WO2018104507A1 - Dispositif thermique avec element d'echange thermique tubulaire - Google Patents

Dispositif thermique avec element d'echange thermique tubulaire Download PDF

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WO2018104507A1
WO2018104507A1 PCT/EP2017/081986 EP2017081986W WO2018104507A1 WO 2018104507 A1 WO2018104507 A1 WO 2018104507A1 EP 2017081986 W EP2017081986 W EP 2017081986W WO 2018104507 A1 WO2018104507 A1 WO 2018104507A1
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WO
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thermal device
tubular casing
heat exchange
thermal
phase change
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PCT/EP2017/081986
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Michael LISSNER
Kamel Azzouz
Patrick Boisselle
Ambroise SERVANTIE
Julien Tissot
Samuel BRY
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00321—Heat exchangers for air-conditioning devices
    • B60H1/00328—Heat exchangers for air-conditioning devices of the liquid-air type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00492—Heating, cooling or ventilating devices comprising regenerative heating or cooling means, e.g. heat accumulators
    • B60H1/005—Regenerative cooling means, e.g. cold accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0004—Particular heat storage apparatus
    • F28D2020/0013—Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in elements attached to or integral with heat exchange conduits

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal devices for a motor vehicle. More particularly, the present invention relates to the field of thermal devices comprising a fluid circulation conduit.
  • a motor vehicle is subjected to highly variable environments during taxiing; it can move from a cold air zone to a hot air zone, be subjected to inclement weather such as rain, gusts of wind, etc.
  • inclement weather such as rain, gusts of wind, etc.
  • the punctual and chaotic nature of these phenomena makes the thermal management of the motor vehicle difficult and sometimes causes mechanical damage.
  • a phase-change material inside the heat exchangers.
  • This exchange beam comprises a stack of plates or tubes alternately forming circulation ducts for the air to be cooled and channels for the circulation of heat transfer fluid, including engine coolant.
  • the exchange of heat between the plates or the tubes and the air of supercharging is carried out partly by means of turbulators.
  • the beam is enclosed in a receptacle which generally has the shape of a straight hollow cylinder, usually with a rectangular base, connected at one of its open ends to an inlet air box and to the other to an air outlet box (configuration I, that is to say that the air to cool follows a path in a straight line); or at one of its ends open to an air inlet and outlet box and the other to a deflection air box (U-shaped configuration, that is to say that the air to be cooled follows a path bent in order to emerge substantially collinearly to its direction of entry).
  • a receptacle which generally has the shape of a straight hollow cylinder, usually with a rectangular base, connected at one of its open ends to an inlet air box and to the other to an air outlet box (configuration I, that is to say that the air to cool follows a path in a straight line); or at one of its ends open to an air inlet and outlet box and the other to a deflection air box (U-shaped configuration, that is to say that the
  • an air box typically comprises a casing having a longitudinal axis, a bottom and two flanks extending from the bottom of the same side thereof to give a U-shaped cross-section. inlet port and / or a coolant outlet port. In most cases, the space between the flanks and the bottom is intended only to receive the heat transfer fluid.
  • FR3006044 discloses a heat exchanger with a phase change material encapsulated in polymer beads in its inlet and outlet water boxes.
  • This arrangement of the phase change material is simple to implement.
  • it has the disadvantage of producing fairly high pressure drops and requires, inside the collector boxes, the use of grids or foam retention of phase change material.
  • An object of the present invention is to overcome at least one of the drawbacks of the state of the art described above, in particular to mitigate the harmful effects of point and chaotic changes in the environments to which the motor vehicle is subjected, to improve its thermal performance, and / or to avoid the production of pressure drop.
  • the present invention proposes a thermal device for a motor vehicle comprising a fluid circulation duct and a heat exchange element within the fluid circulation duct.
  • the heat exchange element comprising:
  • the inner tubular casing delimiting inside a fluid circulation space, the outer casing and the inner casing delimiting between them a receiving space,
  • the heat exchange element further comprising a phase change material filling the receiving space.
  • the present invention proposes two heat exchange surfaces for each heat exchange element disposed in the thermal device, significantly increasing the overall exchange surface. between the phase change material and the heat transfer fluid circulating around and inside the heat exchange element.
  • the thickness thereof in a heat exchange element as provided in the present invention is reduced, thereby facilitating the transfer of energy; the phase change material capable of storing and / or delivering energy across two surfaces, also creating two solid / liquid interfaces within the phase change material.
  • the outer tubular casing and the inner tubular casing may be of polymer, preferably polycarbonate, polyester or polyamide.
  • the outer tubular casing and the inner tubular casing may be metal, especially aluminum.
  • the outer tubular casing may have an outer diameter of between 1 and 10 mm.
  • the outer tubular casing and the inner tubular casing may be separated by a distance of between 50 ⁇ and 20 mm.
