FR3099236A1 - Échangeur thermique pour installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation - Google Patents

Abstract

Échangeur thermique pour installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation L’invention concerne un échangeur (101) thermique, pour une installation de refroidissement, chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation, notamment de véhicule automobile, ledit échangeur (101) comportant un faisceau d’échange thermique (103) comprenant un nombre prédéfini d’éléments d’échange thermique (105) dans lesquels est destiné à s’écouler un premier fluide caloporteur, ledit faisceau (103) étant configuré pour être traversé par un deuxième fluide destiné à échanger thermiquement avec le premier fluide caloporteur, caractérisé en ce que ledit échangeur (101) comporte en outre un nombre prédéfini de premières fibres creuses (129) configurées pour recevoir un matériau à changement de phase agencées dans ledit faisceau (103) de manière à échanger thermiquement au moins avec le deuxième fluide. Figure pour l’abrégé : Figure 1

Description

Échangeur thermique pour installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation

La présente invention concerne un échangeur thermique, pour une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation de véhicule automobile. L’invention concerne également une installation de chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation comportant un tel échangeur thermique.

Les échangeurs thermiques comportent classiquement un faisceau d’échange thermique et au moins une, généralement deux boîtes collectrices d’un fluide réfrigérant.

L’invention concerne en particulier des échangeurs thermiques utilisant un fluide réfrigérant pour refroidir un autre fluide, tel qu’un évaporateur permettant de refroidir un flux d’air le traversant ou encore d’un échangeur de type « chiller » en anglais ou refroidisseur d’eau en français.

Il est connu par exemple un évaporateur comprenant un faisceau d’échange thermique avec un empilement de tubes ou de plaques permettant un échange thermique entre un flux d’air passant à travers le faisceau d’échange thermique et le fluide réfrigérant, tel un fluide réfrigérant, circulant dans les tubes ou les plaques.

L’évaporateur permet de prélever de l’énergie calorifique au flux d’air le traversant. Toutefois, lorsque le moteur du véhicule est arrêté, la circulation du fluide réfrigérant n’a plus lieu, et l’échange thermique entre le flux d’air et le fluide réfrigérant ne peut s’opérer. L’air soufflé dans l’habitacle du véhicule n’est alors plus rafraîchi.

Cette situation est d’autant plus problématique, lorsque l’arrêt automatique du moteur est prévu lorsque la voiture s’immobilise, privant fréquemment l’habitacle d’air rafraîchi. Il s’agit notamment de véhicules automobiles équipés d’un alterno-démarreur pour la mise en œuvre d’un dispositif d’arrêt et de redémarrage automatique du moteur, par exemple l’arrêt du moteur à un feu tricolore ou à un stop, entraîne l’arrêt du fonctionnement du compresseur de la boucle de climatisation et donc un arrêt du fonctionnement de cette dernière.

Afin de remédier à l’arrêt du rafraîchissement de l’air soufflé dans l’habitacle lorsque le moteur est stoppé, il est connu d’intégrer à l’échangeur thermique tel qu’un évaporateur au moins un moyen de stockage thermique.

En particulier, il est connu de pourvoir l’évaporateur de réservoirs de matériau à changement de phase agencés en contact avec les tubes dans lesquels circule le fluide réfrigérant. Ainsi, lorsque le moteur du véhicule est en marche, le fluide réfrigérant refroidit à la fois le flux d’air traversant l’échangeur thermique et le matériau à changement de phase, qui restitue le froid au flux d’air traversant l’échangeur thermique, lorsque le moteur est coupé.

Selon une solution connue, l’échangeur thermique interne comprend une pluralité de plaques réfrigérantes présentant respectivement au moins un canal de circulation du fluide réfrigérant et au moins un réservoir du matériau à changement de phase. En particulier, les canaux des plaques peuvent définir des ondulations ou oscillations.

Une plaque de séparation est prévue entre deux plaques réfrigérantes et présente des orifices permettant de mettre en communication les canaux de circulation du fluide réfrigérant ou les réservoirs des deux plaques réfrigérantes.

Cependant, l’assemblage des plaques réfrigérantes ainsi que de la plaque de séparation augmente l’épaisseur du faisceau d’échange thermique par rapport à celui d’un évaporateur classique, ce qui augmente la perte de charge sur l’air. Les performances se trouvent dégradées par rapport à un évaporateur classique.

Il est également connu un échangeur de type chiller ou refroidisseur d’eau, généralement à plaques, dans lequel le fluide réfrigérant d’une boucle de climatisation échange de la chaleur avec un liquide de refroidissement d’une boucle de régulation thermique de dispositifs de stockage d’énergie électrique, tels que des batteries de véhicules automobiles à motorisation électrique et/ou hybride.

Une technique de charge dite de charge rapide, consiste à charger le dispositif de stockage d’énergie électrique sous une tension et un ampérage élevés, de manière à le charger en un temps réduit, par exemple en un temps maximum de vingt minutes. Cette charge rapide implique un échauffement du dispositif de stockage électrique qu’il convient de traiter.

L’invention a pour objectif de pallier au moins partiellement un ou plusieurs inconvénients précédemment cités en proposant une solution alternative permettant d’améliorer le rôle inertiel de l’échangeur thermique dans les transferts thermiques, par exemple pour les évaporateurs en cas d’arrêt du moteur ou les refroidisseurs du liquide de refroidissement de la boucle de régulation thermique de dispositifs de stockage aptes à être chargés en charge rapide.

L’invention a encore pour objectif de réduire la masse et le coût de l’échangeur thermique.

À cet effet, l’invention a pour objet un échangeur thermique, pour une installation de refroidissement, chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation, notamment de véhicule automobile, ledit échangeur comportant un faisceau d’échange thermique comprenant un nombre prédéfini d’éléments d’échange thermique dans lesquels est destiné à s’écouler un premier fluide caloporteur, ledit faisceau étant configuré pour être traversé par un deuxième fluide destiné à échanger thermiquement avec le premier fluide caloporteur. Selon l’invention, ledit échangeur comporte en outre un nombre prédéfini de premières fibres creuses configurées pour recevoir un matériau à changement de phase agencées dans ledit faisceau de manière à échanger thermiquement au moins avec le deuxième fluide.

Le matériau à changement de phase encapsulé dans les premières fibres creuses joue un rôle inertiel dans les transferts thermiques. De telles fibres peuvent être intégrées de façon simple dans tout échangeur thermique, et peuvent s’adapter à toute configuration ou géométrie.

L’échangeur thermique peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison.

L’échangeur thermique peut être en particulier un radiateur, tel qu’un radiateur de refroidissement d’un moteur à combustion interne, ou un radiateur de chauffage de l’habitacle du véhicule, un radiateur haute température ou basse température, un condenseur, ou encore un refroidisseur d’air de suralimentation, un refroidisseur d’eau, ou un évaporateur.

Selon une variante de réalisation, les premières fibres creuses sont de section circulaire ou sensiblement circulaire, et présentent chacune un diamètre interne compris entre 0,6mm et 1mm.

Selon une autre variante de réalisation, les premières fibres creuses sont de section circulaire ou sensiblement circulaire, et présentent chacune un diamètre interne de l’ordre de 4mm.

Selon un aspect de l’invention, les premières fibres creuses sont agencées en aval des éléments d’échange thermique dudit faisceau, selon le sens d’écoulement du deuxième fluide.

Les éléments d’échange thermique dudit faisceau peuvent être réalisés par une pluralité de deuxièmes fibres creuses agencées en amont des premières fibres creuses selon le sens d’écoulement du deuxième fluide. Un tel échangeur, utilisant une pluralité de fibres pour former des micro-tubes pour la circulation du premier fluide caloporteur, présente l’avantage d’avoir des surfaces d’échange très importantes, et de pouvoir s’adapter à toute configuration ou géométrie.

Les premières et/ou deuxièmes fibres creuses sont par exemple réalisées dans un matériau polymère, en particulier dans une matière plastique. Les tubes ou plaques en aluminium des solutions connues de l’art antérieur peuvent être remplacés par des deuxièmes fibres en polymère, moins lourdes et moins coûteuses, sans affecter la performance globale de l’échangeur thermique. L’augmentation de la surface d’échange compense largement la perte de conductibilité thermique par rapport à une matière métallique. L’échangeur thermique présente ainsi également l’avantage d’être très léger.

