FR3105711A1 - Dispositif de regulation thermique d’un composant electrique et/ou electronique - Google Patents

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Abstract

TITRE : DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE D’UN COMPOSANT ELECTRIQUE ET/OU ELECTRONIQUE La présente invention concerne un dispositif (101) de régulation thermique d’un composant électrique et/ou électronique, comprenant au moins un boîtier (110) définissant un logement (120) dans lequel est reçu au moins un réseau de microfibres (140) configurées pour être parcourues par un fluide caloporteur (FC), le logement (120) étant adapté pour recevoir au moins un composant électrique et/ou électronique susceptible de s’échauffer, caractérisé en ce que le réseau de microfibres (140) est suspendu dans le logement (120). Figure 1

Description

DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE D’UN COMPOSANT ELECTRIQUE ET/OU ELECTRONIQUE
Le domaine de la présente invention est celui du traitement thermique de composants électriques et/ou électroniques susceptibles de s’échauffer lors de leur fonctionnement. Plus particulièrement, la présente invention concerne des échangeurs de chaleur destinés au traitement thermique de composants électriques et/ou électroniques dans divers domaines d’application tels que les serveurs informatique ou les batteries de véhicules automobile, ces échangeurs de chaleur étant notamment destinés au refroidissement et/ou au préchauffage de tels composants.
Les systèmes électroniques et/ou électriques concernés par la présente invention peuvent par exemple être des serveurs informatiques ou des systèmes de stockage d’énergie électrique pour des véhicules automobiles.
A titre d’exemple, dans le domaine automobile, les contraintes environnementales actuelles poussent les constructeurs automobiles à développer le marché des véhicules électriques et hybrides, qui sont moins polluants que les véhicules à moteurs thermiques classiques. Ces véhicules électriques et hybrides sont propulsés grâce à un moteur électrique alimenté par de l’énergie électrique stockée dans des batteries agencées dans le véhicule. D’une façon générale, ces batteries tendent à chauffer en cours d’utilisation et les véhicules électriques et hybrides sont ainsi équipés d’échangeurs de chaleur configurés pour opérer des échanges de chaleur avec ces batteries afin de les décharger de leurs calories. Avantageusement, ces échangeurs de chaleur peuvent également être adaptés pour transmettre des calories aux batteries afin de les préchauffer pour faciliter leur démarrage. De tels échangeurs de chaleur comprennent classiquement des plaques rigides métalliques qui délimitent des conduits de circulation d’un fluide caloporteur adapté pour échanger des calories, par convection ou par conduction avec ces batteries.
En phase de charge rapide des batteries, c’est-à-dire des phases au cours desquelles la batterie emmagasine une grande quantité d’énergie – par exemple une quantité proche de la quantité maximale qu’est capable de stocker cette batterie - en un temps court, de l’ordre de quelques dizaines de minutes, les batteries peuvent atteindre des températures excessives qui risquent de les endommager définitivement. Les appareils de régulation thermique tels que les échangeurs de chaleur cités ci-dessus sont aujourd’hui insuffisants pour pallier cet inconvénient majeur. Ces appareils de régulation thermique sont en outre peu, ou pas, efficaces lorsqu’il s’agit de traiter thermiquement des composants électriques miniaturisés tels que ceux que l’on peut trouver dans des serveurs informatiques par exemple.
En outre, les échangeurs de chaleur actuellement mis en œuvre sont, de par leur fabrication et leur structure en tant que telle, particulièrement encombrants et ils présentent, tel qu’évoqué ci-dessus, un poids important.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et vise à résoudre au moins les inconvénients cités en proposant un dispositif de régulation thermique d’un composant électrique et/ou électronique moins lourds et moins encombrant que les systèmes de régulation thermique actuellement mis en œuvre.
Un objet de la présente invention concerne ainsi un dispositif de régulation thermique d’un composant électrique et/ou électronique, comprenant au moins un boîtier définissant un logement dans lequel est reçu au moins un réseau de microfibres configurées pour être parcourues par un fluide caloporteur et le logement étant adapté pour recevoir au moins un composant électrique et/ou électronique susceptible de s’échauffer. Selon l’invention, le réseau de microfibres est suspendu dans le logement.
On entend ici par «suspendu» le fait que les microfibres formant le réseau de microfibres sont en prise en au moins deux points distincts et distants l’un de l’autre, et libres entre ces deux points. On entend par «fluide caloporteur» un fluide configuré pour capter, transporter et céder des calories à son environnement. On comprend ainsi que le fluide caloporteur destiné à circuler dans les microfibres est configuré pour échanger des calories, directement ou indirectement, avec l’au moins un composant électrique et/ou électronique susceptible de s’échauffer. Avantageusement, le fluide caloporteur peut ainsi permettre un refroidissement de l’au moins un composant électrique et/ou électronique ou un préchauffage de ce composant électrique et/ou électronique, par exemple en vue de son démarrage.
Selon l’invention, les microfibres formant le réseau de microfibres prennent la forme de tubes creux. Par exemple, ces microfibres peuvent être réalisées en un matériau polymère. Avantageusement, l’utilisation d’un tel matériau confère à ces microfibres une résistance mécanique et une résistance chimique suffisante pour supporter les contraintes auxquelles elles sont soumises. En outre, un tel matériau permet d’obtenir des microfibres souples, c’est-à-dire que ces microfibres peuvent être déformées, pliées, sans que leur intégrité ne soit impactée. Selon une caractéristique de l’invention, chacune de ces microfibres participant à former le réseau de microfibres présente une section dont une dimension principale est comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm. On entend par « dimension principale » une dimension la plus longue de la section de la microfibre concernée. A titre d’exemple, lorsque la microfibre présente une section circulaire, on qualifie de « dimension principale » son diamètre. De même, lorsque la microfibre présente une section sensiblement rectangulaire, on entend par « dimension principale » une diagonale de cette section. En outre, le matériau, quel qu’il soit, formant chacune de ces microfibres présente une épaisseur comprise entre 50 µm et 200 µm.
