Échangeur thermique pour installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation

La présente invention concerne un échangeur thermique, pour une installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation. L’invention concerne également une installation de chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation comportant un tel échangeur thermique.

L’invention peut s’appliquer en particulier à un radiateur. L’invention peut s’appliquer également à un évaporateur permettant de refroidir un flux d’air le traversant ou encore à un échangeur de type « chiller » en anglais ou refroidisseur d’eau en français ou tout autre échangeur présent dans un véhicule automobile thermique ou électrique.

Les échangeurs thermiques couramment utilisés dans l’automobile ont pour fonction d’assurer l’échange thermique entre deux fluides. Les échangeurs thermiques comportent classiquement un faisceau d’échange thermique et au moins une, généralement deux boîtes collectrices d’un premier fluide caloporteur.

Un échangeur thermique peut être alimenté par le premier fluide caloporteur tel qu’un liquide, via une boîte collectrice. Le faisceau d’échange thermique comporte généralement une pluralité de tubes à travers lesquels est destiné à s’écouler le premier fluide caloporteur. Un deuxième fluide, tel qu’un flux d’air, peut traverser le faisceau d’échange thermique en circulant entre les tubes de façon à permettre un échange thermique avec le premier fluide caloporteur à l’intérieur des tubes.

De façon connue, chaque boîte collectrice comprend une plaque collectrice recevant les extrémités des tubes. Les boîtes collectrices permettent la distribution ou la récupération du fluide caloporteur qui traverse les tubes du faisceau d’échange thermique.

En particulier, dans des échangeurs thermiques permettant un échange thermique entre un liquide et un flux d’air, comme des radiateurs ou des évaporateurs, on constate que la résistance thermique est majoritairement du côté externe des tubes, c’est-à-dire du côté du flux d’air, et est négligeable au niveau des parois en aluminium des tubes et du côté interne.

L’amélioration des échanges thermiques du coté limitant, c’est-à-dire du côté du flux d’air, permet une augmentation de la performance de l’échangeur. À cet effet, des ailettes peuvent être prévues entre les tubes pour améliorer l’échange thermique. Les tubes et les ailettes sont généralement en aluminium, et peuvent être assemblés par brasage ou en variante par un assemblage mécanique.

Toutefois, il est parfois constaté un déficit de contact entre les tubes et les ailettes, de sorte que la performance thermique peut être difficile à réaliser.

Il existe un besoin d’apporter une solution alternative permettant d’augmenter les surfaces d’échange thermique pour améliorer les performances de l’échangeur thermique, en particulier sans avoir recours aux ailettes.

Par ailleurs, il est connu par exemple un évaporateur comprenant un faisceau d’échange thermique avec un empilement de tubes ou de plaques permettant un échange thermique entre un flux d’air passant à travers le faisceau d’échange thermique et le premier fluide caloporteur, tel qu’un fluide réfrigérant, circulant dans les tubes ou les plaques.

Selon une solution connue, l’évaporateur comporte un distributeur du fluide pour alimenter la boîte collectrice en fluide réfrigérant. Un tel distributeur comporte un conduit pourvu d’une pluralité d’orifices logé à l’intérieur de la boîte collectrice. Le fluide est projeté à travers les orifices sur la totalité de la longueur du conduit à l’intérieur de la boîte collectrice, circule dans des canaux de circulation définis par des tubes ou des plaques du faisceau d’échange thermique, puis est évacué hors de l’échangeur thermique.

Cependant, la vitesse d’écoulement tend à diminuer de façon continue le long du distributeur. Il peut en résulter une répartition non homogène du fluide réfrigérant pour l’alimentation des canaux de circulation du faisceau. De plus, ce phénomène génère une hétérogénéité de la température du flux d’air qui a traversé l’échangeur thermique en fonctionnement.

Pour favoriser une répartition homogène du fluide réfrigérant, il a été proposé de prévoir une circulation du fluide réfrigérant en passes multiples. Toutefois, la perte de charge est augmentée avec une telle circulation en multi passes, réduisant la performance thermique.

De plus, en fonctionnement de l’évaporateur, les canaux de circulation peuvent se contracter du fait d’un abaissement très fort de la température, ce qui peut conduire à une rupture et donc une perte d’étanchéité.

Il est également connu un échangeur de type « chiller » ou refroidisseur, plus précisément un refroidisseur d’eau, généralement à plaques, dans lequel le premier fluide caloporteur, tel qu’un fluide réfrigérant d’une boucle de climatisation, échange de la chaleur avec un liquide de refroidissement d’une boucle de régulation thermique de dispositifs de stockage d’énergie électrique, tels que des batteries de véhicules automobiles à motorisation électrique et/ou hybride.

Cependant de tels échangeurs à plaques, peuvent présenter un encombrement et donc une masse importants.

L’invention a pour objectif de pallier au moins partiellement un ou plusieurs inconvénients précédemment cités en proposant une solution alternative permettant d’améliorer la performance thermique de l’échangeur thermique, tout en réduisant la masse et le coût de l’échangeur thermique.

À cet effet, l’invention a pour objet un échangeur thermique, pour une installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation de véhicule automobile, ledit échangeur comportant un faisceau d’échange thermique. Le faisceau d’échange thermique comporte une pluralité de fibres creuses dans lesquelles est destiné à s’écouler un fluide caloporteur.

Les fibres creuses sont de forme générale tubulaire de petit diamètre. Plus précisément, les fibres creuses présentent chacune un diamètre interne compris entre 0,6mm et 1 mm. Les fibres creuses présentent une section transversale circulaire ou sensiblement circulaire.

Un tel échangeur, utilisant une pluralité de fibres pour former des micro tubes pour la circulation du fluide caloporteur, présente l’avantage d’avoir un ratio surface d’échange / volume de fluide très important, et de pouvoir s’adapter à toute configuration ou géométrie.

L’échangeur thermique peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison.

Les fibres creuses sont avantageusement réalisées dans un matériau polymère, en particulier dans une matière plastique. Les tubes en aluminium des solutions connues de l’art antérieur peuvent être remplacés par de telles fibres en polymère, moins lourdes et moins coûteuses, sans affecter la performance globale de l’échangeur thermique. L’augmentation de la surface d’échange compense largement la perte de conductibilité thermique par rapport à une matière métallique. L’échangeur thermique présente ainsi également l’avantage d’être très léger.

Les fibres creuses peuvent présenter des longueurs différentes ou être de même longueur.

Il s’agit en particulier d’un radiateur. Il peut s’agir notamment d’un radiateur de refroidissement d’un moteur à combustion interne, ou d’un radiateur de chauffage de l’habitacle du véhicule, d’un radiateur haute température ou basse température, un condenseur, ou encore d’un refroidisseur d’air de suralimentation, d’un refroidisseur d’eau, ou d’un évaporateur.

Selon un exemple particulier, le diamètre interne des fibres creuses est compris entre 0,6mm et 0,9mm, de préférence de l’ordre de 0,8mm.

Selon un aspect de l’invention, les fibres creuses sont disposées selon un arrangement régulier dans le faisceau d’échange thermique, de façon à être exposées à un deuxième fluide destiné à traverser le faisceau d’échange thermique, tel qu’un flux d’air dans le cas d’un radiateur ou d’un évaporateur, ou encore un liquide dans le cas d’un refroidisseur de liquide de type « chiller ».

Dans le faisceau d’échange thermique, les fibres creuses sont libres, c'est-à-dire qu’elles ne sont pas encapsulées dans un matériau ou une plaque, ce qui permet de favoriser l’échange thermique entre les deux fluides.

Selon un autre aspect de l’invention, ledit échangeur comporte au moins une boîte collectrice du fluide caloporteur, dans laquelle débouchent les fibres creuses.

Selon un exemple de réalisation, ladite au moins une boîte collectrice comporte un corps collecteur creux comportant deux parois en vis-à-vis présentant respectivement une pluralité d’orifices. Les orifices sont traversés par les fibres creuses à l’état assemblé de l’échangeur thermique. Le corps collecteur creux reçoit un matériau d’étanchéité encapsulant les portions de fibres creuses à l’intérieur du corps collecteur creux à l’état assemblé de l’échangeur thermique. Le matériau d’étanchéité permet de réaliser la liaison étanche entre la pluralité de fibres creuses formant le faisceau d’échange thermique et la ou les boîtes collectrices du fluide caloporteur.

Le corps collecteur creux peut être réalisé d’une seule pièce.

En alternative, le corps collecteur creux comporte deux parois opposées assemblées en délimitant une cavité entre elles, et les deux parois sont traversées chacune par les fibres creuses.

Les extrémités des fibres creuses traversant le corps collecteur creux peuvent présenter une rigidité supérieure au reste des fibres creuses dans le faisceau d’échange thermique, par exemple elles peuvent comporter des aiguilles de guidage à leurs extrémités.

Le corps collecteur creux comporte une ouverture permettant d’injecter ou de couler du matériau d’étanchéité après assemblage des fibres avec le corps collecteur creux. Le corps collecteur creux est par exemple de forme générale allongée, notamment longitudinale, et l’ouverture est prévue à une extrémité longitudinale. Ainsi, le matériau d’étanchéité peut être injecté ou coulé dans l’épaisseur du corps collecteur creux.

Selon un autre aspect de l’invention, ladite au moins une boîte collectrice comporte un couvercle.

