Brevet FR3086046A1 — 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. Dans les véhicules automobiles, il est connu de mettre en oeuvre un dispositif de climatisation permettant de réguler la température de l'habitacle du véhicule. Plus précisément, ces dispositifs de climatisation mettent en oeuvre un échangeur de 10 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 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 15 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 du véhicule est à l'arrêt 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 20 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 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 25 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 tube 10 du faisceau d'échange thermique, forme un réservoir 12 rempli de matériau à changement de phase. 30 On note que, de façon classique, le tube 10 est obtenu par brasage de deux plaques 2 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 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 un tube de remplissage permettant. d'injecter un matériau à changement de phase à l'intérieur du réservoir 12. 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 peut notamment être un conduit comportant un ou plusieurs orifices que l'on vient placer et fixer en regard d'ouvertures disposées sur la plaque réservoir 120. De tels organes de remplissage ne sont par forcement adaptés car ils représentent. une pièce distincte qui a un coût de production et dont le placement peut être défaillant entraînant des difficultés pour le remplissage du réservoir. De plus il est nécessaire de remplir individuellement chaque réservoir ce qui peut augmenter le temps de fabrication, les erreurs de manipulation et donc les coûts. Un des buts de la présente invention est de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur à matériau à 20 changement de phase avec un organe de remplissage amélioré. La présente invention concerne donc un échangeur de chaleur comportant un faisceau de tubes comportant un empilement de tubes parallèles les uns aux autres et à l'intérieur desquels est destiné à circuler un premier fluide caloporteur entre deux 25 extrémités collectrices 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 délimité par au moins une plaque réservoir accolée à la surface externe d'au moins un tube réservoir, 3 le faisceau de tubes comportant un conduit de remplissage traversant l'empilement de tubes selon une direction parallèle au plan défini par le faisceau de tubes et reliant. fluidiquement le ou les réservoirs avec un orifice de remplissage commun débouchant dans une première extrémité du conduit de remplissage. Selon un aspect de l'invention, le faisceau de tube comporte une première et une deuxième plaque d'extrémité disposées de part et d'autre de l'empilement de tubes, la première plaque d'extrémité comportant l'orifice de remplissage, la deuxième plaque d'extrémité obstruant une deuxième extrémité dudit conduit de remplissage. Selon un autre aspect de l'invention, l'orifice de remplissage de la première plaque d'extrémité est bouché par un dispositif d'obturation. Selon un autre aspect de l'invention, le conduit. de remplissage est disposé au 15 niveau d'une des extrémités collectrices. Selon un autre aspect de l'invention, l'extrémité collectrice comportant le conduit de remplissage est celle destinée à être sur la partie haute dudit échangeur de chaleur. Selon un autre aspect de l'invention, les tubes comprennent deux plaques embouties et assemblées entre elles de façon étanche de sorte à former, après assemblage. au moins un canal de circulation dans lequel est destiné à circuler le premier fluide caloporteur, le réservoir étant formé par l'accolement d'au moins une plaque réservoir sur une première plaque d'un tube réservoir, ladite première plaque comportant un premier orifice débouchant dans ledit réservoir, ledit tube réservoir comportant une deuxième plaque comprenant une excroissance creuse s'étendant vers l'extérieur dudit tube réservoir et comportant également un deuxième orifice débouchant, les autres tubes comprenant deux deuxièmes plaques assemblées l'une à l'autre, 5 10 4 la plaque réservoir comportant un troisième orifice débouchant et venant en regard du deuxième orifice de l'excroissance creuse d'une deuxième plaque du tube adjacent, les premiers, deuxièmes et troisième orifices ainsi que les différentes excroissances creuses étant alignés et en contact de sorte à former le conduit de remplissage. 5 Ce conduit de remplissage permet ainsi de remplir les réservoirs depuis un même orifice de remplissage. De plus du fait que le conduit de remplissage traverse l'empilement de tubes selon une direction relativement parallèle au plan défini par le faisceau de tubes l'échangeur de chaleur ne comporte par d'organe de remplissage faisant saillie sur une de ces faces externes. 