WO2022002619A1 - Echangeur de chaleur monobloc comprenant au moins deux blocs d'échange de chaleur - Google Patents

Echangeur de chaleur monobloc comprenant au moins deux blocs d'échange de chaleur Download PDF

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WO2022002619A1
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Valeo Systemes Thermiques
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Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger and a thermal installation comprising a plurality of fluid circuits and such a heat exchanger common to these circuits.
  • a motor vehicle is conventionally equipped with a thermal installation comprising at least one refrigerant circuit and which can in particular allow the supply of fresh air to the passenger compartment in an air conditioning function.
  • ORC organic Rankine cycle
  • thermal installations with double loops which have a heat exchanger and a turbo compressor assembly common to the two loops, and which alternately make it possible to recover energy and to cool an outside air for the supply. fresh air from the passenger compartment.
  • thermal installations include a first fluid circuit within which circulates a first refrigerant fluid and a second fluid circuit within which circulates a second refrigerant fluid.
  • the first fluid is for example a heat transfer liquid, in particular glycol water or the like.
  • the second fluid is for example a refrigerant fluid, such as carbon dioxide, Ri34a, HFO-i234yf or the like.
  • the first circuit is a closed circuit comprising a turbine inside which the first fluid passes, so that mechanical energy is generated which can be transformed into usable electrical energy. for recharging vehicle batteries.
  • the first circuit also comprises a first heat exchanger, specific to this first circuit and which is configured so that the first refrigerant fluid captures heat from a cooling liquid, such as the cooling liquid of a heat engine of the motor vehicle, the first heat exchanger forming an evaporator configured so that the first fluid cools the coolant.
  • a cooling liquid such as the cooling liquid of a heat engine of the motor vehicle
  • the first heat exchanger forming an evaporator configured so that the first fluid cools the coolant.
  • the first refrigerant fluid is vaporized and its expansion during its passage through the turbine makes it possible to generate the creation of mechanical energy mentioned above.
  • the heat exchanger common to the two loops allows the first fluid to transfer residual heat to an outside air flow, prior to the readmission of the first refrigerant fluid inside the first heat exchanger.
  • the second circuit is a closed circuit configured as an air conditioning loop within which the second refrigerant circulates.
  • the second circuit comprises a portion common to the first circuit, this common portion comprising a turbine-compressor assembly as well as the heat exchanger.
  • the second circuit also includes a second heat exchanger which is configured to cool an internal air flow intended to be admitted inside a passenger compartment of the motor vehicle.
  • the second fluid is susceptible to being compressed by the compressor, and then the second fluid gives up heat at constant pressure to the external air flow inside the heat exchanger.
  • the second fluid then undergoes an expansion inside an expansion member, before passing through the second heat exchanger to capture calories from the internal air flow.
  • the common portion must thus include at its inlet a first system of valves which allows either the first fluid or the second fluid to circulate inside the common portion, and at its outlet a second system of valves which allows either a circulation. of the first fluid to the pump of the first circuit, that is to say a circulation of the second fluid towards the expansion member which the second circuit comprises.
  • the common portion must also include several bypass branches, including a first bypass branch and a second bypass branch mounted in parallel with each other and which extend between the first valve system and an inlet of the turbine. , respectively of the compressor, and including a third bypass branch and a fourth bypass branch mounted in parallel with each other and which extend between an outlet of the turbine, respectively of the compressor, and the heat exchanger .
  • the present invention improves the situation by proposing a heat exchanger which is configured to allow simultaneous use of the first circuit and of the second circuit and thus allow a reduction of carbon dioxide emissions by the motor vehicle in all circumstances of use of the air conditioning loop.
  • An exchanger of the present invention is a one-piece heat exchanger which comprises at least two heat exchange blocks, including a first heat exchange block comprising a first circulation path of a first refrigerant fluid and a second heat exchange unit comprising a second circulation path for a second refrigerant fluid, each heat exchange unit being configured to allow heat exchange between the corresponding refrigerant fluid and a heat transfer fluid.
  • the first heat exchange unit and the second heat exchange unit comprise portions of a circulation channel communicating with each other so as to present a common heat transfer fluid circulation channel, which extends into the exchanger. of heat between a single heat transfer fluid inlet fitted to any one of the first heat exchange unit and of the second heat exchange unit and at least one heat transfer fluid outlet fitted to any other of the first heat exchange unit heat exchanger and the second heat exchange block.
  • the heat exchanger thus comprises a third circulation path specific to the circulation of a third fluid, namely a heat transfer fluid, distinct from the two refrigerant fluids, the heat exchange units being arranged to allow a heat exchange between on the one hand the first fluid and the third fluid, and on the other hand between the second fluid and the third fluid.
  • the first circulation path of the first refrigerant fluid extends between a first refrigerant fluid inlet and a first refrigerant fluid outlet which equip the first heat exchange block.
  • the second circulation path for the second refrigerant fluid extends between a second refrigerant fluid inlet and a second refrigerant fluid outlet which equip the second heat exchange unit.
  • the heat transfer fluid circulation channel in the heat exchanger is thus particular in that the inlet and an outlet are arranged on either side of the compartmentalization wall.
  • the heat exchanger is one-piece in the sense that the heat exchange blocks constituting the heat exchanger cannot be separated from one another without causing destruction of at least one of the heat exchanger blocks. heat exchange.
  • the heat exchanger advantageously comprises any one at least of the following technical characteristics, taken alone or in combination:
  • the heat exchanger has a compartmentalization plate arranged between the two heat exchange blocks;
  • the heat exchanger extends longitudinally between a first cheek and a second cheek, the compartmentalization plate extending a non-zero longitudinal distance from the first cheek and a non-zero longitudinal distance from the second cheek; in other words, the first heat exchange block is longitudinally bordered on one side by the first cheek and on the other side by the compartmentalization plate, and the second heat exchange block is longitudinally bordered by 'one side by the compartmentalization plate and on the other side by the second cheek;
  • the compartmentalization plate has at least one passage opening constituting the heat transfer fluid circulation channel within the heat exchange; in other words, the through hole allows fluid communication between the portions of the coolant circulation channel respectively arranged in one and the other of the heat exchange blocks;
  • the passage orifice is sized to form a passage with a constant flow rate of the heat transfer fluid
  • the compartmentalization plate isolates the first circulation path of the first refrigerant fluid and the second circulation path of the second refrigerant fluid; the first exchange unit and the second exchange unit are respectively provided with a bottle for dehydrating the refrigerant fluid circulated in the corresponding exchange unit;
  • the compartmentalization plate comprises a flow regulation orifice between the first circulation path of the first refrigerant fluid formed in the first heat exchange block and the second circulation path of the second refrigerant fluid formed in the second exchange block heat ;
  • the flow regulation orifice has a dimension in the plane of the compartmentalization plate which is less than or equal to 5% of the corresponding dimension of the at least one passage opening;
  • the flow regulation orifice is configured to allow passage of a transit flow rate of any one of the first refrigerant fluid and of the second refrigerant fluid through the flow regulation orifice, the transit flow being lower at 5% of any one of a first flow rate of the first refrigerant fluid within the first circulation path and a second flow rate of the second refrigerant fluid within the second circulation path;
  • the flow control orifice is configured to allow passage of a transit flow of the order of 1% of any one of the first flow and of the second flow;
  • the heat exchanger is a plate exchanger comprising the compartmentalization plate and exchange plates which are assembled together by brazing, the compartmentalization plate being interposed between a first set of plates forming the first exchange block and a second set of plates forming the second exchange block;
  • the constituent exchange plates of the first heat exchange unit are identical to the constituent exchange plates of the second heat exchange block;
  • each exchange plate has an opening bordered by a collar allowing the production of a duct substantially perpendicular to the plates capable of distributing the heat transfer fluid between different plates in the direction of or from the compartmentalization plate, and in which the orifice of passage formed in the compartmentalization plate is arranged in the continuity of the duct produced by the plurality of openings of the exchange plates; This ensures a constant flow coolant passage from one heat exchange block to another.
  • the subject of the invention is also a thermal installation fitted to a motor vehicle and comprising at least one such heat exchanger.
  • the thermal installation comprises a first circuit comprising at least the first circulation path of the heat exchanger and a first heat exchanger, a second circuit comprising at least the second circulation path of the heat exchanger. heat exchanger and a second heat exchanger and a third circuit comprising at least the heat transfer fluid circulation channel of the heat exchanger and a third heat exchanger.
  • the subject of the invention is also a method of heat treatment of an air flow intended to enter the passenger compartment of a vehicle and of energy recovery for supplying drive and / or drive means.
  • electrical energy storage member of this vehicle by means of a thermal installation as previously mentioned, during which the circulation of the refrigerant fluid specific to each circuit is simultaneously implemented.
  • FIG. l shows a thermal installation according to the present invention, comprising in particular a heat exchanger at the connection of two refrigerant fluid circuits and a heat transfer fluid circuit;
  • FIG. 2 schematically shows a first variant of a first embodiment of a heat exchanger constituting the thermal installation as illustrated in Figure i;
  • FIG. 3 schematically shows a second variant of a first embodiment of a heat exchanger constituting the thermal installation as illustrated in Figure 1;
  • FIG. 4 is a sectional view of a heat exchanger as shown schematically in Figure 2 or 3;
  • FIG. 5 schematically shows a second embodiment of a heat exchanger constituting the thermal installation as illustrated in Figure 1;
  • FIG. 6 is a sectional view of a heat exchanger as shown schematically in Figure 5.
