Brevet FR3137167A1 — publié le 20231229

Dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissemen t L’invention concerne un dispositif de régulation thermique (1), notamment de refroidissement, pour composant (101) susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d’énergie électrochimique, ce dispositif comportant au moins un canal (5) pour un fluide caloporteur, ce canal présentant une face de refroidissement (10) qui est en regard du composant à refroidir, ce canal (5) comprenant au moins un élément perturbateur de l’écoulement (11) adjacent à la face de refroidissement, cet élément perturbateur (11) faisant saillie depuis la face de refroidissement en formant une cavité (12) délimitée par l’élément perturbateur et la face de refroidissement, cette cavité (12) étant communicante, par au moins un orifice (14), avec le reste du canal (5) de sorte que la cavité (12) puisse se remplir de fluide caloporteur. Figure pour l’abrégé : Figure 2 Dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement La présente invention concerne un dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement, notamment pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment un dispositif de refroidissement d’au moins une batterie ou cellules de batterie de véhicule, par exemple un véhicule automobile. Le véhicule peut être de type terrestre, maritime ou aérien. On connaît par la demande de brevet WO2018109368 un échangeur de chaleur à plaques comprenant une première et une deuxième plaques jointes de manière étanche. La première plaque est emboutie de sorte à former une pluralité de canaux séparés par des nervures et pourvus de protubérances espacées jouant le rôle de perturbateur d’écoulement. La perturbation de l’écoulement, qui génère des turbulences, permet de créer un meilleur échange de chaleur avec les cellules de batterie à refroidir. Ces protubérances sont en général placées à distance de la face de refroidissement au contact de laquelle les cellules de batterie sont refroidies. Ce placement est imposé par le fait que, si on prévoit les protubérances embouties sur la face de refroidissement, ces emboutis créeraient des cavités d’air à l’interface avec les cellules à refroidir, qui dégraderait la qualité des échanges thermiques. L’invention vise notamment à améliorer les échanges thermiques entre les canaux de fluide et les composants à refroidir. L’invention a ainsi pour objet un dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement, pour composant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d’énergie électrochimique, ce dispositif comportant au moins un canal pour un fluide caloporteur, ce canal présentant une face de refroidissement qui est en regard du composant à refroidir, ce canal comprenant au moins un élément perturbateur de l’écoulement adjacent à la face de refroidissement, cet élément perturbateur faisant saillie depuis la face de refroidissement en formant une cavité délimitée par l’élément perturbateur et la face de refroidissement, cette cavité étant communicante, par au moins un orifice, avec le reste du canal de sorte que la cavité puisse se remplir de fluide caloporteur. L’invention est avantageuse car la cavité remplie de fluide caloporteur permet de maintenir aussi basse que possible la résistance thermique à l’interface d’échange de chaleur avec le composant à refroidir. En effet, la conductivité de l'air est bien inférieure à celle d’un fluide de refroidissement classiquement utilisé (à titre d’exemple, 0.025 W/mK contre 0.4 W/mK). Par exemple, cette ou ces cavités remplies de fluide caloporteur offre une meilleure performance thermique que le cas où cette ou ces cavités seraient remplies d’air. La présence des éléments perturbateurs sur la face de refroidissement permet de créer des turbulences du fluide au plus près de cette face, ce qui améliore l’échange thermique avec les composants à refroidir. L’invention permet ainsi de placer le ou les éléments perturbateurs au plus près des cellules de batterie, de manière adjacente à la face de refroidissement, sans pour autant pénaliser l’échange thermique par la présence d’une résistance thermique trop importante du fait des cavités. Selon l’un des aspects de l’invention, le canal présente une hauteur mesurée suivant une direction perpendiculaire à la face de refroidissement, et l’élément perturbateur s’étend sur une partie seulement de la hauteur du canal. L’élément perturbateur selon cet aspect de l’invention se distingue d’un élément connu, appelé « hard dimple » en anglais, qui s’étend sur toute la hauteur du canal et qui joue un rôle de renfort mécanique. Au