Brevet FR3099552A1 — publié le 20210205

Description Titre de l'invention : Système magnétocalorique comportant des sorties de fluide caloporteur multiples [0001] La présente invention concerne un système magnétocalorique et plus particu- lièrement la gestion des sorties (le fluide d'un dispositif magnétocalorique. [0002] La figure 1 montre un circuit de gestion thermique 1 comportant un dispositif magné- tocalorique 10 ainsi qu'un premier 7 et un deuxième 9 échangeur de chaleur. Le dispositif magnétocalorique 10 comporte un matériau magnétocalorique 3 ainsi qu'une source de champ magnétique, ici une bobine électromagnétique 5. Le dispositif magnétocalorique 10 comporte ici : - une conduite d'entrée A de fluide caloporteur à une première température, - une première conduite de sortie B de fluide caloporteur à une deuxième température inférieure à la première température, elle-même connectée au premier échangeur de chaleur 7, et - une deuxième conduite de sortie C de fluide caloporteur à une troisième température supérieure à la première température, elle-même connectée au deuxième échangeur de chaleur 9. Les sorties de fluide caloporteur des premier 7 et deuxième 9 échangeurs de chaleur sont quant à elles connectées à la conduite d'entrée A, par exemple au niveau d'un point de raccordement 50 disposé en amont du dispositif magnétocalorique 10. [0003] Sous l'effet d'un champ magnétique, le matériau magnétocalorique 3 s'échauffe et réchauffe le fluide caloporteur qui le traverse. Lorsque ce champ magnétique est coupé, le matériau magnétocalorique 3 refroidit et refroidit également le fluide caloporteur qui le traverse. Une redirection synchrone du fluide caloporteur avec les alternances de phases d'échauffement et de refroidissement vers la première B et la deuxième C conduite sortie de fluide caloporteur permet d'obtenir deux flux de fluide à deux températures différentes. Par exemple, lors des phases de refroidissement du matériau magnétocalorique 3, le fluide caloporteur peut être redirigé vers la première conduite de sortie B et ainsi absorber de l'énergie calorifique au niveau du premier échangeur de chaleur 7. Lors des phases d'échauffement du matériau magnétocalorique 3, le fluide caloporteur peut être redirigé vers la deuxième conduite de sortie C et ainsi dissiper de l'énergie calorifique au niveau du deuxième échangeur de chaleur 9. Dans l'exemple de la figure 1, le dispositif magnétocalorique 10 est également configuré pour mettre en mouvement le fluide caloporteur, mais il est tout à fait possible d'imaginer un mode de réalisation dans lequel le circuit de gestion thermique 2 1 comporte une pompe. [0004] Cependant, il peut être parfois nécessaire d'avoir un fluide caloporteur à une tem- pérature différente de celles des première B et deuxième C conduites de sortie. Cela est notamment le cas dans le cadre d'un dispositif de gestion thermique d'un véhicule automobile, notamment électriques ou hybrides utilisant un dispositif magnétocalorique et dans lesquels des éléments tels que des batteries, des éléments de puissance et le ou les moteurs électriques nécessitent généralement des températures de refroidissement différentes les uns des autres. [0005] La présente invention a pour but de remédier au moins partiellement aux incon- vénients de l'art antérieur et de proposer un système magnétocalorique comportant plus de deux sorties de fluide caloporteur à des températures différentes. [0006] La présente invention concerne donc un système magnétocalorique comportant un dispositif magnétocalorique destiné à être traversé par un fluide caloporteur, ledit dispositif magnétocalorique comportant : - une conduite d'entrée de fluide caloporteur à une première température, - une première conduite de sortie de fluide caloporteur à une deuxième température inférieure à la première température, et - une deuxième conduite de sortie de fluide caloporteur à une troisième température supérieure à la première température, au moins une des première ou deuxième conduites de sortie étant reliée à une conduite de dérivation ladite conduite de dérivation étant reliée à une conduite d'apport dans laquelle est destiné à circuler un fluide caloporteur à une température différente de la celle du fluide caloporteur destiné à circuler dans ladite conduite de dérivation, la liaison de cette conduite de dérivation et de la conduite d'apport formant une conduite de sortie supplémentaire de tluide caloporteur. [0007] Selon un aspect de l'invention - la première