EP4609136A1 - Bloc de connexion pour échangeur thermique et dispositif de refroidissement les comportant - Google Patents

Bloc de connexion pour échangeur thermique et dispositif de refroidissement les comportant

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EP4609136A1
EP4609136A1 EP23792967.4A EP23792967A EP4609136A1 EP 4609136 A1 EP4609136 A1 EP 4609136A1 EP 23792967 A EP23792967 A EP 23792967A EP 4609136 A1 EP4609136 A1 EP 4609136A1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
refrigerant fluid
connection block
inlet
outlet
Prior art date
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Pending
Application number
EP23792967.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christophe Denoual
Frederic Tison
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Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • Connection block for heat exchanger and cooling device comprising them
  • the present invention relates to the field of thermodynamics and more precisely concerns a connection block for a heat exchanger, and a cooling device including this connection block, intended in particular to be used for cooling the components of a vehicle.
  • a heat transfer liquid such as water
  • a heat transfer liquid circuit passing through these components to be cooled.
  • the heat transfer liquid itself being cooled thanks to a heat exchanger receiving on the one hand the heat transfer liquid, and on the other hand a refrigerant fluid.
  • the refrigerant undergoes a thermodynamic cycle in a separate refrigerant circuit using, for example, a compressor, a condenser, an internal heat exchanger and an expansion member.
  • the thermal power to be dissipated to cool the electric battery is significant, for example of the order of loooo Watts.
  • the thermal power to be dissipated in the electric motor, the power electronics and the electric battery is significant and therefore requires a heat exchanger sized accordingly, called “high performance”.
  • the heat exchanger being formed of a bundle of stacked and brazed plates delimiting circulation channels of the refrigerant fluid or the heat transfer liquid, the number of plates of the heat exchanger of the electric or hybrid vehicle is all the more important as it must dissipate a high thermal power.
  • the thermal power of the electric battery to be dissipated is lower, for example of the order of 4000 Watts.
  • the efficiency of a “high performance” heat exchanger is not optimal at medium or low load, because the number of plates and the dimensioning of the channels of such a heat exchanger have been optimized for use at high load. At medium or low load, the distribution of the liquid and gas phases of the refrigerant fluid in the heat exchanger is therefore not homogeneous and is poorly efficient.
  • the vehicle components to be cooled preferably include the electric battery, the electric motor, the power electronics but also the vehicle interior.
  • connection block configured to tightly connect at least one expansion member to a heat exchanger, the connection block comprising at least:
  • connection block being characterized in that it further comprises:
  • connection block the heat exchanger can be connected to one or more expansion members without specific tubing.
  • connection block has at least as many outlets as expansion members, these outlets being directly arranged on the contact surface with the heat exchanger.
  • the connection block therefore allows the heat exchanger to receive several flows of refrigerant fluid and therefore to distribute them distinctly in one or more bodies of the heat exchanger, in order to improve the distribution, and in particular to reduce the load losses.
  • connection block has two or more ends for connecting the input of the connection block to the receiving means, depending on their arrangement, the reception means being able to include one or more reception rooms.
  • connection block and the heat exchanger are substantially flat, in the sense that it comprises at least one flat surface allowing, by brazing or welding to one side of the heat exchanger, to form watertight connections of 'on the one hand between a high pressure refrigerant fluid outlet arranged on this cheek and the refrigerant fluid inlet of the connection block, and on the other hand between each refrigerant fluid outlet of the connection block and at least one corresponding inlet of the connection block 'heat exchanger.
  • the receiving means, the passages and the branch take the form of recesses in the connection block, in the form of cylinders whose axes are parallel. These axes are preferably orthogonal to the contact surface of the connection block.
  • This production of the reception means, the passages and the branch internal to the connection block is simple to machine. It can in particular be done by drilling in the connection block, advantageously parallelepiped and compact.
  • these recesses are made in the form of straight prisms, with a height orthogonal to the contact surface of the connection block.
  • the receiving means form a first cylindrical recess orthogonal to the contact surface
  • the first passage forms a second cylindrical recess orthogonal to the contact surface
  • the first cylindrical recess joins the second cylindrical recess at a portion of the connection block in which a section of the first cylindrical recess intersects a section of the second cylindrical recess, without completely covering it.
  • This characteristic of the connection block further makes it compact.
  • the reception means form a reception chamber comprising a support surface capable of receiving an inlet of said at least one expansion member and a closed volume capable of receiving a refrigerant fluid at the outlet of said at least one member relaxation, the branch connecting the bearing surface at the refrigerant fluid inlet, the first passage connecting the closed volume to the first refrigerant fluid outlet and the second passage connecting the closed volume to the second refrigerant fluid outlet.
  • the receiving chamber forms at least two watertight connections, one between the inlet of the expansion member and the branch of the connection block, the other between one or more outlets of the expansion member and the first and second passages.
  • said at least one expansion member comprises a first expansion member and a second expansion member
  • the receiving means comprise a first receiving chamber intended to receive the first expansion member and a second receiving chamber intended to receive the second expansion member, and:
  • the first receiving chamber is connected by the branch to the refrigerant fluid inlet, and by the first passage to the first refrigerant fluid outlet, and
  • the second receiving chamber is connected by the branch to the refrigerant fluid inlet, and by the second passage to the second refrigerant fluid outlet.
  • the second receiving chamber comprises a second support surface capable of receiving an inlet of the second expansion member, and a second closed volume capable of receiving a refrigerant fluid at the outlet of the second expansion member, the branch connecting the second surface d support of the second receiving chamber at the refrigerant fluid inlet, and the second passage connecting the second closed volume to the second refrigerant fluid outlet.
  • each receiving chamber is for example formed of three coaxial bores of diameter tapering from a surface opposite the contact surface, the bore of smaller diameter being configured to receive an inlet from a valve. expansion of an expansion member and to form a tight connection between the inlet of the expansion valve and the branch.
  • the shoulder between the smaller diameter bore and the intermediate diameter bore serves, for example, as a bearing surface for the inlet of the extension valve.
  • the inlet of the expansion valve is adjusted closely in the smaller diameter bore or in the branch, so as to achieve this seal.
  • the intermediate diameter drilling is configured to form a closed volume between the part of the expansion member included in the larger diameter drilling and the inlet of the expansion valve, the closed volume forming a tight connection between the outlets of the expansion valve and the first and/or second passages when the expansion member is received in the receiving chamber.
  • the contact surface of the connection block comprises a first groove forming the refrigerant fluid inlet and part of the branch, the branch comprising a first conduit starting from the first groove and opening into the first reception chamber, and a second conduit starting from the first groove and opening into the second reception chamber.
  • This first groove allows efficient distribution of the refrigerant fluid in each receiving chamber of the receiving means.
  • the contact surface comprises a second groove supplying the second refrigerant fluid outlet, configured to connect an inlet mouth of the heat exchanger to a first end of the second passage, the second passage being produced in the form of a cylindrical recess and having a second end opposite the first end and forming an opening into the second receiving chamber.
  • This second groove makes it possible to efficiently bring the refrigerant fluid from the second receiving chamber towards the inlet mouth of the heat exchanger.
  • connection block is brazed or welded to a side of the heat exchanger, an end plate of which opposite the side is itself brazed or welded to the end plate of the internal heat exchanger , the high pressure outlet manifold being connected to a pipe passing through the heat exchanger and serving the refrigerant fluid inlet of the connection block, the low pressure inlet manifold being connected to a refrigerant fluid outlet of the heat exchanger on the end plate, and
  • the heat exchanger includes:
  • a first distribution chamber serving a first body of the heat exchanger, and a first refrigerant fluid inlet opening onto the first distribution chamber
  • the first refrigerant fluid outlet of the connection block being connected to the second refrigerant inlet of the heat exchanger and the second refrigerant outlet of the connection block being connected to the first refrigerant inlet of the heat exchanger.
  • the first refrigerant fluid outlet of the connection block is connected to the first refrigerant fluid inlet of the heat exchanger and the second refrigerant fluid outlet of the connection block is connected to the second refrigerant fluid inlet of the exchanger thermal.
  • the cooling device according to the invention, the distribution of refrigerant fluid is balanced between the first body of the heat exchanger and the second body of the heat exchanger, which homogenizes this distribution and reduces pressure losses.
  • the efficiency of the heat exchanger is improved.
  • the invention makes it possible to use the first body and/or the second body depending on the thermal power to be dissipated.
  • the cooling device according to the invention also has the advantage of being compact.
  • the first body of the heat exchanger comprises for example a first plurality of plates between which are arranged first channels intended to receive a refrigerant fluid
  • the second body of the heat exchanger comprises a second plurality of plates between which are arranged second channels intended to receive the refrigerant fluid
  • the first distribution chamber and the second distribution chamber being capable of supplying in a sealed manner relative to each other respectively a first flow rate of refrigerant fluid to the first channels and a second flow rate of refrigerant fluid to the second channels.
  • the first and second channels respectively of the first and the second body are preferably all of identical sections and lengths, and the first flow rate is preferably substantially equal to the second flow rate.
  • the first flow rate can in fact be different from the second flow rate in particular depending on different pressure losses between the first and second channels, despite an identical structure of the first and second channels.
  • the first and second distribution chambers are arranged around a pipe, the latter passing orthogonally through the plates of the first and the second plurality of plates, and the cooling device comprises a sealing barrier between the first distribution chamber and the second distribution chamber, the sealing barrier forming a angular portion of cylindrical sleeve around the pipe, and having an opening on the side of the heat exchanger.
  • the first and second distribution chambers are at least partly delimited by a first helical spiral and a second helical spiral intertwined with each other around the pipe.
  • the cooling device comprises for example a first sealing barrier between the first distribution chamber and the second body of the heat exchanger, the first sealing barrier being a spiral plug, and a second sealing barrier between the second distribution chamber and the first body of the heat exchanger, formed by a cylindrical envelope surrounding the first and second spirals facing the first channels, the cylindrical envelope comprising orifices between the first distribution chamber and each of the first channels.
  • the first and second spirals stop for example at the interface between the first channels and the second channels.
  • the first and second intertwined spirals define for example two pitches, the first distribution chamber being defined by a first of said pitches less than a second of said pitches, the second pitch defining the second chamber of distribution.
  • the capacity of the first distribution chamber is smaller than the capacity of the second distribution chamber, the number of first channels being less than the number of second channels.
  • the ratio between the number of first channels and the number of second channels and therefore between the first step and the second step, is a function of the thermal power that we wish to dissipate in the first body of the heat exchanger and in the second body of the heat exchanger, these first and second bodies being able to be powered independently.
  • the dimensioning of the first body is for example adapted to the dissipation of a low thermal power in a case of low speed driving of an electric or hybrid vehicle.
  • THE dimensioning of the second body is for example adapted to the dissipation of an average thermal power in a case of slow charging of an electric or hybrid vehicle. Used together, the first and second bodies make it possible to dissipate a high thermal power, particularly in the event of rapid charging of the electric or hybrid vehicle.
  • the first distribution chamber has a larger capacity than the second distribution chamber, the first pitch being greater than the second pitch and the number of first channels being greater than the number of second channels .
  • the number of channels of the first body and the second body are the same.
  • a plate of the heat exchanger arranged at the interface between the first body and the second body does not allow the refrigerant fluid to pass between the first body and the second body.
  • the refrigerant fluid cannot pass from the first body to the second body of the heat exchanger.
  • the cooling device according to the invention advantageously further comprises the expansion member or the first and second expansion members.
  • FIG. 1 represents a cooling device according to the invention, in a first embodiment of the invention
  • FIG. 1 represents a connection block according to the invention, in this first embodiment of the invention.
  • FIG. 4 represents a cooling device according to the invention, in a second embodiment of the invention
  • FIG. 5 represents a connection block according to the invention, in the second embodiment of the invention
  • FIG. 7 is a front view of a heat exchanger of the cooling device of Figure 1 or 4, on which the cheek of the heat exchanger has been made transparent,
  • FIG. 8 is a sectional view of the cooling device of Figure 1, in a secondary alternative embodiment of the invention.
  • FIG. 9 schematically shows a cooling device according to the invention, in a main alternative embodiment of the invention.