  • the phase change material may be selected from the group consisting of a vegetable derived fatty acid, a vegetable fatty alcohol, a paraffin, a hydrated salt and mixtures thereof.
  • the phase change material may have a phase change temperature of between 45 and 110 ° C.
  • the phase change temperature is between 45 and 55 ° C.
  • the phase change temperature is between 80 and 110 ° C.
  • the ends of the inner and outer tubular casings may be sealed by the same material as that forming the inner and outer tubular casings, by a rivet or by crimping, leaving an opening to the passage space of the same diameter as this one.
  • the thermal device may be a heat exchanger or a thermal battery.
  • the thermal device may be a heat exchanger further comprising an exchange beam composed of a superposition of circulation ducts as defined above, and wherein one or more heat exchange elements are arranged to inside the circulation ducts of the exchange beam so that the longitudinal direction of the heat exchange elements and the circulation ducts are colinear and so as to allow the passage of a first heat transfer fluid around the heat exchange elements and that of a second heat transfer fluid in the fluid circulation space.
  • the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid may be identical or different fluids.
  • the heat exchanger is that of a low temperature radiator.
  • the heat exchanger may be that of a high temperature radiator.
  • the thermal device may further comprise a beam casing for accommodating the exchange beam and a collector for coupling the beam casing with another element of the heat exchanger, the collector having a grid for holding the exchange elements. thermal.
  • the thermal device may be a thermal battery comprising an enclosure with an inlet and a heat transfer fluid outlet, and an exchange bundle housed in the enclosure and comprising layers formed by the heat exchange elements, the elements of heat exchange forming a sheet being parallel to each other and separated without contact with each other.
  • FIG. 1 is a three-quarter view in partial section of an exemplary thermal device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a three-quarter view in partial section of another example of a thermal device according to the present invention.
  • FIG. 3 is a partial front view of circulation ducts and heat exchange elements in a thermal device according to the present invention, in particular the thermal device of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a heat exchange element according to the present invention surrounded by a heat transfer fluid.
  • thermal device 1 for a motor vehicle according to the present invention will be described hereinafter with reference to FIGS. 1 to 4.
  • a thermal device 1 comprises a fluid circulation duct 2 and a heat exchange element (EET) 3 within the fluid circulation duct 2.
  • EET heat exchange element
  • the fluid circulation conduit 2 may have several forms known to those skilled in the art.
  • the fluid circulation duct 2 may be a tube, in particular a tube whose cross section has the shape of a circle (FIG. 2) or an oval with two axes of symmetries perpendicular to each other. 'other.
  • the oval with two axes of symmetries it comprises two half-arcs of a circle symmetrical to each other through a first axis of symmetries, the open parts facing each other, and connected to each other. the other so as to form a closed curve.
  • other forms may also be provided.
  • the EET 3 comprises an outer tubular casing 31, an inner tubular casing 32 and a phase change material (PCM) 35.
  • the inner tubular casing 32 delimits inside a fluid circulation space 33, in particular for a heat transfer fluid.
  • the outer tubular casing 31 and the inner tubular casing 32 delimit between them a receiving space 34, in particular of the PCM 35 which fills it.
  • an EET comprising only an outer tubular casing forming a receiving space filled with a PCM
  • a single solid-liquid interface is present inside the PCM so that a longer time is required for that all the PCM goes from liquid to solid or vice versa.
  • the PCM 35 can store and return thermal energy at the same time, especially when the surrounding fluid ⁇ 3 and that inside ⁇ 3 are at different temperatures. For example, if a first fluid flowing inside ⁇ 3 is at a higher temperature than a second fluid flowing outside of ⁇ 3, the PCM 35 stores thermal energy from the first fluid and restores this energy to the second fluid. Storing and returning the thermal energy can of course be done in the other direction when the second fluid is at a higher temperature than the first fluid.
  • EET 3 having a fluid circulation space 33 has the additional advantage of limiting the pressure drop of the thermal device 1 which is beneficial for the operation of a cooling loop in particular.
  • some elements of the thermal device 1 can be sized downward, such as a pump for example. Therefore, the power consumption can be decreased for example.
  • Each of the outer and inner tubular casings 31, 32 may be of polymer, preferably of polycarbonate, polyester or polyamide.
  • the thickness of the envelopes is in this case preferably between 100 and 300 ⁇ .
  • each of the outer and inner tubular casings 31, 32 may be metal, especially aluminum.
  • the use of the metal with respect to the polymer has the advantage of obtaining envelopes of smaller thickness while ensuring sufficient mechanical strength, especially between 50 and 100 ⁇ . This smaller thickness allows heat transfer of the surrounding fluid ⁇ 3 or in ⁇ 3 and the more efficient PCM 35.
  • metal is better heat conductors than polymer materials, further improving heat transfer.
  • the outer and inner tubular casings 31, 32 of ⁇ are coaxial.
