant alors interposée entre lesdits deux (sous-)conduits.
Il peut alors en outre se présenter qu'à un moment donné ce premier fluide soit en situation de libérer, ou en nécessité d'avoir à libérer, une énergie thermique dont ultérieurement un deuxième fluide peut avoir besoin, et/ou que certains fluides soient à un moment à chauffer et à un autre moment à refroidir.
C'est dans ce cadre qu'il est ici proposé de mettre en œuvre un échange thermique entre de tels premier et deuxième fluides, en proposant que l'échangeur comprenne en outre:
- au moins un deuxième espace libre pour le deuxième fluide, de telle sorte que lesdits premier et deuxième fluides s'écoulent dans les premier(s) et deuxième(s) espaces libres, respectivement, - et une paroi thermiquement conductrice additionnelle séparant entre eux lesdits premier et deuxième espaces libres, de telle sorte que l'échange de chaleur entre les deux fluides ait lieu à travers ladite paroi thermiquement conductrice additionnelle.
A priori, cette paroi thermiquement conductrice additionnelle sera dépourvue de matériau de stockage d'énergie thermique.
Et pour optimiser aussi échanges thermiques, fabrication et utilisation, il est proposé que la paroi thermiquement conductrice additionnelle soit aussi creuse, donc sous la forme d'une double paroi dans laquelle sera défini ledit au moins un deuxième espace libre pour le deuxième fluide.
Pour fabriquer les éléments de l'échangeur, il est proposé par ailleurs de partir de plaques métalliques plane, les emboutir pour y former des creux, remplir avec le matériau de stockage d'énergie thermique les creux de l'une des plaques, et coiffer le tout avec l'autre plaque, puis fixer a priori en soudant.
Aucun besoin de conteneur pour le matériau de stockage ni d'autres pièces de fermeture des creux, ou volumes de réception de ce matériau.
Lorsque l'on mentionne que l'échangeur comprend des plaques à face intérieure présentant des creux, il pourrait ne s'agir que d'une seule plaque repliée sur elle-même.
Pour favoriser la rigidité des plaques tout en tirant parti de zones en bosses et creux alors formées, il est aussi proposé que lesdites plaques comprennent des plaques ondulées définissant des canaux allongés formant les creux où sont disposées desdites parties du matériau de stockage d'énergie thermique.
Il s'agira là encore d'une réalisation ergonomique, assez simple, pouvant être obtenue par emboutissage de plaques métalliques. Au maximum deux plaques, sans conteneur à MCP, suffiront.
Une telle solution permettra de guider le fluide dans son espace libre de circulation, à deux étages différents de l'échangeur, typiquement dans lesdits premier et deuxième espaces libres de circulation des fluides.
En tant que matériau(x) de stockage d'énergie thermique, on prévoira donc favorablement l'utilisation d'(au moins) un matériau MCP. En alternative, il est possible, bien que jugé non préférable ici, d'utiliser un dispositif opérant sur la base de réactions thermochimiques réversibles que prévues dans la technologie TCS. A toute fin, il est confirmé qu'un matériau à changement de phase, MCP, PCM en anglais, désigne un matériau capable de changer d'état physique, par exemple entre liquide et solide, dans une plage de température comprise par exemple entre -50°C et 180°C. Le transfert thermique s'opère par utilisation de sa Chaleur Latente.
Le(s) matériau(x) thermiquement isolant(s) ci-après mentionnés pourra(ont) être un isolant « simple » comme de la laine de verre, ou une mousse, par exemple de polyuréthane, ou un matériau thermiquement isolant poreux disposé dans une enveloppe sous vide, pour définir au moins un panneau isolant, PIV.
Par « PIV », on entend une structure sous « atmosphère contrôlée », c'est-à-dire soit remplie par un gaz ayant une conductivité thermique inférieure à celle de l'air ambiant (26mW/m.K), ou sous une pression inférieure à 105Pa.
La paroi creuse renfermant le matériau de stockage d'énergie thermique, et de préférence plus généralement l'échangeur en lui- même, pourrai(en)t être en matériau flexible, de préférence caoutchouteux, de façon à s'adapter alors aux formes et emplacements des applications auxquelles l'échangeur/stockeur sera destiné.
Notamment dans ce cas, ladite paroi creuse, et de préférence de nouveau l'échangeur en lui-même, pourra(ont) être tubulaire.
Des applications à des durites et autres canalisations dans des véhicules notamment sont prévues, y compris dans des zones exiguës et là où le poids peut être un critère majeur.
Une telle réalisation pourrait se faire à partir d'une forme en plaque plane souple roulée sur elle-même sensiblement en cylindre et fixée à elle-même à ses extrémités enroulées pour obtenir un tube fermé latéralement. Des raccords, différenciés pour chaque fluide, permettraient les entrées et sorties desdites premier et second fluides. Au centre pourrait circuler un troisième fluide qui pourra aussi être en échange thermique avec le premier ou second fluide périphérique qui circulera radialement le plus près de lui.
De façon générale, pour un standard industriel de fabrication de l'élément prévu pour la réalisation d'une paroi creuse de l'échangeur thermique précité, avec tout ou partie de ses caractéristiques, une solution prévoit un élément qui comprend deux plaques identiques, parallèles dont deux bords opposés sont pliés dans un même sens et qui présentent chacune des creux en face intérieure et des bosses en face extérieure.