  • a thermal installation 100 intended to equip a motor vehicle, comprises a first circuit 101 of refrigerant fluid inside which circulates a first refrigerant fluid 111 and a second circuit 102 of refrigerant fluid at the inside. 'Inside which circulates a second refrigerant fluid 112.
  • the first circuit 101 and the second circuit 102 are independently fluidly, with two separate refrigerant fluids, so as to allow these two circuits 101, 102 to operate simultaneously.
  • the first circuit 101 and the second circuit 102 are configured to pass through a heat exchanger 1 which is common to the two circuits 101, 102, but which has two heat exchange blocks 11, 12 allowing independent circulation in one of the two blocks. of each of the refrigerant fluids.
  • the first fluid 111 and the second fluid 112 are advantageously refrigerants such as carbon dioxide, Ri34a, HFO-i234yf or the like.
  • the two refrigerant fluids 111, 112 are distinct from one another, so as to have characteristics which can be adapted to the function of the circuit.
  • the first circuit 101 is a closed circuit, comprising a turbine 2, inside which the first fluid 111 undergoes a thermodynamic cycle. These arrangements aim to allow heat recovery in order to rotate the turbine 2, so that this recovered heat is converted into mechanical energy, by means of the turbine 2, which generates a rotation of the drive shaft. 25 integral with the turbine.
  • the first circuit 101 comprises a first pump 3, to circulate the first refrigerant fluid 111 inside the first circuit 101, and a first heat exchanger 4, functioning as an evaporator, which is configured to be also traversed by a cooling liquid 114, such as the cooling liquid of a heat engine, circulating inside a cooling loop 104.
  • a cooling liquid 114 such as the cooling liquid of a heat engine
  • the first heat exchanger 4 is configured to allow heat exchange between the first refrigerant 111 and cooling liquid 114, and more particularly to allow the first fluid 111 to capture heat and cool the cooling liquid 114.
  • the previously mentioned turbine 2 is arranged downstream of the first heat exchanger 4 so as to be able to transform the heat recovered by the first heat exchanger 4 into mechanical energy.
  • the first circuit 101 also comprises the heat exchanger 1, and more particularly the first heat exchange unit 11, which is arranged so that the first refrigerant fluid 111 transfers residual calories to a heat transfer fluid.
  • the first coolant 111 is circulated in the first circuit 101 via the first pump 3, then collects heat from the cooling liquid 114 inside the first exchanger thermal 4, then transfers calories to the level of the turbine 2 to generate mechanical energy to the drive arm 25, then transfers the residual heat to the coolant 113 before returning to the first pump 3.
  • the heat transfer fluid 113 may for example consist of glycol water.
  • the second circuit 102 is a closed circuit configured as an air conditioning loop inside which circulates the second refrigerant fluid 112.
  • the second circuit 102 comprises a compressor 5, mounted on the drive shaft 25 also associated with the turbine 2, the implementation of which makes it possible to circulate the second refrigerant fluid 112 inside the second circuit 102.
  • the second circuit 102 also comprises the heat exchanger 1, and more particularly the second heat exchange unit 12 , which is configured to allow heat exchange between the second coolant 112 and the coolant 113 circulating inside the coolant circuit 103 previously mentioned.
  • the second circuit 102 also comprises an expansion member 6 inside which the second coolant 112 undergoes expansion and a second heat exchanger 7 which is configured to allow an exchange of calories between an internal air flow 8 to be cooled before to be admitted inside a passenger compartment of the motor vehicle.
  • the second refrigerant fluid 112 is compressed by the implementation of the compressor 5, and directed towards the heat exchanger 1 and more particularly the second heat exchange unit, so that the second refrigerant fluid 112 gives way. at constant pressure from heat to the coolant 113 inside the heat exchanger 1.
  • the second coolant 112 undergoes an expansion inside the expansion member 6, before the second coolant 112 captures calories from the internal air flow 8 inside the second heat exchanger 7 and continues to flow towards the compressor 5.
  • the heat transfer fluid circuit 103 or third circuit 103, comprises a second pump 9 for circulating the heat transfer fluid 113 inside this third circuit 103, a third heat exchanger 10, functioning as a radiator, capable of heating a flow of 'internal air 8 passing through the third heat exchanger 10 from the heat recovered at heat exchanger 1.
  • the heat exchanger 1 has a particular structure and arrangement which are described, according to several examples and variant embodiments, with reference to FIGS. 2 to 6.
  • the heat exchanger 1 is a one-piece exchanger which comprises, in one piece, two heat exchange blocks 11, 12 among which, as mentioned above, a first heat exchange block 11 and a second heat exchange unit 12. It is understood by the monobloc nature of the heat exchanger 1 that a dissociation from one another of the first heat exchange unit 11 and of the second heat exchange unit. heat 12 causes deterioration of the heat exchanger 1 and non-operation of the latter.
  • the two heat exchange blocks are assembled together via a partition plate 30 which is arranged between the two blocks.
  • the compartmentalization plate 30 is in contact with each of the two heat exchange blocks and it thus participates in delimiting both the volume of the first heat exchange block 11 and the volume of the heat exchange unit. second heat exchange unit 12.
  • the compartmentalization plate 30 is particular according to the invention in that it comprises at least one passage orifice 31, 32 allowing fluid communication of the heat transfer fluid of a block of heat exchange to each other. It will be described in particular that this at least one passage orifice is specific in that it allows the passage of heat transfer fluid, at a substantially constant flow rate, from one heat exchange unit to the other.
  • the two heat exchange units 11, 12 are arranged to allow heat exchange between on the one hand the first coolant 111 and the coolant 113, and on the other hand the second coolant 112 and the third coolant 113 .
  • the heat exchanger 1 comprises a first circulation path 21 of the first refrigerant fluid 111 which extends between a first refrigerant fluid inlet 21a and a first refrigerant fluid outlet 21b which equip the first exchange unit. heat 11.
  • this inlet and this outlet are arranged on a common face of the first heat exchange unit, on a face opposite to the compartmentalization plate 30.
  • the heat exchanger 1 also comprises a second circulation path 22 of the second refrigerant fluid 112 which extends between a second refrigerant fluid inlet 22a and a second refrigerant fluid outlet 22b which equip the second heat exchange unit 12.
  • this inlet and this outlet are arranged on a common face of the second heat exchange unit, on the opposite side. of the compartmentalization plate 30.
  • the heat exchanger 1 can in particular be defined longitudinally between a first cheek 13 and a second cheek 14, with the compartmentalization plate 30 arranged between the two, without it being necessary for the invention that the distance between the first cheek 13 and compartmentalization plate 30, i.e. the dimension of the first heat exchange unit 11, is equal to the distance between the second cheek 14 and compartmentalization plate 30, i.e. the dimension of the second heat exchange block 12.
  • the compartmentalization plate 30 extends mainly in a main elongation plane arranged perpendicular to the longitudinal direction of the heat exchanger, and the distance between a cheek and the plate is understood as the distance between the cheek and the main flat shape of the plate extending in that main aspect plane.
  • the schematic figures, for example Figures 2 and 3 show a heat exchanger with two exchange blocks of the same longitudinal dimension while Figure 4 illustrates a heat exchanger with secondary exchange blocks. different longitudinal dimensions.
  • the first circulation path 21 and the second circulation path 22 are isolated from each other by the presence of the compartmentalization wall 30. No communication is provided between these circulation paths so that the first coolant 111 remains exclusively in the first circulation path 21 and the second refrigerant fluid 112 remains exclusively in the second circulation path 22.
  • Such an arrangement can in particular make it possible to manage the use of two separate refrigerant fluids in the thermal installation 100 mentioned above.
  • each dehydration bottle can be connected to the corresponding heat exchange unit upstream of the latter or in an intermediate connection, namely between two branches for the circulation of refrigerant fluid within the unit. heat exchange, to make it possible to perform a sub-cooling function.
  • the heat exchanger 1 comprises a circulation channel 23, shown in dotted lines in the figures, for the coolant 113, intended to exchange calories with both the first coolant in the first heat exchange unit and with the heat exchanger.
  • second refrigerant fluid in the second heat exchange unit The circulation channel 23 extends between a single coolant inlet 23a, fitted to one of the two heat exchange blocks, and at least one coolant outlet 23b fitted to the other heat exchange block.
  • the single heat transfer fluid inlet 23a equips the second exchange unit 12 and a single heat transfer fluid outlet 23b is provided, therefore equipping the other exchange unit, namely the first exchange boc 11.
  • first cheek 13 of the heat exchanger 1 is equipped with the first coolant inlet 21a and the first coolant outlet 21b, as well as the coolant outlet 23b, while the second cheek 14 is provided with the second coolant inlet 22a and the second coolant outlet 22b, as well as the coolant inlet 23a.
  • the compartmentalization plate 30 has two passage openings 31, 32 to allow passage of the third fluid 113 from one of the heat exchange blocks 11, 12 to the other of the heat exchange blocks 11, 12.
  • the compartmentalization plate 30 has a first face 301, facing the first heat exchange unit 11, and a second face 302, facing the second heat exchange unit 12, and the plate compartment is crossed, in two distinct zones, by two passage openings which extend from the first face 301 to the second face 302.
  • An example of the shape and dimension of the passage orifices 31, 32 will be described in more detail below. -after with reference to Figure 4.
  • the passage orifices 31, 32 allow the passage of heat transfer fluid, at a substantially constant flow rate, from the first heat exchange unit 11 to the second heat exchange unit 12. It is thus possible to define a first portion 231 of the circulation channel. which extends in the first heat exchange unit 11 between the heat transfer fluid inlet tunnel and the compartmentalization plate 30, and a second portion 232, which extends in continuity with the first portion, on the other side of the compartmentalization plate in the second heat exchange unit 12, in the direction of the coolant outlet.
