Brevet FR3055952A1 — publié le 20180316

BATTERIE THERMIQUE DE STOCKAGE L'invention a pour objet un boîtier de batterie thermique de stockage, et une batterie comprenant un tel boîtier. Une batterie thermique fonctionne à l'aide d'un fluide, tel qu'un fluide caloporteur, adapté pour circuler entre une entrée et une sortie de la batterie. Lors de sa circulation, de l'énergie thermique initialement stockée dans la batterie est transférée au fluide. Le fluide ainsi réchauffé peut circuler par la suite à l'intérieur du radiateur de chauffage d'un véhicule, ce qui permet de transférer la chaleur du fluide à l'intérieur de l'habitacle. io Ce type de batterie thermique peut également servir à préchauffer un liquide, tel que l'huile du moteur ou l'huile de la boîte de vitesse automatique, et ce avant le démarrage à froid du véhicule automobile. Une telle batterie a usuellement une forme extérieure substantiellement cylindrique, ce qui permet d'assurer une bonne tenue mécanique de la 15 batterie à la pression du fluide qu'elle contient. Cependant, il est difficile de réaliser une batterie ayant une forme plus complexe. Il est alors nécessaire d'augmenter significativement l'épaisseur de la paroi de la batterie pour renforcer sa solidité. Une épaisseur de paroi importante entraîne toutefois une diminution de l'espace utile et une 20 augmentation de la masse de la batterie, ce qui se traduit par une baisse de sa performance. Le but de l'invention est de remédier au moins partiellement à ces inconvénients et vise à proposer une batterie pouvant s'adapter à de nombreuses contraintes géométriques tout conservant une bonne tenue à 25 la pression. A cet effet, l'invention a pour objet une batterie thermique de stockage comprenant un boîtier muni d'une pluralité de compartiments s'étendant selon une direction dite direction d'extension, chacun des compartiments 3055952 2 étant adapté pour recevoir au moins un composant pour stocker et libérer une quantité de chaleur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier comprend une entrée et une sortie configurées de sorte qu'un fluide circule 5 séquentiellement dans les compartiments entre l'entrée et la sortie du boîtier. Ainsi, le fluide, parcourant successivement les compartiments, est guidé à travers le boîtier, ce qui améliore le rendement de la batterie. Selon une autre caractéristique de l'invention, le fluide circule dans le boîtier substantiellement transversalement à la direction d'extension. Une circulation du fluide transversale à la direction d'extension permet d'augmenter la durée d'échange de chaleur entre le fluide et les composants dans chaque compartiment. Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins un compartiment du boîtier comprend au moins une paroi au moins partiellement arrondie selon un plan perpendiculaire à la direction d'extension. La forme arrondie de la paroi permet d'assurer une bonne résistance à la pression de chaque compartiment. La batterie peut ainsi avoir une forme extérieure quelconque tout en assurant une bonne tenue à la pression. La batterie peut alors être disposée dans un espace du véhicule automobile de forme variable. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque compartiment comprend une paroi de section circulaire selon le plan perpendiculaire à la direction d'extension. Selon cette configuration, chaque compartiment a une forme cylindrique qui présente l'avantage d'être particulièrement résistante aux contraintes de pression interne de fluide. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque compartiment est 3055952 3 apte à recevoir une pluralité de composants s'étendant selon la direction d'extension. Cet agencement permet d'une part d'optimiser le remplissage des compartiments du boîtier, et d'autre part de permettre à un fluide de se 5 déplacer au sein de la batterie, favorisant ainsi un échange de chaleur entre le fluide et les composants. Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier comprend des ouvertures, chacune des ouvertures permettant de relier deux compartiments l'un à l'autre, les ouvertures ayant de préférence une forme io substantiellement rectangulaire et s'étendant dans la direction d'extension. Les ouvertures permettent le passage du fluide entre les différents compartiments du boîtier. Les ouvertures ont une section de passage permettant une perte de charge du fluide minimal tout en assurant une tenue en pression maximale du boîtier. 