conduite de sortie est reliée à une première conduite de dérivation au niveau d'un premier point de raccordement, et - la deuxième conduite de sortie est reliée à une deuxième conduite de dérivation au niveau d'un deuxième point de raccordement, la première et la deuxième conduite de dérivation étant raccordées l'une à l'autre au niveau d'un troisième point de raccordement de sorte à former une première conduite de sortie supplémentaire de fluide caloporteur. [0008] Selon un autre aspect de l'invention, les première et deuxième conduites de dé- rivation comportent chacune une vanne proportionnelle. [0009] Selon un autre aspect de l'invention : - la première conduite de sortie est reliée à une troisième conduite de dérivation au niveau d'un quatrième point de raccordement, et 3 - la conduite d'entrée est reliée à une quatrième conduite de dérivation au niveau d'un cinquième point de raccordement, la troisième et la quatrième conduite dc dérivation étant raccordées l'une à l'autre au niveau d'un sixième point de raccordement de sorte à former une deuxième conduite de sortie supplémentaire de fluide caloporteur. [0010] Selon un autre aspect de l'invention, les troisième et la quatrième conduites de dé- rivation comportent chacune une vanne proportionnelle. [0011] Selon un autre aspect de l'invention, : - la deuxième conduite de sortie est reliée à une cinquième conduite de dérivation au niveau d'un septième point de raccordement, et - la conduite d'entrée est reliée à une sixième conduite de dérivation au niveau d'un huitième point dc raccordement, la cinquième et la sixième conduite de dérivation étant raccordées l'une à l'autre au niveau d'un neuvième point dc raccordement sorte à former une troisième conduite de sortie supplémentaire de fluide caloporteur. [0012] Selon un autre aspect de l'invention, les cinquième et la sixième conduites de dé- rivation comportent chacune une vanne proportionnelle. [0013] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, fournie à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels : [0014] [fig.1] la figure 1 montre une représentation schématique d'une boucle de gestion thermique comportant un dispositif magnétocalorique, [0015] [fig.2] la figure 2 montre une représentation schématique d'un système magnéto- calorique selon un premier mode de réalisation, [0016] [fig.3] la figure 3 montre une représentation schématique d'un système magnéto- calorique selon un deuxième mode de réalisation, [0017] [fig.4] la figure 4 montre une représentation schématique d'un système magnéto- calorique selon un troisième mode de réalisation, [0018] [fig.5] la figure 5 montre une représentation schématique d'un système magnéto- calorique selon un quatrième mode de réalisation, [0019] [fig.6] la figure 6 montre une représentation schématique d'un système magnéto- calorique selon un sixième mode de réalisation. [0020] Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. [0021] 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 et/ou inter-changées pour fournir d'autres réalisations. [0022] Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s'agit d'un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n'implique pas une priorité d'un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément inter-changer de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n'implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère. [0023] Dans la présente description, on entend par « placé en amont » qu'un élément est placé avant un autre par rapport au sens de circulation d'un fluide. A contrario, on entend par « placé en aval » qu'un élément est placé après un autre par rapport au sens de circulation du fluide. [0024] Les figures 2 à 6 montrent un système magnétocalorique 100 comportant un dispositif magnétocalorique 10 destiné à être traversé par un fluide caloporteur. Cc dispositif magnétocalorique 10 est identique à celui de la figure 1 et comporte un matériau magnétocalorique 3 ainsi qu'une source de champ magnétique, ici une bobine électromagnétique 5. Ce dispositif magnétocalorique 10 comporte également : - une conduite d'entrée A de fluide caloporteur à une première température, - une première conduite de sortie B de fluide caloporteur à une deuxième température inférieure à la première température, et - une deuxième conduite de sortie C de fluide caloporteur à une troisième température supérieure à la première température. [0025] Au moins une des première B ou deuxième C conduites de sortie est reliée à une