Selon une caractéristique de la présente invention, au moins un dispositif de projection d’un fluide diélectrique est agencé, au moins partiellement, dans le logement délimité par le boîtier, ce dispositif de projection étant configuré pour projeter le fluide diélectrique sur l’au moins un composant électrique et/ou électronique destiné à être reçu dans le logement. Selon cette caractéristique de la présente invention, le réseau de microfibres forme alors une plaque de condensation du fluide diélectrique. Ainsi, lorsque l’au moins un composant électrique et/ou électronique chauffe au-delà d’une température seuil prédéfinie, le dispositif de projection est configuré pour projeter le fluide diélectrique sur ce composant. Le fluide diélectrique est avantageusement choisi par rapport aux températures auxquelles il change de phase, et notamment par rapport à la température à laquelle il s’évapore. Le fluide diélectrique choisi présente une température d’évaporation inférieure à la température seuil prédéfinie dont le dépassement déclenche la projection de fluide diélectrique. Ainsi, lorsque le fluide diélectrique entre en contact avec le composant électrique et/ou électronique, il capte des calories émises par ce composant et s’évapore instantanément, ou quasiment instantanément. Les vapeurs de fluide diélectrique ainsi générées remontent en direction du couvercle fermant le boîtier et entrent, le long de ce trajet, en contact avec les microfibres du réseau de microfibres dans lesquelles circule le fluide caloporteur. Un échange de chaleur s’opère alors entre le fluide diélectrique évaporé et le fluide caloporteur circulant dans les microfibres, cet échange de chaleur résultant en une condensation du fluide diélectrique qui peut alors être récupéré par des moyens appropriés avant d’être de nouveau projeté contre le composant électrique et/ou électronique. Autrement dit, on comprend que le fluide caloporteur permet de décharger, indirectement, l’au moins un composant électrique et/ou électronique de ses calories.
Selon une caractéristique de l’invention, le réseau de microfibres s’étend entre au moins un collecteur d’entrée en communication fluidique avec les microfibres formant le réseau de microfibres, le collecteur d’entrée étant configuré pour répartir le fluide caloporteur dans les microfibres du réseau de microfibres, et au moins un collecteur de sortie en communication fluidique avec les microfibres formant le réseau de microfibres, le collecteur de sortie étant configuré pour collecter le fluide caloporteur qui quitte les microfibres du réseau de microfibres.
Selon une caractéristique de la présente invention, le boîtier comprend au moins une paroi de fond de laquelle émergent au moins quatre parois latérales, et au moins un couvercle, la paroi de fond, les parois latérales et le couvercle définissant le logement, le réseau de microfibres étant agencé à une distance non nulle de la paroi de fond, des parois latérales et du couvercle du boîtier. Un tel agencement permet notamment d’éviter tout échange de chaleur non contrôlé entre le fluide caloporteur qui circule dans les microfibres formant le réseau de microfibres et le couvercle ou les parois du boîtier, assurant ainsi un écart de température maximal entre le fluide caloporteur et les vapeurs de fluide diélectrique. Le maintien d’un tel écart de température assure notamment un transfert de calories efficace entre ce fluide caloporteur et les vapeurs de fluide diélectrique.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, au moins l’une des parois latérales et/ou le couvercle comprend au moins un élément support sur lequel repose, au moins partiellement, le réseau de microfibres. Avantageusement, la paroi latérale et/ou le couvercle peuvent comprendre une pluralité d’éléments supports. Selon l’invention, le logement du boîtier peut quant à lui être adapté pour recevoir une pluralité de composants électriques et/ou électroniques, la majorité des éléments supports étant alors agencés de sorte à être en regard d’au moins l’un de ces composants électriques et/ou électroniques lorsque ceux-ci sont intégrés dans le logement. Selon une configuration particulière de la présente invention on pourra par exemple prévoir qu’un élément support soit ménagé en regard de chaque composant électrique et/ou électronique reçu dans le logement.
Selon l’invention, l’au moins un élément support et la paroi latérale et/ou le couvercle qui le porte peuvent former un ensemble monobloc. On entend par «ensemble monobloc» un unique ensemble qui ne peut être séparé sans entrainer la détérioration, en l’espèce, de l’élément support ou de la paroi latérale, ou du couvercle le cas échéant. Alternativement, l’au moins un élément support peut être rapporté sur la paroi latérale et/ou sur le couvercle, cet au moins un élément support étant alors rendu solidaire de la paroi latérale et/ou du couvercle par tout moyen connu et compatible avec l’invention.
Selon un premier exemple de réalisation de la présente invention, le boîtier présente une forme parallélépipédique, ou sensiblement parallélépipédique, le collecteur d’entrée et le collecteur de sortie étant agencés dans une même paroi latérale du boîtier. Selon un deuxième exemple de réalisation de la présente invention, le boîtier présente une forme parallélépipédique, ou sensiblement parallélépipédique, le collecteur d’entrée étant agencé dans une première paroi latérale, le collecteur de sortie étant agencé dans une deuxième paroi latérale, la première paroi latérale et la deuxième paroi latérale s’étendant dans deux plans distincts et parallèles entre eux. On entend par «agencé dans la paroi» le fait que cette paroi présente au moins un orifice à travers lequel s’étend, au moins partiellement, le collecteur concerné. Alternativement, le collecteur d’entrée et le collecteur de sortie peuvent être agencés dans le couvercle de ce boîtier. Il est entendu qu’il se n’agit que d’exemples de réalisation et que tout autre agencement du collecteur d’entrée et du collecteur de sortie permettant de suspendre le réseau de microfibres dans le logement délimité par le boîtier est envisageable sans sortir du contexte de la présente invention.
La présente invention concerne également un système électrique et/ou électronique, comprenant au moins un dispositif de régulation thermique tel qu’évoqué ci-dessus et au moins un composant électrique et/ou électronique reçu dans le logement délimité par le boîtier du dispositif de régulation thermique.