Les deuxièmes fibres creuses sont de forme générale tubulaire de petit diamètre. Plus précisément, les deuxièmes fibres creuses présentent chacune un diamètre interne compris entre 0,6mm et 1mm. Les deuxièmes fibres creuses présentent une section transversale circulaire ou sensiblement circulaire.

Les premières et/ou deuxièmes fibres creuses peuvent être disposées selon un arrangement régulier dans le faisceau d’échange thermique.

Les premières et/ou deuxièmes fibres creuses sont libres, c'est-à-dire qu’elles ne sont pas encapsulées dans un matériau ou une plaque, ce qui permet de favoriser l’échange thermique entre les deux fluides.

Selon un autre aspect de l’invention, ledit échangeur comporte au moins une boîte collectrice dans laquelle débouchent les éléments d’échange thermique dudit faisceau.

Les premières fibres creuses remplies de matériau à changement de phase peuvent être fixées sur une paroi externe de ladite au moins une boîte collectrice, par exemple par soudage.

L’invention s’applique avantageusement aux échangeurs thermiques dans lesquels un fluide réfrigérant est destiné à s’écouler dans la pluralité de fibres creuses. Le premier fluide caloporteur est dans ce cas un fluide réfrigérant, et le deuxième fluide est destiné à être refroidi par le fluide réfrigérant.

Selon un mode de réalisation, l’échangeur thermique est configuré pour travailler en tant qu’évaporateur, et le deuxième fluide est un flux d’air.

Selon un autre mode de réalisation, l’échangeur thermique est configuré pour travailler en tant que refroidisseur de liquide, et le deuxième fluide est un liquide de refroidissement, tel qu’un mélange d’eau et de glycol.

Selon un exemple particulier de réalisation, le faisceau d’échange thermique d’un évaporateur ou d’un refroidisseur, peut comporter entre trois cents et deux mille de deuxièmes fibres creuses. Pour de tels échangeurs thermiques utilisant du fluide réfrigérant, les deuxièmes fibres creuses permettent d’avoir une répartition homogène du fluide réfrigérant. Par ailleurs, l’utilisation de fibres creuses de section circulaire permet d’avoir une résistance mécanique importante à la pression ce qui évite des surépaisseurs très pénalisantes dans les échangeurs thermiques connus de l’art antérieur.

Selon un autre aspect de l’invention, ledit faisceau est configuré pour une circulation en au moins deux passes du deuxième fluide, et les premières fibres creuses peuvent être placées dans la dernière passe.

Selon encore un autre aspect de l’invention, ledit échangeur comporte au moins un conduit configuré pour recevoir du matériau à changement de phase et dans lesquelles débouchent les premières fibres creuses, de façon à permettre le remplissage des premières fibres creuses en matériau à changement de phase.

Ledit échangeur peut comporter un conduit commun dans lequel débouchent les deux extrémités de chaque première fibre creuses.

En variante, ledit échangeur comporte deux conduits dans lesquelles débouchent respectivement les deux extrémités de chaque première fibre, de façon à permettre le remplissage des premières fibres creuses par l’écoulement du matériau à changement de phase d’un conduit à l’autre.

Selon un autre mode de réalisation, le faisceau d’échange thermique comporte un empilement alterné de premiers canaux pour la circulation du premier fluide caloporteur et de deuxièmes canaux pour la circulation du deuxième fluide. Ledit échangeur comporte en outre au moins deux colonnes de distribution du deuxième fluide en communication fluidique avec les deuxièmes canaux pour l’entrée et la sortie du deuxième fluide. Les premières fibres creuses peuvent être agencées dans au moins l’une des colonnes de distribution du deuxième fluide.

L’invention concerne encore une installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation comportant au moins un échangeur thermique, tel que défini précédemment.

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :

représente une vue en perspective d’un échangeur thermique selon un premier mode de réalisation comprenant des premières fibres pour recevoir un matériau à changement de phase et des deuxièmes fibres pour l’écoulement d’un fluide caloporteur.

est une vue similaire à la figure 1 montrant une variante de l’échangeur thermique avec un conduit pour le remplissage des premières fibres.

est une autre vue en perspective montrant un exemple de réalisation de l’échangeur avec des organes de mise en tension des deuxièmes fibres.

représente une vue d’un échangeur thermique selon un deuxième mode de réalisation comprenant des premières fibres pour recevoir un matériau à changement de phase et des deuxièmes fibres pour l’écoulement d’un fluide caloporteur reçues à l’intérieur d’un boîtier.

montre les deuxièmes fibres agencées dans un boîtier selon une autre configuration.

représente de façon schématique un échangeur thermique selon un troisième mode de réalisation et des premières fibres pour recevoir un matériau à changement de phase avant insertion dans l’échangeur thermique.

Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.

Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent uniquement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.

Dans la description, on peut indexer certains éléments, comme par exemple premier élément ou deuxième élément. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps.

En référence à l’ensemble des figures, l’invention concerne un échangeur thermique 101, 201, 301 pour une installation de refroidissement, chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation de véhicule automobile dont différents modes de réalisation sont illustrés.

Il peut s’agir notamment d’un radiateur, tel qu’un radiateur de chauffage de l’habitacle du véhicule automobile. En variante il peut s’agir d’un radiateur de refroidissement d’un moteur à combustion interne, d’un radiateur haute température ou basse température, d’un condenseur, ou encore d’un refroidisseur d’air de suralimentation, d’un refroidisseur d’eau, d’un évaporateur.

De façon générale, l’échangeur thermique 101, respectivement 201, respectivement 301 comprend un faisceau d’échange thermique 103, respectivement 203, respectivement 303 dans lequel est destiné à s’écouler un premier fluide caloporteur et configuré pour être traversé par un deuxième fluide pour échanger thermiquement avec le premier fluide caloporteur. Le faisceau d’échange thermique 103, 203, 303 comporte à cet effet un nombre prédéfini d’éléments d’échange thermique 105, 205, 305, décrits plus en détail par la suite, dans lesquels peut circuler le premier fluide caloporteur et agencés de façon à être exposés au deuxième fluide. Le faisceau d’échange thermique 103, 203, 303 peut être configuré pour permettre une circulation en une ou plusieurs passes du fluide caloporteur, par exemple pour une circulation en I ou en U. L’échangeur thermique 101, 201, 301, comporte également une entrée et une sortie d’un premier fluide caloporteur en communication fluidique avec les éléments d’échange thermique 105, 205, 305, de sorte qu’ils puissent être parcourus par le premier fluide caloporteur. L’entrée et la sortie du premier fluide caloporteur peuvent être agencées d’un même côté ou de part et d’autre du faisceau d’échange thermique 103, 203, 303.

A noter cependant que le faisceau 103 peut posséder un collecteur intermédiaire pour réaliser le passage d’une passe à l’autre et que ce collecteur est du côté opposé aux collecteurs d’entrée et de sortie.

L’échangeur thermique 101, 201, 301 comporte en outre un moyen de stockage thermique. Le moyen de stockage thermique est configuré pour stocker de l’énergie, par exemple de la fraîcheur, de façon à pouvoir la restituer si besoin. On réalise ainsi un échangeur thermique inertiel.

Le moyen de stockage thermique comporte un nombre prédéfini de premières fibres creuses 129, 229, 329 configurées pour recevoir un matériau à changement de phase connu sous le sigle PCM pour « Phase Change Material » en anglais. Les premières fibres creuses 129, 229, 329 sont dénommées par la suite fibres PCM 129, 229, 329.

Ces fibres PCM 129, 229, 329 sont agencées en aval des éléments d’échange thermique 105, 205, 305 du faisceau d’échange thermique 103, 203, 303, selon le sens d’écoulement du deuxième fluide.

Les fibres PCM 129 peuvent être isolées du circuit réfrigérant. Les fibres PCM 129 peuvent être remplies et étanchéifiées séparément ou en variante de façon collective. Les extrémités des fibres PCM 129 peuvent être fermées, par exemple de façon non limitative par collage.