contraire, l’élément perturbateur selon cet aspect de l’invention ne s’étend pas sur toute la hauteur du canal, ce qui permet de limiter les pertes de charge au sein de l’écoulement de fluide. Selon l’un des aspects de l’invention, l’élément perturbateur présente un sommet qui est perforé pour former l’orifice par lequel du fluide caloporteur peut remplir la cavité. Selon l’un des aspects de l’invention, l’élément perturbateur présente une forme de dôme, notamment à base circulaire, ou une forme en chevron, ou une forme polygonale, ou une forme oblongue. Selon l’un des aspects de l’invention, l’orifice présente une forme circulaire, ou une forme en chevron, ou une forme polygonale, ou une forme oblongue. Selon l’un des aspects de l’invention, la hauteur de l’au moins un élément perturbateur est comprise entre au moins 0.1mm et la moitié de la hauteur du canal dans lequel est formé ledit élément perturbateur, de préférence entre ¼ et 1/3 de la hauteur de canal. Selon l’un des aspects de l’invention, les éléments perturbateurs sont disposés suivants des rangées, notamment parallèles. Selon l’un des aspects de l’invention, les éléments perturbateurs dans chaque rangée sont espacés de manière régulière. En variante, cet espacement peut être irrégulier. Selon l’un des aspects de l’invention, tous les canaux sont pourvus d’éléments perturbateurs. En variante, certains canaux seulement sont pourvus d’éléments perturbateurs. Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de régulation thermique comprend une plaque ou un tube formant la face de refroidissement, et un organe additionnel qui est pourvu de l’élément perturbateur, cet organe additionnel étant assemblé avec la plaque ou le tube. Selon l’un des aspects de l’invention, l’organe additionnel comprend une feuille conformée, notamment par emboutissage, pour définir l’élément perturbateur. Selon l’un des aspects de l’invention, la feuille est en métal, notamment en acier ou en aluminium. Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de régulation thermique comprend une première plaque définissant la face de refroidissement et une deuxième plaque assemblée avec la première plaque pour définir ensemble au moins partiellement l’un des canaux. Selon l’un des aspects de l’invention, la première plaque, ou plaque supérieure, est plane. Selon l’un des aspects de l’invention, les composants à refroidir, notamment des cellules de batterie, sont posés sur le côté extérieur de cette première plaque. Selon l’un des aspects de l’invention, la deuxième plaque, ou plaque inférieure, comprend des régions renfoncées pour définir avec la première plaque, les canaux. Selon l’un des aspects de l’invention, le canal présente une section transversale en forme polygonale, notamment en forme de trapèze. En variante, cette forme est ronde ou oblongue. Selon l’un des aspects de l’invention, la deuxième plaque comporte, entre les zones renfoncées, des zones de jonction, notamment planes, avec la première plaque. Selon l’un des aspects de l’invention, les zones renfoncées sont des zones embouties dans la deuxième plaque. Selon l’un des aspects de l’invention, la deuxième plaque comprend au moins un élément perturbateur additionnel, notamment une pluralité d’éléments perturbateurs additionnels, disposés sur un fond de l’un au moins des canaux, ce fond de canal étant à l’opposé de la face de refroidissement. Selon l’un des aspects de l’invention, ces éléments perturbateurs additionnels sont formés par des formes embouties de la deuxième plaque. Selon l’un des aspects de l’invention, l’élément perturbateur additionnel présente une forme de dôme, notamment à base circulaire, ou une forme en chevron, ou une forme polygonale, ou une forme oblongue. Selon l’un des aspects de l’invention, l’organe additionnel est assemblé entre les première et deuxième plaques. Selon l’un des aspects de l’invention, l’organe additionnel comprend une feuille qui définit le ou les éléments perturbateurs, et cette feuille est interposée entre les deux plaques. Selon l’un des aspects de l’invention, la feuille est brasée avec les deux plaques. Selon l’un des aspects de l’invention, la feuille s’étend sur une majeure partie de la superficie de la première plaque, notamment sur sensiblement toute la superficie de cette première plaque. Selon l’un des aspects de l’invention, les deux plaques forment ensemble une pluralité de canaux et l’organe additionnel comprend une pluralité d’éléments perturbateurs disposés dans la pluralité de canaux. Selon l’un des aspects de l’invention, la feuille s’étend dans un plan principal et les éléments perturbateurs font saillie