WO2018142090A1 - Circuit de gestion thermique et échangeur thermique associé - Google Patents

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WO2018142090A1
WO2018142090A1 PCT/FR2018/050296 FR2018050296W WO2018142090A1 WO 2018142090 A1 WO2018142090 A1 WO 2018142090A1 FR 2018050296 W FR2018050296 W FR 2018050296W WO 2018142090 A1 WO2018142090 A1 WO 2018142090A1
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thermal management
loop
fluid
heat exchanger
management circuit
Prior art date
Application number
PCT/FR2018/050296
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Inventor
Christophe Denoual
Aurélie Bellenfant
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/04—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being spirally coiled
    • 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
    • F28F9/0231—Header boxes having an expansion chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/66—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
    • H01M10/663—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells the system being an air-conditioner or an engine
    • 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
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    • F28D2021/0031—Radiators for recooling a coolant of cooling systems
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    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
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    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to the general field of thermal regulation of the batteries of an electric or hybrid vehicle and more particularly a heat exchanger used in particular for this thermal regulation.
  • a battery thermal regulation loop In order to regulate the temperature of the batteries, it is known to add a battery thermal regulation loop.
  • a fluid generally coolant, is circulated, for example by means of a pump, so as to pass through a heat exchange heat exchanger batteries arranged in direct contact with the batteries.
  • the coolant can thus absorb heat emitted by the battery or batteries to cool them and evacuate this heat at one or more other heat exchangers connected to another thermal management loop such as an air conditioning loop that will absorb this heat to disperse it outside or use it to help warm the cabin.
  • another thermal management loop such as an air conditioning loop that will absorb this heat to disperse it outside or use it to help warm the cabin.
  • the thermal management circuit comprises for this purpose a heat exchanger interposed between the two loops, and wherein the cooling fluid of the air conditioning loop exchanging heat with the coolant of the thermal regulation loop of the batteries.
  • a heat exchanger interposed between the two loops, and wherein the cooling fluid of the air conditioning loop exchanging heat with the coolant of the thermal regulation loop of the batteries.
  • the thermal regulation loop of the batteries also comprises an expansion vessel providing an expansion volume for the coolant, so as to absorb the changes in the volume of the coolant.
  • the expansion vessel is generally provided at the outlet of the heat exchanger for regulating the batteries and is generally in the form of a tank.
  • the thermal regulation loop of the batteries can be provided to bring heat to heat the batteries.
  • the thermal regulation loop of the batteries may comprise, for example, an electrical resistance or a thermistor heating with a positive temperature coefficient.
  • the present invention proposes to remedy at least partially the disadvantages mentioned above by proposing a thermal management circuit, an improved heat management assembly and an improved heat exchanger, to minimize the number of components and their connection, as well as the general size of the thermal management circuit.
  • the subject of the invention is a thermal management circuit, in particular for a motor vehicle, said circuit comprising:
  • first loop configured to be traversed by a first fluid
  • second loop configured to be traversed by a second fluid
  • the second loop comprising an expansion vessel
  • the heat exchanger comprising at least one tube defining channels for the circulation of the first fluid and the second fluid, and at least one housing in which is arranged said at least one tube.
  • the heat exchanger and the expansion vessel are made in one piece, the expansion vessel being formed by the internal volume defined by the housing.
  • Said circuit may further comprise one or more of the following characteristics, taken separately or in combination:
  • the housing comprises at least one closure plate forming a support for at least one component of the thermal management circuit
  • the housing carries a regulator configured to be arranged in the first loop;
  • the expander is arranged on a closure plate of the housing;
  • the heat exchanger comprises a heating device configured to heat the second fluid from the second loop and arranged inside the housing;
  • the heating device is an electric heater
  • the heating device comprises at least one electric heating resistance
  • the thermal management circuit comprises a control means of the heating device arranged on the housing
  • control means is arranged on a closure plate of the housing
  • control means is arranged on the closure plate of the housing opposite the expander;
  • said at least one tube is spirally wound
  • the heat exchanger comprises a first tube comprising circulation channels for the first fluid
  • the heat exchanger comprises at least a second tube comprising channels for the second fluid
  • the heat exchanger comprises two second tubes arranged on either side of the first tube;
  • the heat exchanger comprises first pipes for the circulation of the first fluid in the first tube;
  • a first inlet pipe is arranged in fluid communication with the expander
  • the heat exchanger comprises a plug arranged to communicate with the second loop
  • the plug forms a safety valve
  • the stopper is arranged on the closure plate of the housing opposite the expander;
  • the first loop is an air conditioning loop configured to be traversed by a refrigerant;
  • the second loop is a battery thermal regulation loop configured to be traversed by a coolant.
  • the invention also relates to a heat exchanger for a thermal management circuit as defined above.
  • the heat exchanger comprises at least one tube defining channels for the circulation of the first fluid and the second fluid, and at least one housing in which is arranged said at least one tube.
  • the housing defines an internal expansion volume for a fluid of said circuit, so as to form an expansion vessel.
  • the invention also relates to a thermal management package including in particular such a heat exchanger and an expansion tank.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a thermal management circuit
  • FIG. 2 is a view showing a heat exchanger interposed between two loops of the thermal management circuit
  • FIG. 3 is a perspective view of the heat exchanger of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the heat exchanger of FIGS. 2 and 3,
  • FIG. 5 is a perspective view of the heat exchanger of FIGS. 2 to 4 on which one half of the housing of the heat exchanger has been removed,
  • FIG. 6 is a perspective view showing a closure plate of the heat exchanger casing incorporating a pressure reducer
  • FIG. 7 is a sectional view of the closure plate of the housing of FIG. 6,
  • FIG. 8 is a perspective view partly showing the heat exchanger and closing plates of the heat exchanger housing
  • Figure 9 is a schematic representation of the heat exchanger.
  • thermal management circuit 1 There is shown in Figure 1 a thermal management circuit 1.
  • the thermal management circuit 1 can be installed in a motor vehicle (not shown).
  • the thermal management circuit 1 comprises a first loop
  • the first fluid may be a refrigerant.
  • a refrigerant such as a refrigerant
  • a high pressure refrigerant such as carbon dioxide, nitrous oxide, 1,1,1,2-tetrafluoroethane or 2,3,3,3-tetrafluoropropene respectively known as acronyms or codes R744, R744A, R134a and R-1234yf.
  • the second fluid may be a coolant, in particular coolant, such as brine.
  • the thermal management circuit 1 further comprises a heat exchanger 30 interposed between the two loops 10 and 20.
  • a heat exchanger 30 is also called heat exchanger with double fluid circulation or internal exchanger. This is for example a "chiller" type exchanger in English or chilled water in French.
  • a water cooler 30 of course the invention applies to any other type of heat exchanger.
  • the first loop 10 is for example an air conditioning loop 10 which can be used to cool the air of the passenger compartment, according to the needs of the occupants of the motor vehicle.
  • the air conditioning loop 10 is intended to be traversed by the refrigerant.
  • the air-conditioning loop 10 notably comprises a compressor 11, an external heat exchanger 12, such as a condenser or a gas cooler known under the name "gas cooler” in English, placed in contact with the outside air in order to dissipate heat energy, a drying tank 13, a first shut-off valve 14, a second shut-off valve 15, a first expander 16, a second expander 17, a heat exchanger 18, such as an evaporator 18, placed in an air supply circuit of the passenger compartment of the motor vehicle, and the water cooler 30.
  • the first and / or second expander 16, 17 may or may respectively be a thermostatic expansion valve or "thermal expansion valve" in English, also known by the abbreviation TXV.
  • the air conditioning loop 10 comprises a primary sub-loop 10A and a secondary sub-loop 10B.
