Brevet FR2974408A1 — publié le 20121026

EVAPORATEUR DE POMPE A CHALEUR La présente invention concerne de manière générale un échangeur de pompe à chaleur de véhicule automobile électrique. En fonctionnement, un tel échangeur, monté en face avant du véhicule, évapore un fluide réfrigérant en absorbant de la chaleur du milieu extérieur. En cas de faible température de l'air extérieur, la température de surface extérieure de l'échangeur se situe entre -5 et -20°C et si l'humidité ambiante est importante, il existe un risque de givrage préjudiciable à l'efficacité du système, ce qui entraîne une perte d'autonomie du véhicule électrique. Il est dit dans le document US20071 1 401 1 que la surface extérieure d'un évaporateur de climatisation automobile doit être hydrophile, pour bien évacuer l'eau. Au contraire, il est dit qu'une surface hydrophobe extérieure entraînerait une coalescence et une stagnation des gouttelettes entre les ailettes de l'évaporateur, de sorte que des bactéries créant des odeurs indésirables peuvent se développer dans le système de climatisation. Par contre, un tel évaporateur avec une surface hydrophile mouillante s'il est utilisé avec une pompe à chaleur et monté en face avant d'un véhicule sera rapidement givré en cas de faible température de l'air extérieur car il sera constamment recouvert d'une surface d'eau. Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de fournir un évaporateur de pompe à chaleur qui présente un risque de givrage réduit pour ne pas affecter la consommation énergétique d'un véhicule électrique, en évacuant correctement l'eau qui pourrait se trouver sur la surface d'échange. Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un évaporateur de pompe à chaleur pour véhicule, comportant au moins une surface d'échange avec un milieu extérieur, caractérisé en ce que la surface d'échange est superhydrophobe. L'invention, en opposition avec les recommandations de l'art antérieur, diminue le risque de givrage en utilisant une surface superhydrophobe qui prévient la formation d'une couche de liquide sur la surface extérieure, qui pourrait geler. La demanderesse s'est en effet aperçue que si la surface est superhydrophobe, cela permet de retarder l'apparition de givre en évitant que l'eau ne mouille la surface extérieure de l'évaporateur et ne la recouvre en permanence d'une pellicule d'eau. De manière avantageuse, la propriété superhydrophobe de la surface d'échange est apportée par un traitement de surface. Cette mise en oeuvre permet de combiner les propriétés du matériau de base utilisé pour réaliser l'évaporateur avec les propriétés superhydrophobes apportées par un traitement de surface aisé à appliquer. Une réalisation particulièrement intéressante consiste en ce que le traitement de surface superhydrophobe augmente la surface spécifique de la surface d'échange de chaleur. En effet, l'invention propose d'appliquer un traitement superhydrophobe à la surface d'échange de chaleur, et ce traitement de surface, pour conférer les propriétés superhydrophobes, va augmenter la surface spécifique de la surface d'échange. Ainsi, l'invention provoque une synergie entre la diminution du risque de givrage et une augmentation de l'efficacité thermique d'échange, car la surface de contact avec l'air extérieur est plus importante. Avantageusement, le traitement de surface est un matériau composite comportant un polymère et des fines particules. Le traitement de surface selon l'invention utilise un polymère formant une matrice pour des nanoparticules qui vont créer un état de surface propre à apporter la propriété superhydrophobe à la surface extérieure, avec un état de surface microscopique de type "forêt de poils". Avantageusement, la surface d'échange est agencée pour qu'un flux d'air traversant l'échangeur soit apte à entraîner des gouttes d'eau formées sur la surface d'échange. Cette mise en oeuvre, combinée avec la propriété superhydrophobe de la surface extérieure, améliore encore la protection contre la formation du givre en facilitant l'évacuation des gouttes formées à la surface de l'évaporateur. Avantageusement, la surface d'échange comporte des parties de surface agencées parallèlement à un flux d'air provoqué par un roulage du véhicule et/ou par un groupe moto ventilateur du véhicule. Cette structure particulière est bien adaptée à l'évacuation des