Brevet FR2974407A1 — 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 connu dans l'art antérieur des évaporateurs, tel que par exemple celui décrit dans le document EP 1 108 575. L'évaporateur comprend essentiellement des tubes pour un fluide caloporteur qui échange de la chaleur avec le milieu extérieur. Afin d'augmenter l'efficacité de l'échange, des ailettes soudées entre les tubes forment des passages d'air et augmentent la surface d'échange. Ce système présente notamment l'inconvénient de ne pas garantir une bonne évacuation de gouttes d'eau qui se condensent sur les ailettes. On peut même observer un phénomène de coalescence entre les gouttelettes qui grossissent et peuvent toucher deux ailettes formant un passage d'air, ce dernier étant en conséquence obstrué par la goutte d'eau qui adhère sur les deux parois du passage d'air. Il en résulte une diminution de l'échange thermique, surtout si la goutte d'eau gèle ensuite, bloquant complètement le passage d'air. Le document US 2007/114011 propose quant à lui un traitement de surface hydrophile pour favoriser l'évacuation de l'eau sur un condenseur de climatisation. Ce traitement de surface est onéreux et son efficacité reste à démontrer dans le cas d'un évaporateur de pompe à chaleur situé en face avant de véhicule. Si ce dernier roule sous une forte pluie, les gouttes d'eau pourront toujours contacter deux ailettes d'un passage d'air et les forces de capillarité, justement maximisées avec le traitement hydrophile, seront suffisantes pour empêcher l'évacuation de l'eau. Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients des documents de l'art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un évaporateur de pompe à chaleur apte à retarder la formation de givre en garantissant une bonne évacuation de l'eau qui pourrait se trouver sur sa surface extérieure. A cet effet, un premier aspect de l'invention concerne un évaporateur de pompe à chaleur pour véhicule, comportant une surface d'échange de chaleur, caractérisé en ce que la surface d'échange présente une géométrie apte à prévenir une coalescence de gouttelettes d'eau formées sur la surface d'échange. Un tel évaporateur selon l'invention va donc, de par sa géométrie, pouvoir empêcher la coalescence des gouttes d'eau présentes sur sa surface d'échange. En conséquence, les gouttes d'eau seront plus facilement évacuées car elles ne se regrouperont pas et auront moins d'adhérence car le nombre de points de contact sera limité. En d'autres termes, les gouttes d'eau présente sur un évaporateur selon l'invention ne pourront pas atteindre la taille suffisante pour toucher simultanément plusieurs parois opposées, ce sui provoque des forces d'adhérence augmentées. La mise en oeuvre de l'invention est fiable, car c'est la géométrie de l'évaporateur qui définit par construction cette protection contre la coalescence. De manière avantageuse, la surface d'échange de chaleur forme au moins un passage d'air avec une entrée et une sortie, et définit une section de passage d'air, et la section dudit au moins un passage d'air augmente entre l'entrée et la sortie dudit au moins un passage d'air. L'invention propose d'éloigner les parois du passage d'air pour qu'une goutte d'eau qui roule sur cette paroi et grossit en récoltant de l'eau le long de son trajet ne puisse pas toucher d'autres gouttes d'eau situées sur une autre paroi du passage d'air. La coalescence est donc évitée. Avantageusement, l'augmentation de section dudit au moins un passage d'air est continue entre l'entrée et la sortie du passage d'air. La coalescence est évitée tout le long du passage d'air, l'invention est particulièrement efficace dans cette mise en oeuvre. Avantageusement, le passage d'air a une section de surface Si à l'entrée du passage d'air et une section de surface So à la sortie du passage d'air, et les surfaces Si et So vérifient le rapport So/Si>1.8. La demanderesse a observé que de cette manière, les gouttes d'eau ne peuvent pas se rencontrer le long du passage d'air. Avantageusement, une partie de la surface d'échange est formée par des ailettes, et l'augmentation de la section dudit au moins un passage d'air est définie par une variation de forme des ailettes. L'invention est mise en oeuvre sans ajout de composant sur l'évaporateur, c'est une modification astucieuse des ailettes et de leur géométrie qui permet d'obtenir la réduction de la coalescence des gouttes d'eau. Avantageusement, la forme des ailettes définit une section d'ailette, et la section des ailettes diminue entre l'entrée et la sortie du passage d'air. L'invention propose de modifier la section des ailettes pour obtenir par construction l'effet technique. La modification se fait au niveau du composant, il n'y a pas de modification à apporter au reste de l'évaporateur. Avantageusement, les ailettes sont agencées 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 réduction de la coalescence, améliore encore la protection contre la formation du givre en facilitant l'évacuation des gouttes formées à la surface de l'évaporateur. Avantageusement, les ailettes sont 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, les ailettes sont réalisées à partir d'au moins une tôle reliant des tubes conducteurs de fluide caloporteur et la section de ladite au moins une tôle est trapézoïdale. Cette mise en oeuvre permet de réduire les modifications nécessaires à l'obtention de l'effet