WO2018060645A1 - Échangeur thermique comprenant un matériau à changement de phase - Google Patents

Échangeur thermique comprenant un matériau à changement de phase Download PDF

Info

Publication number
WO2018060645A1
WO2018060645A1 PCT/FR2017/052660 FR2017052660W WO2018060645A1 WO 2018060645 A1 WO2018060645 A1 WO 2018060645A1 FR 2017052660 W FR2017052660 W FR 2017052660W WO 2018060645 A1 WO2018060645 A1 WO 2018060645A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchanger
heat exchange
phase change
heat
exchanger according
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2017/052660
Other languages
English (en)
Inventor
Kamel Azzouz
Julien Tissot
Xavier Marchadier
Michael LISSNER
Patrick Boisselle
Samuel BRY
Ambroise SERVANTIE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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
Priority claimed from FR1659249A external-priority patent/FR3056721B1/fr
Priority claimed from FR1659232A external-priority patent/FR3056718A1/fr
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of WO2018060645A1 publication Critical patent/WO2018060645A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0224—Header boxes formed by sealing end plates into covers
    • 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
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • 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
    • 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
    • F28D20/021—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
    • 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
    • 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
    • F28D2020/0021—Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in loose or stacked elements
    • 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

  • Heat exchanger comprising a phase change material
  • the present invention relates to the field of heat exchangers and more particularly that of heat exchangers on board a motor vehicle, in particular engine coolant cooling radiators or charge air coolers.
  • Motor vehicles are subject to a highly variable environment during taxiing. Indeed, the normal operation of the vehicle creates significant variations in the temperature of different bodies such as the engine block, (especially during rises and descents of speed that occur at acceleration and deceleration of the vehicle). In addition, the vehicle can move from cold air zones to hot air zones, and vice versa, and be exposed to various weather conditions (rainwater for example) that can further accentuate organ temperature variations.
  • heat exchangers for motor vehicles comprise heat exchange channels in which circulates a heat transfer fluid.
  • the coolant exchanges heat with the medium surrounding the heat exchange channels.
  • These heat exchanges are intended to heat or cool the heat transfer fluid.
  • Two collector boxes respectively inlet and outlet are arranged on either side of the heat exchange channels so as to form a coolant circulation circuit extending from an inlet of the collector box of input to an outlet port of the outlet manifold box. The heat transfer fluid circulates in this circuit through the different heat exchange channels.
  • This type of heat exchanger is sized to withstand the temperatures reached during normal operation of the vehicle and dissipate enough heat in the temperature ranges defined by the car manufacturers. The most extreme temperatures are reached only briefly during certain operating stages of the exchanger. These short periods during which These extreme temperatures are known as temperature peaks.
  • heat exchangers are traversed by a coolant whose temperature varies over time depending on the temperature of the organs to be cooled.
  • the temperature of the coolant undergoes relatively high frequency variations around an average value corresponding to a given operating regime of the organs to be cooled. This can be explained in particular by the fact that the engine speed of the vehicle varies very often when driving, especially in urban areas, traffic jams, uphill climbs, descents, etc.
  • Peak temperatures can be difficult to dissipate through the exchanger. As a result, it may happen that the engine components to be cooled temporarily rise to operating temperatures beyond the recommended range for optimum engine operation.
  • the recommended range for good carburettor conditions of the engine is between 80 and 100 ⁇ .
  • the object of the invention is to remedy these drawbacks by providing a heat exchanger making it possible to reduce the variations of the temperature of the heat transfer fluid passing through it during the rolling and consequently to better control the thermal regulation of the various members.
  • the invention relates to a heat exchanger comprising:
  • heat exchange channels connecting the two collector boxes, the channels and collector boxes forming a circuit for circulating an internal heat-transfer fluid, in which at least one so-called phase-change envelope of generally tubular shape encapsulating a material for phase change is accommodated in at least one heat exchange channel.
  • the envelope encapsulating the phase change material effectively absorbs excess heat caused by more or less significant temperature peaks at the input of the heat exchanger, specifically in the heat exchange channel.
  • the phase change material allows this absorption of heat via a change of state of the material according to the temperature of the fluid coolant, in this case by liquefaction of the phase change material when the heat transfer fluid reaches a temperature greater than or equal to the melting temperature of the phase change material.
  • the variation of the temperature of the coolant at the outlet of the heat exchanger is thus attenuated.
  • the temperature of the fluid at the outlet of the exchanger is therefore more stable.
  • the cooling of the bodies receiving the coolant is then more efficient and the temperature of the latter varies less brutally.
  • the impact of the temperature peaks is reduced or canceled by smoothing the rise in temperatures obtained via the presence of the phase change material within at least one heat exchange channel of the exchanger.
  • This smoothing in the temperature regulation of the heat transfer fluid makes it possible to better maintain the engine under optimal operating conditions.
  • the envelope comprising the phase change material placed inside a heat exchange channel makes it possible to regenerate the phase change material (by recrystallization or solidification of the phase change material).
  • the temperature of the heat transfer fluid returns within a prescribed range (typically between 80 and 90 ⁇ )
  • the phase change material will gradually release the stored heat and change state, by crystallization.
  • recrystallized phase change material can absorb a next peak temperature.
  • the bodies to be cooled are highly stressed which can cause a temperature spike of the coolant at the inlet of the exchanger.
  • the change material located in the envelope housed in the heat exchange channel will then change state, ie liquefy, and thus absorb at least in part this sudden rise in temperature.
  • the bodies to be cooled are then less stressed.
  • the heat transfer fluid entering the exchanger will return to the temperature range prescribed for the optimal operation of the engine, and the phase change material will retranstura heat transfer fluid heat stored during the heat peak rise. By releasing this heat, the phase change material will then regenerate by recrystallizing.
  • the maximum temperature measured at the outlet of the exchanger has been reduced by 3 ° compared to a conventional heat exchanger.
  • phase change material has a latent heat of fusion greater than 280 kJ / m 3;