Les fibres PCM 129, 229, 329 peuvent être réalisées dans un matériau polymère, en particulier dans une matière plastique. Les fibres PCM 129, 229, 329 ont par exemple une épaisseur entre 70µm et 200µm.

De plus, le matériau à changement de phase dans les fibres PCM 129, 229, 329 est en particulier capable d’emmagasiner des frigories, ou des calories, et à restituer les frigories, ou calories, emmagasinées. La restitution peut se produire notamment lors d’un arrêt de l’installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation et/ou recharge électrique des batteries électriques.

Les fibres PCM 129, 229, 329 peuvent être disposées selon un arrangement régulier, par exemple selon un schéma constant. Les fibres PCM 129, 229, 329 peuvent être agencées parallèlement les unes aux autres.

L’échangeur thermique 101, 201 ou 301 peut éventuellement comporter un ou plusieurs organes de maintien de ces fibres 129, 229, 329.

Premier mode de réalisation :

On a représenté sur les figures 1 à 3 un échangeur thermique 101 pour véhicule automobile selon un premier mode de réalisation.

L’échangeur thermique 101 selon le premier mode de réalisation est par exemple configuré pour refroidir le deuxième fluide destiné à le traverser. Dans ce cas, le premier fluide caloporteur est un fluide réfrigérant provenant par exemple d’une boucle de climatisation du véhicule automobile. Le fluide réfrigérant est destiné à refroidir le deuxième fluide, tel qu’un flux d’air, lorsqu’il traverse l’échangeur thermique 101 comme schématisé par les flèches F. L’échangeur thermique 101 est par exemple un évaporateur.

Pour des raisons de clarté, seules quelques fibres PCM 129 sont représentées sur les figures 1 et 2. Les fibres PCM 129 peuvent présenter chacune un diamètre interne très petit, c’est-à-dire inférieur au millimètre, par exemple compris entre 0,6mm et 1mm. Les fibres PCM 129 sont de forme générale tubulaire. Plus précisément, les fibres PCM 129 présentent chacune une section transversale circulaire ou sensiblement circulaire.

L’échangeur thermique 101 tel un évaporateur avec les fibres PCM 129 est en particulier avantageux pour une application dite « stop and stay cool », c’est-à-dire permettant de maintenir une température dans l’habitacle fraîche, par exemple autour de 15°C, en cas d’arrêt automatique du moteur lorsque la voiture s’immobilise, notamment à un feu tricolore ou à un stop, entraînant l’arrêt du fonctionnement de l’installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation.

À titre d’exemple, dans le cas d’un évaporateur, la température de changement de phase peut être comprise entre 0°C et 15°C, de préférence être de 10°C ou environ. Un tel matériau à changement de phase peut céder de l’énergie calorifique en passant en phase solide et prélever de l’énergie calorifique en passant en phase liquide.

Dans ce cas particulier, les fibres PCM 129 font office d’un dispositif de refroidissement du flux d’air à destination de l’habitacle, annexe à l’évaporateur.

Pour ce faire, les fibres PCM 129 sont disposées en aval des éléments d’échange thermique du faisceau d’échange thermique 103 dont un exemple de réalisation est décrit plus en détail par la suite, selon le sens d’écoulement du flux d’air schématisé par les flèches F. Ainsi, le flux d’air à destination de l’habitacle circule entre les éléments d’échange thermique, puis autour des fibres PCM 129. Ceci permet d’échanger efficacement de l’énergie avec le flux d’air pour améliorer le confort de l’utilisateur notamment en cas d’arrêt de l’installation.

Les fibres PCM 129 peuvent être remplies et étanchéifiées séparément. Les fibres PCM 129 peuvent ensuite rapportées dans le faisceau d’échange thermique 103.

En variante, l’échangeur thermique 101 peut comporter au moins un conduit ou réservoir 131 (voir figure 2) auquel les fibres PCM 129 peuvent être raccordées et configuré pour recevoir le matériau à changement de phase de façon à permettre le remplissage des fibres PCM 129. L’étanchéité des fibres PCM 129 peut alors se faire de façon collective.

Dans l’exemple de la figure 2, seul un conduit 131 est prévu. Cette solution nécessite de faire le vide avant remplissage. Les deux extrémités de chaque fibre PCM 129 débouchent dans un conduit 131 commun. Selon une variante non représentée, l’échangeur thermique 101 peut comporter deux conduits 131 pour remplir les fibres PCM 129 via un écoulement du matériau à changement de phase d’un conduit 131 à l’autre au travers des fibres PCM 129. Dans ce cas, chaque extrémité des fibres PCM 129 est reliée à un conduit 131.

En fonctionnement de l’échangeur thermique 101 tel un évaporateur, le fluide réfrigérant circulant dans les éléments d’échange thermique dudit faisceau 103 refroidit le flux d’air à destination de l’habitacle le traversant. Le flux d’air refroidi circule ensuite autour des fibres PCM 129 pour refroidir à son tour le matériau à changement de phase dans les fibres PCM 129. Autrement dit, le matériau à changement de phase cède de l’énergie calorifique au flux d’air.

En cas d’arrêt du moteur du véhicule, par exemple, le matériau à changement de phase dans les fibres PCM 129 peut restituer le froid (plus précisément des frigories) au flux d’air traversant l’échangeur thermique 101, plus précisément le matériau à changement de phase prélève de l’énergie calorifique au flux d’air. On augmente ainsi l’inertie de l’échangeur thermique 101 pour maintenir le refroidissement du flux d’air, sans remettre en marche le compresseur d’une boucle de climatisation de l’installation par exemple. En variante ou en complément, les fibres PCM 129 peuvent compléter le refroidissement du flux d’air ayant traversé les éléments d’échange thermique.

Par ailleurs, une entrée et une sortie du fluide réfrigérant peuvent être prévues d’un même côté du faisceau d’échange thermique 103. L’échangeur thermique 101 comporte au moins une boîte collectrice 107. Dans les exemples illustrés sur les figures 1 à 3, l’échangeur thermique 101 comporte deux boîtes collectrices 107 disposées d’un même côté du faisceau d’échange thermique 103. La ou les boîtes collectrices 107 sont destinées à être raccordées avec des tubulures (non représentées) pour l’entrée et la sortie du fluide réfrigérant. Les boîtes collectrices 107 peuvent être de forme générale allongée.

En particulier, selon la variante dans laquelle les fibres PCM 129 sont remplies et étanchéifiées séparément avant d’être rapportées dans le faisceau d’échange thermique 103, les extrémités des fibres PCM 129 peuvent être fixées à la boîte collectrice 107 ou l’une des boîtes collectrices 107, par exemple celle agencée le plus en aval par rapport au sens d’écoulement du flux d’air lorsque les deux boîtes collectrices 107 sont agencées du même côté. Les extrémités des fibres PCM 129 peuvent être fixées, par exemple par collage sur une paroi externe de la boîte collectrice 107, comme schématisé sur la figure 1.

Selon la variante représentée sur la figure 2, dans laquelle les fibres PCM 129 sont remplies de façon collective via un ou plusieurs conduits 131, le ou l’un des conduits 131 peut être disposé adjacent à l’une des boîtes collectrices 107, par exemple celle agencée le plus en aval par rapport au sens d’écoulement du flux d’air lorsque les deux boîtes collectrices 107 sont agencées du même côté. Le conduit 131 peut s’étendre de façon parallèle à la boîte collectrice 107. Le conduit 131 peut être fixé à une boîte collectrice 107 par exemple par brasage, et peut à cet effet être réalisé dans une matière métallique telle que de l’aluminium.

Par ailleurs, les éléments d’échange thermique du faisceau d’échange thermique 103 peuvent être des éléments traditionnels, tel qu’un empilement de plaques assemblées deux à deux de façon à définir un canal de circulation pour le fluide réfrigérant, et des ailettes interposées entre les paires de plaques. Une telle configuration est connue et n’est pas décrite plus en détail.

En alternative, les éléments d’échange thermique peuvent être réalisés sous forme de deuxièmes fibres creuses 105. Autrement dit, le faisceau d’échange thermique 103 comporte une pluralité de deuxièmes fibres creuses 105 dont les extrémités débouchent chacune dans une boîte collectrice 107, de façon à pouvoir être parcourues par le fluide réfrigérant. Le deuxième fluide, tel que le flux d’air, est destiné à s’écouler entre les deuxièmes fibres creuses 105 pour un échange thermique avec le fluide réfrigérant.

