Brevet FR3159562A1 — publié le 20250829

L’invention concerne un module fonctionnel (1) destiné à un dispositif de management thermique pour un véhicule automobile, le module fonctionnel (1) comprenant un réceptacle (2) et une vanne de régulation (3), le réceptacle étant notamment destiné à loger un filtre, le réceptacle (3) étant en relation fluidique directe avec la vanne de régulation (3), ledit module fonctionnel comprenant en outre un moyen d’assemblage disposé à l’interface du réceptacle (2) et de la vanne de régulation (3) de telle sorte que la vanne de régulation (3) est assemblée au réceptacle (2) de manière réversible. Figure pour l’abrégé : figure 1 Module fonctionnel d’un dispositif de management thermique pour véhicule automobile alimenté par une pile à combustible. Domaine Technique de l'invention L’invention concerne un module fonctionnel d’un dispositif de management thermique d’un véhicule automobile, ainsi qu’un dispositif de management thermique. L’invention porte aussi sur un véhicule automobile comprenant le module fonctionnel ou le dispositif de management thermique. Etat de la technique antérieure Les véhicules automobiles sont généralement pourvus d'un compartiment moteur accueillant un groupe motopropulseur du véhicule, notamment un groupe motopropulseur électrique relié à un dispositif de stockage d’énergie. Le compartiment moteur est un volume technique du véhicule dans lequel se trouvent également divers organes fonctionnels du véhicule telle qu’une batterie et/ou des réservoirs de fluide ainsi qu’un dispositif de management thermique de ces organes fonctionnels. De nouvelles technologies font leur apparition dans la gestion de l’énergie électrique d’un véhicule, notamment en recourant à la transformation d’une énergie gazeuse en énergie électrique. A titre d’exemple, l’ajout de nouveaux organes fonctionnels dédiés au fonctionnement d’une pile à combustible disposée dans le compartiment moteur, contraint davantage encore l’espace utile à l’intégration de nouvelle fonction, telle que le management thermique du groupe motopropulseur alimenté par la pile à combustible. Présentation de l'invention Le but de l’invention est de fournir un module fonctionnel d’un dispositif de management thermique d’un véhicule automobile remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant l’encombrement des circuits de refroidissement connus de l’art antérieur. Plus précisément, un premier objet de l’invention est un module fonctionnel destiné à un dispositif de management thermique pour un véhicule automobile comportant une chaine de traction à énergie électrique. Un second objet de l’invention concerne un dispositif de management thermique comportant le module fonctionnel. Un troisième objet de l’invention concerne un véhicule comportant le module fonctionnel ou le dispositif de management thermique. Le module fonctionnel objet de l’invention peut comporter les caractéristiques suivantes prises isolément ou en combinaison entre elles : - il comprend un réceptacle et une vanne de régulation, le réceptacle étant notamment destiné à loger un filtre, le réceptacle étant en relation fluidique directe avec la vanne de régulation ; - il comprend un moyen d’assemblage disposé à l’interface du réceptacle et de la vanne de régulation de telle sorte que la vanne de régulation est assemblée au réceptacle de manière réversible ; - le moyen d’assemblage comprend une collerette de la vanne de régulation, la collerette définissant une embase filetée rendant apte la fermeture par vissage d’une ouverture du réceptacle, l’ouverture étant notamment située au niveau d’une portion d’extrémité sommitale du réceptacle, l’ouverture rendant notamment apte le placement du filtre ; - la vanne de régulation est une vanne thermostatique, notamment une vanne autonome comportant une cire ; - il comprend un filtre, notamment un filtre cylindrique ; - l’ouverture, notamment de section cylindrique, rend apte le placement du filtre à l’intérieur du réceptacle, notamment lors d’une opération de maintenance du module ; - le filtre est un filtre déionisant. L’invention a aussi trait à un dispositif de management thermique pour véhicule automobile, le dispositif comprenant un système de transformation d’énergie, notamment une pile à combustible, un circuit d’écoulement d’un fluide caloporteur comportant le module fonctionnel ayant au moins l’une des caractéristiques susmentionnées. Le dispositif de management thermique comprend une boucle principale d’échange thermique, une branche de refroidissement, la vanne de régulation étant destinée au fonctionnement du dispositif de management thermique selon un mode de montée en température ou selon un mode de refroidissement de la pile à combustible. Selon d’autres particularités, le dispositif de