  • phase-change material passes from the solid phase to the liquid phase in a melting point range of between 20 and 110 °, and more particularly chosen:
  • phase-change material is chosen from a fatty acid, a fatty alcohol of vegetable origin, a paraffin and a hydrated salt;
  • the internal heat transfer fluid is in liquid form
  • the casing has a circular section whose maximum outside diameter is between 1 mm and 8 mm;
  • the envelope has a rectangular section
  • the envelope has a transverse section comprising two opposite longitudinal faces, the longitudinal faces being:
  • the envelope has a section whose length corresponds to more than 80% of the length of the envelope, this section having a circular section whose diameter is between 1 and 4 mm, and more particularly chosen from 4 mm, 2 , 56 mm, 1, 4 mm, 1, 7 mm, 1, 88 mm and 1, 1 mm;
  • the envelope has a thickness of between 50 and 500 ⁇ m, preferably equal to 200 ⁇ m;
  • the exchanger comprises means for positioning the envelope in the channel heat exchange
  • the heat exchange channel containing the envelope has a section chosen from a section of generally round, oval, and oblong shape
  • the exchanger being of the mechanical type or of the brazed type
  • the heat exchange channels are divided into first and second groups of channels, each heat exchange channel of the first group comprising a phase change envelope, and each heat exchange channel of the second group not including any phase change envelope;
  • the first and second groups of heat exchange channels are respectively placed in first and second opposite parts of the heat exchanger, the first part delimiting, for example, a first heat exchange face of the heat exchanger and the second portion delimiting a heat exchanger; second heat exchange face of the exchanger without delimiting the first heat exchange face, or each of the first and second portions delimiting both the first and second heat exchange faces;
  • the heat exchange channels being arranged on at least one line, the heat exchange channels of the first group alternate on this line with the heat exchange channels of the second group.
  • FIG. 1 is a perspective view of a portion of a heat exchanger according to a first embodiment of the invention, a cutaway being shown on a manifold of this heat exchanger, the heat exchanger forming radiator;
  • FIG. 2 is a perspective view of a phase change envelope with a longitudinal section of a central portion of this envelope;
  • FIG. 3 is a section of a heat exchange channel duct of the exchanger of FIG. 1;
  • FIGS. 4 to 6 are illustrations of other examples of possible heat exchange channel sections in which a phase change envelope is housed.
  • FIG. 7 is a graph showing the evolution as a function of time (abscissa) of the temperature of the air leaving the radiator heat exchanger (left-hand ordinate) and the speed of a vehicle equipped with this radiator (right ordinate).
  • FIG. 8 is a view from above of a heat exchanger according to another embodiment embodiment of the invention comprising heat exchange channel conduits incorporating phase change envelopes and phase change envelope free channels;
  • FIG. 9 is a perspective view of a portion of a heat exchanger according to another embodiment of the invention comprising heat exchange channel ducts incorporating phase change envelopes and ducts without envelopes to phase change; _et
  • FIG. 10 is a perspective view of a heat exchanger according to another embodiment of the invention comprising heat exchange channel conduits incorporating phase change envelopes and phase change envelopes without channels.
  • FIG. 1 represents a heat exchanger 2 according to a first embodiment of the invention, here a radiator. It may be in this case a radiator for cooling a coolant of an engine.
  • a radiator for cooling a coolant of an engine.
  • Such an exchanger may be of mechanical type, that is to say which comprises elements assembled together by crimping, or brazed type, that is to say which comprises elements assembled together by brazing.
  • This exchanger comprises a plurality of conduits forming heat exchange channels 4 parallel to each other. These ducts may have a section 6 (see FIG. 3) of generally oblong shape, for example. They are substantially identical to each other.
  • the length (large dimension) of the section of the channels 4 may vary from one exchanger to another; it may for example be 12.98 mm or 10.16 mm. It is the same for the average width (small dimension) of the section which can for example be equal to 1, 7 mm (when the length is equal to 12.98 mm) or to 1.79 mm (when the length is equal to 10.16 mm).
  • the central width 8 of the heat exchange channel 4 may be smaller than the width 10 at the ends.
  • the ducts 4 then have two heat exchange faces which are the upper 14 and lower faces 15 in FIG. 3. Each end of the ducts 4 is fixed to a collector plate 16 (which may also be called a "collector") positioning the ducts. 4 between them.
  • An inlet or outlet manifold 18 is attached to the header plate16.
  • Another manifold (not shown), substantially identical to the manifold 18, is located at the other end of the exchanger, that is to say at the other end of the heat exchange channels, and is attached to another manifold plate (not shown) substantially identical to the manifold plate 16.
  • the ducts 4 connect the two boxes collectors between them.
  • an internal heat transfer fluid enters through an inlet orifice formed in the inlet manifold, circulates inside the heat exchange channels 4 to the outlet manifold and leaves the heat exchanger 2 through an outlet orifice formed in the outlet manifold.
  • This fluid is generally a coolant (for example brine) in the case of a radiator but can also be air in the context of a heat exchanger type charge air cooler.
  • the internal heat transfer fluid transmits heat to the walls of these heat exchange channels 4.
  • the heat exchanger 2 is traversed by an external heat transfer fluid, which is air circulating between the ducts forming the heat exchange channel 4.
  • the heat exchanger 2 transmits the heat received by the internal heat transfer fluid to the external heat transfer fluid. This transmission is effected by means of cooling fins (not shown) extending in particular between the heat exchange channels 4.
  • the temperature of the internal heat transfer fluid at the outlet of the heat exchanger 2 is lower than the temperature of this same fluid at the inlet of the heat exchanger.
  • envelopes 19 As illustrated in FIG. 2, envelopes 19, called phase-change envelopes, have a generally tubular shape and encapsulate a phase-change material 20. These envelopes 19 are housed inside the channels forming heat-exchange channels 4 .
  • a phase change material is a material whose latent heat is important and which is used in a temperature range including its phase change temperature. In this way, a phase change material is capable of absorbing or returning a large amount of heat during its phase change.
  • the phase change material may be a fatty acid, a fatty alcohol of plant origin, a paraffin or a hydrated salt. It has a latent heat of fusion greater than 280 kJ / m3 which allows it to store a large amount of energy.
  • the melting temperature of the phase-change material is in a temperature range between 20 and 110 °, and which may more particularly be chosen between 50 and 100 ° (for a low-temperature exchanger intended for cooling a gearbox vehicle for example) chosen from 45 ⁇ to 55 ⁇ (for a low temperature heat exchanger for typically cooling the engine charge air) and 80 ⁇ to 110 ⁇ (for a high temperature heat exchanger for cooling the engine).
  • the envelopes 19 have a circular section whose maximum outside diameter 22 is between 1 mm and 8 mm.