  • the first circulation path 21 of the first coolant 111 and the circulation channel 23 of the heat transfer fluid 113 are arranged so that the first coolant 111 present inside the first circulation path 21 exchanges calories with the coolant 113 present inside the first portion 231 of the circulation 23.
  • the second circulation path 22 of the second coolant 112 and the circulation channel 23 of the heat transfer fluid 113 are arranged so that the second coolant 112 present inside the second circulation path 22 exchanges calories with the heat transfer fluid 113 present inside the second portion 232 of the circulation channel 23.
  • the first circulation path 21 comprises several circulation branches of the first refrigerant 210 and the circulation channel 23 also comprises several circulation branches of the heat transfer fluid 230, a circulation branch of the first refrigerant fluid 210 being interposed between two circulation branches of the heat transfer fluid 230 and a circulation branch of the heat transfer fluid 230 being interposed between two circulation branches of the first coolant 210.
  • the heat exchange between the first coolant 210 and the coolant 230 is made through the thickness of the wall participating in delimiting the branch on either side of which the two fluids circulate.
  • the second circulation path 22 also comprises several circulation branches of the second refrigerant fluid 220, a circulation branch of the second refrigerant fluid 220 being interposed between two circulation branches of the heat transfer fluid 230 and a circulation branch of the heat transfer fluid 230 being interposed between two circulation branches of the second refrigerant fluid 220.
  • this results in an alternating circulation of the two fluids on this stack of branches and the heat exchange takes place from branch to branch between second refrigerant fluid and heat transfer fluid .
  • the heat transfer fluid enters the second heat exchange unit 12 via the single coolant inlet 23a, and is pushed along a first duct, arranged in the longitudinal extension of this inlet, in the direction of the compartmentalization plate 30, by fluidly distributing each of the heat transfer fluid circulation branches 230.
  • a second duct collects the heat transfer fluid at the opposite end of the fluid circulation branches coolant and directs it to the compartmentalization plate.
  • the heat exchanger is configured so that a first passage orifice 31 is arranged in the longitudinal continuity of the first duct and so that the second passage orifice 32 is arranged in the longitudinal continuity of the second duct.
  • each of the passage orifices 31, 32 is dimensioned so that the passage of heat transfer fluid through the compartmentalization plate 30 is carried out at a constant flow rate.
  • the first duct and the second duct form the second portion 232 of the distribution channel.
  • the heat exchanger is this time equipped with two coolant outlets 23b, 23c. More particularly, the single heat transfer fluid inlet 23a equips the second exchange unit 12 and a first heat transfer fluid outlet 23b equips as previously the other exchange block, namely the first exchange unit 11 while a second coolant outlet 23b equips the second exchange unit.
  • first cheek 13 of the heat exchanger 1 is equipped with the first coolant inlet 21a and the first coolant outlet 21b, as well as the first coolant outlet 23b, while the second cheek 14 is provided with the second coolant inlet 22a and the second coolant outlet 22b, as well as the coolant inlet 23a and the second coolant outlet 23c.
  • the compartmentalization plate 30 which here only has a single passage orifice 31 configured to allow passage of the heat transfer fluid 113, at a substantially constant flow rate, from one of the heat exchange blocks. 11, 12 to the other of the heat exchange blocks 11, 12.
  • the heat transfer fluid enters the second heat exchange unit 12 via the single coolant inlet 23a, and is pushed along a first duct, arranged in the longitudinal extension of this inlet, in the direction of the compartmentalization plate 30, by fluidly distributing each of the heat transfer fluid circulation branches 230.
  • a second duct collects the heat transfer fluid at the opposite end of the heat transfer fluid circulation branches and directs the latter to the second refrigerant fluid outlet 23c, opposite the compartmentalization plate.
  • the heat exchanger is configured so that the first passage orifice 31 is arranged in the longitudinal continuity of the first duct. As has been specified, this passage orifice 31 is dimensioned so that the passage of heat transfer fluid through the compartmentalization plate 30 is carried out at a constant flow rate. In what has just been described, the first duct and the second duct form the second portion 232 of the distribution channel. Once past the compartmentalization plate 30, the heat transfer fluid flows into the first portion 231 of the distribution channel, heading towards the first heat transfer fluid outlet 23b equipping the first heat exchange unit, in accordance with what has been described with reference to the first variant.
  • FIG. 4 through the sectional view, makes it possible to make visible the structure of the various traffic branches.
  • the heat exchanger is here a plate exchanger comprising the compartmentalization plate 30 and exchange plates 40 which are assembled together by brazing.
  • Each plate has a substantially planar exchange wall, provided as shown with a plurality of reliefs to increase the heat exchange surface during the circulation of fluids between the plates.
  • Each substantially planar wall of an exchange plate 40 is bordered by a curved peripheral edge so as to facilitate stacking of the plates and the peripheral sealing of the assembly after brazing.
  • Each exchange plate comprises, at its substantially planar wall, at least one opening 41 bordered by a collar 42.
  • the assembly of the plates exchange on each other thus makes it possible to achieve, by continuation of the collars step by step, a duct substantially perpendicular to the plates capable of guiding the circulation of the corresponding fluid between a heat transfer fluid inlet or outlet opposite which the duct is arranged and the compartmentalization plate.
  • conduits are thus formed, by the alignment of several openings arranged in the exchange plates, to form a portion 231, 232 of the heat transfer fluid circulation channel 23, and to form by elsewhere a path for the circulation of refrigerant fluid 21, 22.
  • the passage orifice 31 formed in the compartmentalization plate 30 is arranged in the continuity of the duct forming a portion 231, 232 of the circulation channel of heat transfer fluid 23.
  • the orifice passage advantageously has a shape and dimensions similar to those of the openings 41 participating in defining the dimension of the heat transfer fluid circulation channel 23. In this way, it is ensured of a heat transfer fluid passage from a block of heat exchange to each other, at constant rate.
  • the through hole is sized to ensure a controlled distribution between the two blocks.
  • the value of this calibration must be determined according to the hydraulic characteristics of the related heat transfer circuits.
  • the hole is made through the compartmentalization plate, being sized to allow flow regulation in either of the heat exchange blocks when needed.
  • the hole, or flow rate regulating orifice, 33 is configured to allow low flow rate circulation of the any one of the first refrigerant fluid 111 and of the second refrigerant fluid 112 in the direction of the heat exchange unit which is not associated therewith.
  • the flow regulating orifice 33 has a main dimension, in the main plane of the compartmentalization plate 30, which is smaller than the corresponding main dimension of each of the passage orifices 31, 32.
  • each orifice is delimited by an edge arranged in the compartmentalization plate having a cylindrical shape of circular section, so that the main dimension of the corresponding orifice is a diameter.
  • the main dimension of the flow regulating orifice 33 has a value which may be less than or equal to 5% of the value of the corresponding main dimension of the passage orifice 31, 32 considered. In this way, in accordance with what was mentioned above, the circulation of refrigerant fluid through the flow rate regulating orifice 33 takes place at a lower flow rate than that of the circulation of heat transfer fluid through the flow orifice. passage 31, 32.
  • the flow rate regulation orifice 33 has a shape and dimensions such that it allows a transit flow rate D through the compartmentalization plate 30 which is less than or equal to 5%, and in particular substantially equal to 1%. , any one of a first flow Di of the first refrigerant fluid 111 inside the first circulation path 21 and of a second flow D2 of the second refrigerant fluid 112 inside the second circulation path 22.
  • such a communication allowing the two circuits to be filled in a single operation and come to the aid of one of the heat exchange units in the event of a leak, for example, allows the implementation of a exchanger equipped with a single dehydration bottle 51, here attached to the first heat exchange unit 11, without this limiting the invention.
  • Such a ratio between the circulation rate of the refrigerant fluids through the heat exchange unit which is specific to them and the circulation rate made possible through the compartmentalization plate makes it possible to maintain the independent circulation in one of the two blocks of each. refrigerant fluids. It is understood that in the absence of a leak, the refrigerant fluids continue to flow in the block which is specific to them without mixing with the portion of refrigerant fluid circulating in the other block, and that even in the event of passage of refrigerant, the flow rate is so limited that communication is negligible compared to independent circulations.
  • the heat exchanger comprises at least these two heat exchange units configured to be traversed by the same fluid coolant
  • the invention aims to provide a heat exchanger which is supplied by a single coolant fluid and which allows two separate heat treatments to be implemented simultaneously, with a circuit provided with its own refrigerant fluid.
  • the arrangements described above are such that the thermal installation is capable of simultaneously implementing two separate heat treatments with a common heat exchanger.

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur de chaleur (1) monobloc qui comprend au moins deux blocs d'échange de chaleur (11, 12), dont un premier bloc d'échange de chaleur (11) comportant un premier chemin de circulation (21) d'un premier fluide réfrigérant (111) et un deuxième bloc d'échange de chaleur (12) comportant un deuxième chemin de circulation (22) d'un deuxième fluide réfrigérant (112), chaque bloc d'échange de chaleur étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant correspondant et un fluide caloporteur, caractérisé en ce que le premier bloc d'échange de chaleur et le deuxième bloc d'échange de chaleur comportent des portions d'un canal de circulation communiquant entre elles de manière à présenter un canal de circulation (23) de fluide caloporteur commun, qui s'étend dans l'échangeur de chaleur entre une unique entrée de fluide caloporteur (23a) équipant l'un quelconque du premier bloc d'échange de chaleur (11) et du deuxième bloc d'échange de chaleur (12) et au moins une sortie de fluide caloporteur (23b) équipant l'autre quelconque du premier bloc d'échange de chaleur (11) et du deuxième bloc d'échange de chaleur (12).

