Titre de l'invention : Module de gestion de fluides, notamment pour un véhicule

[1] La présente invention concerne un module de gestion de fluides, notamment pour un véhicule. Le véhicule peut être de type terrestre, maritime ou aérien. Le module de gestion de fluides est notamment destiné à être utilisé dans un système de refroidissement, ou plus généralement de gestion thermique, comprenant notamment une pompe à chaleur.

[2] Un enjeu majeur actuel pour les véhicules est la réduction de l’encombrement des différents équipements.

[3] L’invention propose d’atteindre l’objectif de réduire l’encombrement d’un système de gestion thermique.

[4] L’invention propose ainsi un module de gestion de fluides, notamment pour un véhicule, ce module comportant un support comprenant au moins un canal pour l’écoulement d’un fluide réfrigérant, ce support portant au moins un composant à fonction fluidique tel qu’un organe de détente ou une vanne de réfrigérant, ce module comprenant en outre au moins un échangeur de chaleur bifluide principal agencé pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un fluide caloporteur, le support étant assemblé avec l’échangeur de chaleur pour former au moins une connexion étanche pour le fluide réfrigérant s’écoulant entre le canal du support et l’échangeur de chaleur bifluide principal, cette connexion étanche étant formée par :

- une bride de connexion fluidique fixée sur le support et agencée pour être assemblée, notamment par vissage, brasage, soudage ou collage, avec une bride de connexion complémentaire de l’échangeur de chaleur principal, ou - une jonction brasée entre un embout de connexion fluidique du support, embout qui est à une extrémité du canal du support, et une zone de connexion fluidique de l’échangeur de chaleur principal.

[5] On entend par « fonction fluidique >> une fonction participant au fonctionnement du module, par exemple choisie pour agir sur l’écoulement du fluide caloporteur ou pour mesurer un paramètre lié au fluide ou à son écoulement dans les canaux.

[6] L’invention permet d’obtenir de nombreux avantages.

[7] L'invention permet de remplacer par le support des durites utilisées habituellement, tout en assurant un maintien mécanique des composants à fonction fluidique sur le support. Ces connexions fluidiques sont réalisées directement par des canaux du support.

[8] Le support permet de rassembler les composants de manière compacte.

[9] Ainsi, le support remplit plusieurs rôles, à savoir au moins un rôle structurel car il peut porter des composants et un rôle fonctionnel, ce qui permet d’avoir un module compact avec un nombre de pièces pouvant être limité.

[10] L’invention permet notamment d’avoir un regroupement de plusieurs composants d’un circuit réfrigérant, d’une façon optimale.

[11] L’invention permet ainsi de réduire les coûts, car l’invention permet de se passer de nombreux tuyaux pour relier les composants.

[12] De plus, il est possible, comme on va le voir plus bas, d’utiliser le support comme élément constitutif d’une vanne par exemple. Ceci permet d’aboutir à une grande compacité du module.

[13] L’invention permet ainsi de réduire la place occupée par les composants, ce qui permet de réduire l’encombrement global du module de refroidissement. Dans le cas d’une pompe à chaleur par exemple, l’invention permet de réduire l’encombrement de l’ensemble des composants de celle-ci, notamment des différents circuits de fluide.

[14] Selon l’un des aspects de l’invention, le module comprend deux échangeurs de chaleur bifluide principaux, et le support est connecté aux deux échangeurs de chaleur pour permettre une circulation de fluide réfrigérant entre le support et ces échangeurs.

[15] Selon l’un des aspects de l’invention, les deux échangeurs principaux sont placés côte à côte. Ces échangeurs sont par exemple de pourtour sensiblement rectangulaire et ils sont placés de sorte que leurs grands côtés soient côte à côte.

[16] Selon l’un des aspects de l’invention, l’un des échangeurs est un échangeur basse pression formant un refroidisseur fluide réfrigérant/ fluide caloporteur, et l’autre des échangeurs est un échangeur haute pression formant un condenseur fluide réfrigérant/ fluide caloporteur.