  • the envelopes 19 have a section whose length corresponds to more than 80% of the length of each envelope 19 having a circular section whose diameter is between 1 and 4 mm, and may in particular be chosen from 4 mm, 2 , 56 mm, 1, 4 mm, 1, 7 mm, 1, 88 mm and 1, 1 mm.
  • the choice of this diameter is made according to the size and shape of the section of the heat exchange channel duct 4.
  • the diameter of the section of the section of the envelopes 19 is 1.7 mm for a 12.98 mm long conduit and 1.7 mm average width or 1.88 mm for a conduit with a length of 10.16 mm and an average width of 1.79 mm.
  • the diameter of the section of the envelopes 19 partly determines the heat exchange surface between the internal heat transfer fluid and the phase change material.
  • the diameter as well as the length of the envelopes 19 contribute to determining the efficiency of the heat exchange between each phase change envelope 19 and the internal heat transfer fluid.
  • Other forms of channels 4 and envelopes 19 will be described later.
  • the wall of the main body of the envelope has a thickness of between 50 ⁇ and 500 ⁇ , preferably equal to 200 ⁇ .
  • the phase change envelopes 19 illustrated in FIG. 2 may be made of synthetic material, more particularly of plastic material.
  • the main body 24 of the envelopes is hollow in order to accommodate the phase-change material 20.
  • Each end of an envelope 19 is closed by a plug 26 comprising an inner end (not shown in the figures) nested in the end of the casing 19 and an outer end 27 provided with an axial orifice 27A for fixing the casing in the heat exchanger 2 (see Figures 1 and 2).
  • the ducts forming heat exchange ducts 4 have a circular section with a diameter 28, which may be equal to 8.35 mm, for example.
  • a single envelope 19 is present by conduit 4.
  • This envelope can for example be of a diameter 30 equal to 4 mm.
  • the channels forming heat exchange channels have a section of generally oblong shape and comprising three enlarged portions (see Figure 5). The length of the section can then be 12.06 mm and its average width is 1.69 mm. The section of the phase change envelope is then 1.1 mm.
  • This section may also be oval shaped, as shown in Figure 6, and have a length of 12.40 mm and a maximum width of 4.82 mm or a length of 12.96 mm and a width of 3.19. mm for example.
  • the section of the phase change envelope can then be 2.56 mm and 1.4 mm, respectively.
  • the phase change envelopes 19 make it possible to stabilize the temperature of the internal heat transfer fluid at the outlet of the heat exchanger 2, as illustrated in FIG. 7.
  • the curve A represents the evolution of the temperature of the air coming out of a radiator comprising the phase change envelopes 19.
  • the curve B represents this same evolution, and this in the case where the radiator does not include phase change envelopes 19.
  • the speed is represented by the curve C.
  • the phase change material e.g. solid phase to liquid phase
  • absorb excess heat caused by higher or lower temperature peaks This absorption allows the stabilization of the temperature of the internal heat transfer fluid at the outlet of the heat exchanger 2.
  • the envelopes 19 may, in the first embodiment illustrated in Figures 1, 3, 5 and 6, the number of two per duct 4 and located opposite one another considering the large size of the channel d heat exchange 4. They are housed parallel to each other and parallel to a main axis X of the channel (see Figure 1).
  • the phase change envelopes 19 are held in position inside the heat exchange channels by positioning means. These positioning means ensure, on the one hand, an axial positioning of the phase change envelopes 19 in the heat exchange channels 4 and, on the other hand, a radial positioning to maintain the envelopes in a position such that the internal heat transfer fluid circulates at least along a portion of the envelope, and preferably all around the envelopes 19 to increase the contact area between the latter and the phase change envelopes 19 and thus increase the efficiency of the heat exchange.
  • FIGS. 8 to 10 the elements similar to those of the preceding figures are designated by references comprising numbers of the units and dozens identical.
  • the heat exchange channels are divided into first and second groups of channels 348 and 350, each heat exchange channel 304 of the first group 348 comprising an envelope with phase change 319, and each heat exchange channel 305 of the second group 350 does not comprise a phase change envelope.
  • the channels of the second group have a section of oblong general shape.
  • the channels 304 have a circular section.
  • the first and second groups 348 and 350 of heat exchange channels 304 are respectively placed in first and second opposite parts of the exchanger.
  • the first part delimits, for example, a first heat exchange face F1 of the heat exchanger 302 and the second portion delimits a second heat exchange face F2 of the heat exchanger 302 without delimiting the first heat exchange face F1.
  • the channels 304 of the first group 348 are arranged on a line substantially parallel to a second line composed of the channels 305 of the second group 350.
  • the faces F1 and F2 are substantially parallel and opposite.
  • An “I” circulation corresponds to a circulation of the internal heat transfer fluid from an inlet manifold towards an outlet manifold through straight ducts.
  • a “U” circulation may correspond to:
  • a circulation of the internal coolant in a heat exchanger comprising only one common manifold.
  • the collector box The common part can then be divided into two parts for example, one part acting as an input collector box and the other part serving as an output collector box, the two parts then being interconnected by a set of exchange channels. thermals in the form of "U” imposing U-shaped paths to the internal heat transfer fluid);
  • the common manifold box can be divided into two parts, one part acting as an inlet manifold box and the other part acting as an outlet manifold box. The two parts are connected together by a set of heat exchange channels in the shape of "U” imposing U-shaped paths to the internal heat transfer fluid.
  • a first manifold is configured to have an inlet manifold portion and another outlet manifold portion (both collector box portions may be separated by a partition for example).
  • the second collector box is itself configured to be connected with all the heat exchange channels. The two parts of the first water box are thus connected to each other by:
  • each of the groups of channels 448 and 450 of the first and second opposite parts of the exchanger 402 delimit both the first and second heat exchange faces F1, F2. .
  • this heat exchanger configuration 402 is recommended for an "I" circulation of the heat transfer fluid. internal.
  • the heat exchange channel ducts of the exchanger 502 are arranged on at least one line 556, the heat exchange channels 504 comprising the change envelopes. phase 519 of the first alternating group on this line with the heat exchange channels 505 of the second group. This embodiment is suitable for circulation in "I" and "U”.
  • the outer diameter of the envelopes is adjusted relative to the dimensions of the ducts without casing to meet the iso-thickness condition of the water blade.
  • the envelope is not limited to the embodiments presented and other embodiments will become apparent to those skilled in the art.
  • the envelope is possible for the envelope to be of oval, rectangular cross-section, or with two convex longitudinal flanks, or two longitudinal flanks respectively provided with at least two concave portions separated by a convex portion.
  • the heat exchanger on which the aforementioned examples are based is a radiator for cooling an engine.
  • the invention can be applied to any type of low and high temperature exchanger such as charge air coolers or other.