conduite de dérivation D, E, G, J. Cette conduite de dérivation D, E, G, J est reliée à une conduite d'apport dans laquelle est destiné à circuler un fluide caloporteur à une température différente de la celle du fluide caloporteur destiné à circuler dans ladite conduite de dérivation D, E, G, J. La liaison de cette conduite de dérivation D, E, G, J avec la conduite d'apport formant une conduite de sortie supplémentaire F, I, L de fluide caloporteur. Cette conduite de de sortie supplémentaire F, I, L aura alors une température de fluide correspondant au mélange des fluides caloporteurs circulant dans la conduite de dérivation D, E, G et dans la conduite d'apport. [0026] Dans l'exemple des figures 2 à 6, le dispositif magnétocalorique 10 est également configuré pour mettre en mouvement le fluide caloporteur, mais il est tout à fait possible d'imaginer un mode de réalisation dans lequel le circuit de gestion thermique 1 comporte une pompe disposée sur la conduite d'entrée A. [0027] Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 2, la première conduite de sortie B est reliée à une première conduite de dérivation D au niveau d'un premier point de raccordement 21. La deuxième conduite de sortie C est quant à elle reliée à une deuxième conduite de dérivation E au niveau d'un deuxième point de raccordement 22. La première D et la deuxième E conduite de dérivation sont raccordées l'une à l'autre au niveau d'un troisième point de raccordement 23 dc sorte à former une première conduite de sortie supplémentaire F de fluide caloporteur. Ici, la deuxième conduite de dérivation E joue le rôle de la conduite d'apport relié à la première conduite de dérivation D. Le fluide caloporteur circulant dans cette première conduite de sortie supplémentaire F sera un mélange des fluides caloporteur circulant dans la première D et la deuxième E conduite dc dérivation. Ce fluide caloporteur aura alors une température intermédiaire entre la deuxième température du fluide caloporteur de la première conduite de sortie B et la troisième température du fluide caloporteur de la deuxième conduite de sortie C. [0028] Afin de pouvoir contrôler la température du fluide caloporteur circulant dans la première conduite dc sortie supplémentaire F, les première D et deuxième E conduites de dérivation comportent chacune une vanne proportionnelle 52, 53. Par vanne proportionnelle 52, 53 on entend ici une vanne dont l'ouverture est contrôlable et qui permet ainsi de contrôler le débit de fluide caloporteur la traversant. [0029] La première conduite de sortie B peut être ainsi connectée à un premier échangeur de chaleur (non représenté) nécessitant un fluide caloporteur à une première température (par exemple pour dissiper l'énergie calorifique du fluide caloporteur dans un flux d'air externe), la deuxième conduite de sortie C peut être connectée à un deuxième échangeur de chaleur (non représenté) nécessitant un fluide caloporteur à une deuxième température (par exemple pour refroidir un élément). La première conduite de sortie supplémentaire F peut être quant à elle connectée à un troisième échangeur de chaleur (non représenté) nécessitant un fluide caloporteur à une température intermédiaire entre la deuxième et la troisième température (par exemple pour refroidir un autre élément). [0030] Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 3, la première conduite de sortie B est reliée à une troisième conduite de dérivation G au niveau d'un quatrième point de raccordement 24. La conduite d'entrée A est quant à elle reliée à une quatrième conduite de dérivation H au niveau d'un cinquième point de raccordement 25. La troisième G et la quatrième H conduite de dérivation sont raccordées l'une à l'autre au niveau d'un sixième point de raccordement 26 de sorte à former une 6 deuxième conduite de sortie supplémentaire Ide fluide caloporteur. Ici, la quatrième conduite de dérivation H joue le rôle de la conduite d'apport relié à la troisième conduite de dérivation G. Le fluide caloporteur circulant dans cette deuxième conduite dc sortie supplémentaire I sera un mélange des fluides caloporteur circulant dans la troisième conduite de dérivation G et la conduite d'entrée A. Cc fluide caloporteur aura alors une température intermédiaire entre la première température du fluide caloporteur de la conduite d'entrée A et la deuxième température du fluide caloporteur de la première conduite de sortie B. [0031] De même que pour le premier mode de réalisation, afin de pouvoir contrôler la