Selon l’invention, le réseau de microfibres est agencé sur un circuit de fluide caloporteur adapté pour permettre une circulation du fluide caloporteur dans les microfibres formant le réseau de microfibres, le circuit de fluide caloporteur s’étendant, au moins partiellement, en dehors du boîtier. Autrement dit, le circuit de fluide caloporteur comprend au moins un organe de mise en circulation du fluide caloporteur dans les microfibres formant le réseau de microfibres. Avantageusement, le fluide caloporteur qui quitte les microfibres du réseau de microfibres chargé de calories issues, indirectement, de l’au moins un composant électrique et/ou électronique peut se décharger de ces calories le long du circuit de fluide caloporteur, par exemple par un échange de calories opéré dans un échangeur de chaleur sur l’air ou sur l’eau agencé en aval du réseau de microfibre par rapport à un sens de circulation du fluide caloporteur dans le circuit. Le fluide caloporteur ainsi déchargé de ces calories peut ainsi être renvoyé, par le circuit de fluide caloporteur, dans les microfibres formant le réseau de microfibres et, de nouveau, capter des calories issues du fluide diélectrique évaporé suite à l’échange de chaleur opéré entre ce fluide diélectrique et l’au moins un composant électrique et/ou électronique.
Avantageusement, le réseau de microfibres peut être agencé à une distance non nulle de l’au moins un composant électrique et/ou électronique reçu dans le logement du boîtier. Alternativement, le réseau de microfibres peut être agencé au contact de l’au moins un composant électrique et/ou électronique. Selon encore une autre alternative, le réseau de microfibres peut être un premier réseau de microfibres agencé à une distance non nulle de l’au moins un composant électrique et/ou électronique et le dispositif de régulation thermique selon l’invention peut alors comprendre au moins un deuxième réseau de microfibres, distinct du premier réseau de microfibres, et agencé au contact de l’au moins un composant électrique et/ou électronique. Selon l’invention, le réseau de microfibres agencé au contact de l’au moins un composant électrique et/ou électronique est configuré pour céder des calories à ce composant électrique et/ou électronique. Par exemple, le réseau de microfibres concerné peut être agencé sur un circuit de fluide réfrigérant qui comprend au moins un échangeur de chaleur configuré pour opéré un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un autre fluide, par exemple un fluide caloporteur ou un flux d’air, de sorte à réchauffer ce fluide réfrigérant afin que ce dernier puisse ensuite transmettre les calories ainsi captées au composant électrique et/ou électronique. On entend par « fluide réfrigérant » un fluide capable de capter, transporter et céder des calories à son environnement. Selon l’invention, le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur destinés à parcourir les microfibres du/des réseau(x) de microfibres peuvent être identiques ou non.
La présente invention concerne enfin un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant au moins un moteur électrique et au moins un système électrique et/ou électronique tel qu’évoqué précédemment, l’au moins un composant électrique et/ou électronique étant configuré pour permettre une alimentation du moteur électrique en énergie électrique. Autrement dit, on comprend que selon cet exemple d’application particulier de la présente invention, l’au moins un composant électrique et/ou électronique est un organe de stockage d’énergie électrique.
D’autres détails, caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après en relation avec les différents modes de fonctionnement illustrés, à titre indicatif, sur les figures suivantes:
est une représentation schématique, selon une coupe transversale, d’un système électrique et/ou électronique comprenant au moins un composant électrique et/ou électronique et au moins un dispositif de régulation thermique de cet au moins un composant électrique et/ou électronique selon un premier exemple de réalisation de la présente invention ;
est une représentation schématique, selon une coupe transversale, du système électrique et/ou électronique dans lequel le dispositif de régulation thermique est réalisé selon un deuxième exemple de réalisation de la présente invention ;
est une représentation schématique, selon une coupe transversale, d’un mode de fonctionnement du dispositif de régulation thermique selon l’invention ;
est une représentation schématique, selon une coupe transversale, du système électrique et/ou électronique dans lequel le dispositif de régulation thermique est réalisé selon un troisième exemple de réalisation de la présente invention.
Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
Sur les figures, les dénominations longitudinale, transversale, latérale, gauche, droite, dessus, dessous, se réfèrent à l'orientation, dans un trièdre L, V, T. Dans ce repère, un axe longitudinal L représente une direction longitudinale, un axe transversal T représente une direction transversale, et un axe vertical V représente une direction verticale de l’objet considéré. Dans ce repère, une coupe transversale correspond à une coupe réalisée selon un plan transversal et vertical, c’est-à-dire un plan dans lequel s’inscrivent l’axe transversal T et l’axe vertical V du trièdre.
La description qui suit donne un exemple d’application particulier de l’invention et décrit un boîtier destiné à recevoir au moins un organe de stockage d’énergie électrique d’un dispositif de stockage d’énergie électrique. Il est entendu qu’il ne s’agit que d’un exemple de réalisation de la présente invention, et que l’organe de stockage d’énergie électrique dont il est fait mention ci-dessous pourrait être remplacé par n’importe quel composant électrique et/ou électronique connu sans sortir du contexte de la présente invention. Dans la description qui suit les termes « stockage d’énergie électrique » et « stockage » seront utilisés sans distinction.
La figure 1 illustre, de façon schématique, un système électrique et/ou électronique 100 selon l’invention qui comprend au moins un composant 130 électrique et/ou électronique et au moins un dispositif 101 de régulation thermique de cet au moins un composant 130 électrique et/ou électronique. Tel que représenté, le dispositif 101 de régulation thermique comprend au moins un boîtier 110 qui définit un logement 120 dans lequel est reçu au moins un réseau de microfibres 140, ce logement 120 étant en outre adapté pour recevoir l’au moins un composant 130 électrique et/ou électronique. Plus particulièrement, dans l’exemple illustré, le système électrique et/ou électronique 100 est un dispositif de stockage d’énergie électrique qui comprend une pluralité d’organes 130 de stockage d’énergie électrique.
