Brevet FR3049117A1 — publié le 20170922

Batterie thermique à matériau à changement de phase encapsulé La présente invention concerne le domaine des batteries thermiques et plus précisément celui des batteries thermiques comportant un matériau à changement de 5 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 10 thermiques peuvent également être utilisées pour le préchauffage de l'huile moteur ou de l'huile de boîte de transmission automatique de véhicules à moteur à combustion interne. Une batterie thermique à matériau à changement de phase comporte 15 généralement une enceinte formant un réservoir à l'intérieur duquel est placé le matériau à changement de phase généralement sous forme encapsulée, notamment sous forme de tubes formant un faisceau. Les performances de la batterie thermique sont dépendantes de la quantité de matériau à changement de phase qu'elle peut contenir, soit le nombre de tubes présents dans le faisceau, mais également de la surface de 20 contact entre le fluide traversant la batterie thermique et lesdits tubes. Les tubes doivent donc être maintenus à une certaine distance les uns des autres afin que le fluide traversant la batterie thermique puisse circuler. Cependant, les tubes doivent être également assez proches les uns des autres afin d'intégrer le plus de matériau à changement de phase au sein de la batterie thermique pour que cette dernière soit 25 efficace. Il est connu par exemple de maintenir les tubes de matériau à changement de phase à une certaine distance les uns des autres au moyen d'entretoises ou alors au moyen d'un matériau poreux de type mousse, pouvant être traversé par un fluide. 30 Cependant ces solutions sont généralement coûteuses et difficiles à mettre en place dans 3049117 2 un processus industriel ou alors génèrent de fortes pertes de charges du fluide, ce qui entraîne une baisse de l'efficacité de la batterie thermique. Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement 5 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 une entrée et une sortie de fluide et comprenant en son sein un faisceau comportant des tubes de matériau à changement de phase encapsulé, le faisceau 10 étant réalisé par un empilement de nappes de tubes, lesdites nappes comportant des tubes disposés parallèles entre eux et étant reliés par des barrettes d'entretoises et de maintien, lesdites barrettes comportant sur au moins une de leurs faces des logements individuels, séparés les uns des autres par une paroi latérale, chaque logement pouvant recevoir un tube. 15 Les barrettes permettent une grande modularité dans la conception des batteries thermiques, mais également permettent une réduction des coûts de production. De plus l'utilisation de telles barrettes permet un bon maintien et une bonne organisation des tubes entre eux de sorte à former un faisceau et ce en limitant les pertes de charge du fluide le traversant. 20 Selon un aspect de l'invention, l'écartement entre les tubes au sein d'une nappe est défini par la largeur de la paroi latérale entre deux logements. Selon un autre aspect de l'invention, les logements ont une forme 25 complémentaire à la forme des tubes et une ouverture d'insertion inférieure au diamètre des tubes de sorte que lesdits tubes puissent se clipper dans les logements. Selon un autre aspect de l'invention, les barrettes de nappes successives sont disposées en quinconce sur des plans parallèles entre eux et perpendiculaires aux tubes. 3049117 3 Ainsi, les barrettes entre deux nappes successives ne se chevauchent pas et permettent au fluide de circuler entre les tubes sans qu'il y ait une perte de charge trop importante. Selon un autre aspect de l'invention, les barrettes de nappes successives sont regroupées sur deux plans parallèles et séparés d'une distance au moins supérieure à la largeur des barrettes. Selon un autre aspect de l'invention, le faisceau est contenu dans un cadre. Selon un autre aspect de l'invention, le cadre comporte des brides entourant le faisceau et des entretoises externes reliant lesdites brides. Selon un autre aspect de l'invention, les brides comportent des rainures dans 15 lesquelles viennent s'insérer des barrettes. Selon un autre aspect de l'invention, les nappes comportent des entretoises internes entre les barrettes. 20 Selon un autre aspect de l'invention, les nappes sont planes. Selon un autre aspect de l'invention, le faisceau est cylindrique et les nappes sont courbes et concentriques. 