Landscapes

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

Abstract

L'échangeur thermique comprend : - une boite collectrice d'entrée, - une boite collectrice de sortie, et - des canaux d'échange thermique raccordant les deux boites collectrices. Les canaux et boites collectrices forment un circuit de circulation d'un fluide caloporteur interne. Selon l'invention, au moins une enveloppe, dite à changement de phase, de forme générale tubulaire encapsulant un matériau à changement de phase est logée dans au moins un canal d'échange thermique.

Description

Echanqeur thermique comprenant un matériau à changement de phase
La présente invention concerne le domaine des échangeurs thermiques et plus particulièrement celui des échangeurs thermiques embarqués dans un véhicule automobile, notamment les radiateurs de refroidissement de liquide de refroidissement de moteur ou encore les refroidisseurs d'air de suralimentation.
Les véhicules automobiles sont soumis à un environnement très variable durant le roulage. En effet, le fonctionnement normal du véhicule crée des variations importantes de la température de différents organes comme par exemple le bloc moteur, (notamment lors des montées et descentes de régime qui se produisent aux accélérations et décélérations du véhicule). De plus, le véhicule peut passer de zones d'air froid à des zones d'air chaud, et vice-versa, et être en outre exposé à divers intempéries (recevoir de l'eau de pluie par exemple) qui peuvent accentuer encore les variations de température des organes.
Afin de permettre d'atténuer les variations de température de ces organes, les véhicules automobiles sont équipés de circuits de régulation de température comprenant un ou plusieurs échangeurs thermiques. De manière habituelle, les échangeurs thermiques pour véhicules automobiles comprennent des canaux d'échange thermique dans lesquels circule un fluide caloporteur. Lors de sa circulation dans les canaux d'échange thermique, le fluide caloporteur échange de la chaleur avec le milieu entourant les canaux d'échange thermique. Ces échanges de chaleur ont pour but de réchauffer ou de refroidir le fluide caloporteur. Deux boites collectrices respectivement d'entrée et de sortie sont agencées de part et d'autre des canaux d'échange thermique de manière à former un circuit de circulation du fluide caloporteur s'étendant depuis un orifice d'entrée de la boite collectrice d'entrée vers un orifice de sortie de la boite collectrice de sortie. Le fluide caloporteur circule dans ce circuit à travers les différents canaux d'échange thermique.
Ce type d'échangeur thermique est dimensionné pour résister aux températures atteintes lors du fonctionnement normal du véhicule et dissiper suffisamment de chaleur dans des plages de températures définies par les constructeurs automobiles. Les températures les plus extrêmes ne sont atteintes que brièvement lors de certaines étapes de fonctionnement de l'échangeur. Ces courtes périodes au cours desquelles sont atteintes ces températures extrêmes sont nommées pics de température.
Ces échangeurs thermiques sont traversés par un fluide caloporteur dont la température varie au cours du temps en fonction de la température des organes à refroidir. La température du fluide caloporteur subit des variations de fréquence assez élevée autour d'une valeur moyenne correspondant à un régime donné de fonctionnement des organes à refroidir. On peut expliquer cela notamment par le fait que le régime du moteur du véhicule varie très souvent lors du roulage, tout particulièrement en agglomération, dans les embouteillages, dans les montées, dans les descentes, etc. La température du fluide en sortie du moteur à refroidir, et donc en entrée de l'échangeur thermique, varie ainsi fréquemment.
Les pics de températures peuvent s'avérer difficiles à dissiper par l'échangeur. De ce fait, il peut arriver que les organes du moteur à refroidir montent temporairement à des températures de fonctionnement au-delà de la plage préconisée pour un fonctionnement optimal du moteur. Par exemple, la plage préconisée pour de bonnes conditions de carburations du moteur est comprise entre 80 et 100Ό.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un échangeur thermique permettant de réduire les variations de la température du fluide caloporteur le traversant durant le roulage et par conséquent de mieux contrôler la régulation thermique des différents organes.
A cet effet, l'invention concerne un échangeur thermique comprenant :
- une boite collectrice d'entrée,
- une boite collectrice de sortie, et
- des canaux d'échange thermique raccordant les deux boites collectrices, les canaux et boites collectrices formant un circuit de circulation d'un fluide caloporteur interne, dans lequel au moins une enveloppe dite à changement de phase, de forme générale tubulaire encapsulant un matériau à changement de phase est logée dans au moins un canal d'échange thermique.
Ainsi, l'enveloppe encapsulant le matériau à changement de phase absorbe efficacement la chaleur excédentaire provoquée par des pics de température plus ou moins importants en entrée de l'échangeur thermique, plus précisément dans le canal d'échange thermique. Le matériau à changement de phase permet cette absorption de chaleur via un changement d'état du matériau selon la température du fluide caloporteur, en l'occurrence par liquéfaction du matériau à changement de phase lorsque le fluide caloporteur atteint une température supérieure ou égale à la température de fusion du matériau à changement de phase. La variation de la température du fluide caloporteur en sortie de l'échangeur thermique est ainsi atténuée. La température du fluide en sortie de l'échangeur est par conséquent plus stable. Le refroidissement des organes recevant le fluide caloporteur est alors plus efficace et la température de ces derniers varie moins brutalement.
On comprend ainsi que l'impact des pics de température est diminué voire annulé grâce au lissage des montées en températures obtenues via la présence du matériau à changement de phase au sein d'au moins un canal d'échange thermique de l'échangeur. Ce lissage dans la régulation de température du fluide caloporteur permet de mieux maintenir le moteur dans des conditions optimales de fonctionnement De plus, grâce aux échanges thermiques qu'a un canal avec son environnement, en particulier l'air traversant l'échangeur thermique, l'enveloppe comprenant le matériau à changement de phase placée à l'intérieur d'un canal d'échange thermique permet de régénérer le matériau à changement de phase (par recristallisation ou solidification du matériau à changement de phase). En effet, lorsque la température du fluide caloporteur revient dans une plage prescrite (typiquement entre 80 et 90Ό), le matériau à changement de phase va progressivement relâcher la chaleur emmagasinée et changer d'état, par cristallisation. Ainsi régénéré, le matériau à changement de phase recristallisé peut permettre d'absorber un prochain pic de température.