management thermique peut comprendre les caractéristiques suivantes prises séparément ou en combinaison entre elles : - la vanne de régulation comprend une bride de connexion, pour l’entrée du fluide, reliée à la pile à combustible, notamment à une bride de sortie de la pile à combustible, une sortie de fluide reliée au réceptacle, une bride de connexion reliée à une valise de refroidissement, notamment à une bride d’entrée d’un radiateur, et/ou à une bride d’entrée d’un aérotherme destiné au chauffage de l’habitacle du véhicule ; - le réceptacle comprend une entrée de fluide reliée à une sortie de la vanne de régulation, une autre entrée de fluide reliée à la valise de refroidissement, notamment à une bride de sortie du radiateur, une sortie de fluide reliée à la pile à combustible, notamment à une bride d’entrée de la pile à combustible ; - il comprend un pompe, notamment une pompe électrique, reliée à la bride de sortie de la pile à combustible ; - l’aérotherme est disposé dans une seconde branche de refroidissement reliée fluidiquement à un point de piquage du circuit d’écoulement de la boucle principale, le point de piquage étant notamment situé entre la bride de sortie de la pile à combustible et la pompe. L’invention concerne aussi un véhicule, notamment du type d’un véhicule comportant un groupe motopropulseur électrique, caractérisé en ce qu’il comprend un module fonctionnel ayant les caractéristiques susmentionnées, ou un dispositif de management thermique ayant les caractéristiques susmentionnées. Présentation des figures Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : - la FIG. 1 est une vue en perspective éclatée du module fonctionnel selon un mode de réalisation de l'invention ; - la FIG. 2 est une vue schématique du module fonctionnel assemblé, selon l’invention ; - la FIG. 3 représente un dispositif de management thermique d’une pile à combustible, dans laquelle est disposé le module fonctionnel des figures 1 et 2 ; - la FIG. 4 représente le dispositif de la FIG. 3 dans une configuration de montée en température de la pile à combustible ; - la FIG. 5 représente le dispositif de la FIG. 4 dans une configuration de refroidissement de la pile à combustible Description détaillée La FIG. 1 représente les éléments constitutifs du module fonctionnel 1 de l’invention, en ce sens qu’il comprend un réceptacle 2, une vanne de régulation 3, un filtre (non représenté) étant compris à l’intérieur du réceptacle. à l’intérieure de laquelle un filtre est disposé. Le réceptacle 2 fait office de moyen de fixation du module fonctionnel 1, en ce sens qu’il comprend au moins une interface de fixation 25 qui est destinée à relier le module fonctionnel 1 à la structure du véhicule, notamment à une platine de fixation assemblée au niveau d’une coupelle de suspension (non représentée). L’usage de filtre antivibratoire, par exemple du type d’une cale en caoutchouc, peut être utilisé afin de limiter la transmission des vibrations du module fonctionnel 1 à la caisse du véhicule. Le réceptacle 2 est préférentiellement de section cylindrique, de sorte que le filtre qui est destiné à être placé à l’intérieur du réceptacle, présente une forme approximativement tubulaire. Le module fonctionnel 1 assemblé est une pièce qui peut être démontée à des fins d’entretien et/ou de maintenance, de sorte qu’il est rendu possible de séparer la vanne de régulation 3 du réceptacle 2, étant donné que la vanne de régulation 3 est rapportée sur le réceptacle 2 par un moyen de fixation réversible, qui est préférentiellement de type à vissage. La vanne de régulation 3 est assemblée de manière étanche au réceptacle 2 au moyen d’un joint d’étanchéité (non représenté) disposé à l’interface de la vanne de régulation 3 et le réceptacle 2. La FIG. 2 représente le module fonctionnel 1 assemblé avec en partie supérieure, la vanne de régulation 3, en partie inférieure le réceptacle 2. La vanne de régulation 3 comprend en partie inférieure une collerette 31 filetée qui est destinée à coopérer par complémentarité de forme avec un bord d’extrémité sommitale 21 du réceptacle comportant un filetage complémentaire, de telle sorte que le réceptacle 2 est assemblé par vissage à la vanne de régulation 3. La vanne de régulation 3 comprend des brides de connexion 32, 34 et 35 en saillie hors de la vanne. La bride de connexion 32 est axiale et sensiblement perpendiculaire aux autres brides de connexion 34 et 35 qui s’étendent de manière sensiblement radiale. La vanne de régulation 3 comprend en outre une tubulure interne 33 qui s’étend au travers d’une entrée de fluide 22 du réceptacle 2. Préférentiellement, la tubulure interne 33 est coaxiale au filtre disposé à l’intérieur du réceptacle 2, en s’étendant pour partie au travers du bord d’extrémité sommitale 21. Le module fonctionne 