WO2023066819A1 - Echangeur thermique avec conduits de circulation - Google Patents

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WO2023066819A1
WO2023066819A1 PCT/EP2022/078736 EP2022078736W WO2023066819A1 WO 2023066819 A1 WO2023066819 A1 WO 2023066819A1 EP 2022078736 W EP2022078736 W EP 2022078736W WO 2023066819 A1 WO2023066819 A1 WO 2023066819A1
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WO
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heat exchanger
circulation
heat
plates
fluid
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/078736
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English (en)
Inventor
Julien Tissot
Kamel Azzouz
Moussa Nacer Bey
Julio GUERRA
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
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Definitions

  • the present invention relates to the field of heat treatment systems within a vehicle and relates more particularly to a heat exchanger arranged within such a heat treatment system.
  • Motor vehicles are commonly equipped with a refrigerant fluid circuit and at least one heat transfer liquid circuit, both used to participate in a heat treatment of different areas or different components of the vehicle. It is in particular known to use the refrigerant circuit and/or the heat transfer liquid circuit to thermally treat a flow of air sent into a passenger compartment of the vehicle equipped with such a circuit.
  • the heat transfer liquid circuit to cool components of the traction chain of the vehicle, such as for example an electrical storage device, the latter being used to supply energy to an electric motor capable of setting the vehicle in motion.
  • the heat treatment system thus provides the energy capable of cooling the electrical storage device during its use.
  • part of this circuit can be grouped together in a module.
  • the latter may include several heat exchangers, or even, in a non-exhaustive manner, an accumulation device and/or an expansion element.
  • the compactness of the module leads to the implementation of a particular fluid circulation, in particular via one or more pipettes, which induce a pressure drop and thus reduce the efficiency of the heat treatment system.
  • the present invention makes it possible to minimize such a pressure drop by proposing a heat exchanger for a heat treatment system of a vehicle, comprising a plurality of plates superimposed on one another by forming a stack of plates according to a stacking direction perpendicular to a plane elongation of said plates and delimiting circulation channels for at least one fluid, the heat exchanger comprising at least two collectors extending parallel to the stacking direction of the plates, said collectors being configured to allow the circulation of the fluid within the heat exchanger so as to distribute or collect the said fluid towards or from the circulation channels, characterized in that the heat exchanger comprises at least one circulation conduit passing right through the heat exchanger in a direction parallel to the direction of stacking of the plates, the circulation duct being formed by a succession of openings arranged through the plates, the circulation duct being sealed with respect to the circulation channels delimited by the plates.
  • This circulation duct arranged directly within the heat exchanger thus makes it possible to form a path to ensure the crossing of the heat exchanger without the objective of heat exchange within the latter, while minimizing the pressure drop of said fluid.
  • Such a circulation duct also meets the objective of compactness of the heat treatment system comprising such a heat exchanger, and this by reducing the installation of external pipes creating mechanical bulk.
  • the heat exchanger according to the invention is a plate exchanger. Such plates are stacked together to form a heat exchange block of said heat exchanger.
  • the circulation channels are thus formed by the superposition of the plates, and the fluid intended to be heated or cooled according to the need circulates in these circulation channels between the plates of the heat exchanger.
  • the collectors ensure the distribution of the fluid within these circulation channels and the recovery of this same fluid at the outlet of the circulation channels.
  • the extension of these collectors parallel to the stacking direction ensures a fluidic connection to all the circulation channels formed within the heat exchanger block of the heat exchanger.
  • the circulation duct formed within the heat exchanger passes entirely through the latter, the aim being to circulate the fluid without interacting another way with the heat exchanger. It is the openings of the plates which shape the circulation duct when the latter are superimposed, the openings facing each other when the plates are superimposed on each other.
  • the plates can each comprise several openings in the event that several circulation ducts have to be arranged to facilitate the circulation of the fluid.
  • the circulation duct is arranged so as to be sealed against the fluid circulating in the circulation channels. There can therefore be no mixing between the fluid circulating in the circulation channels and the fluid circulating in the circulation duct.
  • At least one opening is delimited by a peripheral edge projecting from the elongation plane of the plate in question, said peripheral edge being configured to prevent any circulation between the fluid circulating in the circulation channels between the plates and the fluid circulating in the circulation conduit.
  • the peripheral edge extends mainly along the stacking direction of the plates in order to form an obstacle within the circulation channel.
  • the fluid circulating in the circulation channel can thus only circumvent the peripheral edge of the opening, which prevents the fluid from flowing in the circulation conduit.
  • the fluid circulating in the circulation duct cannot flow within the circulation channel.
  • the openings of each plate are all delimited by a peripheral edge in order to guarantee the tightness of the circulation duct in relation to the circulation channels in an integral manner.
  • a vertex of the peripheral edge of the plate considered is in direct contact with the adjacent plate.
  • the top of the peripheral edge corresponds to an end of the peripheral edge parallel to the elongation plane of the plate. The top is pressed against one of the adjacent plates during the superposition of said plates and thus closes a potential access between the circulation channel and the circulation conduit. It is this direct contact which seals the circulation duct with respect to the circulation channels.
  • At least one of the plates comprises a separation projecting from the elongation plane of the plate in question, an edge of said separation being in contact with the adjacent plate, the separation being configured so that the circulation of the fluid along the plate forms a U.
  • the edge of the parting is in contact with the adjacent plate when overlapping the plates.
  • the separation makes it possible to guide the fluid within the circulation channel considered, so that the fluid circulates over the entire surface of the plate. Such circulation promotes the heat exchange taking place within the heat exchanger.
  • the fluid circulates in such a way as to make a round trip between two collectors arranged at the same side of the plate, thus forming a U.
  • Each plate can include a separation so as to optimize the heat exchange taking place in the heat exchanger.
  • the separation of the plate comprises at least the peripheral edge which delimits the opening forming the circulation duct of the plate in question.
  • the peripheral edge forms part of the separation, and the circulation of the fluid circulating in the circulation channel is partially managed by the separation and by the peripheral edge integrated into said separation.
  • the top of the peripheral edge of at least one plate is coplanar with the edge of the separation of the plate considered.
  • the separation and the peripheral edge are both intended to obstruct the circulation of the fluid circulating in the circulation channel.
  • the top of the peripheral edge and the edge of the separation are both in contact with the adjacent plate when the plates are superimposed on each other in order to form the heat exchange block of the heat exchanger.
  • at least one of the plates comprises a bottom and a raised edge, the bottom being provided with flow disruptors which surround the opening forming the circulation duct of the plate in question. It is at the bottom that the fluid circulates within the circulation channel.
  • the raised edge extends all the way around the plate. The raised edge prevents the fluid circulating in the circulation channel from flowing out of the heat exchanger. The raised edge also facilitates the superposition of the plates together to form the heat exchange block of the heat exchanger.
  • Flow disruptors facilitate the homogenization of the fluid by distributing it over the entire bottom of the plate during its circulation within the circulation channel. Flow disruptors also allow the fluid circulation speed to be slowed down in order to optimize the heat exchange taking place in the heat exchanger.
  • the flow disturbers are therefore arranged on a fluid trajectory and protrude from the bottom of the plate in order to perform such functions.
  • At least one of the plates comprises two end portions each arranged at a longitudinal end of the plate in question, as well as a central portion interposed between the two end portions, the collectors being arranged at the level of at least at least one of the end portions, the circulation duct being arranged at the level of the central portion.
  • the collectors are arranged at the level of one or both terminal portions of the plates in order to generate a homogeneous fluid circulation along the plate considered.
  • the circulation of the fluid can thus form an I or a U between the two collectors concerned.
  • the circulation duct is advantageously placed at the level of the central portion. However, if the size of the plates allows it, the circulation duct can also be arranged at the level of the end portions as well.
  • the heat exchanger comprises a first circuit configured to circulate a refrigerant fluid and a second circuit configured to circulate a heat transfer liquid, each circuit comprising two collectors and a plurality of circulation channels fluidically connecting the two collectors, the circulation channels being arranged so as to form an alternation between a circulation channel configured to ensure circulation refrigerant fluid and a circulation channel configured to ensure the circulation of the heat transfer liquid.
  • the function of the heat exchanger is therefore to carry out a heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, each of them circulating in several circulation channels specific to it.
  • Such a heat exchange can have several functions, such as for example evaporating or condensing the coolant, while modifying the temperature of the heat-transfer liquid so that the latter can ensure heat treatment of various elements of the vehicle outside the heat exchanger.
  • the heat exchange taking place within the latter must be favored as much as possible.
  • the alternation between a circulation channel traversed by the refrigerant fluid and a circulation channel traversed by the heat transfer liquid contributes to maximizing the heat exchange between the fluids.
  • other solutions can be used in addition to the alternation of the circulation channels, such as for example setting up a circulation of the two fluids in counter-current with respect to one another. the other.
  • the invention also covers a heat treatment module for a heat treatment system of a vehicle, comprising at least two heat exchangers, an internal heat exchanger and an accumulation device, the two heat exchangers both being configured to operate a heat exchange between a refrigerant fluid and a heat transfer liquid, the internal heat exchanger being configured to operate a heat exchange between the refrigerant fluid subjected in the heat treatment system to two different temperature levels, the internal heat exchanger comprising a platform on which the accumulation device is arranged, at least the circulation pipe of the exchanger fluidically connecting the internal heat exchanger to the accumulation device.
  • Such a heat treatment module thus makes it possible to group together an accumulation device and three exchangers providing heat exchange either between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, or within a refrigerant fluid circuit such as c This is the case for the internal heat exchanger.
  • the presence of the circulation conduit within at least one of the heat exchangers ensures the fluidic connection between the device accumulation and the internal heat exchanger within the heat treatment module itself and without the use of a pipette inducing a pressure drop.
  • One or the other of the heat exchangers can also comprise an additional circulation pipe in order to circulate the refrigerant fluid out of the internal heat exchanger then from the heat treatment module so that the said refrigerant fluid reaches, for example, a device compression.
  • Heat exchangers ensure a heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, in order to ensure several functions dependent on a temperature of the refrigerant fluid, as mentioned above.
  • the heat transfer liquid can condense the refrigerant.
  • the coolant can cool the heat transfer liquid so that the latter subsequently performs a function of cooling the components of the powertrain of the vehicle.
  • the internal heat exchanger is specific to the refrigerant circuit.
  • the internal heat exchanger allows an exchange of heat between two temperature levels of the refrigerant fluid in order to operate a thermal regulation of the refrigerant fluid and thus to optimize the thermal performance of the refrigerant circuit.
  • the refrigerant fluid is circulated within the refrigerant fluid circuit by a compression device, which is only capable of compressing the refrigerant fluid in the gaseous state and risks being damaged in the event of a circulation of refrigerant fluid in the liquid state.
  • the accumulation device therefore makes it possible to contain the refrigerant fluid in the liquid state in order to prevent it from continuing its circulation to the compression device.
  • the accumulation device thus ensures the protection of the compression device.
  • the platform on which the accumulation device is placed makes it possible to support the latter mechanically.
  • the accumulation device and the platform can be fixed together via any fixing means.
  • the internal heat exchanger comprises a body made up of a plurality of plates, the body being part of a projection perpendicular to the stacking direction of the plates, a projection of the heat exchangers perpendicular to the stacking direction of the plates being included in the projection of the body of the internal heat exchanger.
  • Integrating the projections of the heat exchangers within the projection of the internal heat exchanger makes it possible to keep at least two dimensions of the heat treatment module equal to the dimensions of the internal heat exchanger. Such a configuration reinforces the compactness of the heat treatment module. Moreover, thanks to this configuration, the circulation duct is arranged opposite the internal heat exchanger, regardless of which heat exchanger is placed on said circulation duct. The connection between the circulation duct and the internal heat exchanger is then simplified.