Le couvercle peut par exemple être assemblé au corps collecteur creux, de sorte que les extrémités des fibres creuses débouchent dans l’espace intérieur délimité entre le couvercle et le corps collecteur creux.

En alternative, ladite au moins une boîte collectrice peut présenter une forme générale parallélépipédique dont une face est amovible et permet l’assemblage des fibres creuses, par exemple le collage des fibres creuses. Cette face amovible peut ensuite être solidarisée au reste de ladite au moins une boîte collectrice pour former la cavité qui reçoit le fluide caloporteur.

Selon un mode de réalisation, le faisceau d’échange thermique comporte au moins deux mille fibres, en particulier entre deux mille et six mille fibres creuses. Un tel mode de réalisation est en particulier adapté pour un radiateur. La densité de fibres permet de maximiser la surface d’échange et ainsi de se passer d’ailettes, contrairement aux solutions connues de radiateur de l’art antérieur.

L’invention s’applique également aux échangeurs thermiques dans lesquels un fluide réfrigérant est destiné à s’écouler dans la pluralité de fibres creuses. Le premier fluide caloporteur est donc un fluide réfrigérant. Un deuxième fluide à refroidir par le fluide réfrigérant est destiné à circuler entre les fibres creuses.

Selon un mode de réalisation, l’échangeur thermique est configuré pour travailler en tant qu’évaporateur, et le deuxième fluide est un flux d’air.

Selon un autre mode de réalisation, l’échangeur thermique est configuré pour travailler en tant que refroidisseur de liquide, et le deuxième fluide est un liquide de refroidissement, tel qu’un mélange d’eau et de glycol. Le nombre de fibres creuses est par exemple compris entre trois cents et deux mille.

Pour de tels échangeurs thermiques utilisant du fluide réfrigérant, la pluralité de fibres creuses permet d’avoir une répartition homogène du fluide réfrigérant tout en évitant l’utilisation de passes ou nappes multiples qui augmentent la perte de charge réduisant la performance thermique. Par ailleurs, l’utilisation de fibres creuses de section circulaire permet d’avoir une résistance mécanique importante à la pression ce qui évite des surépaisseurs très pénalisantes dans les échangeurs thermiques connus de l’art antérieur.

L’échangeur thermique peut comporter au moins un organe de mise en tension des fibres creuses, de façon à éviter d’éventuelles vibrations des fibres creuses et éviter qu’elles ne soient soumises à un phénomène de résonnance ou qu’elles ne créent des court-circuits en empruntant des chemins de plus faible résistance aéraulique.

Selon un exemple de réalisation particulier, l’échangeur thermique comporte une entrée et une sortie du fluide réfrigérant agencées d’un côté du faisceau d’échange thermique. Ledit au moins un organe de mise en tension des fibres creuses comporte au moins un axe agencé du côté du faisceau d’échange thermique opposé aux entrée et sortie de fluide réfrigérant, de façon à permettre un demi-tour des fibres creuses autour dudit au moins un axe.

Selon un exemple de configuration, par exemple dans le cas d’un évaporateur, l’échangeur thermique peut comporter deux joues agencées de part et d’autre du faisceau d’échange thermique et maintenant ledit au moins un axe.

Selon un autre aspect, ledit au moins un organe de mise en tension des fibres creuses peut comporter au moins un organe de compensation élastique. L’organe de compensation élastique est par exemple réalisé sous forme d’un ressort, tel qu’un ressort hélicoïdal. Le ou les organes de compensation élastiques permettent de compenser une dilatation ou rétractation des fibres creuses en fonctionnement de l’évaporateur, du fait de la température et/ou pression interne, voire d’éviter la casse des fibres creuses.

Selon un exemple de réalisation, par exemple dans le cas d’un évaporateur, l’échangeur thermique comporte au moins une boîte collectrice du fluide réfrigérant dans laquelle débouchent les fibres, deux joues agencées de part et d’autre du faisceau d’échange thermique et ledit au moins un organe de compensation élastique est agencé entre ladite au moins une boîte collectrice et une joue ou entre ladite au moins une boîte collectrice ledit au moins un axe.

Ledit échangeur peut comporter au moins un organe de maintien des extrémités des fibres, par exemple agencé à l’entrée ou la sortie de fluide réfrigérant. Un tel organe de maintien peut être réalisé sous forme de plaque.

Selon une autre configuration, par exemple dans le cas d’un refroidisseur de type « chiller », ledit échangeur comporte un boîtier recevant le faisceau d’échange thermique. Ledit au moins un axe peut s’étendre entre et être maintenu par deux parois opposées du boîtier du refroidisseur ou « chiller ».

Selon l’un ou l’autre de ces exemples de réalisation, l’axe présente un diamètre supérieur au rayon de courbure des fibres. Le diamètre de l’axe est par exemple d’au moins 5mm.

Selon un autre aspect, ledit échangeur comporte au moins une grille de maintien disposée au sein du boîtier de façon à maintenir les fibres creuses. Ledit échangeur comporte par exemple au moins deux grilles de maintien des fibres creuses agencées à distance l’une de l’autre, et entre lesquelles les fibres creuses s’étendent.

Selon l’un ou l’autre des modes de réalisation, ledit échangeur comporte en outre un moyen de stockage thermique, par exemple des fibres additionnelles configurées pour recevoir un matériau à changement de phase. Le moyen de stockage thermique peut être agencé au niveau de l’entrée et/ou de la sortie du deuxième fluide. Le moyen de stockage thermique peut donc être agencé en amont et/ou en aval des fibres creuses pour l’écoulement du premier fluide caloporteur, selon le sens d’écoulement du deuxième fluide.

Une configuration avec le moyen de stockage thermique en entrée du deuxième fluide peut en particulier être avantageuse dans le cas d’un refroidisseur de liquide de refroidissement, de façon à pouvoir absorber un éventuel pic de température du liquide de refroidissement en entrée.

Les fibres additionnelles configurées pour recevoir un matériau à changement de phase sont avantageusement agencées en aval des fibres creuses pour l’écoulement du premier fluide caloporteur, selon le sens d’écoulement du deuxième fluide, de sorte que le deuxième fluide s’écoule également entre les fibres additionnelles. Le matériau à changement de phase encapsulé dans les fibres additionnelles joue un rôle inertiel dans les transferts thermiques.

En variante ou en complément, les fibres additionnelles recevant le matériau à changement de phase, peuvent être agencées en amont des fibres creuses pour l’écoulement du premier fluide caloporteur, selon le sens d’écoulement du deuxième fluide.

Les fibres additionnelles configurées pour recevoir un matériau à changement de phase peuvent être disposées selon arrangement régulier. En variante, les fibres additionnelles configurées pour recevoir un matériau à changement de phase peuvent être disposées de façon irrégulière.

L’invention concerne également une boîte collectrice pour un échangeur thermique selon l’un ou l’autre des modes de réalisation. En particulier, la boîte collectrice comporte un corps collecteur creux comportant deux parois en vis- à-vis présentant respectivement une pluralité d’orifices configurés pour être traversés par une pluralité de fibres du faisceau d’échange thermique, et au moins une ouverture pour l’injection d’un matériau d’étanchéité après assemblage des fibres avec le corps collecteur creux de façon à encapsuler les portions des fibres à l’intérieur du corps creux. L’invention concerne encore une installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation comportant au moins un échangeur thermique, tel que défini précédemment.

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

[Fig. 1 ] représente une vue d’un échangeur thermique comportant un faisceau d’échange thermique comportant une pluralité de fibres creuses selon un premier mode de réalisation.

[Fig. 2] est une vue en perspective et partielle montrant la pluralité de fibres creuses traversant un corps collecteur creux de l’échangeur thermique selon le premier mode de réalisation.

[Fig. 3] est une autre vue en perspective montrant la pluralité de fibres creuses traversant un corps collecteur creux selon un autre exemple de réalisation.

[Fig. 4] est une autre vue en perspective montrant le faisceau d’échange thermique traversant un corps collecteur creux selon encore un autre exemple de réalisation.

[Fig. 5] représente une vue en perspective d’un échangeur thermique comportant un faisceau d’échange thermique comprenant une pluralité de fibres creuses selon un deuxième mode de réalisation.

[Fig. 6] montre l’échangeur thermique de la figure 5 comportant des organes de mises en tension des fibres creuses.

[Fig. 7] est une vue en perspective montant une variante de réalisation de l’échangeur thermique de la figure 6.

[Fig. 8] montre une vue schématique en coupe transversale d’une autre variante de réalisation de l’échangeur thermique de la figure 5. [Fig. 9] représente une vue en perspective d’un échangeur thermique comportant un faisceau d’échange thermique comprenant une pluralité de fibres creuses et des fibres additionnelles de stockage thermique selon un troisième mode de réalisation.

[Fig. 10] représente une variante de l’échangeur thermique de la figure 9.

[Fig. 1 1 ] représente une vue en perspective d’un échangeur thermique selon un quatrième mode de réalisation comportant une pluralité de fibres creuses reçues à l’intérieur d’un boîtier.

[Fig. 12] montre les fibres creuses agencées dans un boîtier selon une autre configuration.

[Fig. 13] montre une vue similaire à la figure 1 1 d’un échangeur thermique selon un cinquième mode de réalisation.

Sur ces 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 référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent uniquement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.