[17] Selon l’un des aspects de l’invention, ces échangeurs principaux comprennent chacun un empilement de plaques de refroidissement.

[18] Selon l’un des aspects de l’invention, l’échangeur de chaleur principal haute pression est relié fuidiquemment à une boucle de circulation du fluide réfrigérant du support destinée à la circulation du fluide réfrigérant à haute pression.

[19] Selon l’un des aspects de l’invention, l’échangeur de chaleur principal basse pression est relié fuidiquemment à une boucle de circulation du fluide réfrigérant du support destinée à la circulation du fluide réfrigérant à basse pression.

[20] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux des boucles basse pression et haute pression s’étendent dans un même plan du support.

[21] Selon l’un des aspects de l’invention, ces échangeurs principaux sont connectés fluidiquement à un échangeur interne agencé pour permettre un échange thermique entre le fluide réfrigérant circulant à haute pression et le fluide réfrigérant circulant à basse pression.

[22] L’échangeur interne permet d’optimiser les propriétés thermodynamiques du fluide réfrigérant.

[23] Selon l’un des aspects de l’invention, cet échangeur interne est placé contre une base des deux échangeurs principaux.

[24] Selon l’un des aspects de l’invention, le support est placé en regard de faces, dites faces supérieures, des échangeurs de chaleur principaux. [25] Selon l’un des aspects de l’invention, ces faces supérieures sont à l'opposé de l’échangeur interne, qui est en regard de faces, dites inférieures, des échangeurs de chaleur principaux.

[26] Selon l’un des aspects de l’invention, le support comprend une première plaque et une deuxième plaque assemblées l’une avec l’autre pour définir le canal, ces plaques étant jointes et formant ensemble une circonférence du canal.

[27] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal est formé par une première cavité de la première plaque et/ou une deuxième cavité de la deuxième plaque.

[28] Selon l’un des aspects de l’invention, les plaques sont assemblées entre elles par soudage ou par collage ou brasage.

[29] Dans le cas d’une jonction brasée, la première plaque est notamment brasée avec l’échangeur de chaleur principal à l’emplacement de l’embout de connexion fluidique du support, et la deuxième plaque est notamment soudée à la première plaque.

[30] Selon l’un des aspects de l’invention, l’embout de connexion fluidique du support est réalisé d’un seul tenant avec la première plaque.

[31] Selon l’un des aspects de l’invention, l’embout de connexion fluidique du support présente une forme sensiblement tronconique.

[32] Selon l’un des aspects de l’invention, la zone brasée est sur un sommet de cet embout de connexion fluidique du support.

[33] Selon l’un des aspects de l’invention, la première plaque et/ou la deuxième plaque comprennent des sites aptes à recevoir un ou plusieurs éléments choisis parmi : une vanne, un organe de détente notamment un détendeur électronique (appelé par l’abrégé EXV) ou un détendeur thermostatique (appelé par l’abrégé TXV), une bride, un capteur de température, un capteur de pression, un capteur de température et de pression.

[34] Selon l’un des aspects de l’invention, le support est placé en vis-à-vis d’une partie seulement des faces supérieures des échangeurs principaux, à savoir lorsque le module est observé suivant un axe perpendiculaire aux faces supérieures qui sont de préférence globalement planes, certaines zones de ces faces supérieures des échangeurs principaux sont laissées découvertes, non recouvertes par le support.

[35] Selon l’un des aspects de l’invention, ces zones laissées découvertes reçoivent une ou plusieurs tubulures des échangeurs principaux, tubulures agencées pour être connectées à un circuit de fluide caloporteur.

[36] Selon l’un des aspects de l’invention, ces tubulures s’étendent perpendiculairement aux faces supérieures des échangeurs.

[37] Ainsi les connectiques pour le fluide caloporteur, formées notamment par des tubulures rigides, sont disposées du côté du support, et non sur un côté opposé au support.

[38] L’invention permet ainsi d’avoir les connectiques de fluide réfrigérant et celles du fluide caloporteur, du même côté des échangeurs, ce qui peut rendre l’ensemble plus compact.