Les deuxièmes fibres creuses 105 sont agencées en amont des fibres PCM 129 selon le sens d’écoulement du flux d’air, comme schématisé par les flèches F. Les fibres PCM 129 ne sont pas en communication fluidique avec les deuxièmes fibres creuses 105 ou la ou les boîtes collectrices 107.

Les fibres PCM 129 et les deuxièmes fibres creuses 105 peuvent être dimensionnées de la même façon ou différemment. Les fibres PCM 129 et les deuxièmes fibres creuses 105 peuvent s’étendre de façon parallèle.

Par exemple, les deuxièmes fibres creuses 105 présentent chacune un diamètre interne très petit, c’est-à-dire inférieur au millimètre, notamment compris entre 0,6mm et 1mm. Les deuxièmes fibres creuses 105 sont de forme générale tubulaire. Plus précisément, les deuxièmes fibres creuses 105 présentent une section transversale circulaire ou sensiblement circulaire.

Pour une telle application d’évaporateur, le faisceau d’échange thermique 103 comprend par exemple deux mille ou moins de deux mille deuxièmes fibres creuses 105. Le faisceau d’échange thermique 103 comprend notamment entre trois cents et deux mille deuxièmes fibres creuses 105, et en particulier cinq cents ou autour de cinq cents deuxièmes fibres creuses 105. Sur les figures 1 à 3, seules quelques deuxièmes fibres creuses 105 sont représentées pour plus de clarté.

Les deuxièmes fibres creuses 105 sont par exemple réalisées dans un matériau polymère, en particulier dans une matière plastique. Elles remplacent les tubes en aluminium par exemple connus de l’art antérieur en étant moins lourdes et moins chères que les tubes en aluminium.

Les deuxièmes fibres creuses 105 peuvent présenter une épaisseur entre 50µm et 70µm.

Les deuxièmes fibres creuses 105 sont dimensionnées et arrangées de façon à améliorer la performance de l’échangeur thermique 101 et en minimiser le coût. Ce dimensionnement et cet arrangement peut se faire en prenant notamment en compte la puissance échangée, définie à partir du coefficient d’échange global de l’échangeur thermique, la longueur de l’ensemble des fibres creuses, le rendement hydraulique interne, et le rendement hydraulique externe.

Les deuxièmes fibres creuses 105 peuvent être disposées de façon à être exposées directement au flux d’air. Dans le faisceau d’échange thermique 103, les deuxièmes fibres creuses 105 sont libres, c’est-à-dire qu’elles ne sont pas encapsulées dans un matériau ou une plaque, ni disposées à l’intérieur d’un tube ou similaire. Elles peuvent ainsi être directement en contact, sans intermédiaire, avec le flux d’air lorsqu’il traverse le faisceau d’échange thermique 103.

Le faisceau d’échange thermique 103 peut être dépourvu d’intercalaires, contrairement aux solutions connues d’évaporateur de l’art antérieur pour améliorer le transfert calorifique entre le flux d’air et le fluide réfrigérant.

De plus, l’arrangement des deuxièmes fibres creuses 105 dans le faisceau d’échange thermique 103 peut être régulier. On entend par cela que les fibres creuses 105 sont disposées selon un schéma constant, par opposition à une disposition aléatoire. Les deuxièmes fibres creuses 105 peuvent par exemple être agencées parallèlement les unes aux autres. Les deuxièmes fibres creuses 105 sont avantageusement disposées avec un pas constant entre elles. L’écart peut être maintenu entre les deuxièmes fibres creuses 105, de sorte qu’aucune fibre creuse 105 ne vient toucher une autre fibre creuse 105, et le flux d’air peut circuler autour de chaque deuxième fibre creuse 105 avec lorsqu’il traverse le faisceau d’échange thermique 103.

En outre, les fibres creuses 105 peuvent s’étendre principalement selon un axe longitudinal L, et en particulier de façon rectiligne. La ou chaque boîte collectrice 107 peut s’étendre de façon transversale (selon l’axe T) par rapport à l’axe longitudinal L des fibres creuses 105.

Le faisceau d’échange thermique 103 obtenu représente un faible volume par rapport aux faisceaux d’échange thermique connus de l’art antérieur, de sorte que les dimensions et l’encombrement de l’évaporateur selon ce premier mode de réalisation peuvent être réduits par rapport aux évaporateurs de l’art antérieur. On peut aussi prévoir de conserver les dimensions d’un évaporateur classique, par exemple pour réduire les pertes de charge du côté du flux d’air.

Le faisceau d’échange thermique 103 peut être configuré pour une circulation du fluide réfrigérant en une ou plusieurs passes, par exemple entre une et six passes, avantageusement entre deux et quatre passes, notamment en deux passes. Une telle configuration est plus simple à gérer qu’une circulation en six passes ou plus et produit moins de pertes de charges.

Dans l’exemple illustré sur les figures 1 à 3, les deuxièmes fibres creuses 105 sont disposées pour permettre une circulation en deux passes du fluide réfrigérant, dite circulation en « U ». Une telle circulation en « U » ou en plus de deux passes, permet de créer moins de pertes de charge avec les connectiques pour l’entrée et la sortie du fluide réfrigérant au même endroit. Pour ce faire, les deuxièmes fibres creuses 105 réalisent un demi-tour du côté opposé aux boîtes collectrices 107. D’autres configurations pour la circulation du fluide réfrigérant sont envisageables.

Par ailleurs, les deuxièmes fibres creuses 105 peuvent présenter des longueurs de l’ordre de 400mm à 1500mm. Par exemple, on peut prévoir de façon non limitative, autour de mille deuxièmes fibres creuses 105 de 1000mm ou autour de deux mille fibres creuses de 500mm. Les deuxièmes fibres creuses 105 peuvent être de même longueur ou non. Selon le cas, l’intégration des deuxièmes fibres creuses 105 dans la ou les boîtes collectrices 107 est différente.

La ou les boîtes collectrices 107 peuvent être prévues pour réunir les deuxièmes fibres creuses 105, comme représenté sur les figures 1 à 3, de sorte que leurs extrémités débouchent dans les tubulures (non représentées) pour l’entrée et la sortie du fluide réfrigérant.

Plus précisément, les deuxièmes fibres creuses 105 peuvent être toutes réunies à leurs extrémités. Chaque paquet d’extrémités de deuxièmes fibres creuses 105 est agencé de façon à déboucher dans une tubulure d’entrée ou de sortie (non représentée) de fluide réfrigérant. Pour ce faire, un paquet d’extrémités de deuxièmes fibres creuses 105 est agencé à l’entrée d’une boîte collectrice 107 et l’autre paquet d’extrémités de deuxièmes fibres creuses 105 est agencé à la sortie d’une autre ou de la même boîte collectrice 107. L’échangeur thermique 101 comporte avantageusement à cet effet au moins un organe de maintien 123 des extrémités des deuxièmes fibres creuses 105, par exemple réalisé sous forme de plaque. Cet organe de maintien 123 tel qu’une plaque est agencé à l’entrée ou la sortie de la boîte collectrice 107 à l’interface avec la tubulure d’entrée ou de sortie (non représentée). L’étanchéité peut être assurée à l’interface entre la tubulure d’entrée ou de sortie (non représentée) de fluide réfrigérant et la boîte collectrice 107. Les deuxièmes fibres creuses 105 s’étendent chacune dans la boîte collectrice 107, après l’entrée, respectivement la sortie, jusqu’à atteindre l’endroit où sortir de la boîte collectrice 107, via un orifice (non représenté) tel qu’une rainure ou un trou circulaire par exemple. Une telle configuration présente l’avantage d’avoir une distribution homogène du fluide réfrigérant dans les deuxièmes fibres creuses 105. En effet, toutes les deuxièmes fibres creuses 105 sont raccordées au même endroit à la tubulure d’entrée (non représentée), de sorte qu’elles sont toutes alimentées de la même façon. Cette solution nécessite des longueurs de deuxièmes fibres creuses 105 différentes. Enfin, cette solution permet de réduire avantageusement la masse de l’ensemble de l’évaporateur.