Dans la description, on peut indexer certains éléments, comme par exemple premier élément ou deuxième élément. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément 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. En référence à l’ensemble des figures, l’invention concerne un échangeur thermique 1 , 101 , 201 pour une installation de refroidissement, chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation de véhicule automobile dont différents modes de réalisation sont illustrés.

Il peut s’agir notamment d’un radiateur, tel qu’un radiateur de chauffage de l’habitacle du véhicule automobile. En variante il peut s’agir d’un radiateur de refroidissement d’un moteur à combustion interne, d’un radiateur haute température ou basse température, d’un condenseur, ou encore d’un refroidisseur d’air de suralimentation, d’un refroidisseur d’eau, d’un évaporateur.

De façon générale, l’échangeur thermique 1 , respectivement 101 , respectivement 201 comprend un faisceau d’échange thermique 3, respectivement 103, respectivement 203 comportant une pluralité de fibres creuses 5, respectivement 105, respectivement 205. Les fibres creuses 5, 105, 205 peuvent être de même longueur ou non.

L’échangeur thermique 1 , 101 , 201 , comporte en outre une entrée et une sortie d’un premier fluide caloporteur en communication fluidique avec les fibres creuses 5, 105, 205, de sorte que les fibres creuses 5, 105, 205 peuvent être parcourues par le premier fluide caloporteur. L’entrée et la sortie du premier fluide caloporteur peuvent être agencées d’un même côté ou de part et d’autre du faisceau d’échange thermique 3, 103, 203.

Les fibres creuses 5, 105, 205 peuvent être agencées dans le faisceau d’échange thermique 3, 103 ou 203, pour permettre une circulation en une ou plusieurs passes du premier fluide caloporteur, par exemple pour une circulation en I ou en U. Un deuxième fluide est destiné à s’écouler entre les fibres creuses 5, 105, 205 pour un échange thermique avec le premier fluide caloporteur.

Pour de telles fibres creuses 5, 105, 205, on choisit de préférence un matériau résistant aux températures d’utilisation de l’échangeur thermique 1 , 101 , 201 . Les fibres creuses 5, 105, 205 sont par exemple réalisées dans un matériau polymère, en particulier dans une matière plastique, notamment comprenant un polyamide. On peut citer à titre d’exemple non limitatif du polyamide 1 1 ou du polyamide 12, connus sous les sigles PA1 1 et PA12. Ces fibres creuses 5, 105, 205 remplacent les tubes en aluminium par exemple connus de l’art antérieur en étant moins lourdes et moins chères que les tubes en aluminium.

Les fibres creuses 5, 105, 205 sont dimensionnées et arrangées de façon à améliorer la performance de l’échangeur thermique 1 , 101 ou 201 et en minimiser le coût. Ce dimensionnement et cet arrangement peut se faire en prenant notamment en compte la puissance échangée, définie à partir du coefficient d’échange global de l’échangeur thermique, la longueur de l’ensemble des fibres creuses, le rendement hydraulique interne, et le rendement hydraulique externe.

Quel que soit le mode de réalisation de l’échangeur thermique 1 , 101 ou 201 , les fibres creuses 5, 105, 205, présentent chacune un diamètre interne très petit, c’est-à-dire inférieur au millimètre, par exemple compris entre 0,6mm et 1 mm. Les fibres creuses 5, 105, 205 sont de forme générale tubulaire. Plus précisément, les fibres creuses 5, 105, 205 présentent une section transversale circulaire ou sensiblement circulaire.

Les fibres creuses 5, 105, 205 peuvent présenter une épaisseur entre 50pm et 100pm.

Pour tous les modes de réalisation, les fibres creuses 5, 105, 205 sont disposées de façon à être exposées à ou immergées dans un deuxième fluide lorsque ce dernier traverse le faisceau d’échange thermique 3, 103 ou 203.

Dans le faisceau d’échange thermique 3, 103 ou 203, les fibres creuses 5, 105, 205 sont libres, c’est-à-dire qu’elles ne sont pas encapsulées dans un matériau ou une plaque, ni disposées à l’intérieur d’un tube ou similaire. Elles peuvent ainsi être directement en contact, sans intermédiaire, avec le deuxième fluide lorsqu’il traverse le faisceau d’échange thermique 3, 103, 203.

De plus, l’arrangement des fibres creuses 5, 105, 205 dans le faisceau d’échange thermique 3, 103 ou 203 est régulier. On entend par cela que les fibres creuses 5 sont disposées selon un schéma constant, par opposition à une disposition aléatoire. Les fibres creuses 5, 105, 205 peuvent par exemple être agencées parallèlement les unes aux autres. Les fibres creuses 5, 105, 205 sont avantageusement disposées avec un pas constant entre elles. En outre, l’écart est maintenu entre les fibres creuses 5, 105, 205, de sorte qu’aucune fibre creuse 5, 105, 205 ne vient toucher une autre fibre creuse 5, 105, 205, et chacune peut de façon individuelle, échanger thermiquement avec le deuxième fluide lorsqu’il traverse le faisceau d’échange thermique 3, 103, 203.

Premier mode de réalisation :

On a représenté sur la figure 1 un tel échangeur thermique 1 pour véhicule automobile selon un premier mode de réalisation. Il s’agit en particulier d’un radiateur, tel qu’un radiateur de chauffage de l’habitacle du véhicule automobile

Un tel échangeur thermique 1 comprend un faisceau d’échange thermique 3 et au moins une boîte collectrice 7 d’un fluide caloporteur à une extrémité du faisceau d’échange thermique 3. Dans l’exemple illustré, l’échangeur thermique 1 comporte deux boîtes collectrices 7, pour l’entrée et la sortie du fluide caloporteur, agencées de part et d’autre du faisceau d’échange thermique 3.

Selon ce premier mode de réalisation, le faisceau d’échange thermique 3 comporte une pluralité de fibres creuses 5 dont les extrémités débouchent chacune dans une boîte collectrice 7, de façon à pouvoir être parcourues par le premier fluide caloporteur. Dans cet exemple, les fibres creuses 5 sont disposées pour permettre une circulation en I du premier fluide caloporteur. D’autres configurations sont envisageables.

Les fibres creuses 5 sont par exemple disposées parallèlement les unes aux autres. Les fibres creuses 5 sont de plus agencées avec un pas constant entre elles. En outre, les fibres creuses 5 s’étendent selon un axe longitudinal L, et en particulier de façon rectiligne. Le deuxième fluide s’écoulant entre les fibres creuses 5 est dans cet exemple un flux d’air, comme schématisé par la flèche F. La matière polymère ou plastique des fibres creuses 5 bien que moins conductrice que de l’aluminium dans les solutions connues de l’art antérieur n’affecte pas la performance globale de l’échangeur thermique, car la résistance thermique est majoritaire du côté du flux d’air et est négligeable au niveau des parois des tubes en aluminium de ces solutions de l’art antérieur.

Pour une section de passage donnée, plus le diamètre des fibres creuses 5 est petit, plus il faut de fibres creuses 5 et plus la surface externe augmente. En disposant un grand nombre de ces fibres creuses 5 de petits diamètres, on peut maximiser la surface d’échange, sans recourir à des ailettes ou intercalaires comme dans les solutions connues de l’art antérieur. Le faisceau d’échange thermique 3 est donc dépourvu d’ailettes entre les fibres creuses 5.

Dans le cas du radiateur, le faisceau d’échange thermique 3 comporte un nombre élevé de fibres creuses 5, à savoir au moins deux mille fibres creuses 5, par exemple entre 2000 et 6000 fibres creuses 5. En particulier, le nombre de fibres creuses 5 peut être compris entre 3500 et 6000, de préférence autour de 5000. Selon un exemple d’application, la surface d’échange est de l’ordre de 4m ² à 5m ² .

Comme dit précédemment, les fibres creuses 5 présentent chacune un diamètre interne compris entre 0,6mm et 1 mm. Ce diamètre interne est avantageux pour améliorer le rendement de l’échangeur thermique 1 tel qu’un radiateur lorsque le nombre de fibres creuses 5 est compris 2000 et 6000.

Pour un échangeur thermique 1 tel qu’un radiateur selon le premier mode de réalisation, les fibres creuses 5 présentent chacune un diamètre interne de préférence compris entre 0,6mm et 0,9mm, et en particulier de l’ordre de 0,8mm ou égal à 0,8mm. À titre d’exemple non limitatif, pour 6000 ou environ 6000 fibres creuses 5, l’échangeur thermique 1 tel qu’un radiateur, présente un rendement optimisé avec des fibres creuses 5 de diamètre interne entre 0,7mm et 0,8mm. De plus, les portions des fibres creuses 5, qui sont hors des boîtes collectrices 7, sont libres, c’est-à-dire qu’elles ne sont pas encapsulées dans un matériau ou une plaque, et peuvent donc être directement en contact avec le flux d’air traversant le faisceau d’échange thermique 3.

L’échangeur thermique 1 , plus précisément le faisceau d’échange thermique 3, peut comporter en outre deux joues 9, agencées de part et d’autre de l’ensemble des fibres creuses 5.

Par ailleurs, chaque boîte collectrice 7 peut comporter un corps collecteur creux 1 1 , comme schématisé sur les figures 2 à 4. Le corps collecteur creux 1 1 est par exemple de forme générale allongée ou longitudinale. Il s’étend de façon transversale (selon l’axe T) par rapport à l’axe longitudinal L des fibres creuses 5.