  • FIG. 11 represents a cooling system of an electric or hybrid vehicle comprising the cooling device of Figure 4.
  • a cooling device 1 according to the invention comprises an expansion member 6, a connection block 30 according to the invention, a heat exchanger 2, and a heat exchanger internal 4.
  • the expansion device 6 is electronically controlled.
  • the heat exchanger 2 has a heat transfer liquid inlet 26 and a heat transfer liquid outlet 28.
  • the internal heat exchanger 4 comprises a free end plate on which are arranged a high pressure inlet manifold 42 of refrigerant fluid and a low pressure outlet manifold 48 of refrigerant fluid.
  • the opposite end plate of the heat exchanger 4 is an end plate brazed to an end plate 211 of the heat exchanger 2, referenced in Figure 9.
  • an evacuation port 24 of refrigerant fluid from the heat exchanger 2 is directly in communication with a low pressure inlet manifold 46 of the heat exchanger internal 4.
  • a high pressure outlet collector 44 of the internal heat exchanger 4 communicates with a pipe 29 passing through the heat exchanger 2.
  • the pipe 29 has a first end 294 opening into an inlet 370 ( referenced in Figure 2) of refrigerant fluid from the connection block 30 while being arranged in an inlet 22 of refrigerant fluid from the heat exchanger 2.
  • the pipe 29 has a second end 292 connected to the high pressure outlet manifold 44 of the internal heat exchanger 4.
  • connection block 30 is an aluminum block, in which drillings have been made orthogonally to the contact surface 360.
  • means for receiving the expansion member 6 are formed by a reception chamber 380 produced by three coaxial holes 381, 383, 385, of diameter narrowing from the surface of the connection block 30 opposite the contact surface 360.
  • This reception chamber 380 more precisely houses a valve expansion of the expansion member 6.
  • the last bore 385 of smaller diameter of this receiving chamber is itself pierced by a branch 310 opening onto the contact surface 360 of the connection block 30, this branch 310 forming the refrigerant fluid inlet 370 of the connection block 30.
  • This branch 310 is here also a cylindrical drilling, of smaller diameter than the last drilling 385 and coaxial with it.
  • the last bore 385 of the receiving chamber 380 has a bearing surface 386, referenced in Figure 3, enclosing a periphery of the inlet of the expansion valve of the organ of expansion valve 6. This support surface 386 thus forms a tight connection between the inlet of the expansion valve of the expansion member 6, and the refrigerant fluid inlet 370 of the connection block 30.
  • the diameter of the branch 310 is identical to that of the last drilling 385.
  • the inlet of the expansion valve of the expansion member 6 is held against the shoulder between the last drilling 385 and the branch 310, to form the tight connection between the inlet of the expansion valve of the expansion member 6, and the refrigerant fluid inlet 370 of the connection block 30.
  • the refrigerant fluid leaving the expansion valve leaves this closed volume 388 via a first passage 330 provided between the cylindrical surface of the drilling 383 of intermediate diameter and a first outlet 320 of refrigerant fluid from the connection block 30, and also by a second passage 350 provided between the cylindrical surface of the drilling 383 of intermediate diameter and a second refrigerant fluid outlet 340 from the connection block 30.
  • the first passage 330 is more precisely formed by a first cylindrical drilling 322, continued by a second cylindrical drilling of smaller diameter which joins the drilling 383 of intermediate diameter of the receiving chamber 380 at the level of a portion of the connection block 30
  • first and second drillings are made orthogonally from the contact surface 360. Viewed in section through a plane parallel to the contact surface 360, the portion of the block where the first passage 330 joins the closed volume 388 of the receiving chamber 380 would therefore show the first passage 330 and the receiving chamber 380 in the form of sections round and non-empty intersection but without one being included in the other.
  • the distance between the axis of revolution of the second drilling of the first passage 330 and the axis of revolution of the drilling 383 of intermediate diameter of the receiving chamber 380 is less than the sum of the radii of the cylinders formed through these holes.
  • the second passage 350 is made symmetrically to the first passage 330 with respect to a plane orthogonal to the contact surface 360 passing through a diameter of the cylindrical drilling forming the branch 310 of the connection block 30.
  • Figure 3 also shows the flows followed by a refrigerant fluid FR inside the connection block 30.
  • the refrigerant fluid FR at the outlet of the pipe 29 arrives at high pressure at the inlet 370 of the connection block 30 and enters into the expansion valve of the expansion member 6. After expansion in this valve, the refrigerant fluid FR arrives from the outlets of this valve at low pressure in the closed volume 388 and leaves this closed volume 388 via the first passage 330 and through the second passage 350 to the respective outlets 320 and 340 of the connection block 30.
  • connection block 30 makes it possible to send the low pressure refrigerant fluid FR into the intake mouth 22 via two separate inlets, that is to say a first inlet 221 and a second inlet 223, respectively supplying a first body 25 of the heat exchanger 2 and a second body 27 of the heat exchanger 2, as illustrated in Figure 8.
  • This separation of the fluid FR refrigerant in two separate flows allows better control the pressure losses inside the heat exchanger 2 as will be explained below in relation to this figure 8.
  • a cooling device 10 in a second embodiment of the invention illustrated in Figure 4, comprises a first expansion member 64, a second expansion member 62, a connection block 3 according to the invention as well as the heat exchanger 2 and the internal heat exchanger 4 of the first embodiment of the invention.
  • the connection block 3 comprises a contact surface 36 (referenced in Figure 5) brazed to the cheek 251 of the heat exchanger 2, which is assembled with the internal heat exchanger 4 as in the first embodiment of the invention.
  • the expansion members 62 and 64 are electronically controlled. Alternatively they are thermally controlled.
  • Connection block 3 has many characteristics similar to those of connection block 30 and will therefore be less detailed than this one.
  • the valves of the first and second expansion members 64 and 62 are inserted in the receiving means of the connection block 3, shown in Figure 5, these receiving means comprising a first receiving chamber 38 housing the expansion valve of the first expansion member 64 and a second receiving chamber 39 housing the expansion valve of the second expansion member 62.
  • These chambers are made in three cylindrical holes in a manner similar to the chamber 380 of the connection block 30
  • the respective expansion valves of the expansion members 64, 62 are arranged in the same way.
  • the refrigerant fluid inlet 37 FR of the connection block 3 is formed by a first groove 31 dug on the contact surface 36.
  • the last bore of smaller diameter of the receiving chamber 38 is itself pierced by a first conduit 312 cylindrical opening into the first groove 31.
  • the last bore of smaller diameter of the reception chamber 39 is itself pierced by a second cylindrical conduit 314 opening into the first groove 31.
  • the reception chambers 38, 39 are fluidly connected to the refrigerant fluid inlet 37 of the connection block 3 by the same internal branch of the connection block 3, this branch being formed by the first groove 31 and by conduits 312, 314 orthogonal to the contact surface 36 which extend the ends of the first groove 31.
  • a bearing surface 382 (referenced in Figure 6) of the last bore of smaller diameter of the first or second receiving chamber 38, 39 forms a tight connection between the inlet respective of the expansion valve of the first or second expansion member 64, 62 and respectively the first or second conduit 312, 314, therefore between the inlets of these expansion valves and the inlet 37 of the connection block 3 .
  • the first reception chamber 38 is connected to a first outlet 32 only of the connection block 3, by a first passage 33.
  • the first passage 33 is produced in the same way as the first passage 330.
  • This seal is achieved by the tight insertion of this expansion valve into the first receiving chamber 38, in the same way as in the first embodiment of the invention.
  • the first passage 33 is formed by a first cylindrical recess 326 followed by a second cylindrical recess of smaller diameter.
  • the first cylindrical recess 326 is arranged opposite the second refrigerant fluid inlet 223 of the heat exchanger 2.
  • the second receiving chamber 39 is connected to a second outlet 34 only of the connection block 3, by a second passage 35.
  • the second passage 35 is made in the same way as the second passage 350. In particular it receives the fluid FR refrigerant leaving the valve expansion of the second expansion member 62, in a sealed manner thanks to a closed volume included between this expansion valve and the intermediate diameter drilling of the second receiving chamber 39.
  • a second groove is made on the exchange surface 36 of the connection block 3. A first end of this second groove opens into the second passage 35, and a second end of this second groove is arranged opposite the first refrigerant fluid inlet 221 of the heat exchanger 2. Thus the second refrigerant fluid outlet 34 of the connection block 3 is formed through this second groove.
  • This second embodiment therefore makes it possible to distinctly control a first flow of low-pressure refrigerant fluid arriving at the first inlet 221 of refrigerant fluid of the heat exchanger 2, a second flow of low-pressure refrigerant fluid arriving at the second refrigerant fluid inlet 223 of the heat exchanger 2.
  • the first flow is controlled by the second expansion member 62 while the second flow is controlled by the first expansion member 64.
  • the refrigerant fluid flows FR in the connection block 3 are illustrated in dotted lines in Figures 5 and 6.
  • Figure 7 shows a part of the heat exchanger 2 at the level of the portion of the cheek 251 of the heat exchanger in contact with the contact surface 36 or 360 of the connection block 3 or 30.
  • the cheek 251 has been made transparent, only orifices 222 and 224 of this cheek 251 corresponding respectively to the first inlet 221 and to the second inlet 223 of refrigerant fluid of the heat exchanger 2 being represented.
  • In this figure therefore appear in multiple lines the sealing edges of the channels of the heat exchanger 2 as well as in relief of the flow disruptors of a first channel of the heat exchanger 2.
  • the first end 294 of the pipe 29 is arranged in the center of the inlet mouth 22 of the heat exchanger 2. This first end 294 projects from the cheek 251 of the heat exchanger 2, so as to insert into the cylindrical bore forming the branch 310 of the connection block 30, or into the first groove 31 of the connection block 3, without touching the bottom of the first groove 31 so as to that the refrigerant fluid circulates towards the first conduit 312 and towards the second conduit 314.
  • the first refrigerant fluid outlet 32, 320 FR of the connection block 3, 30 is placed opposite the orifice 224 of the cheek 251 so as to supply the second refrigerant fluid inlet 223 of the heat exchanger 2, and the second refrigerant fluid outlet 34, 340 FR of the connection block 3, 30 is placed opposite the orifice 222 of the cheek 251 so as to supply the first refrigerant fluid inlet 221 of the heat exchanger 2.
  • inlet sealing means are arranged at the level of the inlet mouth 22.
  • the inlet mouth 22 is itself the end of an inlet collector 23 passing through the heat exchanger 2, this inlet collector 23 being surrounded at least in part by a cylindrical envelope 235 making it possible to serve the first body 25 and the second body 27 of the heat exchanger 2 in a sealed manner.
  • the inlet collector 23 comprises a first distribution chamber 231 supplied by the first inlet 221 and serving the first body 25 of the heat exchanger 2, and a second distribution chamber 233 supplied by the second inlet 223 and serving the second body 27 of the heat exchanger 2.
  • the first and second distribution chambers 231 and 233 are arranged around the line 29, as detailed below.
  • the inlet sealing means comprise the cheek 251 of the heat exchanger 2, as well as the walls of an angular portion of cylindrical sleeve 238 around the pipe 29 forming the first chamber of distribution 231. These walls oriented axially, that is to say in the direction of main extension of the pipe 29, are pressed against the cheek 251.
  • first flow of refrigerant fluid FR coming from the second outlet 34, 340 of the connection block 3, 30 enters the orifice 222 of the cheek 251 and is located in the angular portion of cylindrical sleeve 238, sealed with respect to the second distribution chamber 233 supplied by the second flow of refrigerant fluid FR coming from of the first output 32, 320 of the connection block 3, 30.
  • the inlet sealing means visible in Figure 7 comprise the cheek 251 of the heat exchanger 2, the cylindrical envelope 235 as well as a first spiral plug 225 initiating the wall of the first spiral 234 and s 'extending axially towards the cheek 251, and a second spiral plug 227 initiating the wall of the second spiral 236 and extending axially towards the cheek 251.
  • the first and second spiral plugs 225 and 227 sealingly separate the respective inlets 221 and 223 of the first and second distribution chambers 231 and 233.