Dans un cas dudit matériau de stockage sera logé dans les creux face à face des plaques, dans un autre cas le volume inter- plaques sera laissé vide.
Avec les éléments précités, on pourra en outre réaliser un ensemble où ces éléments, empilés, seront donc fixés ensemble deux à deux le long des bords pliés, pour définir entre deux faces extérieures de deux éléments disposés face à face, au moins un espace libre fluidique.
Ainsi, on pourra réaliser un échangeur modulaire, avec des modules élémentaires faciles à fabriquer, en série, typiquement par emboutissage de fines plaques métalliques légères.
Est encore concerné un autre ensemble comprenant :
- l'échangeur thermique en cause, et
- un boîtier thermiquement isolant, contenant cet échangeur thermique et pourvu de parois contenant au moins un isolant thermique, des volumes collecteur dudit au moins premier fluide étant interposés entre des ouvertures d'extrémité de chaque espace libre et certaines au moins des parois du boîtier traversées par des raccordements d'entrée ou de sortie dudit au moins premier fluide. Les parois contenant l'isolant thermique seront à structure PIV si l'on vise un bon compromis performance thermique/poids/ encombrement.
Est aussi concerné une installation de gestion thermique comprenant :
- l'échangeur thermique précité, avec tout ou partie d ses caractéristiques, cet échangeur étant disposé à un croisement entre un premier circuit pour le premier fluide et un deuxième circuit pour le deuxième fluide, de sorte:
-- qu'hors de l'échangeur thermique, les premier et deuxième fluides circulent indépendamment dans des organes fonctionnels (sur un moteur thermique, par exemple des cylindres, un radiateur air/eau, une culasse...) sur lesquels l'un et/ou l'autre des fluides agissent ou avec lesquels ils interagissent,
-- et que dans l'échangeur thermique, le premier fluide puisse circuler dans le(s) premier(s) espace(s) libre(s) et le deuxième fluide puisse circuler dans le(s) deuxième(s) espace(s) libre(s),
- des moyens (tels qu'une ou plusieurs pompes) de circulation des premier et deuxième fluides, dans respectivement les premier et deuxième circuits, et
- au moins une vanne placée au moins sur le deuxième circuit du deuxième fluide, pour :
-- à un premier moment (T1 ) de fonctionnement de l'installation, laisser le premier fluide circuler seul dans l'échangeur thermique, sans le deuxième fluide, et
-- à un deuxième moment (T2) de fonctionnement de l'installation, laisser les premier et deuxième fluides circuler ensemble dans l'échangeur thermique.
Dans cette installation on pourra préférer qu'à travers ladite paroi thermiquement conductrice additionnelle les premier et deuxième fluides soient placés en échange thermique direct, sans interposition entre eux de matériau de stockage d'énergie thermique.
Si nécessaire, l'invention sera encore mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma d'un échangeur/stockeur conforme à l'invention, en vue avec arrachement ; la figure 6 en est une vue éclatée,
- les figures 3 et 5 sont chacune une vue d'un élément en forme générale de plaque polygonale pouvant définir en élévation la moitié d'un étage de l'échangeur (respectivement doubles parois 1 1 et 21 1 ci-après),
- les figures 2 et 4 sont des coupes suivant les lignes respectivement 11-11 et IV-IV, et
- les figures 7,8 schématisent deux applications où peuvent être utilisés les échangeurs précités.
Sur la figure 1 notamment, on voit donc un exemple d'échangeur thermique 1 permettant un échange d'énergie thermique entre un premier fluide 3 et un deuxième fluide 5, qui peuvent être liquides et/ou gazeux respectivement.
L'échangeur 1 comprend :
- au moins un premier espace libre 7 pour le premier fluide et au moins un deuxième espace libre 9 pour le deuxième fluide, de telle sorte que ces premier et deuxième fluides s'écoulent dans les premier(s) et deuxième(s) espaces libres, respectivement,
- et au moins une paroi thermiquement conductrice 11 qui sépare entre eux deux espaces libres 7,9 adjacents, de telle sorte que l'échange de chaleur entre les fluides 3,5 ait lieu à travers la (chaque) paroi 11 concernée. L'expression « au moins un ...espace libre » indique de cet espace peut être sous forme d'un ou plusieurs volumes.
Il s'agit d'une situation où l'échangeur 1 , dont on ne voit pas ici le boîtier extérieur de conditionnement (avec les volumes collecteurs 163, les parois latérales 165 traversées par les conduits 169 d'alimentation et couvercles 181 de la figure 6) est adapté à ce que le premier espace libre 7 (étage 270a) soit, dans l'échangeur, scindé en au moins deux sous-conduits 7a,7b où peut circuler en même temps le (premier) fluide 3.
Entre les deux sous-conduits 7a, 7b s'étend, dans l'échangeur, une dite paroi thermiquement conductrice 11 qui renferme le matériau 13 de stockage d'énergie thermique qui est donc interposée entre les deux sous-conduits 7a,7b.
Ainsi, le fluide 3 va se scinder dans l'échangeur en plusieurs flux, ici deux (sous-)flux parallèles (voir flèches figure 10), le matériau intermédiaire 13 (contenant typiquement du MCP) se chargeant en ou libérant de l'énergie thermique, en fonction de la température du fluide 3.
Tous les étages de l'échangeur 1 pourraient être comme l'étage 270a précité.