Selon le mode de réalisation particulier illustré sur les figures 2 à 4, le corps collecteur creux 1 1 comporte deux parois 13 en vis-à-vis, agencées à une distance prédéfinie l’une de l’autre, de façon à définir entre elles une cavité du corps collecteur creux 1 1 . Il s’agit de parois inférieure et supérieure en référence à la disposition des éléments sur les figures 2 à 4.

Chaque paroi 13 présente une pluralité d’orifices 15 pour le passage des extrémités des fibres creuses 5 à l’état assemblé de l’échangeur thermique 1 . Seules quelques fibres creuses 5 et quelques orifices 15 sont représentés sur les figures 2 à 4 pour des raisons de clarté.

La forme de ces orifices 15 est complémentaire à la forme des extrémités des fibres creuses 5. Ces orifices 15 permettent d’arranger les fibres creuses 5 en faisceau. Chaque fibre creuse 5 peut donc traverser individuellement le corps collecteur creux 1 1 pour déboucher dans l’espace intérieur de la boîte collectrice 7, de sorte que les fibres creuses 5 peuvent toutes être de même longueur. Les fibres creuses 5 peuvent donc être toutes identiques.

Les deux parois 13 trouées destinées à être traversées par les fibres creuses 5 sont par exemple deux parois longitudinales. Toute autre forme de corps collecteur creux 1 1 peut être envisagée. Le corps collecteur creux 1 1 peut être réalisé d’une seule pièce monobloc comme représenté sur les figures 2 et 3. Autrement dit, les deux parois 13 trouées de façon à être traversées par les fibres creuses 5 font partie d’un même composant.

En variante, le corps collecteur creux 1 1 peut être formé par l’assemblage d’au moins deux parties. Par exemple, le corps collecteur creux 1 1 peut comporter deux parois 13 distinctes chacune munie d’une pluralité d’orifices 15, assemblées l’une à l’autre, comme schématisé sur la figure 4. Les deux parois 13 trouées sont agencées en vis-à-vis et avec une distance prédéfinie l’une de l’autre, de façon à définir entre elles la cavité du corps collecteur creux 1 1 .

La hauteur du corps collecteur creux 1 1 , c’est-à-dire dans la direction dans laquelle il est traversé par les fibres creuses 5, est faible, à savoir de l’ordre de quelques millimètres. Ce corps collecteur creux 1 1 est donc suffisamment étroit pour que la longueur de fibres creuses 5 le traversant soit courte et suffisamment rigide.

En variante ou en complément, on peut envisager que les extrémités des fibres creuses 5 présentent une rigidité supérieure au reste des fibres creuses 5. Ceci peut être obtenu de façon non limitative à l’aide d’aiguilles de guidage (non représentées) prévues aux extrémités des fibres creuses 5, par exemple à l’intérieur des extrémités, sans les obturer. De telles aiguilles de guidage traversent le corps collecteur creux 1 1 et maintiennent les fibres creuses 5 lors de l’assemblage au corps collecteur creux 1 1 .

À l’état assemblé de l’échangeur thermique 1 , un matériau d’étanchéité 17 est agencé autour des portions de fibres creuses 5 qui sont reçues à l’intérieur du corps collecteur creux 1 1 , plus précisément les encapsule. Les fibres creuses 5 sont maintenues à l’intérieur du corps collecteur creux 5 creux par ce matériau d’étanchéité 17.

Ce matériau d’étanchéité 17 peut par exemple être, au moins temporairement, dans un état fluide ou visqueux de façon à être injecté ou coulé dans la cavité du corps collecteur creux 1 1 . 11 s’agit par exemple d’une résine qui est liquide lorsqu’elle est injectée ou coulée, avant d’être polymérisée.

Pour ce faire, le corps collecteur creux 1 1 comporte au moins une ouverture 19 pour permettre d’injecter ou de couler le matériau d’étanchéité 17 après insertion des fibres creuses 5 dans les deux parois 13 opposées du corps collecteur creux 1 1 .

Dans les exemples des figures 2 à 4, une seule ouverture 19 est prévue à une extrémité longitudinale du corps collecteur creux 1 1 . L’extrémité longitudinale opposée du corps collecteur creux 1 1 peut être fermée. Le matériau d’étanchéité 17 peut ainsi être injecté ou coulé dans l’épaisseur du corps collecteur creux 1 1 . Un tel assemblage peut être réalisé de façon simple sans nécessiter d’outillage très spécifique. En outre, l’injection se faisant sur le côté du corps collecteur creux 1 1 , et donc à une extrémité du faisceau d’échange thermique 3, comme dans les exemples illustrés sur les figures 2 à 4, cela n’impacte pas la densité du faisceau de fibres creuses 5. En effet, il n’est pas nécessaire de prévoir dans le faisceau d’échange thermique 3 une partie dépourvue de fibres creuses 5, par exemple au milieu du faisceau d’échange thermique 3, pour permettre l’injection du matériau d’étanchéité 17.

Le matériau d’étanchéité 17 permet ainsi de noyer les portions de fibres creuses 5 à l’intérieur de la cavité du corps collecteur creux 1 1 sans en obturer les extrémités. Le matériau d’étanchéité 17 assure à la fois le maintien des fibres creuses 5 et l’étanchéité. En outre, le matériau d’étanchéité 17 encapsulant chaque portion de fibre creuse 5 individuellement, permet de maintenir un écart entre les fibres creuses 5, évitant ainsi qu’elles ne se touchent, de façon à maximiser la surface d’échange thermique.

Par ailleurs, chaque boîte collectrice 7 peut comporter un couvercle 20 représenté de façon schématique sur la figure 1 .

Le couvercle 20 peut par exemple venir coiffer un corps collecteur creux 1 1 associé, comme décrit en référence aux figures 2 à 4, pour fermer la boîte collectrice 7. Chaque couvercle 20 est assemblé au corps collecteur creux 1 1 associé, de sorte que les extrémités des fibres creuses débouchent dans l’espace intérieur délimité entre le couvercle 20 et le corps collecteur creux 1 1 . Le corps collecteur creux 1 1 et le couvercle 20 peuvent être assemblés mécaniquement, par exemple par sertissage. Le corps collecteur creux 1 1 peut comporter à cet effet sur sa périphérie des éléments d’assemblage mécanique, tels que des dents de sertissage 21 (figures 2 et 4) destinées à se plier sur un pied de couvercle (non représenté) à l’assemblage de la boîte collectrice 7. Les moyens d’assemblage mécanique tels que les dents de sertissage 21 peuvent par exemple être prévus sur des bords relevés d’une des parois 13 trouées du corps collecteur creux, comme représenté sur la figure 4.

Ainsi, pour l’assemblage de l’échangeur thermique 1 , les fibres creuses 5 peuvent être assemblées à chaque corps collecteur creux 1 1 puis le matériau d’étanchéité 17 tel qu’une résine peut être injectée, et enfin le couvercle 20 peut être assemblé au corps collecteur creux 1 1 par exemple par sertissage.

Selon une alternative non représentée, la boîte collectrice 7 peut présenter une forme générale parallélépipédique, avec une face amovible de façon à permettre l’assemblage, par exemple le collage des fibres creuses 5. Cette face amovible peut ensuite être solidarisée au reste de la boîte collectrice pour former la cavité qui reçoit le fluide caloporteur.

Deuxième mode de réalisation :

Les figures 5 à 8 illustrent de façon schématique un échangeur thermique 101 selon un deuxième mode de réalisation. Seules les différences par rapport au premier mode de réalisation sont détaillées ci-après.

L’échangeur thermique 101 selon le deuxième mode de réalisation est par exemple configuré pour refroidir le deuxième fluide destiné à le traverser. Dans ce cas, le premier fluide caloporteur est un fluide réfrigérant provenant par exemple d’une boucle de climatisation du véhicule automobile. Le fluide réfrigérant est destiné à refroidir le deuxième fluide, tel qu’un flux d’air, lorsqu’il traverse l’échangeur thermique 101 comme schématisé par les flèches F. L’échangeur thermique 101 est par exemple un évaporateur.

Pour une telle application, le faisceau d’échange thermique 103 comprend par exemple deux mille ou moins de deux mille fibres creuses 105, de diamètre interne compris entre 0,6mm et 1 mm, dans lesquelles est destiné à s’écouler le fluide réfrigérant et entre lesquelles le deuxième fluide à refroidir, tel qu’un flux d’air, est destiné à circuler. Sur les figures 5 à 8, seules quelques fibres creuses 105 sont représentées pour plus de clarté.

Le faisceau d’échange thermique 103 comprend notamment entre trois cents et deux mille fibres creuses 105, et en particulier cinq cents ou autour de cinq cents fibres creuses 105. Le faisceau d’échange thermique 103 obtenu peut représenter un faible volume, notamment par rapport aux faisceaux d’échange thermique connus de l’art antérieur, de sorte que les dimensions et l’encombrement de l’évaporateur selon ce deuxième mode de réalisation peuvent être réduits par rapport aux évaporateurs de l’art antérieur. On peut aussi prévoir de conserver les dimensions d’un évaporateur classique, par exemple pour réduire les pertes de charge du côté du flux d’air.

