Brevet FR3086044A1 — publié le 20200320

Échangeur de chaleur à réservoir de matériau à changement de phase La présente invention concerne les échangeurs de chaleur et plus précisément les échangeurs de chaleur comportant un matériau à changement de phase, notamment dans 5 le domaine de la gestion thermique au sein (l'un véhicule automobile. La présente invention concerne é2alement un procédé de fabrication d'un tel échangeur de chaleur à matériau à changement de phase. Dans les véhicules automobiles, il est connu de mettre en oeuvre un dispositif de 10 climatisation permettant de réguler la température de l'habitacle du véhicule. Plus précisément, ces dispositifs de climatisation mettent en oeuvre un échangeur de chaleur, par exemple un évaporateur, tel que celui représenté à la figure 1. Un tel échangeur de chaleur 1 comprend un faisceau de tubes 10 formé d'un empilement de tubes 10. Des intercalaires 11 sont généralement placés entre deux tubes 10 15 consécutifs. Ce faisceau de tubes 10 permet un échange de chaleur entre un premier fluide caloporteur circulant dans les tubes 10 et un deuxième fluide caloporteur, généralement un flux d'air, passant entre les tubes (et plus précisément à travers les intercalaires). Pour les véhicules munis d'un système d'arrêt automatique du moteur lors des arrêts courts du véhicule notamment, une fonction a été développée et permet, lorsque le moteur 20 du véhicule est à l'anêt et n'entraîne plus le compresseur de mise en circulation du fluide caloporteur, de maintenir le refroidissement de l'habitacle du véhicule. améliorant ainsi le confort des passagers du véhicule automobile. Pour ce faire, l'échangeur de chaleur 1 met en oeuvre un ou plusieurs réservoirs de matériau à changement de phase 12 aptes à stocker du froid lorsque le moteur du véhicule 25 automobile est en marche pour ensuite le restituer au flux d'air traversant l'échangeur de chaleur 1 de sorte à le refroidir, pour une durée limitée, lorsque le moteur du véhicule est à l'arrêt. Un échangeur de chaleur 1 de ce type, illustré partiellement sur la figure 2, comprend au moins une plaque réservoir 120 qui, après brasage avec une face externe d'un 30 tube 10 du faisceau d'échange thermique, forme un réservoir 12 rempli de matériau à 2 changement de phase. On note que, de façon classique, le tube 10 est obtenu par brasage de deux plaques de tube 10A entre lesquelles est disposé un intercalaire interne 103 (figure 2). Le réservoir 12 de matériau à changement de phase est ainsi en contact thermique 5 avec une face externe du tube 10, le réservoir étant délimité par la plaque réservoir 120 et. une surface opposée correspondant à une face externe du tube 10. Chaque réservoir 12 de matériau à changement de phase comprend son propre tube de remplissage permettant d'injecter un matériau à changement de phase à l'intérieur du réservoir 12. 10 En règle générale, il est adjoint au réservoir 12 un organe de remplissage afin de permettre son remplissage en matériau à changement de phase. Cet organe de remplissage est. généralement. un élément. composé de deux pièces mises en relation afin de former un conduit et mis en relation avec un orifice de remplissage sur la plaque réservoir 120. Ce genre d'organe de remplissage n'est pas satisfaisant. car il peut présenter des points faibles 15 au niveau de la jonction entre les deux pièces le composant et ainsi présenter des risques de fuites. De plus ces organes de remplissage ont un coût élevé ce qui augmente d'autant le coût de l'échangeur de chaleur. Un des buts de la présente invention est de remédier au moins partiellement aux 20 inconvénients de l'art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur à matériau à changement de phase avec un organe de remplissage amélioré. La présente invention concerne donc un échangeur de chaleur comportant un faisceau de tubes à l'intérieur desquels est destiné à circuler un premier fluide 25 caloporteur et entre lesquels est destiné à circuler un deuxième fluide caloporteur, ledit faisceau de tubes comportant au moins un réservoir de matériau à changement de phase, ledit réservoir étant délimité par au moins une plaque réservoir comportant un organe de remplissage, la plaque réservoir comportant un orifice de remplissage et l'organe de 30 remplissage étant d'un seul tenant comportant un premier conduit orienté selon un axe 3 parallèle au plan de ladite plaque réservoir et un deuxième conduit reliant ledit premier conduit à l'orifice de remplissage. Cette configuration (le l'organe de remplissage permet un montage plus aisé de ce dernier sur la plaque réservoir et pet-met également une meilleure étanchéité. Selon un aspect de l'invention, l'orifice de remplissage comporte sur sa périphérie au moins une ailette de maintien faisant saillie de la plaque réservoir, l'organe de remplissage et ladite ailette de maintien étant fixés l'un avec l'autre. Selon un autre aspect de l'invention, l'au moins une ailette de maintien et l'orifice de remplissage sont formés par emboutissage de la plaque réservoir. Selon un autre aspect de l'invention, l'orifice de remplissage à une forme rectangulaire et comporte deux ailettes de maintien disposées sur des côtés se faisant 15 face, l'organe de remplissage étant. disposé entre lesdites ailettes de maintien. Selon un autre aspect de l'invention, la face de l'organe de remplissage en contact avec la plaque réservoir est plane. 