1 est ainsi de conception compacte et s’affranchit d’une conduite externe reliant fluidiquement la vanne de régulation 3 au réceptacle 2 contenant le filtre. Le réceptacle 2 comprend un filtre déionisant au travers duquel le fluide caloporteur est apte à circuler. Selon un mode de réalisation préféré, le moyen de filtration est serti dans le réceptacle 2 de telle sorte que ce dernier peut être qualifié de réceptacle filtrant. Du fait que le filtre peut être du type déionisateur, le réceptacle 2 peut être qualifié de réceptacle filtrant déionisant Le réceptacle 2 comprend des brides de connexion 23, 24 ainsi qu’une ouverture qui délimite ladite entrée de fluide 22. L’une des brides de connexion 23 s’étend de manière sensiblement radiale ou tangentielle au réceptacle 2. L’autre des brides de connexion 24 est disposée au niveau d’une partie d’extrémité inférieure, à l’opposé de la zone de jonction de la vanne de régulation 3 au réceptacle 2. L’entrée 22 et la bride de connexion 23 définissent des entrées de fluide débouchant dans une chambre collectrice du réceptacle 2, qui est respectivement délimitée par la face externe du filtre déionisant cylindrique logé à l’intérieur du réceptacle 2, et par la face intérieure du réceptacle 2. La bride de connexion 24 quant à elle est en relation fluidique avec une portion intérieure du filtre déionisant cylindrique. Le réceptacle 2 comprend en outre des interfaces de fixation 25, dont au moins l’une d’entre elles est destinée à la fixation du module fonctionnel 1 sur une structure de support, notamment un élément de la caisse du véhicule. Préférentiellement, l’élément de caisse sur lequel le module fonctionnel 1 est fixé par l’intermédiaire du réceptacle 2 est une coupelle de suspension (non représentée). Préférentiellement, le filtre est un filtre déionisant qui est réalisé à partir de résines cationique et anionique afin d’attirer les ions chargés négativement. La résine cationique contient un groupe d’acide sulfonique afin d’attirer les ions chargés positivement dans le fluide caloporteur, et de libérer une quantité équivalente d’ions d’hydrogène. La résine anionique quant à elle contient un groupe ammonium préchargé en ions d’hydroxyde afin d’attirer les ions chargés négativement, et de libérer une quantité équivalente d’hydroxyde. Les ions d’hydrogène et d’hydroxyde combinés ensuite entre eux forment de l’eau déionisée, qui est requise pour le fonctionnement de la pile à combustible. Par la suite, il va être décrit le dispositif de management thermique 10 dans lequel est notamment disposé le module fonctionnel 1, en se référant à la FIG. 3 pour son architecture, à la FIG. 4 pour la circulation du fluide caloporteur en mode chauffage ou montée en température de la pile à combustible, et à la FIG. 5 pour la circulation du fluide caloporteur en mode refroidissement de la pile à combustible. Le dispositif de management thermique 10 pour véhicule automobile, comprend un système de transformation d’énergie 11, lequel comporte notamment une pile à combustible 110, un circuit d’écoulement 12 d’un fluide caloporteur comportant notamment le module fonctionnel et le système de transformation d’énergie. La FIG. 3 représente donc le dispositif de management thermique 10 comprenant une valise de refroidissement 40, une pile à combustible 110, une pompe 60 de type électrique, un aérotherme 50 destiné au chauffage de l’habitacle du véhicule, l’ensemble des composants étant reliés entre eux par des conduites formant des boucles ou branche de circulation de fluide caloporteur. Le dispositif 10 comprend en outre le module fonctionnel 1 tel que précédemment présenté permettant de relier fluidiquement certains de ces composants entre eux selon son état de fonctionnement entre un mode de fonctionnement ouvert ou un mode de fonctionnement fermé. La vanne de régulation 3 est préférentiellement autonome, mais selon une variante de réalisation, elle pourrait être pilotée par un unité de commande. Selon un mode de réalisation préféré, la pompe 60 est une pompe électrique. Selon le mode de réalisation préféré, elle est de type thermostatique, et comporte une cire à changement d’état selon la température du fluide caloporteur. Le module fonctionnel 1 est autopiloté, en ce sens que la vanne de régulation 3 permet soit le maintien de la vanne 3 en l’état fermé afin de provoquer la chauffe ou la montée en température du fluide caloporteur circulant à l’intérieur d’un système de transformation d’énergie 11, soit l’ouverture de la vanne 3 afin de refroidir le fluide caloporteur. La vanne de régulation 3 permet de configurer le dispositif de management thermique 10 en mode chauffage ou en mode refroidissement du système de transformation d’énergie 11. Le système de transformation d’énergie 11 comprend une pile