INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Brève description des figures D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description des modes de réalisation qui vont suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d’exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels : est une vue éclatée montrant différents éléments constitutifs du dispositif et système selon l’invention. est une vue en perspective d’un boîtier. est une vue en perspective d’un exemple d’espaceur conforme à l’invention. montre un assemblage de deux cellules de batteries adjacentes sur lesquelles sont installés des espaceurs. illustre une vue en coupe selon A-A de l’assemblage de la . N n illustre une vue en coupe selon B-B de la (les poutrelles n’étant pas représentées). , , , , et illustre différentes configurations possibles d’espaceur et de circulation du fluide. et illustre un mode de circulation du fluide dans le boîtier, ledit boîtier étant respectivement vue de dessus et de dessous.
Tel qu’utilisé ici, sauf indication contraire, l’éventuelle utilisation des adjectifs ordinaux « premier », « deuxième », etc., pour décrire un objet indique simplement que différentes occurrences d’objets similaires sont mentionnées et n’implique pas que les objets ainsi décrits doivent être dans une séquence donnée, que ce soit dans le temps, dans l'espace, dans un classement ou de toute autre manière. « X et/ou Y » signifie : X seul ou Y seul ou X+Y. D'une manière générale, on appréciera que sur les différents dessins annexés, les objets sont arbitrairement dessinés pour faciliter leur lecture.
Le dispositif de régulation thermique objet de l’invention vise à réguler la température d’un bloc batterie, notamment d’un bloc batterie d’un véhicule automobile électrique et/ou hybride. Il peut toutefois équiper d’autre type de véhicules ou être utilisé pour réguler la température d’autres composants électriques et/ou électroniques tels que des éléments d’électronique de puissance, par exemple de façon non limitative des semi-conducteurs, tels que des diodes ou transistors. Il pourrait s’agir aussi de composants de serveurs informatiques. Selon un mode préféré de réalisation, la régulation thermique consiste en un refroidissement des cellules du bloc batterie.
Sur la , le bloc batterie 1 comporte au moins deux cellules de batterie 10 et généralement entre 2 et 25 cellules, lequel bloc est logé dans un boîtier 2 ( ). Selon un mode de réalisation, le bloc batterie 1 comprend N cellules 10 adjacentes, avec N un nombre entier supérieur à 2 et préférentiellement supérieur à 3, dont deux cellules d’extrémité disposées chacune au niveau d’une paroi d’extrémité 201 du boîtier 2.
Les cellules 10 sont du type connu de l’homme du métier, généralement prismatiques, c’est-à-dire de forme générale parallélépipédique présentant chacune deux grandes faces latérales 100, deux petites faces latérales 103, une face supérieure 101 et une face inférieure 102. Ces différentes faces sont généralement planes, mais certaines peuvent être incurvées ou courbes. Les cellules 10 sont positionnées de manière adjacente au niveau de leurs grandes faces latérales 100.
Le bloc batterie 1 est logé dans un boîtier 2 formé par une enceinte 20 fermée de manière étanche par un couvercle 21 et par une paroi de fond 22. L’enceinte 20 présente un espace interne apte à recevoir un ou plusieurs blocs batteries. Des poutrelles structurelles 24 peuvent être fixées à l’enceinte 20 pour rigidifier davantage le boîtier 2.
Sur la , le boîtier 2 est de forme générale parallélépipédique, mais d’autres formes adaptées peuvent être envisagées, notamment selon la forme générale du bloc batterie 2. Selon un mode de réalisation, les différents éléments 20, 21, 22 sont réalisées par moulage d’une matière plastique, mais d’autres matériaux convenant à l’homme du métier peuvent être employés.
Sur l’exemple de la , l’enceinte 20 est délimitée par deux parois latérales 200 s’étendant dans une direction longitudinale et deux parois d’extrémité 201 perpendiculaires auxdites parois latérales.