20 Selon un autre aspect de l'invention, l'organe de remplissage comporte deux flancs convergents et formant un angle aigu avec la face plane, les ailettes de maintien étant fixées chacune sur un flanc distincts. Selon un autre aspect de l'invention, le premier conduit est obstrué par 25 écrasement de l'extrémité saillante de l'organe de remplissage. Selon un autre aspect de l'invention, l'organe de remplissage est fixé sur la plaque réservoir par brasage. 4 Selon un autre aspect de l'invention, la hauteur de l'organe de remplissage est inférieure à la distance entre l'orifice de remplissage et le tube adjacent au réservoir. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement 5 à la lecture de la description suivante, donnée à titre (l'exemple illustrant et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 montre une représentation schématique en perspective d'un faisceau de tubes d'un échangeur à réservoir de matériau à changement de phase selon l'art antérieur, 10 - la figure 2 montre une représentation schématique en coupe d'un réservoir à matériau à changement de phase de la figure 1, - la figure 3 montre une représentation schématique en perspective d'un échangeur de chaleur avant remplissage des réservoirs à matériaux à changement de phase, - la figure 4 montre une représentation schématique en coupe d'un réservoir à matériau à changement de phase de la figure 3, - la figure 5 montre une représentation schématique en perspective d'une plaque réservoir avant mise en place de l'organe de remplissage, - la figure 6 montre une représentation schématique en perspective de l'organe de remplissage, - la figure 7 montre une représentation schématique en perspective d'une plaque réservoir avec un organe de remplissage, - la figure 8 montre une représentation schématique en vue de côté d'un réservoir avec son organe de remplissage entre deux tubes, - la figure 9 montre une représentation schématique en perspective de la fermeture d'un organe de remplissage. Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. 5 Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents 5 modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre 10 et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s'agit d'un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n'implique pas une priorité d'un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. 15 Cette indexation n'implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère. L'exemple de réalisation décrit ci-après est celui d'un échangeur de chaleur 1 destiné à être placé dans un dispositif de chauffage ventilation et climatisation en tant 20 qu'évaporateur au sein d'un circuit de climatisation en tant qu'évaporateur. Cet évaporateur est notamment destiné à l'échange thermique entre un flux d'air et un fluide réfrigérant circulant dans le circuit de climatisation du véhicule automobile. IL va de soi que l'invention couvre également un condenseur, un radiateur ou tout autre échangeur thermique, quel que soit le fluide caloporteur qui le traverse. 25 L'échangeur de chaleur 1 conforme à l'invention comprend classiquement un faisceau de tubes 10 formés d'un empilement en parallèle de tubes 10 et d'intercalaires 11 externes selon une direction d'empilement longitudinale (visibles sur la figure 3). Au sein des tubes 10 est destiné à circuler un premier fluide caloporteur, notamment 30 le fluide réfrigérant du circuit de climatisation dans le cas d'un évaporateur. Cc premier 6 fluide caloporteur circule entre des extrémités 13 des tubes 10. Ces extrémités 13 peuvent former des collecteurs où boites à eau comme illustré sur la figure 3. Les intercalaires 11, qui sont à persiennes ou non, sont placés entre deux tubes 10 consécutifs et permettent d'augmenter la surface d'échange thermique entre un deuxième 5 fluide caloporteur, par exemple un flux d'air, passant entre les tubes 10 et le premier fluide fluide caloporteur circulant dans les tubes 10. De façon connue et comme illustré par la figure 4, le tube 10 sur lequel est assemblée une plaque de réservoir 120 comprend deux plaques 10A qui sont embouties et 10 brasées l'une à l'autre et entre lesquelles peut-être disposé un perturbateur interne 103 prenant la forme d'une tôle ondulée. Plus précisément, les plaques 10A sont embouties et assemblées entre elles de façon étanche de sorte à former, après assemblage, deux conduits 513, 514 adjacents, à l'intérieur desquels circule le premier fluide caloporteur. 