  • the first inlet 221 of the first distribution chamber 231 is thus delimited axially on the one hand by a foiled portion 251 comprising the orifice 222 corresponding to this first inlet 221, and on the other hand by the second helical spiral 236, radially d on the one hand by the cylindrical envelope 235 and on the other hand by the pipe 29, and angularly by the second spiral plug 227 initiating the wall of the second spiral 236.
  • the first spiral plug 225 angularly prevents the first flow from joining the second distribution chamber 233 over the axial length of the first spiral plug 225, the first flow being forced, in this first inlet 221, to flow axially between the first spiral cap 225 and the wall of the second spiral 236, that is to say is forced to engage between a surface of the wall of the first spiral 234, and a surface of the wall of the second spiral 236, defining the first distribution chamber 231.
  • the second inlet 223 of the second distribution chamber 233 is delimited axially on the one hand by a cheek portion 251 comprising the orifice 224 corresponding to this second inlet 223, and on the other hand by the first helical spiral 234 , radially on the one hand by the cylindrical envelope 235 and on the other hand by the pipe 29, and angularly by the first spiral plug 225 initiating the wall of the first spiral 234.
  • the second spiral plug 227 angularly prevents the second flow from joining the first distribution chamber 231 over the axial length of the second spiral plug 227, the second flow being forced, in this second inlet 223, to flow axially between the second spiral plug 227 and the wall of the first spiral 234, that is to say is forced to engage between another surface of the wall of the second spiral 236, and another surface the wall of the first spiral 234 , defining the second distribution chamber 233.
  • connection block 30 In the section of a part of the cooling device 1 shown in Figure 8, illustrating this secondary alternative embodiment of the invention with the connection block 30, the first and second flows of refrigerant fluid FR leaving the expansion valve 6 to reach respectively the first inlet 221 and the second inlet 223 of the intake mouth 22, are represented by arrows.
  • this secondary embodiment can also be used with connection block 3.
  • one of the plates 254 of the bundle of plates forming the heat exchanger 2 and located between the first body 25 of the heat exchanger 2 and the second body 27 of the heat exchanger 2 tightly surrounds the inlet collector 23 in order to prevent the refrigerant fluid from passing from the first body 25 to the second body 27 outside the inlet collector 23.
  • Figure 9 now schematically describes the path of the refrigerant fluid and a heat transfer liquid H2O in the heat exchanger 2.
  • the heat exchanger 2 is formed from a bundle of plates brazed together and between which channels are formed.
  • the bundle of plates more precisely forms an alternation of channels intended for the refrigerant fluid FR and channels intended for the heat transfer liquid H2O.
  • the refrigerant fluid FR and the heat transfer liquid H2O enter the heat exchanger 2 via respectively the refrigerant fluid inlet collector 23 of the heat exchanger 2 and the heat transfer liquid H2O inlet 26 of the heat exchanger 2.
  • the inlet collector 23 comprises the intake mouth 22 of refrigerant fluid FR.
  • Passages between the plates allow the refrigerant fluid FR and the heat transfer liquid H2O to be evacuated through respectively the outlet 24 of the heat exchanger 2 and the heat transfer liquid outlet 28 of the heat exchanger 2.
  • the plate bundle of heat exchanger 2 includes:
  • the heat exchanger 2 only has two first channels and two second channels.
  • the heat exchanger 2 according to the invention generally comprises many more first and second channels.
  • a first refrigerant fluid channel FR is formed between the plates 251 and 252, another first refrigerant fluid channel FR is formed between the plates 253 and 254.
  • a heat transfer liquid channel is formed between the plates 252 and 253 and another heat transfer liquid channel is formed between the plates 254 and 271.
  • a second refrigerant fluid channel FR is formed between the plates 271 and 272, another second refrigerant fluid channel FR is formed between the plates 273 and 274.
  • a heat transfer liquid channel H2O is formed between the plates 272 and 273 and another channel of heat transfer liquid is formed between the plates 274 and the end plate 211 of the heat exchanger 2 from which the evacuation port 24 exits.
  • the refrigerant fluid FR or the heat transfer liquid H2O is shown arriving in the channel in a solid arrow and leaving, after a U-shaped path in the channel, in a dotted arrow towards the evacuation mouth 24 or the liquid outlet 28 H2O heat carrier.
  • the refrigerant fluid FR leaving the expansion member 6, or the first and second expansion members 64, 62 is separated into two streams.
  • the first flow is brought to the first inlet 221 of the inlet mouth 22, serving the first distribution chamber 231 of the first flow of refrigerant fluid FR in the first body 25 of the heat exchanger 2.
  • the second flow is brought to the second inlet 223 of the intake mouth 22, serving the second chamber 233 for distributing the second flow of refrigerant fluid FR in the second body 27 of the heat exchanger 2.
  • the first flow is distributed by the first distribution chamber 231 to the first channels in a sealed manner with respect to the distribution of the second flow by the second distribution chamber 233 to the second channels.
  • the inlet collector 23 is able to ensure the supply of a first flow rate to the first channels and a second flow rate to the second channels, of substantially identical values, which homogenizes the distribution of the refrigerant fluid FR in the heat exchanger 2.
  • only the first body of the heat exchanger or the second body of the heat exchanger 2 is optionally used. In this case only the first flow or the second flow is sent to the heat exchanger 2.
  • the first distribution chamber 231 is formed by the walls of the angular portion of cylindrical sleeve 238 around the pipe 29, this angular portion of cylindrical sleeve 238 is extending axially from the cheek 251 of the heat exchanger 2 to one end of the first channels at the interface with the second body 27 of the heat exchanger 2, but not beyond.
  • the walls of the angular portion of cylindrical sleeve 238 are closed and sealed except:
  • orifices 237 are arranged on the angular portion of cylindrical sleeve 238 facing the first channels, so that the refrigerant fluid FR circulates from the first distribution chamber 231 towards the first channels.
  • the base of the angular portion of cylindrical sleeve 238 located between the first channels and the second channels forms a sealing barrier between the first channels and the second channels.
  • the second distribution chamber 233 is delimited by the cylindrical envelope 235 present all around the pipe 29, except at the level of the angular portion of cylindrical sleeve 238 which delimits the first distribution chamber 231.
  • the cylindrical envelope 235 is waterproof except :
  • orifices 239 are arranged on this portion of the cylindrical envelope 235 so that the refrigerant fluid FR circulates from the second distribution chamber 233 towards the second channels.
  • Figure 10 illustrates the secondary embodiment of the invention, in which the distribution chambers 231 and 233 are each formed by a volume included between the walls of the first helical spiral 234 and the second helical spiral 236 intertwined around the pipeline 29.
  • Spirals 234 and 236 extend radially into the inlets of the first and second channels.
  • These spirals are preferably ribs extending radially around the pipe 29 and made of material with the pipe 29.
  • the inlet collector 23 comprises a first sealing barrier 232 between the first distribution chamber 231 and the second body 27, produced , in this variant embodiment of the invention, in the form of a spiral plug located between the spirals 234 and 236 and blocking the passage of the first flow of refrigerant fluid FR. So the first flow cannot reach the second channels.
  • the cylindrical envelope 235 forms a second sealing barrier 235 between the second distribution chamber 233 and the first body 25, tightly enclosing, in a sealed manner, the spirals 234 and 236.
  • This cylindrical envelope 235 blocks the passage of the second flow in the first channels.
  • Orifices 230 in the cylindrical envelope 235 nevertheless allow the passage of the first flow in the first channels.
  • the cylindrical envelope 235 extends for example axially from the cheek 251 of the heat exchanger 2 to one end of the first channels at the interface with the second body 27 of heat exchanger 2, but not beyond. If, on the contrary, the cylindrical envelope 235 extends axially from the cheek 251 to the level of the second end 292 of the pipe 29 connected to the high pressure outlet collector 44 of the internal heat exchanger 4, then orifices similar to the orifices 239 are for example arranged in the cylindrical envelope 235 to allow the passage of the second flow in the second channels.
  • the cylindrical envelope 235 is alternatively replaced by a helical envelope covering only the gap between the first helical wall 234 and the second helical wall 236 which delimits the second distribution chamber 233, and extending axially only from the cheek 251 of the heat exchanger 2 to one end of the first channels at the interface with the second body 27 of the heat exchanger 2.
  • FIG. 11 now illustrates a use of the connection block 3 according to the invention and of the cooling device according to the invention, in a cooling system of an electric or hybrid vehicle.
  • the vehicle comprises an electric battery 84, power electronics 86 and an electric machine 82, these components being cooled by a circuit of H2O heat transfer liquid, for example water, the circulation of which is ensured by a pump 80.
  • H2O heat transfer liquid for example water
  • the liquid heat transfer H2O enters the heat exchanger 2 via the heat transfer liquid inlet 26, and leaves the heat exchanger 2 via the heat transfer liquid outlet 28, being cooled.
  • This cooling takes place in contact with the refrigerant fluid FR also circulating in the heat exchanger 2, in a separate refrigerant fluid circuit.
  • This low pressure branch of the refrigerant fluid FR in the heat exchanger internal 4 makes it possible to cool a high pressure branch of the refrigerant fluid circuit FR as described below.
  • the refrigerant fluid FR compressed by the compressor 7 is then condensed by a condenser 9.
  • a part of the condensed refrigerant fluid FR is directed towards an expansion member 11 then evaporated in an evaporator 5 of an air conditioning system of the vehicle interior .
  • Another part of the condensed FR refrigerant fluid is sent into the high pressure inlet manifold 42 of the internal heat exchanger 4, and leaves the internal heat exchanger 4 via the high pressure outlet manifold 44 of the exchanger internal heat exchanger 4.
  • This high pressure branch of the refrigerant circuit FR is cooled in the internal heat exchanger 4 by the low pressure branch of the refrigerant circuit mentioned above.
  • the refrigerant fluid FR arriving from the high pressure outlet manifold 44 is then expanded by the first and second expansion members 64 and 62, then enters the refrigerant fluid intake mouth 22 of the heat exchanger 2 passing through the connection block 3, to cool the H2O heat transfer liquid also passing through the heat exchanger 2.

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Abstract

Bloc de connexion pour échangeur thermique et dispositif de refroidissement les comportant La présente invention concerne un bloc de connexion (30) configuré pour relier de manière étanche un organe de détente à un échangeur thermique, le bloc de connexion (30) comportant : - une entrée (370) de fluide réfrigérant, - une première et une deuxième sorties (320, 340) de fluide réfrigérant, l'entrée (370) et les première et deuxième sorties (320, 340) de fluide réfrigérant étant agencées sur une surface de contact (360) avec l'échangeur thermique, et - des moyens de réception (380) destinés à recevoir l'organe de détente, reliés par une branche (310) du bloc de connexion (30) à l'entrée (370) de fluide réfrigérant, par un premier passage (330) du bloc de connexion (30) à la première sortie (320) de fluide réfrigérant, et par un deuxième passage (350) du bloc de connexion (30) à la deuxième sortie (340) de fluide réfrigérant.

Description

Bloc de connexion pour échangeur thermique et dispositif de refroidissement les comportant
La présente invention se rapporte au domaine de la thermodynamique et concerne plus précisément un bloc de connexion pour un échangeur thermique, et un dispositif de refroidissement incluant ce bloc de connexion, destinés notamment à être utilisés pour le refroidissement d’organes d’un véhicule.
Dans un véhicule électrique ou hybride, il est courant de refroidir la batterie électrique, le moteur électrique et l’électronique de puissance du véhicule par un liquide caloporteur tel que de l’eau, circulant dans un circuit de liquide caloporteur parcourant ces composants à refroidir, le liquide caloporteur étant lui-même refroidi grâce à un échangeur thermique recevant d’une part le liquide caloporteur, et d’autre part un fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant subit un cycle thermodynamique dans un circuit de fluide réfrigérant séparé utilisant par exemple un compresseur, un condenseur, un échangeur de chaleur interne et un organe de détente.