On pourra toutefois trouver intérêt à ce qu'un second fluide 5 circule aussi dans l'échangeur 1 , en échange thermique avec le (premier) fluide 3 - étage 270b - sans mélange de ces flux, comme dans le cas illustré figure 1 .
II est pour cela proposé:
- que l'échangeur 1 comprenne en outre au moins un deuxième espace libre 9 pour le deuxième fluide 5, de telle sorte que lesdits premier et deuxième fluides 3,5 s'écoulent dans les premier(s) et deuxième(s) espaces libres, respectivement,
- et qu'une paroi 211 thermiquement conductrice additionnelle sépare entre eux un premier et un deuxième espaces libres 7,9 adjacents, de telle sorte que l'échange de chaleur entre les premier et deuxième fluides 3,5 à deux étages adjacents, successifs, 270a, 270b ait lieu à travers cette paroi thermiquement conductrice additionnelle 211 .
Entre deux sous-conduits 7a,7b, où circule le seul premier fluide 3, sera interposé un matériau 13 de stockage d'énergie thermique, tandis que tel ne sera pas le cas entre les premier et deuxième conduits 7,9 où circulent donc respectivement les premier et deuxième fluides 3,5, sans mélange, sensiblement transversalement l'un à l'autre. La paroi double 211 , qui définit entre ces deux parties de paroi le deuxième conduit 9, est donc dépourvue de matériau 13.
Les parois 11 ,211 pourront être métalliques.
Le matériau 13 est en échange thermique avec les deux premiers flux divisés 3a, 3b. Utiliser un ou plusieurs matériau(x) MCP permettra de conjuguer efficacité, poids limité, souplesse dans le choix des formes voire flexibilité.
En tant que choix de ce type de matériau, on pourra en effet prévoir une composition de caoutchouc telle que décrite dans EP2690137 ou dans EP2690141 . En alternative, le matériau pourrait être à base d'acide gras, ou de paraffine.
La, ou chaque paroi 11 présente intérieurement une succession de creux 15 où sont disposées des parties du matériau 13. De préférence, on couplera cela avec, du côté extérieur, une succession de bosses 17 sur cette paroi.
En référence aux figures 2-5, on va maintenant présenter une manière de fabriquer les parois 11 ,211 de là figure 1 .
La paroi 11 de la figure 2 est réalisée comme montré figure 3, à partir de deux plaques 10b3 identiques parallélépipédiques dont les deux bords opposés 29b1 ,29b2 sont pliés (à angle droit) dans un même sens. Les deux plaques sont parallèles. Dans le plan général de chaque plaque, le cadre 31 entoure la partie centrale pourvue des creux 15 et bosses 17, ici encore à la manière d'une tôle ondulée.
Entre les deux plaques 10b3 est interposé, ici sous forme d'une succession de blocs individualisés, du matériau 13.
Pour l'assemblage, l'une des deux plaques est tournée de 180° par rapport à l'autre, autour de l'axe X passant par les deux bords opposés non pliés, avec les bords 29b1 ,29b2 dos à dos. On les assemble alors de façon étanche à l'air (soudure typiquement), par leurs cadres 31 appliqués l'un contre l'autre, après interposition du matériau 13, de façon à obtenir la double paroi 11 de la figure 2.
La paroi 211 de la figure 4 est réalisée comme montré figure 5, à partir des deux plaques 10b3 à bords opposés identiquement pliés.
Rien n'est interposé entre les deux plaques 10b3 parallèles.
Pour l'assemblage, l'une des deux plaques est de nouveau tournée de 180° par rapport à l'autre, autour de l'axe X passant par les deux bords opposés non plié, avec les bords 29b1 ou 29b2 face à face. On les assemble alors de façon étanche à l'air (soudure typiquement), par les extrémités 290 de leurs bords pliés de façon à créer entre les deux plaques le conduit 9.
Si on prévoit la forme en tôle ondulée, les ondulations se croisent alors d'une plaque à l'autre, ce qui augmente favorablement les surfaces d'échange.
Un étage 270b est alors créé. Pour créer un étage 270a adjacent, il suffit de placer parallèlement de façon coaxiale, en les superposant, une double plaque 11 et une double plaque 211 et de fixer alors de façon étanche à l'air (soudure typiquement) les deux longueurs d'extrémités 290 de la première sur les deux bords opposés du cadre 31 qui lui font face. Ainsi, on obtient deux conduits superposés croisés, isolés l'un de l'autre et séparés par une paroi « simple » (sans matériau 13).
Si au-dessus de la double plaque 11 , on place une autre double plaque 211 orientée comme la précédente et toujours fixée par les extrémités 290, on crée alors les deux sous-conduits superposés précités 7a, 7b séparés par la double paroi 11 à matériau 13.
Pour éviter le mélange des fluides 3,5 des languettes 175 forment utilement, dans chaque angle, une arête parallèle à la direction d'empilement A qui permet d'obtenir un échangeur/stockeur multi-étages (voir figure 1 ), ayant une alternance de canaux ou espaces libres 7,9, croisés les uns par rapport aux autres fermés sur deux côtés.
Cet échangeur 1 peut ensuite être placé dans le boîtier 183 comme montré figure 6, pour collecter le(s) fluide(s) en entrée en sortie des plaques d'échanges et pour une isolation thermique périphérique.