L’entrée et la sortie du fluide réfrigérant peuvent être prévues d’un même côté du faisceau d’échange thermique 103.

L’échangeur thermique 101 comporte au moins une boîte collectrice 107. Dans les exemples illustrés sur les figures 5 et 6, l’échangeur thermique 101 comporte deux boîtes collectrices 107 disposées d’un même côté du faisceau d’échange thermique 103. La ou les boîtes collectrices 107 sont destinées à être raccordées avec des tubulures (non représentées) pour l’entrée et la sortie du fluide réfrigérant.

La ou les boîtes collectrices 107 peuvent être prévues pour réunir les fibres creuses 105 (voir figures 5, 6) de sorte que leurs extrémités débouchent dans les tubulures (non représentées) pour l’entrée et la sortie du fluide réfrigérant. En alternative, le fluide réfrigérant peut être destiné à circuler dans la ou les boîtes collectrices 107, qui permettent alors de distribuer le fluide réfrigérant dans les fibres creuses 105 ou de collecter le fluide réfrigérant ayant parcouru les fibres creuses 105.

Selon un exemple de réalisation schématisé sur la figure 7, l’échangeur thermique 101 peut comporter une boîte collectrice 107 dans laquelle est agencée une cloison 108 permettant de compartimenter, de façon étanche, la boîte collectrice 107 avec une partie ou compartiment 107a pour l’entrée du fluide réfrigérant et sa distribution dans les fibres creuses 105 et une partie ou compartiment 107b pour la collecte du fluide réfrigérant ayant circulé dans les fibres creuses 105 et sa sortie hors de l’échangeur thermique 101 . Les extrémités des fibres creuses 105 débouchent alors chacune dans un compartiment 107a, 107b de la boîte collectrice 107, de façon à pouvoir être parcourues par le fluide réfrigérant.

Selon l’une ou l’autre de ces variantes, le faisceau d’échange thermique 103 est dépourvu d’intercalaires, contrairement aux solutions connues d’évaporateur de l’art antérieur pour améliorer le transfert calorifique entre le flux d’air et le fluide réfrigérant.

Le faisceau d’échange thermique 103 peut être configuré pour une circulation du fluide réfrigérant en une ou plusieurs passes, par exemple entre une et six passes. La distribution du fluide réfrigérant dans les fibres creuses 105 est améliorée par rapport aux solutions connues d’évaporateur de l’art antérieur, ce qui permet de réduire le nombre de passes. Ainsi, les fibres creuses 105 peuvent être réparties pour une circulation du fluide réfrigérant entre deux et quatre passes, notamment en deux passes. Une telle configuration est plus simple à gérer qu’une circulation en six passes ou plus et produit moins de pertes de charges.

Dans l’exemple illustré sur les figures 5 à 7, les fibres creuses 105 sont disposées pour permettre une circulation en deux passes du fluide réfrigérant, dite circulation en « U ». Une telle circulation en « U » ou en plus de deux passes, permet de créer moins de pertes de charge avec les connectiques pour l’entrée et la sortie du fluide réfrigérant au même endroit. Pour ce faire, les fibres creuses 105 réalisent un demi-tour du côté opposé aux boîtes collectrices 107 (figures 5, 6) ou à la boîte collectrice 107 compartimentée (figure 7).

D’autres configurations pour la circulation du fluide réfrigérant sont envisageables.

Par ailleurs, les fibres creuses 105 peuvent présenter des longueurs de l’ordre de 400mm à 1500mm. Par exemple de façon non limitative, on peut prévoir autour de mille fibres creuses de 1000mm ou autour de deux mille fibres creuses de 500mm.

Les fibres creuses 105 peuvent être de longueurs différentes comme dans les exemples des figures 5 et 6, ou de même longueur comme dans les exemples des figures 7 et 8. Selon le cas, l’intégration des fibres creuses 105 dans la ou les boîtes collectrices 107 est différente.

Plus précisément, selon une première variante illustrée sur les figures 5 et 6, les fibres creuses 105 peuvent être toutes réunies à leurs extrémités. Chaque paquet d’extrémités de fibres creuses 105 est agencé de façon à déboucher dans une tubulure d’entrée ou de sortie (non représentée) de fluide réfrigérant. Pour ce faire, un paquet d’extrémités de fibres creuses 105 est agencé à l’entrée d’une boîte collectrice 107 et l’autre paquet d’extrémités de fibres creuses 105 est agencé à la sortie d’une autre ou de la même boîte collectrice 107. L’échangeur thermique 101 comporte avantageusement à cet effet au moins un organe de maintien 123 des extrémités des fibres creuses 105, par exemple réalisé sous forme de plaque. Cet organe de maintien 123 tel qu’une plaque est agencé à l’entrée ou la sortie de la boîte collectrice 107 à l’interface avec la tubulure d’entrée ou de sortie (non représentée). Les fibres creuses 105 s’étendent chacune dans la boîte collectrice 107, après l’entrée, respectivement la sortie, jusqu’à atteindre l’endroit où sortir de la boîte collectrice 107, via un orifice (non représenté) tel qu’une rainure ou un trou circulaire par exemple. Une telle configuration présente l’avantage d’avoir une distribution homogène du fluide réfrigérant dans les fibres creuses 105. En effet, toutes les fibres creuses 105 sont raccordées au même endroit à la tubulure d’entrée (non représentée), de sorte qu’elles sont toutes alimentées de la même façon. Cette solution nécessite des longueurs de fibres creuses 105 différentes. Enfin, cette solution permet de réduire avantageusement la masse de l’ensemble de l’évaporateur.

L’étanchéité peut être assurée à l’intérieur de la boîte collectrice 107, ou en variante à l’interface entre la tubulure d’entrée ou de sortie (non représentée) de fluide réfrigérant et la boîte collectrice 107.

Selon une deuxième variante schématisée sur la figure 7, les fibres creuses 105 peuvent déboucher individuellement en étant réparties le long de la boîte collectrice 107. Une telle configuration présente une simplicité de mise en oeuvre. Cette solution permet d’avoir une même longueur pour toutes les fibres creuses 105. L’étanchéité doit être assurée à l’interface de chaque fibre creuse 105 et de la boîte collectrice 107. Pour ce faire, la boîte collectrice 107 peut de façon similaire à la boîte collectrice 7 décrite dans le premier mode de réalisation, comporter un corps collecteur creux 1 1 1 destiné à être assemblé à un couvercle 120. Comme décrit précédemment en référence aux figures 2 à 4, le corps collecteur creux 1 1 1 est traversé par les extrémités des fibres creuses 105 et un matériau d’étanchéité 17 peut injecté ou coulé dans le corps collecteur creux 1 1 1 pour venir encapsuler les portions de fibres creuses 105 à l’intérieur de la cavité du corps collecteur creux 1 1 1 . Cette variante similaire au premier mode de réalisation n’est pas décrite plus en détail.

Une troisième variante schématisée sur la figure 8 est une solution hybride entre les première et deuxième variantes. Selon cette troisième variante, des fibres creuses 105 de même longueur peuvent être réunies à leurs extrémités qui sont placées en entrée ou en sortie de la boîte collectrice. Les fibres creuses 105 s’étendent chacune dans la boîte collectrice 107, après l’entrée, respectivement la sortie, jusqu’à atteindre l’endroit où sortir de la boîte collectrice 107. Pour ce faire, la longueur des fibres creuses 105 est choisie suffisamment longue pour atteindre le point le plus éloigné, ce qui correspond à la fibre creuse 105 schématisée tout à droite sur la figure 8. On prévoit en outre un retour de chaque fibre creuse 105 à l’intérieur de la boîte collectrice 107 avant de quitter la boîte collectrice 107. Ceci est schématisé par les boucles 106 formées par les fibres 105 à l’intérieur de la boîte collectrice 107. Afin d’éviter que les fibres creuses 105 ne soient distendues à l’intérieur de la boîte collectrice 107, on peut prévoir un ou plusieurs organes de maintien (non représentés) des fibres creuses 105 disposés à l’intérieur de la boîte collectrice 107, tels que des grilles de maintien traversées par les fibres creuses 105.

Par ailleurs, quelle que soit la variante de réalisation pour l’assemblage des fibres creuses 105 à la boîte collectrice 107, l’échangeur thermique 101 comporte avantageusement au moins un organe de mise en tension des fibres creuses 105. Ceci permet d’éviter que les fibres creuses 105 ne soient soumises au phénomène de résonance.

Selon les exemples de réalisation des figures 6 et 7, cette mise en tension peut être réalisée à l’aide d’au moins un axe 125. Il s’agit notamment d’un axe 125 cylindrique. Dans les exemples illustrés sur les figures 6 et 7, un seul axe 125 est prévu.

Avec un agencement des fibres creuses 105 permettant une circulation en « U », un tel axe 125 est agencé du côté du faisceau d’échange thermique 103 qui est opposé aux entrée et sortie de fluide réfrigérant. L’axe 125 s’étend de façon transversale par rapport à l’axe longitudinal L des fibres 105.

Les fibres creuses 105 peuvent ainsi réaliser un demi-tour autour de cet axe 125. L’axe 125 présente un diamètre suffisant pour ne pas être en dessous du rayon de courbure des fibres creuses 105, par exemple un diamètre d’au moins 5mm.