Lors d’une charge rapide de la batterie électrique d’un véhicule électrique ou hybride, le courant électrique étant élevé, la puissance thermique à dissiper pour refroidir la batterie électrique est importante, par exemple de l’ordre de loooo Watts. De même lorsque le véhicule électrique ou hybride roule à vitesse élevée, la puissance thermique à dissiper dans le moteur électrique, l’électronique de puissance et la batterie électrique est importante et nécessite donc un échangeur thermique dimensionné en conséquence, dit « haute performance ».
L’échangeur thermique étant formé d’un faisceau de plaques empilées et brasées délimitant des canaux de circulation du fluide réfrigérant ou du liquide caloporteur, le nombre de plaques de l’échangeur thermique du véhicule électrique ou hybride est d’autant plus important qu’il doit dissiper une forte puissance thermique.
Néanmoins lors d’une utilisation moins énergivore du véhicule électrique ou hybride, par exemple lors d’une charge lente de la batterie électrique du véhicule électrique, ou lors d’un roulage à basse vitesse du véhicule électrique, la puissance thermique de la batterie électrique à dissiper est plus faible, par exemple de l’ordre de 4000 Watts. Or l’efficacité d’un échangeur thermique « haute performance » n’est pas optimale à moyenne ou faible charge, car le nombre de plaques et le dimensionnement des canaux d’un tel échangeur thermique ont été optimisés pour une utilisation à forte charge. A moyenne ou faible charge, la distribution des phases de liquide et de gaz du fluide réfrigérant dans l’échangeur thermique n’est donc pas homogène et est peu performante.
Il existe donc un besoin d’un échangeur thermique haute performance, notamment pour un véhicule électrique ou hybride, avec une puissance thermique et une efficacité améliorées à faible et moyenne charge, permettant le refroidissement de composants du véhicule. Les composants à refroidir du véhicule incluent de préférence la batterie électrique, le moteur électrique, l’électronique de puissance mais aussi l’habitacle du véhicule.
Ce besoin de performance est couplé, dans les véhicules électriques et hybrides, à un besoin de compacité du système de refroidissement dans le compartiment moteur du véhicule. En effet ces véhicules comportant à la fois un moteur électrique et un moteur thermique par exemple, l’encombrement de chaque composant doit être limité au maximum pour pouvoir loger ces deux moteurs et leurs systèmes connexes dans le compartiment moteur. Il faut donc notamment pouvoir raccorder l’échangeur thermique haute performance aux autres éléments du système de refroidissement sans nécessiter de tubulures externes encombrantes.
La présente invention remédie au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur en fournissant d’une part un bloc de connexion pour un échangeur thermique haute performance, permettant d’éviter un couplage de cet échangeur thermique par tubulures à un ou plusieurs organes de détente, et d’autre part un dispositif de refroidissement compact. Ce dispositif de refroidissement compact inclut le bloc de connexion selon l’invention, ainsi qu’un échangeur thermique haute performance, dans lequel la distribution du fluide réfrigérant est homogénéisée depuis une entrée jusqu’à une sortie de l’échangeur thermique à faible, moyenne ou forte charge.
A cette fin, l’invention propose un bloc de connexion configuré pour relier de manière étanche au moins un organe de détente à un échangeur thermique, le bloc de connexion comportant au moins :
- une entrée de fluide réfrigérant,
- une branche, un premier et un deuxième passages internes au bloc de connexion, le bloc de connexion étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre :
- une première et une deuxième sorties de fluide réfrigérant distinctes l’une de l’autre, l’entrée et les première et deuxième sorties de fluide réfrigérant étant agencées sur une surface de contact avec l’échangeur thermique, et
- des moyens de réception destinés à recevoir l’au moins un organe de détente, reliés par la branche à l’entrée de fluide réfrigérant, par le premier passage à la première sortie de fluide réfrigérant, et par le deuxième passage à la deuxième sortie de fluide réfrigérant.
Grâce au bloc de connexion selon l’invention, l’échangeur thermique peut être connecté à un ou plusieurs organes de détente sans tubulures spécifiques. En effet le bloc de connexion comporte au moins autant de sorties que d’organes de détente, ces sorties étant directement agencées sur la surface de contact avec l’échangeur thermique. Le bloc de connexion permet donc à l’échangeur thermique de recevoir plusieurs flux de fluide réfrigérant et donc de les distribuer de manière distincte dans un ou plusieurs corps de l’échangeur thermique, afin d’en améliorer la distribution, et notamment de diminuer les pertes de charge.
De plus le ou les organes de détente sont raccordés au bloc de connexion sans tubulures, en utilisant les moyens de réception du bloc de connexion. Celui-ci est de préférence monobloc et en aluminium, mais d’autres matières sont bien sûr utilisables, notamment des alliages d’aluminium, et le bloc de connexion peut également être réalisé en plusieurs morceaux.
La branche du bloc de connexion comporte deux extrémités ou plus pour relier l’entrée du bloc de connexion aux moyens de réception, en fonction de leur agencement, les moyens de réception pouvant comporter une ou plusieurs chambres de réception.
La surface de contact entre le bloc de connexion et l’échangeur thermique est sensiblement plane, en ce sens qu’elle comporte au moins une surface plane permettant par brasage ou soudage à une joue de l’échangeur thermique, de former des raccords étanches d’une part entre une sortie haute pression de fluide réfrigérant agencée sur cette joue et l’entrée de fluide réfrigérant du bloc de connexion, et d’autre part entre chaque sortie de fluide réfrigérant du bloc de connexion et au moins une entrée correspondante de l’échangeur thermique.
Selon une caractéristique avantageuse du bloc de connexion selon l’invention, les moyens de réception, les passages et la branche prennent la forme d’évidements dans le bloc de connexion, sous forme de cylindres dont les axes sont parallèles. Ces axes sont de préférence orthogonaux à la surface de contact du bloc de connexion. Cette réalisation des moyens de réception, des passages et de la branche internes au bloc de connexion, est simple à usiner. Elle peut notamment se faire par perçages dans le bloc de connexion, avantageusement parallélépipédique et compact. En variante ces évidements sont réalisés sous forme de prismes droits, de hauteur orthogonale à la surface de contact du bloc de connexion.
Avantageusement, les moyens de réception forment un premier évidement cylindrique orthogonal à la surface de contact, le premier passage forme un deuxième évidement cylindrique orthogonal à la surface de contact, et le premier évidement cylindrique rejoint le deuxième évidement cylindrique au niveau d’une portion du bloc de connexion dans laquelle une section du premier évidement cylindrique est sécante à une section du deuxième évidement cylindrique, sans la recouvrir totalement. Cette caractéristique du bloc de connexion permet encore de lui conférer de la compacité.
Dans un mode de réalisation, les moyens de réception forment une chambre de réception comportant une surface d’appui apte à recevoir une entrée dudit au moins un organe de détente et un volume fermé apte à recevoir un fluide réfrigérant en sortie dudit au moins un organe de détente, la branche reliant la surface d’appui à l’entrée de fluide réfrigérant, le premier passage reliant le volume fermé à la première sortie de fluide réfrigérant et le deuxième passage reliant le volume fermé à la deuxième sortie de fluide réfrigérant. Ainsi la chambre de réception forme au moins deux raccords étanches, l’un entre l’entrée de l’organe de détente et la branche du bloc de connexion, l’autre entre une ou plusieurs sorties de l’organe de détente et les premier et deuxième passages.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention, ledit au moins un organe de détente comprend un premier organe de détente et un deuxième organe de détente, les moyens de réception comprennent une première chambre de réception destinée à recevoir le premier organe de détente et une deuxième chambre de réception destinée à recevoir le deuxième organe de détente, et :
- la première chambre de réception est reliée par la branche à l’entrée de fluide réfrigérant, et par le premier passage à la première sortie de fluide réfrigérant, et
- la deuxième chambre de réception est reliée par la branche à l’entrée de fluide réfrigérant, et par le deuxième passage à la deuxième sortie de fluide réfrigérant.
Préférentiellement dans cet autre mode de réalisation :
- la première chambre de réception comporte une première surface d’appui apte à recevoir une entrée du premier organe de détente, et un premier volume fermé apte à recevoir un fluide réfrigérant en sortie du premier organe de détente, la branche reliant la première surface d’appui de la première chambre de réception à l’entrée de fluide réfrigérant, et le premier passage reliant le premier volume fermé à la première sortie de fluide réfrigérant, et
- la deuxième chambre de réception comporte une deuxième surface d’appui apte à recevoir une entrée du deuxième organe de détente, et un deuxième volume fermé apte à recevoir un fluide réfrigérant en sortie du deuxième organe de détente, la branche reliant la deuxième surface d’appui de la deuxième chambre de réception à l’entrée de fluide réfrigérant, et le deuxième passage reliant le deuxième volume fermé à la deuxième sortie de fluide réfrigérant.
Dans ces modes de réalisation, chaque chambre de réception est par exemple formée de trois perçages coaxiaux de diamètre se rétrécissant depuis une surface opposée à la surface de contact, le perçage de plus petit diamètre étant configuré pour recevoir une entrée d’une valve d’expansion d’un organe de détente et pour former un raccord étanche entre l’entrée de la valve d’expansion et la branche. L’épaulement entre le perçage de plus petit diamètre et le perçage de diamètre intermédiaire sert par exemple de surface d’appui à l’entrée de la valve d’extension. En variante l’entrée de la valve d’expansion est ajustée de manière étroite dans le perçage de plus petit diamètre ou dans la branche, de sorte à réaliser cette étanchéité. Le perçage de diamètre intermédiaire est configuré pour former un volume fermé entre la partie de l’organe de détente comprise dans le perçage de plus grand diamètre et l’entrée de la valve d’expansion, le volume fermé formant un raccord étanche entre les sorties de la valve d’expansion et le premier et/ou le deuxième passages lorsque l’organe de détente est reçu dans la chambre de réception.
Avantageusement dans l’autre mode de réalisation de l’invention, la surface de contact du bloc de connexion comporte une première rainure formant l’entrée de fluide réfrigérant et une partie de la branche, la branche comportant un premier conduit partant de la première rainure et débouchant sur la première chambre de réception, et un deuxième conduit partant de la première rainure et débouchant sur la deuxième chambre de réception. Cette première rainure permet une distribution efficace du fluide réfrigérant dans chaque chambre de réception des moyens de réception.
Avantageusement encore dans cet autre mode de réalisation de l’invention, la surface de contact comporte une deuxième rainure alimentant la deuxième sortie de fluide réfrigérant, configurée pour relier une bouche d’admission de l’échangeur thermique à une première extrémité du deuxième passage, le deuxième passage étant réalisé sous forme d’un évidement cylindrique et comportant une deuxième extrémité opposée à la première extrémité et formant une ouverture dans la deuxième chambre de réception. Cette deuxième rainure permet de ramener efficacement le fluide réfrigérant de la deuxième chambre de réception vers la bouche d’admission de l’échangeur thermique.
L’invention concerne aussi un dispositif de refroidissement comprenant un bloc de connexion selon l’invention, un échangeur thermique, et un échangeur de chaleur interne comportant un collecteur de sortie haute pression et un collecteur d’entrée basse pression sur une plaque terminale de l’échangeur de chaleur interne, et dans lequel :
- la surface de contact du bloc de connexion est brasée ou soudée sur une joue de l’échangeur thermique, dont une plaque d’extrémité opposée à la joue est elle-même brasée ou soudée à la plaque terminale de l’échangeur de chaleur interne, le collecteur de sortie haute pression étant raccordé à une canalisation traversant l’échangeur thermique et desservant l’entrée de fluide réfrigérant du bloc de connexion, le collecteur d’entrée basse pression étant raccordé à une bouche d’évacuation de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique sur la plaque d’extrémité, et
- l’échangeur thermique comporte :
- d’une part une première chambre de distribution desservant un premier corps de l’échangeur thermique, et une première entrée de fluide réfrigérant débouchant sur la première chambre de distribution,
- et d’autre part une deuxième chambre de distribution desservant un deuxième corps de l’échangeur thermique, et une deuxième entrée de fluide réfrigérant débouchant sur la deuxième chambre de distribution, la première sortie de fluide réfrigérant du bloc de connexion étant raccordée à la deuxième entrée de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique et la deuxième sortie de fluide réfrigérant du bloc de connexion étant raccordée à la première entrée de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique. En variante la première sortie de fluide réfrigérant du bloc de connexion est raccordée à la première entrée de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique et la deuxième sortie de fluide réfrigérant du bloc de connexion est raccordée à la deuxième entrée de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique. Grâce au dispositif de refroidissement selon l’invention, la distribution de fluide réfrigérant est équilibrée entre le premier corps de l’échangeur thermique et le deuxième corps de l’échangeur thermique, ce qui homogénéise cette distribution et diminue les pertes de charge. Ainsi à faible ou moyenne charge, l’efficacité de l’échangeur thermique est améliorée.