  • the primary sub-loop 10A comprises in the flow direction of the refrigerant, the compressor 11, the condenser 12 or gas cooler, the drying tank 13, the first shut-off valve 14, the first expander 16 and the evaporator 18.
  • the secondary sub-loop 10B comprises in the flow direction of the refrigerant, the compressor 11, the condenser 12 or gas cooler, the accumulator 13, the second shut-off valve 15, the second expander 17 and the water cooler 30.
  • the second shut-off valve 15, the second expander 17 and the water cooler 30 are placed on a parallel branch which bypasses the first shut-off valve 14, the first expander 16 and the evaporator 18.
  • the compressor compresses the coolant.
  • the fluid then passes through the condenser 12 in which the fluid is condensed during its cooling, or alternatively the gas cooler in which the fluid undergoes high pressure gas phase cooling.
  • the fluid cooled by the condenser 12 or gas cooler can then go into the first expander 16 which lowers its pressure, bringing it at least partly in the liquid state.
  • the fluid then passes through the evaporator 18.
  • the evaporator passes the fluid in the gaseous state, at constant pressure.
  • the exchange in the evaporator 18 makes it possible to produce a flow of conditioned air which is sent towards the passenger compartment of the vehicle.
  • the fluid leaving the expander can also bypass the evaporator and return to the compressor.
  • the fluid cooled by the condenser 12 or gas cooler can then pass into the second expander 17 which lowers its pressure and then in a first portion of the water cooler 30 for a heat exchange with the second fluid , such as the coolant, flowing in the second loop 20, before returning to the compressor 11.
  • the second fluid such as the coolant
  • the second loop 20 is for example a temperature control loop 20 of a component such as a battery or a battery module.
  • the battery thermal regulation loop 20 is configured to be traversed by the coolant.
  • the battery thermal regulation loop 20 comprises, for example in the following order according to the direction of circulation of the cooling liquid, a pump 21, possibly a power component exchanger such as an inverter 22, possibly a heating device 23, the water cooler 30, an expansion vessel 24, and a battery heat exchanger 25.
  • a pump 21 possibly a power component exchanger such as an inverter 22, possibly a heating device 23, the water cooler 30, an expansion vessel 24, and a battery heat exchanger 25.
  • the water cooler 30 is therefore intended to be traversed by the two fluids, namely here the coolant and the coolant. As shown by the arrows in FIG. 1, the coolant and the coolant can circulate countercurrently within the water cooler 30.
  • the invention relates more particularly to this water cooler 30 which can be seen more clearly in FIGS. 2 and 3.
  • the invention is also applicable to any other type of heat exchanger.
  • the water cooler 30 and the expansion tank 24 of the battery thermal control loop 20 are made in one piece.
  • the water cooler 30 comprises at least one tube 31, 32a, 32b delimiting channels for the circulation of the first fluid and the second fluid, and at least one housing 33 in which the or the tubes 31, 32a, 32b are arranged.
  • the water cooler 30 is a plate heat exchanger.
  • the housing 33 may have a generally cylindrical or cylindrical shape with a longitudinal axis XI.
  • the housing 33 may comprise two closure plates 34, and 35.
  • closure plates 34, 35 are for example arranged inside the housing 33 at both ends of the housing 33 (see Figure 3). This makes it possible to form an internal sealed chamber.
  • the closure plates 34 and 35 may be welded to the housing 33. These are, for example, double wall plates.
  • the housing 33 may comprise two half-shells fixed together.
  • each closure plate 34, 35 is disposed in the bottom of a half-shell of the housing 33.
  • At least one of the closing plates 34, 35 or the two closing plates 34, 35 are provided to connect the inlets / outlets of the channels for the circulation of the two fluids to the corresponding inlets / outlets of the air conditioning loop.
  • at least one of the closure plates 34, 35 or the two closure plates 34, 35 may form interfaces. component support of the air conditioning loop 10 or the battery thermal regulation loop 20.
  • the housing 33 may be made of plastic.
  • the expansion vessel 24 is formed by the internal volume delimited by the housing
  • the expansion tank 24 contains coolant and air which occupies the volume above the level of the coolant.
  • the cooling liquid circulates in the battery thermal control loop 20 under the effect of the pump 21.
  • the internal volume of the housing 33 allows expansion of the coolant.
  • the assembly comprising the water cooler 30 and the expansion vessel 24 delimited by the internal volume of the housing 33 of the water cooler 30 form a heat management assembly for the thermal management circuit 1 of FIG.
  • the water cooler 30 comprises at least two tubes 31 and 32a, 32b, better visible in Figures 4 and 5. It is particularly tubes 31, 32a, 32b dishes. In practice, the tubes 31, 32a, 32b can be extradited. Each tube 31, 32a, 32b comprises a plurality of channels or ports parallel to each other (not shown in the figures). We also talk about multiport tubes. The faces of the tube 31, 32a, 32b are for example substantially planar.
  • the water cooler 30 comprises a first tube 31 defining channels for the circulation of the first fluid, here the refrigerant fluid, at high pressure.
  • the first tube 31 is wound in a spiral around a winding axis X2 so as to define successive windings.
  • This winding axis X2 is parallel to the longitudinal axis XI of the water cooler 30.
  • the water cooler 30 comprises two second tubes 32a, 32b defining channels for the circulation of the second fluid, here the coolant.
  • the second tubes 32a, 32b are contiguous to a respective face of the first tube 31 and spirally wound simultaneously with the first tube 31 around the winding axis X2.
  • the two second tubes 32a, 32b are placed on either side of the first tube 31.
  • the first tube 31 is sandwiched between the two second tubes 32a, 32b.
  • a second tube is said second inner tube 32a because it is located inside the winding of the three tubes 31, 32a, 32b, and the other second tube is said second outer tube 32b because it is located at outside the winding of the three tubes 31, 32a, 32b.
  • the inner face of the second inner tube 32a can come into contact with the outer face of the second outer tube 32b.
  • the general shape of the winding of the three tubes 31, 32a, 32b is substantially cylindrical.
  • each tube 31, 32a, 32b is located outside the spiral while the other end is inside the spiral.
  • the water cooler 30 comprises two first pipes 36 for the circulation of the refrigerant.
  • Two second pipes 37 for the circulation of coolant, described in more detail later, are also provided.
  • the first tube 31 extends between:
  • a first inlet pipe 36 connected to an inlet of the cooling fluid, especially from the condenser 12 or gas cooler and the drying tank 13 of the air conditioning loop 10, and
  • a first outlet pipe 36 connected to an outlet for the refrigerant fluid outside the water cooler 30, in particular to the compressor 11 of the air conditioning loop 10.
  • first inlet and outlet pipes 36 may be arranged so that the refrigerant fluid flows in the channels of the first tube 31 from the outside of the spiral inwards.
  • the first pipes 36 are arranged inside the housing 33.
  • the first two tubes 36 may have a similar general shape.
  • the first tubes 36 may have a substantially cylindrical shape with an axis parallel to the winding axis X2.
  • the first tubes 36 have respectively an elongate opening or slot, of shape conjugated to the profile of the first tube 31, for receiving one of the ends of the first tube 31.
  • the first tubes 36 are arranged at a distance from the second tubes 32a, 32b. In other words, they are not in contact with the second tubes 32a, 32b.
  • the first pipes 36 are in this example closed at one end and open at the other end so as to allow their fluid connections with the air conditioning loop 10.
  • the first manifolds 36 can lead into the same closure plate, for example here in the closing plate 35.
  • the water cooler 30 is in communication with the second expander 17 of FIG. the air conditioning loop 10.
  • the second expander 17 may be integrated with the water cooler 30.