de ce plan. Selon l’un des aspects de l’invention, la feuille est plane sur toute son étendue, en dehors des éléments perturbateurs. Selon l’un des aspects de l’invention, l’organe additionnel comporte au moins une cloison de séparation, notamment une pluralité de cloisons de séparation, entre des canaux d’écoulement. Selon l’un des aspects de l’invention, les cloisons sont parallèles entre elles. Selon l’un des aspects de l’invention, les cloisons s’étendent depuis la première plaque jusqu’à la deuxième plaque. Selon l’un des aspects de l’invention, la deuxième plaque, ou plaque inférieure, comprend un rebord périphérique et un fond plat à l’intérieur de ce rebord. Autrement dit, des canaux adjacents sont séparés entre eux par les cloisons de l’organe additionnel. La séparation latérale entre canaux voisins est réalisée par cet organe additionnel et non par la deuxième plaque, ou plaque inférieure. Selon l’un des aspects de l’invention, des éléments perturbateurs sont placés de part et d’autre de ces cloisons. Selon l’un des aspects de l’invention, ces cloisons sont formées par des plis de l’organe additionnel. Selon l’un des aspects de l’invention, le pli comprend deux pans de feuille qui sont joints. Selon l’un des aspects de l’invention, ces pans joints forme une seule cloison de séparation qui sépare deux canaux voisins. Dans ce cas, la cloison présente une double épaisseur de feuille du fait des deux pans joints. En variante, les plis comprennent deux pans de feuille qui sont disjoints et forment un canal entre ces pans de feuille. Autrement dit, chaque pan de feuille forme une cloison de séparation entre deux canaux voisins. Selon l’un des aspects de l’invention, ces pans disjoints se raccordent l’un à l’autre par une portion de fond qui définit un fond de canal. Selon l’un des aspects de l’invention, l’organe additionnel présente, en section transversale perpendiculaire au canal, des ondulations ou créneaux formés par les pans. L’invention a encore pour objet un ensemble comportant au moins un composant à refroidir et un dispositif de régulation thermique tel que décrit plus haut, le composant étant posé sur le dispositif de régulation thermique pour son refroidissement. Selon l’un des aspects de l’invention, l’ensemble comporte un boîtier agencé pour recevoir les composants à refroidir. Selon l’un des aspects de l’invention, le fluide caloporteur circulant dans les canaux est choisi parmi un fluide réfrigérant et eau glycolée. Selon l’un des aspects de l’invention, le fluide réfrigérant est choisi parmi les fluides réfrigérants R134a, R1234yf ou R744. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront 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 illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif de régulation thermique ; - la illustre, schématiquement et partiellement, en coupe, un dispositif de régulation thermique selon un exemple de mise en œuvre de l’invention ; - la illustre, schématiquement et partiellement, en perspective, une feuille du dispositif de régulation de la ; - la illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif de régulation thermique selon un autre exemple de mise en œuvre de l’invention ; - la illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif de régulation thermique selon encore un autre exemple de mise en œuvre de l’invention ; - la illustre, schématiquement et partiellement, le dispositif de régulation thermique de la , à l’état assemblé ; - la illustre, schématiquement et partiellement, un organe additionnel d’un dispositif de régulation thermique selon un autre exemple de mise en œuvre de l’invention. On a représenté sur la un ensemble 100 comportant des cellules de batterie 101 à refroidir, ici disposées suivant une pluralité de rangées parallèles, et un dispositif de régulation thermique 1 agencé pour refroidir les cellules 101, qui sont en contact thermique avec une première plaque 2, ou plaque supérieure 2, du dispositif de refroidissement 1, comme expliqué plus bas. Cette première plaque 2 est plane et les composants 101 à refroidir, ici des cellules de batterie, sont posés sur le côté extérieur de cette première plaque 2. Le dispositif de régulation thermique 1 comporte la plaque supérieure 2 et une plaque inférieure 3 assemblée avec la plaque supérieure 2 pour former ensemble un réseau de circulation 4 avec une pluralité de canaux 5 de circulation pour un fluide caloporteur liquide, notamment une eau glycolée, comme visible sur la . Les canaux 5 sont alimentés en fluide, via une région de distribution de fluide, non représentée, qui communique avec une entrée de fluide 7 