Une application opérationnelle de cet échangeur/stockeur pourra être la suivante, comme schématisé figure 7 ou 8 sur une installation de gestion thermique comprenant :
- l'échangeur thermique 1 , à un croisement entre un premier circuit 6 pour le premier fluide 3 et un deuxième circuit 16 pour le deuxième fluide 5, de sorte:
-- que, hors de l'échangeur thermique, les premier et deuxième fluides circulent indépendamment dans des organes fonctionnels (14,140,213) sur lesquels ils agissent ou avec lesquels ils interagissent,
-- et que, dans ledit échangeur, le premier fluide 3 puisse circuler dans le(s) premier(s) espace(s) libre(s) 7 et le deuxième fluide 5 puisse circuler dans le(s) deuxième(s) espace(s) libre(s) 9, - des moyens (12,143,217) de circulation des premier et deuxième fluides, dans respectivement les premier et deuxième circuits (et dans l'échangeur) ,
- et au moins une vanne 251 placée au moins sur le deuxième circuit 16, pour :
-- à un premier moment (T1 ) de fonctionnement de l'installation, laisser le premier fluide 3 circuler seul dans l'échangeur thermique, sans le deuxième fluide 5, et
-- à un deuxième moment (T2) de fonctionnement de l'installation, laisser les premier et deuxième fluides circuler ensemble dans l'échangeur thermique.
Typiquement, cette installation de gestion thermique est appelée à pouvoir être montée sur un moteur thermique 8, en particulier un moteur à combustion interne.
Considérons, dans un premier cas, comme figure 7, un premier circuit 6 d'huile moteur (par exemple une huile de boîte de vitesse automatique 213) et un deuxième circuit 16 d'eau. C'est alors de préférence l'échangeur/stockeur 1 (figure 10) qui sera monté au croisement des circuits, comme illustré.
Dès le lancement du moteur 8, par exemple après que le véhicule ait été parqué 5-7 heures à l'extérieur, sous 5°C, et alors que le matériau 13 de stockage d'énergie thermique de chacune des parois 11 des étages 270a est supposé en phase liquide, par exemple vers 80-100°C, l'huile circule dans le circuit 6 via la pompe à huile 217 .
A ce moment, dit T1 : l'huile entre (en tant donc que premier fluide 3) par une arrivée 169 (figure 6) dans les étages 270a de l'échangeur thermique 1 , par exemple vers 6-8°C. Elle y est chauffée par le MCP 13, alors que l'accès, à l'échangeur pour l'eau du circuit 16 (en tant donc que second fluide 5), est alors interdit, la vanne d'entrée 251 étant fermée. Le moteur 8 de déplacement fonctionnant, l'eau circule alors par contre dans certains conduits et organes du véhicule (cylindres 14, culasse 141 par exemple) via la pompe à eau 143 du circuit 16.
A ce moment, l'eau 5 est encore trop froide pour chauffer l'huile. Le thermostat moteur 145 et la vanne 251 , alors fermée, la contraignent à ne circuler que dans le moteur, sans donc de circulation dans l'échangeur/stockeur 1 .
Une fois qu'elle l'eau atteint une température supérieure à celle de l'huile, la vanne d'entrée 251 s'ouvre (et, le moment venu, le thermostat 145 fait passer l'eau dans le radiateur 18, s'il est utile de la refroidir afin qu'elle ne dépasse pas environ 90°C, de préférence). Ledit deuxième moment T2 est arrivé, étant précisé qu'une autre vanne 252 peut bloquer un retour d'eau vers l'échangeur 1 (figure 15).
Alors que l'huile continue à circuler dans les étages 270a, l'eau 5 en circulation parvient maintenant, par une arrivée 169 indépendante de la précédente, dans les étages 270b.
L'huile y est donc alors chauffée par l'eau, et possiblement par le matériau 13 qui lui cède de l'énergie à travers les parois 211 , tant que le MCP n'est pas passé en-dessous de sa température de changement d'états (de l'ordre donc de 60-70°C dans l'exemple).
La montée en température du moteur se poursuit. L'eau parvient maintenant dans l'échangeur 1 à 80°C. L'huile continue à chauffer par échange avec l'eau 5, à travers les parois 211 . L'huile parvient maintenant dans l'échangeur/stockeur 1 à plus 70°C. Par cette huile, le matériau 13 se recharge alors en énergie calorifique, laquelle sera donc disponible pour le prochain fonctionnement du moteur, après un nouvel arrêt.
Continuant à chauffer dans le moteur, la température (t1 ) de l'huile 3 dépasse maintenant les 90 voire 100°C, donc celle (t2) de l'eau 5. Pour éviter une surchauffe, l'huile transfère alors, dans l'échangeur/stockeur 1 de l'énergie thermique vers l'eau 5 (parois 11 ), et le matériau 13 (tant que possible).
Dans un autre cas, comme figure 8 où, au croisement des circuits, sera de préférence monté ledit 'échangeur/stockeur 1 (figure 1 ), on utilisera maintenant, sur le moteur 8, le deuxième circuit 16 d'eau en liaison avec le circuit d'air du véhicule, en tant que premier circuit 6 sur lequel est monté un turbocompresseur 12.
Le véhicule est de nouveau supposé avoir été parqué, même au froid (température négative en hiver), moteur 8 arrêté, pendant 5- 6 heures. Si, lors de son fonctionnement précédant cet arrêt, le moteur 8 a fonctionné par exemple 10-15 min avec son turbo 12 lancé, le MCP 13 a dépassé sa température de changement d'état et est donc, dans l'exemple, au-delà de sa température de liquéfaction.