  • a fixing block 170 of the expander 17 (not visible in the figures 2, 3 and 6 to 9) is for example fixed to the water cooler 30, so as to allow the mounting of the expander 17 on the water cooler 30.
  • the fixing block 170 can be brazed on the cooler water or may be mechanically fixed to the water cooler 30 with the interposition of a seal 40 visible in FIG.
  • the second expander 17 of FIG. 1 (not visible in FIGS. 2, 3, and 6 to 9) can be carried on one of the closure plates 35 of the housing 33.
  • the block of fixing 170 of the expander 17 is provided on the closure plate 35.
  • the closure plate 35 thus forms a support interface for the second expander 17.
  • the first inlet duct 36 can lead to the closure plate 35 at the outlet 17s of the fixing block 170 of the second expander 17 ( see Figure 6).
  • the inlet 17e of the fixing block 170 of the second expander 17 is configured to be connected to the air conditioning loop 10, in particular the secondary sub-loop 10B, in communication with the second stop valve 15 according to the example of the figure 1.
  • second pipes 37 visible in Figures 2, 3, 6, 7 and 9, they may be part of the housing 33.
  • sealing elements may be provided between the pipes 37 and one of the closure plates, here the closure plate 35.
  • the second manifolds 37 may form an integral part of the closure plate 35.
  • the second manifolds 37 for the circulation of the cooling liquid comprise a second inlet pipe 37 connected to an inlet of the liquid of cooling, and a second outlet pipe 37 connected to an outlet for the coolant.
  • the second pipes 37 communicate for example with holes 38i arranged on one or both closure plates closing the housing 33; the holes 38i are arranged on a single closure plate, the closure plate 35 intended to carry the second expander 17, namely here the closure plate 35 carrying the fixing block 170 of the second expander 17, in the example of the figures 4, 6 and 7.
  • a connecting channel 38 leading to a hole 2 38 ⁇ of the outer wall of the closure plate 35 and on the other hand opening on a hole 38 3 arranged on the inner wall of the closing plate 35.
  • external wall is meant the wall in contact with the bottom of a half-shell of the housing 33 and by inner wall the opposite wall the closer to the tubes 31, 32a, 32b.
  • the holes 381 and 38 3 may be aligned or not.
  • the holes 38i and 38 3 may be arranged such that a second tube 37 is in fluid communication with the interior of the winding of the tubes 32a and 32b and the other second tube 37 is in fluid communication with the outside of the winding of the tubes 32a and 32b.
  • one of the holes 38 3 of the inner wall can open inside the winding of the tubes 32a, 32b while the other hole 38 3 can lead outside the windings of the tubes 32a and 32b .
  • the second pipes 37 may extend parallel to the winding axis X2.
  • a second intake manifold 37 is intended to receive the pumped coolant from the battery thermal control loop 20. After having circulated in the two second tubes 32a, 32b and exchanged heat therewith with the cooling fluid flowing in the first tube 31, the coolant can lead into a second outlet pipe 37. The coolant can then be passed through the second outlet manifold 37 outside the water cooler 30 to the battery heat exchanger 25 (see FIG. 1).
  • the first and second tubes 36 and 37 can be arranged so that the two fluids flow countercurrently.
  • the coolant can flow in the channels of the first tube 31 from the outside of the spiral inward, while the coolant can flow in the channels of the second tubes 32a, 32b from the inside of the spiral outwards, or vice versa.
  • FIGS 8 and 9 show an embodiment of the water cooler 30 further comprising at least one integrated heating device within the housing 33. These include the heating device 23 of the control loop thermal battery 20 of Figure 1.
  • the heating device 23 is arranged or immersed inside the internal volume defined by the housing 33 (FIGS. 3 and 9). In other words, the heating device 23 is immersed in the expansion volume of the coolant.
  • the heating device 23 may in particular be an electric heating device.
  • the latter may comprise for example an envelope inside which is placed an electrical resistance.
  • the casing of the heating device 23 is substantially tubular in shape.
  • a control means 27 for supplying the heating device 23 is provided.
  • one end of the heating device 23 may be connected to a control track 28 of the control means. 27.
  • the control means 27 FIGGS. 2, 3) and therefore the control track 28 (visible in FIGS. 8 and 9) can be arranged on the closing plate 34, opposite to the plate of FIG. closure 35 for carrying the second expander 17, in this example the closure plate 35 carrying the fixing block 170 of the second expander 17.
  • a housing 39 can be provided on the opposite closure plate 35 to receive the end of the heating device 23 not connected to control track 28.
  • the integration of the heating device 23 directly within the water cooler 30 saves space.
  • the arrangement of the heating device 23 in the same enclosure or same housing 33 as the tubes 31, 32a, 32b allows optimized heating of the cooling liquid.
  • the second shut-off valve 15 of the air-conditioning loop 10 can be closed so that there is no refrigerant entering the water cooler 30.
  • the heating device 23 within the water cooler 30 heats the coolant that passes through the water cooler 30 without heat exchange between the coolant and the coolant within the water cooler 30.
  • the liquid heated cooling circuit arrives at the battery heat exchanger 25 for heating the battery or battery module.
  • the water cooler 30 comprises a protective element such as a plug 29.
  • This plug 29 is arranged to communicate with the second battery thermal control loop 20.
  • the plug 29 ensures the maintenance of the pressure recommended for the battery thermal control loop 20 during operation. Indeed, in case of internal overpressure at the water cooler 30, the plug 29 opens allowing the air to escape.
  • the plug 29 forms a "safety valve".
  • the integration or combination of some of the components of the thermal management circuit 1, such as in particular the heat exchanger 30 interposed between the two loops 10 and 20 of this circuit 1 and the expansion tank 24 for the coolant of the battery thermal regulation loop 20, as well as possibly an expander 17 of the air conditioning loop 10, and / or a heating device 23 of the battery thermal regulation loop 20, makes it possible to reduce the number of components of the thermal management circuit 1 and reduce the risk of leaks.

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Abstract

L'invention concerne un circuit de gestion thermique, notamment pour véhicule automobile, ledit circuit comprenant : - une première boucle configurée pour être parcourue par un premier fluide, - une deuxième boucle configurée pour être parcourue par un deuxième fluide, la deuxième boucle comprenant un vase d'expansion (24), et - un échangeur thermique (30) interposé entre les deux boucles, l'échangeur thermique (30) comprenant au moins un tube (32b) délimitant des canaux pour la circulation du premier fluide et du deuxième fluide, et au moins un boitier (33) dans lequel est agencé ledit au moins un tube (32b). Selon l'invention, l'échangeur thermique (30) et le vase d'expansion (24) sont réalisés d'une seule pièce, le vase d'expansion (24) étant formé par le volume interne délimité par le boitier (33). L'invention concerne également un tel échangeur thermique (30) intégrant le vase d'expansion (24).

Description

Circuit de gestion thermique et échangeur thermique associé
L'invention concerne le domaine général de la régulation thermique des batteries d'un véhicule électrique ou hybride et plus particulièrement un échangeur thermique utilisé notamment pour cette régulation thermique.
La régulation thermique des batteries, notamment dans le domaine automobile et encore plus particulièrement des véhicules électriques et hybrides, est un point important. En effet, si les batteries sont soumises à des températures trop froides, leur autonomie peut décroître fortement et au contraire soumises à des températures trop importantes, il y a un risque d'emballement thermique pouvant aller jusqu'à la destruction de la batterie.
Afin de réguler la température des batteries, il est connu d'ajouter une boucle de régulation thermique de batteries. Dans une telle boucle, un fluide, généralement du liquide de refroidissement, est mis en circulation, par exemple au moyen d'une pompe, de manière à passer au sein d'un échangeur de régulation thermique des batteries généralement agencé en contact direct avec les batteries.