Selon un mode de réalisation, le couvercle 21 est pourvu d’un ou plusieurs canaux de circulation de fluide caloporteur 210 1 , 210 2 en communication fluidique avec l’enceinte 20. Préférentiellement, ces canaux 210 1 , 210 2 s’étendent dans toute la longueur de l’enceinte 20 de manière à être en communication fluidique avec l’ensemble des cellules 10 du bloc 1. Ces canaux 210 1 , 210 2 peuvent servir d’entrée (c.-à-d. d’arrivée du fluide dans le boîtier 2) ou de sortie (c.-à-d. d’évacuation du fluide hors du boîtier 2). Selon un mode de réalisation, un canal 210 1 peut servir d’entrée et un autre canal 210 2 peut servir de sortie. Selon un autre mode de réalisation, les canaux 210 1 , 210 2 servent d’entrée. Selon encore un autre mode de réalisation, les canaux 210 1 , 210 2 servent de sortie. Dans un autre mode de réalisation, le couvercle 21 est dépourvu de canal de circulation de fluide caloporteur, les entrée/sortie du fluide se faisant exclusivement au niveau de la paroi de fond 22.
Selon un mode de réalisation, la paroi de fond 22 est réalisée en deux parties 220, 221 assemblées entre elles, par exemple par vissage, soudage, collage, etc. Une première partie 22 se présente sous la forme d’une plaque destinée à être fixée au niveau du fond de l’enceinte 20. Une deuxième partie 221 présente des profilés en forme de canaux 2210 1 , 2210 2 , débouchant au niveau d’ouvertures 2200 1 , 2200 2 aménagées dans la plaque 222, lesquelles ouvertures sont en communication fluidique avec l’enceinte 20. Sur la , ces ouvertures s’étendent dans toute la longueur de l’enceinte 20 de manière à être en communication fluidique avec l’ensemble des cellules 10 du bloc 1. Les canaux 2210 1 , 2210 2 débouchent ainsi au niveau de chaque espaceur 3 (dans chaque espace intercellules). La paroi de fond 22 peut toutefois être réalisée en une seule partie, les canaux 2210 étant alors directement intégrés dans la plaque 220, par exemple par moulage. La paroi de fond 22 peut former le fond de l’enceinte 20 ou être une paroi supplémentaire rapportée, indépendante du fond de ladite enceinte.
Les canaux 2210 1 , 2210 2 de la paroi de fond 22 servent à la circulation du fluide caloporteur 210. Ils peuvent servir d’entrée (c.-à-d. d’arrivée du fluide dans le boîtier 2) ou de sortie (c.-à-d. d’évacuation du fluide hors du boîtier 2). Selon un mode de réalisation, un canal 2210 1 peut servir d’entrée et un autre canal 2210 2 peut servir de sortie. Selon un autre mode de réalisation, les canaux 2210 1 , 2210 2 servent d’entrée. Selon encore un autre mode de réalisation, les canaux 2210 1 , 2210 2 servent de sortie. Dans un autre mode de réalisation, la paroi de fond 22 est dépourvue de canal de circulation de fluide caloporteur, les entrée/sortie du fluide se faisant exclusivement au niveau du couvercle 21.
En se rapportant à la , les entrée/sortie du boîtier 2 sont connectées à un circuit de circulation du fluide caloporteur 23, comprenant par exemple un circuit de pompage, et permettant notamment de mettre en circulation le fluide caloporteur dans ledit boîtier pour réguler la température de cellules 10 qui y sont logées. La circulation du fluide dans le boîtier 2 est décrite en détail plus avant dans la description. La régulation de température consiste préférentiellement en un refroidissement réglé pour maintenir les cellules 10 à une température inférieure ou égale à une température seuil, par exemple comprise entre 20°C 40°C. Lorsque les cellules 10 dépassent cette température seuil, elles sont refroidies par le fluide caloporteur, ce dernier étant alors un fluide de refroidissement.
Dans certains cas, par exemple lors du démarrage du véhicule, la régulation peut également consister en un réchauffement des cellules 10, notamment lorsque celles-ci sont à une température inférieure ou égale à une température seuil, par exemple inférieur à 0°C. En deçà de cette température seuil, les cellules 10 sont réchauffées par le fluide caloporteur qui est alors un fluide de chauffage.