Description

Description
Titre : Echangeur de chaleur monobloc comprenant au moins deux blocs d'échange de chaleur
La présente invention concerne un échangeur de chaleur et une installation thermique comprenant une pluralité de circuits de fluide et un tel échangeur de chaleur commun à ces circuits.
Un véhicule automobile est classiquement équipé d’une installation thermique comprenant au moins un circuit de fluide réfrigérant et qui peut notamment permettre l’alimentation en air frais de l’habitacle dans une fonction d’air conditionné.
On connaît également l’application de machine à cycle de Rankine organique (ORC), notamment dans les véhicules électriques ou hybrides, pour générer, via la transformation d’un apport de chaleur d’un fluide caloporteur dans une turbine, une énergie électrique susceptible de recharger les dispositifs d’alimentation électrique embarqués du véhicule.
Dans ce double contexte, on connaît des installations thermiques à double boucles, qui présentent un échangeur de chaleur et un ensemble turbo compresseur commun aux deux boucles, et qui permettent alternativement de récupérer de l’énergie et de refroidir un air extérieur pour l’alimentation en air frais de l’habitacle.
Plus particulièrement, de telles installations thermiques comprennent un premier circuit de fluide à l’intérieur duquel circule un premier fluide réfrigérant et un deuxième circuit de fluide à l’intérieur duquel circule un deuxième fluide réfrigérant. Le premier fluide est par exemple un liquide caloporteur, eau glycolée notamment ou analogue. Le deuxième fluide est par exemple un fluide réfrigérant, tel que du dioxyde de carbone, du Ri34a, du HFO-i234yf ou analogue.
Le premier circuit est un circuit fermé comprenant une turbine à l’intérieur duquel le premier fluide passe, de telle sorte qu’est générée une énergie mécanique susceptible d’être transformée en énergie électrique exploitable pour la recharge des batteries du véhicule. Le premier circuit comprend par ailleurs un premier échangeur thermique, spécifique à ce premier circuit et qui est configuré pour que le premier fluide réfrigérant capte des calories à un liquide de refroidissement, tel que le liquide de refroidissement d’un moteur thermique du véhicule automobile, le premier échangeur thermique formant un évaporateur configuré pour que le premier fluide refroidisse le liquide de refroidissement. De la sorte, le premier fluide réfrigérant est vaporisé et sa détente lors de son passage dans la turbine permet de générer la création d’énergie mécanique évoquée précédemment. En sortie de turbine, l’échangeur de chaleur commun aux deux boucles permet au premier fluide de céder des calories résiduelles à un flux d’air extérieur, préalablement à la réadmission du premier fluide réfrigérant à l’intérieur du premier échangeur thermique.
Le deuxième circuit est un circuit fermé configuré en une boucle de climatisation à l’intérieur de laquelle circule le deuxième fluide réfrigérant. Le deuxième circuit comprend une portion commune au premier circuit, cette portion commune comprenant un ensemble turbine-compresseur ainsi que l’échangeur de chaleur. Le deuxième circuit comprend également un deuxième échangeur thermique qui est configuré pour refroidir un flux d’air interne destiné à être admis à l’intérieur d’un habitacle du véhicule automobile.
Ainsi, le deuxième fluide est susceptible d’être comprimé par le compresseur, puis le deuxième fluide cède à pression constante de la chaleur au flux d’air extérieur à l’intérieur de l’échangeur de chaleur. Le deuxième fluide subit alors une détente à l’intérieur d’un organe de détente, avant de passer dans le deuxième échangeur thermique pour capter des calories au flux d’air interne.
On comprend que la branche commune, avec un ensemble qui doit travailler en turbine ou en compresseur selon que le premier ou le deuxième fluide réfrigérant circule, ne peut être mise en œuvre qu’alternativement pour le premier circuit ou le deuxième circuit.
La portion commune doit ainsi comprendre en son entrée un premier système de vannes qui autorise soit le premier fluide, soit le deuxième fluide à circuler à l’intérieur de la portion commune, et en sa sortie un deuxième système de vannes qui permet soit une circulation du premier fluide vers la pompe du premier circuit, soit une circulation du deuxième fluide vers l’organe de détente que comprend le deuxième circuit.
La portion commune doit également comprendre plusieurs branches de dérivation, dont une première branche de dérivation et une deuxième branche de dérivation montées en parallèle l’une de l’autre et qui s’étendent entre le premier système de vannes et une entrée de la turbine, respectivement du compresseur, et dont une troisième branche de dérivation et une quatrième branche de dérivation montées en parallèle l’une de l’autre et qui s’étendent entre une sortie de la turbine, respectivement du compresseur, et l’échangeur de chaleur.
On comprend que, tel que cela a pu être évoqué, une telle installation thermique présente un inconvénient principal de ne pas pouvoir mettre en fonctionnement simultanément le premier circuit et le deuxième circuit. Autrement dit, lorsqu’un utilisateur du véhicule automobile choisit une mise en œuvre de la boucle de climatisation pour modifier une température de l’air contenu à l’intérieur de l’habitacle du véhicule automobile, l’installation de traitement thermique et de récupération de chaleur est inapte à récupérer de la chaleur depuis le moteur thermique du véhicule automobile et de transformer cette dernière en énergie mécanique/électrique.
Par ailleurs, une telle installation thermique nécessite un nombre important de vannes, pour lesquelles il faut prévoir une logique de commande, et de branches de dérivation, qu’il faut le cas échéant équiper de clapets anti-retour, ce qui implique un encombrement et un coût important pour la mise en œuvre de l’installation thermique.
La présente invention vient améliorer la situation en proposant un échangeur de chaleur qui est configuré pour permettre une mise en œuvre simultanée du premier circuit et du deuxième circuit et ainsi permettre une réduction d’émission de dioxyde de carbone par le véhicule automobile en toute circonstance d’utilisation de la boucle de climatisation.
Un échangeur de la présente invention est un échangeur de chaleur monobloc qui comprend au moins deux blocs d’échange de chaleur, dont un premier bloc d’échange de chaleur comportant un premier chemin de circulation d’un premier fluide réfrigérant et un deuxième bloc d’échange de chaleur comportant un deuxième chemin de circulation d’un deuxième fluide réfrigérant, chaque bloc d’échange de chaleur étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant correspondant et un fluide caloporteur. Le premier bloc d’échange de chaleur et le deuxième bloc d’échange de chaleur comportent des portions d’un canal de circulation communiquant entre elles de manière à présenter un canal de circulation de fluide caloporteur commun, qui s’étend dans l’échangeur de chaleur entre une unique entrée de fluide caloporteur équipant l’un quelconque du premier bloc d’échange de chaleur et du deuxième bloc d’échange de chaleur et au moins une sortie de fluide caloporteur équipant l’autre quelconque du premier bloc d’échange de chaleur et du deuxième bloc d’échange de chaleur.
En d’autres termes, l’échangeur de chaleur comprend ainsi un troisième chemin de circulation spécifique à la circulation d’un troisième fluide, à savoir un fluide caloporteur, distincts des deux fluides réfrigérants, les blocs d’échange de chaleur étant agencés pour permettre un échange de chaleur entre d’une part le premier fluide et le troisième fluide, et d’autre part entre le deuxième fluide et le troisième fluide. Le premier chemin de circulation du premier fluide réfrigérant s’étend entre une entrée de premier fluide réfrigérant et une sortie de premier fluide réfrigérant qui équipent le premier bloc d’échange de chaleur. Le deuxième chemin de circulation du deuxième fluide réfrigérant s’étend entre une entrée de deuxième fluide réfrigérant et une sortie de deuxième fluide réfrigérant qui équipent le deuxième bloc d’échange de chaleur.
Selon l’invention, le canal de circulation de fluide caloporteur dans l’échangeur de chaleur est ainsi particulier en ce que l’entrée et une sortie sont agencées de part et d’autre de la paroi de compartimentation.