[39] Selon l’un des aspects de l’invention, la première plaque du support est à distance non nulle des faces supérieures des échangeurs principaux, en dehors de la jonction brasée ou de la bride de connexion.

[40] Dans le cas d’une jonction brasée, la première plaque comprend notamment un embout pourvu à son sommet, d’une ouverture de passage de fluide réfrigérant, cet embout étant brasé avec l’un des échangeurs de chaleur principaux.

[41] Selon l’un des aspects de l’invention, cet embout, par exemple de forme tronconique, s’étend dans un logement de l’échangeur de chaleur, et l’embout est brasé sur une surface au fond de ce logement, tout en laissant dégagés les canaux de fluide réfrigérant internes à l’échangeur.

[42] Selon l’un des aspects de l’invention, au moins capteur de température/pression est inséré dans la première plaque et/ou la deuxième plaque.

[43] Selon l’un des aspects de l’invention, le capteur est porté par une embase, notamment de section ronde, carrée ou rectangulaire, cette embase comprenant une portion de canal du support. [44] Selon l’un des aspects de l’invention, le support, notamment formé par deux plaques assemblées, est monté sur ledit au moins un échangeur, haute pression ou basse pression.

[45] Selon l’un des aspects de l’invention, le support, notamment formé par deux plaques assemblées, est monté sur deux échangeurs, notamment choisis parmi le refroidisseur basse pression, le condenseur haute pression et l’échangeur interne.

[46] Selon l’un des aspects de l’invention, le refroidisseur basse pression (encore appelé « Chiller >> en anglais), le condenseur haute pression et l’échangeur interne forment un ensemble à échangeurs préassemblés.

[47] On entend par « fluide réfrigérant à haute pression >> un fluide réfrigérant à une pression aux alentours de 20 bars, par « fluide réfrigérant à basse pression >> à une pression de 3 bars.

[48] Selon l’un des aspects de l’invention, le support est agencé pour recevoir le fluide réfrigérant à une pression comprise entre 3 et 20 bars.

[49] Selon l’un des aspects de l’invention, le support est dépourvu de pompe et de vanne 3 voies ou 4 voies.

[50] Selon l’un des aspects de l’invention, le support, notamment formé par les première et deuxième plaques, comprend un passage pour recevoir un organe de connexion fluidique, notamment une tubulure, pour le fluide caloporteur.

[51 ] Selon l’un des aspects de l’invention, ce passage est un trou qui traverse les deux plaques assemblées.

[52] Selon l’un des aspects de l’invention, les échangeurs principaux comportent chacun une tubulure d’entrée de fluide caloporteur et une tubulure de sortie de fluide caloporteur.

[53] Selon l’un des aspects de l’invention, pour l’un des échangeurs principaux, l’une des tubulures passe dans le trou traversant du support et l’autre des tubulures s’étend à l’extérieur du support, sans traverser celui-ci.

[54] Selon l’un des aspects de l’invention, le module comprend un compresseur pour le fluide réfrigérant. [55] Selon l’un des aspects de l’invention, le module comprend une bouteille, notamment bouteille dessicante, configurée pour contenir le fluide réfrigérant à haute pression et capter l’humidité du fluide réfrigérant qui le traverse.

[56] Selon un autre aspect de l’invention, le module comprend un accumulateur, configuré pour contenir du fluide réfrigérant à basse pression.

[57] Selon l’un des aspects de l’invention, la ou les brides de connexion fluidique sont fixée sur le support par brasage ou soudage ou collage.

[58] Selon l’un des aspects de l’invention, le fluide caloporteur est choisi parmi : un fluide diélectrique et un fluide de refroidissement tel que de l’eau, ou un mélange d’eau et d’éthylène glycol.

[59] Selon l’un des aspects de l’invention, le fluide réfrigérant est choisi parmi les fluides R134a, R1234yf ou R744.

[60] L’invention a encore pour objet un circuit bifluide d’une pompe à chaleur, comportant un module tel que précité.