  • the heat treatment module may comprise an expansion member secured to at least the two heat exchangers.
  • the expansion member provides expansion of the fluid refrigerant corresponding to a decrease in the pressure of said refrigerant fluid.
  • the refrigerant fluid circulates within the heat treatment module at high pressure as far as the expansion member, then at low pressure downstream of the expansion member.
  • This expansion can be facilitated by a heat exchange operated within one of the heat exchangers, said heat exchange resulting in the condensation of the refrigerant fluid.
  • the expansion of the refrigerant fluid is accompanied by a decrease in temperature. It is therefore the expansion member which makes it possible to vary the temperature of the refrigerant fluid.
  • the expansion device is mechanically secured to at least the two heat exchangers in order to integrate it into the heat treatment module.
  • the expansion member Depending on a positioning of the expansion member at the heat treatment module, the expansion member provides a fluid connection between the two heat exchangers, or between one of the heat exchangers and the internal heat exchanger .
  • the two heat exchangers each comprise a heat exchange block at the end of which is arranged an upper wall for a first heat exchanger and an upper face for a second heat exchanger, the expansion member being arranged at the upper wall of the first heat exchanger and the upper face of the second heat exchanger, the upper wall of a first heat exchanger and the upper face of a second heat exchanger being arranged opposite the exchanger internal heat with respect to the heat exchange block of at least one of the heat exchangers.
  • the heat exchange block corresponds to a structural zone of each of the heat exchangers within which the heat exchange which is specific to it takes place, for example the stack of plates for the heat exchanger provided with the circulation conduit.
  • the expansion member is for its part arranged so as to be mechanically linked both to the upper wall of the first heat exchanger and to the upper face of the second heat exchanger. THE two heat exchangers can for example be in contact with the internal heat exchanger, the upper wall of the first heat exchanger and the upper face of the second heat exchanger corresponding to the opposite part with respect to the heat exchange block.
  • the heat exchangers form an assembly, the expansion member being arranged within a space interposed between the assembly formed by the heat exchangers and the internal heat exchanger.
  • This is a second example of an arrangement of the expansion device within the heat treatment module according to the invention.
  • the space formed between the assembly of the two heat exchangers and the internal heat exchanger makes it possible to house the expansion member as well as elements ensuring, for example, a fluid connection between the assembly of the heat exchangers and the heat exchanger internal. In such a configuration, a connection within the space is also necessary to fluidically connect the circulation duct and the internal heat exchanger.
  • FIG. 3 represents a plurality of plates forming part of the heat exchanger
  • FIG. 4 represents a first embodiment of a heat treatment module in which the heat exchanger according to the invention is integrated
  • FIG. 6 shows a diagram of the circulation of a refrigerant fluid within the second embodiment of the heat treatment module
  • fig 7] represents a third embodiment of the heat treatment module
  • FIG. 8 illustrates a first part of a flow diagram of the coolant within the third embodiment of the heat treatment module
  • FIG. 9 illustrates a second part of the circulation diagram of the coolant within the third embodiment of the heat treatment module.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger 50 according to the invention.
  • the heat exchanger 50 comprises a plurality of plates 30 stacked together along a stacking direction 31 in order to form a heat exchange block 15 of the heat exchanger 50.
  • the heat exchange block 15 allows circulation of at least one fluid so that the latter is thermally treated.
  • the heat exchanger 50 comprises a plurality of collectors ensuring the distribution of the fluid within the heat exchange block 15 or the recovery of the fluid coming from this same heat block 15.
  • the heat exchanger 50 illustrated in Figure 1 includes a first inlet manifold 52, a first outlet manifold 53, a second inlet manifold 54 and a second outlet manifold 55.
  • the inlet manifolds 52, 54 provide the distribution of fluid within the heat exchange block 15 while the outlet collectors 53, 55 ensure the collection of fluid coming from the heat exchange block 15.
  • the heat exchanger 50 is configured to ensure the circulation of two different fluids within its heat exchange block 15, for example a refrigerant fluid and a heat transfer liquid, or else of a single fluid at two different temperatures to guarantee a heat exchange. All of these collectors extend parallel to the stacking direction 31 of the plates 30.
  • the heat exchanger 50 also comprises two circulation ducts 51 which, like the collectors, extend parallel to the stacking direction 31 of the plates 30.
  • the circulation ducts 51 are formed by a succession of openings 59 arranged at the level of the plates 30, advantageously on each of the plates 30.
  • the circulation ducts 51 guarantee a circulation of 'a fluid, for example the refrigerant, minimizing a potential pressure drop during the circulation of said fluid. It is thus understood that said circulation ducts 51 are intended to circulate a fluid through the heat exchanger 50 but without generating a heat exchange involving the fluid circulating in the circulation ducts 51.
  • the heat exchanger 50 is divided into a central portion 58 and into a first end portion 56 and into a second end portion 57 extending on either side of the central portion 58.
  • the collectors of the heat exchanger 50 are arranged at the level of the end portions 56, 57 while the circulation ducts 51 are arranged at the level of the central portion 58 of the heat exchanger 50.
  • the collectors and the circulation ducts 51 can however be arranged differently if the dimensions of the heat exchanger 50 allow it.
  • FIG. 2 represents a schematic side view of the heat exchanger 50 making it possible to illustrate the extent of the circulation ducts 51 and of the collectors within the heat exchange block 15.
  • the circulation ducts 51 shown in dotted lines s extend so as to cross the heat exchanger 50 right through.
  • One objective of these circulation ducts 51 can therefore for example be to form access to a third element by passing through the heat exchanger 50.
  • the circulation ducts 51 are sealed with respect to the heat exchange block. heat 15. There is therefore no mixing between the fluid circulating in the heat exchange block 15 between the collectors and the fluid circulating in the circulation ducts 51.
  • FIG. 3 represents a succession of three plates 30 forming the heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 3 makes it possible to describe with more precision how the collectors and the circulation ducts are formed, as well as to illustrate the circulation of the fluid or fluids circulating within the heat exchanger.
  • Figure 3 is illustrated a first plate 30a, a second plate 30b and a third plate 30c, intended to be superimposed on each other, the second plate 30b being interposed between the first plate 30a and the third plate 30c.
  • the first plate 30a and the third plate 30c are structurally identical to each other.
  • certain elements are found at the level of the three plates 30, although each of the references may not be found for all the plates 30.
  • the three plates 30 each comprise a bottom 60 coincident in the plane of elongation of said plates 30, and a raised edge 61 extending circumferentially around the bottom 60.
  • the raised edge 61 of each of the plates 30 makes it possible to avoid any leakage of fluid(s) from the heat exchanger.
  • the raised edge 61 of each of the plates 30 also facilitates the correct positioning of each of the plates 30 with respect to each other when the latter are superposed together.
  • the superposition of the plates 30 forms circulation channels 68 between two adjacent plates 30.
  • a circulation channel 68 is formed between the first plate 30a and the second plate 30b, and a circulation channel 68 is formed between the second plate 30b and the third plate. 30c.
  • the collectors illustrated in Figures 1 and 2 provide fluid connection with the circulation channels 68 by distributing or collecting said fluid.
  • the collectors are formed during the superimposition of the plates 30 by a succession of orifices 67.
  • four orifices 67 are arranged per plate 30, each of the four orifices 67 corresponding to a portion of each of the four collectors illustrated on the figures 1 and 2.
  • the heat exchanger can comprise a first circuit 71 and a second circuit 72, each of these circuits 71, 72 including two collectors as well as a plurality of circulation channels 68.
  • the two fluids can for example be a refrigerant fluid and a heat transfer liquid.
  • the heat exchanger is configured so that the circulation channels 68 are arranged so as to form an alternation between a circulation channel 68 belonging to the first circuit 71 and a circulation channel 68 belonging to the second circuit 72.
  • two orifices 67 allow the fluid in question to circulate within the circulation channel 68 from one manifold to another.
  • the other two orifices 67 are delimited by a stamping 69 prohibiting access to the circulation channel 68 to the fluid circulating in the collectors corresponding to the orifices 67 provided with the stamping 69. It is thanks to these orifices 67 delimited or not by the stamped 69 that the circulation of the refrigerant fluid and the circulation of the heat transfer liquid takes place by alternating the circulation channels 68 with respect to the stacking direction of the plates 30.
  • the two orifices 67 belonging to the manifolds forming part of the same circuit are arranged on the same end portion of each plate 30.
  • the latter comprise a separation 62 protruding from the bottom 60 of the plates 30, the separation 62 being configured to obstruct the fluid.
  • the latter then circulates within the circulation channel 68 so as to form a U, which allows it to circulate over the entire surface of the plate 30 from an orifice 67 to another orifice 67.
  • the separation 62 comprises a ridge 63 which is in contact with the adjacent plate 30 so that the fluid cannot cross the separation 62.
  • each plate 30 is provided with a plurality of flow disturbers 66 in order to optimize the distribution of each fluid.
  • FIG. 3 also makes it possible to observe the succession of openings 59 of the plates 30 forming the circulation duct when the latter are stacked together.
  • each opening 59 illustrated in FIG. 3 is delimited by a peripheral edge 64 extending around each opening 59 of circumferential way.
  • the peripheral edge 64 protrudes from the bottom 60 of the plates 30 and includes a top 65 in contact with the adjacent plate 30 in order to guarantee the sealing mentioned above.
  • each separation 62 of the plates 30 also includes the peripheral edge 64.
  • the apex 65 of the peripheral edge 64 and the edge 63 of the separation 62 are coplanar with each other.
  • FIG. 4 represents a first embodiment of a heat treatment module 1 according to the invention.
  • the heat treatment module 1 is part of a heat treatment system of a vehicle, said system being able to simultaneously provide heat treatment of a passenger compartment of the vehicle and heat treatment of various components of a traction chain of the vehicle.
  • the heat treatment system comprises at least one refrigerant fluid circuit and at least one heat transfer liquid circuit, and the heat treatment module 1 comprises portions of these two circuits.
  • the heat treatment module 1 is thus capable of ensuring the circulation of a refrigerant fluid and of a heat transfer liquid within it.
  • the refrigerant fluid can be a fluid of the Ri34a or Ri234yf type and the heat transfer liquid can be glycol water.
  • the heat treatment module 1 groups together two heat exchangers 50, including a first heat exchanger 2 and a second heat exchanger 3, as well as an internal heat exchanger 4, each ensuring its own function allowing the correct operation of the heat treatment system of the vehicle.
  • first heat exchanger 2 and the second heat exchanger 3 are configured to ensure heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid in the manner described above, the heat exchange within each of the heat exchangers 50 being specific to one or more functions of the heat treatment system.
  • Each heat exchanger 50 comprises the heat exchange block 15 within which the heat exchange takes place between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid.
  • the internal heat exchanger 4 provides an intrinsic heat exchange to the refrigerant circuit, but between two temperature levels of said refrigerant fluid, namely at a first temperature and at a second temperature.
  • the details concerning the circulation of the refrigerant fluid and the heat transfer liquid as well as all the heat exchanges occurring within the heat treatment module 1 will be described later.
  • the heat exchangers 50 comprise a plurality of collectors.
  • the ends of said manifolds are shown in Figure 4.
  • the heat treatment module 1 thus comprises a coolant fluid inlet 7 and a coolant fluid outlet 8.