Le liquide de refroidissement peut ainsi absorber de la chaleur émise par la ou les batteries afin de les refroidir et évacuer cette chaleur au niveau d'un ou plusieurs autre échangeurs thermiques relié à une autre boucle de gestion thermique comme par exemple une boucle de climatisation qui va absorber cette chaleur pour la disperser à l'extérieur ou alors l'utiliser pour aider au chauffage de l'habitacle.
Le circuit de gestion thermique comporte à cet effet un échangeur thermique interposé entre les deux boucles, et dans lequel le fluide réfrigérant de la boucle de climatisation échange de la chaleur avec le liquide de refroidissement de la boucle de régulation thermique des batteries. Afin de réduire l'encombrement par rapport aux échangeurs à plaques, il est connu de réaliser un tel échangeur thermique avec un ou plusieurs tubes définissant des canaux pour la circulation des fluides enroulés en spirale.
Par ailleurs, la boucle de régulation thermique des batteries comprend également un vase d'expansion offrant un volume d'expansion pour le liquide de refroidissement, de manière à absorber les variations de volume du liquide de refroidissement. Le vase d'expansion est généralement prévu en sortie de l'échangeur de régulation thermique des batteries et se présente généralement sous la forme d'un réservoir. Également, si besoin est, la boucle de régulation thermique des batteries peut être prévue pour apporter de la chaleur afin de réchauffer les batteries. Dans ce cas, la boucle de régulation thermique des batteries peut comporter par exemple une résistance électrique ou un chauffage par thermistance à coefficient de température positif.
Une telle boucle de régulation thermique des batteries nécessite donc un grand nombre de composants et de connexions, ce qui complique sa fabrication, augmente son cout et son encombrement, et donc induit une augmentation de la place nécessaire à son intégration au sein du véhicule automobile, ce qui peut ne pas répondre aux exigences des constructeurs.
Par ailleurs, du fait de la multiplicité des connexions et donc de jonctions généralement par brasage, il y a un risque de fuite.
La présente invention se propose de remédier au moins partiellement aux inconvénients ci-dessus mentionnés en proposant un circuit de gestion thermique, un ensemble de gestion thermique et un échangeur thermique améliorés, permettant de minimiser le nombre de composants et leur connexion, ainsi que l'encombrement général du circuit de gestion thermique.
À cet effet l'invention a pour objet un circuit de gestion thermique, notamment pour véhicule automobile, ledit circuit comprenant :
une première boucle configurée pour être parcourue par un premier fluide, une deuxième boucle configurée pour être parcourue par un deuxième fluide, la deuxième boucle comprenant un vase d'expansion, et
un échangeur thermique interposé entre les deux boucles, l'échangeur thermique comprenant au moins un tube délimitant des canaux pour la circulation du premier fluide et du deuxième fluide, et au moins un boîtier dans lequel est agencé ledit au moins un tube.
Selon l'invention, l'échangeur thermique et le vase d'expansion sont réalisés d'une seule pièce, le vase d'expansion étant formé par le volume interne délimité par le boîtier.
L'intégration de la fonction de vase d'expansion dans l'échangeur thermique interposé entre les deux boucles du circuit de gestion thermique, permet de réduire le nombre de composants et donc l'encombrement général. En outre, on réduit les connexions entre les composants limitant les risques de fuite.
Ledit circuit peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- le boîtier comprend au moins une plaque de fermeture formant support d'au moins un composant du circuit de gestion thermique ;
le boîtier porte un détendeur configuré pour être agencé dans la première boucle ; le détendeur est agencé sur une plaque de fermeture du boîtier ;
l'échangeur thermique comprend un dispositif chauffant configuré pour chauffer le deuxième fluide en provenance de la deuxième boucle et agencé à l'intérieur du boîtier ;
le dispositif chauffant est un dispositif de chauffage électrique ;
le dispositif chauffant comporte au moins une résistance électrique chauffante ; le circuit de gestion thermique comprend un moyen de commande du dispositif chauffant agencé sur le boîtier ;
le moyen de commande est agencé sur une plaque de fermeture du boîtier ;
le moyen de commande est agencé sur la plaque de fermeture du boîtier opposée au détendeur ;
ledit au moins un tube est enroulé en spirale ;
- l'échangeur thermique comporte un premier tube comprenant des canaux de circulation pour le premier fluide ;
l'échangeur thermique comporte au moins un deuxième tube comprenant des canaux pour le deuxième fluide ;
l'échangeur thermique comporte deux deuxièmes tubes agencés de part et d'autre du premier tube ;
l'ensemble des tubes sont enroulés autour d'un axe d'enroulement de manière à définir des enroulements successifs ;
l'échangeur thermique comporte des premières tubulures pour la circulation du premier fluide dans le premier tube ;
- une première tubulure d'entrée est agencée en communication fluidique avec le détendeur ;
l'échangeur thermique comprend un bouchon agencé pour communiquer avec la deuxième boucle ;
le bouchon forme une soupape de sécurité ;
le bouchon est agencé sur la plaque de fermeture du boîtier opposée au détendeur ; la première boucle est une boucle de climatisation configurée pour être parcourue par un fluide réfrigérant ;
la deuxième boucle est une boucle de régulation thermique de batterie configurée pour être parcourue par un liquide de refroidissement.
L'invention concerne également un échangeur thermique pour un circuit de gestion thermique tel que défini précédemment. L' échangeur thermique comprend au moins un tube délimitant des canaux pour la circulation du premier fluide et du deuxième fluide, et au moins un boîtier dans lequel est agencé ledit au moins un tube. Le boîtier définit un volume interne d'expansion pour un fluide dudit circuit, de manière à former un vase d'expansion.
L'invention concerne encore un ensemble de gestion thermique intégrant notamment un tel échangeur thermique et un vase d'expansion.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un circuit de gestion thermique,
- la figure 2 est une vue montrant un échangeur thermique interposé entre deux boucles du circuit de gestion thermique,
- la figure 3 est une vue en perspective de l'échangeur thermique de la figure 2,
- la figure 4 est une vue en coupe transversale de l'échangeur thermique des figures 2 et 3,
- la figure 5 est une vue en perspective de l'échangeur thermique des figures 2 à 4 sur laquelle on a ôté une moitié du boîtier de l'échangeur thermique,
- la figure 6 est une vue en perspective montrant une plaque de fermeture du boîtier de l'échangeur thermique intégrant un détendeur,
- la figure 7 est une vue en coupe de la plaque de fermeture du boîtier de la figure 6,
- la figure 8 est une vue en perspective montrant en partie l'échangeur thermique et des plaques de fermeture du boîtier de l'échangeur thermique, - la figure 9 est une représentation schématique de l'échangeur thermique.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la description, on peut indexer certains éléments, comme par exemple premier élément ou deuxième élément. Dans ce cas, il s'agit d'un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments proches mais non identiques. Cette indexation n'implique pas une priorité d'un élément par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n'implique pas non plus un ordre dans le temps.
On a représenté sur la figure 1 un circuit de gestion thermique 1. Le circuit de gestion thermique 1 peut être installé dans un véhicule automobile (non représenté).
En particulier, le circuit de gestion thermique 1 comporte une première boucle
10 destinée à être parcourue par un premier fluide et une deuxième boucle 20 destinée à être parcourue par un deuxième fluide.
Le premier fluide peut être un fluide réfrigérant. À titre d'exemple non limitatif,
11 s'agit en particulier d'un fluide réfrigérant haute pression tels que du dioxyde de carbone, de l'oxyde de diazote, du 1,1,1,2-tétrafluoroéthane ou encore du 2,3,3,3- tétrafluoropropène respectivement connus sous les sigles ou codes R744, R744A, R134a et R-1234yf.