[61] Dans le cadre d’une pompe à chaleur, l’invention permet de compacter l’ensemble des composants du module, ces composants pouvant appartenir à un circuit réfrigérant et à un circuit du fluide caloporteur de la pompe à chaleur.

[62] L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’un module tel que décrit plus haut, avec une étape consistant à braser, notamment dans un four, la première plaque avec l’échangeur de chaleur puis une étape consistant à souder la deuxième plaque avec la première plaque.

[63] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :

[64] - la [Figure 1] illustre, schématiquement et partiellement, en perspective, un module selon un exemple de mise en oeuvre de l’invention,

[65] - la [Figure 2] illustre, schématiquement et partiellement, en vue de dessus, le module de la [Figure 1],

[66] - la [Figure 3] illustre, schématiquement et partiellement, en vue de dessous, le module selon la vue de la [Figure 1], [67] - la [Figure 4] illustre, schématiquement et partiellement, en vue de dessous, le support du module de la [Figure 1], sans les composants,

[68] - la [Figure 5] illustre, schématiquement et partiellement, en coupe, un détail du module de la [Figure 1],

[69] - la [Figure 6] illustre, schématiquement et partiellement, en coupe, le support du module de la [Figure 1],

[70] - la [Figure 7] illustre, schématiquement et partiellement, en vue de dessus, un module selon un autre exemple de mise en oeuvre de l’invention,

[71] - la [Figure 8] illustre, schématiquement et partiellement, en vue de côté, le module de la [Figure 7],

[72] - la [Figure 9] illustre, schématiquement et partiellement, en perspective, le support du module de la [Figure 7],

[73] On a représenté, sur les figures 1 , 2 et 3, un module de gestion de fluides 1 selon un exemple de mise en oeuvre de l’invention, destiné à être utilisé dans un système à pompe à chaleur embarqué sur un véhicule.

[74] Ce module 1 est intégré à un circuit de fluide caloporteur qui peut être un circuit à eau de la pompe à chaleur, et un circuit de fluide réfrigérant de la pompe à chaleur pour permettre des échanges de chaleur entre le fluide caloporteur et le fluide réfrigérant.

[75] La pompe à chaleur ne sera pas décrite plus en détails, étant connu de l’art antérieur. L’invention est adaptable à un grand nombre de types de circuit de refroidissement, dans la mesure où les différents composants peuvent être choisis pour réaliser les différentes fonctions attendues.

[76] Le module de gestion de fluides 1 comporte un support 2 comprenant une pluralité de canaux 4 pour l’écoulement d’un fluide réfrigérant.

[77] Le fluide réfrigérant est choisi parmi les fluides R134a, R1234yf ou R744.

[78] Ce support 2 porte des composants à fonction fluidique, comme on le verra par la suite. [79] Le module 1 comprend en outre deux échangeurs de chaleur bifluide principaux 8 et 9 agencés pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un fluide caloporteur.

[80] Le support 2 est assemblé avec les échangeurs de chaleur 8 et 9 pour former des connexions étanches 10 pour le fluide réfrigérant s’écoulant entre les canaux 4 du support 2 et les échangeurs de chaleur bifluide principaux 8 et 9.

[81] Dans l’exemple décrit, comme on peut mieux le voir sur la figure 5, chacune de ces connexions étanches 10 est formée par une jonction brasée entre un embout de connexion fluidique 11 du support 2, embout qui est à une extrémité du canal 4 du support, et une zone de connexion fluidique 12 de l’échangeur de chaleur principal 8, 9.

[82] La zone de connexion 12 sur l’échangeur de chaleur principal 8, 9 est formée par une zone annulaire 15 sur la plaque externe 14 de l’empilement 16 de plaques de cet échangeur.

[83] Dans l’exemple décrit, le support 2 est connecté aux deux échangeurs de chaleur 8 et 9 pour permettre une circulation de fluide réfrigérant entre le support 2 et ces échangeurs 8 et 9.

[84] Ces deux échangeurs principaux 8 et 9 sont placés côte à côte. Ces échangeurs 8 et 9 sont de pourtour sensiblement rectangulaire et ils sont placés de sorte que leurs grands côtés soient côte à côte.