De plus, lorsque les chambres de distribution de l’échangeur thermique selon l’invention sont alimentées indépendamment, l’invention permet d’utiliser le premier corps et/ ou le deuxième corps en fonction de la puissance thermique à dissiper. Le dispositif de refroidissement selon l’invention a de plus l’avantage d’être compact.
Le premier corps de l’échangeur thermique comporte par exemple une première pluralité de plaques entre lesquelles sont agencés des premiers canaux destinés à recevoir un fluide réfrigérant, et le deuxième corps de l’échangeur thermique comporte une deuxième pluralité de plaques entre lesquelles sont agencés des deuxièmes canaux destinés à recevoir le fluide réfrigérant, la première chambre de distribution et la deuxième chambre de distribution étant aptes à fournir de manière étanche l’une par rapport à l’autre respectivement un premier débit de fluide réfrigérant aux premiers canaux et un deuxième débit de fluide réfrigérant aux deuxièmes canaux.
Les premiers et deuxièmes canaux respectivement du premier et du deuxième corps sont préférentiellement tous de sections et de longueurs identiques, et le premier débit est de préférence sensiblement égal au deuxième débit. Le premier débit peut en effet être différent du deuxième débit notamment en fonction de pertes de charge différentes entre les premiers et les deuxièmes canaux, malgré une structure identique des premiers et deuxièmes canaux.
Dans une variante principale de réalisation de l’invention, les première et deuxième chambres de distribution sont agencées autour d’une canalisation, celle-ci traversant orthogonalement les plaques de la première et de la deuxième pluralité de plaques, et le dispositif de refroidissement comporte une barrière d’étanchéité entre la première chambre de distribution et la deuxième chambre de distribution, la barrière d’étanchéité formant une portion angulaire de manchon cylindrique autour de la canalisation, et présentant une ouverture sur la joue de l’échangeur thermique.
Dans une variante secondaire de réalisation de l’invention, les première et deuxième chambres de distribution sont au moins en partie délimitées par une première spirale hélicoïdale et une deuxième spirale hélicoïdale entremêlées entre elles autour de la canalisation.
Dans cette variante secondaire de réalisation de l’invention, le dispositif de refroidissement selon l’invention comporte par exemple une première barrière d’étanchéité entre la première chambre de distribution et le deuxième corps de l’échangeur thermique, la première barrière d’étanchéité étant un bouchon de spirale, et une deuxième barrière d’étanchéité entre la deuxième chambre de distribution et le premier corps de l’échangeur thermique, formée par une enveloppe cylindrique entourant les première et deuxième spirales en vis-à-vis des premiers canaux, l’enveloppe cylindrique comportant des orifices entre la première chambre de distribution et chacun des premiers canaux. Les première et deuxième spirales s’arrêtent par exemple à l’interface entre les premiers canaux et les deuxièmes canaux.
Dans cette variante secondaire de réalisation de l’invention, les premières et deuxièmes spirales entremêlées définissent par exemple deux pas, la première chambre de distribution étant définie par un premier desdits pas inférieur à un deuxième desdits pas, le deuxième pas définissant la deuxième chambre de distribution. Dans ce cas la contenance de la première chambre de distribution est plus petite que la contenance de la deuxième chambre de distribution, le nombre de premiers canaux étant inférieur au nombre de deuxièmes canaux. Le ratio entre le nombre de premiers canaux et le nombre de deuxièmes canaux et donc entre le premier pas et le deuxième pas, est fonction de la puissance thermique que l’on souhaite dissiper dans le premier corps de l’échangeur thermique et dans le deuxième corps de l’échangeur thermique, ces premier et deuxième corps pouvant être alimentés de manière indépendante. Le dimensionnement du premier corps est par exemple adapté à la dissipation d’une faible puissance thermique dans un cas d’usage de roulage à faible vitesse d’un véhicule électrique ou hybride. Le dimensionnement du deuxième corps est par exemple adapté à la dissipation d’une moyenne puissance thermique dans un cas d’usage de charge lente d’un véhicule électrique ou hybride. Utilisés ensemble, les premier et deuxième corps permettent de dissiper une forte puissance thermique notamment en cas de charge rapide du véhicule électrique ou hybride.
Alternativement dans cette variante secondaire de réalisation de l’invention, la première chambre de distribution est de contenance plus importante que la deuxième chambre de distribution, le premier pas étant supérieur au deuxième pas et le nombre de premiers canaux étant supérieur au nombre de deuxièmes canaux.
Dans encore une autre implémentation, le nombre de canaux du premier corps et du deuxième corps est le même.
Selon une autre caractéristique avantageuse du dispositif de refroidissement selon l’invention, une plaque de l’échangeur thermique disposée à l’interface entre le premier corps et le deuxième corps ne laisse pas passer le fluide réfrigérant entre le premier corps et le deuxième corps. Ainsi même en dehors des chambres de distribution le fluide réfrigérant ne peut passer du premier corps au deuxième corps de l’échangeur thermique.
Le dispositif de refroidissement selon l’invention comporte avantageusement en outre l’organe de détente ou le premier et le deuxième organes de détente.
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 1] représente un dispositif de refroidissement selon l’invention, dans un premier mode de réalisation de l’invention,
[fig 2] représente un bloc de connexion selon l’invention, dans ce premier mode de réalisation de l’invention,
[fig 3] représente en coupe le bloc de connexion de la figure 2,
[fig 4] représente un dispositif de refroidissement selon l’invention, dans un deuxième mode de réalisation de l’invention, [fig 5] représente un bloc de connexion selon l’invention, dans le deuxième mode de réalisation de l’invention,
[fig 6] représente en coupe le bloc de connexion de la figure 5,
[fig 7] est une vue de face d’un échangeur thermique du dispositif de refroidissement de la figure 1 ou 4, sur laquelle la joue de l’échangeur thermique a été rendue transparente,
[fig 8] est une vue en coupe du dispositif de refroidissement de la figure 1, dans une variante secondaire de réalisation de l’invention,
[fig 9] schématise un dispositif de refroidissement selon l’invention, dans une variante principale de réalisation de l’invention,
[fig 10] schématise le dispositif de refroidissement de la figure 8, et
[fig 11] représente un système de refroidissement d’un véhicule électrique ou hybride comportant le dispositif de refroidissement de la figure 4.
Dans un premier mode de réalisation de l’invention illustré figure 1, un dispositif de refroidissement 1 selon l’invention comporte un organe de détente 6, un bloc de connexion 30 selon l’invention, un échangeur thermique 2, et un échangeur de chaleur interne 4.
L’organe de détente 6 est commandé électroniquement.
L’échangeur thermique 2 comporte une entrée 26 de liquide caloporteur et une sortie 28 de liquide caloporteur.
L’échangeur de chaleur interne 4 comporte une plaque d’extrémité libre sur laquelle sont disposées un collecteur d’entrée haute pression 42 de fluide réfrigérant et un collecteur de sortie basse pression 48 de fluide réfrigérant. La plaque d’extrémité opposée de l’échangeur de chaleur 4 est une plaque terminale brasée à une plaque d’extrémité 211 de l’échangeur thermique 2, référencée figure 9. Comme représenté sur cette figure 9, à l’interface entre la plaque terminale de l’échangeur de chaleur interne 4 et la plaque d’extrémité 211 de l’échangeur thermique 2, une bouche d’évacuation 24 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2 est directement en communication avec un collecteur d’entrée basse pression 46 de l’échangeur de chaleur interne 4. De même à cette interface, un collecteur de sortie haute pression 44 de l’échangeur de chaleur interne 4 communique avec une canalisation 29 traversant l’échangeur thermique 2. La canalisation 29 comporte une première extrémité 294 débouchant dans une entrée 370 (référencée figure 2) de fluide réfrigérant du bloc de connexion 30 tout en étant agencée dans une bouche d’admission 22 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2. La canalisation 29 comporte une deuxième extrémité 292 connectée au collecteur de sortie haute pression 44 de l’échangeur de chaleur interne 4.
Il est à noter que le détail du parcours de fluide réfrigérant dans l’échangeur thermique 2 et l’échangeur de chaleur interne 4 sera plus amplement décrit ci-après en relation avec la figure 9.
Une joue 251 de l’échangeur thermique 2, opposée à la plaque d’extrémité 211 de l’échangeur thermique 2, comportant l’entrée 26 de liquide caloporteur et la sortie 28 de liquide caloporteur, est brasée au bloc de connexion 30, représenté figure 2, sur une surface de contact 360 du bloc de connexion 30 avec l’échangeur thermique 2.
Le bloc de connexion 30 est un bloc en aluminium, dans lequel ont été réalisés des perçages orthogonalement à la surface de contact 360. Notamment, à l’opposé de cette surface de contact 360, des moyens de réception de l’organe de détente 6 sont formés par une chambre de réception 380 réalisée par trois perçages coaxiaux 381, 383, 385, de diamètre se rétrécissant depuis la surface du bloc de connexion 30 opposée à la surface de contact 360. Cette chambre de réception 380 loge plus précisément une valve d’expansion de l’organe de détente 6.
Le dernier perçage 385 de plus petit diamètre de cette chambre de réception est lui-même percé par une branche 310 donnant sur la surface de contact 360 du bloc de connexion 30, cette branche 310 formant l’entrée 370 de fluide réfrigérant du bloc de connexion 30. Cette branche 310 est ici également un perçage cylindrique, de plus petit diamètre que le dernier perçage 385 et coaxial à celui-ci. Le dernier perçage 385 de la chambre de réception 380 présente une surface d’appui 386, référencée figure 3, enserrant un pourtour de l’entrée de la valve d’expansion de l’organe de détente 6. Cette surface 386 d’appui forme ainsi un raccord étanche entre l’entrée de la valve d’expansion de l’organe de détente 6, et l’entrée 370 de fluide réfrigérant du bloc de connexion 30. En variante le diamètre de la branche 310 est identique à celui du dernier perçage 385. Dans une autre variante, l’entrée de la valve d’expansion de l’organe de détente 6 est maintenue contre l’épaulement entre le dernier perçage 385 et la branche 310, pour former le raccord étanche entre l’entrée de la valve d’expansion de l’organe de détente 6, et l’entrée 370 de fluide réfrigérant du bloc de connexion 30.
La partie de l’organe de détente 6 contenue dans le perçage 381 de plus grand diamètre de la chambre de réception 380, prend appui sur un épaulement entre ce perçage 381 de plus grand diamètre et le perçage 383 de diamètre intermédiaire de la chambre de réception 380, fermant tout passage entre le perçage 381 de plus grand diamètre et le perçage 383 de diamètre intermédiaire. Le perçage 383 de diamètre intermédiaire comporte de ce fait un volume fermé 388 entre la valve d’expansion de l’organe de détente 6, et la surface cylindrique de ce perçage 383 de diamètre intermédiaire logeant la partie de la valve d’expansion comportant les sorties de fluide réfrigérant de cette valve d’expansion. Ainsi ce volume fermé 388 reçoit de manière étanche le fluide réfrigérant en sortie de la valve d’expansion. Le fluide réfrigérant en sortie de la valve d’expansion sort de ce volume fermé 388 par un premier passage 330 ménagé entre la surface cylindrique du perçage 383 de diamètre intermédiaire et une première sortie 320 de fluide réfrigérant du bloc de connexion 30, et également par un deuxième passage 350 ménagé entre la surface cylindrique du perçage 383 de diamètre intermédiaire et une deuxième sortie 340 de fluide réfrigérant du bloc de connexion 30.