  • the coolant fluid inlet 7 is positioned at the first heat exchanger 2 and the coolant outlet 8 is positioned at the level of the second heat exchanger 3, but these positions can be different depending on the circulation of the coolant fluid within the heat treatment module 1.
  • the first heat exchanger 2 comprises a coolant liquid inlet 9 and a coolant liquid outlet 10, while the second heat exchanger 3 comprises an inlet orifice 11 and an outlet orifice 12.
  • the heat transfer liquid entering within one of the heat exchangers 50 circulates only within said heat exchanger 50.
  • the heat transfer liquid entering respectively via the heat transfer liquid inlet 9 or the inlet orifice 11 necessarily emerges respectively via the coolant outlet 10 or the outlet orifice 12.
  • the first heat exchanger 2 and the second heat exchanger 3 respectively comprise a first connection orifice 46 and a second connection orifice 47.
  • connection orifices 46, 47 allow for example the attachment of an expansion member as will be described later, or else the attachment of pipes, themselves connected to said expansion member.
  • the internal heat exchanger 4 like the heat exchangers 50, is a plate exchanger.
  • the internal heat exchanger 4 also comprises a plurality of plates 30 stacked on top of each other along the stacking direction 31.
  • the stacking direction 31 of the heat exchangers 50 and of the internal heat exchanger 4 are parallel or substantially parallel to each other.
  • the refrigerant fluid and the heat transfer liquid circulate within the heat exchangers 50 and the internal heat exchanger 4 circulate within circulation channels arranged alternately from one plate 30 to another. , in order to optimize the heat exchange.
  • the first heat exchanger 2 comprises an upper wall 13, and the second heat exchanger 3 comprises an upper face 14.
  • the upper wall 13 and the upper face 14 corresponding to the wall and to the face of the heat exchangers 50 opposite to the heat exchanger.
  • the latter comprises a body 16 also formed by a stack of plates 30.
  • the internal heat exchanger 4 is part of a projection P perpendicular to the stacking direction 31 of the plates 30 of said internal heat exchanger 4. It should be noted that a projection of the first heat exchanger 2 and of the second heat exchanger 3 are included in the projection P of the internal heat exchanger 4. Such an arrangement makes it possible to improve the compactness of the heat treatment module 1.
  • the heat treatment module 1 also comprises an accumulation device 6, as well as a platform 40 ensuring the mechanical maintenance of the accumulation device 6.
  • the accumulation device 6 is connected to the refrigerant circuit and makes it possible to store a part of the refrigerant in the liquid state in order to prevent the latter from continuing its circulation and damaging components of the treatment system heat that can only interact with the refrigerant in the gaseous state, for example a compression device, not shown.
  • the platform 40 extends beyond the projection P of the internal heat exchanger 4.
  • the platform 40 can for example be an independent part of the heat treatment module 1 which can be fixed thereto, for example by welding.
  • the second heat exchanger 3 corresponds to a heat exchanger 50 described previously.
  • the second heat exchanger 3 comprises openings 59 providing access to the circulation ducts passing through said second heat exchanger 3.
  • the openings 59 can also be arranged, for example, between the inlet orifice 11 and the outlet orifice 12 and between the refrigerant fluid outlet 8 and the second connection orifice 47.
  • At least the circulation ducts of the second heat exchanger 3 make it possible to ensure a fluidic connection with the internal heat exchanger 4 arranged under the second heat exchanger 3.
  • One of these circulation ducts can also be fluidically connected to the device for accumulation 6. Circulating the coolant within the circulation ducts greatly limits the pressure drop of said coolant.
  • FIG. 5 represents a second embodiment of the heat treatment module 1.
  • the second embodiment is identical to the first embodiment, with the exception of the presence of an expansion member 5 directly attached to the first heat exchanger 2 and the second heat exchanger 3. Only the differences with respect to the heat treatment module 1 of FIG. 4 will be described here, namely the characteristics of the expansion device 5. Reference will therefore be made to the description of FIG. the structural and functional characteristics common to the first two embodiments of the heat treatment module 1.
  • the expansion member 5 provides expansion of the refrigerant when the latter passes through the expansion member 5.
  • the expansion member 5 is mechanically integral with the first heat exchanger 2 and the second heat exchanger 3, more particularly of the upper wall 13 of the first heat exchanger 2 and of the upper face 14 of the second heat exchanger 3.
  • the expansion device 5 comprises an electronic control 17 making it possible to control a level of expansion of the refrigerant fluid within the expansion device 5.
  • the presence of the expansion device 5 within the heat treatment module 1 contributes to enhance its compactness.
  • FIG. 6 represents an example of the circulation of the refrigerant fluid and of the heat transfer liquid within the second embodiment of the heat treatment module 1.
  • the circulation of the refrigerant fluid and of the heat transfer liquid is represented by lines of different thicknesses, the thickest lines corresponding to the circulation of the refrigerant fluid within a first section 18, the thinnest lines corresponding to the circulation of the refrigerant fluid within a second section 19 and the intermediate thickness lines corresponding to the circulation of the heat transfer liquid.
  • the coolant circulates in the heat treatment module 1 at two different temperatures.
  • the refrigerant fluid circulating in the first section 18 corresponds to the refrigerant fluid at the first temperature
  • the refrigerant fluid circulating in the second section 19 corresponds to the refrigerant fluid at the second temperature.
  • the expansion device 5 separates the first section 18 from the second section 19 because by expanding the refrigerant fluid, the latter switches from the first temperature to the second temperature, the first temperature being higher than the second temperature.
  • the refrigerant enters within the heat treatment module 1, more particularly within a first pass 20 of the first heat exchanger heat 2. It is at this first pass 20 that the first section 18 begins, where the refrigerant fluid is at the first temperature. Simultaneously, the heat transfer liquid circulates within a second pass 21 of the first heat exchanger 2. The heat exchange taking place in the first heat exchanger 2 therefore takes place between the refrigerant fluid circulating in the first pass 20 and the heat transfer liquid circulating in the second pass 21. Within the first heat exchanger 2, the coolant is at a higher temperature than the heat transfer liquid.
  • this heat exchange is in particular to condense the refrigerant fluid via the heat transfer liquid, and this in order to facilitate the expansion of the latter via the expansion member 5.
  • This heat exchange can also be used to heat the liquid heat carrier as part of an indirect heat pump type configuration if this is the case for the associated heat treatment system.
  • the refrigerant fluid After having circulated within the first pass 20, the refrigerant fluid circulates within the internal heat exchanger 4 via a first pipe 24 in order to effect a heat exchange with the refrigerant fluid circulating in the second section 19.
  • the heat exchange operated within the internal heat exchanger 4 makes it possible to optimize the thermal performance of the refrigerant circuit.
  • the refrigerant fluid After having passed through the first pipe 24, the refrigerant fluid returns to the first heat exchanger 2 and circulates within an additional pass 26.
  • This additional pass 26 makes it possible to fluidically connect the first pipe 24 to the expansion member 5.
  • the refrigerant fluid circulating in the additional pass 26 does not undergo heat exchange despite the fact that it passes through the first heat exchanger 2.
  • the refrigerant fluid thus joins the expansion device 5 which, by expanding the refrigerant fluid, performs the transition between the first section 18 and the second section 19.
  • the refrigerant fluid leaves the expansion device 5 at the second temperature and circulates within a first passage 22 arranged in the second heat exchanger 3. Simultaneously, the heat transfer liquid circulates within a second passage 23 of the second heat exchanger 3.
  • the heat exchange taking place in the second heat exchanger 3 therefore takes place between the refrigerant fluid circulating in the first passage 22 and the heat transfer liquid circulating in the second passage 23 within the second heat exchanger 3.
  • the refrigerant fluid is at a lower temperature than the heat transfer liquid.
  • the purpose of this heat exchange is in particular to cool the heat transfer liquid via the refrigerant fluid.
  • the heat transfer liquid thus cooled then makes it possible to circulate to one or more elements of the traction chain of the vehicle and to heat treat the latter.
  • This heat exchange also makes it possible to at least partially evaporate the refrigerant fluid in order to optimize the performance of the refrigerant fluid circuit.
  • the coolant then leaves the first passage 22 and by analogy the second heat exchanger 3, for example via the coolant outlet of the second heat exchanger 3 illustrated in Figure 5.
  • the refrigerant can for example circulate within an external pipe 29 until it reaches the accumulation device 6.
  • the accumulation device 6 contains a potential liquid fraction of refrigerant which has not been evaporated during the heat exchange carried out in the second heat exchanger 3. Thus, only refrigerant in the gaseous state leaves the accumulation device 6.
  • the refrigerant fluid then continues its circulation in the external pipe 29 in order to reach the internal heat exchanger 4.
  • the fluidic connection with the internal heat exchanger 4 is made by crossing the circulation pipe 51 formed within the second heat exchanger 3, in order to limit the pressure drop of the refrigerant fluid. Since the circulation duct is arranged opposite the internal heat exchanger 4, the refrigerant fluid can thus directly join the internal heat exchanger 4 by crossing the second heat exchanger 3.
  • the refrigerant circulates again within the internal heat exchanger 4 but this time via a second pipe 25.
  • the heat exchange taking place within the internal heat exchanger 4 is therefore between the refrigerant fluid circulating in the first conduit 24 and the refrigerant fluid circulating in the second conduit 25.
  • the refrigerant fluid leaves the module heat treatment unit 1 via the circulation conduit 51 parallel to the circulation conduit 51 which fluidically connects the storage device 6 to the second conduit 25 of the internal heat exchanger 4.
  • the refrigerant fluid then leaves the heat treatment device 1 in order for example to join a compression device, not shown.
  • FIG. 7 represents a third embodiment of the heat treatment module 1.
  • the third embodiment differs from the second embodiment differs by the position of the expansion member 5. Reference will therefore be made to the description of FIG. 4 and/or in FIG. 5 for all that relates to the common characteristics described previously.
  • the third embodiment differs from the second embodiment in that the heat treatment module 1 comprises a space 35 separating an assembly formed by the first heat exchanger 2 and the second heat exchanger 3 and the internal heat exchanger 4.
  • the space 35 makes it possible to accommodate a plurality of elements, in particular the expansion member 5 which is therefore interposed here between the two heat exchangers 50 and the internal heat exchanger 4.
  • the expansion device 5 is integral with the first heat exchanger 2, the second heat exchanger 3 and the internal heat exchanger 4, for example by welding.
  • FIG. 8 schematically illustrates a first part of the circulation of the refrigerant fluid within the third embodiment of the heat treatment module i, as well as the circulation of the coolant liquid within the first heat exchanger 2. As for FIG. 6, the fluid circulations of FIGS.
  • the coolant enters the first pass 20 of the first heat exchanger 2 via the coolant inlet 7 while the coolant enters the second pass 21 via the coolant inlet 9.
  • the heat exchange carried out in the first heat exchanger 2 takes place between the refrigerant fluid circulating in the first pass 20 and the heat transfer liquid circulating in the second pass 21. Following this heat exchange, the heat transfer liquid leaves the first exchanger thermal 2 via the heat transfer fluid outlet 10.
  • the refrigerant fluid joins the first pipe 24 of the internal heat exchanger 4 via the connection block 36 mentioned above. After having participated in the heat exchange carried out within the internal heat exchanger 4, the refrigerant fluid can then directly join the expansion device 5. It is thus understood that the third embodiment of the heat treatment module 1 makes it possible to avoid setting up the additional pass, as for the second embodiment.
  • the expansion member 5 thus allows a direct fluidic connection between the first pipe 24 of the internal heat exchanger 4 and the first passage of the second heat exchanger.