D'autant plus avec l'isolation thermique du boîtier 183 et les étages multiples de l'échangeur/stockeur 1 , il est près, pendant un certain temps (5-6 heures dans l'exemple), à chauffer le fluide 3 (ici de l'air) au prochain démarrage moteur.
Ce démarrage moteur intervient alors. Le turbocompresseur 12 est encore arrêté. De l'air extérieur 3, arrivant encore relativement froid du premier circuit d'air 6 vers la(les) chambre(s) de combustion 14/140 du moteur 8, circule alors au passage dans les étages 270a.
On est alors audit premier moment T1 : la vanne 251 est fermée et contraint l'eau du circuit 16 à ne circuler que dans le moteur, hors l'échangeur/stockeur 1 . Ainsi, l'eau étant encore elle- même froide, on évite que l'air perde des calories dans un échange thermique entre eux, tandis qu'il s'est chauffé dans l'échange avec le matériau 13 plus chaud que lui.
Passé ainsi de par exemple de 5°C à par exemple respectivement 40°C, cet air va pouvoir alimenter favorablement la(les) chambre(s) de combustion 14/140. Quelques minutes (3 à 4 par exemple) après cette première phase qui suit le démarrage moteur, le turbocompresseur 12 démarre. Une montée immédiate en pression et en température (à plus de 150°C) de l'air (du comburant) du premier circuit 6 se produit.
Or, alimenter les chambres de combustion 14 des cylindres 140 à de telles températures est inapproprié : contraintes thermiques trop élevées, chute de rendement... Le faire vers 100-130°C et de préférence vers 110°C est recherché.
Par ailleurs, le moteur 8 étant alors déjà en fonctionnement; depuis quelques minutes, avec donc son circuit 16 actif, l'eau (en tant que liquide de refroidissement des parties concernées du moteur) est déjà relativement chaude dans le circuit 16, même s'il fait froid alentour. En effet, par exemple un thermostat moteur, alors fermé, aura pu contraindre l'eau à ne circuler que dans le moteur, sans donc temporairement de circulation dans l'échangeur moteur (qui peut être un radiateur) 18. Cette eau se sera ainsi rapidement réchauffée en circulant autour des cylindres 140 et dans la culasse 141 du moteur 8 avant de retourner à la pompe à eau 143.
Ainsi, on peut raisonnablement considérer une montée en température de l'eau jusqu'à 40-60°C à ce moment.
Le cycle dudit moment T2 dans l'échangeur/stockeur 1 peut intervenir, d'autant que ce deuxième fluide 5 est au moment T2 à une température favorable (50°C par exemple) pour faire baisser celle de l'air issu du turbo 12 qui, au passage dans les étages 270a, a pu fournir de l'énergie thermique au matériau 13.
Avec ces deux échanges thermiques, ici simultanés, on peut considérer qu'audit moment T2, alors qu'en sortie de turbo 12 l'air comprimé (par exemple vers 2x105 Pa en pression absolue) est à une température de 170-190°C, il peut descendre vers 110-120°C après échange, dans l'échangeur/stockeur 1 , avec le matériau 13 et l'eau 5.
Revenant figures 1 ,6, on notera qu'avec un empilement suivant une direction A d'éléments correspondant à une succession étagée et alternée de parois creuses 11 , à alvéoles contenant du matériau 13, et de parois creuses 211 dépourvues de ce matériau, on va pouvoir créer une succession d'espaces libres 7 puis 9, étage après étage.
Les fluides 3,5 passent, ici un étage sur deux, dans les espaces libres 7,9, suivant deux directions transversales, chacune perpendiculaire à l'axe A.
Autour de cet empilement se dresse un volume collecteur 163 par face latérale ; voir notamment figure 6.
Chaque série d'étages d'espaces libres 7 (respectivement 9) communique en amont (par rapport au sens de circulation du fluide considéré) avec un premier volume collecteur 163 et, en aval, avec un second volume collecteur 163 situé en face latérale opposée.
Extérieurement, chaque volume collecteur 163 est limité par une paroi latérale 165.
Chaque paroi latérale 165 sera de préférence traversée en
167 par un passage communiquant donc avec un volume collecteur 163, pour le raccordement à un conduit 169 d'alimentation ou d'évacuation de fluide 3 ou 5.
Chaque paroi latérale 165 contiendra par ailleurs de préférence un matériau isolant thermique 171 .
Entre deux faces latérales adjacentes, telles que 165a, 165b, les volumes collecteurs 163 sont fluidiquement isolés entre eux.
Pour obtenir un bloc complet, donc un échangeur/stockeur multi-étages, il suffira donc, ainsi que cela ressort des figures 1 ,6, de superposer des éléments à parois alternées 11 ,211 et à plaques soudées entre elles le long des bords pliés et des languettes verticales 175. On obtiendra ainsi une alternance de canaux ou espaces libres 7,9, croisés les uns par rapport aux autres et fermés sur deux côtés opposés.
La réalisation finale du bloc passera ensuite par une interface avec les parois latérales 165, pour l'étanchéité périphérique, et donc l'isolation entre les volumes collecteurs 163.
Plutôt qu'un engagement direct avec ces parois, il est ici proposé que les lignes axiales (ici donc verticales) de languettes 175 fixées entre elles s'engagent entre deux coins verticaux 179, par exemple chanfreinés, de cadres intermédiaires 177.