Le fluide caloporteur utilisé est préférentiellement un liquide diélectrique, par exemple une huile minérale ou un liquide fluoré. Le fluide caloporteur peut toutefois se présenter sous une autre forme, par exemple de l’air soufflé. Le fluide peut être préalablement refroidi ou chauffé selon la régulation thermique visée.
Un espaceur 3 (ou intercalaire, les deux termes étant synonymes au sens de l’invention) est installé entre chaque cellule 10 adjacente à une autre cellule de manière à les espacer l’une de l’autre. Un espaceur 3 est également avantageusement installé entre chaque paroi d’extrémité 201 du boîtier 2 et la cellule d’extrémité 10 dont une grande face latérale 100 est adjacente à ladite paroi. Selon un mode de réalisation, si le bloc batterie 1 comprend N cellules 10, le dispositif comprend au moins N-1 espaceurs 3, de préférence N+1 espaceurs.
Avantageusement, les espaceurs 3 présentent une conductivité thermique relativement faible de manière à jouer un rôle d’isolant thermique entre les cellules. Selon un mode de réalisation, les espaceurs 3 sont réalisés en un matériau présentant une conductivité thermique d’au plus 0,4 W.m −1 .K −1 , de préférence une conductivité thermique d’au plus 0,2 W.m −1 .K −1 . Le matériau utilisé peut être un polymère ou un matériau composite à base polymère, ou un matériau de la famille des silicates, de préférence en silicate de calcium renforcé par des fibres.
Présentation de l’invention. Il a ainsi été constaté par la demanderesse, après diverses expériences et manipulations, qu’il était particulièrement avantageux de réaliser un échangeur thermique incorporant une zone d’échange thermique contiguë au module photovoltaïque directement reliée d’une part à un moyen dissipateur de chaleur et d’autre part au conduit ou portion de conduit dans lesquels circulent un fluide caloporteur, la zone d’échange thermique de l’échangeur étant constituée d’un unique ensemble intégrant par fixation ledit moyen dissipateur de chaleur et ledit conduit.
Ainsi, la solution proposée par l’invention concerne un panneau solaire hybride comportant :
- un module photovoltaïque comportant une face avant et une face arrière,
- un échangeur thermique, pour la dissipation de l’énergie thermique provenant du module photovoltaïque, comportant une face inférieure et une face supérieure, ladite face supérieure étant disposée en vis-à-vis de la face arrière du module photovoltaïque, l’échangeur thermique comportant au moins un conduit de circulation pour le transport d’un fluide caloporteur ainsi que deux collecteurs, l’un d’entrée et l’autre de sortie, respectivement pour l’introduction et l’évacuation du fluide caloporteur circulant dans le conduit de circulation,
- un cadre rigide encadrant le module photovoltaïque et l'échangeur thermique,
- au moins un élément d’appui en liaison avec le cadre rigide, ledit élément d’appui ayant pour fonction d’exercer une force de pression ou de compression contre la face inférieure de l’échangeur thermique de sorte que ledit échangeur soit plaqué contre la face arrière du module photovoltaïque.
Le panneau est remarquable en ce que l’échangeur thermique comprend au moins un profilé comprenant une paroi formant les susdites faces inférieure et supérieure de l’échangeur thermique,
et en ce que ledit profilé comporte une pluralité d’ailettes longitudinales s’étendant sensiblement perpendiculairement à partir de la face inférieure de l’échangeur thermique ou de la susdite paroi, au moins une partie des ailettes présentent une découpe pour la fixation par emmanchement d’au moins une portion du conduit de circulation, au moins une dimension de ladite découpe étant sensiblement égale au diamètre du conduit.
Grâce à la structure du profilé, on dispose d’une zone d’échange thermique reliant directement – d’où une dissipation thermique par conduction particulièrement efficace/améliorée – tant les ailettes agissant comme dissipateur thermique que les conduits, ou portions de conduits, pour le transport d’un fluide caloporteur.