  • ⁇ 3 may further comprise spacers 37 in the receiving space 34 and disposed at the ends of the outer and inner tubular casings and / or distributed along the outer and inner tubular casings 31, 32.
  • the outer tubular casing 31 may have an outer diameter of between 1 and 20 mm, preferably between 3 and 10 mm, although in general this limitation depends on the application. In particular in a heat exchanger application, this outer diameter is limited by the heat exchange ducts (see below), and in the case of a thermal battery, the only limit is the acceptable battery size.
  • the outer tubular casing 31 and the inner tubular casing 32 may be separated by a distance (space between these two casings) of between 50 ⁇ and 20 mm, preferably between 1 and 10 mm, more preferably between 1 and 3 mm.
  • the outer tubular casing 31 has an outer diameter of 4 mm and the space between the outer tubular casing and the inner tubular casing is 2 mm.
  • ⁇ can be easily adapted to the application of the thermal device.
  • ⁇ may have a length substantially equal to the length of the heat exchanger exchange beam ducts, for example between 400 and 600 mm.
  • the only limit is the acceptable size of the battery, for example between 100 and 300 mm.
  • PCM 35 may be selected from the group consisting of a vegetable-derived fatty acid, a plant-derived fatty alcohol, a paraffin, a hydrated salt, and mixtures thereof.
  • PCM 35 can have a phase change temperature of between 45 and 110 ° C.
  • the phase change temperature is between 45 and 55 ° C, for example when the thermal device is a low temperature radiator.
  • the phase change temperature is between 80 and 110 ° C, for example when the thermal device is a high temperature radiator.
  • PCM 35 may have a latent heat of phase change greater than 200 kJ / kg, preferably greater than 280 kJ / kg.
  • a latent heat of phase change guarantees a large capacity of energy storage.
  • the ends of the inner and outer tubular casings 31, 32 may be sealed by the same material as that forming the outer and inner tubular casings 31, 32, or by a rivet or by crimping, leaving an opening towards the circulation space fluid 33 of the same diameter as this.
  • plugs also forming spacers may be used at the ends of the outer and inner tubular casings 31, 32, and having a central opening opening into the fluid circulation space 33.
  • ⁇ 3 can be manufactured in the following ways: - The outer and inner tabular casings 31, 32 are manufactured separately and then assembled into one another with spacers 37 to keep them at a distance, preferably coaxial;
  • a double-walled tube is manufactured, comprising the outer and inner tabular casings 31, 32 and spacers 37 integral with the outer and inner tabular casings 31, 32; or
  • the inner tubular casing 32 is first manufactured and then used to manufacture the outer tubular casing 31, for example by extrusion, in which case it is possible to coextrude at the same time the outer tubular casing 31 and the PCM 35 in solid form using the inner tubular casing 32 as a support for pulling the extrusion.
  • the thermal device 1 may be a heat exchanger or a thermal battery.
  • the fluid circulation duct 2 may be a heat exchanger tube or a heat exchanger plate assembly.
  • the fluid circulation duct 2 may be the enclosure (casing or casing) of the thermal battery.
  • the thermal device 1 may be a heat exchanger further comprising an exchange beam composed of a superposition of circulation ducts as defined above, and in which one or more EETs 3 are arranged at the inside the circulation ducts of the fluid 2 of the exchange beam so that the longitudinal direction of the EET 3 and that of the fluid circulation ducts 2 are collinear and so as to allow the passage of a first coolant around the EET 3 and that of a second heat transfer fluid in the fluid circulation space 33.
  • the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid may be identical or different fluids.
  • the heat exchanger is that of a low temperature radiator.
  • the heat exchanger may be that of a high temperature radiator.
  • the thermal device 1 may further comprise a beam casing for accommodating the exchange beam and a collector for coupling the beam casing with another element of the thermal device, the collector having a gate for holding the EET 3.
  • the thermal device 1 may be a thermal battery comprising an enclosure with an inlet and a heat transfer fluid outlet, and an exchange bundle housed in the enclosure and comprising webs formed by the EET 3, the EET 3 forming a web being parallel to each other and separated without contact with each other.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif thermique pour véhicule automobile comprenant un conduit de circulation de fluide (2) et un élément d'échange thermique (3) au sein du conduit de circulation de fluide (2), l'élément d'échange thermique (3) comprenant : - une enveloppe tubulaire externe; - une enveloppe tubulaire interne; l'enveloppe tubulaire interne délimitant à l'intérieur un espace de circulation de fluide, l'enveloppe tubulaire externe et l'enveloppe tubulaire interne délimitant entre elles un espace de réception, l'élément d'échange thermique (3) comprenant en outre un matériau à changement de phase remplissant l'espace de réception.