tem- pérature du fluide caloporteur circulant dans la deuxième conduite de sortie supplémentaire L les troisième G et quatrième H conduites dc dérivation comportent chacune une vanne proportionnelle 54, 55. Par vanne proportionnelle 54, 55 on entend ici une vanne dont l'ouverture est contrôlable et qui permet ainsi de contrôler le débit de fluide caloporteur la traversant. [0032] La première conduite dc sortie B peut être ainsi connectée à un premier échangeur de chaleur (non représenté) nécessitant un fluide caloporteur à une première température (par exemple pour dissiper l'énergie calorifique du fluide caloporteur dans un flux d'air externe), la deuxième conduite de sortie C peut être connectée à un deuxième échangeur de chaleur (non représenté) nécessitant un fluide caloporteur à une deuxième température (par exemple pour refroidir un élément). La deuxième conduite de sortie supplémentaire I peut être quant à elle connectée à un troisième échangeur de chaleur (non représenté) nécessitant un fluide caloporteur à une température intermédiaire entre la première et la deuxième température (par exemple pour refroidir un autre élément). [0033] Selon un troisième mode de réalisation illustré à la figure 4, la deuxième conduite de sortie C est reliée à une cinquième conduite de dérivation J au niveau d'un septième point de raccordement 27. La conduite d'entrée A est quant à elle reliée à une sixième conduite de dérivation K au niveau d'un huitième point de raccordement 28. La cinquième J et la sixième K conduite de dérivation sont raccordées l'une à l'autre au niveau d'un neuvième point de raccordement 29 de sorte à former une troisième conduite de sortie supplémentaire L de fluide caloporteur. Ici, la sixième conduite de dérivation K joue le rôle de la conduite d'apport relié à la cinquième conduite de dérivation J. Le fluide caloporteur circulant dans cette troisième conduite de sortie supplémentaire L sera un mélange des fluides caloporteurs circulant dans la cinquième conduite de dérivation J et la conduite d'entrée A. Ce fluide caloporteur aura alors une température intermédiaire entre la première température du fluide caloporteur de la conduite 7 d'entrée A et la troisième température du fluide caloporteur de la deuxième conduite de sortie C. [0034] De même que pour les premier et deuxième modes de réalisation, afin de pouvoir contrôler la température du fluide caloporteur circulant dans la troisième conduite de sortie supplémentaire L, les cinquième J et sixième K conduites de dérivation comportent chacune une vanne proportionnelle 56, 57. Par vanne proportionnelle 56, 57 on entend ici une vanne dont l'ouverture est contrôlable et qui permet ainsi de contrôler le débit de fluide caloporteur la traversant. [0035] La première conduite dc sortie B peut être ainsi connectée à un premier échangeur de chaleur (non représenté) nécessitant un fluide caloporteur à une première température (par exemple pour dissiper l'énergie calorifique du fluide caloporteur dans un flux d'air externe), la deuxième conduite de sortie C peut être connectée à un deuxième échangeur de chaleur (non représenté) nécessitant un fluide caloporteur à une deuxième température (par exemple pour refroidir un élément). La troisième conduite de sortie supplémentaire L peut être quant à elle connectée à un troisième échangeur de chaleur (non représenté) nécessitant un fluide caloporteur à une température intermédiaire entre la première et la troisième température (par exemple pour refroidir un autre élément). [0036] La figure 5 montre un quatrième mode de réalisation qui est la combinaison des deuxième et troisième modes dc réalisation décris ci-dessus. Dans ce quatrième mode de réalisation, la première conduite de sortie B est reliée à la troisième conduite de dérivation G, la deuxième conduite de sortie C est reliée à la cinquième conduite de dérivation J. La conduite d'entrée A est quant à elle reliée à la fois à la cinquième H et la sixième K conduite de dérivation. Le système magnétocalorique 100 peut ainsi avoir au total quatre conduites de sortie, les première B et deuxième C conduites sortie et les deuxième I et troisième L conduites de sortie supplémentaires. [0037] La figure 6 montre un cinquième mode de réalisation qui est la combinaison des premier et quatrièmes modes de réalisations décris ci-dessus. Dans ce cinquième mode de réalisation, la première conduite de sortie B est reliée à la fois à la première D et la troisième G conduite de dérivation. La deuxième