technique à un seul composant. En alternative, les ailettes sont réalisées à partir d'au moins une tôle reliant des tubes conducteurs de fluide caloporteur et la tôle est extrudée avec une section trapézoïdale. Cette mise en oeuvre permet de réduire les modifications nécessaires à l'obtention de l'effet technique à un seul composant. Si la matière première des ailettes le permet, l'extrusion est extrêmement avantageuse pour réaliser de grandes longueurs de tôles. Avantageusement, l'évaporateur est agencé en face avant du véhicule. L'échange thermique est alors amélioré avec cette mise oeuvre. Avantageusement, la surface d'échange est superhydrophobe. Cette mise en oeuvre, combinée avec la réduction de la coalescence, améliore particulièrement la protection contre la formation du givre car l'eau condensée sera forcément sous formes de gouttelettes à cause de la propriété superhydrophobe de la surface d'échange, et ces gouttelettes ne pourront pas s'agglutiner entre elles grâce à la prévention de la coalescence selon l'invention. Un second aspect de l'invention est un véhicule automobile comportant au moins un évaporateur 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 ; - la figure 2 représente une vue en coupe de l'évaporateur de la 30 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 est un vue en coupe selon l'axe 2-2 de la figure 1. Les ailettes 10 sont formées à partir d'une tôle pliée en accordéon entre deux tubes 20 et soudée à ces derniers. La forme de la tôle est trapézoïdale, de sorte que la section Si du passage d'air au niveau de l'entrée du flux d'air dans l'évaporateur est inférieure à sa section So en sortie, comme représenté à la figure 3. De cette manière, les gouttelettes 110 qui se forment sur les ailettes ne pourront pas se rencontrer et on n'observe pas de phénomène de coalescence entre les gouttelettes 110 de deux ailettes adjacentes pouvant conduire à l'obstruction du passage d'air entre ces deux ailettes. Le flux d'air 100 traversant l'évaporateur par les passages d'air entre les ailettes peut en conséquence facilement entraîner vers l'extérieur les gouttelettes 110, ce qui permet de retarder l'apparition de givre par temps froid et d'améliorer en conséquence l'efficacité de la pompe à chaleur. 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 section trapézoïdale des ailettes obtenue par laminage ou extrusion, mais on peut également envisager d'obtenir cette géométrie par un pliage en coin de la tôle ensuite utilisée pour réaliser les ailettes. REVENDICATIONS1. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule, comportant une surface d'échange (10) de chaleur, caractérisé en ce que la surface d'échange présente une géométrie apte à prévenir une coalescence de gouttelettes d'eau (110) formées sur la surface d'échange. 2. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon la revendication 1, la surface d'échange (10) de chaleur formant au moins un passage d'air avec une entrée et une sortie, et définissant une section de passage d'air, caractérisé en ce que la section dudit au moins un passage d'air augmente entre l'entrée et la sortie dudit au moins un passage d'air. 3. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'augmentation de section dudit au moins un passage d'air est continue entre l'entrée et la sortie du passage d'air. 4. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon l'une des revendications 2 ou 3, le passage d'air ayant une section de surface Si à l'entrée du passage d'air et une section de surface So à la sortie du passage d'air, caractérisé en ce que les surfaces Si et So vérifient le rapport So/Si>1.8. 5. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon l'une des revendications 2 à 4, une partie de la surface d'échange (10) étant formée par des ailettes, caractérisé en ce que l'augmentation de la section dudit au moins un passage d'air est définie par une variation de forme des ailettes. 6. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon la revendication 5, la forme des ailettes définissant une section d'ailette, caractérisé en ce que la section des ailettes diminue entre l'entrée et la sortie du passage d'air. 7. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les ailettes sont agencées pour qu'un flux d'air traversant l'échangeur soit apte à entraîner des gouttes d'eau (110) formées sur la surface d'échange. 8. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que les ailettes sont agencées parallèlement à un flux d'air provoqué par un roulage du véhicule et/ou par un groupe moto ventilateur du véhicule. 9. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les ailettes sont réalisées à partir d'au moins une tôle reliant des tubes (20) conducteurs de fluide caloporteur et en ce que la section de ladite au moins une tôle est trapézoïdale. 10. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les ailettes sont réalisées à partir d'au moins une tôle reliant des tubes (20) conducteurs de fluide caloporteur et en ce que la tôle est extrudée avec une section trapézoïdale. 11. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est agencé en face avant du véhicule. 12. Evaporateur de pompe à chaleur pour véhicule selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la surface d'échange (10) est superhydrophobe. 13. Véhicule automobile comportant au moins un évaporateur de pompe à chaleur selon l'une des revendications 1 à 12.25