  • FIG. 9 illustrates a second part of the circulation of the refrigerant fluid, that is to say the second section 19 of the refrigerant fluid circuit, after the refrigerant fluid has been expanded by the expansion member 5.
  • the refrigerant fluid circulates in within the first passage 22 of the second heat exchanger 3.
  • the refrigerant fluid being at the second temperature by circulating in the second section 19, this makes it possible to cool the heat transfer liquid circulating in the second passage 23 after having entered via the inlet orifice 11 and before leaving via the outlet orifice 12.
  • the second heat exchanger 3 being provided with circulation ducts 51, the refrigerant fluid circulating in the first passage 22 and the heat transfer liquid circulating in the second passage 23 circulates between the plates bypassing the circulation ducts 51, as described and illustrated in Figure 3.
  • the refrigerant fluid after having been at least partially evaporated during the heat exchange carried out in the second heat exchanger 3, leaves the latter via the refrigerant fluid outlet 8 and can for example circulate within the external pipe 29 up to 'to join the accumulation device 6. Only refrigerant in the gaseous state leaves the accumulation device 6 and circulates to the second pipe 25 of the internal heat exchanger 4 passing through one of the circulation conduits 51, for example a first circulation conduit 51a.
  • the space comprises a first pipe 73 providing such a fluidic connection.
  • the refrigerant fluid circulates in a second pipe 74 then in a second circulation pipe 51b, different from the first pipe of circulation 51a, and leaves the heat treatment module 1 once out of the second circulation duct 51b in order to join the compression device, not shown.
  • the invention achieves the goal that it had set itself, and makes it possible to propose a heat exchanger with ducts of circulation reducing the pressure drop of a fluid passing through said heat exchanger.
  • Variants not described here could be implemented without departing from the context of the invention, since, in accordance with the invention, they comprise a heat exchanger in accordance with the invention.

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur thermique (50) comprenant une pluralité de plaques (30) superposées entre elles en formant un empilement de plaques (30) et en délimitant des canaux de circulation (68) d'un fluide, l'échangeur thermique (50) comprenant au moins deux collecteurs (52, 53, 54, 55), lesdits collecteurs (52, 53, 54, 55) étant configurés pour autoriser la circulation du fluide au sein de l'échangeur thermique (50) de manière à distribuer ou collecter ledit fluide vers ou depuis les canaux de circulation (68), caractérisé en ce que l'échangeur thermique (50) comprend un conduit de circulation (51) traversant l'échangeur thermique (50) de part en part, le conduit de circulation (51) étant formé par une succession d'ouvertures (59) agencées à travers les plaques (30), le conduit de circulation (51) étant étanche par rapport aux canaux de circulation (68) délimités par les plaques (30).

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Echangeur thermique avec conduits de circulation
La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de traitement thermique au sein d’un véhicule et concerne plus particulièrement un échangeur thermique agencé au sein d’un tel système de traitement thermique.
Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’un circuit de fluide réfrigérant et d’au moins un circuit de liquide caloporteur, tous deux utilisés pour participer à un traitement thermique de différentes zones ou différents composants du véhicule. Il est notamment connu d’utiliser le circuit de fluide réfrigérant et/ou le circuit de liquide caloporteur pour traiter thermiquement un flux d’air envoyé dans un habitacle du véhicule équipé d’un tel circuit.
Dans une autre application de ce circuit, il est connu d’utiliser le circuit de liquide caloporteur pour refroidir des composants de la chaîne de traction du véhicule, tel que par exemple un dispositif de stockage électrique, ce dernier étant utilisé pour fournir une énergie à un moteur électrique capable de mettre en mouvement le véhicule. Le système de traitement thermique fournit ainsi l’énergie capable de refroidir le dispositif de stockage électrique pendant son utilisation.
Dans un souci de compacité d’un tel système, une partie de ce circuit peut être regroupée en module. Ce dernier peut inclure plusieurs échangeurs thermiques, ou encore, de manière non exhaustive, un dispositif d’accumulation et/ou un élément de détente. La compacité du module entraîne toutefois la mise en œuvre d’une circulation de fluide particulière, notamment via une ou plusieurs pipettes, qui induisent une perte de charge et diminuent ainsi l’efficacité du système de traitement thermique.
La présente invention permet de minimiser une telle perte de charge en proposant un échangeur thermique pour système de traitement thermique d’un véhicule, comprenant une pluralité de plaques superposées entre elles en formant un empilement de plaques selon une direction d’empilement perpendiculaire à un plan d’allongement desdites plaques et en délimitant des canaux de circulation d’au moins un fluide, l’échangeur thermique comprenant au moins deux collecteurs s’étendant de manière parallèle à la direction d’empilement des plaques, lesdits collecteurs étant configurés pour autoriser la circulation du fluide au sein de l’échangeur thermique de manière à distribuer ou collecter ledit fluide vers ou depuis les canaux de circulation, caractérisé en ce que l’échangeur thermique comprend au moins un conduit de circulation traversant l’échangeur thermique de part en part selon une direction parallèle à la direction d’empilement des plaques, le conduit de circulation étant formé par une succession d’ouvertures agencées à travers les plaques, le conduit de circulation étant étanche par rapport aux canaux de circulation délimités par les plaques.
Ce conduit de circulation agencé directement au sein de l’échangeur thermique permet ainsi de former une voie pour assurer la traversée de l’échangeur thermique sans objectif d’échange thermique au sein de ce dernier, tout en minimisant la perte de charge dudit fluide. Un tel conduit de circulation répond par ailleurs à l’objectif de compacité du système de traitement thermique comprenant un tel échangeur thermique, et ce en réduisant la mise en place de conduites externes créant un encombrement mécanique.
L’échangeur thermique selon l’invention est un échangeur à plaques. De tels plaques sont empilées entre elles afin de former un bloc d’échange de chaleur dudit échangeur thermique. Les canaux de circulation sont ainsi formés par la superposition des plaques, et le fluide destiné à être chauffé ou refroidi en fonction du besoin circule dans ces canaux de circulation entre les plaques de l’échangeur thermique. Les collecteurs assurent quant à eux la distribution du fluide au sein de ces canaux de circulation et la récupération de ce même fluide en sortie des canaux de circulation. L’extension de ces collecteurs de manière parallèle à la direction d’empilement assure une connexion fluidique à l’ensemble des canaux de circulation formés au sein du bloc d’échange de chaleur de l’échangeur thermique.
Le conduit de circulation formé au sein de l’échangeur thermique traverse intégralement celui-ci, le but étant de faire circuler le fluide sans interagir d’une autre manière avec l’échangeur thermique. Ce sont les ouvertures des plaques qui mettent en forme le conduit de circulation lors de la superposition de celles-ci, les ouvertures étant en regard les unes des autres lorsque les plaques sont superposées entre elles. Les plaques peuvent comprendre chacune plusieurs ouvertures dans l’éventualité où plusieurs conduits de circulation doivent être aménagés pour faciliter la circulation du fluide. Par ailleurs, le conduit de circulation est agencé de sorte à être étanche au fluide circulant dans les canaux de circulation. Il ne peut donc pas y avoir de mélange entre le fluide circulant dans les canaux de circulation et le fluide circulant dans le conduit de circulation.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins une ouverture est délimitée par un bord périphérique faisant saillie du plan d’allongement de la plaque considérée, ledit bord périphérique étant configuré pour interdire toute circulation entre le fluide circulant dans les canaux de circulation entre les plaques et le fluide circulant dans le conduit de circulation. C’est grâce à ce bord périphérique que l’étanchéité du conduit de circulation par rapport aux canaux de circulation. Le bord périphérique s’étend principalement selon la direction d’empilement des plaques afin de former un obstacle au sein du canal de circulation. Le fluide circulant dans le canal de circulation ne peut ainsi que contourner le bord périphérique de l’ouverture, ce qui empêche le fluide de s’écouler dans le conduit de circulation. De même, grâce au bord périphérique, le fluide circulant dans le conduit de circulation ne peut pas s’écouler au sein du canal de circulation. D’une manière avantageuse, les ouvertures de chaque plaque sont toutes délimitées par un bord périphérique afin de garantir l’étanchéité du conduit de circulation par rapport aux canaux de circulation de manière intégrale.
Selon une caractéristique de l’invention, un sommet du bord périphérique de la plaque considérée est en contact direct avec la plaque adjacente. Le sommet du bord périphérique correspond à une extrémité du bord périphérique parallèle au plan d’allongement de la plaque. Le sommet est plaqué contre l’une des plaques adjacentes lors de la superposition desdites plaques et vient ainsi fermer un potentiel accès entre le canal de circulation et le conduit de circulation. C’est ce contact direct qui assure l’étanchéité du conduit de circulation par rapport aux canaux de circulation.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins une des plaques comprend une séparation faisant saillie du plan d’allongement de la plaque considérée, une arête de ladite séparation étant en contact avec la plaque adjacente, la séparation étant configurée pour que la circulation du fluide le long de la plaque forme un U. Tout comme le sommet du bord périphérique, l’arête de la séparation est en contact avec la plaque adjacente lors de la superposition des plaques. La séparation permet de guider le fluide au sein du canal de circulation considérée, et ce afin que le fluide circule sur l’ensemble de la surface de la plaque. Une telle circulation permet de favoriser l’échange de chaleur se déroulant au sein de l’échangeur thermique. Le fluide circule de manière à effectuer un aller-retour entre deux collecteurs agencés au niveau d’une même côté de la plaque, formant ainsi un U. Il existe toutefois d’autres types de circulation pouvant être mis en œuvre, et ce en fonction de l’agencement de la séparation. Chaque plaque peut comprendre une séparation de manière à optimiser l’échange de chaleur se déroulant dans l’échangeur thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, la séparation de la plaque comprend au moins le bord périphérique qui délimite l’ouverture formant le conduit de circulation de la plaque considérée. Autrement dit, le bord périphérique fait partie de la séparation, et la circulation du fluide circulant dans le canal de circulation est partiellement gérée par la séparation et par le bord périphérique intégrée à ladite séparation.
Selon une caractéristique de l’invention, le sommet du bord périphérique d’au moins une plaque est coplanaire avec l’arête de la séparation de la plaque considérée. La séparation et le bord périphérique sont tous deux destinés à faire obstacle à la circulation du fluide circulant dans le canal de circulation. Par ailleurs le sommet du bord périphérique et l’arête de la séparation sont tous deux en contact de la plaque adjacente lorsque les plaques sont superposées entre elles afin de former le bloc d’échange de chaleur de l’échangeur thermique. Selon une caractéristique de l’invention, au moins une des plaques comprend un fond et un bord relevé, le fond étant pourvu de perturbateurs d’écoulements qui entourent l’ouverture formant le conduit de circulation de la plaque considérée. C’est au niveau du fond que circule le fluide au sein du canal de circulation. Le bord relevé s’étend quant à lui tout autour de la plaque. Le bord relevé permet d’éviter que le fluide circulant dans le canal de circulation s’écoule hors de l’échangeur thermique. Le bord relevé facilite par ailleurs la superposition des plaques entre elles pour former le bloc d’échange de chaleur de l’échangeur thermique.