15 Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier comprend une cloison commune à une pluralité de compartiments, dite cloison principale, lesdits compartiments de ladite pluralité de compartiments étant disposés de chaque côté de la cloison principale. La cloison principale permet en particulier d'imposer un chemin particulier 20 au fluide passant par l'ensemble des compartiments du boîtier. Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier comprend des éléments de soutien, chaque élément de soutien reliant la paroi d'au moins un compartiment à la cloison principale. Les éléments de soutien assurent une résistance en traction à la 25 pression interne du fluide contenu dans le boîtier tout en minimisant la masse du boîtier. Selon une autre caractéristique de l'invention, une pluralité d'éléments de soutien est disposée orthogonalement à la direction d'extension pour relier la paroi d'au moins un compartiment à la cloison principale, définissant 3055952 4 entre eux des ouvertures permettant de relier deux compartiments l'un à l'autre. Selon une autre caractéristique de l'invention, les éléments de soutien sont disposés de sorte à être tangents localement aux parois de deux 5 compartiments. Selon une autre caractéristique de l'invention, la batterie comprend un couvercle adapté pour fermer le boîtier, le couvercle comprenant des bossages disposés au niveau de chaque compartiment lorsque le couvercle ferme le boîtier. io Les bossages du boîtier forment la paroi supérieure de chaque compartiment, ceci afin de renforcer la tenue à la pression des compartiments. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative 15 et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre une vue en perspective d'une batterie thermique comprenant un boîtier dont la face supérieure est fermée par un couvercle selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 illustre une vue de dessus du boîtier de la figure 1 20 dépourvu de couvercle ; - la figure 3 illustre une vue en perspective du boîtier des figures 1 et 2 dépourvu de couvercle ; - la figure 4 est une vue en coupe du boîtier de la figure 3 selon le plan IV-IV, le boîtier étant fermé par le couvercle ; 25 - la figure 5 illustre une vue de côté d'un boîtier de batterie thermique selon un second mode de réalisation ; - la figure 6 est une vue de dessus du boîtier de la figure 5 ; et 3055952 5 - la figure 7 illustre une vue en perspective du boîtier des figures 5 et 6. L'invention a pour objet une batterie thermique de stockage 1, notamment pour véhicule automobile. 5 Comme illustré sur la figure 1, la batterie 1 comprend un boîtier 2. Le boîtier 2 est de préférence en matière plastique. Le boîtier 2 est réalisé par exemple par moulage Le boîtier 2 comprend au moins une face inférieure 3 et une face périphérique latérale 4. io Comme illustré sur les figures 1 et 5, la face périphérique 4 s'étend transversalement à la face inférieure 3 selon une direction longitudinale, dite direction d'extension E. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à un boîtier 2 ayant une géométrie spécifique telle qu'illustrée sur la figure 1, et d'autres 15 configurations sont tout à fait envisageables, par exemple un boîtier parallélépipédique ou cylindrique. Le boîtier 2 peut également comprendre une face supérieure. Selon la réalisation illustrée sur la figure 1, la batterie 1 comprend un couvercle 5. Le couvercle 5 fait office de face supérieure pour fermer le 20 boîtier 2. Le couvercle 5 est fixé au boîtier 2 par soudage, par vissage, ou par tout autre moyen. Comme illustré sur les figures 1 et 4, un joint 18 est de préférence disposé entre le couvercle 5 et le boîtier 2 pour assurer l'étanchéité de la batterie 1 une fois celle-ci fermée. 25 II est entendu que les expressions « supérieure », « inférieure », « périphérique » doivent être comprises dans leur sens courant et comme décrivant le boîtier 2 disposé selon une direction d'extension E verticale. Bien entendu, la batterie 1 est susceptible d'être disposée selon toute autre 3055952 6 orientation, notamment dans un véhicule automobile. La batterie 1 comprend au moins une entrée 6 pour permettre à un fluide de pénétrer à l'intérieur de la batterie 1 et une sortie 7 pour permettre au fluide de s'extraire de la batterie thermique 1. 