[85] L’un des échangeurs est un échangeur basse pression 8 formant un refroidisseur fluide réfrigérant/ fluide caloporteur, et l’autre des échangeurs est un échangeur haute pression 9 formant un condenseur fluide réfrigérant/ fluide caloporteur.

[86] Ces échangeurs principaux 8 et 9 comprennent chacun un empilement 16 de plaques de refroidissement.

[87] L’échangeur de chaleur principal basse pression 8 est relié fuidiquemment à une boucle 17 de circulation du fluide réfrigérant du support destinée à la circulation du fluide réfrigérant à basse pression. [88] L’échangeur de chaleur principal haute pression 9 est relié fuidiquemment à une boucle 18 de circulation du fluide réfrigérant du support destinée à la circulation du fluide réfrigérant à haute pression.

[89] Les canaux 4 des boucles basse pression 17 et haute pression 18 s’étendent dans un même plan P1 du support 2, comme illustré sur la figure 2 par exemple.

[90] Ces échangeurs principaux 8 et 9 sont connectés fluidiquement à un échangeur interne 19 agencé pour permettre un échange thermique entre le fluide réfrigérant circulant à haute pression et le fluide réfrigérant circulant à basse pression.

[91 ] L’échangeur interne 19 permet d’optimiser les propriétés thermodynamiques du fluide réfrigérant.

[92] L’échangeur interne 19 est placé contre une base 20 des deux échangeurs principaux 8 et 9, ces bases 20 étant sur un côté des échangeurs qui est opposé au support 2.

[93] Le support 2 est placé en regard de faces 21 , dites faces supérieures, des échangeurs de chaleur principaux 8 et 9.

[94] Ces faces supérieures 21 sont à l'opposé de l’échangeur interne 19, qui est en regard de faces inférieures ou bases 20, des échangeurs de chaleur principaux 8 et 9.

[95] Le support 2 comprend une première plaque 25 et une deuxième plaque 26 assemblées l’une avec l’autre pour définir les canaux 4, ces plaques 25 et 26 étant jointes et formant ensemble une circonférence de chaque canal 4.

[96] Chaque canal 4 est formé par une première cavité 27 de la première plaque 25 et une deuxième cavité 28 de la deuxième plaque 26, comme illustré sur les figures 5 et 6.

[97] Les plaques 25 et 26 sont assemblées entre elles par soudage ou par collage ou brasage.

[98] Dans le cas décrit d’une jonction brasée, la première plaque 25 est brasée avec l’échangeur de chaleur principal 8, 9 à l’emplacement de l’embout 11 de connexion fluidique du support 2, et la deuxième plaque 26 est soudée à la première plaque 25.

[99] L’embout de connexion fluidique 11 est réalisé d’un seul tenant avec la première plaque 25, et présente une forme sensiblement tronconique.

[100] La zone brasée sur l’embout 11 est sur un sommet 29 de cet embout 11 . Ce sommet 29 est ouvert pour pouvoir communiquer avec l’échangeur de chaleur 8 ou 9.

[101] Ainsi cet embout 11 s’étend dans un logement 38 de l’échangeur de chaleur.

[102] La deuxième plaque 26 comprend des sites aptes à recevoir plusieurs éléments parmi lesquels :

- quatre vannes de réfrigérant 31 , deux vannes faisant partie de la boucle basse pression et les deux autres faisant partie de la boucle haute pression,

- deux organes de détente 30, chacun étant un détendeur électronique (appelé par l’abrégé EXV) ou un détendeur thermostatique (appelé par l’abrégé TXV), associé aux deux boucles basse pression et haute pression respectivement,

- des brides 32 d’entrée et de sortie de fluide réfrigérant,

- un capteur 33 de température, un capteur de pression, un capteur de température et de pression.

[103] Les brides de connexion fluidique 32 sont fixée sur le support 2 par brasage ou soudage ou collage.

[104] Des capteurs 33 de température et/ou de pression sont insérés sur la deuxième plaque 26.