L’échangeur thermique 101 , plus précisément le faisceau d’échange thermique 103, peut comporter des joues 109 de part et d’autre de l’ensemble des fibres creuses 105 du faisceau d’échange thermique 103. Ces joues 109 peuvent être configurées pour maintenir l’axe 125. À cet effet, chaque extrémité de l’axe 125 peut être insérée dans une ouverture 1 10 complémentaire prévue sur la joue 109 correspondante. L’extrémité de l’axe 125 peut être montée serrée dans l’ouverture 1 10 de la joue 109 (voir figure 6) ou en variante avec un jeu (voir figure 7).

En variante ou en complément, les organes de mise en tension peuvent comporter en outre un ou plusieurs organes de compensation élastiques 127. Le ou les organes de compensation élastiques 127 sont configurés pour compenser une dilatation ou rétractation des fibres creuses 105 en fonctionnement de l’évaporateur, du fait de la température et/ou pression interne, par exemple lorsque le fluide réfrigérant circule dans les fibres creuses 105, abaissant fortement la température. Ceci permet d’éviter la casse des fibres creuses 105 en fonctionnement.

Pour ce faire, le ou les organes de compensation élastiques 127 sont disposés en liaison d’une part avec la ou l’une des boîtes collectrices 107 et d’autre part avec au moins un élément du faisceau d’échange thermique 103. Selon un exemple de réalisation schématisé sur la figure 6, le ou les organes de compensation élastiques 127 sont disposés en liaison avec une boîte collectrice 107 et une joue 109. Selon un autre exemple de réalisation schématisé sur la figure 7, le ou les organes de compensation élastiques 127 sont disposés en liaison avec une boîte collectrice 107 et l’axe 125. Dans ce cas, les joues 109 sont fixes par rapport à la boîte collectrice 107 ou aux boîtes collectrices 107, et la mise en tension est réalisée en jouant sur le positionnement de l’axe 125.

L’organe de compensation élastique 127 est par exemple réalisé sous forme d’un ressort, tel qu’un ressort hélicoïdal. De tels ressorts permettent de tendre et de garder les fibres creuses 105 en tension, évitant ainsi les éventuelles vibrations et un phénomène de résonnance. D’autres variantes sont envisageables, par exemple comme une ou plusieurs lames élastiques ou encore un matériau à mémoire de forme.

Troisième mode de réalisation :

Un troisième mode de réalisation est illustré sur les figures 9 et 10. Selon ce troisième mode de réalisation, l’échangeur thermique comporte en outre un moyen de stockage thermique. Il peut s’agir en particulier d’un échangeur thermique 1 ou 101 selon l’un ou l’autre des modes de réalisation précédemment décrit.

Les figures 9 et 10 illustrent un échangeur thermique 101 , tel qu’un évaporateur, selon le deuxième mode de réalisation, et comportant en outre le moyen de stockage thermique. Les caractéristiques de l’échangeur thermique 101 telles que décrites en référence aux figures 5 à 8 s’appliquent à ce troisième mode de réalisation et ne sont pas décrites de nouveau.

Le moyen de stockage thermique est configuré pour stocker de l’énergie, en particulier de la fraîcheur, de façon à pouvoir la restituer si besoin. On réalise ainsi un échangeur inertiel tel qu’un évaporateur.

L’échangeur thermique 101 tel un évaporateur avec un moyen de stockage thermique est en particulier avantageux pour une application permettant de maintenir une température dans l’habitacle fraîche, par exemple autour de 15°C, en cas d’arrêt automatique du moteur lorsque la voiture s’immobilise, notamment à un feu tricolore ou à un stop, entraînant l’arrêt du fonctionnement de l’installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation.

Le moyen de stockage thermique peut être réalisé par des fibres creuses additionnelles 129 configurées pour recevoir un matériau à changement de phase connu sous le sigle PCM pour « Phase Change Material » en anglais. Les fibres creuses additionnelles 129 sont dénommées par la suite fibres PCM 129. Seules quelques fibres PCM 129 sont représentées sur les figures 9 et 10 pour des raisons de clarté.

Selon un exemple de réalisation, les fibres PCM 129 peuvent être disposées selon un arrangement régulier, par exemple selon un schéma constant. Les fibres PCM 129 peuvent être agencées parallèlement les unes aux autres. Les fibres PCM 129 peuvent s’étendre de façon parallèle ou non aux fibres creuses 105. Selon un autre exemple de réalisation non représenté, les fibres PCM 129 peuvent être disposées de façon irrégulière, voire en s’entremêlant. L’échangeur thermique 101 peut éventuellement comporter un ou plusieurs organes de maintien de ces fibres PCM 129.

Les fibres PCM 129 sont par exemple de section circulaire. Les fibres PCM 129 peuvent être de dimensionnement similaire aux fibres creuses 105 dans lesquelles est destiné à circuler le premier fluide caloporteur. En particulier, les fibres PCM 129 peuvent présenter chacune un diamètre interne compris entre 0,6mm et 1 mm. En variante, les fibres PCM 129 peuvent être dimensionnées différemment. À titre d’exemple non limitatif, les fibres PCM 129 peuvent présenter un diamètre interne supérieur, par exemple autour de 4mm.

Les fibres PCM 129 peuvent être isolées du circuit réfrigérant, c’est-à- dire qu’elles ne sont pas en communication fluidique avec les fibres creuses 105 ou la ou les boîtes collectrices 107.

Les fibres PCM 129 peuvent être remplies et étanchéifiées séparément. Les extrémités des fibres PCM 129 peuvent être fermées, par exemple de façon non limitative par collage. Les fibres PCM 129 peuvent ensuite être rapportées dans le faisceau d’échange thermique 103. En particulier, les extrémités des fibres PCM 129 peuvent être fixées à la boîte collectrice 107 ou l’une des boîtes collectrices 107, par exemple celle agencée le plus en aval par rapport au sens d’écoulement du flux d’air lorsque les deux boîtes collectrices 107 sont agencées du même côté. Les extrémités des fibres PCM 129 peuvent être fixées, par exemple par collage, sur une paroi externe de la boîte collectrice 107, comme schématisé sur la figure 9.

En variante, l’échangeur thermique 101 peut comporter au moins un conduit ou réservoir 131 (voir figure 10) auquel les fibres PCM 129 peuvent être raccordées et configuré pour recevoir le matériau à changement de phase de façon à permettre le remplissage des fibres PCM 129. L’étanchéité des fibres PCM 129 peut alors se faire de façon collective.

Le conduit 131 est par exemple adjacent à l’une des boîtes collectrices 107, par exemple celle agencée le plus en aval par rapport au sens d’écoulement du flux d’air lorsque les deux boîtes collectrices 107 sont agencées du même côté. Le conduit 131 peut s’étendre de façon parallèle à la boîte collectrice 107. Le conduit 131 peut être fixé à la boîte collectrice 107 par exemple par brasage, et peut à cet effet être réalisé dans une matière métallique telle que de l’aluminium.

Dans l’exemple de la figure 10, seul un conduit 131 est prévu. Cette solution nécessite de faire le vide avant remplissage. Les deux extrémités de chaque fibre PCM 129 débouchent dans un conduit 131 commun. Selon une variante non représentée, l’échangeur thermique 101 peut comporter deux conduits 131 pour remplir les fibres PCM 129 via un écoulement du matériau à changement de phase d’un conduit 131 à l’autre au travers des fibres PCM 129. Dans ce cas, chaque extrémité des fibres PCM 129 est reliée à un conduit 131 .

Le matériau à changement de phase dans les fibres PCM 129 est en particulier capable d’emmagasiner des frigories, ou des calories, et à restituer les frigories, ou calories, emmagasinées au flux d’air à destination de l’habitacle traversant les fibres PCM 129. La restitution peut se produire notamment lors d’un arrêt de l’installation de refroidissement et/ou chauffage et/ou ventilation et/ou climatisation, et donc d’un arrêt de l’échangeur thermique 101 , qui est dans cet exemple un évaporateur apte à refroidir le flux d’air. Dans ce cas particulier, les fibres PCM 129 font office d’un dispositif de refroidissement du flux d’air à destination de l’habitacle, annexe à l’évaporateur.

À titre d’exemple, dans le cas d’un évaporateur, la température de changement de phase peut être comprise entre 0°C et 15°C, de préférence être de 10°C ou environ. Un tel matériau à changement de phase peut céder de l’énergie calorifique en passant en phase solide et prélever de l’énergie calorifique en passant en phase liquide.

À cet effet, les fibres PCM 129 sont avantageusement agencées en aval des fibres creuses 105 selon le sens d’écoulement du flux d’air schématisé par les flèches F. Les fibres PCM 129 sont agencées de sorte que le flux d’air à destination de l’habitacle circule également entre les fibres PCM 129 après avoir circulé autour des fibres creuses 105. Ceci permet d’échanger efficacement de l’énergie avec le flux d’air pour améliorer le confort de l’utilisateur notamment en cas d’arrêt de l’installation.

Ainsi, en fonctionnement de l’échangeur thermique 101 tel un évaporateur, le fluide réfrigérant circulant dans les fibres creuses 105 refroidit le flux d’air à destination de l’habitacle traversant le faisceau d’échange thermique 103. Le flux d’air refroidi au contact des fibres creuses 105 circule ensuite entre les fibres PCM 129 pour refroidir à son tour le matériau à changement de phase dans les fibres PCM 129. Autrement dit, le matériau à changement de phase cède de l’énergie calorifique au flux d’air.