10 Selon un autre aspect de l'invention, les excroissarices creuses sont réalisées par emboutissage. Selon un autre aspect. de l'invention, les excroissances creuses ont une forme 15 cylindrique. Selon un autre aspect de l'invention, la deuxième plaque d'extrémité est une deuxième plaque dont l'excroissance creuse est dépourvue de deuxième orifice. 20 Selon un autre aspect de l'invention, les éléments formant le conduit de remplissage sont fixés les un aux autres par brasage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront. plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non 25 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, - la figure 2 montre une représentation schématique en coupe d'un réservoir à matériau à changement de phase de la figure 1, 5 - la figure 3 montre une représentation schématique en perspective d'une extrémité d'un échangeur de chaleur selon l'invention, - la figure 4 montre une représentation schématique en coupe d'un réservoir matériau à changement de phase, 5 - la figure 5 montre une représentation schématique en perspective éclatée de l'échangeur de chaleur de la figure 3, - la figure 6 montre une représentation schématique en perspective et en coupe de l'échangeur de chaleur de la figure 3. 10 Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. 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 15 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 modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. 20 Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre 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 25 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. Cette indexation n'implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère. 6 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 qu'évaporateur au sein d' un circuit de climatisation. Cet. évaporateur est notamment destiné à l'échange thermique entre un flux d'air et un fluide réfrigénmt circulant dans le circuit de 5 climatisation du véhicule automobile. 11 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. L'échangeur de chaleur 1 conforme à l'invention comprend classiquement un 10 faisceau de tubes 10, 10' formés d'un empilement en parallèle de tubes 10, 10' et d'intercalaires 11 externes selon une direction d'empilement longitudinale (visibles sur la figure 3). Au sein des tubes 10, 10' est destiné à circuler un premier fluide caloporteur, notamment le fluide réfrigérant du circuit de climatisation dans le cas (l'un évaporateur. Ce 15 premier fluide caloporteur circule entre les 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, 10' consécutifs et permettent d'augmenter la surface d'échange thermique entre un deuxième fluide caloporteur, par exemple un flux d'air, passant entre les tubes 10, 10' et le premier 20 fluide caloporteur circulant dans les tubes 10, 10'. De façon connue et comme illustré par la figure 4, les tubes 10, 10' comprennent deux plaques 10A, 10A', qui sont embouties et brasées l'une à l'autre et entre lesquelles peut-être disposé un perturbateur interne 103 prenant la forme d' une tôle ondulée. 25 Plus précisément, les plaques 10A, 10A' sont embouties et assemblées entre elles de façon étanche de sorte à former, après assemblage, deux conduits 513, 514 adjacents, à l'intérieur desquel s circule le premier fluide caloporteur. Sur l'un de ces tubes dit tube réservoir 10, est assemblée une plaque de réservoir 120 afin de former un réservoir 12. La plaque de réservoir 120 est accolée à un autre tube 30 10. 10'. 7 Dans cc 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 réservoir 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 5 direct avec la face externe du tube réservoir 10, ce qui facilite et améliore les échanges thermiques entre le premier fluide caloporteur circulant dans le tube réservoir 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. Les bossages de la plaque de réservoir 120 10 accouplée au tube réservoir 10 sont tangents ou affleurants à la face externe d'un autre tube 10, 10' adjacent (non représenté). 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 de l'autre tube 10, 10' adjacent au tube réservoir 10. Ceci permet d'optimiser les échanges thermiques entre le 15 premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur. 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 est en marche pour ensuite 20 le restituer, pour une durée limitée, à l'air traversant l'évaporateur lorsque le moteur du véhicule est l'arrêt. Les plaques 10A, 10A' de tube 10, 10', les plaques de réservoir 120, et les intercalaires 11 sont de préférence réalisés en métal, par exemple en alliage 25 d'aluminium ou autre. Cela permet de les fixer les un au autres lors d' une même étape de brasage. Dans une autre variante non représentée, le réservoir 12 de matériau à changement de phase n'est pas formé d'une plaque de réservoir 120 et d'une surface 30 opposée constituée par une face externe d'un tube réservoir 10. s Dans cette variante, le réservoir 12 est formé d'une première plaque de réservoir 120 et d'une surface opposée, qui est ici constituée par une deuxième plaque de réservoir 120. Dans ce cas, la première plaque de réservoir 120 est en contact avec un tube 10 alors que la deuxième plaque de réservoir 120 est en contact avec un tube réservoir 10. 