L’échangeur de chaleur est monobloc dans le sens où les blocs d’échange de chaleur constitutifs de l’échangeur de chaleur ne peuvent être dissociés l’un de l’autre sans entraîner une destruction de l’un au moins des blocs d’échange de chaleur. L’échangeur de chaleur comprend avantageusement l’une quelconque au moins des caractéristiques techniques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- l’échangeur de chaleur comporte une plaque de compartimentation agencée entre les deux blocs d’échange de chaleur ;
- la plaque de compartimentation est au contact de chacun des deux blocs d’échange de chaleur ;
- l’échangeur de chaleur s’étend longitudinalement entre une première joue et une deuxième joue, la plaque de compartimentation s’étendant à une distance longitudinale non nulle de la première joue et à une distance longitudinale non nulle de la deuxième joue ; en d’autres termes, le premier bloc d’échange de chaleur est longitudinalement bordé d’un côté par la première joue et de l’autre côté par la plaque de compartimentation, et le deuxième bloc d’échange de chaleur est longitudinalement bordé d’un côté par la plaque de compartimentation et de l’autre côté par la deuxième joue ;
- la plaque de compartimentation comporte au moins un orifice de passage constitutif du canal de circulation de fluide caloporteur au sein de l’échange de chaleur ; en d’autres termes, l’orifice de passage permet la communication fluidique entre les portions du canal de circulation de fluide caloporteur respectivement agencées dans l’un et l’autre des blocs d’échange de chaleur ;
- l’orifice de passage est dimensionné pour former un passage à débit constant du fluide caloporteur ;
- la plaque de compartimentation isole le premier chemin de circulation du premier fluide réfrigérant et le deuxième chemin de circulation du deuxième fluide réfrigérant ; - le premier bloc d’échange et le deuxième bloc d’échange sont respectivement pourvus d’une bouteille de déshydratation du fluide réfrigérant amené à circuler dans le bloc d’échange correspondant ;
- la plaque de compartimentation comporte un orifice de régulation de débit entre le premier chemin de circulation du premier fluide réfrigérant formé dans le premier bloc d’échange de chaleur et le deuxième chemin de circulation du deuxième fluide réfrigérant formé dans le deuxième bloc d’échange de chaleur ;
- l’orifice de régulation de débit présente une dimension dans le plan de la plaque de compartimentation qui est inférieure ou égale à 5% de la dimension correspondante de l’au moins un orifice de passage ;
- l’orifice de régulation de débit est configuré pour permettre un passage d’un débit de transit de l’un quelconque du premier fluide réfrigérant et du deuxième fluide réfrigérant à travers l’orifice de régulation de débit, le débit de transit étant inférieur à 5% de l’un quelconque d’un premier débit du premier fluide réfrigérant à l’intérieur du premier chemin de circulation et d’un deuxième débit du deuxième fluide réfrigérant à l’intérieur du deuxième chemin de circulation ;
- l’orifice de régulation de débit est configuré pour permettre un passage d’un débit de transit de l’ordre de 1% de l’un quelconque du premier débit et du deuxième débit ;
- seul l’un des deux blocs d’échange est pourvu d’une bouteille de déshydratation du fluide réfrigérant ;
- l’échangeur de chaleur est un échangeur à plaques comprenant la plaque de compartimentation et des plaques d’échange qui sont assemblées entre elles par brasage, la plaque de compartimentation étant interposée entre un premier ensemble de plaques formant le premier bloc d’échange et un deuxième ensemble de plaques formant le deuxième bloc d’échange ; - les plaques d’échange constitutives du premier bloc d’échange de chaleur sont identiques aux plaques d’échange constitutives du deuxième bloc d’échange de chaleur ;
- chaque plaque d’échange comporte une ouverture bordée d’un collet permettant la réalisation d’un conduit sensiblement perpendiculaire aux plaques apte à distribuer le fluide caloporteur entre différentes plaques en direction ou depuis la plaque de compartimentation, et dans lequel l’orifice de passage formé dans la plaque de compartimentation est agencé dans la continuité du conduit réalisé par la pluralité d’ouvertures des plaques d’échange ; De la sorte, on s’assure d’un passage de fluide caloporteur à débit constant, d’un bloc d’échange de chaleur à l’autre.
L’invention a aussi pour objet une installation thermique équipant un véhicule automobile et comprenant au moins un tel échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, l’installation thermique comprend un premier circuit comportant au moins le premier chemin de circulation de l’échangeur de chaleur et un premier échangeur thermique, un deuxième circuit comportant au moins le deuxième chemin de circulation de l’échangeur de chaleur et un deuxième échangeur thermique et un troisième circuit comportant au moins le canal de circulation de fluide caloporteur de l’échangeur de chaleur et un troisième échangeur thermique.
L’invention a aussi pour objet un procédé de traitement thermique d’un flux d’air destiné à pénétrer dans l’habitacle d’un véhicule et de récupération d’énergie pour l’alimentation de moyens d’entraînement et/ ou d’organe de stockage d’énergie électrique de ce véhicule, au moyen d’une installation thermique tel que précédemment évoqué, au cours duquel on met en œuvre simultanément la circulation du fluide réfrigérant propre à chaque circuit.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description non limitative qui suit, rédigée au regard des dessins annexés, dans lesquels : [Fig. l] représente une installation thermique selon la présente invention, comportant notamment un échangeur de chaleur à la liaison de deux circuits de fluide réfrigérant et d’un circuit de fluide caloporteur ;
[Fig. 2] représente schématiquement une première variante d’un premier mode de réalisation d’un échangeur de chaleur constitutif de l’installation thermique tel qu’illustrée sur la figure i ;
[Fig. 3] représente schématiquement une deuxième variante d’un premier mode de réalisation d’un échangeur de chaleur constitutif de l’installation thermique tel qu’illustrée sur la figure 1 ;
[Fig. 4] est une vue en coupe d’un échangeur de chaleur tel que représenté schématiquement sur la figure 2 ou 3 ;
[Fig. 5] représente schématiquement un deuxième mode de réalisation d’un échangeur de chaleur constitutif de l’installation thermique tel qu’illustré sur la figure 1 ;
[Fig. 6] est une vue en coupe d’un échangeur de chaleur tel que représenté schématiquement sur la figure 5.
Sur la figure 1, une installation thermique 100 selon l’invention, destinée à équiper un véhicule automobile, comprend un premier circuit 101 de fluide réfrigérant à l’intérieur duquel circule un premier fluide réfrigérant 111 et un deuxième circuit 102 de fluide réfrigérant à l’intérieur duquel circule un deuxième fluide réfrigérant 112. Le premier circuit 101 et le deuxième circuit 102 sont indépendamment fluidiquement, avec deux fluides réfrigérants distincts, de manière à permettre à ces deux circuits 101, 102 de fonctionner simultanément.
Le premier circuit 101 et le deuxième circuit 102 sont configurés pour traverser un échangeur de chaleur 1 qui est commun aux deux circuits 101, 102, mais qui présente deux blocs d’échange de chaleur 11, 12 permettant la circulation indépendante dans un des deux blocs de chacun des fluides réfrigérants.
Le premier fluide 111 et le deuxième fluide 112 sont avantageusement des fluides réfrigérants tels que du dioxyde de carbone, du Ri34a, du HFO-i234yf ou analogue. Dans l’exemple illustré, les deux fluides réfrigérants 111, 112 sont distincts l’un de l’autre, de manière à présenter des caractéristiques qui peuvent être adaptées à la fonction du circuit. Le premier circuit 101 est un circuit fermé, comprenant une turbine 2, à l’intérieur duquel le premier fluide 111 subit un cycle thermodynamique. Ces dispositions visent à permettre une récupération de chaleur afin de faire tourner la turbine 2, de telle sorte que cette chaleur récupérée est convertie en énergie mécanique, par l’intermédiaire de la turbine 2, qui génère une rotation de l’arbre d’entraînement 25 solidaire de la turbine. A cet effet, le premier circuit 101 comprend une première pompe 3, pour faire circuler le premier fluide réfrigérant 111 à l’intérieur du premier circuit 101, et un premier échangeur thermique 4, fonctionnant comme évaporateur, qui est configuré pour être traversé également par un liquide de refroidissement 114, tel que le liquide de refroidissement d’un moteur thermique, circulant à l’intérieur d’une boucle de refroidissement 104. On comprend que le premier échangeur thermique 4 est configuré pour permettre un échange de chaleur entre le premier fluide réfrigérant 111 et le liquide de refroidissement 114, et plus particulièrement pour permettre que le premier fluide 111 capte des calories et refroidisse le liquide de refroidissement 114. La turbine 2 précédemment évoquée est agencée en aval du premier échangeur thermique 4 de manière à pouvoir transformer la chaleur récupérée par le premier échangeur thermique 4 en énergie mécanique.
Tel qu’évoqué précédemment, le premier circuit 101 comprend également l’échangeur de chaleur 1, et plus particulièrement le premier bloc d’échange de chaleur 11, qui est agencé pour que le premier fluide réfrigérant 111 cède des calories résiduelles à un fluide caloporteur 113 circulant à l’intérieur d’un circuit de fluide caloporteur 103, préalablement à l’admission du premier fluide réfrigérant 111 à l’intérieur de la première pompe 3. De la sorte, le premier fluide réfrigérant 111 est mis en circulation dans le premier circuit 101 par l’intermédiaire de la première pompe 3, puis capte de la chaleur au liquide de refroidissement 114 à l’intérieur du premier échangeur thermique 4, puis cède des calories au niveau de la turbine 2 pour générer de l’énergie mécanique au bras d’entraînement 25, puis cède la chaleur résiduelle au fluide caloporteur 113 avant de retourner à la première pompe 3.
Le fluide caloporteur 113 peut par exemple consister en de l’eau glycolée.
Le deuxième circuit 102 est un circuit fermé configuré en une boucle de climatisation à l’intérieur de laquelle circule le deuxième fluide réfrigérant 112. Le deuxième circuit 102 comprend un compresseur 5, monté sur l’arbre d’entraînement 25 par ailleurs associé à la turbine 2, dont la mise en œuvre permet de faire circuler le deuxième fluide réfrigérant 112 à l’intérieur du deuxième circuit 102. Le deuxième circuit 102 comprend également l’échangeur thermique 1, et plus particulièrement le deuxième bloc d’échange de chaleur 12, qui est configuré pour permettre un échange de chaleur entre le deuxième fluide réfrigérant 112 et le fluide caloporteur 113 circulant à l’intérieur du circuit de fluide caloporteur 103 précédemment évoqué. Le deuxième circuit 102 comprend également un organe de détente 6 à l’intérieur duquel le deuxième fluide réfrigérant 112 subit une détente et un deuxième échangeur thermique 7 qui est configuré pour permettre un échange de calories entre un flux d’air interne 8 à refroidir avant d’être admis à l’intérieur d’un habitacle du véhicule automobile. De la sorte, le deuxième fluide réfrigérant 112 est comprimé par la mise en œuvre du compresseur 5, et dirigé vers l’échangeur de chaleur 1 et plus particulièrement le deuxième bloc d’échange de chaleur, de sorte que le deuxième fluide réfrigérant 112 cède à pression constante de la chaleur au fluide caloporteur 113 à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 1. Puis le deuxième fluide réfrigérant 112 subit une détente à l’intérieur de l’organe de détente 6, avant que le deuxième fluide réfrigérant 112 capte des calories au flux d’air interne 8 à l’intérieur du deuxième échangeur thermique 7 et qu’il continue de circuler en direction du compresseur 5.