gouttes hors de l'échangeur par un flux d'air. Avantageusement, l'évaporateur est agencé en face avant du véhicule. L'échange thermique est alors amélioré avec cette mise oeuvre. Un second aspect de l'invention est un véhicule automobile comportant au moins un échangeur de pompe à chaleur selon le premier aspect de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une partie de la face avant d'un évaporateur selon l'invention ; - la figure 2 représente une coupe de l'évaporateur de la figure 1. La figure 1 représente une partie de la face d'un évaporateur de pompe à chaleur selon l'invention. L'évaporateur comporte un réseau de tubes 20 contenant le fluide caloporteur qui s'évapore à l'intérieur de ces tubes 20 en prélevant de la chaleur au milieu extérieur. Pour améliorer l'efficacité de l'échange thermique, les tubes 20 sont reliés entre eux par des ailettes 10 qui sont fabriquées à partir de tôles fines, soudées entre les tubes 20. Ces ailettes augmentent la surface apte à échanger de la chaleur avec l'air ambiant et le rendement de l'évaporateur est amélioré. La figure 2 représente une coupe selon l'axe 2-2 de la figure 1, lorsque l'air ambiant est fortement chargé en humidité. Comme le fluide caloporteur s'évapore dans les tubes 20, la température de surface de l'évaporateur est inférieure à celle de l'air ambiant et l'humidité contenue dans l'air condense sur la surface extérieure de l'évaporateur. Selon l'invention, la surface extérieure formée par les ailettes 10 et les tubes 20 est superhydrophobe, de sorte que l'eau ne mouille pas sur ces surfaces, mais forme des gouttelettes 110, qui sont entraînées par le flux d'air 100 qui passe au travers de l'évaporateur. Ainsi, grâce l'invention, la surface d'échange ne pouvant pas être recouverte d'un film d'eau se transformant en glace, la formation de givre est retardée et l'efficacité du système est optimale, même lors de l'utilisation de la pompe à chaleur sous faibles températures extérieures. L'évaporateur reçoit un traitement de surface spécifique pour que la surface extérieure soit superhydrophobe : un polymère comprenant des fines particules est déposé sur la surface extérieure, et les fines particules forment une forêt de poils à la surface de l'évaporateur, de sorte que l'angle de contact entre de l'eau et la surface extérieure soit toujours supérieur à 150°, et l'eau ne peut pas former de film sur cette surface, seulement des gouttelettes qui seront facilement entraînées par le flux d'air. Il est à noter qu'un tel traitement superhydrophobe de la surface va augmenter la surface spécifique de l'évaporateur et son efficacité thermique en sera donc améliorée. On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. En particulier, il est fait référence à une surface super hydrophobe, mais on pourrait envisager d'utiliser une surface hydrophobe. REVENDICATIONS1. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule, comportant au moins une surface d'échange (10) de chaleur avec un milieu extérieur, caractérisé en ce que la surface d'échange (10) est superhydrophobe. 2. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que la propriété superhydrophobe de la surface d'échange (10) est apportée par un traitement de surface. 3. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que le traitement de surface est un 10 matériau composite comportant un polymère et des fines particules. 4. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le traitement de surface superhydrophobe augmente la surface spécifique de la surface d'échange (10) de chaleur. 15 5. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface d'échange (10) est agencée pour qu'un flux d'air traversant l'échangeur soit apte à entraîner des gouttes d'eau (110) formées sur la surface d'échange (10). 6. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon l'une des 20 revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface d'échange (10) comporte des parties de surface agencées parallèlement à un flux d'air provoqué par un roulage du véhicule et/ou par un groupe moto ventilateur du véhicule. 7. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon l'une des 25 revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est agencé en face avant du véhicule. 8. Véhicule automobile comportant au moins un échangeur de pompe à chaleur selon l'une des revendications 1 à 7.