Le deuxième fluide peut être un fluide de refroidissement, en particulier du liquide de refroidissement, tel que de l'eau glycolée.
Le circuit de gestion thermique 1 comporte en outre un échangeur thermique 30 interposé entre les deux boucles 10 et 20. Un tel échangeur thermique 30 est aussi appelé échangeur thermique à double circulation de fluide ou échangeur interne. Il s'agit par exemple d'un échangeur de type « chiller » en anglais ou refroidis seur d'eau en français. Dans la suite de la description, on fait référence à un refroidisseur d'eau 30, bien entendu l'invention s'applique à tout autre type d'échangeur thermique.
La première boucle 10 est par exemple une boucle de climatisation 10 qui peut être utilisée pour refroidir l'air de l'habitacle, en fonction des besoins des occupants du véhicule automobile. La boucle de climatisation 10 est destinée à être parcourue par le fluide réfrigérant.
Selon l'exemple non limitatif de la figure 1, la boucle de climatisation 10 comprend notamment un compresseur 11, un échangeur thermique externe 12, tel qu'un condenseur ou un refroidis seur de gaz connu sous la dénomination « gaz cooler » en anglais, placé en contact de l'air extérieur afin de dissiper de l'énergie calorifique, un réservoir dessiccateur 13, une première vanne d'arrêt 14, une deuxième vanne d'arrêt 15, un premier détendeur 16, un deuxième détendeur 17, un échangeur thermique 18, tel qu'un évaporateur 18, placé dans un circuit d'alimentation en air de l'habitacle du véhicule automobile, et le refroidisseur d'eau 30. Le premier et/ou deuxième détendeur 16, 17 peut ou peuvent respectivement être un détendeur thermostatique ou « thermal expansion valve » en anglais, aussi connu sous l'abréviation TXV.
En particulier, la boucle de climatisation 10 comporte une sous-boucle primaire 10A et une sous-boucle secondaire 10B. La sous-boucle primaire 10A comprend dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, le compresseur 11, le condenseur 12 ou refroidisseur de gaz, le réservoir dessiccateur 13, la première vanne d'arrêt 14, le premier détendeur 16 et évaporateur 18. La sous-boucle secondaire 10B comprend dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, le compresseur 11, le condenseur 12 ou refroidisseur de gaz, l'accumulateur 13, la deuxième vanne d'arrêt 15, le deuxième détendeur 17 et le refroidisseur d'eau 30.
La deuxième vanne d'arrêt 15, le deuxième détendeur 17 et le refroidisseur d'eau 30 sont placés sur une branche parallèle qui contourne la première vanne d'arrêt 14, le premier détendeur 16 et l'évaporateur 18.
Le compresseur comprime le fluide réfrigérant. Le fluide traverse ensuite le condenseur 12 dans lequel le fluide est condensé pendant son refroidissement, ou en variante le refroidisseur de gaz dans lequel le fluide subit un refroidissement en phase gazeuse sous haute pression.
Selon un premier mode de fonctionnement, le fluide refroidi par le condenseur 12 ou refroidisseur de gaz, peut passer ensuite dans le premier détendeur 16 qui abaisse sa pression, en l'amenant au moins en partie à l'état liquide. Le fluide traverse alors l'évaporateur 18. L'évaporateur fait passer le fluide à l'état gazeux, à pression constante. L'échange dans l'évaporateur 18 permet de produire un flux d'air climatisé qui est envoyé vers l'habitacle du véhicule. Le fluide en sortie du détendeur peut aussi contourner l'évaporateur et retourner au compresseur.
Selon un deuxième mode de fonctionnement, le fluide refroidi par le condenseur 12 ou refroidisseur de gaz, peut passer ensuite dans le deuxième détendeur 17 qui abaisse sa pression puis dans une première partie du refroidisseur d'eau 30 pour un échange thermique avec le deuxième fluide, tel que le liquide de refroidissement, circulant dans la deuxième boucle 20, avant de retourner au compresseur 11.
La deuxième boucle 20 est par exemple une boucle de régulation thermique 20 d'un composant tel qu'une batterie ou un module de batteries. La boucle de régulation thermique de batterie 20 est configurée pour être parcourue par le liquide de refroidissement.
Selon l'exemple non limitatif de la figure 1, la boucle de régulation thermique de batterie 20 comporte, par exemple dans l'ordre suivant selon le sens de circulation du liquide de refroidissement, une pompe 21, éventuellement un échangeur de composant de puissance tel qu'un onduleur 22, éventuellement un dispositif chauffant 23, le refroidisseur d'eau 30, un vase d'expansion 24, et un échangeur de régulation thermique de batterie 25.
Le refroidisseur d'eau 30 est donc destiné à être parcouru par les deux fluides, à savoir ici le fluide réfrigérant et le liquide de refroidissement. Comme montré par les flèches de la figure 1, le fluide réfrigérant et le liquide de refroidissement peuvent circuler à contre-courant au sein du refroidisseur d'eau 30.
L'invention vise plus particulièrement ce refroidisseur d'eau 30 mieux visible sur les figures 2 et 3. Bien entendu, bien que particulièrement avantageuse pour un échangeur thermique à l'intersection de la boucle de climatisation 10 et de la boucle de régulation thermique de batterie 20 d'un circuit de gestion thermique 1, l'invention s'applique aussi à tout autre type d'échangeur thermique. Le refroidis seur d'eau 30 et le vase d'expansion 24 de la boucle de régulation thermique de batterie 20 sont réalisés d'une seule pièce.
Plus précisément, en référence aux figures 4 et 5, le refroidisseur d'eau 30 comporte au moins un tube 31, 32a, 32b délimitant des canaux pour la circulation du premier fluide et du deuxième fluide, et au moins un boîtier 33 dans lequel le ou les tubes 31, 32a, 32b sont agencés.
Selon une alternative non représentée, on pourrait prévoir que le refroidisseur d'eau 30 soit un échangeur à plaques.
Le boîtier 33 peut présenter une forme générale sensiblement de cuve ou cylindrique d'axe longitudinal XI. En particulier, le boîtier 33 peut comporter deux plaques de fermeture 34, et 35.
Ces plaques de fermeture 34, 35 sont par exemple agencées à l'intérieur du boîtier 33 aux deux extrémités du boîtier 33 (voir figure 3). Cela permet de former une chambre interne étanche. Les plaques de fermeture 34 et 35 peuvent être soudées sur le boîtier 33. Il s'agit par exemple de plaques à double paroi.
À titre d'exemple non limitatif, le boîtier 33 peut comporter deux demi-coques fixées entre elles. Dans ce cas, chaque plaque de fermeture 34, 35 est disposée dans le fond d'une demi-coque du boîtier 33.
Au moins l'une des plaques de fermeture 34, 35 ou les deux plaques de fermeture 34,35 sont prévues de manière à lier les entrées/sorties des canaux pour la circulation des deux fluides aux entrées/sorties correspondantes de la boucle de climatisation 10 et de la boucle de régulation thermique de batterie 20. En particulier, comme cela sera décrit plus en détail par la suite, au moins l'une des plaques de fermeture 34, 35 ou les deux plaques de fermeture 34, 35 peuvent former des interfaces de support de composants de la boucle de climatisation 10 ou de la boucle de régulation thermique de batterie 20.
Le boîtier 33 peut être réalisé en plastique.
Le vase d'expansion 24 est formé par le volume interne délimité par le boîtier
33, plus précisément entre les deux plaques de fermeture 34, 35.
Le vase d'expansion 24 contient du liquide de refroidissement et de l'air qui occupe le volume surmontant le niveau du liquide de refroidissement.