25 Selon un autre aspect de l'invention, les barrettes comportent des logements sur deux de leurs faces opposées, de sorte à maintenir deux nappes superposées, l'espacement entre lesdites nappes étant défini par l'épaisseur de la paroi desdites barrettes séparant les logements situés de part et d'autre des barrettes. 3049117 4 Selon un autre aspect de l'invention, les logements sur une face des barrettes et les logements sur l'autre face desdites barrettes sont disposés en quinconce. Selon un autre aspect de l'invention, les barrettes comportent des logements sur 5 une seule de leurs faces. Selon un autre aspect de l'invention, les tubes de deux nappes successives sont disposés en quinconce, les tubes de la nappe supérieure reposant sur la paroi latérale de la barrette de la nappe inférieure, l'espacement entre les tubes desdites nappes étant 10 défini par la hauteur de ladite paroi latérale. 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 : la figure 1 montre une représentation schématique en perspective éclatée d'une batterie thermique, la figure 2 montre une représentation schématique en coupe longitudinale de la batterie thermique de la figure 1, la figure 3 montre une représentation schématique en coupe transversale 20 d'un empilement de nappes, la figure 4 montre une représentation schématique en perspective d'un faisceau de tubes, la figure 5 montre une représentation schématique en perspective éclatée d'un faisceau de tubes, 25 - la figure 6 montre une représentation schématique en perspective d'une portion de barrette selon un premier mode de réalisation, 3049117 5 les figures 7a et 7b montrent des représentations schématiques respectivement transversale et longitudinale d'une superposition de nappes avec des barrettes de la figure 6, la figure 8 montre une représentation schématique en perspective de 5 l'assemblage du faisceau de tubes avec une bride, - la figure 9 montre une représentation schématique en perspective d'une portion de barrette selon un deuxième mode de réalisation, les figures 10a et 10b montrent des représentations schématiques respectivement transversale et longitudinale d'un empilement de nappes avec des 10 barrettes de la figure 9, la figure 11 montre une représentation schématique en coupe transversale d'un empilement de nappes selon un mode de réalisation alternatif. Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros 15 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 seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. Les figures 1 et 2 montrent une représentation schématique d'une batterie thermique 1 comportant une enceinte 2 dans laquelle circule un fluide entre une entrée 2a et une sortie 2b de fluide. La batterie thermique 1 comporte au sein de l'enceinte 2 un faisceau 3 composé de tubes 3' de matériau à changement de phase. Les tubes 3' du faisceau 3 sont disposés parallèlement les uns par rapport aux autres. Le faisceau 3 peut 3049117 6 par exemple être inséré dans l'enceinte 2 au travers d'une ouverture 2c. Ladite ouverture 2c est refermée après insertion du faisceau 3 par un couvercle 2d. Le faisceau 3 est disposé parallèlement au flux de circulation du fluide à 5 l'intérieur de l'enceinte 2. Les tubes 3' de matériau à changement de phase comportent une paroi tubulaire de préférence en matière plastique, par exemple en polycarbonate, à l'intérieur de laquelle est disposé un matériau à changement de phase. La paroi tubulaire est fermée de façon étanche aux extrémités des tubes 3'. 10 Comme le montrent plus en détail les figures 3 et 4, le faisceau 3 est réalisé par un empilement de nappes 4 de tubes 3'. Ces nappes 4 comportent des tubes 3' placés parallèlement entre eux et reliés par des barrettes 5 d'entretoise et de maintien. Les barrettes 5 peuvent être rectilignes comme illustré sur la figure 3. Les 15 nappes 4 sont alors planes et peuvent être empilées les unes sur les autres. La longueur L des barrettes 5 d'une nappe 4 détermine la largeur de celle-ci et il est possible ainsi de faire varier la forme du faisceau 3 en modulant la longueur L des barrettes 5 et donc la largeur des nappes 4 entre elles. Un exemple d'un faisceau 3 de forme générale cylindrique est ainsi illustré aux figures 1 à 5. D'autres formes du faisceau 3, par 20 exemple parallélépipédiques, sont cependant tout à fait possibles et imaginables. Les barrettes 5 sont illustrées plus en détail aux figures 6 à 7b. Lesdites barrettes 5 comportent sur au moins une de leur faces, des logements 50 individuels, séparés