En cas d’arrêt du moteur du véhicule, par exemple, le matériau à changement de phase dans les fibres PCM 129 peut restituer le froid (plus précisément des frigories) au flux d’air traversant l’échangeur thermique 101 , plus précisément le matériau à changement de phase prélève de l’énergie calorifique au flux d’air. On augmente ainsi l’inertie de l’échangeur thermique 101 pour maintenir le refroidissement du flux d’air, sans remettre en marche le compresseur d’une boucle de climatisation de l’installation par exemple. En variante ou en complément, les fibres PCM 129 peuvent compléter le refroidissement du flux d’air ayant traversé les fibres creuses 105.

Quatrième mode de réalisation :

Les figures 1 1 et 12 illustrent de façon schématique un quatrième mode de réalisation. Seules les différences par rapport au deuxième mode de réalisation sont détaillées ci-après.

Selon le quatrième mode de réalisation, l’échangeur thermique 201 est un refroidisseur de liquide, dit « chiller » en anglais. Dans ce cas, le deuxième fluide est par exemple un liquide de refroidissement, tel qu’un mélange d’eau et de glycol.

Un tel échangeur thermique 201 est généralement interposé entre un circuit du premier fluide caloporteur, tel le fluide réfrigérant, et un circuit du deuxième fluide tel le liquide de refroidissement. Le circuit du premier fluide caloporteur peut faire partie d’une boucle de climatisation utilisée pour refroidir l’air de l’habitacle du véhicule automobile. Le circuit du deuxième fluide peut faire partie d’une boucle de régulation thermique d’un composant électrique et/ou électronique susceptible de dégager de la chaleur lors de leur fonctionnement, tel qu’une batterie, un module de batteries ou éléments de stockage d’énergie électrique.

L’échangeur thermique 201 est aussi appelé échangeur à double circulation de fluide, c’est-à-dire qu’il définit une enceinte fermée destinée à être parcourue par les deux fluides, à savoir ici le fluide réfrigérant et le liquide de refroidissement. Pour ce faire, l’échangeur thermique 201 comporte un boîtier 202 ou carter dans lequel le faisceau d’échange thermique 203 est agencé. Le boîtier 202 peut présenter une forme générale parallélépipédique, de cuve ou d’enceinte. Dans l’exemple particulier de la figure 1 1 ou 12, le boîtier 202 est de forme générale parallélépipédique présentant trois paires de faces opposées 202a, 202b, 202c. Il s’agit d’un boîtier 202 fermé, en dehors des entrées et sorties des deux fluides, et non ouvert de façon à être traversé par un flux d’air comme dans les premier, deuxième et troisième modes de réalisation précédemment décrits.

Le boîtier 202 comporte au moins quatre ouvertures ou connectiques telles que des tubulures, pour les entrées et sorties des deux fluides, respectivement configurées pour être raccordées au circuit du fluide correspondant.

Plus précisément, le boîtier 202 comporte au moins deux ouvertures ou connectiques 204 pour l’entrée et la sortie du premier fluide tel le fluide réfrigérant, dont la circulation est schématisée par les flèches F1 , et destinées à être raccordées au circuit du fluide réfrigérant. L’entrée et la sortie 204 du fluide réfrigérant peuvent par exemple être prévues sur une même face, par exemple 202b, du boîtier 202.

Le boîtier 202 comporte également au moins deux ouvertures ou connectiques 206 pour l’entrée et la sortie du deuxième fluide tel le liquide de refroidissement, dont la circulation est schématisée par les flèches F2, et destinées à être raccordées au circuit du liquide de refroidissement.

En outre, les ouvertures ou connectiques 204 pour le fluide réfrigérant et 206 pour le liquide de refroidissement peuvent être agencées sur des faces différentes du boîtier 202 comme dans l’exemple de la figure 1 1 , en variante au moins une ouverture ou connectique 204 pour le fluide réfrigérant et au moins une ouverture ou connectique 206 pour le liquide de refroidissement peuvent être agencées sur une même face du boîtier 202, voire toutes les ouvertures ou connectiques 204 et 206 peuvent être agencées sur la même face du boîtier 202, par exemple une même face 202a comme dans l’exemple de la figure 12. Selon l’agencement des ouvertures ou connectiques 204 et 206, les deux fluides peuvent circuler à co-courant au sein du boîtier 202, ou en variante, à contre-courant, comme schématisé par les flèches F1 et F2 sur la figure 1 1 .

Le faisceau d’échange thermique 203 comprend par exemple moins de deux mille fibres creuses 205, notamment entre trois cents et deux mille fibres creuses 205 de diamètre interne compris entre 0,6mm et 1 mm, dans lesquelles est destiné à s’écouler le fluide réfrigérant et entre lesquelles le liquide de refroidissement est destiné à circuler. Sur les figures 1 1 et 12, seules quelques fibres creuses 205 sont représentées pour plus de clarté.

Les fibres creuses 205 peuvent être de longueurs différentes ou de même longueur. Les fibres creuses 205 peuvent présenter des longueurs de l’ordre de 150mm à 400mm, par exemple on peut prévoir de façon non limitative cinq cents fibres creuses 205 de 340mm ou mille fibres creuses 205 de 170mm.

Les extrémités de chaque fibre creuse 205 débouchent l’une dans l’orifice ou la connectique 204 pour l’entrée du fluide réfrigérant et l’autre dans l’orifice ou la connectique 204 pour la sortie du fluide réfrigérant. Pour des raisons de clarté, les extrémités des fibres creuses 205 rassemblées pour déboucher au niveau des connectiques 204 ne sont pas illustrées sur la figure 12. L’étanchéité peut être assurée au niveau des connectiques 204 pour le fluide réfrigérant. Lorsque le liquide de refroidissement circule dans l’échangeur thermique 201 , les fibres creuses 205 sont alors immergées ou baignent dans ce liquide de refroidissement.

En variante, on peut envisager que le fluide s’écoulant à l’intérieur des fibres creuses 205 soit le liquide de refroidissement, et que le fluide réfrigérant circule entre les fibres creuses 205. La solution précédente selon laquelle le fluide réfrigérant s’écoule à l’intérieur des fibres creuses 205 est plus avantageuse, du fait de la pression du fluide réfrigérant. En effet, dans ce cas les fibres creuses 205 maintiennent plus efficacement les forces de pression mises en jeu, correspondant à la pression multipliée par la surface, car la surface interne des fibres creuses 205 est plus petite que la surface externe.

Les fibres creuses 205 peuvent être réparties pour une circulation du premier fluide tel le fluide réfrigérant en une ou plusieurs passes. Dans l’exemple de la figure 1 1 , les fibres creuses 205 permettent une circulation en une passe dite en « I ». En variante, comme illustré sur la figure 12, les fibres creuses 205 sont disposées pour permettre une circulation en deux passes du fluide réfrigérant, dite circulation en « U ». Pour ce faire, les fibres creuses 205 réalisent un demi-tour au sein du boîtier 202 du côté opposé aux ouvertures ou connectiques 204 pour l’entrée et la sortie du fluide réfrigérant.

Pour une telle configuration en deux passes du fluide réfrigérant, le deuxième fluide tel le liquide de refroidissement destiné à s’écouler à l’intérieur du boîtier 202 peut également suivre une circulation dite en « U ». À cet effet, l’échangeur thermique 201 peut comporter au moins une cloison de séparation 233 agencée à l’intérieur du boîtier 202, de façon à définir deux passes du liquide de refroidissement, à co-courant ou en variante à contre-courant par rapport au fluide réfrigérant. Cette cloison de séparation 233 peut s’étendre au sein du boîtier 202 entre les parois internes des deux faces 202c opposées en venant également en appui contre la paroi interne de la face 202a présentant les ouvertures ou connectiques 206 d’entrée et de sortie du liquide de refroidissement en étant entre ces dernières. Du côté opposé aux ouvertures ou connectiques 206, c’est-à-dire au niveau de l’autre face 202a, la cloison de séparation 233 se termine à une distance prédéfinie de la paroi interne du boîtier 202, de façon à permettre le demi-tour du liquide de refroidissement. La cloison de séparation 233 se trouve également à l’intérieur des boucles formées par les fibres creuses 205 en réalisant le demi-tour pour la circulation en « U ».

Comme pour le deuxième mode de réalisation, l’échangeur thermique 201 comporte avantageusement au moins un organe de mise en tension des fibres creuses 205.

Selon un exemple de réalisation illustré sur la figure 12, cette mise en tension peut être réalisée à l’aide d’une ou plusieurs grilles de maintien 235. En particulier, au moins deux grilles de maintien 235 peuvent être agencées à distance l’une de l’autre, et les fibres creuses 205 s’étendent entre ces grilles 235. Les grilles de maintien 235 sont traversées par les fibres creuses 205 en les maintenant et en garantissant le pas entre les fibres creuses 205. Par ailleurs, lorsque la cloison de séparation 233 est prévue, la ou les grilles de maintien 235 peuvent être maintenues entre une paroi interne du boîtier 202 et cette cloison de séparation 233. En outre, dans la configuration des fibres creuses 205 permettant une circulation en « U » du fluide réfrigérant, l’une des grilles de maintien 235 peut être agencée, au niveau du demi-tour des fibres creuses 205, du côté opposé aux connectiques 204 d’entrée et sortie de fluide réfrigérant.