représentée sur la . Est également prévue une sortie de fluide 8. Une bride 9 peut être connectée à cette entrée 7 et cette sortie 8 pour assurer des raccordements avec un circuit externe de fluide, qui comprend, entre autres, une pompe. Chaque canal 5 présente une face de refroidissement 10 qui est en regard du composant 101 à refroidir, et comprend des éléments 11 perturbateurs de l’écoulement qui sont adjacents à la face de refroidissement 10. Les éléments perturbateurs 11 font saillie depuis la face de refroidissement 10 en forment chacun une cavité 12 délimitée par l’élément perturbateur 11 et la face de refroidissement 10, chaque cavité 12 étant communicante, par un orifice 14, avec le reste du canal 5 de sorte que la cavité 12 puisse se remplir de fluide caloporteur. Les cavités 12 remplies de fluide caloporteur offrent une meilleure performance thermique que le cas où ces cavités 12 seraient étanches et remplies d’air. Le canal 5 présente une hauteur hc mesurée suivant une direction perpendiculaire à la face de refroidissement 10, et les éléments perturbateurs 11, ici tous identiques, s’étendent sur une partie seulement de la hauteur hc du canal 5, comme bien visible sur la . L’élément perturbateur 11 se distingue d’un élément connu, appelé « hard dimple » en anglais, qui s’étend sur toute la hauteur du canal 5 et qui joue un rôle de renfort mécanique. Chaque élément perturbateur 11 présente un sommet qui est perforé pour former l’orifice 14 par lequel du fluide caloporteur peut remplir la cavité 12. L’élément perturbateur 11 présente une forme de dôme 16, à base circulaire. L’orifice 14 présente une forme circulaire. La hauteur de l’au moins un élément perturbateur est comprise entre au moins 0.1mm et la moitié de la hauteur du canal dans lequel est formé ledit élément perturbateur, de préférence entre ¼ et 1/3 de la hauteur de canal. Dans l’exemple décrit, les éléments perturbateurs 11 sont disposés suivants des rangées parallèles, espacés de manière régulière, comme illustré sur la . Tous les canaux 5 sont pourvus d’éléments perturbateurs 11. Le dispositif de régulation thermique 1 comprend un organe additionnel 17 qui comprend les éléments perturbateurs 11. Cet organe additionnel 17 est assemblé avec les plaques 2 et 3. Comme on peut le voir sur , l’organe additionnel 17 est une feuille conformée, par emboutissage, pour définir les éléments perturbateur 11. La feuille 17 est en métal, en acier ou en aluminium, et est assemblée entre les première et deuxième plaques 2 et 3. La feuille 17 est interposée entre les deux plaques 2 et 3, et brasée avec ces deux plaques 2 et 3. La feuille 17 s’étend sur sensiblement toute la superficie de cette première plaque 2, dans un plan principal PP et les éléments perturbateurs 11 font saillie de ce plan PP. La feuille 17 est plane sur toute son étendue, en dehors des éléments perturbateurs 11. On a décrit, en référence à la , un autre exemple de mise en œuvre de l’invention, qui se distingue de l’exemple précédent principalement par le fait que la feuille 20 comprend des éléments perturbateurs 21 en forme de chevrons. Dans l’exemple décrit, la deuxième plaque 3, ou plaque inférieure 3, comprend des régions renfoncées 22 pour définir avec la première plaque 2, les canaux 5. Chaque canal 5 présente une section transversale en forme polygonale, ici en forme de trapèze. La deuxième plaque 3 comporte, entre les zones renfoncées 22, des zones de jonction planes 23 avec la première plaque 2. Les zones renfoncées 22 sont des zones embouties dans la deuxième plaque 3. Dans le présent exemple, la deuxième plaque 3 comprend des éléments perturbateurs additionnels 25 disposés sur un fond 26 des canaux 5, ce fond 26 de canal étant à l’opposé de la face de refroidissement 10. Ces éléments perturbateurs additionnels 25 sont formés par des formes embouties de la deuxième plaque 3, avec une forme en chevron par exemple. Les deux plaques 2 et 3 forment ensemble la pluralité de canaux 5 et l’organe additionnel 20 comprend la pluralité d’éléments perturbateurs 21 disposés dans la pluralité de canaux 5. Dans cet exemple de la , la feuille 20 ne participe pas à la formation des délimitations entre les canaux 5. En variante, dans l’exemple illustré sur les figures 5 et 6, il est prévu un organe additionnel ou feuille 30 qui comporte des cloisons 31, chacune entre deux canaux d’écoulement 5 voisins. Ces cloisons 31 sont parallèles entre elles, et s’étendent depuis la première plaque 2 jusqu’à une deuxième plaque 33, ou plaque inférieure 33. Cette deuxième plaque 33, ou plaque inférieure 33, comprend un rebord périphérique 34 et un