En fonctionnement, le liquide refroidissement circule dans la boucle de régulation thermique de batterie 20 sous l'effet de la pompe 21. En cas de variation du volume du liquide de refroidissement provoqué par un changement de pression ambiante ou une chaleur importante à évacuer, le volume interne du boîtier 33 autorise l'expansion du liquide de refroidissement.
L'ensemble comprenant le refroidisseur d'eau 30 et le vase d'expansion 24 délimité par le volume interne du boîtier 33 du refroidisseur d'eau 30 forme un ensemble de gestion thermique pour le circuit de gestion thermique 1 de la figure 1.
Selon un exemple particulier, le refroidisseur d'eau 30 comporte au moins deux tubes 31 et 32a, 32b, mieux visibles sur les figures 4 et 5. Il s'agit en particulier de tubes 31, 32a, 32b plats. En pratique, les tubes 31, 32a, 32b peuvent être extradés. Chaque tube 31, 32a, 32b comporte une pluralité de canaux ou ports parallèles entre eux (non représentés sur les figures). On parle aussi de tubes multiports. Les faces du tube 31, 32a, 32b sont par exemple sensiblement planes.
Dans l'exemple des figures 4 et 5, le refroidisseur d'eau 30 comporte un premier tube 31 définissant des canaux pour la circulation du premier fluide, ici le fluide réfrigérant, à haute pression. Le premier tube 31 est enroulé en spirale autour d'un axe d'enroulement X2 de manière à définir des enroulements successifs. Cet axe d'enroulement X2 est parallèle à l'axe longitudinal XI du refroidisseur d'eau 30.
Le refroidisseur d'eau 30 comporte deux deuxièmes tubes 32a, 32b définissant des canaux pour la circulation du deuxième fluide, ici le liquide de refroidissement. Les deuxièmes tubes 32a, 32b sont accolés à une face respective du premier tube 31 et enroulés en spirale simultanément avec le premier tube 31 autour de l'axe d'enroulement X2. Autrement dit, les deux deuxièmes tubes 32a, 32b sont placés de part et d'autre du premier tube 31. Le premier tube 31 est donc pris en sandwich entre les deux deuxièmes tubes 32a, 32b.
Ainsi, un deuxième tube est dit deuxième tube interne 32a car il est situé à l'intérieur de l'enroulement des trois tubes 31, 32a, 32b, et l'autre deuxième tube est dit deuxième tube externe 32b car il est situé à l'extérieur de l'enroulement des trois tubes 31, 32a, 32b. À chaque enroulement, la face interne du deuxième tube interne 32a peut venir en contact avec la face externe du deuxième tube externe 32b.
La forme générale de l'enroulement des trois tubes 31, 32a, 32b est sensiblement cylindrique.
Ainsi, l'une des extrémités de chaque tube 31, 32a, 32b se situe à l'extérieur de la spirale tandis que l'autre extrémité se situe à l'intérieur de la spirale.
De plus, des connexions fluidiques sont prévues pour l'arrivée et la sortie des fluides dans le refroidisseur d'eau 30. À cet effet, le refroidisseur d'eau 30 comporte deux premières tubulures 36 permettant la circulation du fluide réfrigérant. Deux deuxièmes tubulures 37 pour la circulation du liquide de refroidissement, décrites plus en détail par la suite, sont également prévues.
En référence aux figures 1 et 4, 5, le premier tube 31 s'étend entre :
une première tubulure 36 d'entrée reliée à une arrivée du fluide réfrigérant, notamment en provenance du condenseur 12 ou refroidisseur de gaz et du réservoir dessiccateur 13 de la boucle de climatisation 10, et
une première tubulure 36 de sortie reliée à une sortie pour le fluide réfrigérant à l'extérieur du refroidisseur d'eau 30, notamment vers le compresseur 11 de la boucle de climatisation 10.
Par exemple de façon non limitative, les premières tubulures 36 d'entrée et de sortie peuvent être agencées de sorte que le fluide réfrigérant circule dans les canaux du premier tube 31 de l'extérieur de la spirale vers l'intérieur.
Les premières tubulures 36 sont agencées à l'intérieur du boîtier 33.
Les deux premières tubulures 36 peuvent présenter une forme générale similaire. Les premières tubulures 36 peuvent présenter une forme sensiblement cylindrique d'axe parallèle à l'axe d'enroulement X2. Les premières tubulures 36 présentent respectivement une ouverture allongée ou fente, de forme conjuguée au profil du premier tube 31, pour recevoir l'une des extrémités du premier tube 31.
De plus, selon l'exemple illustré, les premières tubulures 36 sont agencées à distance des deuxièmes tubes 32a, 32b. En d'autres termes, elles ne sont pas en contact avec les deuxièmes tubes 32a, 32b.
Les premières tubulures 36 sont dans cet exemple fermées à une extrémité et ouvertes à l'autre extrémité de manière à permettre leurs raccords fluidiques avec la boucle de climatisation 10.
Les premières tubulures 36 peuvent déboucher dans la même plaque de fermeture, par exemple ici dans la plaque de fermeture 35. Notamment, en se référant de nouveau à la figure 1, le refroidisseur d'eau 30 est en communication avec le deuxième détendeur 17 de la boucle de climatisation 10.
Le deuxième détendeur 17 peut être intégré au refroidisseur d'eau 30. À cet effet, selon le mode de réalisation particulier illustré sur les figures 2, 3 et 6 à 9, un bloc de fixation 170 du détendeur 17 (non visible sur les figures 2, 3, et 6 à 9) est par exemple fixé au refroidisseur d'eau 30, de façon à permettre le montage du détendeur 17 sur le refroidisseur d'eau 30. Le bloc de fixation 170 peut être brasé sur le refroidisseur d'eau 30 ou peut être fixé mécaniquement sur le refroidisseur d'eau 30 avec interposition d'un joint d'étanchéité 40 visible sur la figure 6.
En particulier, le deuxième détendeur 17 de la figure 1 (non visible sur les figures 2, 3, et 6 à 9), peut être porté sur l'une des plaques de fermeture 35 du boîtier 33. Pour ce faire, le bloc de fixation 170 du détendeur 17 est prévu sur la plaque de fermeture 35.
La plaque de fermeture 35 forme ainsi une interface de support du deuxième détendeur 17. En particulier, la première tubulure 36 d'entrée peut déboucher sur la plaque de fermeture 35 au niveau de la sortie 17s du bloc de fixation 170 du deuxième détendeur 17 (voir figure 6). L'entrée 17e du bloc de fixation 170 du deuxième détendeur 17 est configurée pour être reliée à la boucle de climatisation 10, en particulier la sous-boucle secondaire 10B, en communication avec la deuxième vanne d'arrêt 15 selon l'exemple de la figure 1.
En ce qui concerne les deuxièmes tubulures 37 visibles sur les figures 2, 3, 6, 7 et 9, elles peuvent faire partie du boîtier 33. Dans ce cas, des éléments d'étanchéité, non représentés, peuvent être prévus entre les tubulures 37 et l'une des plaques de fermeture, ici la plaque de fermeture 35. Bien entendu, les deuxièmes tubulures 37 peuvent faire partie intégrante de la plaque de fermeture 35.
Les deuxièmes tubulures 37 pour la circulation du liquide de refroidissement comportent une deuxième tubulure 37 d'entrée reliée à une arrivée du liquide de refroidissement, et une deuxième tubulure 37 de sortie reliée à une sortie pour le liquide de refroidissement.