A titre d'exemple purement illustratif, lorsque le véhicule est dans une montée, les organes à refroidir sont fortement sollicités ce qui peut entraîner un pic de température du fluide caloporteur en entrée de l'échangeur. Le matériau à changement situé dans l'enveloppe logée dans le canal d'échange thermique va alors changer d'état, i.e. se liquéfier, et ainsi absorber au moins en partie cette brusque élévation de température. Ensuite, lorsque le véhicule est dans une descente, les organes à refroidir sont alors moins sollicités. Le fluide caloporteur en entrée de l'échangeur va revenir dans la plage de température prescrite pour le fonctionnement optimal du moteur, et le matériau à changement de phase va retransmettre au fluide caloporteur la chaleur emmagasinée lors du pic de chaleur de la montée. En relâchant cette chaleur, le matériau à changement de phase va alors se régénérer en se recristallisant. Au cours des premiers essais, il s'avère que la température maximale mesurée en sortie de l'échangeur a été diminuée de 3Ό par rap port à un échangeur thermique classique. Selon d'autres caractéristiques optionnelles correspondant à différents modes de réalisation de l'échangeur thermique :
- le matériau à changement de phase a une chaleur latente de fusion supérieure à 280 kJ/m3 ;
- le matériau à changement de phase passe de la phase solide à la phase liquide dans une plage de température de fusion comprise entre 20 et 110Ό, et plus particulièrement choisi :
• entre 45 et 55Ό si l'échangeur thermique est dest iné au refroidissement de l'air de suralimentation du moteur,
• entre 50 et 100Ό si l'échangeur thermique est des tiné au refroidissement d'une boite de vitesse,
• entre 80 et 110Ό si l'échangeur thermique est des tiné au refroidissement du moteur ;
- le matériau à changement de phase est choisi parmi un acide gras, un alcool gras d'origine végétale, une paraffine et un sel hydraté ;
- le fluide caloporteur interne est sous forme liquide ;
- l'enveloppe a une section circulaire dont le diamètre externe maximal est compris entre 1 mm et 8 mm ;
- l'enveloppe a une section ovale ;
- l'enveloppe a une section rectangulaire
- l'enveloppe a une section transversale comportant deux faces longitudinales opposées, les faces longitudinales étant :
• chacune convexe,
• respectivement munies d'au moins deux portions concaves séparées par une portion convexe ;
- l'enveloppe a un tronçon dont la longueur correspond à plus de 80% de la longueur de l'enveloppe, ce tronçon ayant une section circulaire dont le diamètre est compris entre 1 et 4 mm, et plus particulièrement choisi parmi 4 mm, 2,56 mm, 1 ,4 mm, 1 ,7 mm, 1 ,88 mm et 1 ,1 mm ;
- l'enveloppe a une épaisseur comprise entre 50 et 500 μηι, de préférence égale à 200 m ;
- l'échangeur comprend des moyens de positionnement de l'enveloppe dans le canal d'échange thermique ;
- le canal d'échange thermique contenant l'enveloppe présente une section choisie parmi une section de forme générale ronde, ovale, et oblongue ;
- l'échangeur étant du type mécanique ou du type brasé ;
- les canaux d'échange thermique se répartissent en des premier et second groupes de canaux, chaque canal d'échange thermique du premier groupe comprenant une enveloppe à changement de phase, et chaque canal d'échange thermique du second groupe ne comprenant pas d'enveloppe à changement de phase ;
- les premier et second groupes de canaux d'échange thermique sont placés respectivement dans des première et seconde parties opposées de l'échangeur, la première partie délimitant par exemple une première face d'échange thermique de l'échangeur et la seconde partie délimitant une seconde face d'échange thermique de l'échangeur sans délimiter la première face d'échange thermique, ou bien chacune des première et seconde parties délimitant à la fois les première et seconde faces d'échange thermique ;
- les canaux d'échange thermique étant disposés sur au moins une ligne, les canaux d'échange thermique du premier groupe alternent sur cette ligne avec les canaux d'échange thermique du second groupe.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une portion d'un échangeur thermique selon un premier mode de réalisation de l'invention, un écorché étant représenté sur une boite collectrice de cet échangeur, cet échangeur thermique formant radiateur ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'une enveloppe à changement de phase avec une coupe longitudinale d'une portion centrale de cette enveloppe ;
- la figure 3 est une section d'un conduit formant canal d'échange thermique de l'échangeur de la figure 1 ;
- les figures 4 à 6 sont des illustrations d'autres exemples de sections de canaux d'échange thermique possibles dans lesquels une enveloppe à changement de phase est logée ; et
- la figure 7 est un graphique montrant l'évolution en fonction du temps (abscisse) de la température de l'air sortant de l'échangeur thermique formant radiateur (ordonnée de gauche) et de la vitesse d'un véhicule équipé de ce radiateur (ordonnée de droite).
- la figure 8 est une vue de dessus d'un échangeur thermique selon un autre mode de réalisation de l'invention comprenant des conduits formant canaux d'échange thermique incorporant des enveloppes à changement de phase et des canaux sans enveloppes à changement de phase ;
- la figure 9 est une vue en perspective d'une portion d'un échangeur thermique selon un autre mode de réalisation de l'invention comprenant des conduits formant canaux d'échange thermique incorporant des enveloppes à changement de phase et des conduits sans enveloppes à changement de phase ;_et
- la figure 10 est une vue en perspective d'un échangeur thermique selon un autre mode de réalisation de l'invention comprenant des conduits formant canaux d'échange thermique incorporant des enveloppes à changement de phase et des canaux sans enveloppes à changement de phase.
La figure 1 représente un échangeur thermique 2 selon un premier mode de réalisation de l'invention, ici un radiateur. Il peut s'agir en l'occurrence d'un radiateur de refroidissement d'un liquide de refroidissement d'un moteur. Un tel échangeur peut être de type mécanique, c'est-à-dire qui comprend des éléments assemblés entre eux par sertissage, ou de type brasé, c'est-à-dire qui comprend des éléments assemblés entre eux par brasage. Cet échangeur comprend une pluralité de conduits formant canaux d'échange thermique 4 parallèles entre eux. Ces conduits peuvent avoir une section 6 (voir figure 3) de forme générale oblongue par exemple. Ils sont sensiblement identiques entre eux. En se référant notamment à la figure 3, on notera que la longueur (grande dimension) de la section des canaux 4 peut varier d'un échangeur à un autre ; elle peut par exemple être de 12,98 mm ou encore de 10,16 mm. Il en est de même pour la largeur (petite dimension) moyenne de la section qui peut par exemple être égale à 1 ,7 mm (quand la longueur est égale à 12,98 mm) ou encore à 1 ,79 mm (quand la longueur est égale à 10,16 mm). La largeur centrale 8 du canal d'échange thermique 4 peut être plus petite que la largeur 10 aux extrémités. Les conduits 4 ont alors deux faces d'échange thermique qui sont les faces supérieure 14 et inférieure 15 sur la figure 3. Chaque extrémité des conduits 4 est fixée à une plaque collectrice 16 (qui peut aussi être appelée « collecteur ») positionnant les conduits 4 entre eux. Une boite collectrice d'entrée ou de sortie 18 est fixée à la plaque collectrice16. Une autre boite collectrice (non représentée), sensiblement identique à la boite collectrice 18, est située à l'autre extrémité de l'échangeur, c'est-à-dire à l'autre extrémité des canaux d'échange thermique, et est fixée à une autre plaque collectrice (non représentée) sensiblement identique à la plaque collectrice 16. Ainsi, les conduits 4 relient les deux boites collectrices entre elles.
