Brevet FR3035824A1 — publié le 20161111

Batterie thermique à matériau à changement de phase encapsulé. La présente invention concerne le domaine des batteries thermiques et plus précisément les batteries thermiques comportant un matériau à changement de phase. Les batteries thermiques sont généralement utilisées pour le chauffage de l'habitacle, notamment dans des véhicules électriques et hybrides ou alors pour le préchauffage d'un fluide caloporteur dans un circuit de gestion thermique. Les batteries thermiques peuvent également être utilisées pour le préchauffage de l'huile moteur ou de l'huile de boite de transmission automatique de véhicules à moteur à combustion interne. Une batterie thermique à matériau à changement de phase comporte généralement une enceinte à l'intérieur de laquelle est placé le matériau à changement de phase généralement sous forme encapsulée et à l'intérieur duquel circule un fluide caloporteur. Les performances de la batterie thermique sont dépendantes de plusieurs paramètres, notamment la quantité de matériau à changement de phase qu'elle peut contenir, ainsi que l'obligation d'une circulation du fluide au sein du réservoir avec des pertes de charge les plus faibles possibles. Un autre paramètre peut être la quantité de surface d'échange entre le fluide caloporteur et le matériau à changement de phase encapsulé et la durée d'échange pendant laquelle ils restent en contact. Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer une batterie thermique améliorée. La présente invention concerne donc une batterie thermique comportant une enceinte comprenant au moins une entrée et au moins une sortie de fluide et comprenant en son sein un matériau à changement de phase encapsulé sous forme de tubes, lesdits tubes étant disposés parallèlement les uns aux autres, ladite batterie thermique comportant au moins une entretoise d'au moins une partie des tubes, ladite au moins une 3035824 2 entretoise divisant l'intérieur de la batterie thermique en au moins deux zones de circulation du fluide, une première zone de circulation comportant l'entrée de fluide et une seconde zone de circulation comportant la sortie de fluide, ladite batterie thermique comportant en outre un passage du fluide entre deux zones de circulation successives au 5 niveau de chaque entretoise. Les entretoises forment ainsi des obstacles à la circulation du fluide dans l'enceinte. Grâce aux passages de fluide, lesdites entretoises forment des chicanes d'un circuit de circulation qui augmente la distance parcourue durant laquelle le fluide est au contact des tubes et donc où le fluide peut échanger de l'énergie calorifique avec le 10 matériau à changement de phase. De plus les entretoises permettent le maintien et l'écartement constant des tubes dans l'enceinte. Selon un aspect de l'invention, ladite au moins une entretoise est réalisée dans un matériau imperméable au fluide. 15 Selon un autre aspect de l'invention, ladite batterie thermique comporte au moins deux entretoises et les passages de fluide au niveau de deux entretoises successives sont disposés à l'opposé l'un de l'autre. 20 Selon un autre aspect de l'invention, la ou les entretoises sont des plaques tronquées de forme complémentaire de la forme intérieure de l'enceinte et dont la troncature forme le passage du fluide, lesdites plaques tronquées comportant des orifices de tube à l'intérieur desquels sont insérés des tubes. 25 Selon un autre aspect de l'invention, les plaques tronquées sont d'un seul tenant. Selon un autre aspect de l'invention, les plaques tronquées comportent un empilement de portes cylindres, lesdits portes cylindres comportant des encoches semi-circulaires sur une face supérieure et une face inférieure, les encoches semi-circulaires 30 de la face inférieure d'un porte cylindre complétant les encoches semi-circulaires de la 3035824 3 face supérieure du porte cylindre adjacent de sorte à former les orifices de tube une fois que lesdits portes cylindres sont empilés. Le fait que l'entretoise comporte un empilement de portes cylindres, permet de facilement moduler la hauteur de la troncature et donc la taille du passage de fluide en 5 empilant plus ou moins de portes cylindres. Selon un autre aspect de l'invention, les orifices de tube sont alignés aussi bien en abscisse qu'en ordonnée selon un repère en deux dimensions. 