En alternative, le fluide réfrigérant peut être destiné à circuler dans la ou les boîtes collectrices 107, qui permettent alors de distribuer le fluide réfrigérant dans les deuxièmes fibres creuses 105 ou de collecter le fluide réfrigérant ayant parcouru les deuxièmes fibres creuses 105. Les extrémités des deuxièmes fibres creuses 105 débouchent alors chacune dans une boîte collectrice 107 ou un compartiment d’une boîte collectrice 107 commune.

Selon une deuxième variante (non représentée), les deuxièmes fibres creuses 105 peuvent déboucher individuellement en étant réparties le long de la boîte collectrice 107. Une telle configuration présente une simplicité de mise en œuvre. Cette solution permet d’avoir une même longueur pour toutes les deuxièmes fibres creuses 105. L’étanchéité doit être assurée à l’interface de chaque fibre creuse 105 et de la boîte collectrice 107.

Une troisième variante (non représentée) est une solution hybride entre les première et deuxième variantes. Selon cette troisième variante, des deuxièmes fibres creuses 105 de même longueur peuvent être réunies à leurs extrémités qui sont placées en entrée ou en sortie de la boîte collectrice 107. Les deuxièmes fibres creuses 105 s’étendent chacune dans la boîte collectrice 107, après l’entrée, respectivement la sortie, jusqu’à atteindre l’endroit où sortir de la boîte collectrice 107. Pour ce faire, la longueur des deuxièmes fibres creuses 105 est choisie suffisamment longue pour atteindre le point le plus éloigné. On prévoit en outre un retour de chaque fibre creuse 105 à l’intérieur de la boîte collectrice 107 avant de quitter la boîte collectrice 107. Afin d’éviter que les deuxièmes fibres creuses 105 ne soient distendues à l’intérieur de la boîte collectrice 107, on peut prévoir un ou plusieurs organes de maintien (non représentés) des deuxièmes fibres creuses 105 disposés à l’intérieur de la boîte collectrice 107, tels que des grilles de maintien traversées par les deuxièmes fibres creuses 105.

Par ailleurs, quelle que soit la variante de réalisation pour l’assemblage des deuxièmes fibres creuses 105 à la boîte collectrice 107, l’échangeur thermique 101 comporte avantageusement au moins un organe de mise en tension des deuxièmes fibres creuses 105. Ceci permet d’éviter que les deuxièmes fibres creuses 105 ne soient soumises au phénomène de résonance.

Selon l’exemple de réalisation de la figure 3, cette mise en tension peut être réalisée à l’aide d’au moins un axe 125. Il s’agit notamment d’un axe 125 pouvant être cylindrique. Dans cet exemple, un seul axe 125 est prévu. Sur la figure 3, les fibres PCM 129 ne sont pas représentées pour des raisons de clarté.

Avec un agencement des deuxièmes fibres creuses 105 permettant une circulation en « U », un tel axe 125 est agencé du côté du faisceau d’échange thermique 103 qui est opposé aux entrée et sortie de fluide réfrigérant. L’axe 125 s’étend de façon transversale par rapport à l’axe longitudinal L des deuxièmes fibres creuses 105. Les deuxièmes fibres creuses 105 peuvent ainsi réaliser un demi-tour autour de cet axe 125. L’axe 125 présente un diamètre suffisant pour ne pas être en dessous du rayon de courbure des deuxièmes fibres creuses 105, par exemple un diamètre d’au moins 5mm.

L’échangeur thermique 101, plus précisément le faisceau d’échange thermique 103, peut comporter des joues 109 de part et d’autre de l’ensemble des deuxièmes fibres creuses 105 du faisceau d’échange thermique 103. Ces joues 109 peuvent être configurées pour maintenir l’axe 125. À cet effet, chaque extrémité de l’axe 125 peut être insérée dans une ouverture 110 complémentaire prévue sur la joue 109 correspondante. L’extrémité de l’axe 125 peut être montée serrée dans l’ouverture 110 de la joue 109 (voir figure 3) ou selon une alternative non représentée avec un jeu.

En variante ou en complément, les organes de mise en tension peuvent comporter en outre un ou plusieurs organes de compensation élastiques 127. Le ou les organes de compensation élastiques 127 sont configurés pour compenser une dilatation ou rétractation des deuxièmes fibres creuses 105 en fonctionnement de l’évaporateur, du fait de la température et/ou pression interne, par exemple lorsque le fluide réfrigérant circule dans les deuxièmes fibres creuses 105, abaissant fortement la température. Ceci permet d’éviter la casse des deuxièmes fibres creuses 105 en fonctionnement.

L’organe de compensation élastique 127 est par exemple réalisé sous forme d’un ressort, tel qu’un ressort hélicoïdal. De tels ressorts permettent de tendre et de garder les deuxièmes fibres creuses 105 en tension, évitant ainsi les éventuelles vibrations et un phénomène de résonnance. D’autres variantes sont envisageable, par exemple comme une ou plusieurs lames élastiques ou encore un matériau à mémoire de forme.

Le ou les organes de compensation élastiques 127 sont disposés en liaison d’une part avec la ou l’une des boîtes collectrices 107 et d’autre part avec au moins un élément du faisceau d’échange thermique 103. Selon l’exemple de réalisation schématisé sur la figure 3, les ressorts sont disposés en liaison avec une boîte collectrice 107 et une joue 109. Selon une alternative non représentée, les ressorts peuvent par exemple être disposés en liaison avec une boîte collectrice 107 et l’axe 125. Dans ce cas, les joues 109 sont fixes par rapport à la boîte collectrice 107 ou aux boîtes collectrices 107, et la mise en tension est réalisée en jouant sur le positionnement de l’axe 125.

Deuxième mode de réalisation :

Les figures 4 et 5 illustrent de façon schématique un deuxième mode de réalisation. Seules les différences par rapport au premier mode de réalisation sont détaillées ci-après.

Selon le deuxième mode de réalisation, l’échangeur thermique 201 est un refroidisseur de liquide, dit « chiller » en anglais. Dans ce cas, le deuxième fluide est par exemple un liquide de refroidissement, tel qu’un mélange d’eau et de glycol.

Un tel échangeur thermique 201 est généralement interposé entre un circuit du premier fluide caloporteur, tel le fluide réfrigérant, et un circuit du deuxième fluide tel le liquide de refroidissement. Le circuit du premier fluide caloporteur peut faire partie d’une boucle de climatisation utilisée pour refroidir l’air de l’habitacle du véhicule automobile. Le circuit du deuxième fluide peut faire partie d’une boucle de régulation thermique d’un composant électrique et/ou électronique susceptible de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement, tel qu’une batterie, un module de batteries ou éléments de stockage d’énergie électrique.

L’échangeur thermique 201 est un échangeur à double circulation de fluide, c’est-à-dire qu’il définit une enceinte fermée, destinée à être parcourue par les deux fluides, à savoir ici le fluide réfrigérant et le liquide de refroidissement. Pour ce faire, l’échangeur thermique 201 comporte un boîtier 202 ou carter dans lequel le faisceau d’échange thermique 203 est agencé. Le boitier 202 peut présenter une forme générale parallélépipédique, de cuve ou d’enceinte. Dans l’exemple particulier de la figure 4 ou 5, le boîtier 202 est de forme générale parallélépipédique présentant trois paires de faces opposées 202a, 202b, 202c. Il s’agit d’un boîtier 202 fermé, en dehors des entrées et sorties des deux fluides, et non ouvert de façon à être traversé par un flux d’air comme dans le premier mode de réalisation précédemment décrit.

Le boîtier 202 comporte au moins quatre ouvertures ou connectiques telles que des tubulures, pour les entrées et sorties des deux fluides, respectivement configurées pour être raccordées au circuit du fluide correspondant.

Plus précisément, le boîtier 202 comporte au moins deux ouvertures ou connectiques 204 pour l’entrée et la sortie du premier fluide tel le fluide réfrigérant, dont la circulation est schématisée par les flèches F1 sur la figure 4, et destinées à être raccordées au circuit du fluide réfrigérant. L’entrée et la sortie 204 du fluide réfrigérant peuvent par exemple être prévues sur une même face, par exemple 202b, du boîtier 202.