15 Dans ce mode de réalisation, le réservoir 12 est formé d'une part par une plaque de réservoir 120 et d'autre part par une surface opposée, qui est ici constituée par une face externe du tube 10 (en l'occurrence de la face externe de la plaque 10A). Ainsi, le matériau à changement de phase stocké dans le réservoir 12 est en contact direct avec la face externe du tube 10, ce qui facilite et améliore les échanges thermiques 20 entre le premier fluide caloporteur circulant dans le tube 10 et le matériau à changement de phase stocké dans le réservoir 12. La plaque de réservoir 120 peut notamment présenter une pluralité de bossages qui sont distribués sur l'ensemble de sa surface (ces bossages sont également visibles sur les figures 4 à 9). Les bossages de la plaque de réservoir 120 accouplée à un premier tube 10 25 sont tangents ou affleurants à la face externe d'un deuxième tube 10 adjacent (visible sur la figure 4). Des passages sont ainsi délimités à l'extérieur du réservoir 12 de matériau à changement de phase pour que le deuxième fluide caloporteur puisse circuler entre la plaque de réservoir 120 et la face externe du deuxième tube 10 adjacent du faisceau de tubes 10. Ceci permet d'optimiser les échanges thermiques entre le premier fluide 30 caloporteur et le deuxième fluide caloporteur. 7 Comme le montre la figure 3, un ou plusieurs intercalaires 11 sont substitués par un réservoir 12 de matériau à changement de phase. Dans le cas d' un évaporateur, ce matériau à changement de phase est apte à stocker du froid lorsque le moteur du véhicule automobile 5 est en marche pour ensuite le restituer, pour une durée limitée, à l'air traversant. l'évaporateur lorsque le moteur du véhicule est l'arrêt. L'échangeur de chaleur 1, illustré sur la figure 3, comprend plus particulièrement dix réservoirs 12 de matériau à changement de phase. Chaque réservoir 12 comporte un 10 organe de remplissage 14 aplati prenant la forme d'un tube plat et faisant saille d'une face externe lA du faisceau de tube 10. Ces organes de remplissage 14 peuvent notamment être alignés les uns par rapport aux autres comme le montre la figure 3. En d'autres termes, le remplissage en matériau à changement de phase est réalisé à l'aide d'un organe de remplissage 14 propre à chaque réservoir 12 de matériau à 15 changement. de phase. Les plaques de tube 10A, les plaques de réservoir 120, les intercalaires extérieurs et les organes de remplissage 14 sont de préférence réalisés en métal, par exemple en alliage d'aluminium ou autre. Cela permet de les fixer les uns aux autres 20 lors d'une même étape de brasage. Comme le montre la figure 5, la plaque réservoir 120 comporte un orifice de remplissage 1201. Cet orifice de remplissage 1201 est de préférence réalisé proche d'une des extrémités 13, plus précisément au niveau de l'extrémité 13 destinée à être placée en 25 partie haute de l'échangeur de chaleur 1. L'organe de remplissage 14, illustré à la figure 6. est quant à lui d'un seul tenant, c'est-à-dire qu'il est fait d'une seule pièce et possède une forme générale tubulaire allongée. L'organe de remplissage 14 comporte un premier conduit 141 orienté selon un axe parallèle 30 au plan de ladite plaque réservoir 120. Ce premier conduit 141 débouche à l'une des s extrémités de l'organe de remplissage 14 de sorte à former une entrée. Ce premier conduit 141 est borgne, c'est-à-dire qu'il ne traverse pas complètement l'organe de remplissage 14. L'organe de remplissage 14 comporte également un deuxième conduit 142 reliant ledit premier conduit 141 à une sortie destinée à déboucher dans l'orifice de remplissage 1201. 5 Cette configuration de l'organe de remplissage 14 permet un montage plus aisé de ce dernier sur la plaque réservoir 120 et permet également une meilleure étanchéité. La face 143 de l'organe de remplissage 14 en contact avec la plaque réservoir 120 peut notamment être plane afin de faciliter le contact et la liaison étanche entre l'organe de remplissage 14 et la plaque réservoir 120. L'organe de remplissage 14 est à l'instar de la 10 plaque réservoir 120 réalisé en métal. Ainsi, la fixation entre l'organe de remplissage 14 et la plaque réservoir 120 peut être réalisée par brasage. La figure 7 montre l'organe de remplissage 14 positionné sur la plaque réservoir 120. Le deuxième conduit 142 de l'organe de remplissage 14 est disposé de sorte à relier l'orifice de remplissage 1201 au premier conduit 141. L'organe de remplissage 14 fait. 15 saillie de la plaque réservoir 1220 et le premier conduit 141 débouche à l'extérieur