[105] Chaque capteur 33 est porté par une embase 34, notamment de section ronde, carrée ou rectangulaire, cette embase comprenant une portion de canal 4 associé, comme visible sur la figure 2.

[106] Le support 2 est placé en vis-à-vis d’une partie seulement des faces supérieures 21 des échangeurs principaux 8, 9, à savoir lorsque le module 1 est observé suivant un axe perpendiculaire aux faces supérieures 21 qui sont ici globalement planes, certaines zones 35 de ces faces supérieures des échangeurs 8, 9 principaux sont laissées découvertes, non recouvertes par le support 2.

[107] Ces zones 35 laissées découvertes reçoivent plusieurs tubulures 37 des échangeurs principaux 8, 9, tubulures 37 agencées pour être connectées à un circuit de fluide caloporteur.

[108] Ces tubulures 37 s’étendent perpendiculairement aux faces supérieures 21 des échangeurs.

[109] Ainsi les connectiques pour le fluide caloporteur, formées par des tubulures rigides 37, sont disposées du côté du support 2, et non sur un côté opposé au support 2. Ce côté opposé des échangeurs 8, 9 laissé libre permet de recevoir l’échangeur interne 19.

[1 10] La première plaque 25 du support 2 est à distance non nulle des faces supérieures 21 des échangeurs principaux, en dehors des jonctions brasées.

[1 1 1] Le support 2 est monté sur les échangeurs, haute pression ou basse pression, à la fois.

[1 12] Le refroidisseur basse pression 8 (encore appelé « Chiller >> en anglais), le condenseur 9 haute pression et l’échangeur interne 19 forment un ensemble à échangeurs préassemblés.

[1 13] On entend par « fluide réfrigérant à haute pression >> un fluide réfrigérant à une pression aux alentours de 20 bars, par « fluide réfrigérant à basse pression >> à une pression de 3 bars.

[1 14] Le support 2 comprend un passage 40 pour recevoir un organe de connexion fluidique, ici une tubulure rigide 41 , pour le fluide caloporteur.

[1 15] Ce passage 40 est un trou circulaire qui traverse les deux plaques assemblées 25, 26.

[1 16] Pour l’un des échangeurs principaux, ici l’échangeur 8, l’une 41 des deux tubulures passe dans le trou traversant 40 du support 2 et l’autre des tubulures 37 s’étend à l’extérieur du support 2, sans traverser celui-ci.

[1 17] On a représenté, sur les figures 7 à 9, un module 50 selon un autre exemple de mise en oeuvre de l’invention, qui diffère du module 1 précédemment décrit principalement par les connexions fluidiques entre le support 62 et les échangeurs principaux 8, 9.

[118] Dans l’exemple des figures 7 à 9, le support 62 est assemblé avec les échangeurs de chaleur 8, 9 pour former des connexions étanches pour le fluide réfrigérant s’écoulant entre les canaux 4 du support 62 et les échangeurs de chaleur bifluide 8, 9, ces connexions étant formées par des brides 51 de connexion fluidique fixées sur le support 62 et agencées chacune pour être assemblée, notamment par vissage, brasage, soudage ou collage, avec une bride 52 de connexion complémentaire de l’échangeur de chaleur principal 8, 9.

[119] Ces brides 51 remplacent les embouts tronconiques décrits dans l’exemple précédent.

[120] Le module 50 comprend un compresseur 55 pour le fluide réfrigérant, et une bouteille 56, notamment bouteille dessicante, configurée pour contenir le fluide réfrigérant à haute pression et capter l’humidité du fluide réfrigérant qui le traverse, ou accumulateur, configuré pour contenir du fluide réfrigérant à basse pression.

[121] Une partie du support 62 est en regard du compresseur 55.

[122] Comme dans l’exemple précédent, le support 62 comprend un passage 40 pour recevoir un organe de connexion fluidique, ici une tubulure rigide, pour le fluide caloporteur.

[123] Le fluide caloporteur est choisi parmi un fluide diélectrique et un fluide de refroidissement tel que de l’eau, un mélange d’eau et d’éthylène glycol.