Avantageusement, le panneau solaire hybride selon l’invention est raccordé ou relié à une pompe à chaleur.
La présente invention se décline en trois modes principaux d’exécution ou de réalisation des différents éléments qui composent l’échangeur thermique au niveau de sa zone d’échange thermique ZE.
Selon son acceptation la plus large, le panneau solaire hybride se décline suivants les trois modes de réalisation suivants.
Selon un premier mode d’exécution, le profilé et les ailettes sont obtenus par extrusion, autrement dit ces deux éléments proviennent d’un seul et même élément initial de sorte que la structure finale paroi-ailettes est dite monobloc. Ensuite, une découpe, ici en U, est réalisée dans les ailettes. Cette découpe des ailettes pourrait éventuellement être d’une forme différente. Ce premier mode de réalisation est illustré sur les figures annexées 5 à 8, 15 et 16.
Selon un deuxième mode d’exécution, le profilé peut être issu, mais non exclusivement, d’une extrusion ou être obtenu par d’autres techniques telles que le laminage, pliage et/ou le découpage. Dans ce mode d’exécution, la paroi du profilé consiste en ou peut être désignée en tant qu’une plaque. Les ailettes quant à elles sont obtenues à partir d’une pluralité de bandes, de dimensions identiques ou quasi-identiques, qui sont perforées pour former des découpes formant en des orifices, le conduit étant alors inséré, enfilé ou encore emmanché (ces termes ayant ici la même signification) dans lesdits orifices. Ce deuxième mode de réalisation est illustré sur les figures annexées 11 et 12.
Selon un troisième mode d’exécution, le profilé forme intrinsèquement la paroi et les ailettes. Ce profilé est ici de préférence issu d’un emboutissage mais peut également être obtenu par d’autres techniques telles que l’extrusion ou le pliage. Les ailettes sont finalisées ultérieurement, à l’instar du premier mode d’exécution, par des découpes en U. Ce troisième mode de réalisation est illustré sur la figure annexée 14.
- un étage d’hydrogénation du courant d’hydrocarbures à hydrogéner (24) pour former un courant d’hydrocarbures hydrogénés ;
Chaque espaceur 3 présente une structure configurée pour s’installer de manière démontable sur une cellule 10. Selon un mode de réalisation, la structure de l’espaceur 3 est ajustée (par exemple par une déformation élastique de ladite structure) à la forme de la cellule 10 pour être montée serrée sur ladite cellule de sorte que les contacts entre ladite structure et ladite cellule sont des contacts étanches au fluide.
Sur les figures 3, 4 et 5, la structure de l’espaceur 3 a une forme générale de goulotte en U. L’espaceur 3 présente une première zone d'appui 30 configurée pour venir en appui contre une grande face latérale 100 de la cellule 10, une deuxième zone d'appui 31 configurée pour venir en appui contre la face supérieure 101 de ladite cellule, et une troisième zone d'appui 32 configurée pour venir en appui contre la face inférieure 102 de ladite cellule. La structure de l’espaceur 3 peut toutefois avoir une autre conformation, et par exemple ne présenter que la première zone d'appui 30, ou seulement la première zone 30 et la deuxième zone 31, ou seulement la première zone 30 et la troisième zone 32.
Comme illustré sur les figures 4 et 5, lorsque les cellules 10 sont installées en configuration d’usage dans le boîtier 2, la première zone 30 vient non seulement en appui contre la grande face latérale 100 de la cellule 10 contre laquelle l’espaceur 3 est installé (ci-après la grande face latérale « avant ») mais également en appui contre la grande face latérale 100 de la cellule 10 adjacente (ci-après la grande face latérale « arrière »). La première zone 30 est ainsi prise en sandwich entre les grandes faces latérales adjacentes des cellules. Selon un mode préféré de réalisation, les contacts entre la première zone 30 et les grandes faces latérales avant et arrière des cellules adjacentes sont des contacts étanches au fluide. De façon alternative ou complémentaire, un ou plusieurs joints d’étanchéité sont installés dans l’espace entre les cellules 10 adjacentes de façon à créer des contacts étanches au fluide.