Les cadres intermédiaires 177 seront alors interposés, latéralement, entre la pile d'éléments 100 et la paroi latérale 165 en regard.
Dans les angles latéraux, des piliers 179 se dressent axialement entre deux parois latérales 165 adjacentes, ou, comme dans l'exemple illustré, entre deux cadres intermédiaires 177 latéraux adjacents, le tout étant alors recouvert par les parois latérales 165.
Des moyens de fixation, tels que des vis 173, pourront solidariser le tout, en prise ici dans les parois latérales 165 et les piliers d'angle 179.
Transversalement à l'axe A, ici dessus et dessous, des plaques 181 de couvercle, pleines, participent à la fermeture, de préférence donc étanche et isolée thermiquement, des volumes collecteur 163. Comme les parois 165, les plaques 181 contiennent chacune de préférence un matériau isolant thermique 171 .
De fait, il est conseillé que (de préférence toutes) ces parois 165 et plaques 181 soient à structure PIV. Les passages pour les conduits 169 et vis 173 seront alors étanches.
Les piliers 179 pourront ne pas être à structure PIV. Le tout assemblé et fixé, on obtient le boîtier 183 opérationnel en tant qu'échangeur/stockeur thermiquement performant. Un avantage de la solution PIV est de limiter l'épaisseur d'isolant 171 , et donc soit d'augmenter le volume interne du boîtier disponible pour l'échangeur soit le volume hors tout du boîtier. Une meilleure isolation et/ou une limitation du poids peuvent aussi être attendues.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Echangeur thermique comprenant :
- au moins un premier espace libre (7) pour au moins un premier fluide (3),
- au moins une paroi thermiquement conductrice (11 ) qui limite au moins localement ledit au moins un premier espace libre (7), de telle sorte qu'un échange de chaleur puisse intervenir entre ledit premier fluide et ladite au moins une paroi thermiquement conductrice (11 ), laquelle est creuse et renferme un matériau (13) de stockage d'énergie thermique par accumulation de chaleur latente, en échange thermique avec au moins ledit premier fluide, pour disposer d'une fonction de stockage d'énergie thermique,
caractérisé en ce que ledit premier espace libre (7) est, dans l'échangeur, scindé en au moins deux conduits (7a, 7b) séparés où peuvent circuler en même temps mais séparément deux flux du premier fluide (3), la paroi thermiquement conductrice (11 ) qui renferme le matériau (13) de stockage d'énergie thermique étant interposée entre les deux conduits (7a, 7b).
2. Echangeur thermique selon la revendication 1 , pour mettre en œuvre un échange thermique entre ledit premier fluide (3) et un deuxième fluide (5), l'échangeur comprenant en outre pour cela:
- au moins un deuxième espace libre (9) pour le deuxième fluide (5), de telle sorte que lesdits premier et deuxième fluides s'écoulent dans les premier(s) et deuxième(s) espaces libres, respectivement,
- une paroi thermiquement conductrice additionnelle (211 ) sépare entre eux lesdits premier et deuxième espaces libres (7,9), de telle sorte que l'échange de chaleur entre lesdits premier et deuxième fluides ait lieu à travers ladite paroi thermiquement conductrice additionnelle (211 ).
3. Echangeur thermique selon la revendication 2, où la paroi thermiquement conductrice additionnelle (211 ) est une double paroi dans laquelle est défini ledit au moins un deuxième espace libre (9) pour le deuxième fluide (5).
4. Elément en forme générale de plaque polygonale pour la réalisation d'une paroi creuse de l'échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, qui comprend deux plaques (10b3) identiques, parallèles dont deux bords opposés (29b1 ,29b2) sont pliés dans un même sens et qui présentent chacune des creux (15) en face intérieure et des bosses (17) en face extérieure.
5. Ensemble d'éléments individuels selon la revendication 4, qui comprend plusieurs dits éléments fixés ensemble deux à deux le long des bords (29b1 ,29b2) pliés, pour définir, entre deux faces extérieures de deux éléments disposés face à face, au moins un espace libre pour une circulation d'un fluide (3, 5).
6. Ensemble comprenant :
- l'échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, et
- un boîtier (183) thermiquement isolant, contenant l'échangeur thermique et pourvu de parois (165,181 ) contenant au moins un isolant thermique (171 ), des volumes (163) collecteur dudit au moins premier fluide (3) étant interposés entre des ouvertures d'extrémité de chaque espace libre (7,9) et certaines au moins des parois (165) du boîtier traversées par des raccordements (169) d'entrée ou de sortie dudit au moins premier fluide (3).
7. Installation de gestion thermique comprenant :
- l'échangeur thermique (1 ,1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ou l'ensemble selon la revendication 6, l'échangeur thermique étant disposé à un croisement entre un premier circuit (6) pour le premier fluide (3) et un deuxième circuit (16) pour le deuxième fluide (5), de sorte que : -- hors de l'échangeur thermique, les premier et deuxième fluides (3,5) circulent indépendamment dans des organes fonctionnels (14,140...) sur lesquels ils agissent ou avec lesquels ils interagissent,
-- dans l'échangeur thermique, le premier fluide (3) puisse circuler dans le(s) premier(s) espace(s) libre(s) (7) et le deuxième fluide (5) puisse circuler dans le(s) deuxième(s) espace(s) libre(s) (9),
- des moyens (12,143,217) de circulation des premier et deuxième fluides (3,5), dans respectivement les premier et deuxième circuit
(6,16),
- au moins une vanne (251 ) placée au moins sur le deuxième circuit (16) du deuxième fluide (5), pour :
-- à un premier moment (T1 ) de fonctionnement de l'installation, laisser le premier fluide (3) circuler seul dans l'échangeur thermique (1 ,1 ), sans le deuxième fluide (5), et
-- à un deuxième moment (T2) de fonctionnement de l'installation, laisser les premier et deuxième fluides (3,5) circuler ensemble dans l'échangeur thermique.