La figure 1 illustre plus particulièrement le système 100 électrique et/ou électronique selon l’invention vu selon une coupe transversale, de sorte à rendre visible le logement 120 défini par le boîtier 110 du dispositif 101 de régulation thermique, ainsi que les éléments qu’il reçoit.
Le boîtier 110 comprend plus particulièrement un bloc 111 ouvert sur au moins un côté, ce bloc 111 comprenant une paroi de fond 112 de laquelle émergent au moins quatre parois latérales 113 – seules deux d’entre elles étant visibles sur la figure 1. En outre, le côté ouvert du bloc 111 est fermé par un couvercle 114. Autrement dit, le logement 120 dans lequel sont reçus l’au moins un composant 130 électrique et/ou électronique et le réseau de microfibres 140, est délimité par la paroi de fond 112, les quatre parois latérales 113 et le couvercle 114. Selon les exemples illustrés, le boîtier 110 présente une forme parallélépipédique, ou sensiblement parallélépipédique.
Selon l’invention, le dispositif 101 de régulation thermique comprend également au moins un dispositif 150 de projection d’un fluide diélectrique FD reçu dans le logement 120 du boîtier 110. Ce dispositif 150 de projection est avantageusement configuré pour projeter le fluide diélectrique sur les composants 130 électriques et/ou électroniques reçus dans le logement 120, afin d’abaisser la température de ces derniers. Selon l’exemple illustré ici, le dispositif 150 de projection du fluide diélectrique comprend au moins une pompe 151, au moins un conduit 152 de circulation du fluide diélectrique et au moins un organe 153 de projection de ce fluide diélectrique, par exemple une buse de projection. Avantageusement, le dispositif 150 de projection du fluide diélectrique comprend une pluralité d’organes 153 de projection, et plus particulièrement, le dispositif 150 de projection comprend autant d’organes 153 de projection que le système 100 électrique et/ou électronique comprend de composants 130 électrique et/ou électronique. Avantageusement, chaque organe 153 de projection fait face à au moins un composant 130 électrique et/ou électronique. Ainsi, selon les exemples illustrés ici, chaque organe 153 de projection est configuré pour permettre la projection de fluide diélectrique sur le composant 130 électrique et/ou électronique en face duquel il est agencé. Il est entendu qu’il ne s’agit que d’un exemple de la présente invention et que le dispositif 150 de projection pourra comprendre un nombre d’organe 153 de projection différent sans sortir du contexte de la présente invention. De façon similaire, on pourra prévoir d’alimenter chaque organe 153 de projection à l’aide d’une pompe dédiée sans sortir du contexte de la présente invention.
Le fluide diélectrique est avantageusement choisi pour sa température d’évaporation. Plus particulièrement, le fluide diélectrique choisi présente une température d’évaporation inférieure à une température maximale acceptable par les composants 130 à traiter. Dans l’exemple donné ici, on pourra par exemple choisir un fluide diélectrique qui s’évapore à une température compris entre 25°C et 35°C.
On note par ailleurs que, selon les exemples illustrés ici, au moins une partie du logement 120 forme un réservoir de ce fluide diélectrique FD, ce réservoir recevant à la fois le fluide diélectrique FD et au moins une partie du dispositif 150 de projection de ce fluide diélectrique, en l’espèce au moins la pompe 151 et au moins une partie du conduit 152 de projection. Plus particulièrement, le réservoir ainsi formé est délimité par la paroi de fond 112 du boîtier 110 et par les parois latérales 113 de ce boîtier 110. Autrement dit, ce réservoir est ouvert vers le haut, c’est-à-dire sur une face tournée vers les composants 130 reçus dans le logement 120, afin de permettre le passage du conduit 152 de projection. Alternativement, le réservoir contenant le fluide diélectrique peut être formé à l’extérieur du boîtier 110. Selon l’une quelconque des alternatives décrites ici, le fluide diélectrique est stocké à l’état liquide, afin, d’une part de permettre son pompage et sa projection sur les composants 130 reçus dans le logement 120, et d’autre part d’assurer un écart de température entre les composants 130 et le fluide diélectrique qui permette un échange de chaleur entre ce fluide diélectrique et ces composants 130.
Le réseau de microfibres 140 comprend quant à lui une pluralité de microfibres 141 suspendues dans le logement 120 du boîtier 110. Ces microfibres 141 prennent la forme de fibres creuses adaptées pour être parcourues par un fluide caloporteur FC, c’est-à-dire un fluide configuré pour capter, transporter et céder des calories à son environnement. Par exemple ces microfibres 141 peuvent être réalisées en un matériau polymère. Avantageusement, l’utilisation d’un tel matériau confère à ces microfibres 141, à la fois, une grande déformabilité et une résistance mécanique et chimique suffisantes pour supporter les contraintes auxquelles elles sont soumises. En outre, le matériau, quel qu’il soit, formant chacune de ces microfibres 141 présente une épaisseur comprise entre 50 µm et 200 µm. Ces microfibres 141 présentent, respectivement, une section dont une dimension principale est comprise entre 0,5 et 1,5 mm. On entend par «dimension principale», une dimension, la plus grande, de la section concernée. Par exemple, si la microfibre concernée présente une section circulaire, la dimension principale de cette section correspond à son diamètre. Selon un autre exemple, si la microfibre concernée présente une section rectangulaire, la dimension principale de cette section correspond à une diagonale de cette section rectangulaire. Par ailleurs, cette section peut varier d’une microfibre à l’autre, aussi bien en taille, à condition que la dimension principale reste comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm, qu’en forme. Le réseau de microfibres 140 pourra ainsi par exemple comprendre des microfibres à section circulaire et/ou des microfibres à section rectangulaire et/ou des microfibres présentant toute autre forme de section, sans sortir du contexte de la présente invention.