Description

DISPOSITIF THERMIQUE AVEC ELEMENT D'ECHANGE THERMIQUE
TUBULAIRE
La présente invention concerne le domaine des dispositifs thermiques pour véhicule automobile. Plus particulièrement, la présente invention concerne le domaine des dispositifs thermiques comprenant un conduit de circulation de fluide.
Un véhicule automobile est soumis à des environnements hautement variables durant le roulage ; il peut passer d'une zone d'air froid à une zone d'air chaud, être soumis aux intempéries telles que la pluie, les rafales de vents, etc. Le caractère ponctuel et chaotique de ces phénomènes rend la gestion thermique du véhicule automobile difficile et engendre parfois des dégâts mécaniques.
Afin d'atténuer ces effets néfastes pour le véhicule automobile et d'améliorer ses performances thermiques, il est possible d'intégrer à l'intérieur des échangeurs thermiques un matériau à changement de phase. Un exemple d'échangeur thermique, notamment les radiateurs de refroidissement, comprend typiquement un faisceau d'échange. Ce faisceau d'échange comporte un empilement de plaques ou de tubes formant alternativement des conduits de circulation pour l'air à refroidir et des canaux pour la circulation de fluide caloporteur, notamment du liquide de refroidissement moteur. L'échange de chaleur entre les plaques ou les tubes et l'air de suralimentation est réalisé en partie par l'intermédiaire de turbulateurs. Le faisceau est enfermé dans un réceptacle qui de manière générale a la forme d'un cylindre droit et creux, le plus souvent à base rectangulaire, relié à l'une de ses extrémités ouvertes à une boite à air d'entrée et à l'autre à une boite à air de sortie (configuration en I, c'est-à-dire que l'air à refroidir suit un chemin en ligne droite) ; ou à une de ses extrémités ouvertes à une boite à air d'entrée et de sortie et à l'autre à une boite à air de déflexion (configuration en U, c'est-à-dire que l'air à refroidir suit un chemin coudé afin de ressortir sensiblement colinéairement à sa direction d'entrée).
Plus particulièrement, une boite à air comporte typiquement un carter présentant un axe longitudinal, un fond et deux flancs s 'étendant à partir du fond du même côté de celui-ci de manière à donner une section transversale en U. Elle comprend également un port d'entrée et/ou un port de sortie de fluide caloporteur. Dans la plupart des cas, l'espace entre les flancs et le fond n'est destiné qu'à recevoir le fluide caloporteur.
Cependant, est venue l'idée d'utiliser cette espace pour y installer notamment un matériau à changement de phase. Par exemple, le document FR3006044 décrit un échangeur de chaleur avec un matériau à changement de phase encapsulé dans des billes de polymère dans ses boites à eau d'entrée et de sortie. Cet arrangement du matériau à changement de phase est simple à mettre en œuvre. Il a cependant l'inconvénient de produire des pertes de charge assez élevées et nécessite, à l'intérieur des boites collectrices, l'utilisation de grilles ou de mousse de retenu du matériau à changement de phase.
Un objectif de la présente invention est de pallier au moins un des inconvénients de l'état de la technique décrit ci-dessus, notamment d'atténuer les effets néfastes des changements ponctuels et chaotiques des environnements auxquels le véhicule automobile est soumis, d'améliorer ses performances thermiques, et/ou d'éviter la production de perte de charge.
Pour cela, la présente invention propose un dispositif thermique pour véhicule automobile comprenant un conduit de circulation de fluide et un élément d'échange thermique au sein du conduit de circulation de fluide,
l'élément d'échange thermique comprenant :
- une enveloppe tubulaire externe ;
- une enveloppe tubulaire interne ;
l'enveloppe tubulaire interne délimitant à l'intérieur un espace de circulation de fluide, l'enveloppe externe et l'enveloppe interne délimitant entre elles un espace de réception,
l'élément d'échange thermique comprenant en outre un matériau à changement de phase remplissant l'espace de réception.
Une telle solution permet d'optimiser l'intégration du matériau à changement de phase dans le dispositif thermique en évitant de prévoir du matériau à changement de phase directement dans les boites collectrices. Par ailleurs, la présente invention propose deux surfaces d'échange thermique pour chaque élément d'échange thermique disposé dans le dispositif thermique, augmentant significativement la surface d'échange globale entre le matériau à changement de phase et le fluide caloporteur qui circule autour et à l'intérieur de l'élément d'échange thermique. En outre, étant donné la faible conductivité thermique des matériaux à changement de phase, l'épaisseur de celui-ci dans un élément d'échange thermique tel que prévu dans la présente invention est réduite, facilitant ainsi le transfert d'énergie ; le matériau de changement de phase pouvant emmagasiner et/ou restituer de l'énergie à travers deux surfaces, créant également deux interfaces solide/liquide au sein du matériau à changement de phase.
D'autres caractéristiques optionnelles et non limitatives sont décrites ci-après.