La première zone 30 a les mêmes dimensions, ou sensiblement les mêmes dimensions, en longueur et largeur, que celles d’une grande face latérale 100. Elle présente une partie ajourée située en vis-à-vis de la grande face latérale 100 de la cellule 10 contre laquelle l’espaceur 3 est installé et qui s’étend sur la majeure partie de ladite grande face latérale. De façon symétrique, cette partie ajourée est également située en vis-à-vis de la grande face latérale arrière de la cellule adjacente.
Selon un mode de réalisation, la partie ajourée laisse libre au moins 51%, avantageusement au moins 90% et préférentiellement au moins 95% des grandes faces latérales 100 adjacentes. La majeure partie de ces grandes faces latérales 100 peut ainsi être en contact avec le fluide caloporteur comme expliquée plus avant dans la description.
Une ou plusieurs nervures 300 s’étendent dans la partie ajourée de la première zone 30 et sont agencées de façon à former un ou plusieurs circuits de circulation forcée du fluide caloporteur entre les cellules adjacentes. Par « circulation forcée », on entend que le fluide est contraint de suivre un ou plusieurs cheminements singuliers imposés par l’agencement de la ou des nervures 300. Ce ou ces circuits sont ainsi délimités d’une part par les grandes faces latérales 100 adjacentes des cellules et d’autre part par les nervures 300. Toutes les grandes faces latérales 100 des cellules 10 sont ainsi refroidies par un circuit de circulation forcée. Le nombre de passes (c.à.d. les changements de direction dans un circuit de circulation forcée) est ajusté en fonction de l’échange thermique désiré et/ou en fonction de la perte de charge admise.
Chaque circuit de circulation forcée comprend une entrée et une sortie du fluide, lesquelles entrée/sortie sont définies par l’agencement de la ou des nervures 300. Dans l’exemple de réalisation des figures 4 et 6, plusieurs nervures 300 sont agencées de manière à former deux circuits distincts, respectivement C1, C2, chaque circuit comprenant une entrée, respectivement E1 et E2, et une sortie, respectivement S1 et S2. Dans d’autres modes de réalisations, les nervures 300 sont agencées pour former M circuits de circulation forcée, avec M un nombre entier supérieur à 2.
Sur l’exemple de la , les entrées E1, E2 sont situées au niveau d’un bord d’une grande face latérale 100 (à la jonction de ladite grande face latérale et de la face inférieure 102) et les sorties S1, S2 au niveau au niveau d’un autre bord de ladite grande face (à la jonction de ladite grande face et de la face supérieure 101). D’autres configurations d’entrée/sortie sont toutefois envisageable, notamment une configuration inverse à celle de la . De même, les entrées, respectivement les sorties, de ne sont pas nécessairement situées au niveau d’un même bord de la grande face latérale 100. Une entrée E1 d’un premier circuit C1 peut être située au niveau d’un premier bord (par exemple un bord supérieur) et la sortie S1 au niveau d’un deuxième bord (par exemple un bord inférieur), tandis que l’entrée E2 d’un deuxième circuit C2 est située au niveau dudit deuxième bord et la sortie S2 au niveau dudit premier bord. Ou inversement. Selon un autre exemple de configuration, l’entrée E1 et la sortie E2 d’un premier circuit C1 sont situées au niveau d’un même bord, par exemple un bord inférieur, tandis que l’entrée E2 et la sortie E2 d’un deuxième circuit C2 sont situées au niveau d’un autre, par exemple un bord supérieur. Dans d’autres modes de réalisation, tout ou partie des entrées/sorties sont situées au niveau d’un ou des bords latéraux d’une grande face latérale 100 (à la jonction de ladite grande face latérale et d’une petite face latérale 103).