Tel qu’évoqué ci-dessus, les microfibres 141 formant le réseau de microfibres 140 sont configurées pour être parcourues par du fluide caloporteur. A cet effet, le réseau de microfibres 140 est fluidiquement relié à un circuit de fluide caloporteur – non illustré ici - adapté pour permettre la circulation de fluide caloporteur dans les microfibres 141. Autrement dit, ce circuit de fluide caloporteur comprend au moins un organe de mise en circulation du fluide caloporteur. Selon les exemples illustrés ici, ce circuit de fluide caloporteur s’étend, au moins partiellement, à l’extérieur du boîtier 110. Tel que cela sera plus amplement détaillé ci-dessous, le circuit de fluide caloporteur comprend en outre au moins un échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et un autre fluide, par exemple un flux d’air, un autre fluide caloporteur ou tout autre fluide adapté pour capter et transmettre des calories.
Plus particulièrement, les microfibres 141 formant le réseau de microfibres 140 sont connectées fluidiquement au circuit de fluide caloporteur par l’intermédiaire d’au moins un collecteur d’entrée 142 et d’au moins un collecteur de sortie 143, le collecteur d’entrée 142 étant configuré pour répartir le fluide caloporteur FC issu du circuit de fluide caloporteur dans les microfibres 141 formant le réseau de microfibres 140 et le collecteur de sortie 143 étant quant à lui configuré pour collecter le fluide caloporteur FC qui quitte ces microfibres 141 et pour le renvoyer dans le circuit de fluide caloporteur. Ainsi, chaque microfibre 141 du réseau de microfibres 140 présente au moins une première extrémité 141a par laquelle elle est fluidiquement reliée au connecteur d’entrée 142 et au moins une deuxième extrémité 141b par laquelle elle est fluidiquement reliée au connecteur de sortie 143.
Selon un premier exemple de réalisation du dispositif 101 de régulation thermique par exemple illustré sur la figure 1, le collecteur d’entrée 142 et le collecteur de sortie 143 sont ménagés dans deux parois latérales 113 distinctes du boîtier 110, ci-après respectivement désignées comme «première paroi latérale 113a» et «deuxième paroi latérale 113b». Plus particulièrement, la première paroi latérale 113a dans laquelle est ménagé le collecteur d’entrée 142 et la deuxième paroi latérale 113b dans laquelle est ménagé le collecteur de sortie 143 s’étendent dans deux plans distincts et parallèles entre eux. Selon l’orientation du boîtier 110 illustré sur les figures, ces deux plans sont plus particulièrement des plans longitudinaux, c’est-à-dire des plans dans lesquels s’inscrivent l’axe longitudinal L et l’axe vertical V du trièdre illustré. Autrement dit, le collecteur d’entrée 142 et le collecteur de sortie 143 sont, selon ce premier exemple de réalisation de la présente invention, répartis à deux extrémités transversales du boîtier 110, c’est-à-dire deux extrémités opposées l’une de l’autre par rapport à l’axe transversal T du trièdre illustré.
On comprend de ce qui précède que le réseau de microfibres 140 est ainsi en prise au niveau de ces deux collecteurs 142, 143. Entre ces collecteurs 142, 143, les microfibres 141 formant le réseau de microfibres 140 sont libres. Selon l’invention, une longueur de ces microfibres 141, c’est-à-dire une dimension de ces microfibres 141 mesurée entre la première extrémité 141a et la deuxième extrémité 141b de la microfibre 141 concernée est choisie de sorte qu’une fois connectée aux collecteurs d’entrée 142 et de sortie 143, une distance non nulle soit ménagée entre la microfibre 141 en question et les composants 130 reçus dans le logement 120. Autrement dit, le réseau de microfibres 140 est configuré pour ne pas être en contact avec les composants 130 électrique et/ou électronique. Il est entendu que cette longueur peut varier d’une microfibre 141 à l’autre, de sorte à permettre une répartition la plus homogène possible de ces microfibres 141 entre les composants 130 électrique et/ou électronique et le couvercle 114, c’est-à-dire le long de l’axe vertical V du trièdre illustré.
En outre, on comprend que la position du collecteur d’entrée 142 et du collecteur de sortie 143 qui forment des moyens de maintien du réseau de microfibres 140 tel que décrit ci-dessus, permet également d’assurer une distance non nulle entre les microfibres 141 du réseau de microfibres 140 et le couvercle 14 du boîtier 110. Tel que cela sera plus amplement détaillé ci-dessous, un tel écart ménagé entre le réseau de microfibres 140 et les composants 130 électriques et/ou électroniques permet de gérer plus facilement la régulation thermique de ces composants 130.
La figure 2 illustre le système 100 électrique et/ou électronique, vu en coupe transversale, dans lequel le dispositif 101 de régulation thermique est réalisé selon un deuxième exemple de réalisation. Ce deuxième exemple de réalisation de la présente invention diffère du premier exemple de réalisation qui vient d’être décrit en référence à la figure 1 notamment par la position du collecteur d’entrée 142 et du collecteur de sortie 143. Ainsi, tel que représenté, le collecteur d’entrée 142 et le collecteur de sortie 143 sont, selon ce deuxième exemple de réalisation, tous deux agencés dans une même paroi latérale 113.
Selon ce deuxième exemple de réalisation, le réseau de microfibres 140 est suspendu dans le logement 120 du boîtier 110 au moyen d’au moins un élément support 200 ménagé sur le couvercle 114. Selon un exemple non illustré ici, cet au moins un élément support 200 peut être ménagé sur l’une des parois latérales 113 du boîtier 110. Cet au moins un élément support 200 peut par exemple être rapporté sur le couvercle 114 qui le porte, ou bien il peut être issu de matière avec ce couvercle 114. On entend par «issu de matière», le fait que l’élément support 200 et le couvercle 114 forment un ensemble monobloc, c’est-à-dire un ensemble qui ne peut être séparé sans entrainer la détérioration de l’élément support 200 ou du couvercle 114 le cas échéant.