Les perturbateurs d’écoulement facilitent l’homogénéisation du fluide en répartissant celui-ci sur l’ensemble du fond de la plaque lors de sa circulation au sein du canal de circulation. Les perturbateurs d’écoulement permettent également de ralentir la vitesse de circulation du fluide afin d’optimiser l’échange de chaleur se déroulant dans l’échangeur thermique. Les perturbateurs d’écoulement sont donc agencés sur une trajectoire du fluide et font saillie du fond de la plaque afin d’assurer de telles fonctions.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins une des plaques comprend deux portions terminales disposées chacune à une extrémité longitudinale de la plaque considérée, ainsi qu’une portion centrale interposée entre les deux portions terminales, les collecteurs étant agencés au niveau d’au moins l’une des portions terminales, le conduit de circulation étant agencé au niveau de la portion centrale. Les collecteurs sont disposés au niveau d’une ou des deux portions terminales des plaques afin de générer une circulation du fluide homogène le long de la plaque considérée. La circulation du fluide peut ainsi former un I ou un U entre les deux collecteurs concernés. Afin d’optimiser l’espace du dispositif de traitement thermique et de limiter de potentielles interférences mécaniques, le conduit de circulation est avantageusement disposé au niveau de la portion centrale. Toutefois, si la dimension des plaques le permet, le conduit de circulation peut également être agencé au niveau des portions terminales également.
Selon une caractéristique de l’invention, l’échangeur thermique comprend un premier circuit configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant et un deuxième circuit configuré pour faire circuler un liquide caloporteur, chaque circuit comprenant deux collecteurs et une pluralité de canaux de circulation reliant fluidiquement les deux collecteurs, les canaux de circulation étant agencés de manière à former une alternance entre un canal de circulation configuré pour assurer la circulation du fluide réfrigérant et un canal de circulation configuré pour assurer la circulation du liquide caloporteur. La fonction de l’échangeur thermique est donc d’opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, chacun d’entre eux circulant dans plusieurs canaux de circulation qui lui sont propres. Un tel échange de chaleur peut avoir plusieurs fonctions, comme par exemple évaporer ou condenser le fluide réfrigérant, tout en modifiant la température du liquide caloporteur afin que celui-ci puisse assurer un traitement thermique de divers éléments du véhicule hors de l’échangeur thermique.
Afin d’optimiser le fonctionnement du système de traitement thermique auquel l’échangeur thermique est intégré, l’échange de chaleur se déroulant au sein de ce dernier doit être favorisé au maximum. L’alternance entre un canal de circulation parcouru par le fluide réfrigérant et un canal de circulation parcouru par le liquide caloporteur participe à maximiser l’échange de chaleur entre les fluides. Afin d’optimiser davantage l’échange de chaleur, d’autres solutions peuvent être utilisées en complément à l’alternance des canaux de circulation, comme par exemple mettre en place une circulation des deux fluides à contre-courant l’un par rapport à l’autre.
L’invention couvre également un module de traitement thermique pour système de traitement thermique d’un véhicule, comprenant au moins deux échangeurs thermiques, un échangeur de chaleur interne et un dispositif d’accumulation, les deux échangeurs thermiques étant tous deux configurés pour opérer un échange de chaleur entre un fluide réfrigérant et un liquide caloporteur, l’échangeur de chaleur interne étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant soumis dans le système de traitement thermique à deux niveaux de température différents, l’échangeur de chaleur interne comprenant une plateforme sur laquelle est disposé le dispositif d’accumulation, au moins le conduit de circulation de l’échangeur thermique reliant fluidiquement l’échangeur de chaleur interne au dispositif d’accumulation.
Un tel module de traitement thermique selon l’invention permet ainsi de regrouper un dispositif d’accumulation et trois échangeurs assurant un échange de chaleur soit entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, soit au sein même d’un circuit de fluide réfrigérant comme c’est le cas pour l’échangeur de chaleur interne. Dans une configuration où le fluide réfrigérant doit circuler depuis le dispositif d’accumulation jusqu’à l’échangeur de chaleur interne, la présence du conduit de circulation au sein d’au moins l’un des échangeurs thermiques assure la connexion fluidique entre le dispositif d’accumulation et l’échangeur de chaleur interne au sein même du module de traitement thermique et sans l’utilisation de pipette induisant une perte de charge. L’un ou l’autre des échangeurs thermiques peut par ailleurs comprendre un conduit de circulation supplémentaire afin de faire circuler le fluide réfrigérant hors de l’échangeur de chaleur interne puis du module de traitement thermique afin que ledit fluide réfrigérant rejoigne par exemple un dispositif de compression.
Les échangeurs thermiques assurent un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, et ce afin d’assurer plusieurs fonctions dépendantes d’une température du fluide réfrigérant, tel que cela a été évoqué précédemment. A titre d’exemple, au sein de ces échangeurs thermiques, le liquide caloporteur peut condenser le fluide réfrigérant. Selon un autre exemple, le fluide réfrigérant peut refroidir le liquide caloporteur afin que ce dernier assure par la suite une fonction de refroidissement des composants de la chaîne de traction du véhicule.
L’échangeur de chaleur interne est propre au circuit de fluide réfrigérant. Autrement dit, l’échangeur de chaleur interne permet un échange de chaleur entre deux niveaux de température du fluide réfrigérant afin d’opérer une régulation thermique du fluide réfrigérant et ainsi d’optimiser les performances thermiques du circuit de fluide réfrigérant.
Au cours de la circulation du fluide réfrigérant au sein du module de traitement thermique, et plus généralement au sein du système de traitement thermique, ledit fluide réfrigérant change d’état à plusieurs reprises en basculant d’un état liquide à un état gazeux et inversement. Il arrive ainsi que le fluide réfrigérant se retrouve dans un état diphasique. Or, le fluide réfrigérant est mis en circulation au sein du circuit de fluide réfrigérant par un dispositif de compression, qui n’est apte qu’à compresser le fluide réfrigérant qu’à l’état gazeux et risque de s’endommager en cas d’une circulation de fluide réfrigérant à l’état liquide. Le dispositif d’accumulation permet donc de contenir le fluide réfrigérant à l’état liquide afin d’éviter que celui-ci ne poursuive sa circulation jusqu’au dispositif de compression. Le dispositif d’accumulation assure ainsi la protection du dispositif de compression. La plateforme sur laquelle est disposée le dispositif d’accumulation permet de soutenir mécaniquement celui-ci. Le dispositif d’accumulation et la plateforme peuvent être fixés entre eux via un quelconque moyen de fixation.
Selon une caractéristique de l’invention, l’échangeur de chaleur interne comprend un corps constitué d’une pluralité de plaques, le corps s’inscrivant dans une projection perpendiculaire à la direction d’empilement des plaques, une projection des échangeurs thermiques perpendiculaire à la direction d’empilement des plaques étant compris dans la projection du corps de l’échangeur de chaleur interne.
Intégrer les projections des échangeurs thermiques au sein de la projection de l’échangeur de chaleur interne permet de conserver au moins deux dimensions du module de traitement thermique égales aux dimensions de l’échangeur de chaleur interne. Une telle configuration renforce la compacité du module de traitement thermique. Par ailleurs, grâce à cette configuration, le conduit de circulation est agencé en regard de l’échangeur de chaleur interne, peu importe sur quel échangeur thermique est mis en place ledit conduit de circulation. Le raccordement entre le conduit de circulation et l’échangeur de chaleur interne s’en retrouve alors simplifié.
Selon une caractéristique de l’invention, le module de traitement thermique peut comprendre un organe de détente solidaire d’au moins les deux échangeurs thermiques. L’organe de détente assure une détente du fluide réfrigérant correspondant à une diminution de la pression dudit fluide réfrigérant. Ainsi, le fluide réfrigérant circule au sein du module de traitement thermique à haute pression jusqu’à l’organe de détente, puis à basse pression en aval de l’organe de détente. Cette détente peut être facilitée par un échange de chaleur opéré au sein de l’un des échangeurs thermiques, ledit échange de chaleur entraînant la condensation du fluide réfrigérant. La détente du fluide réfrigérant s’accompagne d’une diminution de la température. C’est donc l’organe de détente qui permet de faire varier la température du fluide réfrigérant.
L’organe de détente est mécaniquement solidarisé au moins aux deux échangeurs thermiques afin de l’intégrer au module de traitement thermique. En fonction d’un positionnement de l’organe de détente au niveau du module de traitement thermique, l’organe de détente assure une connexion fluidique entre les deux échangeurs thermiques, ou entre l’un des échangeurs thermiques et l’échangeur de chaleur interne.
Selon une caractéristique de l’invention, les deux échangeurs thermiques comprennent chacun un bloc d’échange de chaleur au bout duquel est disposé une paroi supérieure pour un premier échangeur thermique et une face supérieure pour un deuxième échangeur thermique, l’organe de détente étant disposé au niveau de la paroi supérieure du premier échangeur thermique et de la face supérieure du deuxième échangeur thermique, la paroi supérieure d’un premier échangeur thermique et la face supérieure d’un deuxième échangeur thermique étant agencées à l’opposé de l’échangeur de chaleur interne par rapport au bloc d’échange de chaleur d’au moins l’un des échangeurs thermiques. Il s’agit d’un premier exemple d’agencement de l’organe de détente au sein du module de traitement thermique selon l’invention. Le bloc d’échange de chaleur, tel que cela a été décrit précédemment, correspond à une zone structurelle de chacun des échangeurs thermiques au sein duquel se déroule l’échange de chaleur qui lui est propre, par exemple l’empilement de plaques pour l’échangeur thermique pourvu du conduit de circulation. L’organe de détente est quant à lui agencé de sorte à être mécaniquement lié à la fois à la paroi supérieure du premier échangeur thermique et à la face supérieure du deuxième échangeur thermique. Les deux échangeurs thermiques peuvent par exemple être au contact de l’échangeur de chaleur interne, la paroi supérieure du premier échangeur thermique et la face supérieure du deuxième échangeur thermique correspondant à la partie opposée par rapport au bloc d’échange de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, les échangeurs thermiques forment un ensemble, l’organe de détente étant disposé au sein d’un espace interposé entre l’ensemble formé par les échangeurs thermiques et l’échangeur de chaleur interne. Il s’agit d’un deuxième exemple d’agencement de l’organe de détente au sein du module de traitement thermique selon l’invention. L’espace formé entre l’ensemble des deux échangeurs thermiques et l’échangeur de chaleur interne permet de loger l’organe de détente ainsi que des éléments assurant par exemple une connexion fluidique entre l’ensemble des échangeurs thermiques et l’échangeur de chaleur interne. Dans une telle configuration, un raccordement au sein de l’espace est également nécessaire pour connecter fluidiquement le conduit de circulation et l’échangeur de chaleur interne.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[fig i] représente une vue générale d’un échangeur thermique selon l’invention,
[fig 2] est une vue schématique de côté de l’échangeur thermique,
[fig 3] représente une pluralité de plaques formant partie de l’échangeur thermique,
[fig 4] représente un premier mode de réalisation d’un module de traitement thermique auquel est intégré l’échangeur thermique selon l’invention,
[fig 5] représente un deuxième mode de réalisation du module de traitement thermique,
[fig 6] représente un schéma de circulation d’un fluide réfrigérant au sein du deuxième mode de réalisation du module de traitement thermique, [fig 7] représente un troisième mode de réalisation du module de traitement thermique,
[fig 8] illustre une première partie d’un schéma de circulation du fluide réfrigérant au sein du troisième mode de réalisation du module de traitement thermique,
[fig 9] illustre une deuxième partie du schéma de circulation du fluide réfrigérant au sein du troisième mode de réalisation du module de traitement thermique.
La figure 1 représente un échangeur thermique 50 selon l’invention. L’échangeur thermique 50 comporte une pluralité de plaques 30 empilées entre elles selon une direction d’empilement 31 afin de former un bloc d’échange de chaleur 15 de l’échangeur thermique 50. Le bloc d’échange de chaleur 15 autorise la circulation d’au moins un fluide afin que ce dernier soit thermiquement traité. Afin que le fluide puisse circuler au sein du bloc d’échange de chaleur 15, l’échangeur thermique 50 comprend une pluralité de collecteurs assurant la distribution du fluide au sein du bloc d’échange de chaleur 15 ou la récupération du fluide provenant de ce même bloc de chaleur 15.