les uns des autres par une paroi latérale 51. Les logements 50 sont destinés à recevoir 25 chacun un tube 3' de sorte à former la nappe 4. L'écartement entre les tubes 3' au sein d'une nappe 4 est notamment défini par la largeur Lp de la paroi latérale 51 entre deux logements 50. Pour un bon maintien des tubes 3', les logements 50 peuvent avoir une forme complémentaire de la forme desdits tubes 3' et avoir une ouverture 52 d'insertion 30 inférieure au diamètre des tubes 3' de sorte que lesdits tubes 3' puissent se clipper dans 3049117 7 les logements 50. Les parois latérales 51 sont alors élastiques et peuvent se déformer et s'écarter l'une de l'autre pour permettre l'insertion d'un tube 3' dans le logement 50. Une fois le tube 3' inséré, les parois latérales 51 retrouvent leur position initiale et enserrent partiellement le tube 3' pour le bloquer. 5 11 est également possible d'imaginer que les barrettes 5 comportent des logements 50 fermés dans lesquels les tubes 3' sont enfilés. Les barrettes 5 peuvent par exemple être surmoulées autour des tubes 3' de sorte à former les nappes 4. 10 Les barrettes 5 sont de préférence réalisées en matière plastique et peuvent être fabriquées en un long ruban qui sera découpé à la longueur L désirée en fonction de la forme et de la taille de la batterie thermique 1. Les barrettes 5 permettent ainsi une grande modularité dans la conception des 15 batteries thermiques, mais également permettent une réduction des coûts de production. De plus l'utilisation de telles barrettes 5 permet un bon maintien et une bonne organisation des tubes 3' entre eux de sorte à former un faisceau 3 et ce en limitant les pertes de charge du fluide le traversant. 20 Selon un premier mode de réalisation illustré aux figures 6 à 7b, les barrettes 5 peuvent comporter des logements 50 sur deux de leurs faces opposées. Une barrette 5 peut ainsi maintenir les tubes 3' de deux nappes 4 superposées, une sur chacune de ses faces. L'espacement entre les nappes 4 est alors défini par l'épaisseur E de la paroi desdites barrettes 5 séparant lesdits logements 50 situés de part et d'autre des barrettes 5. 25 De préférence, pour faciliter l'écoulement du fluide et également pour optimiser le nombre de tubes 3', les logements 50 sur une face des barrettes 5 et les logements 50 sur l'autre face desdites barrettes 5 sont disposés en quinconce. Par disposé en quinconce, on entend dans le cas présent et dans le reste de la demande, une disposition répétitive d'éléments, ligne à ligne, où une ligne sur deux est 3049117 8 en décalage d'une certaine portion, notamment de la moitié d'un élément, par rapport à la ligne qui la précède ou qui la suit. Les barrettes 5 de nappes 4 successives sont de préférence disposées en 5 quinconce sur des plans parallèles entre eux et perpendiculaires aux tubes 3', comme illustré sur la figure 7b. Ainsi, les barrettes 5 entre deux nappes 4 successives ne se chevauchent pas et permettent au fluide, dont le flux est représenté par deux flèches noires, de circuler entre les tubes 3' sans qu'il y ait une perte de charge trop importante. Du fait qu'une barrette 5 maintient deux nappes 4 superposées, toutes les nappes 10 4 sont maintenues ensemble ce qui permet de maintenir à cohésion et la forme du faisceau 3. De préférence, sur une section transversale du faisceau 3, les barrettes 5 de nappes 4 successives peuvent être regroupées sur deux plans parallèles et séparés d'une distance D au moins supérieure à la largeur Lb des barrettes 5 afin que les barrettes 5 ne 15 soient pas accolées et ainsi permettre la circulation du fluide comme illustré à la figure 7b. Lesdites barrettes 5 forment alors un ensemble 6 de maintien. Sur sa longueur, le faisceau 3 peut comporter plusieurs ensembles 6 de maintien. Ces ensembles 6 de maintien sont également visibles sur les figures 2 et 5. 20 Selon un deuxième mode de réalisation illustré aux figures 8 à 10b, les barrettes 5 peuvent ne comporter des logements 50 que sur une seule de leurs faces. A contrario du premier mode de réalisation, une barrette 5 ne peut maintenir les tubes 3' que d'une seule nappe 4. De préférence, dans ce deuxième mode de réalisation, les tubes 3' de deux nappes 4 successives sont disposés en quinconce comme le montre la figure 10a, 25 afin de faciliter l'écoulement du fluide et également pour optimiser le nombre de tubes 3'. Les tubes 3' de la nappe 4 supérieure peuvent ainsi reposer sur la paroi latérale 51 de la barrette 5 de la nappe 4 inférieure. L'espacement entre les tubes 3' desdites nappes 4 est alors défini par la hauteur Hp de ladite paroi latérale 51 correspondant à la distance entre la base et l'extrémité de ladite paroi latérale 51. 