à combustible 110 qu’il convient de maintenir à une température de fonctionnement prédéfinie afin d’obtenir un rendement optimisé. C’est dans ce but que le dispositif de management thermique 10 comprend une boucle principale B1 visible à la FIG. 4 , une branche de refroidissement B2, une branche de chauffage de l’habitacle B3, les branches B2 et B3 étant visibles à la FIG. 5 . La boucle principale B1 permet selon l’état de la vanne de régulation 3, soit le chauffage de la pile à combustible 110, soit le refroidissement de cette dernière, dans ce cas les branches B2 et B3 sont connectées fluidiquement en parallèle de la boucle La boucle de chauffage B1 comprend la pile à combustible 110, la pompe 60 et le module fonctionnel 1 en série, reliés fluidiquement par des branches de circulation du fluide caloporteur. La pile à combustible 110 comprend des brides de connexion, notamment une bride d’entrée 111 et une bride de sortie 112, reliées respectivement au module fonctionnel 1 et à la pompe 60, notamment à l’entrée de la pompe 60. La sortie de la pompe 60 est reliée au module fonctionnel 1 via une bride de connexion 32 qui, au regard du sens d’écoulement du fluide caloporteur dans la boucle principale B1 peut être qualifiée de bride d’entrée du fluide. Le réceptacle 2 du module fonctionnel 1 est relié à la bride d’entrée 111 de la pile à combustible 110. La boucle principale B1 comprend ainsi en série la pile à combustible 110, la pompe 60 et le module fonctionnel 1. Sur la FIG. 5 , il est représenté la branche de refroidissement B2 qui comprend la valise de refroidissement 40, plus particulièrement un radiateur comportant des brides de connexion, notamment une bride d’entrée 41 du fluide caloporteur à refroidir, et une bride de sortie 42. La bride d’entrée 41 est reliée par une conduite à une bride de connexion 34 de la vanne de régulation 3. La bride de sortie 42 est reliée par une conduite à une bride de connexion 23 du réceptacle 2, une telle bride étant destinée à l’entrée dans le réceptacle 2 du fluide refroidi à filtrer et/ou à déioniser. La branche de chauffage de l’habitacle B3 peut être qualifiée de seconde branche de refroidissement du fait que le chauffage de l’habitacle s’opère par un transfert de calorie du fluide caloporteur vers l’air pulsé à destination de l’habitacle à chauffer, c’est-à-dire un refroidissement du fluide caloporteur circulant au travers de l’aérotherme 50. La branche B3 comprend une portion amont, assimilable à une portion d’entrée, reliant l’entrée de l’aérotherme 50 à la bride de connexion 35 de laquelle sort le fluide caloporteur hors de la vanne de régulation 2. La branche B3 comprend une portion aval, assimilable à une portion de sortie reliant la sortie de l’aérotherme 50 à un point de piquage P situé soit à l’entrée de la pompe 60, soit à la bride de sortie 112 de la pile à combustible 110. Les branches de refroidissement B2 et de chauffage de l’habitacle B3 permettent respectivement de refroidir le fluide caloporteur par un échange thermique avec l’air ambiant circulant dans le compartiment moteur du véhicule, et de refroidir le fluide caloporteur par l’air à destination de l’habitacle afin de réchauffer ce dernier. Lorsque la vanne de régulation 3 est en l’état fermée, le fluide caloporteur circule uniquement au travers du filtre déionisant avant de rejoindre la pile à combustible 110. La boucle principale B1 est alors destinée au chauffage ou à la montée en température de la pile à combustible 110 en ce sens que fluide caloporteur ne transverse aucun composant visant à abaisser sa température. Du fait de l’absence de refroidissement du liquide caloporteur, la température la pile à combustible 110 monte progressivement à son fonctionnement, notamment jusqu’à une valeur nominale prédéfinie à partir de laquelle le rendement de la pile à combustible est optimal. Dès lors que cette valeur nominale prédéfinie de température est atteinte, la vanne de régulation 3 bascule de l’état fermé à l’état ouvert, engendrant par la même la circulation du fluide caloporteur au travers de la valise de refroidissement 40 et de l’aérotherme 50. Le calibrage de la vanne de régulation 3, notamment par l’intermédiaire de la cire qu’elle contient, est assujetti à la valeur de température nominal de fonctionnement de la pile à combustible. Lorsque la vanne de régulation 3 est en l’état ouvert, le fluide caloporteur circule au travers de la branche de refroidissement B2 comprenant le radiateur de la valise de refroidissement 40. Parallèlement, le fluide caloporteur circule au travers de la seconde branche de refroidissement B3, en sortant de la bride de connexion 35 puis en rejoignant le point de piquage P de la boucle principale B1. Quel que soit l’état de la vanne de régulation 3 du module fonctionnel 