L'enveloppe tubulaire externe et l'enveloppe tubulaire interne peuvent être en polymère, de préférence en polycarbonate, polyester ou polyamide. Alternativement, l'enveloppe tubulaire externe et l'enveloppe tubulaire interne peuvent être en métal, notamment en aluminium.
L'enveloppe tubulaire externe peut présenter un diamètre extérieur compris entre 1 et 10 mm.
L'enveloppe tubulaire externe et l'enveloppe tubulaire interne peuvent séparées d'une distance comprise entre 50 μιη et 20 mm.
Le matériau à changement de phase peut être choisi parmi le groupe constitué d'un acide gras d'origine végétale, un alcool gras d'origine végétale, une paraffine, un sel hydraté et leurs mélanges.
Le matériau à changement de phase peut présenter une température de changement de phase comprise entre 45 et 110°C. Préférablement, la température de changement de phase est comprise entre 45 et 55°C. Alternativement, la température de changement de phase est comprise entre 80 et 110°C.
Les extrémités des enveloppes tubulaires interne et externe peuvent être scellées par le même matériau que celui formant les enveloppes tubulaires interne et externe, par un rivet ou par sertissage, laissant une ouverture vers l'espace de passage de même diamètre que celui-ci.
Le dispositif thermique peut être un échangeur de chaleur ou une batterie thermique.
Plus particulièrement, le dispositif thermique peut être un échangeur de chaleur comprenant en outre un faisceau d'échange composé d'une superposition de conduits de circulation tel que défini ci-dessus, et dans lequel un ou plusieurs éléments d'échange thermique sont disposés à l'intérieur des conduits de circulation du faisceau d'échange de manière à ce que la direction longitudinale des éléments d'échange thermique et celle des conduits de circulation sont colinéaires et de manière à permettre le passage d'un premier fluide caloporteur autour des éléments d'échange thermique et celui d'un deuxième fluide caloporteur dans l'espace de circulation de fluide. En outre, le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur peuvent être des fluides identiques ou différents. En outre ou alternativement, l'échangeur de chaleur est celui d'un radiateur à basse température. En variante, l'échangeur de chaleur peut être celui d'un radiateur à haute température.
Le dispositif thermique peut comprendre en outre un carter de faisceau pour loger le faisceau d'échange et un collecteur pour coupler le carter de faisceau avec un autre élément de l'échangeur de chaleur, le collecteur présentant une grille de maintien des éléments d'échange thermique.
Alternativement, le dispositif thermique peut être une batterie thermique comprenant une enceinte avec une entrée et une sortie de fluide caloporteur, et un faisceau d'échange logé dans l'enceinte et comportant des nappes formées par les éléments d'échange thermique, les éléments d'échange thermique formant une nappe étant parallèles entre eux et séparés sans contact les uns avec les autres.
D'autres objectifs, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit en référence aux dessins, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue de trois-quarts en coupe partielle d'un exemple de dispositif thermique selon la présente invention ;
- la figure 2 est une vue de trois-quarts en coupe partielle d'un autre exemple de dispositif thermique selon la présente invention ;
- la figure 3 est une vue de face partielle de conduits de circulation et d'éléments d'échange thermique dans un dispositif thermique selon la présente invention, notamment le dispositif thermique de la figure 1 ; et
- la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un élément d'échange thermique selon la présente invention entouré d'un fluide caloporteur.
Un dispositif thermique pour véhicule automobile selon la présente invention sera décrit ci-après en référence aux figures 1 à 4. Un tel dispositif thermique 1 comprend un conduit de circulation de fluide 2 et un élément d'échange thermique (EET) 3 au sein du conduit de circulation de fluide 2.
Le conduit de circulation de fluide 2 peut présenter plusieurs formes connues de l'homme du métier. Par exemple, le conduit de circulation de fluide 2 peut être un tube, en particulier un tube dont la section transversale présente la forme d'un cercle (figure 2) ou d'un ovale à deux axes de symétries perpendiculaires l'un à l'autre. Notamment, pour l'ovale à deux axes de symétries, il comprend deux demi-arcs de cercle symétriques l'un de l'autre à travers un premier des axes de symétries, les parties ouvertes se faisant face, et reliés l'un à l'autre de manière à former une courbe fermée. Néanmoins, d'autres formes peuvent être également prévues.
L'EET 3 comporte une enveloppe tubulaire externe 31, une enveloppe tubulaire interne 32 et un matériau à changement de phase (PCM) 35. L'enveloppe tubulaire interne 32 délimite à l'intérieur de ΕΕΤ un espace de circulation de fluide 33, notamment pour un fluide caloporteur. L'enveloppe tubulaire externe 31 et l'enveloppe tubulaire interne 32 délimitent entre elles un espace de réception 34, notamment du PCM 35 qui le remplit.