Le premier passage 330 est plus précisément formé par un premier perçage cylindrique 322, continué par un deuxième perçage cylindrique de plus petit diamètre qui rejoint le perçage 383 de diamètre intermédiaire de la chambre de réception 380 au niveau d’une portion du bloc de connexion 30. Ces premier et deuxième perçages sont réalisés orthogonalement à partir de la surface de contact 360. Vue en coupe par un plan parallèle à la surface de contact 360, la portion du bloc où le premier passage 330 rejoint le volume fermé 388 de la chambre de réception 380 montrerait donc le premier passage 330 et la chambre de réception 380 sous forme de sections rondes et d’intersection non vide mais sans que l’une soit inclue dans l’autre. Autrement dit dans ce plan parallèle, la distance entre l’axe de révolution du deuxième perçage du premier passage 330 et l’axe de révolution du perçage 383 de diamètre intermédiaire de la chambre de réception 380 est inférieure à la somme des rayons des cylindres formés par ces perçages.
En variante, le premier passage 330 débouche entièrement dans l’épaulement entre le perçage 383 de diamètre intermédiaire de la chambre de réception 380 et le dernier perçage 385 de plus petit diamètre de la chambre de réception 380.
Le deuxième passage 350 est réalisé de manière symétrique au premier passage 330 par rapport à un plan orthogonal à la surface de contact 360 passant par un diamètre du perçage cylindrique formant la branche 310 du bloc de connexion 30.
La figure 3 montre également les flux suivis par un fluide réfrigérant FR à l’intérieur du bloc de connexion 30. Le fluide réfrigérant FR en sortie de la canalisation 29 arrive à haute pression à l’entrée 370 du bloc de connexion 30 et pénètre dans la valve d’expansion de l’organe de détente 6. Après expansion dans cette valve, le fluide réfrigérant FR arrive depuis les sorties de cette valve à basse pression dans le volume fermé 388 et ressort de ce volume fermé 388 par le premier passage 330 et par le deuxième passage 350 jusqu’aux sorties respectives 320 et 340 du bloc de connexion 30. Cette sortie double du bloc de connexion 30 permet d’envoyer le fluide réfrigérant FR basse pression dans la bouche d’admission 22 par deux entrées distinctes, c’est-à-dire une première entrée 221 et une deuxième entrée 223, alimentant respectivement un premier corps 25 de l’échangeur thermique 2 et un deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2, comme illustré figure 8. Cette séparation du fluide réfrigérant FR en deux flux distincts permet de mieux maîtriser les pertes de charge à l’intérieur de l’échangeur thermique 2 comme cela sera expliqué ci-après en relation avec cette figure 8.
Dans un deuxième mode de réalisation de l’invention illustré figure 4, un dispositif de refroidissement 10 selon l’invention comporte un premier organe de détente 64, un deuxième organe de détente 62, un bloc de connexion 3 selon l’invention ainsi que l’échangeur thermique 2 et l’échangeur de chaleur interne 4 du premier mode de réalisation de l’invention. Comme dans le premier mode de réalisation de l’invention, le bloc de connexion 3 comporte une surface de contact 36 (référencée figure 5) brasée à la joue 251 de l’échangeur thermique 2, qui est assemblé avec l’échangeur de chaleur interne 4 comme dans le premier mode de réalisation de l’invention.
Les organes de détente 62 et 64 sont commandé électroniquement. En variante ils sont commandés thermiquement.
Le bloc de connexion 3 comporte beaucoup de caractéristiques similaires à celles du bloc de connexion 30 et sera donc moins détaillé que celui-ci. Par rapport au bloc de connexion 30, les valves des premier et deuxième organes de détente 64 et 62 sont insérées dans les moyens de réception du bloc de connexion 3, représenté figure 5, ces moyens de réception comprenant une première chambre de réception 38 logeant la valve d’expansion du premier organe de détente 64 et une deuxième chambre de réception 39 logeant la valve d’expansion du deuxième organe de détente 62. Ces chambres sont réalisées en trois perçages cylindriques de manière semblable à la chambre 380 du bloc de connexion 30. Les valves d’expansion respectives des organes de détente 64, 62 y sont disposées de la même manière.
L’entrée 37 de fluide réfrigérant FR du bloc de connexion 3 est formée par une première rainure 31 creusée sur la surface de contact 36. Le dernier perçage de plus petit diamètre de la chambre de réception 38 est lui-même percé par un premier conduit 312 cylindrique débouchant dans la première rainure 31. De même le dernier perçage de plus petit diamètre de la chambre de réception 39 est lui-même percé par un deuxième conduit 314 cylindrique débouchant dans la première rainure 31. Ainsi les chambres de réception 38, 39 sont reliées fluidiquement à l’entrée 37 de fluide réfrigérant du bloc de connexion 3 par une même branche interne au bloc de connexion 3, cette branche étant formée de la première rainure 31 et par des conduits 312, 314 orthogonaux à la surface de contact 36 qui prolongent les extrémités de la première rainure 31.
Comme dans le premier mode de réalisation de l’invention, une surface d’appui 382 (référencée figure 6) du dernier perçage de plus petit diamètre de la première ou la deuxième chambre de réception 38, 39 forme un raccord étanche entre l’entrée respective de la valve d’expansion du premier ou du deuxième organe de détente 64, 62 et respectivement le premier ou le deuxième conduit 312, 314, donc entre les entrées de ces valves d’expansion et l’entrée 37 du bloc de connexion 3.
Contrairement au premier mode de réalisation de l’invention, la première chambre de réception 38 est reliée à une première sortie 32 seulement du bloc de connexion 3, par un premier passage 33. Le premier passage 33 est réalisé de la même manière que le premier passage 330. Notamment il reçoit le fluide réfrigérant FR en sortie de la valve d’expansion du premier organe de détente 64, de manière étanche grâce à un volume fermé 384 (référencé figure 6) compris entre cette valve d’expansion et le perçage de diamètre intermédiaire de la première chambre de réception 38. Cette étanchéité est réalisée grâce à l’insertion serrée de cette valve d’expansion dans la première chambre de réception 38, de la même façon que dans le premier mode de réalisation de l’invention.
Comme dans le premier mode de réalisation, le premier passage 33 est formé d’un premier évidement cylindrique 326 suivi d’un deuxième évidement cylindrique de plus petit diamètre. Le premier évidement cylindrique 326 est disposé en vis-à-vis de la deuxième entrée 223 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2.
De même, la deuxième chambre de réception 39 est reliée à une deuxième sortie 34 seulement du bloc de connexion 3, par un deuxième passage 35. Le deuxième passage 35 est réalisé de la même manière que le deuxième passage 350. Notamment il reçoit le fluide réfrigérant FR en sortie de la valve d’expansion du deuxième organe de détente 62, de manière étanche grâce à un volume fermé compris entre cette valve d’expansion et le perçage de diamètre intermédiaire de la deuxième chambre de réception 39.
Afin de relier le deuxième passage 35 à la première entrée 221 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2, une deuxième rainure est réalisée sur la surface d’échange 36 du bloc de connexion 3. Une première extrémité de cette deuxième rainure débouche dans le deuxième passage 35, et une deuxième extrémité de cette deuxième rainure est disposée en vis-à-vis de la première entrée 221 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2. Ainsi la deuxième sortie 34 de fluide réfrigérant du bloc de connexion 3 est formée par cette deuxième rainure.
Ce deuxième mode de réalisation permet donc de contrôler de manière distincte un premier flux de fluide réfrigérant basse pression arrivant sur la première entrée 221 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2, d’un deuxième flux de fluide réfrigérant basse pression arrivant sur la deuxième entrée 223 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2. En effet le premier flux est contrôlé par le deuxième organe de détente 62 tandis que le deuxième flux est contrôlé par le premier organe de détente 64.
Les flux de fluide réfrigérant FR dans le bloc de connexion 3 sont illustrés en traits pointillés sur les figures 5 et 6.
La figure 7 montre une partie de l’échangeur thermique 2 au niveau de la portion de la joue 251 de l’échangeur thermique en contact avec la surface de contact 36 ou 360 du bloc de connexion 3 ou 30. Sur cette figure 7, la joue 251 a été rendue transparente, seuls des orifices 222 et 224 de cette joue 251 correspondant respectivement à la première entrée 221 et à la deuxième entrée 223 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2 étant représentées. Sur cette figure apparaissent donc en traits multiples les bords d’étanchéité des canaux de l’échangeur thermique 2 ainsi qu’en relief des perturbateurs de flux d’un premier canal de l’échangeur thermique 2.
Comme visible sur cette figure 7, la première extrémité 294 de la canalisation 29 est agencée au centre de la bouche d’admission 22 de l’échangeur thermique 2. Cette première extrémité 294 fait saillie de la joue 251 de l’échangeur thermique 2, de manière à s’insérer dans le perçage cylindrique formant la branche 310 du bloc de connexion 30, ou dans la première rainure 31 du bloc de connexion 3, sans toucher le fond de la première rainure 31 de sorte à ce que le fluide réfrigérant circule vers le premier conduit 312 et vers le deuxième conduit 314.
La première sortie 32, 320 de fluide réfrigérant FR du bloc de connexion 3, 30 est placée en vis-à-vis de l’orifice 224 de la joue 251 de sorte à alimenter la deuxième entrée 223 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2, et la deuxième sortie 34, 340 de fluide réfrigérant FR du bloc de connexion 3, 30 est placée en vis-à-vis de l’orifice 222 de la joue 251 de sorte à alimenter la première entrée 221 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2.
Afin de recevoir le premier flux dans la première entrée 221 de manière étanche par rapport au deuxième flux dans la deuxième entrée 223, des moyens d’étanchéité d’entrée sont agencés au niveau de la bouche d’admission 22.
Comme illustré figures 9 et 10, la bouche d’admission 22 est elle-même l’extrémité d’un collecteur d’entrée 23 traversant l’échangeur thermique 2, ce collecteur d’entrée 23 étant entouré au moins en partie d’une enveloppe cylindrique 235 permettant de desservir de manière étanche le premier corps 25 et le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2. Pour cela le collecteur d’entrée 23 comporte une première chambre de distribution 231 alimentée par la première entrée 221 et desservant le premier corps 25 de l’échangeur thermique 2, et une deuxième chambre de distribution 233 alimentée par la deuxième entrée 223 et desservant le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2. Les première et deuxième chambres de distribution 231 et 233 sont agencées autour de la canalisation 29, comme détaillé plus loin.
Lorsque la première et la deuxième chambres de distribution 231 et 233 sont des portions angulaires cylindriques disposées autour de la canalisation 29, comme dans la variante principale de réalisation illustrée figure 9, les moyens d’étanchéité d’entrée comportent la joue 251 de l’échangeur thermique 2, ainsi que des parois d’une portion angulaire de manchon cylindrique 238 autour de la canalisation 29 formant la première chambre de distribution 231. Ces parois orientées axialement c’est-à-dire dans la direction d’extension principale de la canalisation 29, sont plaquées contre la joue 251. Ainsi le premier flux de fluide réfrigérant FR en provenance de la deuxième sortie 34, 340 du bloc de connexion 3, 30 pénètre dans l’orifice 222 de la joue 251 et se trouve dans la portion angulaire de manchon cylindrique 238, étanche par rapport à la deuxième chambre de distribution 233 alimentée par le deuxième flux de fluide réfrigérant FR en provenance de la première sortie 32, 320 du bloc de connexion 3, 30.
Lorsque la première et la deuxième chambres de distribution 231 et 233 sont en partie délimitées par les parois d’une première spirale 234 hélicoïdale et d’une deuxième spirale 236 hélicoïdale entremêlées autour de la canalisation 29, comme dans la variante de réalisation secondaire illustrée figures 8 et 10, les moyens d’étanchéité d’entrée visibles figure 7 comportent la joue 251 de l’échangeur thermique 2, l’enveloppe cylindrique 235 ainsi qu’un premier bouchon de spirale 225 initiant la paroi de la première spirale 234 et s’étendant axialement vers la joue 251, et un deuxième bouchon de spirale 227 initiant la paroi de la deuxième spirale 236 et s’étendant axialement vers la joue 251. En étant plaqués contre la joue 251 de l’échangeur thermique 2, les premier et deuxième bouchons de spirales 225 et 227 séparent de manière étanche les entrées respectives 221 et 223 des première et deuxième chambres de distribution 231 et 233.