Lors du fonctionnement de l'échangeur thermique 2, un fluide caloporteur interne entre par un orifice d'entrée ménagé dans la boite collectrice d'entrée, circule à l'intérieur des canaux d'échange thermique 4 jusqu'à la boite collectrice de sortie et quitte l'échangeur thermique 2 par un orifice de sortie ménagé dans la boite collectrice de sortie. Ce fluide est généralement un liquide de refroidissement (par exemple de l'eau glycolée) dans le cas d'un radiateur mais peut aussi être de l'air dans le cadre d'un échangeur thermique de type refroidisseur d'air de suralimentation. Lors de sa circulation à l'intérieur des canaux d'échange thermique 4, le fluide caloporteur interne transmet de la chaleur aux parois de ces canaux d'échange thermique 4. L'échangeur thermique 2 est traversé par un fluide caloporteur externe, qui est de l'air, circulant entre les conduits formant canaux d'échange thermique 4. L'échangeur thermique 2 transmet la chaleur reçue par le fluide caloporteur interne au fluide caloporteur externe. Cette transmission s'effectue par l'intermédiaire d'ailettes de refroidissement (non représentées) s'étendant notamment entre les canaux d'échange thermique 4.
Ainsi, la température du fluide caloporteur interne en sortie de l'échangeur thermique 2 est inférieure à la température de ce même fluide en entrée de l'échangeur thermique.
Comme illustré à la figure 2, des enveloppes 19, dites à changement de phase, ont une forme générale tubulaire et encapsulent un matériau à changement de phase 20. Ces enveloppes 19 sont logées à l'intérieur des conduits formant canaux d'échange thermique 4.
Un matériau à changement de phase est un matériau dont la chaleur latente est importante et qui est utilisé dans une plage de température comprenant sa température de changement de phase. De cette manière, un matériau à changement de phase est susceptible d'absorber ou de restituer une grande quantité de chaleur lors de son changement de phase. Le matériau à changement de phase peut être un acide gras, un alcool gras d'origine végétal, une paraffine ou encore un sel hydraté. Il a une chaleur latente de fusion supérieure à 280 kJ/m3 ce qui lui permet de stocker une grande quantité d'énergie. La température de fusion du matériau à changement de phase est comprise dans une plage de température comprise entre 20 et 110Ό, et qui peut plus particulièrement être choisie entre 50 et 100Ό (po ur un échangeur basse température destiné au refroidissement d'une boite de vitesse de véhicule par exemple) choisie parmi 45Ό à 55Ό (pour un échangeur thermique bass e température destiné à refroidir l'air de suralimentation du moteur typiquement) et 80Ό à 110Ό (pour un échangeur thermique haute température destiné à refroidir le moteur). Dans l'exemple illustré (voir notamment figure 3), les enveloppes 19 ont une section circulaire dont le diamètre externe maximal 22 est compris entre 1 mm et 8 mm. Plus particulièrement, les enveloppes 19 ont un tronçon dont la longueur correspond à plus de 80% de la longueur de chaque enveloppe 19 ayant une section circulaire dont le diamètre est compris entre 1 et 4 mm, et peut notamment être choisi parmi 4 mm, 2,56 mm, 1 ,4 mm, 1 ,7 mm, 1 ,88 mm et 1 ,1 mm. Le choix de ce diamètre se fait en fonction de la taille et de la forme de la section du conduit formant canal d'échange thermique 4. Par exemple, le diamètre de la section du tronçon des enveloppes 19 est de 1 ,7 mm pour un conduit de 12,98 mm de longueur et 1 ,7 mm de largeur moyenne ou 1 ,88 mm pour un conduit d'une longueur de 10,16 mm et d'une largeur moyenne de 1 ,79 mm. Le diamètre de la section des enveloppes 19 détermine en partie la surface d'échange thermique entre le fluide caloporteur interne et le matériau à changement de phase. Le diamètre ainsi que la longueur des enveloppes 19 contribuent à déterminer l'efficacité de l'échange thermique entre chaque enveloppe à changement de phase 19 et le fluide caloporteur interne. D'autres formes de canaux 4 et d'enveloppes 19 seront décrites par la suite.
La paroi du corps principal de l'enveloppe a une épaisseur comprise entre 50 μηη et 500 μηι, de préférence égale à 200 μηι. Les enveloppes à changement de phase 19 illustrées à la figure 2 peuvent être en matériau synthétique, plus particulièrement en matériau plastique. Le corps principal 24 des enveloppes est creux afin d'accueillir le matériau à changement de phase 20. Chaque extrémité d'une enveloppe 19 est fermée par un bouchon 26 comprenant une extrémité interne (non représentée sur les figures) emboîtée dans l'extrémité de l'enveloppe 19 et une extrémité externe 27 munie d'un orifice axial 27A pour la fixation de l'enveloppe dans l'échangeur thermique 2 (voir figures 1 et 2).
On se réfère maintenant aux figures 4 à 6 sur lesquelles sont illustrées différentes formes de section de conduits formant canaux d'échange thermique. Dans l'exemple de la figure 4, les conduits formant canaux d'échange thermique 4 ont une section circulaire d'un diamètre 28, qui peut être égal à 8,35 mm par exemple. Ici, une seule enveloppe 19 est présente par conduit 4. Cette enveloppe peut par exemple être d'un diamètre 30 égal à 4 mm. Il est également possible que les conduits formant canaux d'échange thermique aient une section de forme générale oblongue et comprenant trois portions élargies (voir figure 5),. La longueur de la section peut alors être de 12,06 mm et sa largeur moyenne est de 1 ,69 mm. La section de l'enveloppe à changement de phase est alors de 1 ,1 mm. Cette section peut aussi être de forme ovale, comme représenté à la figure 6, et présenter une longueur de 12,40 mm et une largeur maximale de 4,82 mm ou encore une longueur de 12,96 mm et une largeur de 3,19 mm par exemple. La section de l'enveloppe à changement de phase peut alors ête respectivement de 2,56 mm et 1 ,4 mm.
Les enveloppes à changement de phase 19 permettent de stabiliser la température du fluide caloporteur interne en sortie de l'échangeur thermique 2, comme illustré à la figure 7. La courbe A représente l'évolution de la température de l'air sortant d'un radiateur comprenant les enveloppes à changement de phase 19. La courbe B représente cette même évolution, et ce dans le cas où le radiateur ne comprend pas d'enveloppes à changement de phase 19. On note une très forte atténuation de l'ensemble des pics de températures sur la courbe A par rapport à la courbe B et ce quelle que soit la vitesse du véhicule (et par conséquent le régime du moteur). La vitesse est représentée par la courbe C. Lors du passage du fluide caloporteur interne dans le canal d'échange thermique 4, il entre en contact avec l'enveloppe à changement de phase 19. Si la température du fluide caloporteur interne est supérieure ou égale à une température comprise dans l'intervalle de changement de phase du matériau à changement de phase 20, ce dernier change de phase (par exemple de la phase solide à la phase liquide) et absorbe la chaleur excédentaire provoquée par des pics de température plus ou moins importants dans le canal d'échange thermique 4. C'est cette absorption qui permet la stabilisation de la température du fluide caloporteur interne en sortie de l'échangeur thermique 2.