3049117 9 Au même titre que pour le premier mode de réalisation, les barrettes 5 de nappes 4 successives sont de préférence disposées en quinconce sur des plans parallèles entre eux et perpendiculaires aux tubes 3', comme illustré sur la figure 10b. Ainsi, les barrettes 5 entre deux nappes 4 successives ne se chevauchent pas et permettent au 5 fluide, dont le flux est représenté par deux flèches noires, de circuler entre les tubes 3' sans qu'il y ait une perte de charge trop importante. De même, sur une section transversale du faisceau 3, les barrettes 5 peuvent être regroupées sur deux plans parallèles et séparés d'une distance D au moins supérieure à la largeur Lb des barrettes 5 afin que les barrettes 5 ne soient pas accolées et ainsi permettre la circulation du fluide 10 comme illustré à la figure 7b. Lesdites barrettes 5 forment alors un ensemble 6 de maintien. Sur sa longueur, le faisceau 3 peut comporter plusieurs ensembles 6 de maintien. Ces ensembles 6 de maintien sont également visibles sur les figures 2 et 5. De préférence, le faisceau 3 comporte au moins un ensemble 6 de maintien au 15 niveau de chacune de ses extrémités et au moins un ensemble 6 de maintien intermédiaire entre lesdites extrémités. Cela permet un écartement constant des nappes 4 entre-elles et donc un espacement constant des tubes 3' sur toute la longueur du faisceau 3. Sur l'exemple présenté aux figures 1, 2, 4 et 6, le faisceau 3 comporte un total de quatre ensembles 6 de maintien. 20 Le faisceau 3 peut également comporter, au sein même des nappes 4, des entretoises internes 41, visibles sur les figures 4 et 5. Ces entretoises internes 41 peuvent être plus particulièrement des tubes pleins et rigides réalisés en matière plastique ou métallique et qui peuvent notamment prendre la place d'un tube 3' dans une 25 nappe 4 et donc se clipper dans les logements 50 des barrettes 5. Ces entretoises internes 41 permettent de rigidifier les nappes 4 et également de maintenir les barrettes 5 à une certaine distance les unes des autres. De même, ces entretoises internes 41 permettent de maintenir la cohésion des ensembles 6 de maintien et de maintenir l'espacement entre eux. Au niveau des barrettes 5, les entretoises internes 41 peuvent 30 comporter des rainures 42, correspondant à un rétrécissement de la section de 3049117 10 l'entretoise interne 41. Ces rainures 42 sont insérées dans les logements 50 des barrettes 5. De ce fait, tous mouvements de translation desdites barrettes 5 le long des tubes 3' et les unes par rapport aux autres sont bloqués. 5 Le faisceau 3 est de préférence contenu dans un cadre 7 comme le montrent les figures 1, 2 4 et 5. Ce cadre 7 permet notamment de consolider la mise en forme du faisceau 3 ainsi que sa tenue. De plus, le cadre 7 permet d'assurer une certaine rigidité au faisceau 3. Le cadre 7 peut notamment comporter des brides 70 entourant transversalement le faisceau 3 et des entretoises externes 71 reliant lesdites brides 70. 10 Les brides 70 ainsi que les entretoises externes 71 peuvent être réalisées en matière métallique et/ou plastique. Comme le montre la figure 8, les brides 70 peuvent également comporter des rainures 701 dans lesquelles viennent s'insérer les barrettes 5. Ces rainures 701 permettent plus particulièrement une liaison desdites barrettes 5 avec le cadre 7 afin de 15 maintenir lesdites barrettes 5 en place en plus du fait qu'elles puissent être clippées aux tubes 3' et en plus de l'éventuelle présence d'entretoises internes 41. Lorsque les nappes 4 sont planes, ce sont les extrémités des différentes barrettes 5 qui viennent s'insérer dans les rainures 701. Les brides 70 peuvent alors comporter au moins deux rainures 701 parallèles et être positionnées au niveau des ensembles 6 de maintien. 20 Afin de faciliter le montage et la production de faisceaux 3, ces derniers peuvent être assemblés en deux demi-faisceaux qui sont accolés entre eux. Les demi-faisceaux peuvent par exemple être assemblés et fixés entre eux par exemple au moyen de dispositifs de fixation mâle/femelle présents au niveau des brides 70. 25 Au lieu d'être planes, les nappes 4 peuvent être courbes et empilées de façon concentrique de sorte à former un faisceau 3 cylindrique, comme illustré sur la figure 11. Toutefois, afin de limiter les contraintes sur les barrettes 5, en particulier du fait du rayon de courbure, la réalisation d'un faisceau 3 par empilement de nappes 4 planes est préférable. 