La première entrée 221 de la première chambre de distribution 231 est ainsi délimitée axialement d’une part par une portion déjoué 251 comportant l’orifice 222 correspondant à cette première entrée 221, et d’autre part par la deuxième spirale hélicoïdale 236, radialement d’une part par l’enveloppe cylindrique 235 et d’autre part par la canalisation 29, et angulairement par le deuxième bouchon de spirale 227 initiant la paroi de la deuxième spirale 236.
Le premier bouchon de spirale 225 empêche angulairement le premier flux de rejoindre la deuxième chambre de distribution 233 sur la longueur axiale du premier bouchon de spirale 225, le premier flux étant contraint, dans cette première entrée 221, de s’écouler axialement entre le premier bouchon de spirale 225 et la paroi de la deuxième spirale 236, c’est-à-dire est contraint de s’engager entre une surface de la paroi de la première spirale 234, et une surface de la paroi de la deuxième spirale 236, définissant la première chambre de distribution 231.
De même, la deuxième entrée 223 de la deuxième chambre de distribution 233 est délimitée axialement d’une part par une portion de joue 251 comportant l’orifice 224 correspondant à cette deuxième entrée 223, et d’autre part par la première spirale hélicoïdale 234, radialement d’une part par l’enveloppe cylindrique 235 et d’autre part par la canalisation 29, et angulairement par le premier bouchon de spirale 225 initiant la paroi de la première spirale 234.
Le deuxième bouchon de spirale 227 empêche angulairement le deuxième flux de rejoindre la première chambre de distribution 231 sur la longueur axiale du deuxième bouchon de spirale 227, le deuxième flux étant contraint, dans cette deuxième entrée 223, de s’écouler axialement entre le deuxième bouchon de spirale 227 et la paroi de la première spirale 234, c’est-à-dire est contraint de s’engager entre une autre surface de la paroi de la deuxième spirale 236, et une autre surface la paroi de la première spirale 234, définissant la deuxième chambre de distribution 233.
Sur la coupe d’une partie du dispositif de refroidissement 1 représentée figure 8, illustrant cette variante secondaire de réalisation de l’invention avec le bloc de connexion 30, les premier et deuxième flux de fluide réfrigérant FR sortant de la valve d’expansion 6 pour parvenir respectivement à la première entrée 221 et à la deuxième entrée 223 de la bouche d’admission 22, sont représentés par des flèches. Bien sûr cette variante secondaire de réalisation est utilisable aussi avec le bloc de connexion 3.
Dans cette variante secondaire de réalisation de l’invention comme dans la variante principale de réalisation de l’invention, une des plaques 254 du faisceau de plaques formant l’échangeur thermique 2 et située entre le premier corps 25 de l’échangeur thermique 2 et le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2, enserre étroitement le collecteur d’entrée 23 afin d’empêcher le fluide réfrigérant de passer du premier corps 25 au deuxième corps 27 à l’extérieur du collecteur d’entrée 23. La figure 9 décrit maintenant schématiquement le parcours du fluide réfrigérant et d’un liquide caloporteur H2O dans l’échangeur de chaleur 2.
L’échangeur thermique 2 est formé d’un faisceau de plaques brasées entre elles et entre lesquelles sont formés des canaux. Le faisceau de plaques forme plus précisément une alternance de canaux destinés au fluide réfrigérant FR et de canaux destinés au liquide caloporteur H2O.
Le fluide réfrigérant FR et le liquide caloporteur H2O entrent dans l’échangeur thermique 2 par respectivement le collecteur d’entrée 23 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2 et l’entrée 26 de liquide caloporteur H2O de l’échangeur thermique 2. Le collecteur d’entrée 23 comporte la bouche d’admission 22 de fluide réfrigérant FR.
Des passages entre les plaques permettent au fluide réfrigérant FR et au liquide caloporteur H2O d’être évacués par respectivement la bouche d’évacuation 24 de l’échangeur thermique 2 et la sortie 28 de liquide caloporteur de l’échangeur thermique 2.
Le faisceau de plaques de l’échangeur thermique 2 comporte :
- une première pluralité de plaques 251, 252, 253, 254 entre lesquelles sont agencés des premiers canaux destinés à recevoir le fluide réfrigérant FR et définissant le premier corps 25 de l’échangeur thermique 2, et
- une deuxième pluralité de plaques 271, 272, 273, 274 entre lesquelles sont agencés des deuxièmes canaux destinés à recevoir le fluide réfrigérant FR et définissant le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2, disposé à l’opposé de la bouche d’admission 22 par rapport au premier corps 25, la distribution de fluide réfrigérant FR pouvant être gérée indépendamment dans les premiers canaux et les deuxièmes canaux.
Pour simplifier sur les figures 9 et 10, l’échangeur thermique 2 ne comporte que deux premiers canaux et deux deuxièmes canaux. Bien entendu l’échangeur thermique 2 selon l’invention comporte en général beaucoup plus de premiers et deuxièmes canaux.
Un premier canal de fluide réfrigérant FR est formé entre les plaques 251 et 252, un autre premier canal de fluide réfrigérant FR est formé entre les plaques 253 et 254. Dans le premier corps 25 de l’échangeur thermique 2, un canal de liquide caloporteur est formé entre les plaques 252 et 253 et un autre canal de liquide caloporteur est formé entre les plaques 254 et 271.
Un deuxième canal de fluide réfrigérant FR est formé entre les plaques 271 et 272, un autre deuxième canal de fluide réfrigérant FR est formé entre les plaques 273 et 274. Dans le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2, un canal de liquide caloporteur H2O est formé entre les plaques 272 et 273 et un autre canal de liquide caloporteur est formé entre les plaques 274 et la plaque d’extrémité 211 de l’échangeur thermique 2 d’où sort la bouche d’évacuation 24.
Dans chaque canal, le fluide réfrigérant FR ou le liquide caloporteur H2O est représenté arrivant dans le canal en flèche pleine et repartant, après un parcours en U dans le canal, en flèche pointillée vers la bouche d’évacuation 24 ou la sortie 28 de liquide caloporteur H2O.
Comme expliqué précédemment, afin d’homogénéiser la distribution de fluide réfrigérant FR dans l’échangeur thermique 2, le fluide réfrigérant FR en sortie de l’organe de détente 6, ou des premier et deuxième organes de détente 64, 62, est séparé en deux flux. Le premier flux est amené à la première entrée 221 de la bouche d’admission 22, desservant la première chambre de distribution 231 du premier flux de fluide réfrigérant FR dans le premier corps 25 de l’échangeur thermique 2. Le deuxième flux est amené à la deuxième entrée 223 de la bouche d’admission 22, desservant la deuxième chambre 233 de distribution du deuxième flux de fluide réfrigérant FR dans le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2.
Le premier flux est distribué par la première chambre 231 de distribution aux premiers canaux de manière étanche par rapport à la distribution du deuxième flux par la deuxième chambre 233 de distribution aux deuxièmes canaux. Ainsi le collecteur d’entrée 23 est apte à assurer la fourniture d’un premier débit aux premiers canaux et d’un deuxième débit aux deuxièmes canaux, de valeurs sensiblement identiques, ce qui homogénéise la distribution du fluide réfrigérant FR dans l’échangeur thermique 2. En fonction des besoins de refroidissement des composants du véhicule, seul le premier corps de l’échangeur thermique ou le deuxième corps de l’échangeur thermique 2 est éventuellement utilisé. Dans ce cas seul le premier flux ou le deuxième flux est envoyé dans l’échangeur thermique 2.
Dans la variante principale de réalisation de l’invention présentée sur cette figure 9, la première chambre de distribution 231 est formée par les parois de la portion angulaire de manchon cylindrique 238 autour de la canalisation 29, cette portion angulaire de manchon cylindrique 238 s’étendant axialement depuis la joue 251 de l’échangeur thermique 2 jusqu’à une extrémité des premiers canaux à l’interface avec le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2, mais pas au-delà. Les parois de la portion angulaire de manchon cylindrique 238 sont fermées et étanches sauf :
- au contact de la joue 251 de l’échangeur thermique 2 de manière à recevoir le fluide réfrigérant FR depuis la première entrée 221 de fluide réfrigérant FR de l’échangeur thermique 2, et
- en vis-à-vis des premiers canaux ; des orifices 237 sont agencés sur la portion angulaire de manchon cylindrique 238 en vis-à-vis des premiers canaux, de sorte à ce que le fluide réfrigérant FR circule de la première chambre de distribution 231 vers les premiers canaux.
Notamment la base de la portion angulaire de manchon cylindrique 238 située entre les premiers canaux et les deuxième canaux forme une barrière d’étanchéité entre les premiers canaux et les deuxièmes canaux.
La deuxième chambre de distribution 233 est délimitée par l’enveloppe cylindrique 235 présente tout autour de la canalisation 29, sauf au niveau de la portion angulaire de manchon cylindrique 238 qui délimité la première chambre de distribution 231. L’enveloppe cylindrique 235 est étanche sauf :
- au contact de la joue 251 de l’échangeur thermique 2 de manière à recevoir le fluide réfrigérant FR depuis la deuxième entrée 223 de fluide réfrigérant FR de l’échangeur thermique 2, et
- en vis-à-vis des deuxièmes canaux ; des orifices 239 sont agencés à sur cette portion de l’enveloppe cylindrique 235 de sorte à ce que le fluide réfrigérant FR circule de la deuxième chambre de distribution 233 vers les deuxièmes canaux.
La figure 10 illustre la variante secondaire de réalisation de l’invention, dans laquelle les chambres de distribution 231 et 233 sont formées chacune par un volume compris entre les parois de la première spirale hélicoïdale 234 et de la deuxième spirale hélicoïdale 236 entremêlées autour de la canalisation 29. Les spirales 234 et 236 s’étendent radialement dans les entrées des premiers et deuxièmes canaux. Ces spirales sont préférentiellement des nervures s’étendant radialement autour de la canalisation 29 et réalisées de matière avec la canalisation 29.
Plus précisément la première spirale hélicoïdale 234 conduit le premier flux depuis la première entrée 221 de la bouche d’admission 22 jusqu’à des premiers interstices entre la première spirale 234 et la deuxième spirale 236 situés en vis en vis des premiers canaux. De même la deuxième spirale hélicoïdale 236 conduit le deuxième flux depuis la deuxième entrée 223 de la bouche d’admission 22 jusqu’à des deuxièmes interstices entre la première spirale 234 et la deuxième spirale 236 situés en vis en vis des deuxièmes canaux. Dans cette variante secondaire de réalisation de l’invention, les premiers et deuxièmes interstices sont par exemple de largeur identique, notamment lorsque le nombre de premiers canaux est égal au nombre de deuxièmes canaux.
Afin d’étanchéifier le premier corps 25 par rapport au deuxième corps 27 pour la distribution du fluide réfrigérant FR, le collecteur d’entrée 23 comporte une première barrière d’étanchéité 232 entre la première chambre de distribution 231 et le deuxième corps 27, réalisée, dans cette variante de réalisation de l’invention, sous forme d’un bouchon de spirale situé entre les spirales 234 et 236 et bloquant le passage du premier flux de fluide réfrigérant FR. Ainsi le premier flux ne peut pas atteindre les deuxièmes canaux.
L’enveloppe cylindrique 235 forme une deuxième barrière d’étanchéité 235 entre la deuxième chambre de distribution 233 et le premier corps 25, enserrant étroitement, de manière étanche, les spirales 234 et 236. Cette enveloppe cylindrique 235 bloque le passage du deuxième flux dans les premiers canaux. Des orifices 230 dans l’enveloppe cylindrique 235 permettent néanmoins le passage du premier flux dans les premiers canaux.