de ladite plaque réservoir 120. De préférence, l'organe de remplissage 14 peut s'étendre dans une direction relativement perpendiculaire à l'axe dans lequel s'étendent les tubes 10. L'orifice de remplissage 1201 peut comporter sur sa périphérie au moins une ailette 20 de maintien 1203 faisant saillie de la plaque réservoir 120. Cette ailette de maintien 1203 est notamment fixée à l'organe de remplissage 14. Cette au moins une ailette de maintien 1203 ainsi que l'orifice de remplissage 1201 peuvent notamment être formés par emboutissage de la plaque réservoir 120. Comme le montrent les figures 5 et 7, l'orifice de remplissage 1201 peut avoir 25 une forme rectangulaire L'orifice de remplissage 1201 peut alors comporter deux ailettes de maintien 1203 disposées sur des côtés se faisant face. L'organe de remplissage 14 est alors disposé entre lesdites ailettes de maintien 1203. L'organe de remplissage 14 peut notamment comporter deux flancs 144 30 convergents et formant un angle aigu avec la face plane 143. Les ailettes de maintien 9 1203 viennent s'appuyer et se fixer chacune sur un flanc 144 distincts. Cet angle aigu permet d'avoir une bonne complémentarité de forme et donc étanchéité notamment au niveau de l'interface entre les ailettes de maintien 1203, l'orifice de remplissage 1201 et l'organe de remplissage 14. Avec la face 143 plane et les flancs 144, l'organe de 5 remplissage 14 peut ainsi avoir une forme de section de forme générale triangulaire ou tronconique et dont le sommet peut être arrondi. Comme le montre la figure 8, la hauteur de l'organe de remplissage 14 est inférieure à la distance entre l'orifice de remplissage 1201 et le tube I O adjacent au réservoir 10 12. Cela permet que l'organe de remplissage 14 soit placé entre deux tubes 10 sans qu'il ne gène l'empilement ces derniers. Enfin_ comme illustré à la figure 9 le premier conduit 141 est obstrué après remplissage par écrasement. de l'extrémité saillante de l'organe de remplissage 14. Cela 15 permet une bonne étanchéité de l'organe de remplissage 14 une fois que le réservoir 12 est rempli de matériau à changement de phase. Ainsi, on voit bien que l'organe de remplissage 14, du fait qu'il soit en une seule pièce et avec deux conduits 141, 142, permet un montage plus aisé ainsi qu'une REVENDICATIONS1. Échangeur de chaleur (1) comportant un faisceau de tubes (10) à l'intérieur desquels est destiné à circuler un premier fluide caloporteur et entre lesquels est destiné à circuler un deuxième fluide caloporteur, ledit faisceau de tubes (10) comportant au moins un réservoir (12) de matériau à changement de phase, ledit. réservoir (12) étant délimité par au moins une plaque réservoir (120) comportant un organe de remplissage (14), caractérisé en ce que la plaque réservoir (120) comporte un orifice de remplissage (1201) et que l'organe de remplissage (14) est d'un seul tenant comportant un premier conduit (141) orienté selon un axe parallèle au plan de ladite plaque réservoir (120) et un deuxième conduit (142) reliant ledit premier conduit (141) à l'orifice de remplissage (1201). 2. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'orifice de remplissage (1201) comporte sur sa périphérie au moins une ailette de maintien (1203) faisant saillie de la plaque réservoir (120), l'organe de remplissage (14) et ladite ailette de maintien (1203) étant fixés l'un avec l'autre. 3. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'au moins une ailette de maintien (1203) et l'orifice de remplissage (1201) sont formés par emboutissage de la plaque réservoir (120). 4. Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'orifice de remplissage (1201) à une forme rectangulaire et qu'il comporte deux ailettes de maintien (1203) disposées sur des côtés se faisant face, l'organe de remplissage (14) étant disposé entre lesdites ailettes de maintien (1203). 11 5. Échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face (143) de l'organe de remplissage (14) en contact avec la plaque réservoir (120) est plane. 5 6. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe de remplissage (14) comporte deux flancs (144) convergents et formant un angle aigu avec la face plane (143), les ailettes dc maintien (1203) étant fixées chacune sur un flanc (144) distincts. 10 7. Échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier conduit (141) est obstrué par écrasement de l'extrémité saillante de l'organe de remplissage (14). 8. Échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, caractérisé en ce que l'organe de remplissage (14) est fixé sur la plaque réservoir (120) par brasage. 9. Échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur dc l'organe de remplissage (14) cst 20 inférieure à la distance entre l'office de remplissage (1201) et le tube (10) adjacent au réservoir (12).