5 Comme illustrées sur la figure 1, l'entrée 6 et la sortie 7 de la batterie peuvent être disposées sur la face périphérique 4, dans la partie inférieure du boîtier 2. En variante, comme illustré sur la figure 5, l'entrée 6 de la batterie 1 peut être disposée sur la face périphérique 4 dans la partie inférieure, tandis que io la sortie 7 est située sur la face périphérique 4 dans la partie supérieure du boîtier 2, ou inversement. Une configuration dans laquelle la sortie 7 est située dans la partie supérieure du boîtier 2 permet d'imposer au fluide de circuler dans tout le boîtier 2, et notamment dans sa partie supérieure, ceci afin d'éviter la 15 présence d'air stagnant dans le boîtier 2. Le boîtier 2 selon l'invention comprend une pluralité de compartiments 8. Selon le premier mode de réalisation illustré plus particulièrement des figures 2 ou 3, le boîtier 2 comprend douze compartiments 8. Selon le second mode de réalisation illustré plus particulièrement sur les figures 5, 6 20 ou 7, le boîtier 2 comprend dix compartiments 8. Toutefois, ces modes de réalisation sont purement illustratifs et le boîtier 2 peut comprendre un nombre supérieur ou inférieur de compartiments 8. Le nombre de compartiments 8 est avantageusement choisi pour maximiser l'espace disponible dans le boîtier 2 sans pour autant diminuer 25 significativement sa résistance mécanique. Chaque compartiment 8 s'étend selon la direction d'extension E. Les compartiments 8 s'étendent depuis la face inférieure 4 jusqu'à la face supérieure 5 du boîtier 2. 3055952 7 Comme illustré sur les figures 2 et 6, chaque compartiment 8 comprend au moins une paroi latérale 9 de section en arc de cercle selon un plan de section P perpendiculaire à la direction d'extension E. La section de la paroi latérale 9 de chaque compartiment 8 est avantageusement constante entre 5 la paroi inférieure 3 et la paroi supérieure 5 du boîtier 2. Comme illustré sur la figure 4, chaque compartiment 8 comprend également une paroi inférieure 16 et une paroi supérieure 17. Les parois inférieure et/ou supérieure 16, 17 de chaque compartiment 8 ont avantageusement une forme arrondie ou bombée, de sorte à mieux io résister à la pression interne de fluide contenu dans le boîtier 2. Selon le mode de réalisation dans lequel la face supérieure du boîtier 2 est fermée par un couvercle 5 tel qu'illustré par la figure 1, le couvercle 5 comprend des bossages disposés au niveau de chaque compartiment 5 et formant respectivement la paroi supérieure 17 de chaque compartiment 8 15 lorsque le boîtier 2 est fermé par le couvercle 5. Les compartiments 8 du boîtier 2 peuvent avoir des formes identiques ou différentes les uns des autres. En particulier, les compartiments 8 peuvent avoir des formes de section selon le plan de section P perpendiculaire à la direction d'extension E différentes les unes des autres. 20 Comme illustré sur la figure 1 qui présente localement une vue à travers la face périphérique 4 du boîtier 2, un ou plusieurs composants 10 sont disposés à l'intérieur des compartiments 8 du boîtier 2. En particulier, les figures 1 et 2 montrent des composants 10 logés dans un seul compartiment 8 du boîtier 2 par souci de simplification. Bien entendu, tous 25 les compartiments 8 du boîtier 2 comprennent avantageusement un ou plusieurs composants 10 selon l'invention. Chaque composant 10 peut échanger de la chaleur avec le fluide circulant de l'entrée 6 vers la sortie 7 de la batterie 1. 3055952 8 Les composants 10 comprennent avantageusement un matériau à changement de phase (MCP) permettant de stocker et de libérer une quantité déterminée de chaleur. Le matériau à changement de phase est enveloppé par une enveloppe 5 11. L'enveloppe 11 peut être réalisée dans un matériau plastique. Comme illustrés sur la figure 1, les composants 10 présents dans la batterie 1 selon l'invention se présentent avantageusement sous une forme rectiligne. Chaque composant 10 se présente sous la forme d'un tube d'une longueur plus importante que son diamètre. 10 Comme illustré également sur les figures 1 et 2, les composants 10 sont positionnés dans les compartiments 8 les uns à côté des autres selon la direction d'extension E. Les composants 10 s'étendent selon la direction d'extension E dans les compartiments 8 depuis la face inférieure 4 jusqu'à la face supérieure 5 du boîtier 2. 15 Comme illustré sur la figure 2, le flux entrant de fluide dans la batterie 1, illustré par la flèche 12, et le flux sortant de fluide, illustré par la flèche 13, sont de préférence transversaux à la direction d'extension E. Afin de renforcer la tenue à la pression du boîtier 2, la face périphérique 4 du boîtier 2 comprend en outre des renforts 14. 