5 Les première et. deuxième plaques de réservoir 120 sont essentiellement identiques et. sont. préférentiellement symétriques par rapport à leur plan de joint. Comme le montrent plus en détails les figures 3, 5 et 6, le faisceau de tube 10, 10' comporte un conduit de remplissage 15. Ce conduit de remplissage 15 traverse 10 l'empilement de tubes 10, 10' selon une direction relativement parallèle à celui du faisceau de tubes 10, 10'. Ce conduit de remplissage relie fluidiquement le ou les réservoirs 12 avec un orifice de remplissage 1110 commun débouchant dans une première extrémité du conduit de remplissage 15. Ce conduit de remplissage 15 permet ainsi de remplir les réservoirs 12 depuis un 15 même orifice de remplissage. Dans l'exemple illustré aux figures 3, 5 et 6, l'échangeur de chaleur 1 ne comporte que trois tubes 10, 10' avec un seul réservoir 12, mais il peut bien entendu être possible d'imaginer un échangeur de chaleur 1 comportant plus de tubes 10, 10' et plusieurs réservoirs 12. De plus du fait que le conduit de remplissage 15 traverse l'empilement de tubes 10, 20 10' selon une direction relativement parallèle au plan défini par le faisceau de tubes 10, 10', l'échangeur de chaleur 1 ne comporte par d'organe de remplissage faisant saillie sur une de ces faces externes. Le faisceau de tube 10, 10' peut notamment comporter une première 111 et. une 25 deuxième plaque d'extrémité 112 disposées de part et d'autre de l'empilement de tubes 10,10'. La première plaque d'extrémité 111 peut plus particulièrement comporter l'orifice de remplissage 1110 (visible sur les figure 5 et 6). La deuxième plaque d'extrémité 112 peut quant à elle obstruer une deuxième extrémité dudit conduit de remplissage 15. 9 L'orifice de remplissage 1110 de la première plaque d'extrémité 111 est bouché par un dispositif d'obturation 40 (visible sur la figure 6) après remplissage du ou des réservoirs 12. Ce dispositif d'obturation peut par exemple être un rivet inséré et riveté dans l'orifice de remplissage 1110. 5 Toujours comme le montrent les figures 3, 5 et 6, le conduit de remplissage 15 peut notamment être disposé au niveau d'une des extrémités collectrices 13 de l'échangeur de chaleur 1. Plus précisément, l'extrémité collectrice 13 destinée à être sur la partie haute dudit échangeur de chaleur 1. Ainsi, lors du remplissage des réservoirs 12, le 10 matériau à changement de phase peut s'écouler par gravité dans les réservoirs 12 facilitant leur remplissage. Le conduit de remplissage 15 peut être formé par les plaques 10A, 10A' elles-mêmes. Pour cela, le ou les tubes réservoir 10 peuvent être formés par une première plaque 15 10A et une deuxième plaque 1OA'. La première plaque 10A du ou des tubes réservoirs 10 peut notamment comporter un premier orifice 1010 débouchant dans le réservoir 12. La deuxième plaque 1OA' peut comprendre quant à elle une excroissance creuse 1020 s'étendant vers l'extérieur dudit tube réservoir 10 et comportant également un deuxième orifice 1022 débouchant. 20 Cette excroissance creuse 1020 peut notamment avoir une forme cylindrique. Il est cependant tout à fait possible d'imaginer d'autres formes pour cette excroissance creuse 1020. La hauteur de cette excroissance creuse 1020 est de l'ordre de la moitié de la distance entre deux plaques 10A, 10A' de sorte que les excroissances creuses 1020 de deux 25 deuxièmes plaques adjacentes soient en contact l'une de l'autre à leurs sommet. Le deuxième orifice 1022 est réalisé sur ledit sommet de sorte qu'ils soient en regard l'un de l'autre. Cette excroissance creuse 1020 peut notamment être réalisée par emboutissage, plus particulièrement lors de l'étape de fabrication de la deuxième plaque 10A'. 30 10 Les autres tubes 10' peuvent quant à eux comprendre deux deuxièmes plaques 10A assemblées l'une à l'autre comprenant toutes deux une excroissance creuse 1020 s'étendant vers l'extérieur dudit tube 10' et comportant également un deuxième orifice 1022 débouchant. 5 La plaque réservoir 120 peut comporter quant à elle un troisième orifice 1203 débouchant et venant en regard du deuxième orifice 1022 de l'excroissance creuse 1020 d'une deuxième plaque 10A' du tube 10, 10' adjacent. Au niveau de ce troisième orifice 1203, la plaque réservoir 120 est en contact avec le sommet de l'excroissance creuse 1020 de la deuxième plaque 10A' adjacente. 