Le boîtier 202 comporte également au moins deux ouvertures ou connectiques 206 pour l’entrée et la sortie du deuxième fluide tel le liquide de refroidissement, dont la circulation est schématisée par les flèches F2 sur la figure 4, et destinées à être raccordées au circuit du liquide de refroidissement.

En outre, les ouvertures ou connectiques 204 pour le fluide réfrigérant et 206 pour le liquide de refroidissement peuvent être agencées sur des faces différentes du boîtier 202 comme dans l’exemple de la figure 4, en variante au moins une ouverture ou connectique 204 pour le fluide réfrigérant et au moins une ouverture ou connectique 206 pour le liquide de refroidissement peuvent être agencées sur une même face du boîtier 202, voire toutes les ouvertures ou connectiques 204 et 206 peuvent être agencées sur la même face du boîtier 202, par exemple une même face 202a comme dans l’exemple de la figure 5. Selon l’agencement des ouvertures ou connectiques 204 et 206, les deux fluides peuvent circuler à co-courant au sein du boîtier 202, comme schématisé par les flèches F1 et F2 sur la figure 4, ou en variante, à contre-courant.

Selon les exemples de réalisation illustrés sur les figures 4 et 5, les éléments d’échange thermique sont réalisés par une pluralité de deuxièmes fibres creuses 205. Pour une telle application de refroidisseur ou « chiller », le faisceau d’échange thermique 203 comprend par exemple moins de deux mille deuxièmes fibres creuses 205, notamment entre trois cents et deux mille deuxièmes fibres creuses 205 de diamètre interne compris entre 0,6mm et 1mm, dans lesquelles est destiné à s’écouler le fluide réfrigérant et entre lesquelles le liquide de refroidissement est destiné à circuler. Sur les figures 4 et 5, seules quelques deuxièmes fibres creuses 205 sont représentées pour plus de clarté.

Les deuxièmes fibres creuses 205 peuvent être de longueurs différentes ou de même longueur. Les deuxièmes fibres creuses 205 peuvent présenter des longueurs de l’ordre de 150mm à 400mm, par exemple on peut prévoir de façon non limitative cinq cents deuxièmes fibres creuses 205 de 340mm ou mille deuxièmes fibres creuses 205 de 170mm.

Les extrémités de chaque fibre creuse 205 débouchent l’une dans l’orifice ou la connectique 204 pour l’entrée du fluide réfrigérant et l’autre dans l’orifice ou la connectique 204 pour la sortie du fluide réfrigérant. Pour des raisons de clarté, les extrémités des deuxièmes fibres creuses 205 rassemblées pour déboucher au niveau des connectiques 204 ne sont pas illustrées sur la figure 5. L’étanchéité peut être assurée au niveau des connectiques 204 pour le fluide réfrigérant. Lorsque le liquide de refroidissement circule dans l’échangeur thermique 201, les deuxièmes fibres creuses 205 sont alors immergées ou baignent dans ce liquide de refroidissement.

En variante, on peut envisager que le fluide s’écoulant à l’intérieur des deuxièmes fibres creuses 205 soit le liquide de refroidissement, et que le fluide réfrigérant circule entre les deuxièmes fibres creuses 205. La solution précédente selon laquelle le fluide réfrigérant s’écoule à l’intérieur des deuxièmes fibres creuses 205 est plus avantageuse, du fait de la pression du fluide réfrigérant. En effet, dans ce cas les deuxièmes fibres creuses 205 maintiennent plus efficacement les forces de pression mises en jeu, correspondant à la pression multipliée par la surface, car la surface interne des deuxièmes fibres creuses 205 est plus petite que la surface externe.

Les deuxièmes fibres creuses 205 peuvent être réparties pour une circulation du premier fluide tel le fluide réfrigérant en une ou plusieurs passes. Dans l’exemple de la figure 4, les deuxièmes fibres creuses 205 permettent une circulation en une passe dite en « I ». En variante, comme illustré sur la figure 5, les deuxièmes fibres creuses 205 sont disposées pour permettre une circulation en deux passes du fluide réfrigérant, dite circulation en « U ». Pour ce faire, les deuxièmes fibres creuses 205 réalisent un demi-tour au sein du boîtier 202 du côté opposé aux ouvertures ou connectiques 204 pour l’entrée et la sortie du fluide réfrigérant.

Pour une telle configuration en deux passes du fluide réfrigérant, le deuxième fluide tel le liquide de refroidissement destiné à s’écouler à l’intérieur du boîtier 202 peut également suivre une circulation dite en « U ». À cet effet, l’échangeur thermique 201 peut comporter au moins une cloison de séparation 233 agencée à l’intérieur du boîtier 202, de façon à définir deux passes du liquide de refroidissement, à co-courant ou en variante à contre-courant par rapport au fluide réfrigérant. Cette cloison de séparation 233 peut s’étendre au sein du boîtier 202 entre les parois internes des deux faces 202c opposées en venant également en appui contre la paroi interne de la face 202a présentant les ouvertures ou connectiques 206 d’entrée et de sortie du liquide de refroidissement en étant entre ces dernières. Du côté opposé aux ouvertures ou connectiques 206, c’est-à-dire au niveau de l’autre face 202a, la cloison de séparation 233 se termine à une distance prédéfinie de la paroi interne du boîtier 202, de façon à permettre le demi-tour du liquide de refroidissement. La cloison de séparation 233 se trouve également à l’intérieur des boucles formées par les deuxièmes fibres creuses 205 en réalisant le demi-tour pour la circulation en « U ».

Comme pour le deuxième mode de réalisation, l’échangeur thermique 201 comporte avantageusement au moins un organe de mise en tension des deuxièmes fibres creuses 205.

Selon un exemple de réalisation illustré sur la figure 5, cette mise en tension peut être réalisée à l’aide d’une ou plusieurs grilles de maintien 235. En particulier, au moins deux grilles de maintien 235 peuvent être agencées à distance l’une de l’autre, et les deuxièmes fibres creuses 205 s’étendent entre ces grilles 235. Les grilles de maintien 235 sont traversées par les deuxièmes fibres creuses 205 en les maintenant et en garantissant le pas entre les deuxièmes fibres creuses 205. Par ailleurs, lorsque la cloison de séparation 233 est prévue, la ou les grilles de maintien 235 peuvent être maintenues entre une paroi interne du boîtier 202 et cette cloison de séparation 233. En outre, dans la configuration des deuxièmes fibres creuses 205 permettant une circulation en « U » du fluide réfrigérant, l’une des grilles de maintien 235 peut être agencée, au niveau du demi-tour des deuxièmes fibres creuses 205, du côté opposé aux connectiques 204 d’entrée et sortie de fluide réfrigérant.

En variante ou en complément, pour la mise en tension des deuxièmes fibres creuses 205, on peut prévoir un axe (non représenté sur la figure 5), similaire à l’axe 125 décrit en référence à la figure 3 du premier mode de réalisation, agencé du côté opposé aux entrée et sortie 204 de fluide réfrigérant, autour duquel les deuxièmes fibres creuses 205 peuvent réaliser leur demi-tour.

Contrairement au premier mode de réalisation, l’axe 125 (non représenté) ne traverse pas de parois du boîtier 202 pour des raisons d’étanchéité, et ne peut donc pas être prévu mobile, en étant monté avec un jeu dans un orifice complémentaire du boîtier 202. Au contraire, un tel axe (non représenté) s’étend au sein du boîtier 202 entre deux faces opposées, par exemple les faces 202c, et peut être maintenu par ces deux faces opposées. Un tel axe (non représenté) doit, comme précédemment, présenter un diamètre suffisant pour ne pas être en dessous du rayon de courbure des fibres creuses 205, par exemple un diamètre d’au moins 5mm.

L’échangeur thermique 201 comporte en outre un moyen de stockage thermique réalisé par les fibres PCM 229. Pour des raisons de clarté, seules quelques fibres PCM 229 sont représentées sur la figure 4, et les fibres PCM 229 ne sont pas illustrées sur la figure 5. Les fibres PCM 229 et les deuxièmes fibres creuses 205 peuvent s’étendre ou non de façon parallèle.