Les nervures 300 sont préférentiellement rectilignes, mais peuvent être courbe ou avoir des portions courbes et rectilignes, être en lignes brisées, ou être de toute autre forme convenant à l’homme du métier.
Les nervures 300 sont en contact serré avec les grandes faces latérales 100 adjacentes. Ce contact serré forme étanchéité au fluide de sorte que la circulation du fluide dans un circuit de circulation forcée C1, C2 se fasse uniquement entre l’entrée E1, E2 et la sortie S1, S2 dudit circuit. Lorsque plusieurs circuits sont définis par l’espaceur 3, il n’y a notamment pas de communication fluidique entre ces circuits, ce qui assure une circulation homogène dans chaque circuit. De façon alternative ou complémentaire, un ou plusieurs joints d’étanchéité sont installés dans l’espace entre les cellules 10 adjacentes de sorte que la circulation du fluide dans un circuit de circulation forcée se fasse uniquement entre l’entrée et la sortie dudit circuit.
L’épaisseur de la structure de l’espaceur 3 et/ou l’épaisseur des nervures 300 dépendent de la distanciation souhaitée entre les cellules 10 et/ou du débit souhaité du fluide circulant dans le ou les circuits. Les meilleurs résultats, notamment en termes de régulation, sont obtenus lorsque cette épaisseur est comprise entre 0,5 mm et 5 mm, avantageusement entre 1 mm et 4 mm, préférentiellement entre 1,5 mm à 3,5 mm.
En plus de permettre une distanciation des cellules 10 adjacentes pour l’écoulement du fluide caloporteur, les espaceurs 3 ont un rôle mécanique contre le gonflement des cellules 10 induit par leur montée en température. Ils permettent en effet de maintenir les cellules 10 en compression sous l’effet de ce gonflement, ce qui assure une capacité maximale desdites cellules.
Pour que les nervures 300 occultent à minima la surface des grandes faces latérales 100 en contact avec le fluide caloporteur, lesdites nervures occupent au plus 10%, avantageusement au plus 5%, de la surface d’une grande face latérale 100. Des résultats optimums en termes de limitation au gonflement et d’efficacité des échanges thermiques sont obtenus lorsque les nervures 300 ont une largeur comprise entre 0,5 mm et 5 mm, avantageusement entre 1 mm et 4 mm, préférentiellement entre 1,5 mm à 3,5 mm. Les nervures 300 peuvent avoir la même largeur ou des largeurs différentes. En particulier, les nervures 300 ou les portions de nervures situées dans la zone centrale des grandes faces latérales 100 peuvent être plus larges dans la mesure où les contraintes mécaniques dues au gonflement sont maximales dans cette zone.
Sur les figures annexées, la deuxième zone 31 et la troisième zone 32 ont les mêmes dimensions, ou sensiblement les mêmes dimensions, en longueur et largeur, que celles des faces supérieures 101 et inférieure 102 d’une cellule 10. Elles peuvent toutefois avoir des dimensions différentes en longueur et/ou largeur. La deuxième zone 31 présente avantageusement des parties ajourées 310 agencées pour laisser libres les bornes de connexion 104 de la cellule 10. La troisième zone 32 peut également présenter des parties ajourées. Dans ces parties ajourées, le fluide est en contact avec les faces supérieures 101 et inférieure 102, contribuant aux échanges thermiques et à la régulation thermiques de la cellule 10 au niveau desdites faces.
Lorsque les cellules 10 et les espaceurs 3 sont installés en configuration d’usage dans le boîtier 2, la ou les entrées/sorties du ou des circuits C1, C2 sont en communication fluidique avec la ou les entrée/sorties du circuit 23 du boîtier 2. Sur la , les ouvertures 2210 1 , 2210 2 de la paroi de fond 22 débouchent au niveau des entrées E1, E2 et les canaux 210 1 , 210 2 du couvercle 21 débouchent au niveau des sorties S1, S2. Ainsi, les canaux 210 1 , 210 2 et 2210 1 , 2210 2 débouchent au niveau de chaque espaceur 3, c’est-à-dire dans chaque espace intercellules.