Ainsi, comme illustré par la figure 4, il est possible de faire circuler un fluide autour et à l'intérieur de ΕΕΤ 3 de sorte que deux interfaces solide-liquide 361, 362 se forment à l'intérieur du PCM 35. Chacune de ces deux interfaces solide-liquide 361, 362 se déplacent vers le centre du PCM 35 lorsque ΕΕΤ 3 est en mode emmagasinage d'énergie (température du fluide entourant ΕΕΤ 3 et celui à l'intérieur sont à une température supérieure à la température de changement de phase du PCM 3).
En comparaison, dans un EET ne comprenant qu'une enveloppe tubulaire externe formant un espace de réception rempli d'un PCM, une seule interface solide-liquide est présente à l'intérieur du PCM de sorte qu'un temps plus long est nécessaire pour que tout le PCM passe de liquide à solide ou vice versa.
Par ailleurs, il est possible pour le PCM 35 d'emmagasiner et de restituer de l'énergie thermique en même temps, notamment lorsque que le fluide entourant ΕΕΤ 3 et celui à l'intérieur de ΕΕΤ 3 sont à des températures différentes. Par exemple, si un premier fluide circulant à l'intérieur de ΕΕΤ 3 est à une température plus élevée qu'un deuxième fluide circulant à l'extérieur de ΕΕΤ 3, le PCM 35 emmagasine de l'énergie thermique provenant du premier fluide et restitue cette énergie au deuxième fluide. L'emmagasinage et la restitution de l'énergie thermique peut bien entendu se faire dans l'autre sens lorsque le deuxième fluide est à une température plus élevée que le premier fluide.
En outre, l'utilisation d'EET 3 présentant un espace de circulation de fluide 33 présente comme avantage additionnel la limitation de la perte de charge du dispositif thermique 1 bénéfique pour le fonctionnement d'une boucle de refroidissement notamment. Ainsi, certains éléments du dispositif thermique 1 peuvent être dimensionnés à la baisse, telle qu'une pompe par exemple. Par conséquent, la consommation électrique peut être diminuée par exemple.
Chacune des enveloppes tubulaires externe et interne 31, 32 peut être en polymère, de préférence en polycarbonate, polyester ou polyamide. L'épaisseur des enveloppes est dans ce cas de préférence comprise entre 100 et 300 μιη. Alternativement, Chacune des enveloppes tubulaires externe et interne 31, 32 peut être en métal, notamment en aluminium. L'utilisation du métal par rapport au polymère a pour avantage d'obtenir des enveloppes de plus faible épaisseur tout en garantissant une tenue mécanique suffisante, notamment comprise entre 50 et 100 μιη. Cette plus faible épaisseur permet un transfert de chaleur du fluide entourant ΕΕΤ 3 ou dans ΕΕΤ 3 et le PCM 35 plus efficace. Par ailleurs, le métal est meilleur conducteur de chaleur que les matériaux polymères, améliorant davantage le transfert de chaleur.
De préférence, les enveloppes tubulaires externe et interne 31, 32 de ΓΕΕΤ sont coaxiales. Afin de garantir cette coaxialité, ΕΕΤ 3 peut comprendre en outre des entretoises 37 dans l'espace de réception 34 et disposées aux extrémités des enveloppes tubulaires externe et interne et/ou réparties le long des enveloppes tubulaires externe et interne 31, 32.
L'enveloppe tubulaire externe 31 peut présenter un diamètre extérieur compris entre 1 et 20 mm, de préférence entre 3 et 10 mm, bien que de manière générale cette limitation dépend de l'application. Notamment dans une application échangeur de chaleur, ce diamètre extérieur est limité par les conduits du faisceau d'échange (voir plus loin), et dans le cas d'une batterie thermique, la seule limite est l'encombrement batterie acceptable.
L'enveloppe tubulaire externe 31 et l'enveloppe tubulaire interne 32 peuvent être séparées d'une distance (espace entre ces deux enveloppes) comprise entre 50 μιη et 20 mm, de préférence entre 1 et 10 mm, encore de préférence entre 1 et 3 mm. Par exemple, l'enveloppe tubulaire externe 31 présente un diamètre extérieur de 4 mm et l'espace entre l'enveloppe tubulaire externe et l'enveloppe tubulaire interne est de 2 mm.
La longueur de ΕΕΤ peut être aisément adaptée à l'application du dispositif thermique. Dans le cas d'un échangeur de chaleur, ΕΕΤ peut avoir une longueur sensiblement égale à la longueur des conduits du faisceau d'échange de échangeur de chaleur, par exemple entre 400 et 600 mm. Dans le cas d'une batterie thermique, la seule limite est l'encombrement acceptable de la batterie, par exemple entre 100 et 300 mm.
Le PCM 35 peut être choisi parmi le groupe constitué d'un acide gras d'origine végétale, un alcool gras d'origine végétale, une paraffine, un sel hydraté et leurs mélanges.