Le circuit de fluide caloporteur 103, ou troisième circuit 103, comprend une deuxième pompe 9 pour faire circuler le fluide caloporteur 113 à l’intérieur de ce troisième circuit 103, un troisième échangeur thermique 10, fonctionnant comme radiateur, apte à réchauffer un flux d’air interne 8 traversant le troisième échangeur thermique 10 à partir de la chaleur récupérée au niveau de l’échangeur de chaleur 1.
Pour être constitutif du premier circuit 101, du deuxième circuit 102 et du troisième circuit 103, l’échangeur de chaleur 1 présente une structure et un agencement particulier qui sont décrits, selon plusieurs exemples et variantes de modes de réalisation, en référence aux figures 2 à 6.
L’échangeur de chaleur 1 est un échangeur monobloc qui comporte, d’un seul tenant deux blocs d’échange de chaleur 11, 12 parmi lesquels, tel qu’évoqué précédemment, on identifie un premier bloc d’échange de chaleur 11 et un deuxième bloc d’échange de chaleur 12. On comprend par le caractère monobloc de l’échangeur de chaleur 1 qu’une dissociation l’un de l’autre du premier bloc d’échange de chaleur 11 et du deuxième bloc d’échange de chaleur 12 entraîne une détérioration de l’échangeur de chaleur 1 et un non- fonctionnement de ce dernier.
Les deux blocs d’échange de chaleur sont assemblés entre eux par l’intermédiaire d’une plaque de compartimentation 30 qui est agencée entre les deux blocs. Dans les exemples illustrés qui vont suivre, la plaque de compartimentation 30 est au contact de chacun des deux blocs d’échange de chaleur et elle participe ainsi à délimiter à la fois le volume du premier bloc d’échange de chaleur 11 et le volume du deuxième bloc d’échange de chaleur 12.
Tel que cela sera décrit plus en détails ci-après, la plaque de compartimentation 30 est particulière selon l’invention en ce qu’elle comporte au moins un orifice de passage 31, 32 permettant une communication fluidique du fluide caloporteur d’un bloc d’échange de chaleur à l’autre. Il sera notamment décrit que cet au moins un orifice de passage est spécifique en ce qu’il permet un passage de fluide caloporteur, à débit sensiblement constant, d’un bloc d’échange de chaleur à l’autre.
Les deux blocs d’échange de chaleur 11, 12 sont agencés pour permettre un échange thermique entre d’une part le premier fluide réfrigérant 111 et le fluide caloporteur 113, et d’autre part le deuxième fluide réfrigérant 112 et le troisième fluide caloporteur 113. A cet effet, l’échangeur de chaleur 1 comprend un premier chemin de circulation 21 du premier fluide réfrigérant 111 qui s’étend entre une entrée de premier fluide réfrigérant 21a et une sortie de premier fluide réfrigérant 21b qui équipent le premier bloc d’échange de chaleur 11. Dans l’exemple illustré, cette entrée et cette sortie sont agencées sur une face commune du premier bloc d’échange de chaleur, sur une face opposée à la plaque de compartimentation 30.
L’échangeur de chaleur 1 comprend aussi un deuxième chemin de circulation 22 du deuxième fluide réfrigérant 112 qui s’étend entre une entrée de deuxième fluide réfrigérant 22a et une sortie de deuxième fluide réfrigérant 22b qui équipent le deuxième bloc d’échange de chaleur 12. De façon analogue à ce qui a été décrit pour le premier bloc d’échange de chaleur, dans l’exemple illustré, cette entrée et cette sortie sont agencées sur une face commune du deuxième bloc d’échange de chaleur, à l’opposé de la plaque de compartimentation 30.
L’échangeur de chaleur 1 peut notamment être défini longitudinalement entre une première joue 13 et une deuxième joue 14, avec la plaque de compartimentation 30 agencée entre les deux, sans qu’il soit nécessaire pour l’invention que la distance entre première joue 13 et plaque de compartimentation 30, c’est-à-dire la dimension du premier bloc d’échange de chaleur 11, soit égale à la distance entre deuxième joue 14 et plaque de compartimentation 30, c’est-à-dire la dimension du deuxième bloc d’échange de chaleur 12. La plaque de compartimentation 30 s’étend principalement dans un plan d’allongement principal agencé perpendiculairement à la direction longitudinale de l’échangeur de chaleur, et la distance entre une joue et la plaque s’entend comme la distance entre la joue et la forme principale plane de la plaque s’étendant dans ce plan d’allongement principal. Afin d’illustrer ceci, les figures schématiques, par exemple les figures 2 et 3, représentent un échangeur de chaleur avec deux blocs d’échange de même dimension longitudinale tandis que la figure 4 illustre un échangeur de chaleur avec des blocs d’échange aux dimensions longitudinales différentes.
Dans le premier mode de réalisation de l’invention, illustré sur les figures 2 à 4, le premier chemin de circulation 21 et le deuxième chemin de circulation 22 sont isolés l’un de l’autre par la présence de la paroi de compartimentation 30. Aucune communication n’est prévue entre ces chemins de circulation de sorte que le premier fluide réfrigérant 111 reste exclusivement dans le premier chemin de circulation 21 et le deuxième fluide réfrigérant 112 reste exclusivement dans le deuxième chemin de circulation 22. Un tel agencement peut notamment permettre de gérer l’utilisation de deux fluides réfrigérants distincts dans l’installation thermique 100 évoquée ci-dessus.
Dans ce contexte, le premier bloc d’échange 11 et le deuxième bloc d’échange 12 sont respectivement pourvus d’une bouteille de déshydratation 51, 52 du fluide réfrigérant amené à circuler dans le bloc d’échange correspondant. La bouteille de déshydratation a aussi bien pour effet de sécher le fluide réfrigérant amené à circuler dans l’échangeur de chaleur que d’assurer une réserve de fluide en cas de fuite dans le bloc d’échange de chaleur que cette bouteille de déshydratation équipe. Sans sortir du contexte de l’invention, chaque bouteille de déshydratation pourra être raccordé au bloc d’échange de chaleur correspondant en amont de celui-ci ou dans un branchement intermédiaire, à savoir entre deux branches de circulation de fluide réfrigérant au sein du bloc d’échange de chaleur, pour permettre d’assurer la réalisation d’une fonction de sous-refroidissement.
L’échangeur de chaleur 1 comprend un canal de circulation 23, représenté en pointillé sur les figures, du fluide caloporteur 113, destiné à échanger des calories avec aussi bien le premier fluide réfrigérant dans le premier bloc d’échange de chaleur qu’avec le deuxième fluide réfrigérant dans le deuxième bloc d’échange de chaleur. Le canal de circulation 23 s’étend entre une unique entrée de fluide caloporteur 23a, équipant l’un des deux blocs d’échange de chaleur, et au moins une sortie de fluide caloporteur 23b équipant l’autre bloc d’échange de chaleur.
Dans la première variante illustrée sur la figure 2, l’entrée unique de fluide caloporteur 23a équipe le deuxième bloc d’échange 12 et une unique sortie de fluide caloporteur 23b est prévue, équipant donc l’autre bloc d’échange, à savoir le premier boc d’échange 11. Evidemment, sans que cela nécessite d’être représenté, on comprend que les positions de l’entrée unique et de la sortie unique pourraient être inversées.
Dans ce contexte, la première joue 13 de l’échangeur de chaleur 1 est équipée de l’entrée de premier fluide réfrigérant 21a et de la sortie de premier fluide réfrigérant 21b, ainsi que de la sortie de fluide caloporteur 23b, tandis que la deuxième joue 14 est pourvue de l’entrée de deuxième fluide réfrigérant 22a et de la sortie de deuxième fluide réfrigérant 22b, ainsi que de l’entrée de fluide caloporteur 23a.
La plaque de compartimentation 30 comporte deux orifices de passage 31, 32 pour permettre un passage du troisième fluide 113 de l’un des blocs d’échange de chaleur 11, 12 à l’autre des blocs d’échange de chaleur 11, 12. En d’autres termes, la plaque de compartimentation 30 présente une première face 301, tournée vers le premier bloc d’échange de chaleur 11, et une deuxième face 302, tournée vers le deuxième bloc d’échange de chaleur 12, et la plaque de compartimentation est traversée, en deux zones distinctes, par deux orifices de passage qui s’étendent de la première face 301 à la deuxième face 302. Un exemple de forme et de dimension des orifices de passage 31, 32 sera décrit plus en détails ci-après en référence à la figure 4.
Les orifices de passage 31, 32 permettent le passage de fluide caloporteur, à débit sensiblement constant, du premier bloc d’échange de chaleur 11 au deuxième bloc d’échange de chaleur 12. On peut ainsi définir une première portion 231 du canal de circulation qui s’étend dans le premier bloc d’échange de chaleur 11 entre Tunique entrée de fluide caloporteur et la plaque de compartimentation 30, et une deuxième portion 232, qui s’étend dans la continuité de la première portion, de l’autre côté de la plaque de compartimentation dans le deuxième bloc d’échange de chaleur 12, en direction de la sortie de fluide caloporteur.