L’échangeur thermique 50 illustré sur la figure 1 comprend un premier collecteur d’entrée 52, un premier collecteur de sortie 53, un deuxième collecteur d’entrée 54 et un deuxième collecteur de sortie 55. Les collecteurs d’entrée 52, 54 assurent la distribution de fluide au sein du bloc d’échange de chaleur 15 tandis que les collecteurs de sortie 53, 55 assurent la collection de fluide provenant du bloc d’échange de chaleur 15. Ainsi l’échangeur thermique 50 est configuré pour assurer la circulation de deux fluides différents au sein de son bloc d’échange de chaleur 15, par exemple un fluide réfrigérant et un liquide caloporteur, ou bien d’un seul fluide à deux températures différentes pour garantir un échange de chaleur. L’ensemble de ces collecteurs s’étend de manière parallèle à la direction d’empilement 31 des plaques 30.
L’échangeur thermique 50 comprend également deux conduits de circulation 51 qui, tout comme les collecteurs, s’étendent de manière parallèle à la direction d’empilement 31 des plaques 30. Les conduits de circulation 51 sont formés par une succession d’ouvertures 59 agencées au niveau des plaques 30, d’une manière avantageuse sur chacune des plaques 30. Les conduits de circulation 51 garantissent une circulation d’un fluide, par exemple le fluide réfrigérant, en minimisant une potentielle perte de charge lors de la circulation dudit fluide. On comprend ainsi que lesdits conduits de circulation 51 ont pour vocation de faire circuler un fluide à travers l’échangeur thermique 50 mais sans pour autant générer un échange de chaleur impliquant le fluide circulant dans les conduits de circulation 51.
L’échangeur thermique 50 est divisé en une portion centrale 58 et en une première portion terminale 56 et en une deuxième portion terminale 57 s’étendant de part et d’autre de la portion centrale 58. Les collecteurs de l’échangeur thermique 50 sont agencés au niveau des portions terminales 56, 57 tandis que les conduits de circulation 51 sont agencés au niveau de la portion centrale 58 de l’échangeur thermique 50. Les collecteurs et les conduits de circulation 51 peuvent toutefois être agencées autrement si les dimensions de l’échangeur thermique 50 le permettent.
La figure 2 représente une vue de côté schématique de l’échangeur thermique 50 permettant d’illustrer l’étendue des conduits de circulation 51 et des collecteurs au sein du bloc d’échange de chaleur 15. Les conduits de circulation 51 représentés en pointillés s’étendent de sorte à traverser l’échangeur thermique 50 de part en part. Un objectif de ces conduits de circulation 51 peut donc par exemple être de former un accès à un élément tiers en passant par l’échangeur thermique 50. Il est à préciser que les conduits de circulation 51 sont étanches par rapport au bloc d’échange de chaleur 15. Il n’y a donc pas de mélange entre le fluide circulant dans le bloc d’échange de chaleur 15 entre les collecteurs et le fluide circulant dans les conduits de circulation 51.
Afin d’assurer une communication fluidique avec l’ensemble du bloc d’échange de chaleur 15, les collecteurs s’étendant également selon une direction parallèle à la direction d’empilement 31 des plaques. La figure 3 représente une succession de trois plaques 30 formant l’échangeur thermique selon l’invention. La figure 3 permet de décrire avec davantage de précision comment sont formés les collecteurs et les conduits de circulation, ainsi que d’illustrer la circulation du ou des fluides circulant au sein de l’échangeur thermique.
Sur la figure 3 est illustrée une première plaque 30a, une deuxième plaque 30b et une troisième plaque 30c, destinées à être superposées les unes sur les autres, la deuxième plaque 30b étant interposée entre la première plaque 30a et la troisième plaque 30c. La première plaque 30a et la troisième plaque 30c sont structurellement identiques entre elles. Par ailleurs certains éléments sont retrouvés au niveau des trois plaques 30 bien que chacune des références peuvent ne pas être retrouvées pour toutes les plaques 30.
Les trois plaques 30 comprennent chacune un fond 60 confondu dans le plan d’allongement desdites plaques 30, et un bord relevé 61 s’étendant de manière circonférentielle autour du fond 60. Le bord relevé 61 de chacune des plaques 30 permet d’éviter toute fuite du ou des fluides hors de l’échangeur thermique. Le bord relevé 61 de chacune des plaques 30 facilite par ailleurs le bon positionnement de chacune des plaques 30 les unes par rapport aux autres lors de la superposition de celles-ci entre elles.
La superposition des plaques 30 forme des canaux de circulation 68 entre deux plaques 30 adjacentes. A titre d’exemple, selon la superposition schématisée sur la figure 3, un canal de circulation 68 est formé entre la première plaque 30a et la deuxième plaque 30b, et un canal de circulation 68 est formé entre la deuxième plaque 30b et la troisième plaque 30c.
Les collecteurs illustrés sur les figures 1 et 2 assurent une connexion fluidique avec les canaux de circulation 68 en distribuant ou en collectant ledit fluide. Les collecteurs sont formés lors de la superposition des plaques 30 par une succession d’orifices 67. Sur la figure 3, quatre orifices 67 sont agencés par plaque 30, chacun des quatre orifices 67 correspondant à une portion de chacun des quatre collecteurs illustrés sur les figures 1 et 2. A titre d’exemple, l’échangeur thermique peut comprendre un premier circuit 71 et un deuxième circuit 72, chacun de ces circuits 71, 72 incluant deux collecteurs ainsi qu’une pluralité de canaux de circulation 68. Deux fluides différents ou un même fluide à deux températures différentes circulent dans chacun de ces circuits 71, 72 afin qu’un échange de chaleur soit opéré entre le fluide circulant dans le premier circuit 71 et le fluide circulant dans le deuxième circuit 72. Le premier circuit 71 et le deuxième circuit 72 sont tous représentés par une flèche en pointillés. Les deux fluides peuvent par exemple être un fluide réfrigérant et un liquide caloporteur.
D’une manière avantageuse, afin d’optimiser l’échange de chaleur, l’échangeur thermique est configuré pour que les canaux de circulation 68 soient agencés de manière à former une alternance entre un canal de circulation 68 appartenant au premier circuit 71 et un canal de circulation 68 appartenant au deuxième circuit 72. Pour chaque plaque 30, deux orifices 67 permettent au fluide considéré de circuler au sein du canal de circulation 68 d’un collecteur à un autre. Les deux autres orifices 67 sont délimités par un embouti 69 interdisant l’accès du canal de circulation 68 au fluide circulant dans les collecteurs correspondant aux orifices 67 pourvu de l’embouti 69. C’est grâce à ces orifices 67 délimités ou non par l’embouti 69 que la circulation du fluide réfrigérant et la circulation du liquide caloporteur se fait en alternant les canaux de circulation 68 par rapport à la direction d’empilement des plaques 30.
Tel que cela est illustré sur la figure 3, les deux orifices 67 appartenant aux collecteurs faisant partie d’un même circuit sont agencés sur la même portion terminale de chaque plaque 30. Afin que le fluide concerné circule de manière homogène sur l’ensemble du fond 60 de chaque plaque 30, ces dernières comprennent une séparation 62 faisant saillie du fond 60 des plaques 30, la séparation 62 étant configurée pour faire obstacle au fluide. Ce dernier circule alors au sein du canal de circulation 68 de manière à former un U, ce qui lui permet de circuler sur l’ensemble de la surface de la plaque 30 d’un orifice 67 à un autre orifice 67. La séparation 62 comprend une arête 63 qui est au contact de la plaque 30 adjacente afin que le fluide ne puisse pas traverser la séparation 62. Par ailleurs, le fond 60 de chaque plaque 30 est pourvu d’une pluralité de perturbateurs d’écoulement 66 afin d’optimiser la répartition de chaque fluide. La figure 3 permet également d’observer la succession d’ouvertures 59 des plaques 30 formant le conduit de circulation lorsque ces dernières sont empilées entre elles. Afin de maintenir l’étanchéité entre le fluide circulant dans le conduit de circulation et le fluide circulant dans les canaux de circulation 68, chaque ouverture 59 illustrée sur la figure 3 est délimitée par un bord périphérique 64 s’étendant autour de chaque ouverture 59 de manière circonférentielle. Le bord périphérique 64 fait saillie du fond 60 des plaques 30 et comprend un sommet 65 au contact de la plaque 30 adjacente afin de garantir l’étanchéité évoquée précédemment. Sur la figure 3, il est possible d’observer que chaque séparation 62 des plaques 30 inclus également le bord périphérique 64. Ainsi, le sommet 65 du bord périphérique 64 et l’arête 63 de la séparation 62 sont coplanaires entre eux.
La figure 4 représente un premier mode de réalisation d’un module de traitement thermique 1 selon l’invention. Le module de traitement thermique 1 fait partie d’un système de traitement thermique d’un véhicule, ledit système pouvant simultanément assurer un traitement thermique d’un habitacle du véhicule et un traitement thermique de différents composants d’une chaine de traction du véhicule. Pour cela, le système de traitement thermique comporte au moins un circuit de fluide réfrigérant et au moins un circuit de liquide caloporteur, et le module de traitement thermique 1 comporte des portions de ces deux circuits. Le module de traitement thermique 1 est ainsi apte à assurer la circulation d’un fluide réfrigérant et d’un liquide caloporteur en son sein. A titre d’exemple, le fluide réfrigérant peut être un fluide de type Ri34a ou Ri234yf et le liquide caloporteur peut être de l’eau glycolée.
Le module de traitement thermique 1 regroupe deux échangeurs thermiques 50, dont un premier échangeur thermique 2 et un deuxième échangeur thermique 3, ainsi qu’un échangeur de chaleur interne 4, chacun assurant une fonction propre permettant le bon fonctionnement du système de traitement thermique du véhicule. Ainsi le premier échangeur thermique 2 et le deuxième échangeur thermique 3 sont configurés pour assurer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur de la manière à ce qui a été décrit précédemment, l’échange de chaleur au sein chacun des échangeurs thermiques 50 étant propre à une ou plusieurs fonctions du système de traitement thermique. Chaque échangeur thermique 50 comprend le bloc d’échange de chaleur 15 au sein duquel se déroule l’échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur.
L’échangeur de chaleur interne 4 assure un échange de chaleur intrinsèque au circuit de fluide réfrigérant, mais entre deux niveaux de température dudit fluide réfrigérant, à savoir à une première température et à une deuxième température. Les détails concernant la circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur ainsi que l’ensemble des échanges de chaleur se produisant au sein du module de traitement thermique 1 seront décrits par la suite.
Afin de faire entrer et sortir le fluide réfrigérant du module de traitement thermique 1, et tel que cela a été décrit précédemment, les échangeurs thermiques 50 comprennent une pluralité de collecteurs. Les extrémités desdits collecteurs sont représentées sur la figure 4. Le module de traitement thermique 1 comprend ainsi une entrée de fluide réfrigérant 7 et une sortie de fluide réfrigérant 8. Sur la figure 4, l’entrée de fluide réfrigérant 7 est positionnée au niveau du premier échangeur thermique 2 et la sortie de fluide réfrigérant 8 est positionnée au niveau du deuxième échangeur thermique 3, mais ces positions peuvent être diverses en fonction de la circulation du fluide réfrigérant au sein du module de traitement thermique 1.