20 Un renfort 14 est constitué d'un prolongement de matière reliant avantageusement deux à deux les parois latérales 9 des compartiments 8 du boîtier 2. Les renforts 14 s'étendent avantageusement dans un plan parallèle à la paroi inférieure 3 du boîtier 2. Comme illustrés sur les figures 1, 4 et 5, les renforts 14 sont disposés sur 25 au moins un niveau parallèle à la paroi inférieure 3 du boîtier 2. Les renforts 14 peuvent de préférence être disposés selon plusieurs niveaux N1, N2, N3, N4 parallèles les uns aux autres. 3055952 9 Bien entendu, la face périphérique extérieure 4 du boîtier 2 peut comprendre un nombre plus ou moins élevé de niveaux et d'autres configurations de renforts 14. Premier mode de réalisation 5 Dans un premier mode de réalisation illustré par les figures 1, 2, 3 et 4, chaque compartiment 8 comprend au moins une paroi latérale 9 de section en arc de cercle selon un plan de section P perpendiculaire à la direction d'extension E. La paroi latérale 9 de section en arc de cercle de chaque compartiment 8 10 est de préférence disposée vers l'extérieur du boîtier 2. Comme illustré sur la figure 2, le boîtier 2 comprend un compartiment d'entrée 8a directement relié à l'entrée 6 de fluide dans le boîtier 2. De la même façon, le boîtier 2 comprend un compartiment de sortie 8b directement relié à la sortie 7 de fluide du boîtier 2. 15 Comme illustré sur la figure 3, le compartiment de sortie 8b du boîtier 2 est séparé des autres compartiments 8 du boîtier 2 au moyen d'un unique orifice 22 disposé dans la partie supérieure du boîtier 2. Ainsi, bien que la sortie 7 de fluide soit située dans la partie inférieure du boîtier 2, le fluide circule nécessairement dans sa partie supérieure, ceci afin d'éviter la 20 présence d'air stagnant dans le boîtier 2. Le boîtier 2 comprend en outre des compartiments intermédiaires 8c. Les compartiments intermédiaires 8c sont répartis de chaque côté d'une cloison principale 15 du boîtier 2. Plus précisément, les compartiments intermédiaires 8c sont répartis de façon avantageusement symétrique par 25 rapport à la cloison principale 15. La cloison principale 15 permet d'imposer un chemin particulier au fluide dans le boîtier 2 passant par l'ensemble des compartiments 8 du boîtier 2. 3055952 10 Un compartiment d'extrémité 8d situé à une extrémité de la cloison principale 15 permet au fluide de circuler dans les compartiments intermédiaires 8c situés de part et d'autre de la cloison principale 15. Les compartiments 8, en particulier les compartiments intermédiaires 8c 5 ont une paroi latérale 9 sous forme de voûte s'étendant dans la direction d'extension E. Plus précisément, les compartiments intermédiaires 8b ont une paroi latérale 9 de section en demi-cercle selon un plan perpendiculaire à la direction d'extension E. La paroi latérale 9 des compartiments 8, en particulier des compartiments 10 intermédiaires 8c, est reliée à la cloison principale 15 par des éléments de soutien 19, encore appelés tirants. Comme illustrés sur la figure 3, les éléments de soutien 19 sont disposés au niveau de la jonction des parois latérales 9 de deux compartiments 8 accolés l'un à l'autre. 15 Les éléments de soutien 19 sont de préférence tangents aux parois latérales 9 des deux compartiments 8 accolés l'un à l'autre. Les éléments de soutien 19 sont en outre de préférence disposés perpendiculairement à la cloison principale 15. Les éléments de soutien 19 permettent de rigidifier la structure du boîtier 20 2, en particulier pour résister à une pression interne de fluide, sans pour augmenter significativement la masse du boîtier 2. Comme illustré sur la figure 4, plusieurs éléments de soutien 19 sont disposés selon la direction d'extension E pour permettre de relier la paroi latérale 9 des compartiments 8 à la cloison centrale 15. 25 Les éléments de soutien 19 sont de préférence régulièrement répartis dans la direction d'extension E. Les éléments de soutien 19 sont par exemple disposés selon les mêmes niveaux N1, N2, N3, N4 que les renforts 14 de la face périphérique 4 du boîtier 2. 