8. Installation selon la revendication 7 où, à travers ladite paroi thermiquement conductrice additionnelle (211 ), on place en échange thermique direct, sans interposition de matériau (13) de stockage d'énergie thermique, les premier et deuxième fluides (3,5).
PCT/FR2017/051482 2016-06-10 2017-06-09 Echangeur stockeur d'energie thermique WO2017212198A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/307,899 US11326839B2 (en) 2016-06-10 2017-06-09 Thermal exchanger-accumulator
CN201780044099.7A CN109477694A (zh) 2016-06-10 2017-06-09 换热器-蓄热器
EP17735200.2A EP3469286A1 (fr) 2016-06-10 2017-06-09 Echangeur stockeur d'energie thermique

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1655394A FR3052549B1 (fr) 2016-06-10 2016-06-10 Echangeur stockeur d'energie thermique
FR1655394 2016-06-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2017212198A1 true WO2017212198A1 (fr) 2017-12-14
WO2017212198A4 WO2017212198A4 (fr) 2018-02-15

Family

ID=56855624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2017/051482 WO2017212198A1 (fr) 2016-06-10 2017-06-09 Echangeur stockeur d'energie thermique

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11326839B2 (fr)
EP (1) EP3469286A1 (fr)
CN (1) CN109477694A (fr)
FR (1) FR3052549B1 (fr)
WO (1) WO2017212198A1 (fr)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6728781B2 (ja) * 2016-03-03 2020-07-22 株式会社Ihi 反応装置
US11022384B2 (en) * 2018-02-19 2021-06-01 Honeywell International Inc. Framed heat exchanger core design-fabrication
US12044483B2 (en) * 2019-06-03 2024-07-23 Mitsubishi Electric Corporation Plate heat exchanger and heat transfer apparatus
CN111238282A (zh) * 2020-02-27 2020-06-05 山东大学 一种板式储能装置、系统及储能方法
US20220026160A1 (en) * 2020-07-27 2022-01-27 Repligen Corporation High-temperature short-time treatment device, system, and method
CN113375493B (zh) * 2021-06-29 2022-02-15 哈尔滨工业大学 一种新型多级板式集储换热一体相变储释热装置
WO2024061856A1 (fr) * 2022-09-20 2024-03-28 Syddansk Universitet Module de matériau à changement de phase (mcp) pour un appareil échangeur de chaleur pour la régulation de température dans un bâtiment
WO2024124278A1 (fr) * 2022-12-15 2024-06-20 SMS Operations Pty Ltd Véhicule d'exploitation minière

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0165179A1 (fr) 1984-04-19 1985-12-18 Vicarb Echangeurs de chaleur à plaques et nouveau type de plaques permettant l'obtention de tels échangeurs
WO1989000664A1 (fr) 1987-07-17 1989-01-26 Sigurd Hultgren Echangeur thermique tubulaire comprenant trois tubes coaxiaux relies a un reservoir de stockage d'eau chauffee
JP2006226628A (ja) * 2005-02-18 2006-08-31 Honda Motor Co Ltd 蓄熱装置
US20100223949A1 (en) * 2009-03-06 2010-09-09 Showa Denko K.K. Evaporator with cool storage function
US20100307180A1 (en) * 2009-06-05 2010-12-09 Denso Corporation Cold-storage heat exchanger
WO2010150774A1 (fr) * 2009-06-23 2010-12-29 昭和電工株式会社 Évaporateur avec fonction de stockage de froid
EP2690141A1 (fr) 2012-07-25 2014-01-29 Hutchinson Composition de caoutchouc à base d'un élastomère silicone et d'un MCP, son procédé de préparation, élément souple et système de contrôle/ régulation thermique l'incorporant.
EP2690137A1 (fr) 2012-07-25 2014-01-29 Hutchinson Composition de caoutchouc à base d'au moins un EPDM et d'un matériau à changement de phase, tuyau l'incorporant et procédé de préparation de cette composition.
FR3000188A1 (fr) * 2012-12-20 2014-06-27 Valeo Systemes Thermiques Element d'echange thermique, et echangeur thermique correspondant
FR3025596A1 (fr) * 2014-09-08 2016-03-11 Valeo Systemes Thermiques Tube a reservoir de materiau a changement de phase pour echangeur de chaleur
FR3025873A1 (fr) * 2014-09-17 2016-03-18 Valeo Systemes Thermiques Evaporateur stockeur avec design plaques gaufrettes facilitant la congelation du pcm

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE530574C2 (sv) * 2006-11-20 2008-07-08 Alfa Laval Corp Ab Plattvärmeväxlare
NL2004565C2 (en) * 2010-04-16 2011-10-18 Mircea Dinulescu Plate type heat exchanger having outer heat exchanger plates with improved connections to end panels.