Dans cette variante secondaire de réalisation de l’invention, l’enveloppe cylindrique 235 s’étend par exemple axialement depuis la joue 251 de l’échangeur thermique 2 jusqu’à une extrémité des premiers canaux à l’interface avec le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2, mais pas au-delà. Si au contraire, l’enveloppe cylindrique 235 s’étend axialement depuis la joue 251 jusqu’au niveau de la deuxième extrémité 292 de la canalisation 29 connectée au collecteur de sortie haute pression 44 de l’échangeur de chaleur interne 4, alors des orifices similaires aux orifices 239 sont par exemple agencés dans l’enveloppe cylindrique 235 pour permettre le passage du deuxième flux dans les deuxièmes canaux. Dans cette variante secondaire de réalisation de l’invention, l’enveloppe cylindrique 235 est en variante remplacée par une enveloppe hélicoïdale couvrant uniquement l’interstice entre la première paroi hélicoïdale 234 et la deuxième paroi hélicoïdale 236 qui délimite la deuxième chambre de distribution 233, et s’étendant axialement uniquement depuis la joue 251 de l’échangeur thermique 2 jusqu’à une extrémité des premiers canaux à l’interface avec le deuxième corps 27 de l’échangeur thermique 2.
La figure 11 illustre maintenant une utilisation du bloc de connexion 3 selon l’invention et du dispositif de refroidissement selon l’invention, dans un système de refroidissement d’un véhicule électrique ou hybride. Le véhicule comporte une batterie électrique 84, une électronique de puissance 86 et une machine électrique 82, ces composants étant refroidis par un circuit de liquide caloporteur H2O, par exemple de l’eau, dont la circulation est assurée par une pompe 80. Le liquide caloporteur H2O entre dans l’échangeur thermique 2 par l’entrée 26 de liquide caloporteur, et ressort de l’échangeur thermique 2 par la sortie 28 de liquide caloporteur, en étant refroidi. Ce refroidissement se fait au contact du fluide réfrigérant FR circulant également dans l’échangeur thermique 2, dans un circuit de fluide réfrigérant séparé. Le fluide réfrigérant FR ayant pris des calories au liquide caloporteur H2O, sort de l’échangeur thermique 2 à basse pression par la bouche d’évacuation 24 de l’échangeur thermique 2, puis est envoyé dans le collecteur d’entrée basse pression 46 d’un échangeur de chaleur interne 4 d’où il ressort par le collecteur de sortie basse pression 48 de l’échangeur de chaleur interne 4 pour être envoyé dans un compresseur 7. Cette branche basse pression du fluide réfrigérant FR dans l’échangeur de chaleur interne 4 permet de refroidir une branche haute pression du circuit de fluide réfrigérant FR comme décrit plus bas.
Le fluide réfrigérant FR compressé par le compresseur 7 est ensuite condensé par un condenseur 9. Une partie du fluide réfrigérant FR condensé est dirigée vers un organe de détente 11 puis évaporée dans un évaporateur 5 d’un système de climatisation de l’habitable du véhicule. Une autre partie du fluide réfrigérant FR condensé est envoyé dans le collecteur d’entrée haute pression 42 de l’échangeur de chaleur interne 4, et ressort de l’échangeur de chaleur interne 4 par le collecteur de sortie haute pression 44 de l’échangeur de chaleur interne 4. Cette branche haute pression du circuit de fluide réfrigérant FR est refroidie dans l’échangeur de chaleur interne 4 par la branche basse pression du circuit de fluide réfrigérant mentionnée plus haut. Le fluide réfrigérant FR arrivant du collecteur de sortie haute pression 44 est ensuite détendu par le premier et le deuxième organes de détente 64 et 62, puis entre dans la bouche d’admission 22 de fluide réfrigérant de l’échangeur thermique 2 en passant par le bloc de connexion 3, pour refroidir le liquide caloporteur H2O passant également dans l’échangeur thermique 2.
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.

Claims

REVENDICATIONS
1- Bloc de connexion (3, 30) configuré pour relier de manière étanche au moins un organe de détente (6, 62, 64) à un échangeur thermique (2), le bloc de connexion (3, 30) comportant au moins :
- une entrée (37, 370) de fluide réfrigérant (FR),
- une branche (310), un premier et un deuxième passages (33, 35, 330, 350) internes au bloc de connexion (3, 30), le bloc de connexion (3, 30) étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre :
- une première et une deuxième sorties (32, 34, 320, 340) de fluide réfrigérant (FR) distinctes l’une de l’autre, l’entrée (37, 370) et les première et deuxième sorties (32, 34, 320, 340) de fluide réfrigérant (FR) étant agencées sur une surface de contact (36, 360) avec l’échangeur thermique (2), et
- des moyens de réception (38, 39, 380) destinés à recevoir l’au moins un organe de détente (6, 62, 64), reliés par la branche (310) à l’entrée (37, 370) de fluide réfrigérant (FR), par le premier passage (33, 330) à la première sortie (32, 320) de fluide réfrigérant (FR), et par le deuxième passage (35, 350) à la deuxième sortie (34, 340) de fluide réfrigérant (FR).
2- Bloc de connexion (3 ,30) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de réception (38, 39, 380), les passages (33, 35, 330, 350) et la branche (310) prennent la forme d’évidements dans le bloc de connexion (3, 30), sous forme de cylindres dont les axes sont parallèles.
3- Bloc de connexion (3, 30) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens de réception (38, 39, 380) forment un premier évidement cylindrique orthogonal à la surface de contact (36, 360), le premier passage (33, 330) forme un deuxième évidement cylindrique orthogonal à la surface de contact (36, 360), et le premier évidement cylindrique rejoint le deuxième évidement cylindrique au niveau d’une portion du bloc de connexion (3, 30) dans laquelle une section du premier évidement cylindrique est sécante à une section du deuxième évidement cylindrique, sans la recouvrir totalement.
4- Bloc de connexion (30) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de réception (380) forment une chambre de réception comportant une surface d’appui (386) apte à recevoir une entrée dudit au moins un organe de détente (6) et un volume fermé (388) apte à recevoir un fluide réfrigérant (FR) en sortie dudit au moins un organe de détente (6), la branche (310) reliant la surface d’appui (386) à l’entrée (370) de fluide réfrigérant (FR), le premier passage (330) reliant le volume fermé (388) à la première sortie (320) de fluide réfrigérant (FR) et le deuxième passage (350) reliant le volume fermé (388) à la deuxième sortie (340) de fluide réfrigérant (FR).
5- Bloc de connexion (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit au moins un organe de détente (62, 64) comprend un premier organe de détente (64) et un deuxième organe de détente (62), les moyens de réception (38, 39) comprennent une première chambre de réception (38) destinée à recevoir le premier organe de détente (64) et une deuxième chambre de réception (39) destinée à recevoir le deuxième organe de détente (62), et dans lequel :
- la première chambre de réception (38) est reliée par la branche à l’entrée (37) de fluide réfrigérant (FR), et par le premier passage (33) à la première sortie (32) de fluide réfrigérant (FR), et
- la deuxième chambre de réception (39) est reliée par la branche à l’entrée (37) de fluide réfrigérant (FR), et par le deuxième passage (35) à la deuxième sortie (34) de fluide réfrigérant.
6- Bloc de connexion (3) selon la revendication 5, dans lequel la surface de contact comporte une première rainure (31) formant l’entrée (37) de fluide réfrigérant (FR) et une partie de la branche, la branche comportant un premier conduit (312) partant de la première rainure (31) et débouchant sur la première chambre de réception (38), et un deuxième conduit (314) partant de la première rainure (31) et débouchant sur la deuxième chambre de réception (39).
7- Bloc de connexion (3) selon la revendication 6, dans lequel la surface de contact (36) comporte une deuxième rainure alimentant la deuxième sortie (34) de fluide réfrigérant (FR), configurée pour relier une bouche d’admission (22) de l’échangeur thermique (2) à une première extrémité du deuxième passage (35), le deuxième passage (35) étant réalisé sous forme d’un évidement cylindrique et comportant une deuxième extrémité opposée à la première extrémité et formant une ouverture dans la deuxième chambre de réception (39).
8- Dispositif de refroidissement (1) comprenant un bloc de connexion (3, 30) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, un échangeur thermique (2), et un échangeur de chaleur interne (4) comportant un collecteur de sortie haute pression (44) et un collecteur d’entrée basse pression (46) sur une plaque terminale de l’échangeur de chaleur interne (4), et dans lequel :
- la surface de contact (36, 360) du bloc de connexion (3, 30) est brasée ou soudée sur une joue (251) de l’échangeur thermique (2), dont une plaque d’extrémité (211) opposée à la joue est elle-même brasée ou soudée à la plaque terminale de l’échangeur de chaleur interne (4), le collecteur de sortie haute pression (44) étant raccordé à une canalisation (29) traversant l’échangeur thermique (2) et desservant l’entrée (37, 370) de fluide réfrigérant (FR) du bloc de connexion (3, 30), le collecteur d’entrée basse pression (46) étant raccordé à une bouche d’évacuation (24) de fluide réfrigérant (FR) de l’échangeur thermique (2) sur la plaque d’extrémité (211), et
- l’échangeur thermique (2) comporte :
- d’une part une première chambre de distribution (231) desservant un premier corps (25) de l’échangeur thermique (2), et une première entrée (221) de fluide réfrigérant (FR) débouchant sur la première chambre de distribution (231),
- et d’autre part une deuxième chambre de distribution (233) desservant un deuxième corps (27) de l’échangeur thermique (2), et une deuxième entrée (223) de fluide réfrigérant (FR) débouchant sur la deuxième chambre de distribution (233), la première sortie (32, 320) de fluide réfrigérant (FR) du bloc de connexion (3, 30) étant raccordée à la deuxième entrée (223) de fluide réfrigérant (FR) de l’échangeur thermique (2) et la deuxième sortie (34, 340) de fluide réfrigérant (FR) du bloc de connexion (3, 30) étant raccordée à la première entrée (221) de fluide réfrigérant (FR) de l’échangeur thermique (2). 9- Dispositif de refroidissement (i) selon la revendication précédente, dans lequel le premier corps (25) de l’échangeur thermique (2) comporte une première pluralité de plaques (251, 252, 253, 254) entre lesquelles sont agencés des premiers canaux destinés à recevoir un fluide réfrigérant (FR) et le deuxième corps (27) de l’échangeur thermique (2) comporte une deuxième pluralité de plaques (271, 272, 273, 274) entre lesquelles sont agencés des deuxièmes canaux destinés à recevoir le fluide réfrigérant (FR), et dans lequel la première chambre de distribution (231) et la deuxième chambre de distribution (233) sont aptes à fournir de manière étanche l’une par rapport à l’autre respectivement un premier débit de fluide réfrigérant (FR) aux premiers canaux et un deuxième débit de fluide réfrigérant (FR) aux deuxièmes canaux.
10- Dispositif de refroidissement (1) selon la revendication précédente, dans lequel les première et deuxième chambres de distribution (231, 233) sont agencées autour de la canalisation (29), celle-ci traversant orthogonalement les plaques de la première et de la deuxième pluralité de plaques (251, 252, 253, 254, 271, 272, 273, 274), et dans lequel le dispositif de refroidissement (1) comporte une barrière d’étanchéité entre la première chambre de distribution et la deuxième chambre de distribution, la barrière d’étanchéité formant une portion angulaire de manchon cylindrique (238) autour de la canalisation (29), et présentant une ouverture sur la joue (251) de l’échangeur thermique (2).
11- Dispositif de refroidissement (1) selon la revendication 9, dans laquelle les première et deuxième chambres (231, 232) de distribution sont au moins en partie délimitées par une première spirale hélicoïdale (234) et une deuxième spirale hélicoïdale (236) entremêlées entre elles autour de la canalisation (29).
12- Dispositif de refroidissement (1) selon la revendication précédente, comportant une première barrière d’étanchéité (232) entre la première chambre de distribution (231) et le deuxième corps (27) de l’échangeur thermique (2), la première barrière d’étanchéité étant un bouchon de spirale, et une deuxième barrière d’étanchéité (235) entre la deuxième chambre de distribution (233) et le premier corps (25) de l’échangeur thermique (2), formée par une enveloppe cylindrique entourant les première et deuxième spirales (234, 236) en vis-à-vis des premiers canaux, l’enveloppe cylindrique comportant des orifices entre la première chambre de distribution (231) et chacun des premiers canaux.
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