En variante ou en complément, pour la mise en tension des fibres creuses 205, on peut prévoir un axe (non représenté sur la figure 12), similaire à l’axe 125 décrit en référence aux figures 6 et 7 du deuxième mode de réalisation, agencé du côté opposé aux entrée et sortie 204 de fluide réfrigérant, autour duquel les fibres creuses 205 peuvent réaliser leur demi- tour.

Contrairement au deuxième mode de réalisation, l’axe 125 (non représenté) ne traverse pas de parois du boîtier 202 pour des raisons d’étanchéité, et ne peut donc pas être prévu mobile, en étant monté avec un jeu dans un orifice complémentaire du boîtier 202. Au contraire, un tel axe (non représenté) s’étend au sein du boîtier 202 entre deux faces opposées, par exemple les faces 202c, et peut être maintenu par ces deux faces opposées. Un tel axe (non représenté) doit, comme précédemment, présenter un diamètre suffisant pour ne pas être en dessous du rayon de courbure des fibres creuses 205, par exemple un diamètre d’au moins 5mm.

Ainsi, un tel échangeur thermique 201 comprenant la pluralité de fibres creuses 205 comme décrit précédemment apte à être immergé dans le liquide de refroidissement, il n’est plus nécessaire de prévoir un empilement de plaques comme dans les solutions de l’art antérieur et les entrées et sorties des deux fluides peuvent être facilement agencées. Une telle configuration permet également de remplacer les conceptions de refroidisseur à tubes et calandre de l’art antérieur. À l’intérieur du boîtier 202 les extrémités des fibres creuses 205 débouchant au niveau des connectiques 204 permettent d’obtenir une répartition uniforme du fluide réfrigérant. En outre, le refroidisseur ainsi obtenu présente une efficacité améliorée par rapport aux solutions connues tout en réduisant la masse et le coût.

Cinquième mode de réalisation :

Un cinquième mode de réalisation est illustré sur la figure 13. Il s’agit d’un mode similaire au troisième mode de réalisation appliqué à l’échangeur thermique 201 tel qu’un refroidisseur selon le quatrième mode de réalisation. Les caractéristiques de l’échangeur thermique 201 telles que décrites en référence aux figures 1 1 et 12 ne sont pas décrites de nouveau. Selon ce cinquième mode de réalisation, l’échangeur thermique 201 comporte en outre un moyen de stockage thermique.

De façon similaire au troisième mode de réalisation, le moyen de stockage thermique est configuré pour stocker de l’énergie, en particulier de la fraîcheur, de façon à pouvoir la restituer si besoin. On réalise ainsi un refroidisseur inertiel.

L’échangeur thermique 201 tel un refroidisseur avec un moyen de stockage thermique peut en particulier être avantageux pour refroidir le liquide de refroidissement utilisé pour refroidir un dispositif de stockage d’énergie électrique tel qu’une batterie, un module de batteries, destiné à être chargé selon une technique de charge dite de charge rapide, sous une tension et un ampérage élevés, en un temps réduit, lorsque le véhicule est à l’arrêt, et qui implique un échauffement du dispositif de stockage électrique.

Un tel échangeur thermique 201 peut également être avantageux pour absorber des pics de température grâce au moyen de stockage thermique ayant un rôle de tampon thermique, par exemple lorsque des charges importantes de chaleur sont à évacuer, sans nécessiter de sur-dimensionner l’échangeur thermique 201 .

De façon similaire au troisième mode de réalisation, le moyen de stockage thermique peut être réalisé par des fibres creuses additionnelles 229 configurées pour recevoir un matériau à changement de phase, nommées par la suite fibres PCM 229.

Les caractéristiques des fibres PCM 229 peuvent être similaires à celles des fibres PCM 129 décrites précédemment en référence au troisième mode de réalisation. Seules les différences sont détaillées ci-après.

Les fibres PCM 229 peuvent être remplies et étanchéifiées séparément et être ensuite disposées à l’intérieur du boîtier 202. En variante, l’échangeur thermique 201 peut comporter au moins un conduit ou réservoir (non représenté) dans lequel peuvent déboucher les extrémités des fibres PCM 229. Un tel conduit (non représenté) peut être fixé au boîtier 202 par exemple par brasage. Comme décrit en référence au troisième mode de réalisation, un seul conduit peut être prévu pour le remplissage des fibres PCM 229 ou en variante deux conduits peuvent être prévus pour remplir les fibres PCM 229 par écoulement du matériau à changement de phase d’un conduit à l’autre.

Les fibres PCM 229 sont avantageusement agencées en aval des fibres creuses 205 selon le sens d’écoulement du liquide de refroidissement schématisé par les flèches F2. Les fibres PCM 229 reçues à l’intérieur du boîtier 202 sont également immergées dans le liquide de refroidissement lorsqu’il circule au sein du boîtier 202. Le liquide de refroidissement s’écoule entre les fibres PCM 229 après avoir traversé les fibres creuses 205. Dans le cas particulier illustré sur la figure 13, d’une circulation en une passe et à contre-courant des fluides, les fibres PCM 229 sont placées à la sortie du liquide de refroidissement, au niveau de l’entrée du fluide réfrigérant, où le liquide de refroidissement est le plus froid.

En alternative, dans le cas d’une circulation en plusieurs passes des fluides, les fibres PCM 229 peuvent être placées dans une passe dédiée, notamment au niveau de la dernière passe du liquide de refroidissement où il est le plus froid. Par exemple, selon une configuration permettant une circulation en « U », notamment comme décrit en référence à la figure 12, les fibres PCM 229 seraient placées au niveau de la seconde passe du liquide de refroidissement en aval des fibres creuses 205.

Les caractéristiques du matériau à changement de phase sont similaires au troisième mode de réalisation à la différence près que l’échange de frigories/calories se fait avec le liquide de refroidissement dans lequel baignent les fibres PCM 229.

Ainsi, en fonctionnement de l’échangeur thermique 201 , le liquide de refroidissement est refroidi au contact des fibres creuses 205 et circule ensuite autour des fibres PCM 229 pour refroidir à son tour le matériau à changement de phase contenues dans ces fibres PCM 229.

En cas d’arrêt du véhicule par exemple, le fluide réfrigérant ne circule plus dans les fibres creuses 205, le liquide de refroidissement qui peut continuer à circuler selon les besoins est alors refroidi en partie par les fibres PCM 229. Ceci permet d’évacuer la chaleur du dispositif de stockage d’énergie telles que les batteries par exemple en cas de charge rapide, par la circulation du liquide de refroidissement à travers les batteries où il récupère leur chaleur qui est ensuite évacuée par l’échangeur thermique 201 .

En variante ou en complément, les fibres PCM 229 peuvent compléter le refroidissement du liquide de refroidissement ayant circulé autour des fibres creuses 205, par exemple si le débit du fluide réfrigérant n’est pas suffisamment important. Les fibres PCM 229 permettent de limiter la montée en température. Selon une alternative non illustrée, les fibres PCM 229 peuvent être agencées en amont des fibres creuses 205 selon le sens d’écoulement du liquide de refroidissement schématisé par les flèches F2, et ainsi être agencées au niveau de l’entrée du liquide de refroidissement. De la sorte, à titre d’exemple non limitatif, en cas de pic exceptionnel de puissance, si le liquide de refroidissement rentre dans l’échangeur thermique 201 à une température supérieure qu’en fonctionnement normal, les fibres PCM 229 agencés en entrée du liquide de refroidissement peuvent stocker la surcharge thermique, le PCM a alors une température de changement de phase supérieure aux températures du liquide de refroidissement en régime classique. À titre purement illustratif, dans le cas d’un liquide de refroidissement entrant habituellement dans l’échangeur thermique 201 à une température autour de 30°C, si le liquide de refroidissement entre de façon inhabituelle à une température supérieure, par exemple autour de 35°C, les fibres PCM 229 disposées en entrée peuvent absorber les 5°C supplémentaires, et ainsi améliorer la performance thermique. Lorsque la charge thermique redescend, le matériau à changement de phase peut se refroidir.

Une telle alternative peut être mise en oeuvre seule ou être cumulée avec un agencement de fibres PCM 229 au niveau de la sortie du liquide de refroidissement, comme expliqué précédemment.

Selon l’une ou l’autre des variantes de réalisation des fibres PCM 229, elles peuvent être disposées dans l’échangeur thermique 201 tel un refroidisseur, selon un arrangement régulier ou au contraire, de façon irrégulière, désordonnée, voire en s’entremêlant.

Par ailleurs, on a décrit précédemment des fibres PCM 229 agencées dans le faisceau d’échange thermique 203. On peut envisager en variante que les fibres PCM 229 soient déportées du faisceau d’échange thermique 203. Elles peuvent par exemple être disposées au niveau des connectiques d’entrée et/ou de sortie 206. Ainsi, un échangeur thermique 1 , 101 ou 201 comportant une pluralité de fibres creuses 5, 105, 205 de petits diamètres selon l’un ou l’autre des modes de réalisation précédemment décrits permet d’optimiser la performance thermique de cet échangeur thermique 1 , 101 ou 201 , tout en minimisant son coût et les puissances hydrauliques de chaque fluide.