De la sorte, et tel qu’évoqué précédemment, le premier chemin de circulation 21 du premier fluide réfrigérant 111 et le canal de circulation 23 du fluide caloporteur 113, plus particulièrement la première portion 231 de ce canal, sont agencés de sorte que le premier fluide réfrigérant 111 présent à l’intérieur du premier chemin de circulation 21 échange des calories avec le fluide caloporteur 113 présent à l’intérieur de la première portion 231 du canal de circulation 23. Et de même, le deuxième chemin de circulation 22 du deuxième fluide réfrigérant 112 et le canal de circulation 23 du fluide caloporteur 113, plus particulièrement la deuxième portion 232 de ce canal, sont agencés de sorte que le deuxième fluide réfrigérant 112 présent à l’intérieur du deuxième chemin de circulation 22 échange des calories avec le fluide caloporteur 113 présent à l’intérieur de la deuxième portion 232 du canal de circulation 23.
Tel qu’illustré sur la figure 2, le premier chemin de circulation 21 comporte plusieurs branches de circulation du premier fluide réfrigérant 210 et le canal de circulation 23 comporte également plusieurs branches de circulation du fluide caloporteur 230, une branche de circulation du premier fluide réfrigérant 210 étant interposée entre deux branches de circulation du fluide caloporteur 230 et une branche de circulation du fluide caloporteur 230 étant interposée entre deux branches de circulation du premier fluide réfrigérant 210. L’échange de chaleur entre premier fluide réfrigérant 210 et le fluide caloporteur 230 est réalisé à travers l’épaisseur de la paroi participant à délimiter la branche de part et d’autre de laquelle circulent les deux fluides.
De façon analogue, le deuxième chemin de circulation 22 comporte également plusieurs branches de circulation du deuxième fluide réfrigérant 220, une branche de circulation du deuxième fluide réfrigérant 220 étant interposée entre deux branches de circulation du fluide caloporteur 230 et une branche de circulation du fluide caloporteur 230 étant interposée entre deux branches de circulation du deuxième fluide réfrigérant 220. Là encore, il en résulte une circulation alternée des deux fluides sur cet empilement de branches et l’échange de chaleur se fait de branche en branche entre deuxième fluide réfrigérant et fluide caloporteur.
Tel qu’illustré sur la figure 2, le fluide caloporteur pénètre dans le deuxième bloc d’échange de chaleur 12 par l’intermédiaire de l’entrée unique de fluide caloporteur 23a, et est poussé le long d’un premier conduit, agencé dans le prolongement longitudinal de cette entrée, en direction de la plaque de compartimentation 30, en distribuant fluidiquement chacune des branches de circulation de fluide caloporteur 230. Un deuxième conduit récupère le fluide caloporteur à l’extrémité opposé des branches de circulation de fluide caloporteur et dirige celui-ci vers la plaque de compartimentation. L’échangeur de chaleur est configuré de sorte qu’un premier orifice de passage 31 est disposé dans la continuité longitudinale du premier conduit et de sorte que le deuxième orifice de passage 32 est disposé dans la continuité longitudinale du deuxième conduit. Tel que cela a été précisé, chacun des orifices de passage 31, 32 est dimensionné pour que le passage de fluide caloporteur à travers la plaque de compartimentation 30 soit réalisé à débit constant. Dans ce qui vient d’être décrit, le premier conduit et le deuxième conduit forment la deuxième portion 232 de canal de distribution. Une fois passé la plaque de compartimentation 30, le fluide caloporteur s’écoule dans la première portion 231 de canal de distribution, en se dirigeant vers la sortie 23b de fluide caloporteur équipant le premier bloc d’échange de chaleur.
Dans la deuxième variante illustrée sur la figure 3, l’échangeur de chaleur est cette fois équipé de deux sorties de fluide caloporteur 23b, 23c. Plus particulièrement, l’entrée unique de fluide caloporteur 23a équipe le deuxième bloc d’échange 12 et une première sortie de fluide caloporteur 23b équipe comme précédemment l’autre bloc d’échange, à savoir le premier bloc d’échange 11 tandis qu’une deuxième sortie de fluide caloporteur 23b équipe le deuxième bloc d’échange.
Dans ce contexte, la première joue 13 de l’échangeur de chaleur 1 est équipée de l’entrée de premier fluide réfrigérant 21a et de la sortie de premier fluide réfrigérant 21b, ainsi que de la première sortie de fluide caloporteur 23b, tandis que la deuxième joue 14 est pourvue de l’entrée de deuxième fluide réfrigérant 22a et de la sortie de deuxième fluide réfrigérant 22b, ainsi que de l’entrée de fluide caloporteur 23a et de la deuxième sortie de fluide caloporteur 23c.
Il en résulte une configuration différente de la plaque de compartimentation 30 qui ne comporte ici qu’un unique orifice de passage 31 configuré pour permettre un passage du fluide caloporteur 113, à débit sensiblement constant, de l’un des blocs d’échange de chaleur 11, 12 à l’autre des blocs d’échange de chaleur 11, 12. Tel qu’illustré sur la figure 3, le fluide caloporteur pénètre dans le deuxième bloc d’échange de chaleur 12 par l’intermédiaire de l’entrée unique de fluide caloporteur 23a, et est poussé le long d’un premier conduit, agencé dans le prolongement longitudinal de cette entrée, en direction de la plaque de compartimentation 30, en distribuant fluidiquement chacune des branches de circulation de fluide caloporteur 230. Un deuxième conduit récupère le fluide caloporteur à l’extrémité opposé des branches de circulation de fluide caloporteur et dirige celui-ci vers la deuxième sortie de fluide réfrigérant 23c, à l’opposé de la plaque de compartimentation. L’échangeur de chaleur est configuré de sorte que le premier orifice de passage 31 est disposé dans la continuité longitudinale du premier conduit. Tel que cela a été précisé, cet orifice de passage 31 est dimensionné pour que le passage de fluide caloporteur à travers la plaque de compartimentation 30 soit réalisé à débit constant. Dans ce qui vient d’être décrit, le premier conduit et le deuxième conduit forment la deuxième portion 232 de canal de distribution. Une fois passé la plaque de compartimentation 30, le fluide caloporteur s’écoule dans la première portion 231 de canal de distribution, en se dirigeant vers la première sortie 23b de fluide caloporteur équipant le premier bloc d’échange de chaleur, conformément à ce qui a été décrit en référence à la première variante.
La figure 4, par la vue en coupe, permet de rendre visible la structure des différentes branches de circulation.
Plus particulièrement, l’échangeur de chaleur est ici un échangeur à plaques comprenant la plaque de compartimentation 30 et des plaques d’échange 40 qui sont assemblées entre elles par brasage. Chaque plaque présente une paroi d’échange sensiblement plane, dotée tel qu’illustré d’une pluralité de reliefs pour augmenter la surface d’échange de chaleur lors de la circulation des fluides entre les plaques. Chaque paroi sensiblement plane d’une plaque d’échange 40 est bordée d’un bord périphérique courbe de manière à faciliter l’empilement des plaques et l’étanchéité périphérique de l’ensemble après brasage.
Chaque plaque d’échange comporte, au niveau de sa paroi sensiblement plane, au moins une ouverture 41 bordée d’un collet 42. L’assemblage des plaques d’échange les unes sur l’autre permet ainsi de réaliser, par continuité des collets de proche en proche, un conduit sensiblement perpendiculaire aux plaques apte à guider la circulation du fluide correspondant entre une entrée ou sortie de fluide caloporteur en regard duquel le conduit est agencé et la plaque de compartimentation.
Tel qu’illustré sur la figure 4, des conduits sont ainsi formés, par l’alignement de plusieurs ouvertures agencées dans les plaques d’échange, pour former une portion 231, 232 du canal de circulation du fluide caloporteur 23, et pour former par ailleurs un chemin de circulation de fluide réfrigérant 21, 22. L’orifice de passage 31 formé dans la plaque de compartimentation 30 est agencé dans la continuité du conduit formant une portion 231, 232 du canal de circulation de fluide caloporteur 23. L’orifice de passage présente avantageusement une forme et des dimensions similaires à celles des ouvertures 41 participant à définir la dimension du canal de circulation de fluide caloporteur 23. De la sorte, on s’assure d’un passage de fluide caloporteur d’un bloc d’échange de chaleur à l’autre, à débit constant.
L’orifice de passage est dimensionné pour assurer une répartition contrôlée entre les deux blocs. La valeur de ce calibrage devra être déterminé en fonction des caractéristiques hydrauliques des circuits caloporteurs connexes. On va maintenant décrire, en référence aux figures 5 et 6, un deuxième mode de réalisation de l’invention, qui diffère de ce qui a été précédemment décrit par le fait que le premier chemin de circulation 21 et le deuxième chemin de circulation 22 peuvent communiquer, via un trou 33 formé dans la plaque de compartimentation. Un tel agencement implique notamment l’utilisation d’un même type de fluide réfrigérant dans chacun des chemins de circulation de fluide réfrigérant 21, 22.
Le trou est réalisé à travers la plaque de compartimentation en étant dimensionné de manière à permettre une régulation de débit dans l’un ou l’autre des blocs d’échange de chaleur lorsque cela est nécessaire. Il convient de noter que contrairement à ce qui a pu être décrit au sujet du ou des orifices de passage 31, 32 présents dans la plaque de compartimentation, qui permettent un passage à débit constant du fluide caloporteur et donc une continuité d’une portion du canal de circulation à l’autre portion, le trou, ou orifice de régulation de débit, 33 est configuré pour permettre une circulation à faible débit de l’un quelconque du premier fluide réfrigérant 111 et du deuxième fluide réfrigérant 112 en direction du bloc d’échange de chaleur qui ne lui est pas associé.