Le PCM 35 peut présenter une température de changement de phase comprise entre 45 et 110°C. Préférablement, la température de changement de phase est comprise entre 45 et 55°C, par exemple lorsque le dispositif thermique est un radiateur à basse température. Alternativement, la température de changement de phase est comprise entre 80 et 110°C, par exemple lorsque le dispositif thermique est un radiateur à haute température.
Le PCM 35 peut présenter une chaleur latente de changement de phase supérieure à 200 kJ/kg de préférence, supérieure à 280 kJ/kg. Une chaleur latente de changement de phase garantit une grande capacité d'emmagasinage d'énergie.
Les extrémités des enveloppes tubulaires interne et externe 31, 32 peuvent être scellées par le même matériau que celui formant les enveloppes tubulaires externe et interne 31, 32, ou bien par un rivet ou encore par sertissage , laissant une ouverture vers l'espace de circulation de fluide 33 de même diamètre que celui-ci. En particulier, des bouchons formant également entretoises peuvent être utilisés aux extrémités des enveloppes tubulaires externe et interne 31, 32, et présentant un orifice central débouchant dans l'espace de circulation de fluide 33.
De manière générale, ΕΕΤ 3 peut être fabriqué de manières suivantes : - les enveloppes tabulaires externe et interne 31, 32 sont fabriquées séparément puis assemblées l'une dans l'autre avec des entretoises 37 pour les maintenir à distance, préférablement coaxiale ;
- un tube à double paroi est fabriqué, comprenant les enveloppes tabulaires externe et interne 31, 32 et des entretoises 37 venues de matière avec les enveloppes tabulaires externe et interne 31, 32 ; ou
- l'enveloppe tubulaire interne 32 est tout d'abord fabriquée, puis utilisée pour fabriquer l'enveloppe tubulaire externe 31, par exemple par extrusion, dans ce cas, il est possible de coextruder en même temps l'enveloppe tubulaire externe 31 et le PCM 35 sous forme solide en se servant de l'enveloppe tubulaire interne 32 comme support pour tirer l'extrusion.
Le dispositif thermique 1 peut être un échangeur de chaleur ou une batterie thermique. Dans le cas d'un échangeur de chaleur, le conduit de circulation de fluide 2 peut être un tube d' échangeur de chaleur ou un assemblage de plaques pour échangeur de chaleur. Dans le cas d'une batterie thermique, le conduit de circulation de fluide 2 peut être l'enceinte (boîtier ou carter) de la batterie thermique.
Plus particulièrement, le dispositif thermique 1 peut être un échangeur de chaleur comprenant en outre un faisceau d'échange composé d'une superposition de conduits de circulation tels que définis ci-dessus, et dans lequel un ou plusieurs EET 3 sont disposés à l'intérieur des conduits de circulation du fluide 2 du faisceau d'échange de manière à ce que la direction longitudinale des EET 3 et celle des conduits de circulation de fluide 2 sont colinéaires et de manière à permettre le passage d'un premier fluide caloporteur autour des EET 3 et celui d'un deuxième fluide caloporteur dans l'espace de circulation de fluide 33. En outre, le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur peuvent être des fluides identiques ou différents. En outre ou alternativement, l'échangeur de chaleur est celui d'un radiateur à basse température. En variante, l'échangeur de chaleur peut être celui d'un radiateur à haute température.
Le dispositif thermique 1 peut comprendre en outre un carter de faisceau pour loger le faisceau d'échange et un collecteur pour coupler le carter de faisceau avec un autre élément du dispositif thermique, le collecteur présentant une grille de maintien des EET 3. Alternativement, le dispositif thermique 1 peut être une batterie thermique comprenant une enceinte avec une entrée et une sortie de fluide caloporteur, et un faisceau d'échange logé dans l'enceinte et comportant des nappes formées par les EET 3, les EET 3 formant une nappe étant parallèles entre eux et séparés sans contact les uns avec les autres.

Claims

Revendications
1. Dispositif thermique (1) pour véhicule automobile comprenant un conduit de circulation de fluide (2) et un élément d'échange thermique (3) au sein du conduit de circulation de fluide (2),
l'élément d'échange thermique (3) comprenant :
- une enveloppe tubulaire externe (31) ;
- une enveloppe tubulaire interne (32) ;
l'enveloppe tubulaire interne (32) délimitant à l'intérieur un espace de circulation de fluide (33), l'enveloppe tubulaire externe (31) et l'enveloppe tubulaire interne (32) délimitant entre elles un espace de réception (34),
l'élément d'échange thermique (3) comprenant en outre un matériau à changement de phase (35) remplissant l'espace de réception (34).
2. Dispositif thermique (1) selon la revendication 1, dans lequel l'enveloppe tubulaire externe (31) et l'enveloppe tubulaire interne (32) sont en polymère, de préférence en polycarbonate, polyester ou polyamide.