Plus particulièrement, cet élément support 200 est configuré pour permettre la suspension des microfibres 141 du réseau de microfibres 140 au-dessus des composants 130 électriques et/ou électroniques reçus dans le logement 120, c’est-à-dire entre ces composants 130 et le couvercle 114 du boîtier 110. La figure 2 illustre plus spécifiquement une variante du deuxième exemple de réalisation dans laquelle le dispositif 101 de régulation thermique comprend une pluralité d’éléments support 200. Selon cette variante, ces éléments support 200 sont répartis sur toute une dimension transversale du boîtier 110, c’est-à-dire sur une dimension mesurée entre deux parois latérales 113 qui se font face, c’est-à-dire qui ne présentent pas d’arête commune, parallèlement à l’axe transversal T du trièdre illustré. Plus particulièrement, on note qu’au moins un élément support 200 s’étend en regard de chaque composant 130 électrique et/ou électronique et qu’au moins un élément support 200, ci-après appelé «élément support 200 terminal» s’étend en outre à une extrémité transversale du boîtier 110. Autrement dit, cet élément support 200 terminal forme l’élément support 200 le plus éloigné du collecteur d’entrée 142 et du collecteur de sortie 143.
Tel que schématiquement illustré, les éléments supports 200 présentent, respectivement, une conformation en U, comprenant ainsi, au moins, une base 201, une première branche 202 et une deuxième branche 203, la première branche 202 et la deuxième branche 203 s’étendant toutes deux depuis la base 201 de cette forme en U et perpendiculairement, ou sensiblement perpendiculairement à cette base 201. Avantageusement, la première branche 202 est ménagée plus près du couvercle 114 qui porte, selon l’exemple illustré, l’élément support 200 concerné, que des composants 130 et la deuxième branche 203 est quant à elle ménagée plus près des composants 130 que du couvercle 114. Selon ce deuxième exemple de réalisation, la première branche 202 assure ainsi que les microfibres 141 du réseau de microfibres 140 soient agencées à une distance non nulle du couvercle 114 et la deuxième branche 203 assure quant à elle que les microfibres 141 soient agencées à une distance non nulle des composants 30 électrique et/ou électronique. Autrement dit, la première branche 202 et la deuxième branche 203 de la forme de U forment, respectivement, des butées verticales aux microfibres 141 formant le réseau de microfibres 140.
Alternativement, au moins l’un des éléments support, avantageusement l’ensemble des éléments support, peuvent présenter une forme en L, c’est-à-dire une forme qui diffère de la forme qui vient d’être décrite en ce qu’elle est dépourvue de la première branche 202 de la forme de U. Selon cette alternative, la longueur de chaque microfibre 141 qui participe à former le réseau de microfibres 140 sera alors calculée de sorte à assurer qu’une distance non nulle soit générée entre les microfibres 141 et le couvercle 114.
Il est en outre entendu que le système électrique et/ou électronique selon le premier exemple de réalisation décrit et illustré sur la figure 2 pourrait comprendre au moins un élément support tel qu’il vient d’être décrit, sans sortir du contexte de la présente invention.
La figure 3 illustre un mode de fonctionnement du dispositif 101 de régulation thermique selon l’invention. La description de ce mode de fonctionnement s’applique à tous les exemples de réalisation de la présente invention décrits et illustrés dans le présent document.
La figure 3 illustre ainsi une situation dans laquelle les composants 130 électriques et/ou électroniques reçus dans le logement 120 du boîtier 110 sont en cours de fonctionnement et s’échauffent. Par exemple, si le système 100 électrique et/ou électronique selon l’invention est un dispositif de stockage d’énergie électrique dédié à l’alimentation électrique d’un moteur électrique d’un véhicule automobile électrique ou hybride, il peut s’agir d’une situation dans laquelle le véhicule est en mouvement et propulsé par son moteur électrique, ou, alternativement, d’une situation au cours de laquelle le dispositif de stockage d’énergie électrique est dans une phase de charge rapide, c’est-à-dire une phase au cours de laquelle les organes 130 de stockage d’énergie électrique emmagasinent une grande quantité d’énergie électrique, par exemple la quasi-totalité de l’énergie électrique qu’ils sont capables de stocker, en une courte période, de l’ordre de quelques dizaines de minutes. En tout état de cause, les composant 130 électriques et/ou électroniques doivent donc être refroidis afin d’éviter qu’ils ne soient endommagés.
Tel que précédemment évoqué, le fluide diélectrique est stocké à l’état liquide. Dans une situation telle que décrite ci-dessus, le dispositif 150 de projection est mis en fonctionnement de sorte à projeter du fluide diélectrique FDl, à l’état liquide, sur les composants 130 reçus dans le logement 120. En entrant en contact avec ces composants 130 chauds, c’est-à-dire présentant une température supérieure à 40°C, le fluide diélectrique FDl capte des calories émises par ces composants 130 et s’évapore. Les composants 130 sont ainsi déchargés de leurs calories, ce qui leur permet de conserver une température qui ne risque pas de les endommager.
Tel que schématiquement représenté sur la figure 3, le fluide diélectrique FDg ainsi évaporé remonte alors vers le couvercle 114 du boîtier 110 jusqu’à entrer en contact avec les microfibres 141 du réseau de microfibres 140 dans lesquelles circule le fluide caloporteur. Le fluide caloporteur qui circule dans ces microfibres 141 présente une température inférieure à la température du fluide diélectrique FDg évaporé, de sorte qu’un échange de chaleur s’opère entre ce fluide caloporteur FC et le fluide diélectrique FDg. Une face externe des microfibres 141, c’est-à-dire une face de ces microfibres 141 tournée vers le logement 120 du boîtier 110, forme ainsi une surface d’échange thermique entre le fluide diélectrique FDg gazeux et le fluide caloporteur FC qui circule dans ces microfibres 141. Les calories sont ainsi transférées du fluide diélectrique vers le fluide caloporteur, à travers les microfibres 141. En d’autres termes, le réseau de microfibres 140 forme une plaque de condensation du fluide diélectrique FDg.