10 Selon un autre aspect de l'invention, les encoches semi-circulaires des faces inférieure et supérieure d'un même porte cylindre sont disposées à l'aplomb les unes des autres. Selon un autre aspect de l'invention, les orifices de tube sont alignés en abscisse 15 et disposés en quinconce en ordonnée selon un repère en deux dimensions. Selon un autre aspect de l'invention, les encoches semi-circulaires des faces inférieure et supérieure d'un même porte cylindre sont disposées en quinconce. 20 Selon un autre aspect de l'invention, les portes cylindres sont assemblés entre eux par un assemblage rainure-languette. Selon un autre aspect de l'invention, la paroi intérieure de l'enceinte comporte au moins une rainure fixation, chaque entretoise venant s'emboîter dans une rainure de 25 fixation dédiée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : 3035824 4 la figure 1 montre une représentation schématique en coupe de côté d'une batterie thermique, la figure 2 montre une représentation schématique en coupe de face d'une batterie thermique selon un mode de réalisation de l'invention, 5 - la figure 3 montre une représentation schématique en coupe de face d'une batterie thermique selon un autre mode de réalisation de l'invention, la figure 4 montre une représentation schématique de face d'une plaque tronquée, la figure 5 montre une représentation schématique en coupe de face d'une 10 batterie thermique selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, la figure 6 montre une représentation schématique de face d'une section d'un porte cylindre selon un premier mode de réalisation, la figure 7 montre une représentation schématique de face d'une section d'un porte cylindre selon un deuxième mode de réalisation. 15 Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. 20 Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres 25 réalisations. La figure 1 montre une batterie thermique 1 comportant une enceinte 100 dans laquelle circule un fluide entre au moins une entrée 3a et au moins une sortie 3b de fluide. La batterie thermique 1 comprend en son sein un matériau à changement de 30 phase encapsulé 5, le fluide passant entre les différentes capsules. Le matériau à 3035824 5 changement de phase encapsulé peut par exemple être mis en oeuvre sous la forme de tubes. On peut également mettre en oeuvre des tubes remplis de matériau à changement de phase. Lesdits tubes 5 sont notamment disposés parallèlement les uns aux autres dans l'enceinte 100. La batterie thermique 1 comporte au moins une entretoise 7 disposée 5 dans l'enceinte 100, afin de séparer et maintenir au moins les tubes 5. Ladite au moins une entretoise 7 divise l'intérieur de la batterie thermique 1 en au moins deux zones de circulation du fluide 9a, 9b. Parmi ces zones de circulation du fluide 9a, 9b, une première zone de circulation 9a comporte l'entrée de fluide 3a et une seconde zone de circulation 9b comporte la sortie de fluide 3b. Ladite entretoise 7 peut également être 10 considérée comme un dispositif de séparation et de maintien. En effet, elle sépare et définie les zones de circulation 9a, 9b et maintien les tubes 5 en place à une distance constante les un des autres. La ou les entretoises 7 sont de préférence réalisées dans un matériau imperméable, par exemple en matériau métallique, polymère ou plastique. Afin que le 15 fluide puisse passer d'une zone de circulation 9a, 9b à une autre, la batterie thermique 1 comporte un passage 11 du fluide entre deux zones de circulation 9a, 9b successives au niveau de chaque entretoise 7, par exemple une ouverture réalisée dans l'entretoise 7. Dans l'exemple montré à la figure 1, la batterie thermique 1 comporte trois entretoises 7 dans son enceinte 100. La batterie thermique 1 comporte alors quatre zones 20 de circulation de fluide, une première zone de circulation 9a par laquelle le fluide arrive, deux zones de circulations intermédiaires 9c et une deuxième zone de circulation 9b par laquelle le fluide est évacué. Bien entendu il est tout à fait possible d'imaginer, sans sortir du cadre de l'invention, une batterie thermique comportant plus, ou moins, de quatre zones de circulation de fluide, le nombre desdites zones de circulation de fluide 25 dépendant du nombre de moyens de séparation et de maintien 7 dans l'enceinte 100 de la batterie thermique 1. Les entretoises 7 forment ainsi des obstacles à la circulation du fluide dans l'enceinte 100. Grâce aux passages 11 de fluide, lesdites entretoises 7 forment des chicanes d'un circuit de circulation qui augmente la distance parcourue durant laquelle 30 le fluide est au contact des tubes 5 et donc où le fluide peut échanger de l'énergie 3035824 6 calorifique avec le matériau à changement de phase. De plus les entretoises 7 permettent le maintien et l'écartement constant des tubes 5 dans