Par ailleurs, le premier échangeur thermique 2 comprend une entrée de liquide caloporteur 9 et une sortie de liquide caloporteur 10, tandis que le deuxième échangeur thermique 3 comprend un orifice d’entrée 11 et un orifice de sortie 12. Contrairement au fluide réfrigérant, le liquide caloporteur entrant au sein de l’un des échangeurs thermiques 50 ne circule qu’au sein dudit échangeur thermique 50. Ainsi, le liquide caloporteur entrant respectivement via l’entrée de liquide caloporteur 9 ou l’orifice d’entrée 11 ressort nécessairement respectivement par la sortie de liquide caloporteur 10 ou l’orifice de sortie 12.
Le premier échangeur thermique 2 et le deuxième échangeur thermique 3 comprennent respectivement un premier orifice de connexion 46 et un deuxième orifice de connexion 47. Ces orifices de connexion 46, 47 permettent par exemple la fixation d’un organe de détente tel que cela sera décrit par la suite, ou bien la fixation de conduites, elles-mêmes reliées audit organe de détente.
L’échangeur de chaleur interne 4, tout comme les échangeurs thermiques 50, est un échangeur à plaques. L’échangeur de chaleur interne 4 comprend également une pluralité de plaques 30 empilées les unes sur les autres selon la direction d’empilement 31. La direction d’empilement 31 des échangeurs thermiques 50 et de l’échangeur de chaleur interne 4 sont parallèles ou sensiblement parallèles entre eux. Tel que cela a été décrit précédemment, le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur circulent au sein des échangeurs thermiques 50 et de l’échangeur de chaleur interne 4 circulent au sein de canaux de circulation agencés de manière alternée d’une plaque 30 à une autre, et ce afin d’optimiser l’échange de chaleur.
Le premier échangeur thermique 2 comprend une paroi supérieure 13, et le deuxième échangeur thermique 3 comprend une face supérieure 14. La paroi supérieure 13 et la face supérieure 14 correspondant à la paroi et à la face des échangeurs thermiques 50 opposées à l’échangeur de chaleur interne 4. Ce dernier comprend quant à lui un corps 16 également formé par un empilement de plaques 30.
L’échangeur de chaleur interne 4 s’inscrit dans une projection P perpendiculaire à la direction d’empilement 31 des plaques 30 dudit échangeur de chaleur interne 4. Il est à noter qu’une projection du premier échangeur thermique 2 et du deuxième échangeur thermique 3 sont compris dans la projection P de l’échangeur de chaleur interne 4. Un tel agencement permet d’améliorer la compacité du module de traitement thermique 1.
Le module de traitement thermique 1 comprend également un dispositif d’accumulation 6, ainsi qu’une plateforme 40 assurant le maintien mécanique du dispositif d’accumulation 6. Le dispositif d’accumulation 6 est relié au circuit de fluide réfrigérant et permet de stocker une partie du fluide réfrigérant à l’état liquide afin d’éviter que ce dernier ne poursuive sa circulation et n’endommage des composants du système de traitement thermique ne pouvant interagir qu’avec le fluide réfrigérant à l’état gazeux, par exemple un dispositif de compression, non représenté.
Selon le premier mode de réalisation du module de traitement thermique, la plateforme 40 s’étend au-delà de la projection P de l’échangeur de chaleur interne 4. La plateforme 40 peut par exemple être une pièce indépendante du module de traitement thermique 1 qui peut être fixée à celui-ci, par exemple par soudage.
Le deuxième échangeur thermique 3 correspond à un échangeur thermique 50 décrit précédemment. Autrement dit, le deuxième échangeur thermique 3 comprend les ouvertures 59 assurant l’accès aux conduits de circulation traversant ledit deuxième échangeur thermique 3. De manière alternative, et si les dimensions du deuxième échangeur thermique 3 le permettent et tel que cela est représenté en pointillés, les ouvertures 59 peuvent également être disposés par exemple entre l’orifice d’entrée 11 et l’orifice de sortie 12 et entre la sortie de fluide réfrigérant 8 et le deuxième orifice de connexion 47.
Au moins les conduits de circulation du deuxième échangeur thermique 3 permettent d’assurer une connexion fluidique avec l’échangeur de chaleur interne 4 agencé sous le deuxième échangeur thermique 3. L’un de ces conduits de circulation peut être également connecté fluidiquement au dispositif d’accumulation 6. Faire circuler le fluide réfrigérant au sein des conduits de circulation limite grandement la perte de charge dudit fluide réfrigérant.
La figure 5 représente un deuxième mode de réalisation du module de traitement thermique 1. Le deuxième mode de réalisation est identique au premier mode de réalisation, à l’exception de la présence d’un organe de détente 5 directement solidaire du premier échangeur thermique 2 et du deuxième échangeur thermique 3. Seules les différences par rapport au module de traitement thermique 1 de la figure 4 seront décrits ici, à savoir les caractéristiques de l’organe de détente 5. On se reportera donc à la description de la figure 4 pour les caractéristiques structurelles et fonctionnelles communes aux deux premiers modes de réalisation du module de traitement thermique 1. L’organe de détente 5 assure la détente du fluide réfrigérant lorsque ce dernier traverse l’organe de détente 5. Tel que cela est représenté sur la figure 5, l’organe de détente 5 est solidaire mécaniquement du premier échangeur thermique 2 et du deuxième échangeur thermique 3, plus particulièrement de la paroi supérieure 13 du premier échangeur thermique 2 et de la face supérieure 14 du deuxième échangeur thermique 3. Une telle solidarisation de l’organe de détente 5 peut par exemple être effectuée par soudage ou par vissage. L’organe de détente 5 comprend une commande électronique 17 permettant de contrôler un niveau de détente du fluide réfrigérant au sein de l’organe de détente 5. La présence de l’organe de détente 5 au sein du module de traitement thermique 1 participe à renforcer la compacité de celui-ci.
La figure 6 représente un exemple de circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur au sein du deuxième mode de réalisation du module de traitement thermique 1. Sur la figure 6, la circulation du fluide réfrigérant et du liquide caloporteur est représentée par des traits de différentes épaisseurs, les trais les plus épais correspondant à la circulation du fluide réfrigérant au sein d’une première section 18, les traits les plus fins correspondant à la circulation du fluide réfrigérant au sein d’une deuxième section 19 et les traits d’épaisseur intermédiaires correspondant à la circulation du liquide caloporteur.
Le fluide réfrigérant circule dans le module de traitement thermique 1 à deux températures différentes. Ainsi, le fluide réfrigérant circulant dans la première section 18 correspond au fluide réfrigérant à la première température, tandis que le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième section 19 correspond au fluide réfrigérant à la deuxième température. L’organe de détente 5 sépare la première section 18 de la deuxième section 19 car en détendant le fluide réfrigérant, ce dernier bascule de la première température à la deuxième température, la première température étant supérieure à la deuxième température.
Selon le premier exemple de circulation illustré en figure 6, le fluide réfrigérant entre au sein du module de traitement thermique 1, plus particulièrement au sein d’une première passe 20 du premier échangeur thermique 2. C’est au niveau de cette première passe 20 que débute la première section 18, où le fluide réfrigérant est à la première température. De manière simultanée, le liquide caloporteur circule au sein d’une deuxième passe 21 du premier échangeur thermique 2. L’échange de chaleur se déroulant dans le premier échangeur thermique 2 se fait donc entre le fluide réfrigérant circulant dans la première passe 20 et le liquide caloporteur circulant dans la deuxième passe 21. Au sein du premier échangeur thermique 2, le fluide réfrigérant est à une température plus élevée que le liquide caloporteur. L’objectif de cet échange de chaleur est notamment de condenser le fluide réfrigérant via le liquide caloporteur, et ce afin de faciliter la détente de celui-ci via l’organe de détente 5. Cet échange de chaleur peut également servir à chauffer le liquide caloporteur dans le cadre d’une configuration de type pompe à chaleur indirecte si c’est le cas pour le système de traitement thermique associé.
Après avoir circulé au sein de la première passe 20, le fluide réfrigérant circule au sein de l’échangeur de chaleur interne 4 via une première conduite 24 afin d’opérer un échange de chaleur avec le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième section 19. L’échange de chaleur opéré au sein de l’échangeur de chaleur interne 4 permet d’optimiser les performances thermiques du circuit de fluide réfrigérant.
Après avoir traversé la première conduite 24, le fluide réfrigérant retourne dans le premier échangeur thermique 2 et circule au sein d’une passe additionnelle 26. Cette passe additionnelle 26 permet de fluidiquement connecter la première conduite 24 à l’organe de détente 5. Ainsi le fluide réfrigérant circulant dans la passe additionnelle 26 ne subit pas d’échange de chaleur malgré le fait qu’il traverse le premier échangeur thermique 2.
Le fluide réfrigérant rejoint ainsi l’organe de détente 5 qui, en détendant le fluide réfrigérant, effectue la transition entre la première section 18 et la deuxième section 19.
Le fluide réfrigérant sort de l’organe de détente 5 à la deuxième température et circule au sein d’un premier passage 22 agencé dans le deuxième échangeur thermique 3. De manière simultanée, le liquide caloporteur circule au sein d’un deuxième passage 23 du deuxième échangeur thermique 3. L’échange de chaleur se déroulant dans le deuxième échangeur thermique 3 se fait donc entre le fluide réfrigérant circulant dans le premier passage 22 et le liquide caloporteur circulant dans le deuxième passage 23. Au sein du deuxième échangeur thermique 3, le fluide réfrigérant est à une température plus faible que le liquide caloporteur. L’objectif de cet échange de chaleur est notamment de refroidir le liquide caloporteur via le fluide réfrigérant. Le liquide caloporteur ainsi refroidi permet par la suite de circuler jusqu’à un ou plusieurs éléments de la chaine de traction du véhicule et de traiter thermiquement ces derniers. Cet échange de chaleur permet également d’évaporer au moins partiellement le fluide réfrigérant afin d’optimiser les performances du circuit de fluide réfrigérant.
Le fluide réfrigérant sort ensuite du premier passage 22 et par analogie du deuxième échangeur thermique 3, par exemple via la sortie de fluide réfrigérant du deuxième échangeur thermique 3 illustrée sur la figure 5.
Après être sorti du deuxième échangeur thermique 3, le fluide réfrigérant peut par exemple circuler au sein d’une conduite externe 29 jusqu’à rejoindre le dispositif d’accumulation 6. Tel que cela a été décrit précédemment, le dispositif d’accumulation 6 contient une potentielle fraction liquide de fluide réfrigérant qui n’a pas été évaporé lors de l’échange de chaleur opéré dans le deuxième échangeur thermique 3. Ainsi, seul du fluide réfrigérant à l’état gazeux sort du dispositif d’accumulation 6.
Le fluide réfrigérant poursuit alors sa circulation dans la conduite externe 29 afin de rejoindre l’échangeur de chaleur interne 4. La connexion fluidique avec l’échangeur de chaleur interne 4 se fait en traversant le conduit de circulation 51 formé au sein du deuxième échangeur thermique 3, et ce afin de limiter la perte de charge du fluide réfrigérant. Le conduit de circulation étant disposé en regard de l’échangeur de chaleur interne 4, le fluide réfrigérant peut ainsi rejoindre directement l’échangeur de chaleur interne 4 en traversant le deuxième échangeur thermique 3.