Tel que mentionné ci-dessus, ces microfibres 141 sont souples et déformables, de sorte qu’elles sont réparties de manière homogène dans le logement 120. De plus, ces microfibres 141 présentent une section très faible, de l’ordre du millimètre, ce qui permet d’agencer un très grand nombre de microfibres, par exemple entre 500 et 1000 microfibres 141, dans le logement 120. Le nombre et la répartition des microfibres 141 ainsi atteints permettent d’assurer que le fluide diélectrique évaporé par l’échange de chaleur opéré entre ce fluide diélectrique et le(s) composant(s) 130 électrique(s) et/ou électronique(s) entre en contact avec au moins l’une de ces microfibres 141 avant d’entrer en contact avec le couvercle 114 du boîtier 110. Il résulte de l’échange de chaleur opéré entre le fluide caloporteur FC circulant dans les microfibres 141 et le fluide diélectrique FDg évaporé, une condensation de ce fluide diélectrique. Le fluide diélectrique FDl condensé est alors renvoyé dans le réservoir, que celui-ci soit reçu dans le logement 120 ou qu’il soit agencé hors du boîtier 110, pour pouvoir être, à nouveau projeté sur les composants 130 à refroidir.
Selon l’exemple illustré ici, le fluide diélectrique FDl condensé retombe dans le réservoir formé par la paroi de fond 112 du boîtier 110 et par les parois latérales 113 de ce boîtier 110, par un phénomène de gravité, le fluide diélectrique FDl condensé pouvant ainsi être directement de nouveau projeté sur les composants 130 à refroidir.
En outre, selon les exemples de réalisation décrit ci-dessus, les microfibres 141 du réseau de microfibres 140 sont agencées à une distance non nulle du couvercle 114. Avantageusement, une telle distance permet d’éviter qu’un transfert de chaleur ne s’opère entre le fluide caloporteur circulant dans les microfibres 141 et le couvercle 114, ce qui résulterait en un réchauffement de ce fluide caloporteur qui ne serait donc plus aussi efficace pour condenser le fluide diélectrique. Autrement dit, cette distance non nulle permet avantageusement de maintenir un écart de température suffisant entre le fluide caloporteur et le fluide diélectrique afin d’assurer une condensation efficace du fluide diélectrique.
Il est entendu que les différentes étapes décrites ci-dessus surviennent concomitamment, c’est-à-dire qu’au sein d’un même boîtier 110, on retrouve à la fois du fluide diélectrique FDl à l’état liquide reçu dans le réservoir, du fluide diélectrique FDl projeté sur les composants 130 et donc en cours d’évaporation et du fluide diélectrique FDg en contact avec les microfibres 141 du réseau de microfibres 140, c’est-à-dire en cours de condensation.
Le fluide caloporteur FC chargé des calories captées du fluide diélectrique FD quitte, tel que précédemment évoqué, le réseau de microfibres 140 grâce au collecteur de sortie 143 pour rejoindre le reste du circuit de fluide caloporteur. Au sein de ce circuit, le fluide caloporteur traverse au moins un échangeur de chaleur dans lequel il est configuré pour céder ces calories à un autre fluide, par exemple un autre fluide caloporteur, un flux d’air, ou tout autre fluide adapté pour capter ces calories. Le fluide caloporteur ainsi déchargé de ses calories continue de parcourir le circuit de fluide caloporteur jusqu’à rejoindre le collecteur d’entrée 142 et ainsi pour effectuer un nouvel échange de chaleur avec le fluide diélectrique.
La figure 4 illustre schématiquement et selon une coupe transversale, le système 100 électrique et/ou électronique dans lequel le dispositif 101 de régulation thermique est réalisé selon un troisième exemple de réalisation de la présente invention.
Ce troisième exemple de réalisation diffère du premier exemple de réalisation et du deuxième exemple de réalisation qui viennent d’être décrits, notamment en ce que le réseau de microfibres 140 forme un premier réseau de microfibres 140 et en ce que le dispositif 101 de régulation thermique comprend au moins un deuxième réseau de microfibres 160. Ce deuxième réseau de microfibres 160 est agencé sur un circuit de fluide réfrigérant qui s’étend au moins partiellement en dehors du boîtier est qui est configuré pour permettre une circulation de fluide réfrigérant FR dans les microfibres 161 formant ce deuxième réseau de microfibres 160. On entend par «fluide réfrigérant» un fluide capable de capter, transporter et céder des calories à son environnement. Ce fluide réfrigérant FR peut être identique ou non au fluide caloporteur FC qui circule dans les microfibres 141 du premier réseau de microfibres 140. Selon différentes variantes de ce troisième exemple de réalisation, on pourra prévoir que le premier réseau de microfibres 140 et le deuxième réseau de microfibres 160 soient agencés sur le même circuit ou non sans sortir du contexte de la présente invention.
En tout état de cause, le dispositif 101 de régulation thermique selon ce troisième exemple de réalisation comprend au moins une boîte collectrice d’entée 162 configurée pour répartir le fluide réfrigérant FR dans les microfibres 161 qui forment le deuxième réseau de microfibres 160 et au moins une boîte collectrice de sortie 163 configurée pour collecter le fluide réfrigérant FR qui quitte les microfibres 161 formant le deuxième réseau de microfibres 160. Selon l’exemple illustré, la boîte collectrice d’entrée 162 et la boîte collectrice de sortie 163 sont agencées dans deux parois latérales 113 qui se font face mais il est entendu qu’il ne s’agit que d’un exemple de réalisation qui ne limite pas la présente invention. On pourra par exemple prévoir que la boîte collectrice d’entrée 162 et la boîte collectrice de sortie 163 soient ménagées dans la même paroi latérale 113 de façon similaire à ce qui a été décrit ci-dessus en référence aux collecteurs d’entrée et de sortie selon le premier exemple de réalisation illustré sur la figure 2 sans sortir du contexte de la présente invention.
Ce deuxième réseau de microfibres 160 se distingue du premier réseau de microfibres 140, notamment en ce qu’il est agencé au contact des composants 130 électriques et/ou électroniques. Le dispositif 101 de régulation thermique selon ce troisième exemple de réalisation de la présente invention fonctionne tel que décrit ci-dessus en référence à la figure 3, à la différence qu’il permet, en outre, d’effectuer un préchauffage des composants électriques et/ou électroniques reçus dans le logement 120 du boîtier 110.