De façon similaire au premier mode de réalisation, le moyen de stockage thermique est configuré pour stocker de l’énergie, en particulier de la fraîcheur, de façon à pouvoir la restituer si besoin. On réalise ainsi un refroidisseur inertiel.

L’échangeur thermique 201 tel un refroidisseur avec un moyen de stockage thermique peut en particulier être avantageux pour refroidir le liquide de refroidissement utilisé pour refroidir un dispositif de stockage d’énergie électrique tel qu’une batterie, un module de batteries, destiné à être chargé selon une technique de charge dite de charge rapide, sous une tension et un ampérage élevés, en un temps réduit, lorsque le véhicule est à l’arrêt, et qui implique un échauffement du dispositif de stockage électrique.

Un tel échangeur thermique 201 peut également être avantageux pour absorber des pics de température grâce au moyen de stockage thermique ayant un rôle de tampon thermique, par exemple lorsque des charges importantes de chaleur sont à évacuer, sans nécessiter de sur-dimensionner l’échangeur thermique 201.

Les caractéristiques des fibres PCM 229 peuvent être similaires à celles des fibres PCM 129 décrites précédemment en référence au premier mode de réalisation. Seules les différences sont détaillées ci-après.

Les fibres PCM 229 peuvent être remplies et étanchéifiées séparément et être ensuite disposées à l’intérieur du boîtier 202. En variante, l’échangeur thermique 201 peut comporter au moins un conduit ou réservoir (non représenté) dans lequel peuvent déboucher les extrémités des fibres PCM 229. Un tel conduit (non représenté) peut être fixé au boîtier 202 par exemple par brasage. Comme décrit en référence au premier mode de réalisation, un seul conduit peut être prévu pour le remplissage des fibres PCM 229 ou en variante deux conduits peuvent être prévus pour remplir les fibres PCM 229 par écoulement du matériau à changement de phase d’un conduit à l’autre.

Les fibres PCM 229 sont agencées en aval des deuxièmes fibres creuses 205 selon le sens d’écoulement du liquide de refroidissement schématisé par les flèches F2. Les fibres PCM 229 reçues à l’intérieur du boîtier 202 sont également immergées dans le liquide de refroidissement lorsqu’il circule au sein du boîtier 202. Le liquide de refroidissement s’écoule entre les fibres PCM 229 après avoir traversé les deuxièmes fibres creuses 205 dans lesquelles s’écoule le fluide réfrigérant.

En alternative, dans le cas d’une circulation en plusieurs passes des fluides, les fibres PCM 229 peuvent placées dans une passe dédiée, notamment au niveau de la dernière passe du liquide de refroidissement où il est le plus froid. Par exemple, selon une configuration permettant une circulation en « U », notamment comme décrit en référence à la figure 5, les fibres PCM 229 sont avantageusement placées au niveau de la seconde passe du liquide de refroidissement en aval des deuxièmes fibres creuses 205.

Les caractéristiques du matériau à changement de phase sont similaires au premier mode de réalisation à la différence près que l’échange de frigories/calories se fait avec le liquide de refroidissement dans lequel baignent les fibres PCM 229.

Ainsi, en fonctionnement de l’échangeur thermique 201, le liquide de refroidissement est refroidi au contact des deuxièmes fibres creuses 205 et traverse ensuite les fibres PCM 229 pour refroidir à son tour le matériau à changement de phase contenues dans ces fibres PCM 229.

En cas d’arrêt du véhicule par exemple, le fluide réfrigérant ne circule plus dans les deuxièmes fibres creuses 205, le liquide de refroidissement qui peut continuer à circuler selon les besoins est alors refroidi par les fibres PCM 229. Ceci permet d’évacuer la chaleur du dispositif de stockage d’énergie telles que les batteries par exemple en cas de charge rapide, par la circulation du liquide de refroidissement à travers les batteries où il récupère leur chaleur qui est ensuite évacuée par l’échangeur thermique 201.

En variante ou en complément, les fibres PCM 229 peuvent compléter le refroidissement du liquide de refroidissement ayant circulé autour des deuxièmes fibres creuses 205, par exemple si le débit du fluide réfrigérant n’est pas suffisamment important. Les fibres PCM 229 permettent de limiter la montée en température.

Troisième mode de réalisation :

La figure 6 représente de façon schématique un échangeur thermique 301 selon un troisième mode de réalisation.

De façon similaire au deuxième mode de réalisation, il s’agit par exemple d’un refroidisseur de liquide, dit « chiller » en anglais.

Ce troisième mode de réalisation diffère du deuxième mode de réalisation par le fait que les éléments d’échange thermique, comporte un empilement 305 alterné de premiers canaux pour la circulation du premier fluide caloporteur tel le fluide réfrigérant et de deuxièmes canaux pour la circulation du deuxième fluide tel le liquide de refroidissement.

Les canaux de circulation peuvent être définis par des paires de plaques. Par exemple, des premières plaques sont assemblées par paires de façon à définir entre elles les premiers canaux de circulation pour le fluide réfrigérant. De même, des deuxièmes plaques sont assemblées par paires, de façon à définir entre elles un canal de circulation pour le liquide de refroidissement. Ces plaques sont généralement réalisées en un matériau métallique et peuvent être embouties et brasées l’une à l’autre.

L’échangeur thermique 301 définit ainsi un volume interne fermé destiné à être parcouru par les deux fluides, par les deux fluides, à savoir ici le fluide réfrigérant et le liquide de refroidissement. Il est néanmoins tout à fait possible de remplacer les paires de plaques par d’autres éléments d’échange thermique entre deux fluides comme des tubes plats ou autre sans sortir du cadre de l’invention.

Pour augmenter l’échange thermique, au moins certaines plaques de l’empilement 305 peuvent présenter une multitude de déformations 337, telles que des bossages sur leurs surfaces intérieures, c'est-à-dire leurs surfaces en vis-à-vis de l’autre plaque formant une paire. Ainsi, ces bossages forment une saillie dans le circuit d'écoulement du fluide correspondant.

Par ailleurs, l’échangeur thermique 301 comporte au moins deux colonnes 339 de distribution du premier fluide en communication fluidique avec les premiers canaux, pour l’entrée et la sortie du fluide réfrigérant. L’échangeur thermique 301 comporte également au moins deux colonnes 341 de distribution du deuxième fluide, en communication fluidique avec les deuxièmes canaux pour l’entrée et la sortie du liquide de refroidissement.

L’échangeur thermique 301 comporte par exemple deux ouvertures ou connectiques 304 telles que des tubulures ou brides pour l’entrée et la sortie du fluide réfrigérant, destinées à être raccordées au circuit du fluide réfrigérant. Les premières plaques comportent des orifices en communication fluidique avec ces ouvertures ou connectiques 304, de façon à permettre la circulation du fluide réfrigérant entre les premières plaques. Les ouvertures ou connectiques 304 et les orifices prévus sur les premières plaques forment les colonnes 339 de distribution du fluide réfrigérant.

L’échangeur thermique 301 comporte également deux ouvertures ou connectiques 306 telles que des tubulures ou brides pour l’entrée et la sortie du liquide de refroidissement, destinées à être raccordées au circuit du fluide réfrigérant. Ces ouvertures ou connectiques 306 sont agencées de façon opposée aux ouvertures ou connectiques 304. Les deuxièmes plaques comportent des orifices en communication fluidique avec les ouvertures ou connectiques 306, de façon à permettre la circulation du liquide de refroidissement entre les deuxièmes plaques. Les ouvertures ou connectiques 306 et les orifices prévus sur les deuxièmes plaques forment les colonnes 341 de distribution du liquide de refroidissement.

Selon l’agencement des ouvertures ou connectiques 304 et 306, les deux fluides peuvent circuler à contre-courant, comme schématisé par les flèches F1 et F2 sur la figure 6.