l'enceinte 100. Lorsque la batterie thermique 1 comporte au moins deux entretoises 7, les 5 passages 11 de fluide au niveau de deux entretoises 7 successives sont disposés de préférence à l'opposé l'un de l'autre. Cette configuration permet un allongement maximum du trajet du fluide au sein de la batterie thermique 1. Comme le montrent les figures 2 à 5, la ou les entretoises 7 peuvent être des 10 plaques tronquées. Par plaque tronquée, on entend que les entretoises 7 sont formées d'une plaque de forme complémentaire à la forme intérieure de l'enceinte 100 et est disposée à l'intérieur de ladite enceinte 100 perpendiculairement à sa paroi intérieure. Cette plaque est tronquée et cette troncature 70 forme le passage 11 de fluide qui permet la circulation dudit fluide entre deux zones de circulation successives. Afin de maintenir 15 en place les tubes 5, lesdites plaques tronquées comportent des orifices 71 de tube (visibles à la figure 4) à l'intérieur desquels sont insérés des tubes 5. La hauteur à laquelle est située la troncature permet de moduler la longueur de circulation du fluide dans la batterie thermique 1 et permet également d'appliquer une quantité plus ou moins importante de pertes de charge audit fluide. Il est ainsi nécessaire 20 de déterminer un compromis entre la longueur de circulation au sein de la batterie thermique 1, qui doit être le plus long possible, et les pertes de charge, qui doivent être le plus faible possible. La paroi intérieure de l'enceinte 100 peut comporter au moins une rainure de 25 fixation (non représentée sur les différentes figures), chaque entretoise 7 venant s'emboîter dans une rainure de fixation dédiée afin d'être fixé et maintenu dans l'enceinte 100. La ou les entretoise 7 peuvent également être fixées par collage ou soudure qu'il y ait une rainure de fixation ou non. Afin d'assurer une certaine étanchéité au niveau du contact entre la paroi intérieure de l'enceinte 100 et une entretoise 7, un 30 joint peut être mis en place. 3035824 7 Selon un premier mode de disposition des orifices 71 de tube, illustré aux figures 2 et 4, les orifices 71 de tube peuvent être alignés aussi bien en abscisse qu'en ordonnée selon un repère en deux dimensions. 5 Selon un deuxième mode de disposition des orifices 71 de tube illustré à la figure 3, les orifices 71 de tube peuvent être alignés en abscisse et disposés en quinconce en ordonnée selon un repère en deux dimensions. Il est à noter que ce repère peut par exemple être un repère orthogonal. Selon un premier mode de réalisation des moyens de séparation et de maintien 7, 10 illustré aux figures 2 à 4, ces derniers sont des plaques tronquées en un seul tenant. Par cela on entend que la plaque tronquée est formée par une plaque unie et en un seul morceau, ladite plaque comportant des orifices 71 de tube pour maintenir les tubes 5. Comme cela est montré à la figure 4, cette plaque tronquée en un seul tenant peut comporter des encoches semi-circulaires 72 au niveau de sa troncature 70 afin de 15 supporter et de maintenir l'écartement entre les tubes 5 d'un dernier alignement. Selon un deuxième mode de réalisation des entretoises 7, illustré à la figure 5, ces derniers comportent un empilement de portes cylindres 73 Ces portes cylindres 73 sont montrés plus en détails aux figures 6 et 7. Ces portes cylindres 73 sont des bandes 20 dont l'empilement permet la formation d'une plaque tronquée. La longueur des portes cylindres 73 est choisie de sorte que leur empilement permet la formation d'une plaque tronquée dont la forme est complémentaire de l'enceinte 100. Ces portes cylindres 73 comportent des encoches semi-circulaires 72 sur une face supérieure et une face inférieure. Les encoches semi-circulaires 72 de la face inférieure d'un porte cylindre 73 25 complètent les encoches semi-circulaires 72 de la face supérieure du porte cylindre 73 adjacent de sorte à former les orifices 71 de tube une fois que lesdits portes cylindres 73 sont empilés. Le fait que l'entretoise 7 comporte un empilement de portes cylindres 73 permet de facilement moduler la hauteur de la troncature et donc la taille du passage 11 de 30 fluide en empilant plus ou moins de portes cylindres 73 3035824 8 La figure 7 montre ainsi un porte cylindres 73 dans un cas où les orifices 71 de tube d'une entretoise 7 sont alignés aussi bien en abscisse qu'en ordonnée selon un repère en deux dimensions. Dans cette configuration, les encoches semi-circulaires 72 des faces inférieure et supérieure d'un même porte cylindre 73 sont disposées à l'aplomb 5 les unes des autres. La figure 6 montre