Les enveloppes 19 peuvent, dans le premier mode de réalisation illustré aux figures 1 , 3, 5 et 6, au nombre de deux par conduit 4 et situées à l'opposée l'une de l'autre en considérant la grande dimension du canal d'échange thermique 4. Elles sont logées parallèles entre elles et parallèles à un axe principal X du canal (voir figure 1 ).
Les enveloppes à changement de phase 19 sont maintenues en position à l'intérieur des canaux d'échange thermique par des moyens de positionnement. Ces moyens de positionnement assurent, d'une part, un positionnement axial des enveloppes à changement de phase 19 dans les canaux d'échange thermique 4 et, d'autre part, un positionnement radial afin de maintenir les enveloppes dans une position telle que le fluide caloporteur interne circule au moins le long d'une portion de l'enveloppe, et de préférence tout autour des enveloppes 19 afin d'augmenter la surface de contact entre ce dernier et les enveloppes à changement de phase 19 et ainsi augmenter l'efficacité de l'échange thermique.
Dans ce qui va suivre, on décrira d'autres modes de réalisation de l'invention en se référant aux figures 8 à 10. Sur ces figures, les éléments analogues à ceux des figures précédentes sont désignés par des références comportant des chiffres des unités et des dizaines identiques.
Dans un le mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 8, les canaux d'échange thermique se répartissent en des premier et second groupes de canaux 348 et 350, chaque canal d'échange thermique 304 du premier groupe 348 comprenant une enveloppe à changement de phase 319, et chaque canal d'échange thermique 305 du second groupe 350 ne comprenant pas d'enveloppe à changement de phase. Les canaux du second groupe ont une section de forme générale oblongue. Les canaux 304 ont quant à eux une section circulaire. Plus précisément, les premier et second groupes 348 et 350 de canaux d'échange thermique 304 sont placés respectivement dans des première et seconde parties opposées de l'échangeur. La première partie délimite par exemple une première face d'échange thermique F1 de l'échangeur 302 et la seconde partie délimite une seconde face d'échange thermique F2 de l'échangeur 302 sans délimiter la première face F1 d'échange thermique. Plus précisément, les canaux 304 du premier groupe 348 sont disposés sur une ligne sensiblement parallèle à une seconde ligne composée des canaux 305 du second groupe 350. Les faces F1 et F2 sont sensiblement parallèles et opposées.
En ajustant le nombre total de conduits 304 et 305 respectivement avec et sans enveloppe à changement de phase 319, il est possible de réaliser une circulation du fluide caloporteur interne en forme de « I » ou alors en forme de « U » du fluide caloporteur interne.
Une circulation en « I » correspond à une circulation du fluide caloporteur interne à partir d'un collecteur d'entrée en direction d'un collecteur de sortie au travers de conduits rectilignes. Une circulation en « U » peut correspondre à :
- une circulation du fluide caloporteur interne dans un échangeur thermique ne comprenant qu'une seule boite collectrice commune. ( la boite collectrice commune peut alors être divisée n deux parties par exemple, une partie faisant office de boite collectrice d'entrée et l'autre partie faisant office de boite collectrice de sortie, les deux parties étant alors raccordées entre elles par un ensemble de canaux d'échange thermiques selon en forme de « U » imposant des trajets en U au fluide caloporteur interne) ;
- une circulation du fluide caloporteur, via certains canaux d'échange thermique de l'échangeur, dans un premier sens entre les deux boites collectrices et, une circulation dans un second sens, opposés au premier sens, via d'autres canaux. Dans une réalisation de circulation en « U », la boite collectrice commune peut être divisée en deux parties, une partie faisant office de boite collectrice d'entrée et l'autre partie faisant office de boite collectrice de sortie. Les deux parties sont raccordées entre elles par un ensemble de canaux d'échange thermiques en forme de « U » imposant des trajets en U au fluide caloporteur interne.
Selon une autre réalisation de circulation en « U », une première boite collectrice est configurée de sorte à avoir une partie faisant office de collecteur d'entrée et une autre partie faisant office de collecteur de sortie (les deux parties de la boite collectrice pouvant être séparée par une cloison par exemple). La deuxième boite collectrice est quant à elle configurée pour être connectée avec l'ensemble des canaux d'échange thermique. Les deux parties de la première boite à eau sont ainsi raccordées entre elles par :
- un premier ensemble de canaux d'échange thermique dans lequel le fluide circule vers la seconde boite collectrice,
- la seconde boite collectrice,
- un deuxième ensemble de canaux d'échange thermique dans lequel le fluide étant passé par la seconde boite collectrice, circule vers la première boite collectrice.
Dans le mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 9, chacun des groupes de canaux 448 et 450 des première et seconde parties opposées de l'échangeur 402 délimitent à la fois les première et seconde faces F1 , F2 d'échange thermique.
Il est possible de faire varier le ratio entre les canaux des premier et second groupes. La section de passage étant plus élevée pour les conduits 404 contenant les enveloppes à changement de phase 419 que celle des conduits 405 sans enveloppes à changement de phase, cette configuration d'échangeur thermique 402 est recommandée pour une circulation en « I » du fluide caloporteur interne. Dans un autre mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 10, les conduits formant canaux d'échange thermique de l'échangeur 502 sont disposés sur au moins une ligne 556, les canaux d'échange thermique 504 comprenant les enveloppes à changement de phase 519 du premier groupe alternant sur cette ligne avec les canaux d'échange thermique 505 du second groupe. Ce mode de réalisation est adapté à une circulation en « I » et en « U ».
Concernant les modes de réalisation précités, le diamètre externe des enveloppes est ajusté par rapport aux dimensions des conduits sans enveloppe afin de respecter la condition d'iso-épaisseur de la lame d'eau.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. Il est notamment possible que l'enveloppe soit de section ovale, rectangulaire, ou avec deux flancs longitudinaux convexes, ou encore deux flancs longitudinaux respectivement munis d'au moins deux portions concaves séparées par une portion convexe.
En outre, l'échangeur thermique sur lequel se base les exemples précités est un radiateur destiné au refroidissement d'un moteur. Toutefois, l'invention peut s'appliquer à tout type d'échangeur basse et haute température tels que les refroid isseurs d'air de suralimentation ou autre.