Par ailleurs, les plaques de l’empilement 305 peuvent être configurées pour permettre une circulation en au moins deux passes de chaque fluide. Dans l’exemple schématisé sur la figure 6, les deux fluides s’écoulent en deux passes, selon une circulation dite en « U ». Pour ce faire, de façon connue, les plaques peuvent comporter respectivement au moins une nervure, par exemple une nervure centrale, permettant de délimiter deux passes. Une telle nervure ne s’étend pas sur toute la longueur des plaques de façon à permettre le demi-tour du fluide correspondant.

Selon ce troisième mode de réalisation, le moyen de stockage thermique est réalisé par les fibres PCM 329 configurées pour recevoir le matériau à changement de phase agencées dans au moins l’une des colonnes 341 de distribution du liquide de refroidissement. Pour des raisons de clarté, seules quelques fibres PCM 329 sont représentées sur la figure 6. Des fibres PCM 329 peuvent être agencées dans chacune des deux colonnes 341 de distribution du liquide de refroidissement, comme schématisé par les flèches en pointillés sur la figure 6.

Les fibres PCM 329 peuvent être agencées directement, sans intermédiaire dans la ou les colonnes 341 de distribution du liquide de refroidissement. Dans ce cas, les fibres PCM 329 sont directement en contact avec le liquide de refroidissement lorsqu’il circule dans l’échangeur thermique 301. En variante, les fibres PCM 329 peuvent par exemple être disposées dans une cartouche ou un tube 343, à son tour disposée dans une colonne 341 de distribution du liquide de refroidissement. Une telle cartouche présente par exemple un diamètre externe compris entre 10mm et 20mm. La cartouche 343 est par exemple dans un matériau polymère. On peut prévoir par exemple deux cartouches 343 de fibres PCM 329.

Les fibres PCM 341 sont avantageusement de section transversale circulaire ou sensiblement circulaire. Selon la variante d’intégration des fibres PCM 329 dans l’échangeur thermique 301, leur dimensionnement peut différer. À titre d’exemple non limitatif, lorsque les fibres PCM 329 sont agencées directement, sans intermédiaire, dans une colonne 341 de distribution du liquide de refroidissement, les fibres PCM 329 peuvent présenter chacune un diamètre interne par exemple autour de 4mm. Lorsque les fibres PCM 329 sont encapsulées dans une cartouche ou tube 343, leurs diamètres internes peuvent être très faibles, notamment inférieur au millimètre, par exemple compris entre 0,6mm et 1mm.

De façon similaire au deuxième mode de réalisation, les fibres PCM 329 sont configurées pour stocker de l’énergie, en particulier de la fraîcheur, de façon à pouvoir la restituer si besoin. Les caractéristiques du matériau à changement de phase et des fibres PCM 329 sont similaires au deuxième mode de réalisation. Seules les différences sont détaillées ci-après.

Les fibres PCM 329 peuvent être remplies et étanchéifiées séparément et, éventuellement après avoir été encapsulées dans une cartouche 343, être ensuite disposées dans l’échangeur thermique 301, plus précisément dans une ou les colonnes 341 de distribution du liquide de refroidissement, sans les obturer, de façon à ne pas gêner l’écoulement du liquide de refroidissement dans l’empilement 305 de plaques. Les fibres PCM 329 sont ainsi agencées également en contact thermique avec les premières plaques entre lesquelles circule le fluide réfrigérant.

Ainsi, en fonctionnement de l’échangeur thermique 301, le matériau à changement de phase contenu dans les fibres PCM 329 est refroidi par conduction par le fluide réfrigérant circulant dans les premiers canaux de circulation, par exemple définis entre les premières plaques. En cas d’arrêt du véhicule par exemple, lorsque le fluide réfrigérant ne circule plus dans l’empilement 305, le liquide de refroidissement qui peut continuer à circuler selon les besoins est alors refroidi par les fibres PCM 329.

Ainsi, les fibres PCM 129, 229, 329 selon ou l’autre des modes de réalisation précédemment décrits forment de façon simple un moyen de stockage thermique configuré pour stocker de l’énergie, en particulier de la fraîcheur, de façon à pouvoir la restituer si besoin, qui peuvent être intégrées de façon simple à tout échangeur thermique, de façon à réaliser un échangeur thermique inertiel.

En particulier, dans le cas d’un évaporateur « stop and stay cool », les fibres PCM 129 permettent de maintenir une température dans l’habitacle fraîche, en cas d’arrêt automatique du moteur lorsque la voiture s’immobilise, entraînant l’arrêt du fonctionnement de l’installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou climatisation, notamment du compresseur d’une telle installation.

Dans le cas d’un refroidisseur, les fibres PCM 229, 329 sont en particulier avantageuses pour refroidir le liquide de refroidissement utilisé pour refroidir une batterie chargée en charge rapide.

Les fibres PCM 129, 229, 329 permettent en outre d’absorber des pics de température ou viennent compléter le refroidissement lorsque la puissance frigorifique n’est pas suffisante.

Dans les exemples décrits, les fibres PCM 129, 229, 329 permettent de stocker de la fraîcheur, pour la restituer si besoin. L’invention s’applique également à des applications nécessitant de stocker des calories et restituer de la chaleur si besoin.

Claims (10)

1. Échangeur (101, 201, 301) thermique, pour une installation de refroidissement, chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation, notamment de véhicule automobile, ledit échangeur (101, 201, 301) comportant un faisceau d’échange thermique (103, 203, 303) comprenant un nombre prédéfini d’éléments d’échange thermique (105, 205, 305) dans lesquels est destiné à s’écouler un premier fluide caloporteur, ledit faisceau (103, 203, 303) étant configuré pour être traversé par un deuxième fluide destiné à échanger thermiquement avec le premier fluide caloporteur, caractérisé en ce que ledit échangeur (101, 201, 301) comporte en outre un nombre prédéfini de premières fibres creuses (129, 229, 329) configurées pour recevoir un matériau à changement de phase agencées dans ledit faisceau (103, 203, 303) de manière à échanger thermiquement au moins avec le deuxième fluide.
2. Échangeur (101, 201, 301) selon la revendication 1, dans lequel les premières fibres creuses (129, 229, 329) sont de section circulaire et présentent chacune un diamètre interne compris entre 0,6mm et 1mm.
3. Échangeur (101, 201) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les premières fibres creuses (129, 229) sont agencées en aval des éléments d’échange thermique (105, 205) dudit faisceau (103, 203), selon le sens d’écoulement du deuxième fluide.
4. Échangeur (101, 201) selon la revendication précédente, dans lequel les éléments d’échange thermique dudit faisceau sont réalisés par une pluralité de deuxièmes fibres creuses (105, 205) agencées en amont des premières fibres creuses (129, 229) selon le sens d’écoulement du deuxième fluide.
5. Échangeur (101, 201) selon la revendication précédente, dans lequel les deuxièmes fibres creuses (105, 205) sont de section circulaire et présentent chacune un diamètre interne compris entre 0,6mm et 1mm.
6. Échangeur (101) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comportant au moins une boîte collectrice (107) dans laquelle débouchent les éléments d’échange thermique (105) dudit faisceau (103), et dans lequel les premières fibres creuses (129) remplies de matériau à changement de phase sont fixées sur une paroi externe de ladite au moins une boîte collectrice (107).
7. Échangeur (101, 201) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comportant au moins conduit (131) configuré pour recevoir du matériau à changement de phase et dans lesquelles débouchent les premières fibres creuses (129, 229), pour le remplissage des premières fibres creuses (129, 229) en matériau à changement de phase.
8. Échangeur (101, 201) selon la revendication 7, dans lequel les deux extrémités de chaque première fibre creuse (129, 229) débouchent dans un conduit commun (131).
9. Échangeur (101, 201) selon la revendication 7, comportant deux conduits dans lesquelles débouchent respectivement les deux extrémités de chaque première fibre creuse (129, 229).
10. Échangeur (301) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le faisceau d’échange thermique (303) comporte un empilement alterné de premiers canaux pour la circulation du premier fluide caloporteur et de deuxièmes canaux pour la circulation du deuxième fluide, ledit échangeur (301) comportant en outre au moins deux colonnes (341) de distribution du deuxième fluide en communication fluidique avec les deuxièmes canaux pour l’entrée et la sortie du deuxième fluide, et dans lequel les premières fibres creuses (329) sont agencées dans au moins l’une des colonnes (341) de distribution du deuxième fluide.