Les deuxièmes tubulures 37 communiquent par exemple avec des trous 38i aménagés sur l'une ou les deux plaques de fermeture fermant le boîtier 33 ; les trous 38i sont aménagés sur une seule plaque de fermeture, la plaque de fermeture 35 destinée à porter le deuxième détendeur 17, à savoir ici la plaque de fermeture 35 portant le bloc de fixation 170 du deuxième détendeur 17, dans l'exemple des figures 4, 6 et 7. Comme cela est mieux visible sur la figure 7, on peut aménager dans la plaque de fermeture 35, un canal de liaison 382 débouchant sur un trou 38 \ de la paroi externe de la plaque de fermeture 35 et d'autre part débouchant sur un trou 383 aménagé sur la paroi interne de la plaque de fermeture 35. On entend par paroi externe la paroi en contact avec le fond d'une demi-coque du boîtier 33 et par paroi interne la paroi opposée la plus proche des tubes 31, 32a, 32b.
Les trous 381 et 383 peuvent être alignés ou non. En particulier, les trous 38i et 383 peuvent être agencés de sorte qu'une deuxième tubulure 37 soit en communication fluidique avec l'intérieur de l'enroulement des tubes 32a et 32b et que l'autre deuxième tubulure 37 soit en communication fluidique avec l'extérieur de l'enroulement des tubes 32a et 32b. Autrement dit, l'un des trous 383 de la paroi interne peut déboucher à l'intérieur de l'enroulement des tubes 32a, 32b tandis que l'autre trou 383 peut déboucher à l'extérieur des enroulements des tubes 32a et 32b.
Par ailleurs, les deuxièmes tubulures 37 peuvent s'étendre de façon parallèle à l'axe d'enroulement X2.
Une deuxième tubulure 37 d'entrée est destinée à recevoir le liquide de refroidissement pompé de la boucle de régulation thermique de batterie 20. Après avoir circulé dans les deux deuxièmes tubes 32a, 32b et y avoir échangé de la chaleur avec le fluide réfrigérant circulant dans le premier tube 31, le liquide de refroidissement peut déboucher dans une deuxième tubulure 37 de sortie. Le liquide de refroidissement peut ensuite être entraîné à travers la deuxième tubulure 37 de sortie à l'extérieur du refroidisseur d'eau 30 en direction de l'échangeur de régulation thermique de batterie 25 (voir figure 1).
Les premières et deuxièmes tubulures 36 et 37 (voir figures 2 à 6) peuvent être agencées de sorte que les deux fluides circulent à contre-courant. Par exemple de façon non limitative, le fluide réfrigérant peut circuler dans les canaux du premier tube 31 de l'extérieur de la spirale vers l'intérieur, tandis que le liquide de refroidissement peut circuler dans les canaux des deuxièmes tubes 32a, 32b de l'intérieur de la spirale vers l'extérieur, ou inversement. Bien entendu, on peut aussi prévoir une circulation à co- courant des deux fluides.
On se réfère maintenant aux figures 8 et 9 qui montrent un exemple de réalisation du refroidisseur d'eau 30 comportant en outre au moins un dispositif chauffant intégré au sein du boîtier 33. Il s'agit notamment du dispositif chauffant 23 de la boucle de régulation thermique de batterie 20 de la figure 1.
Le dispositif chauffant 23 est agencé ou plongé à l'intérieur du volume interne défini par le boîtier 33 (figures 3 et 9). Autrement dit, le dispositif chauffant 23 est plongé dans le volume d'expansion du liquide de refroidissement.
Le dispositif chauffant 23 peut notamment être un dispositif de chauffage électrique. Ce dernier peut comporter par exemple une enveloppe à l'intérieur de laquelle est placée une résistance électrique. Dans l'exemple illustré sur les figures 3, 8 et 9, l'enveloppe du dispositif chauffant 23 est de forme sensiblement tubulaire.
On prévoit avantageusement un moyen de commande 27 (voir figures 2 et 3) permettant l'alimentation du dispositif chauffant 23. En référence à la figure 8, une extrémité du dispositif chauffant 23 peut être reliée à une piste de commande 28 du moyen de commande 27. Dans l'exemple illustré, le moyen de commande 27 (figures 2, 3) et donc la piste de commande 28 (visible sur les figures 8 et 9) peuvent être agencés sur la plaque de fermeture 34, opposée à la plaque de fermeture 35 destinée à porter le deuxième détendeur 17, dans cet exemple la plaque de fermeture 35 portant le bloc de fixation 170 du deuxième détendeur 17. On peut prévoir un logement 39 sur la plaque de fermeture 35 opposée pour recevoir l'extrémité du dispositif chauffant 23 non reliée à la piste de commande 28.
L'intégration du dispositif chauffant 23 directement au sein du refroidisseur d'eau 30 permet un gain de place. De plus, l'agencement du dispositif chauffant 23 dans la même enceinte ou même boîtier 33 que les tubes 31, 32a, 32b permet un chauffage optimisé du liquide de refroidissement.
Ainsi, par exemple lors d'un démarrage à froid, afin que la batterie ou le module de batterie atteigne le plus rapidement une température optimale de fonctionnement, la deuxième vanne d'arrêt 15 de la boucle de climatisation 10 peut être fermée de sorte qu'il n'y ait pas de fluide réfrigérant qui entre au niveau du refroidisseur d'eau 30. Le dispositif chauffant 23 au sein du refroidisseur d'eau 30 chauffe le liquide de refroidissement qui traverse le refroidisseur d'eau 30 sans échange thermique entre le liquide de refroidissement et le fluide réfrigérant au sein du refroidisseur d'eau 30. Le liquide de refroidissement chauffé arrive au niveau de l'échangeur de régulation thermique de batterie 25 pour réchauffer la batterie ou le module de batterie.
Par ailleurs, le refroidisseur d'eau 30 comprend un élément de protection tel qu'un bouchon 29. Ce bouchon 29 est agencé pour communiquer avec la deuxième boucle de régulation thermique de batterie 20. Le bouchon 29 assure le maintien de la pression préconisée pour la boucle de régulation thermique de batterie 20 au cours du fonctionnement. En effet, en cas de surpression interne au niveau du refroidisseur d'eau 30, le bouchon 29 s'ouvre permettant ainsi à l'air de s'échapper. Le bouchon 29 forme une « soupape de sécurité ».
Ainsi, l'intégration ou la combinaison de certains des composants du circuit de gestion thermique 1, comme notamment l'échangeur thermique 30 interposé entre les deux boucles 10 et 20 de ce circuit 1 et le vase d'expansion 24 pour le liquide de refroidissement de la boucle de régulation thermique de batterie 20, ainsi qu'éventuellement un détendeur 17 de la boucle de climatisation 10, et/ou encore un dispositif chauffant 23 de la boucle de régulation thermique de batterie 20, permet de réduire le nombre de composants du circuit de gestion thermique 1 et réduire le risque de fuites.
Ces différents composants forment un ensemble de gestion thermique compact qui peut être réalisé et assemblé de façon simple. Cet ensemble peut ensuite être simplement relié aux branches des deux boucles 10 et 20 du circuit de gestion thermique 1.

Claims

REVENDICATIONS
1. Circuit de gestion thermique (1), notamment pour véhicule automobile, ledit circuit (1) comprenant :
une première boucle (10) configurée pour être parcourue par un premier fluide, - une deuxième boucle (20) configurée pour être parcourue par un deuxième fluide, la deuxième boucle comprenant un vase d'expansion (24), et
un échangeur thermique (30) interposé entre les deux boucles (10, 20), l'échangeur thermique (30) comprenant au moins un tube (31, 32a, 32b) délimitant des canaux pour la circulation du premier fluide et du deuxième fluide, et au moins un boîtier (33) dans lequel est agencé ledit au moins un tube (31, 32a,
32b),
caractérisé en ce que l'échangeur thermique (30) et le vase d'expansion (24) sont réalisés d'une seule pièce, le vase d'expansion (24) étant formé par le volume interne délimité par le boîtier (33).