1, la mise en circulation du fluide caloporteur par l’intermédiaire de la pompe 60 engendre une traversée du fluide caloporteur au travers du filtre déionisant avant que ce dernier, dès lors traité, ne circule au travers de la pile à combustible 110. Le module fonctionnel 1 est remarquable en ce qu’il permet de réduire le nombre de conduites reliant fluidiquement la vanne de régulation au filtre déionisant. Cela favorise l’intégration du circuit de refroidissement de la pile à combustible à l’intérieur du compartiment avant du véhicule dans lequel la pile à combustible est disposée. De nature plus compacte, le dispositif de management thermique de la pile à combustible peut s’intégrer dans un volume plus restreint, ce qui contribue à améliorer l’espace habitable du véhicule du fait d’un compartiment moteur plus compact. Module fonctionnel (1) destiné à un dispositif de management thermique (10) pour un véhicule automobile, caractérisé en ce que le module fonctionnel (1) comprend un réceptacle (2) et une vanne de régulation (3), le réceptacle étant notamment destiné à loger un filtre, le réceptacle (3) étant en relation fluidique directe avec la vanne de régulation (3), et en ce que ledit module fonctionnel comprend un moyen d’assemblage disposé à l’interface du réceptacle (2) et de la vanne de régulation (3) de telle sorte que la vanne de régulation (3) est assemblée au réceptacle (2) de manière réversible. Module (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen d’assemblage comprend une collerette (31) de la vanne de régulation (3), la collerette (31) définissant une embase filetée rendant apte la fermeture par vissage d’une ouverture du réceptacle (2), l’ouverture étant notamment située au niveau d’une portion d’extrémité sommitale (21) du réceptacle, l’ouverture rendant notamment apte le placement du filtre. Module (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la vanne de régulation (3) est une vanne thermostatique, notamment une vanne autonome comportant une cire. Module (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend un filtre, notamment un filtre cylindrique, et en ce que l’ouverture, notamment de section cylindrique, rend apte le placement du filtre à l’intérieur du réceptacle lors d’une opération de maintenance du module. Module (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre est un filtre déionisant. Dispositif de management thermique (10) pour véhicule automobile, le dispositif comprenant un système de transformation d’énergie (11), notamment une pile à combustible (110), un circuit d’écoulement (12) d’un fluide caloporteur comportant le module fonctionnel (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une boucle principale (B1) d’échange thermique, une branche de refroidissement (B2), la vanne de régulation (3) étant destinée au fonctionnement du dispositif de management thermique selon un mode de montée en température ou selon un mode de refroidissement de la pile à combustible. Dispositif de management thermique (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la vanne de régulation (3) comprend une bride de connexion (32), pour l’entrée du fluide (32), reliée à la pile à combustible (110), notamment à une bride de sortie (112) de la pile à combustible, une sortie de fluide (33) reliée au réceptacle (2), une bride de connexion (34) reliée à une valise de refroidissement (40), notamment à une bride d’entrée (41) d’un radiateur, et/ou à une bride d’entrée (51) d’un aérotherme (50) destiné au chauffage de l’habitacle du véhicule. Dispositif de management thermique (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le réceptacle (2) comprend une entrée de fluide (22) reliée à une sortie (33) de la vanne de régulation (3), une autre entrée de fluide (23) reliée à la valise de refroidissement (40), notamment à une bride de sortie (42) du radiateur, une sortie de fluide (24) reliée à la pile à combustible (110), notamment à une bride d’entrée (111) de la pile à combustible. Dispositif de management thermique (10) selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend un pompe (60), notamment une pompe électrique, reliée à la bride de sortie (112) de la pile à combustible, et en ce que l’aérotherme (50) est disposé dans une seconde branche de refroidissement (B3) reliée fluidiquement à un point de piquage (P) du circuit d’écoulement (12) de la boucle principale (B1), le point de piquage (P) étant notamment situé entre la bride de sortie (112) de la pile à combustible et la pompe (60) . Véhicule, notamment du type d’un véhicule comportant un groupe motopropulseur électrique, caractérisé en ce qu’il comprend un module fonctionnel (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, ou un dispositif de management thermique (10) selon l’une des revendications 6 à 9.