Le fluide réfrigérant circule de nouveau au sein de l’échangeur de chaleur interne 4 mais cette fois via une deuxième conduite 25. L’échange de chaleur se déroulant au sein de l’échangeur de chaleur interne 4 se fait donc entre le fluide réfrigérant circulant dans la première conduite 24 et le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième conduite 25. En sortie de la deuxième conduite 25, le fluide réfrigérant sort du module de traitement thermique 1 via le conduit de circulation 51 parallèle au conduit de circulation 51 qui relie fluidiquement le dispositif d’accumulation 6 à la deuxième conduite 25 de l’échangeur de chaleur interne 4. Le fluide réfrigérant sort ensuite du dispositif de traitement thermique 1 afin par exemple de rejoindre un dispositif de compression, non représenté.
La figure 7 représente un troisième mode de réalisation du module de traitement thermique 1. Le troisième mode de réalisation diffère du deuxième mode de réalisation diffère de par la position de l’organe de détente 5. On se référera donc à la description de la figure 4 et/ou à la figure 5 pour tout ce qui concerne les caractéristiques communes décrites précédemment.
Le troisième mode de réalisation se distingue du deuxième mode de réalisation en ce que le module de traitement thermique 1 comprend un espace 35 séparant un ensemble formé par le premier échangeur thermique 2 et le deuxième échangeur thermique 3 et l’échangeur de chaleur interne 4. L’espace 35 permet de loger une pluralité d’éléments, notamment l’organe de détente 5 qui est donc ici interposé entre les deux échangeurs thermiques 50 et l’échangeur de chaleur interne 4. Ainsi, selon ce troisième mode de réalisation, l’organe de détente 5 est solidaire du premier échangeur thermique 2, du deuxième échangeur thermique 3 et de l’échangeur de chaleur interne 4, par exemple par soudage.
Il est également possible d’observer que l’espace 35 loge également un bloc de raccordement 36. Ce dernier assure une connexion fluidique entre le premier échangeur thermique 2 et l’échangeur de chaleur interne 4 et permet ainsi au fluide réfrigérant de traverser l’espace 35. L’espace 35 doit également inclure des canalisations permettant de relier fluidiquement les conduits de circulation du deuxième échangeur thermique 3 à l’échangeur de chaleur interne 4. La figure 8 illustre schématiquement une première partie de la circulation du fluide réfrigérant au sein du troisième mode de réalisation du module de traitement thermique i, ainsi que la circulation du liquide caloporteur au sein du premier échangeur thermique 2. Tout comme pour la figure 6, les circulations de fluide des figures 8 et 9 sont représentées par des traits de différentes épaisseurs, les trais les plus épais correspondant à la circulation du fluide réfrigérant au sein de la première section 18, les traits les plus fins correspondant à la circulation du fluide réfrigérant au sein de la deuxième section 19 et les traits d’épaisseur intermédiaires correspondant à la circulation du liquide caloporteur.
Le fluide réfrigérant entre dans la première passe 20 du premier échangeur thermique 2 via l’entrée de fluide réfrigérant 7 tandis que le liquide caloporteur entre dans la deuxième passe 21 via l’entrée de liquide caloporteur 9. Tout comme pour le deuxième mode de réalisation, l’échange de chaleur opéré dans le premier échangeur thermique 2 se fait entre le fluide réfrigérant circulant dans la première passe 20 et le liquide caloporteur circulant dans la deuxième passe 21. Suite à cet échange de chaleur, le liquide caloporteur sort du premier échangeur thermique 2 via la sortie de liquide caloporteur 10.
Le fluide réfrigérant rejoint quant à lui la première conduite 24 de l’échangeur de chaleur interne 4 en passant par le bloc de raccordement 36 évoqué précédemment. Après avoir participé à l’échange de chaleur opéré au sein de l’échangeur de chaleur interne 4, le fluide réfrigérant peut alors directement rejoindre l’organe de détente 5. On comprend ainsi que le troisième mode de réalisation du module de traitement thermique 1 permet d’éviter de mettre en place la passe additionnelle, comme pour le deuxième mode de réalisation. L’organe de détente 5 permet ainsi une connexion fluidique directe entre la première conduite 24 de l’échangeur de chaleur interne 4 et le premier passage du deuxième échangeur thermique.
La figure 9 illustre une deuxième partie de la circulation du fluide réfrigérant, c’est-à-dire la deuxième section 19 du circuit de fluide réfrigérant, après que le fluide réfrigérant a été détendu par l’organe de détente 5. Après avoir été détendu par l’organe de détente 5, le fluide réfrigérant circule dans au sein du premier passage 22 du deuxième échangeur thermique 3. Le fluide réfrigérant étant à la deuxième température en circulant dans la deuxième section 19, celui-ci permet de refroidir le liquide caloporteur circulant dans le deuxième passage 23 après être entrée via l’orifice d’entrée 11 et avant de sortir via l’orifice de sortie 12. Le deuxième échangeur thermique 3 étant pourvu des conduits de circulation 51, le fluide réfrigérant circulant dans le premier passage 22 et le liquide caloporteur circulant dans le deuxième passage 23 circulent entre les plaques en contournant les conduits de circulation 51, tel que cela est décrit et illustré sur la figure 3.
Le fluide réfrigérant, après avoir été au moins partiellement évaporé lors de l’échange de chaleur opéré dans le deuxième échangeur thermique 3, sort de ce dernier via la sortie de fluide réfrigérant 8 et peut par exemple circuler au sein de la conduite externe 29 jusqu’à rejoindre le dispositif d’accumulation 6. Seul du fluide réfrigérant à l’état gazeux sort du dispositif d’accumulation 6 et circule jusqu’à la deuxième conduite 25 de l’échangeur de chaleur interne 4 en passant par l’un des conduits de circulation 51, par exemple un premier conduit de circulation 51a. Afin que le fluide réfrigérant puisse traverser l’espace entre le premier conduit de circulation 51a et la deuxième conduite 25, l’espace comprend une première canalisation 73 assurant une telle connexion fluidique.
En sortie de la deuxième conduite 25 et après que l’échange de chaleur dans l’échangeur de chaleur interne 4 a été opéré, le fluide réfrigérant circule dans une deuxième canalisation 74 puis dans un deuxième conduit de circulation 51b, différent du premier conduit de circulation 51a, et sort du module de traitement thermique 1 une fois sorti du deuxième conduit de circulation 51b afin de rejoindre le dispositif de compression non représenté.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.
L’invention, telle qu’elle vient d’être décrite, atteint bien le but qu’elle s’était fixée, et permet de proposer un échangeur thermique avec des conduits de circulation réduisant la perte de charge d’un fluide traversant ledit échangeur thermique. Des variantes non décrites ici pourraient être mises en œuvre sans sortir du contexte de l’invention, dès lors que, conformément à l’invention, elles comprennent un échangeur thermique conforme à l’invention.

Claims

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REVENDICATIONS
1- Echangeur thermique (50) pour système de traitement thermique d’un véhicule, comprenant une pluralité de plaques (30) superposées entre elles en formant un empilement de plaques (30) selon une direction d’empilement (31) perpendiculaire à un plan d’allongement desdites plaques (30) et en délimitant des canaux de circulation (68) d’au moins un fluide, l’échangeur thermique (50) comprenant au moins deux collecteurs (52, 53, 54, 55) s’étendant de manière parallèle à la direction d’empilement (31) des plaques (30), lesdits collecteurs (52, 53, 54, 55) étant configurés pour autoriser la circulation du fluide au sein de l’échangeur thermique (50) de manière à distribuer ou collecter ledit fluide vers ou depuis les canaux de circulation (68), caractérisé en ce que l’échangeur thermique (50) comprend au moins un conduit de circulation (51) traversant l’échangeur thermique (50) de part en part selon une direction parallèle à la direction d’empilement (31) des plaques (30), le conduit de circulation (51) étant formé par une succession d’ouvertures (59) agencées à travers les plaques (30), le conduit de circulation (51) étant étanche par rapport aux canaux de circulation (68) délimités par les plaques (30).
2- Echangeur thermique (50) selon la revendication 1, dans lequel au moins une ouverture (59) est délimitée par un bord périphérique (64) faisant saillie du plan d’allongement de la plaque considérée, ledit bord périphérique (64) étant configuré pour interdire toute circulation entre le fluide circulant dans les canaux de circulation (68) entre les plaques (30) et le fluide circulant dans le conduit de circulation (51).
3- Echangeur thermique (50) selon la revendication précédente, dans lequel un sommet (65) du bord périphérique (64) de la plaque (30) considérée est en contact direct avec la plaque (30) adjacente.
4- Echangeur thermique (50) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une des plaques (30) comprend une séparation (62) faisant saillie du plan d’allongement de la plaque (30) considérée, une arête (63) de ladite séparation (62) étant en contact avec la plaque (30) adjacente, la séparation (62) étant configurée pour que la circulation du fluide le long de la plaque (30) forme un U.
5- Echangeur thermique (50) selon la revendication précédente, combiné avec la revendication 2 ou 3, dans lequel la séparation (62) de la plaque (30) comprend au moins le bord périphérique (64) qui délimite l’ouverture (59) formant le conduit de circulation (51) de la plaque (30) considérée.
6- Echangeur thermique (50) selon la revendication 4 ou 5, combiné avec la revendication 3, dans lequel le sommet (65) du bord périphérique (64) d’au moins une plaque (30) est coplanaire avec l’arête (63) de la séparation (62) de la plaque (30) considérée.
7- Echangeur thermique (50) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une des plaques (30) comprend deux portions terminales (56, 57) disposées chacune à une extrémité longitudinale de la plaque (30) considérée, ainsi qu’une portion centrale (58) interposée entre les deux portions terminales (56, 57), les collecteurs (52, 53, 54, 55) étant agencés au niveau d’au moins l’une des portions terminales (56, 57), le conduit de circulation (51) étant agencé au niveau de la portion centrale (58).
8- Echangeur thermique (50) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un premier circuit (71) configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant et un deuxième circuit (72) configuré pour faire circuler un liquide caloporteur, chaque circuit (71, 72) comprenant deux collecteurs (52, 53, 54, 55) et une pluralité de canaux de circulation (68) reliant fluidiquement les deux collecteurs (52, 53, 54, 55), les canaux de circulation (68) étant agencés de manière à former une alternance entre un canal de circulation (68) configuré pour assurer la circulation du fluide réfrigérant et un canal de circulation (68) configuré pour assurer la circulation du liquide caloporteur.
9- Module de traitement thermique (1) pour système de traitement thermique d’un véhicule, comprenant au moins deux échangeurs thermiques (50), dont au moins un des échangeurs thermiques (50) est selon l’une quelconque des revendications précédentes, un échangeur de chaleur interne (4) et un dispositif d’accumulation (6), les deux échangeurs thermiques (50) étant tous deux configurés pour opérer un échange de chaleur entre un fluide réfrigérant et un liquide caloporteur, l’échangeur de chaleur interne (4) étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant soumis dans le système de traitement thermique à deux niveaux de température différents, l’échangeur de chaleur interne (4) comprenant une plateforme (40) sur laquelle est disposé le dispositif d’accumulation (6), au moins le conduit de circulation (51) de l’échangeur thermique (50) reliant fluidiquement l’échangeur de chaleur interne (4) au dispositif d’accumulation (6). 10- Module de traitement thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’échangeur de chaleur interne (4) comprend un corps (16) constitué d’une pluralité de plaques (30), le corps (16) s’inscrivant dans une projection (P) perpendiculaire à la direction d’empilement (31) des plaques (30), une projection des échangeurs thermiques (50) perpendiculaire à la direction d’empilement (31) des plaques (30) étant compris dans la projection (P) du corps (16) de l’échangeur de chaleur interne (4).
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