2. Circuit de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le boîtier (33) comprend au moins une plaque de fermeture (34, 35) formant support d'au moins un composant (170, 17, 27) du circuit de gestion thermique (1).
3. Circuit de gestion thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le boîtier (33) porte un détendeur (17) configuré pour être agencé dans la première boucle (10).
4. Circuit de gestion thermique (1) selon les revendications 2 et 3, dans lequel le détendeur (17) est agencé sur une plaque de fermeture (35) du boîtier (33).
5. Circuit de gestion thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'échangeur thermique (30) comprend un dispositif chauffant (23) configuré pour chauffer le deuxième fluide en provenance de la deuxième boucle (20) et agencé à l'intérieur du boîtier (33).
6. Circuit de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif chauffant (23) est un dispositif de chauffage électrique.
7. Circuit de gestion thermique (1) selon l'une des revendications 5 ou 6, comprenant un moyen de commande (27) du dispositif chauffant (23) agencé sur le boîtier (33).
8. Circuit de gestion thermique (1) selon l'une des revendications 3 ou 4 prise en combinaison avec la revendication 7, dans lequel le moyen de commande (27) est agencé sur une plaque de fermeture (34) du boîtier (33).
9. Circuit de gestion thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un tube (31, 32a, 32b) est enroulé en spirale.
10. Circuit de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel l'échangeur thermique (30) comporte :
un premier tube (31) comprenant des canaux de circulation pour le premier fluide et
- deux deuxièmes tubes (32a, 32b) comprenant des canaux pour le deuxième fluide et agencés de part et d'autre du premier tube (31),
l'ensemble des tubes (31, 32a, 32b) étant enroulés autour d'un axe d'enroulement (X2) de manière à définir des enroulements successifs.
11. Circuit de gestion thermique (1) selon les revendications 3 et 10, dans lequel l'échangeur thermique (30) comporte des premières tubulures (36) pour la circulation du premier fluide dans le premier tube (31), dont une première tubulure (36) d'entrée est agencée en communication fluidique avec le détendeur (17).
12. Circuit de gestion thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'échangeur thermique (30) comprend un bouchon (29) agencé pour communiquer avec la deuxième boucle (20).
13. Circuit de gestion thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
la première boucle (10) est une boucle de climatisation (10) configurée pour être parcourue par un fluide réfrigérant et
- la deuxième boucle (20) est une boucle de régulation thermique de batterie (20) configurée pour être parcourue par un liquide de refroidissement.
14. Échangeur thermique (30) pour un circuit de gestion thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant :
au moins un tube (31, 32a, 32b) délimitant des canaux pour la circulation du premier fluide et du deuxième fluide, et au moins un boîtier (33) dans lequel est agencé ledit au moins un tube (31, 32a, 32b),
caractérisé en ce que le boîtier (33) définit un volume interne d'expansion pour un fluide dudit circuit (1), de manière à former un vase d'expansion (24).
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019162599A1 (fr) * 2018-02-21 2019-08-29 Arkema France Utilisation du 2,3,3,3-tetrafluoropropene pour le prechauffage d'une batterie d'un vehicule electrique ou hybride
WO2019162598A1 (fr) * 2018-02-21 2019-08-29 Arkema France Utilisation du 2,3,3,3-tetrafluoropropene pour le maintien de la temperature d'une batterie d'un vehicule electrique ou hybride
FR3098221A1 (fr) * 2019-07-05 2021-01-08 Arkema France Utilisation du 2,3,3,3-tétrafluoropropène pour le chauffage d’une batterie au lithium
FR3098222A1 (fr) * 2019-07-05 2021-01-08 Arkema France Utilisation du 2,3,3,3-tétrafluoropropène pour le refroidissement d’une batterie comportant une électrode positive de type oxyde

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3446007A1 (de) * 1983-12-28 1985-07-11 Valeo, Paris Wasserkasten- und ausdehnungsgefaessvorrichtung fuer einen waermetauscher, insbesondere einen kuehler eines kraftfahrzeuges
GB2324367A (en) * 1997-04-15 1998-10-21 Cummins Engine Co Inc Heat exchanger and expansion tank for marine engines
EP1420223A1 (fr) * 2002-11-15 2004-05-19 DENSO THERMAL SYSTEMS S.p.A. Un radiateur pour véhicules automobiles avec tuyauterie intégrée dans un réservoir collecteur
WO2009115284A1 (fr) * 2008-03-20 2009-09-24 Valeo Systemes Thermiques Echangeur de chaleur et ensemble integre de climatisation comprenant un tel echangeur
WO2016001418A1 (fr) * 2014-07-03 2016-01-07 Valeo Systemes Thermiques Echangeur thermique à double circulation et installation de gestion thermique correspondante
WO2016135245A1 (fr) * 2015-02-26 2016-09-01 Valeo Systemes Thermiques Circuit de climatisation transcritique à vase d'expansion intégré

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3446007A1 (de) * 1983-12-28 1985-07-11 Valeo, Paris Wasserkasten- und ausdehnungsgefaessvorrichtung fuer einen waermetauscher, insbesondere einen kuehler eines kraftfahrzeuges
GB2324367A (en) * 1997-04-15 1998-10-21 Cummins Engine Co Inc Heat exchanger and expansion tank for marine engines
EP1420223A1 (fr) * 2002-11-15 2004-05-19 DENSO THERMAL SYSTEMS S.p.A. Un radiateur pour véhicules automobiles avec tuyauterie intégrée dans un réservoir collecteur
WO2009115284A1 (fr) * 2008-03-20 2009-09-24 Valeo Systemes Thermiques Echangeur de chaleur et ensemble integre de climatisation comprenant un tel echangeur
WO2016001418A1 (fr) * 2014-07-03 2016-01-07 Valeo Systemes Thermiques Echangeur thermique à double circulation et installation de gestion thermique correspondante
WO2016135245A1 (fr) * 2015-02-26 2016-09-01 Valeo Systemes Thermiques Circuit de climatisation transcritique à vase d'expansion intégré

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019162599A1 (fr) * 2018-02-21 2019-08-29 Arkema France Utilisation du 2,3,3,3-tetrafluoropropene pour le prechauffage d'une batterie d'un vehicule electrique ou hybride
WO2019162598A1 (fr) * 2018-02-21 2019-08-29 Arkema France Utilisation du 2,3,3,3-tetrafluoropropene pour le maintien de la temperature d'une batterie d'un vehicule electrique ou hybride
FR3098221A1 (fr) * 2019-07-05 2021-01-08 Arkema France Utilisation du 2,3,3,3-tétrafluoropropène pour le chauffage d’une batterie au lithium
FR3098222A1 (fr) * 2019-07-05 2021-01-08 Arkema France Utilisation du 2,3,3,3-tétrafluoropropène pour le refroidissement d’une batterie comportant une électrode positive de type oxyde
WO2021005277A1 (fr) * 2019-07-05 2021-01-14 Arkema France Utilisation du 2,3,3,3-tétrafluoropropène pour le chauffage d'une batterie au lithium
WO2021005276A1 (fr) * 2019-07-05 2021-01-14 Arkema France Utilisation du 2,3,3,3-tétrafluoropropène pour le refroidissement d'une batterie comportant une électrode positive de type oxyde
CN114080440A (zh) * 2019-07-05 2022-02-22 阿科玛法国公司 2,3,3,3-四氟丙烯用于加热锂电池组的用途
CN114080714A (zh) * 2019-07-05 2022-02-22 阿科玛法国公司 2,3,3,3-四氟丙烯用于冷却具有氧化物型正极的电池组的用途

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