3. Dispositif thermique (1) selon la revendication 1, dans lequel l'enveloppe tubulaire externe (31) et l'enveloppe tubulaire interne (32) sont en métal, notamment en aluminium.
4. Dispositif thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'enveloppe tubulaire externe (31) présente un diamètre extérieur compris entre 1 et 20 mm.
5. Dispositif thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'enveloppe tubulaire externe (31) et l'enveloppe tubulaire interne (32) sont séparées d'une distance comprise entre 50 μιη et 20 mm.
6. Dispositif thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le matériau à changement de phase (35) est choisi parmi le groupe constitué d'un acide gras d'origine végétale, un alcool gras d'origine végétale, une paraffine, un sel hydraté et leurs mélanges.
7. Dispositif thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le matériau à changement de phase (35) présente une température de changement de phase comprise entre 45 et 110°C.
8. Dispositif thermique (1) selon la revendication 7, dans lequel la température de changement de phase (35) est comprise entre 45 et 55°C.
9. Dispositif thermique (1) selon la revendication 7, dans lequel la température de changement de phase (35) est comprise entre 80 et 110°C.
10. Dispositif thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel les extrémités des enveloppes tubulaires externe et interne (31, 32) sont scellées par le même matériau que celui formant les enveloppes tubulaires externe et interne (31, 32), par un rivet ou par sertissage, laissant une ouverture vers l'espace de passage de même diamètre que celui-ci.
11. Dispositif thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel le dispositif thermique (1) est un échangeur de chaleur ou une batterie thermique.
12. Dispositif thermique (1) selon la revendication 11, dans lequel le dispositif thermique (1) est un échangeur de chaleur comprenant en outre un faisceau d'échange composé d'une superposition de conduits de circulation de fluide (2) tels que définis dans la revendication 1, et dans lequel un ou plusieurs éléments d'échange thermique (3) sont disposés à l'intérieur des conduits de circulation de fluide (2) du faisceau d'échange de manière à ce que la direction longitudinale des éléments d'échange thermique (3) et celle des conduits de circulation de fluide (2) sont colinéaires et de manière à permettre le passage d'un premier fluide caloporteur autour des éléments d'échange thermique (3) et celui d'un deuxième fluide caloporteur dans l'espace de circulation de fluide (33).
13. Dispositif thermique (1) selon la revendication 12, dans lequel le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur sont des fluides identiques ou différents.
14. Dispositif thermique (1) selon la revendication 12 ou la revendication 13 en combinaison avec la revendication 8, dans lequel l'échangeur de chaleur est celui d'un radiateur à basse température.
15. Dispositif thermique (1) selon la revendication 12 ou la revendication 13 en combinaison avec la revendication 9, dans lequel l'échangeur de chaleur est celui d'un radiateur à haute température.
16. Dispositif thermique (1) selon l'une des revendications 12 à 15, comprenant en outre un carter de faisceau pour loger le faisceau d'échange et un collecteur pour coupler le carter de faisceau avec un autre élément de l'échangeur de chaleur, le collecteur présentant une grille de maintien des éléments d'échange thermique.
17. Dispositif thermique (1) selon la revendication 11, dans lequel le dispositif thermique est une batterie thermique comprenant une enceinte avec une entrée et une sortie de fluide caloporteur, et un faisceau d'échange logé dans l'enceinte et comportant des nappes formées par les éléments d'échange thermique, les éléments d'échange thermique formant une nappe et étant parallèles entre eux et séparés sans contact les uns avec les autres.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004035818A1 (de) * 2004-07-23 2006-03-16 Valeo Klimasysteme Gmbh Wärmetauscher mit Latentspeicher
DE102006011327A1 (de) * 2006-03-09 2007-09-13 Behr Gmbh & Co. Kg Wärmeübertrager mit Kältespeicher
WO2014181687A1 (fr) * 2013-05-09 2014-11-13 カルソニックカンセイ株式会社 Échangeur de chaleur à stockage de froid
FR3006044A1 (fr) 2013-05-22 2014-11-28 Valeo Systemes Thermiques Dissipateur de chaleur et circuit de gestion thermique associe.

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004035818A1 (de) * 2004-07-23 2006-03-16 Valeo Klimasysteme Gmbh Wärmetauscher mit Latentspeicher
DE102006011327A1 (de) * 2006-03-09 2007-09-13 Behr Gmbh & Co. Kg Wärmeübertrager mit Kältespeicher
WO2014181687A1 (fr) * 2013-05-09 2014-11-13 カルソニックカンセイ株式会社 Échangeur de chaleur à stockage de froid
FR3006044A1 (fr) 2013-05-22 2014-11-28 Valeo Systemes Thermiques Dissipateur de chaleur et circuit de gestion thermique associe.

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