fond plat 35 à l’intérieur de ce rebord 34. Autrement dit, des canaux adjacents 5 sont séparés entre eux par les cloisons 31 de l’organe additionnel 30. La séparation latérale entre canaux 5 voisins est réalisée par les cloisons 31 de cet organe additionnel 30 et non par la deuxième plaque 33, ou plaque inférieure 33. Des éléments perturbateurs 21 en forme de chevrons sont placés de part et d’autre de ces cloisons 31. Ces cloisons 31 sont formées par des plis 37 de la feuille 30. Dans l’exemple illustré sur les figures 5 et 6, le pli 37 comprend deux pans 38 de feuille qui sont joints. Deux pans 38 joints forme une seule cloison de séparation 31 qui sépare deux canaux 5 voisins. Dans ce cas, la cloison 31 présente une double épaisseur de feuille du fait des deux pans 38 joints. En variante, comme illustré sur la , il peut être prévu une feuille 40, à la place de la feuille 30 précédemment décrite, dont les plis 41 comprennent deux pans de feuille 42 qui sont disjoints et forment un canal 5 entre ces pans 42. Autrement dit, chaque pan 42 de feuille forme une cloison de séparation 43 entre deux canaux 5 voisins. Ces pans 42 disjoints se raccordent l’un à l’autre par une portion de fond 45 qui définit un fond de canal 5. Dans l’exemple décrit, l’organe additionnel ou feuille 40 présente, en section transversale perpendiculaire aux canaux 5, une succession de créneaux formés par les pans 42. Des éléments perturbateurs 47 selon l’invention, dont un seul est représenté sur la feuille 40, sont prévus entre les cloisons 43. Le fluide caloporteur circulant dans les canaux 5 est choisi parmi un fluide réfrigérant et eau glycolée. Dispositif de régulation thermique (1), notamment de refroidissement, pour composant (101) susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d’énergie électrochimique, ce dispositif comportant au moins un canal (5) pour un fluide caloporteur, ce canal présentant une face de refroidissement (10) qui est en regard du composant à refroidir, ce canal (5) comprenant au moins un élément perturbateur de l’écoulement (11 ; 21 ; 47) adjacent à la face de refroidissement, cet élément perturbateur (11 ; 21 ; 47) faisant saillie depuis la face de refroidissement en formant une cavité (12) délimitée par l’élément perturbateur et la face de refroidissement, cette cavité (12) étant communicante, par au moins un orifice (14), avec le reste du canal (5) de sorte que la cavité (12) puisse se remplir de fluide caloporteur. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le canal (5) présente une hauteur (hc) mesurée suivant une direction perpendiculaire à la face de refroidissement (10), et l’élément perturbateur (11 ; 21 ; 47) s’étend sur une partie seulement de la hauteur (hc) du canal (5). Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément perturbateur (11 ; 21 ; 47) présente un sommet qui est perforé pour former l’orifice (14) par lequel du fluide caloporteur peut remplir la cavité, l’élément perturbateur présentant notamment une forme de dôme, notamment à base circulaire, ou une forme en chevron, ou une forme polygonale, ou une forme oblongue. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de régulation thermique comprend une plaque (2) ou un tube formant la face de refroidissement (10), et un organe additionnel (17 ; 20) qui est pourvu de l’élément perturbateur (11), cet organe additionnel étant assemblé avec la plaque ou le tube. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l’organe additionnel comprend une feuille (17 ; 20) conformée, notamment par emboutissage, pour définir l’élément perturbateur. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la feuille (17) est plane sur toute son étendue, en dehors des éléments perturbateurs (11). Dispositif selon l’une des revendications 4 et 5, dans lequel l’organe additionnel (30 ; 40) comporte au moins une cloison de séparation (31 ; 43), notamment une pluralité de cloisons de séparation, entre des canaux d’écoulement. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel ces cloisons sont formées par des plis (37 ; 41) de l’organe additionnel (30 ; 40). Dispositif selon les revendications 5 et 8, dans lequel le pli (37) comprend deux pans (38) de feuille qui sont joints. Dispositif selon les revendications 5 et 8, dans lequel les plis comprennent deux pans (42) de feuille qui sont disjoints et forment un canal entre ces pans de feuille. Ensemble (100) comportant au moins un composant à refroidir et un dispositif de régulation thermique (1) selon l’une des revendications précédentes, le composant étant posé sur le dispositif de régulation thermique pour son refroidissement.