Claims

REVENDICATIONS
Echangeur thermique (2) comprenant :
- une boite collectrice d'entrée (18),
- une boite collectrice de sortie (18), et
- des canaux d'échange thermique (4) raccordant les deux boites collectrices (18),
les canaux (4) et boites collectrices (18) formant un circuit de circulation d'un fluide caloporteur interne,
caractérisé en ce qu'au moins une enveloppe (19), dite à changement de phase, de forme générale tubulaire encapsulant un matériau à changement de phase (20) est logée dans au moins un canal d'échange thermique (4).
Echangeur thermique selon la revendication 1 , dans lequel le matériau à changement de phase (20) a une chaleur latente de fusion supérieure à 280 kJ/m3.
Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau à changement de phase (20) passe de la phase solide à la phase liquide dans une plage de température comprise entre 20 et HO
Echangeur thermique selon la revendication 3, dans lequel, pour le refroidissement d'une boite de vitesse de véhicule, la plage de température à laquelle le matériau à changement de phase (20) passe de la phase solide à la phase liquide est choisie entre 50 et ^ 00 .
Echangeur thermique selon la revendication 3, dans lequel, pour le refroidissement d'une boite de l'air de suralimentation d'un moteur, la plage de température à laquelle le matériau à changement de phase (20) passe de la phase solide à la phase liquide est choisie entre 45 et δδ .
Echangeur thermique selon la revendication 3, dans lequel, pour le refroidissement d'un moteur de véhicule, la plage de température à laquelle le matériau à changement de phase (20) passe de la phase solide à la phase liquide est choisie entre 80 et HO .
7. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau à changement de phase (20) est choisi parmi un acide gras, un alcool gras d'origine végétale, une paraffine et un sel hydraté.
8. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fluide caloporteur interne est sous forme liquide.
9. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'enveloppe (19) a une section circulaire dont le diamètre externe maximal (22) est compris entre 1 mm et 8 mm.
10. Echangeur thermique selon la revendication précédente, dans lequel l'enveloppe (19) a un tronçon dont la longueur correspond à plus de 80% de la longueur de l'enveloppe, ce tronçon ayant une section circulaire dont le diamètre est compris entre 1 et 4 mm, et de préférence choisi parmi 4 mm, 2,56 mm, 1 ,4 mm, 1 ,7 mm, 1 ,88 mm et 1 , 1 mm.
11. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'enveloppe (19) a une section ovale. 12. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'enveloppe (19) a une section rectangulaire.
13. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'enveloppe (19) a une section transversale comportant deux faces longitudinales opposées, les faces longitudinales étant chacune convexe,
14. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'enveloppe (19) a une section transversale comportant deux faces longitudinales opposées, les faces longitudinales étant respectivement munies d'au moins deux portions concaves séparées par une portion convexe.
15. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'enveloppe (19) a une épaisseur comprise entre 50 et 500 μιη, de préférence égale à 200 μηι.
16. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le canal d'échange thermique (4) contenant l'enveloppe présente une section choisie parmi une section de forme générale ronde, ovale, et oblongue.
Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'échangeur étant du type mécanique ou du type brasé.
18. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes (302 ; 402 ; 502), dans lequel les canaux d'échange thermique (304 ; 404 ; 504) se répartissent en des premier et second groupes de canaux, chaque canal d'échange thermique (304 ; 404 ; 504) du premier groupe comprenant une enveloppe à changement de phase (319 ; 419 ; 519), et chaque canal d'échange thermique (305 ; 405 ; 505) du second groupe ne comprenant pas d'enveloppe à changement de phase.
21. Echangeur thermique (302 ; 402) selon la revendication 20, dans lequel les premier et second groupes de canaux d'échange thermique (304 ; 404) sont placés respectivement dans des première et seconde parties opposées de l'échangeur,
la première partie délimitant par exemple une première face d'échange thermique (F1) de l'échangeur et la seconde partie délimitant une seconde face d'échange thermique (F2) de l'échangeur sans délimiter la première face d'échange thermique,
ou bien chacune des première et seconde parties délimitant à la fois les première et seconde faces d'échange thermique (F1 , F2).
22. Echangeur thermique (502) selon la revendication 22, dans lequel, les canaux d'échange thermique étant disposés sur au moins une ligne, les canaux d'échange thermique du premier groupe alternent sur cette ligne avec les canaux d'échange thermique du second groupe.
PCT/FR2017/052660 2016-09-28 2017-09-28 Échangeur thermique comprenant un matériau à changement de phase Ceased WO2018060645A1 (fr)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1659249A FR3056721B1 (fr) 2016-09-28 2016-09-28 Echangeur thermique comprenant un materiau a changement de phase
FR1659249 2016-09-28
FR1659232 2016-09-28
FR1659232A FR3056718A1 (fr) 2016-09-28 2016-09-28 Echangeur thermique comprenant un materiau a changement de phase

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018060645A1 true WO2018060645A1 (fr) 2018-04-05

Family

ID=60153338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2017/052660 Ceased WO2018060645A1 (fr) 2016-09-28 2017-09-28 Échangeur thermique comprenant un matériau à changement de phase

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2018060645A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3099236A1 (fr) * 2019-07-25 2021-01-29 Valeo Systemes Thermiques Échangeur thermique pour installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007090606A1 (fr) * 2006-02-10 2007-08-16 Behr Gmbh & Co. Kg Échangeur thermique comprenant un accumulateur de froid
WO2009084532A1 (fr) * 2007-12-27 2009-07-09 Calsonic Kansei Corporation Climatiseur pour véhicule
US20090205590A1 (en) * 2008-02-19 2009-08-20 Jan Vetrovec Engine cooling system with overload handling capability
US20120055661A1 (en) * 2010-09-03 2012-03-08 Peter Feher High temperature thermal energy storage system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007090606A1 (fr) * 2006-02-10 2007-08-16 Behr Gmbh & Co. Kg Échangeur thermique comprenant un accumulateur de froid
WO2009084532A1 (fr) * 2007-12-27 2009-07-09 Calsonic Kansei Corporation Climatiseur pour véhicule
US20090205590A1 (en) * 2008-02-19 2009-08-20 Jan Vetrovec Engine cooling system with overload handling capability
US20120055661A1 (en) * 2010-09-03 2012-03-08 Peter Feher High temperature thermal energy storage system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3099236A1 (fr) * 2019-07-25 2021-01-29 Valeo Systemes Thermiques Échangeur thermique pour installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1003005B1 (fr) Echangeur de chaleur combiné, en particulier pour véhicule automobile
EP1424531B1 (fr) Echangeur de chaleur à inertie thermique pour circuit de fluide caloporteur, notamment de véhicule automobile
FR2941522A1 (fr) Echangeur de chaleur pour deux fluides, en particulier evaporateur de stockage pour dispositif de climatisation
EP2737269B1 (fr) Plaque d'echangeur de chaleur
EP2208955B1 (fr) Intercalaire d'échange de chaleur pour un dispositif d'échange de chaleur.
FR2975177A1 (fr) Echangeur de chaleur a echange thermique ameliore, comprenant une zone de stockage de materiau a changement de phase
WO2008071511A1 (fr) Echangeur de chaleur comprenant au moins trois parties d'echanges de chaleur et systeme de gestion de l'energie thermique comportant un tel echangeur
FR2909939A1 (fr) Echangeur de chaleur pour un vehicule
FR3056720A1 (fr) Echangeur thermique comprenant un materiau a changement de phase
FR3056721A1 (fr) Echangeur thermique comprenant un materiau a changement de phase
FR3056719B1 (fr) Echangeur thermique comprenant un materiau a changement de phase
FR3083852A1 (fr) Circuit de gestion thermique d'un vehicule automobile electrique ou hybride
FR3056718A1 (fr) Echangeur thermique comprenant un materiau a changement de phase
EP3519756A1 (fr) Boite collectrice comprenant un matériau à changement de phase et échangeur de chaleur comprenant une telle boite collectrice
EP0692692A1 (fr) Tube à section transversale oblongue pour échangeur de chaleur
WO2018060647A1 (fr) Échangeur thermique comprenant un matériau à changement de phase
EP3465044B1 (fr) Echangeur thermique comportant des moyens d'amortissement de variations de temperature
FR3043187B1 (fr) Batterie thermique a chaleur latente pour automobile
FR3059403B1 (fr) Joue pour echangeur thermique de vehicule automobile
EP2901096B1 (fr) Tube pour un échangeur de chaleur de véhicule automobile
FR3026474B1 (fr) Dispositif de stockage thermique, module d'echange d'energie thermique et installation de climatisation comprenant ledit dispositif
EP3002538B1 (fr) Echangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile
WO2018104507A1 (fr) Dispositif thermique avec element d'echange thermique tubulaire
FR3056722A1 (fr) Echangeur thermique comprenant un materiau a changement de phase
WO2014064079A1 (fr) Boite collectrice pour échangeur de chaleur, notamment refroidisseur d'air de suralimentation de moteur de véhicule automobile

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: 17787500

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17787500

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1