ainsi un porte cylindres 73 dans un cas où les orifices 71 de tube d'une entretoise 7 sont alignés en abscisse et disposés en quinconce en ordonnée selon un repère en deux dimensions. Dans cette configuration, les encoches semi-circulaires 72 des faces inférieure et supérieure d'un même porte cylindre 73 sont 10 disposées en quinconce. Afin de fixer, d'aligner et de mettre en place les portes cylindres 73 entre eux, lesdits portes cylindres 73 peuvent être assemblés entre eux par un assemblage rainure-languette. Les portes cylindres 73 peuvent également être fixés entre eux par collage ou 15 soudure et un joint peut également être placé pour assurer l'étanchéité. Ainsi, on voit bien que le fait de mettre en oeuvre des entretoises 7 permet la formation de chicanes dans la circulation du fluide traversant la batterie thermique 1 et donc allonge la distance où ledit fluide est en contact avec le matériau à changement de 20 phase. De plus lesdites entretoises 7 permettent un maintien et un écartement constant des tubes 5 dans l'enceinte 100. REVENDICATIONS1. Batterie thermique (1) comportant une enceinte (100) comprenant au moins une entrée (3a) et au moins une sortie (3b) de fluide et comprenant en son sein un matériau à changement de phase encapsulé sous forme de tubes (5), lesdits tubes (5) étant disposés parallèlement les uns aux autres, caractérisé en ce que ladite batterie thermique (1) comporte au moins une entretoise (7) d'au moins une partie des tubes (5), ladite au moins une entretoise (7) divisant l'intérieur de la batterie thermique (1) en au moins deux zones de circulation du fluide (9a, 9b), une première zone de circulation (9a) comportant l'entrée de fluide (3a) et une seconde zone de circulation (9b) comportant la sortie de fluide (3b), ladite batterie thermique (1) comportant en outre un passage (11) du fluide entre deux zones de circulation (9a, 9b) successives au niveau de chaque entretoise (7). Batterie thermique (1) selon la revendication précédente, ladite au moins une entretoise (7) étant réalisée dans un matériau imperméable au fluide. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite batterie thermique (1) comporte au moins deux entretoises (7) et que les passages (11) de fluide au niveau de deux entretoise (7) successives sont disposés à l'opposé l'un de l'autre. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée 25 en ce que la ou les entretoises (7) sont des plaques tronquées de forme complémentaire de la forme intérieure de l'enceinte (700) et dont la troncature (70) forme le passage (11) du fluide, lesdites plaques tronquées comportant des orifices (71) de tube à l'intérieur desquels sont insérés des tubes (5). 3035824 5. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les plaques tronquées sont d'un seul tenant. 6. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les plaques tronquées comportent un empilement de portes cylindres (73), lesdits portes cylindres (73) comportant des encoches semi-circulaires (72) sur une face supérieure et une face inférieure, les encoches semi-circulaires (72) de la face inférieure d'un porte cylindre (73) complétant les encoches semi-circulaires (72) de la face supérieure du porte cylindre adjacent de sorte à former les orifices (71) de tube une fois que lesdits portes cylindres sont empilés. 7. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que les orifices (71) de tube sont alignés aussi bien en abscisse qu'en ordonnée selon un repère en deux dimensions. 8. Batterie thermique (1) selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 5, caractérisée en ce que les encoches semi-circulaires (72) des faces inférieure et supérieure d'un même porte cylindre (73) sont disposées à l'aplomb les unes des autres. 9. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que les orifices (71) de tube sont alignés en abscisse et disposés en quinconce en ordonnée selon un repère en deux dimensions. 25 10. Batterie thermique (1) selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 5, caractérisée en ce que les encoches semi-circulaires (72) des faces inférieure et supérieure d'un même porte cylindre (73) sont disposées en quinconce. 20 3035824 11 11. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que les portes cylindres (73) sont assemblés entre eux par un assemblage rainure-languette. 5 12. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications précédente, caractérisée en ce que la paroi intérieure de l'enceinte (100) comporte au moins une rainure fixation, chaque entretoise (7) venant s'emboîter dans une rainure de fixation dédiée.