3049117 11 Lorsque les nappes 4 sont courbes et concentriques, l'utilisation d'un cadre 7 permet notamment de maintenir la courbure desdites nappes 4 ainsi que la forme cylindrique du faisceau 3. Dans ce cas de figure, et notamment lorsque les barrettes 5 ne comportent des logements 50 que sur une seule de leurs faces, c'est le dos, c'est-à-dire la 5 partie ne portant pas de logement 50, des barrettes 5 de la nappe 4 extérieure qui vient s'insérer dans les rainures 701 des brides 70. Ainsi, on voit bien que du fait de l'utilisation de barrettes 5 pour former des entretoises entre les tubes 3' et les organiser en nappes 4, il est plus aisé de monter les 10 faisceaux 3 dans le but de fabriquer des batteries thermiques 1. REVENDICATIONS1. Batterie thermique (1) comportant une enceinte (2) comprenant une entrée (2a) et une sortie (2b) de fluide et comprenant en son sein un faisceau (3) comportant des tubes (3') de matériau à changement de phase encapsulé, caractérisée en ce que le faisceau (3) est réalisé par un empilement de nappes (4) de tubes (3'), lesdites nappes (4) comportant des tubes (3') disposés parallèles entre eux et étant reliés par des barrettes (5) d'entretoises et de maintien, lesdites barrettes (5) comportant sur au moins une de leurs faces des logements (50) individuels, séparés les uns des autres par une paroi latérale (51), chaque logement (50) pouvant recevoir un tube (3'). 2. Batterie thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'écartement entre les tubes (3') au sein d'une nappe (4) est défini par la largeur (Lp) de la paroi latérale (51) entre deux logements (50). 3. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les logements (50) ont une forme complémentaire à la forme des tubes (3') et une ouverture (52) d'insertion inférieure au diamètre des tubes (3') de sorte que lesdits tubes (3') puissent se clipper dans les logements (50). 4. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les barrettes (5) de nappes (4) successives sont disposées en quinconce sur des plans parallèles entre eux et perpendiculaires aux tubes (3'). 25 5. Batterie thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les barrettes (5) de nappes (4) successives sont regroupées sur deux plans parallèles et séparés d'une distance (D) au moins supérieure à la largeur (Lb) des barrettes (5). 6. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce 30 que le faisceau (3) est contenu dans un cadre (7). 20 3049117 13 7. Batterie thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le cadre (7) comporte des brides (70) entourant le faisceau (3) et des entretoises externes (71) reliant lesdites brides (70). 5 8. Batterie thermique (1) selon la revendication 7, caractérisée en ce que les brides (70) comportent des rainures (701) dans lesquelles viennent s'insérer des barrettes (5). 9. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce 10 que les nappes (4) comportent des entretoises internes (41) entre les barrettes (5). 10. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les nappes (4) sont planes. 15 11. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le faisceau (3) est cylindrique et que les nappes (4) sont courbes et concentriques. 12. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les barrettes (5) comportent des logements (50) sur deux de leurs faces opposées, de sorte à maintenir deux nappes (4) superposées, l'espacement entre lesdites nappes (4) étant défini par l'épaisseur (E) de la paroi desdites barrettes (5) séparant les logements (50) situés de part et d'autre des barrettes (5). 13. Batterie thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les logements (50) sur une face des barrettes (5) et les logements (50) sur l'autre face desdites barrettes (5) sont disposés en quinconce. 14. Batterie thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les barrettes (5) comportent des logements (50) sur une seule de leurs faces. 3049117 14 15. Batterie thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les tubes (3') de deux nappes (4) successives sont disposés en quinconce, les tubes (3') de la nappe (4) supérieure reposant sur la paroi latérale (51) de la barrette (5) de la nappe (4) inférieure, l'espacement entre les tubes (3') desdites nappes (4) étant défini 5 par la hauteur de ladite paroi latérale (51).