3055952 11 L'espace entre deux éléments de soutien 19 consécutifs selon la direction d'extension E délimite une ouverture 20 permettant au fluide de circuler entre les compartiments 8. Les ouvertures 20 ont avantageusement une forme rectangulaire 5 arrondie au niveau de ses angles. La section de passage des ouvertures 20 entre deux compartiments est adaptée pour minimiser la perte de charge lors de la circulation du fluide tout en assurant une tenue maximale du boîtier 2. Second mode de réalisation io Dans un second mode de réalisation illustré par les figures 5 à 7, chaque compartiment 8 comprend au moins une paroi latérale 9 de section cylindrique selon le plan de section P perpendiculaire à la direction d'extension E. Comme illustré plus particulièrement sur la figure 6, chaque compartiment 8 constitue un cylindre s'étendant entre la face inférieure 3 et 15 la face supérieure 5 du boîtier 2 dans la direction d'extension E. Comme illustré sur la figure 7, le boîtier 2 comprend des ouvertures 21 pour relier les différents compartiments 8 de la batterie 1 les uns avec les autres. Les ouvertures 21 ont une forme avantageusement rectangulaire et s'étendent selon la direction d'extension E. 20 Les ouvertures 21 permettent d'imposer un chemin spécifique au fluide qui circule de l'entrée 6 vers la sortie 7 de la batterie 1. Les ouvertures 21 permettent notamment d'assurer d'un chemin du fluide dans la batterie 1 pour maximiser l'échange de chaleur entre le fluide et les composants 10. Une seule ouverture 21 relie de préférence deux compartiments 8 entre 25 eux. Toutefois, en variante, plus d'une ouverture 21 peut permettre de relier deux compartiments 8. Les ouvertures 21 présentent une section de passage entre deux compartiments 8 adaptée pour entraîner une perte de charge minimale lors REVENDICATIONS1. Batterie thermique de stockage (1) comprenant un boîtier muni d'une pluralité de compartiments (8) s'étendant selon une direction dite d'extension (E), chacun des compartiments (8) étant adapté pour recevoir au moins un composant (10) pour stocker et libérer une quantité de chaleur. 2. Batterie selon la revendication 1, dans laquelle le boîtier (2) comprend une entrée (6) et une sortie (7) configurées de sorte qu'un fluide circule séquentiellement dans les compartiments (8) entre l'entrée (6) et la sortie (7) du boîtier (2). 3. Batterie selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le fluide circulant dans le boîtier substantiellement transversalement à la direction d'extension (E). 4. Batterie selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins un compartiment (8) du boîtier (2) comprend au moins une paroi (9) au moins partiellement arrondie selon un plan (P) perpendiculaire à la direction d'extension (E). 5. Batterie selon la revendication précédente, dans laquelle chaque compartiment (8) comprend une paroi (9) de section circulaire selon le plan (P) perpendiculaire à la direction d'extension (E). 6. Batterie selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le boîtier comprend des ouvertures (21), chacune des ouvertures (21) permettant de relier deux compartiments (8) l'un à l'autre, les ouvertures (21) ayant de préférence une forme substantiellement rectangulaire et s'étendant dans la direction d'extension (E). 7. Batterie selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le boîtier (2) comprend une cloison commune à une 3055952 14 pluralité de compartiments (8), dite cloison principale (15), lesdits compartiments (8) de ladite pluralité de compartiments (8) étant disposés de chaque côté de la cloison principale (15). 8. Batterie selon la revendication précédente, dans laquelle le boîtier 5 comprend des éléments de soutien (19), chaque élément de soutien (19) reliant la paroi (9) d'au moins un compartiment (8) à la cloison principale (15). 9. Batterie selon la revendication précédente, dans laquelle une pluralité d'éléments de soutien est disposée orthogonalement à la 10 direction d'extension (E) pour relier la paroi d'au moins un compartiment (8) à la cloison principale (15), définissant entre eux des ouvertures (21) permettant de relier deux compartiments (8) l'un à l'autre. 10. Batterie selon la revendication précédente, dans laquelle les 15 éléments de soutien (19) sont disposés de sorte à être tangents localement aux parois (9) de deux compartiments (8). 11. Batterie (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant un couvercle (5) adapté pour fermer le boîtier (2), le couvercle comprenant des bossages disposés au niveau de 20 chaque compartiment (8) lorsque le couvercle (5) ferme le boîtier (2).