Plus particulièrement, l’orifice de régulation de débit 33 présente une dimension principale, dans le plan principal de la plaque de compartimentation 30, qui est inférieure à la dimension principale correspondante de chacun des orifices de passage 31, 32. A titre d’exemple, sans que cela soit limitatif de l’invention, chaque orifice est délimité par un bord agencé dans la plaque de compartimentation en présentant une forme cylindrique de section circulaire, de sorte que la dimension principale de l’orifice correspondant est un diamètre. La dimension principale de l’orifice de régulation de débit 33 présente une valeur qui peut être inférieure ou égale à 5% de la valeur de la dimension principale correspondante de l’orifice de passage 31, 32 considéré. De la sorte, conformément à ce qui a été évoqué ci-dessus, la circulation de fluide réfrigérant à travers l’orifice de régulation de débit 33 a lieu à plus faible débit que celui de la circulation de fluide caloporteur à travers l’orifice de passage 31, 32.
Par ailleurs, l’orifice de régulation de débit 33 présente une forme et des dimensions telles qu’il autorise un débit de transit D à travers la plaque de compartimentation 30 qui est inférieur ou égal à 5%, et notamment sensiblement égale à 1%, de l’un quelconque d’un premier débit Di du premier fluide réfrigérant 111 à l’intérieur du premier chemin de circulation 21 et d’un deuxième débit D2 du deuxième fluide réfrigérant 112 à l’intérieur du deuxième chemin de circulation 22.
Il résulte de ce dimensionnement spécifique de l’orifice de régulation de débit 33 que le passage de fluide réfrigérant à travers la plaque de compartimentation ne se fait qu’en cas de perte de pression d’un des fluides réfrigérants présent dans l’un des blocs d’échange de chaleur. Ce passage peut permettre ainsi de rectifier les niveaux de fluide dans chaque bloc d’échange de chaleur.
Tel qu’illustré sur les figures, une telle communication permettant un remplissage des deux circuits en une seule opération et venir au secours d’un des blocs d’échange de chaleur en cas de fuite par exemple, autorise la mise en œuvre d’un échangeur équipé d’une seule bouteille de déshydratation 51, ici rapporté sur le premier bloc d’échange de chaleur 11, sans que cela soit limitatif de l’invention.
Un tel ratio entre le débit de circulation des fluides réfrigérants à travers le bloc d’échange de chaleur qui leur est propre et le débit de circulation rendu possible à travers la plaque de compartimentation permet de conserver la circulation indépendante dans un des deux blocs de chacun des fluides réfrigérants. On comprend qu’en l’absence de fuite, les fluides réfrigérants continuent à s’écouler dans le bloc qui leur est propre sans se mélanger à la portion de fluide réfrigérant circulant dans l’autre bloc, et que même en cas de passage de fluide réfrigérant, le débit de passage est tellement limité que la communication est négligeable par rapport aux circulations indépendantes.
Dans chacun des modes de réalisation évoqués, et dans les variantes qui ont pu être décrites ou qui peuvent être envisagées, dès lors que l’échangeur de chaleur comporte au moins ces deux blocs d’échange de chaleur configurés pour être traversés par un même fluide caloporteur, l’invention vise à proposer un échangeur de chaleur qui est alimenté par un unique fluide caloporteur et qui permet de mettre en œuvre simultanément deux traitements thermiques distincts, avec un circuit doté de son propre fluide réfrigérant. En d’autres termes, les dispositions précédemment décrites sont telles que l’installation thermique est apte à mettre en œuvre de manière simultanée deux traitements thermique distincts avec un échangeur de chaleur commun.

Claims

REVENDICATIONS
1. Echangeur de chaleur (î) monobloc qui comprend au moins deux blocs d’échange de chaleur (n, 12), dont un premier bloc d’échange de chaleur (11) comportant un premier chemin de circulation (21) d’un premier fluide réfrigérant (111) et un deuxième bloc d’échange de chaleur (12) comportant un deuxième chemin de circulation (22) d’un deuxième fluide réfrigérant (112), chaque bloc d’échange de chaleur étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant correspondant et un fluide caloporteur, caractérisé en ce que le premier bloc d’échange de chaleur et le deuxième bloc d’échange de chaleur comportent des portions d’un canal de circulation communiquant entre elles de manière à présenter un canal de circulation (23) de fluide caloporteur commun, qui s’étend dans l’échangeur de chaleur entre une unique entrée de fluide caloporteur (23a) équipant l’un quelconque du premier bloc d’échange de chaleur (11) et du deuxième bloc d’échange de chaleur (12) et au moins une sortie de fluide caloporteur (23b) équipant l’autre quelconque du premier bloc d’échange de chaleur (11) et du deuxième bloc d’échange de chaleur (12).
2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, comportant une plaque de compartimentation (30) agencée entre les deux blocs d’échange de chaleur (11, 12).
3. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel la plaque de compartimentation (30) est au contact de chacun des deux blocs d’échange de chaleur (11, 12).
4. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la plaque de compartimentation (30) comporte au moins un orifice (31, 32) de passage constitutif du canal de circulation de fluide caloporteur (23) au sein de l’échangeur de chaleur.
5. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la plaque de compartimentation (30) isole le premier chemin de circulation (21) du premier fluide réfrigérant (111) et le deuxième chemin de circulation (22) du deuxième fluide réfrigérant (112).
6. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 5, dans lequel le premier bloc d’échange (11) et le deuxième bloc d’échange (12) sont respectivement pourvus d’une bouteille de déshydratation (51, 52) du fluide réfrigérant (111, 112) amené à circuler dans le bloc d’échange correspondant.
7. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la plaque de compartimentation (30) comporte un orifice de régulation de débit (33) entre le premier chemin de circulation (21) du premier fluide réfrigérant (111) formé dans le premier bloc d’échange de chaleur (11) et le deuxième chemin de circulation (22) du deuxième fluide réfrigérant (112) formé dans le deuxième bloc d’échange de chaleur (12).
8. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel l’échangeur de chaleur (1) est un échangeur à plaques comprenant la plaque de compartimentation (30) et des plaques d’échange (40) qui sont assemblées entre elles par brasage, la plaque de compartimentation étant interposée entre un premier ensemble de plaques formant le premier bloc d’échange (11) et un deuxième ensemble de plaques formant le deuxième bloc d’échange (12).
9. Installation thermique (100) équipant un véhicule automobile, l’installation thermique (100) comprenant au moins un échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
10. Procédé de traitement thermique d’un flux d’air destiné à pénétrer dans l’habitacle d’un véhicule (8) et de récupération d’énergie pour l’alimentation de moyens d’entraînement et/ou d’organe de stockage d’énergie électrique de ce véhicule, au moyen d’une installation thermique (1) selon la revendication 9, au cours duquel on met en œuvre simultanément la circulation du fluide réfrigérant propre à chaque circuit (101, 102).
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2843449A1 (fr) * 2002-08-09 2004-02-13 Valeo Thermique Moteur Sa Echangeur de chaleur pour le circuit d'air d'admission d'un moteur thermique
FR2846736A1 (fr) * 2002-10-31 2004-05-07 Valeo Thermique Moteur Sa Module d'echange de chaleur a plaques empilees, notamment pour un vehicule automobile
FR2950682A1 (fr) * 2009-09-30 2011-04-01 Valeo Systemes Thermiques Condenseur pour vehicule automobile a integration amelioree
US20120216562A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-30 Delphi Technologies, Inc. Unitary heat pump air conditioner having a heat exchanger with an integral accumulator
EP2629040A2 (fr) * 2012-02-14 2013-08-21 Delphi Technologies, Inc. Climatiseur à pompe à chaleur unitaire comportant un échangeur de chaleur avec un récepteur monobloc et refroidisseur secondaire
EP2952832A1 (fr) * 2014-06-06 2015-12-09 Vaillant GmbH Système de pompe à chaleur avec économiseur intégré
EP3088830A1 (fr) * 2015-01-22 2016-11-02 Mitsubishi Electric Corporation Échangeur de chaleur à plaques et dispositif extérieur de type à pompe à chaleur

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2843449A1 (fr) * 2002-08-09 2004-02-13 Valeo Thermique Moteur Sa Echangeur de chaleur pour le circuit d'air d'admission d'un moteur thermique
FR2846736A1 (fr) * 2002-10-31 2004-05-07 Valeo Thermique Moteur Sa Module d'echange de chaleur a plaques empilees, notamment pour un vehicule automobile
FR2950682A1 (fr) * 2009-09-30 2011-04-01 Valeo Systemes Thermiques Condenseur pour vehicule automobile a integration amelioree
US20120216562A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-30 Delphi Technologies, Inc. Unitary heat pump air conditioner having a heat exchanger with an integral accumulator
EP2629040A2 (fr) * 2012-02-14 2013-08-21 Delphi Technologies, Inc. Climatiseur à pompe à chaleur unitaire comportant un échangeur de chaleur avec un récepteur monobloc et refroidisseur secondaire
EP2952832A1 (fr) * 2014-06-06 2015-12-09 Vaillant GmbH Système de pompe à chaleur avec économiseur intégré
EP3088830A1 (fr) * 2015-01-22 2016-11-02 Mitsubishi Electric Corporation Échangeur de chaleur à plaques et dispositif extérieur de type à pompe à chaleur

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