conduite de sortie C est reliée à la fois à la deuxième E et la cinquième J conduite de dérivation. La conduite d'entrée A est quant à elle reliée à la fois à la cinquième H et la sixième K conduite de dérivation. Le système magnétocalorique 100 peut ainsi avoir au total cinq conduites de sortie, les première B et deuxième C conduites de sortie et les première F, deuxième I et troisième L conduites de sortie supplémentaires. [0038] Il est bien entendu également possible d'imaginer d'autre combinaisons de modes de réalisation décrits ci-dessus, par exemple la combinaison du premier mode de réa- 8 lisation de la figure 2 avec n'importe lequel des deuxième ou troisième modes de réalisation des figures 3 et 4. [0039] Ainsi, on voit bien que de par son architecture, le système magnétocalorique 100 permet d'obtenir des sorties de fluide caloporteur ayant des températures différentes et modulables. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] REVENDICATIONSSystème magnétocalorique (100) comportant un dispositif magnétocalorique (10) destiné à être traversé par un fluide caloporteur, ledit dispositif magnétocalorique (10) comportant : - une conduite d'entrée (A) de fluide caloporteur à une première température, - une première conduite de sortie (B) de fluide caloporteur à une deuxième température inférieure à la première température, et - une deuxième conduite de sortie (C) de fluide caloporteur à une troisième température supérieure à la première température, caractérisé en ce qu'au moins une des première (B) ou deuxième (C) conduites de sortie est reliée à une conduite de dérivation (D, E, G, J), ladite conduite de dérivation (D, E, G, J) étant reliée à une conduite d'apport dans laquelle est destiné à circuler un fluide caloporteur à une température différente de la celle du fluide caloporteur destiné à circuler dans ladite conduite de dérivation (D, E, G, J), la liaison de cette conduite de dérivation (D, E, G, J) et de la conduite d'apport formant une conduite de sortie supplémentaire (F, I, L) de fluide caloporteur. Système magnétocalorique (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que : - la première conduite de sortie (B) est reliée à une première conduite de dérivation (D) au niveau d'un premier point de raccordement (21), et - la deuxième conduite de sortie (C) est reliée à une deuxième conduite de dérivation (E) au niveau d'un deuxième point de raccordement (22), la première (D) et la deuxième (E) conduite de dérivation étant raccordées l'une à l'autre au niveau d'un troisième point de raccordement (23) de sorte à former une première conduite de sortie supplémentaire (F) de fluide caloporteur. Système magnétocalorique (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les première (D) et deuxième (E) conduites de dérivation comportent chacune une vanne proportionnelle (52, 53). Système magnétocalorique (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - la première conduite de sortie (B) est reliée à une troisième conduite de dérivation (G) au niveau d'un quatrième point de raccordement (24), et - la conduite d'entrée (A) est reliée à une quatrième conduite de dérivation (H) au niveau d'un cinquième point de raccordement (25), 10 la troisième (G) et la quatrième (H) conduite de dérivation étant raccordées l'une à l'autre au niveau d'un sixième point de raccordement (26) de sorte à former une deuxième conduite de sortie supplémentaire (1) de fluide caloporteur. [Revendication 5] Système magnétocalorique (100) selon la revendication précédente, ca- ractérisé en ce que les troisième (G) et la quatrième (H) conduites de dérivation comportent chacune une vanne proportionnelle (54, 55). [Revendication 6] Système magnétocalorique (100) selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que : - la deuxième conduite de sortie (C) est reliée à une cinquième conduite de dérivation (J) au niveau d'un septième point de raccordement (27), et - la conduite d'entrée (A) est reliée à une sixième conduite de dérivation (K) au niveau d'un huitième point de raccordement (28), la cinquième (J) et la sixième (K) conduite de dérivation étant raccordées l'une à l'autre au niveau d'un neuvième point de raccordement (29) sorte à former une troisième conduite de sortie supplémentaire (L) de fluide caloporteur. [Revendication 7] Système magnétocalorique (100) selon la revendication précédente, ca- ractérisé en ce que les cinquième (J) et la sixième (K) conduites de dérivation comportent chacune une vanne proportionnelle (56, 57).