10 Les premiers 1010. deuxièmes 1022 et troisième 1203 orifices ainsi que les différentes excroissances creuses 1020 sont alignés et en contact de sorte à former le conduit de remplissage 15. Cette structure des première 10A et deuxième 10A' plaques ainsi que de la plaque réservoir 120 et permet de former le conduit de remplissage 15 lors de la fabrication du 15 faisceau de tubes 10, 10' par simple assemblage et brasage. Cela ne nécessite pas d'étapes supplémentaires ni l'utilisation d' une pièce dédiée ce qui permet de limiter les coûts. Selon l'exemple illustré aux figures 3, 5 et 6, la deuxième plaque d'extrémité 112 obstruant la deuxième extrémité du conduit de remplissage 15 est une deuxième plaque 20 10A' placée à l'extrémité de l'empilement de tubes 10, 10' et dont l'excroissance creuse 1020 est dépourvue de deuxième orifice 1022. Il est cependant tout à fait possible d'imaginer un mode de réalisation alternatif dans lequel la deuxième extrémité du conduit de remplissage 15 est obstruée par d'autres moyens par exemple un dispositif d'obturation ou une plaque venant. en regard du deuxième orifice 1020. 25 Ainsi, on voit bien que l'échangeur de chaleur 1 du fait de son conduit de remplissage 15 permet un remplissage de l'ensemble des réservoirs 12 depuis un point unique. De plus, cc conduit de remplissage 15 permet de ne pas utiliser un élément rapporté dépassant de l'échangeur de chaleur 1 pour chaque réservoir 12. Le conduit de remplissage 30 15 peut également être formé par des éléments venant de matière avec les plaques 10A, 11 10A formant les tubes 10. 10' REVENDICATIONS1. Échangeur de chaleur (1) comportant. un faisceau de tubes (10, 10') comportant. un empilement de tubes (10,10') parallèles les uns aux autres et à l'intérieur desquels est destiné à circuler un premier fluide caloporteur entre deux extrémités collectrices (13) et. entre lesquels est destiné à circuler un deuxième fluide caloporteur, ledit faisceau de tubes (10, 10') comportant au moins un réservoir (12) de matériau à changement de phase délimité par au moins une plaque réservoir (120) accolée à la surface externe d'au moins un tube réservoir (10), caractérisé en ce que le faisceau de tubes (10, 10') comporte un conduit de remplissage (15) traversant l'empilement de tubes (10, 10') selon une direction parallèle au plan défini par le faisceau de tubes (10, 10') et reliant fluidiquement le ou les réservoirs (12) avec un orifice de remplissage (1110) commun débouchant dans une première extrémité du conduit de remplissage (15). 2. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le faisceau de tube (10, 10') comporte une première (111) et une deuxième plaque d'extrémité (112) disposées de part et d'autre de l'empilement de tubes (10,10'), la première plaque d'extrémité (111) comportant l'orifice de remplissage (1110). la deuxième plaque d'extrémité (112) obstruant une deuxième extrémité dudit conduit de remplissage (15). 3. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'orifice de remplissage (1110) de la première plaque d'extrémité (111) est bouché par un dispositif d'obturation (40). 4. Échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit de remplissage (15) est disposé au niveau d'une des extrémités collectrices (13). 13 5. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'extrémité collectrice (13) comportant le conduit. de remplissage (15) est celle destinée à être sur la partie haute dudit échangeur de chaleur (1). 5 6. Échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes (10, 10') comprennent deux plaques (10A, 10N,) embouties et assemblées entre elles de façon étanche de sorte à former, après assemblage, au moins un canal de circulation (513, 514) dans lequel est 10 destiné à circuler le premier fluide caloporteur. le réservoir (12) étant formé par l'accolement d'au moins une plaque réservoir (120) sur une première plaque (10A) d'un tube réservoir (10), ladite première plaque (10A) comportant un premier orifice (1010) débouchant dans ledit réservoir (12), ledit tube réservoir (10) comportant une deuxième plaque (10A') comprenant. 15 une excroissance creuse (1020) s'étendant vers l'extérieur dudit tube réservoir (10) et comportant également un deuxième orifice (1022) débouchant, les autres tubes (10') comprenant deux deuxièmes plaques (ION) assemblées l'une à l'autre, la plaque réservoir (120) comportant un troisième orifice (1203) débouchant et 20 venant en regard du deuxième orifice (1022) de l'excroissance creuse (1020) d'une deuxième plaque (10A') du tube (10, 10') adjacent, les premiers (1010), deuxièmes (1022) et troisième (1203) orifices ainsi que les différentes excroissances creuses (1020) étant alignés et en contact de sorte à former le conduit de remplissage (15). 25 7. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les excroissances creuses (1020) sont réalisées par emboutissage. 8. Échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, 30 caractérisé en ce que les excroissances creuses (1020) ont une forme cylindrique. 14 9. Échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que la deuxième plaque d'extrémité (112) est une deuxième plaque (10A') dont l'excroissance creuse (1020) 5 est dépourvue de deuxième orifice (1022). 10. Échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les éléments formant le conduit de remplissage (15) sont fixés les un aux autres par brasage.