DE102011080782B4 (de) * 2011-08-10 2014-09-04 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Latentwärmespeicher und Katalysator
US9242530B2 (en) * 2011-10-28 2016-01-26 Hanon Systems Heat exchanger with phase change material manifolds
EP2647941A1 (fr) * 2012-04-05 2013-10-09 Alfa Laval Corporate AB Échangeur thermique à plaque
JP5772748B2 (ja) * 2012-07-23 2015-09-02 株式会社デンソー 蒸発器
JP5849883B2 (ja) * 2012-07-23 2016-02-03 株式会社デンソー 蓄冷熱交換器
JP5862507B2 (ja) * 2012-08-07 2016-02-16 株式会社デンソー 蓄冷熱交換器

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0165179A1 (fr) 1984-04-19 1985-12-18 Vicarb Echangeurs de chaleur à plaques et nouveau type de plaques permettant l'obtention de tels échangeurs
WO1989000664A1 (fr) 1987-07-17 1989-01-26 Sigurd Hultgren Echangeur thermique tubulaire comprenant trois tubes coaxiaux relies a un reservoir de stockage d'eau chauffee
JP2006226628A (ja) * 2005-02-18 2006-08-31 Honda Motor Co Ltd 蓄熱装置
US20100223949A1 (en) * 2009-03-06 2010-09-09 Showa Denko K.K. Evaporator with cool storage function
US20100307180A1 (en) * 2009-06-05 2010-12-09 Denso Corporation Cold-storage heat exchanger
WO2010150774A1 (fr) * 2009-06-23 2010-12-29 昭和電工株式会社 Évaporateur avec fonction de stockage de froid
EP2690141A1 (fr) 2012-07-25 2014-01-29 Hutchinson Composition de caoutchouc à base d'un élastomère silicone et d'un MCP, son procédé de préparation, élément souple et système de contrôle/ régulation thermique l'incorporant.
EP2690137A1 (fr) 2012-07-25 2014-01-29 Hutchinson Composition de caoutchouc à base d'au moins un EPDM et d'un matériau à changement de phase, tuyau l'incorporant et procédé de préparation de cette composition.
FR3000188A1 (fr) * 2012-12-20 2014-06-27 Valeo Systemes Thermiques Element d'echange thermique, et echangeur thermique correspondant
FR3025596A1 (fr) * 2014-09-08 2016-03-11 Valeo Systemes Thermiques Tube a reservoir de materiau a changement de phase pour echangeur de chaleur
FR3025873A1 (fr) * 2014-09-17 2016-03-18 Valeo Systemes Thermiques Evaporateur stockeur avec design plaques gaufrettes facilitant la congelation du pcm

Also Published As

Publication number Publication date
US20190310026A1 (en) 2019-10-10
EP3469286A1 (fr) 2019-04-17
FR3052549A1 (fr) 2017-12-15
WO2017212198A4 (fr) 2018-02-15
FR3052549B1 (fr) 2019-10-11
CN109477694A (zh) 2019-03-15
US11326839B2 (en) 2022-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017212198A1 (fr) Echangeur stockeur d'energie thermique
EP3844452B1 (fr) Structure de gestion thermique a canaux integres
FR3040210B1 (fr) Ensemble modulaire pour stockeur ou batterie
WO2005040707A2 (fr) Echangeur de chaleur utilisant un fluide d'accumulation
EP2108910B1 (fr) Échangeur interne comportant un moyen de stockage thermique et boucle incorporant un tel échangeur
EP3469287B1 (fr) Procede d'echange et de conditionnement d'un echangeur thermique
EP3337964B1 (fr) Dispositif thermique pour un fluide, avec chicanes, et circuits associes
WO2017029459A1 (fr) Circuit et procede de refroidissement sur un vehicule
EP3338046A1 (fr) Ensemble et panneau articule, pour une isolation thermique
WO2016146851A1 (fr) Batterie thermique, notamment pour véhicule automobile, et utilisation correspondante
FR2896866A1 (fr) Echangeur de chaleur compact a haute temperature,tel qu'un recuperateur
WO2018127640A1 (fr) Dispositif d'échange thermique, notamment pour la régulation thermique d'une batterie d'un véhicule automobile
WO2018020139A1 (fr) Echangeur de chaleur, notamment pour la regulation thermique d'une unite de reserve d'energie, et ensemble forme dudit echangeur et de ladite unite
FR3034182A1 (fr) Dispositif de stockage d'energie thermique muni d'un echangeur a fluide caloporteur et a mcp et son procede d'assemblage
EP1733447B1 (fr) Dispositif et procede de refroidissement d'un ensemble de generation d'electricite comprenant une pile a combustible.
WO2018127641A1 (fr) Echangeur thermique à deux rangées de tubes pour la régulation thermique d'une batterie d'un véhicule automobile
FR2966203A1 (fr) Dispositif thermodynamique de type stirling
WO2021001198A1 (fr) Systeme et procede de stockage et de recuperation de chaleur, comprenant un passage radial au sein de particules de stockage
FR2989639A1 (fr) Circuit d'air comprime pour un vehicule comprenant un materiau a changement de phase
WO2023135461A1 (fr) Echangeur de chaleur monocorps
WO2018104507A1 (fr) Dispositif thermique avec element d'echange thermique tubulaire
EP3396291A1 (fr) Module thermique comprenant un boitier et un echangeur thermique
FR2958687A1 (fr) Moteur thermique sans carburant adaptable notamment a l'automobile et au nucleaire

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17735200

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017735200

Country of ref document: EP

Effective date: 20190110