Ainsi, le premier réseau de microfibres 140 forme tel que décrit précédemment, une plaque de condensation adaptée pour permettre la condensation du fluide diélectrique après que celui-ci ait capté des calories émises par les composants 130. Le deuxième réseau de microfibres 160 permet quant à lui avantageusement de préchauffer les composants 130 électriques et/ou électroniques, par exemple afin de faciliter leur démarrage. Tel que mentionné, le deuxième réseau de microfibres 160 est agencé sur un circuit de fluide réfrigérant. Ce circuit de fluide réfrigérant comprend au moins un échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un autre fluide, par exemple un flux d’air, un autre fluide réfrigérant ou tout autre fluide adapté pour un échange de calories. Plus particulièrement, cet au moins un échangeur de chaleur est configuré pour permettre un transfert de calories vers le fluide réfrigérant destiné à circuler dans les microfibres 161 du deuxième réseau de microfibres 160. Le fluide réfrigérant rejoint ainsi les microfibres 161 du deuxième réseau de microfibres 160, par la boîte collectrice d’entrée 162, à une température supérieure à la température que présente les composants électriques et/ou électroniques avant que ceux-ci ne soient mis en fonctionnement. Un échange de chaleur s’opère alors entre les composants 130 et le fluide réfrigérant FR qui circule dans le deuxième réseau de microfibres 160 de sorte que les composants 130 captent des calories issues du fluide réfrigérant FR, permettant ainsi sa montée en température.
Ce troisième exemple de réalisation présente ainsi le double avantage de permettre à la fois un refroidissement efficace des composants électriques et/ou électroniques reçus dans le logement et un préchauffage de ces composants qui facilite leur mise en fonctionnement.
Selon une variante de ce troisième exemple de réalisation non illustrée ici, le premier réseau de microfibres et le deuxième réseau de microfibres sont formés d’un unique réseau de microfibres adaptés pour être alimenté, alternativement, par du fluide caloporteur tel que celui qui alimente autrement le premier réseau de microfibres et par du fluide réfrigérant tel que celui qui alimente autrement le deuxième réseau de microfibres.
On comprend de ce qui précède que la présente invention propose ainsi un dispositif de régulation thermique de composants électriques et/ou électroniques plus léger et moins encombrant que les dispositifs de régulation thermique actuellement mis en œuvre, mais tout aussi efficace en termes de traitement thermique de ces composants.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tout moyen et configuration équivalent ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens. Ces moyens et configurations pourront être modifiés sans nuire à l’invention dans la mesure où ils remplissent les fonctionnalités décrites dans le présent document.

Claims (10)

  1. Dispositif (101) de régulation thermique d’un composant électrique et/ou électronique, comprenant au moins un boîtier (110) définissant un logement (120) dans lequel est reçu au moins un réseau de microfibres (140) configurées pour être parcourues par un fluide caloporteur (FC), le logement (120) étant adapté pour recevoir au moins un composant électrique et/ou électronique susceptible de s’échauffer, caractérisé en ce que le réseau de microfibres (140) est suspendu dans le logement (120).
  2. Dispositif (101) de régulation thermique selon la revendication précédente, dans lequel au moins un dispositif (150) de projection d’un fluide diélectrique (FD) est agencé, au moins partiellement, dans le logement (120) délimité par le boîtier (110), ce dispositif (150) de projection étant configuré pour projeter le fluide diélectrique (FD) sur l’au moins un composant (130) électrique et/ou électronique destiné à être reçu dans le logement (120).
  3. Dispositif (101) de régulation thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réseau de microfibres (140) s’étend entre au moins un collecteur d’entrée (142) en communication fluidique avec les microfibres (141) formant le réseau de microfibres (140), le collecteur d’entrée (142) étant configuré pour répartir le fluide caloporteur (FC) dans les microfibres (141) du réseau de microfibres (140), et au moins un collecteur de sortie (143) en communication fluidique avec les microfibres (141) formant le réseau de microfibres (140), le collecteur de sortie (143) étant configuré pour collecter le fluide caloporteur (FC) qui quitte les microfibres (141) du réseau de microfibres (140).
  4. Dispositif (101) de régulation thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le boîtier (110) comprend au moins une paroi de fond (112) de laquelle émergent au moins quatre parois latérales (113), et au moins un couvercle (114), la paroi de fond (112), les parois latérales (113) et le couvercle (114) définissant le logement (120), et dans lequel le réseau de microfibres (140) est agencé à une distance non nulle de la paroi de fond (112), des parois latérales (113) et du couvercle (114) du boîtier (110).
  5. Dispositif (101) de régulation thermique selon la revendication précédente, dans lequel au moins l’une des parois latérales (113) et/ou le couvercle (114) comprend au moins un élément support (200) sur lequel repose, au moins partiellement, le réseau de microfibres (140).
  6. Dispositif (101) de régulation thermique selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel le boîtier (110) présente une forme parallélépipédique, ou sensiblement parallélépipédique, le collecteur d’entrée (162) étant agencé dans une première paroi latérale (113a), le collecteur de sortie (163) étant agencé dans une deuxième paroi latérale (113b), la première paroi latérale (113a) et la deuxième paroi latérale (113b) s’étendant dans deux plans distincts et parallèles entre eux.
  7. Dispositif (101) de régulation thermique selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel le boîtier (110) présente une forme parallélépipédique, ou sensiblement parallélépipédique, le collecteur d’entrée (162) et le collecteur de sortie (163) étant agencés dans une même paroi latérale (113) du boîtier (110).
  8. Dispositif (101) de régulation thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une section de chaque microfibre du réseau de microfibres (140) présente une dimension principale comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm.
  9. Système (100) électrique et/ou électronique, comprenant au moins un dispositif (101) de régulation thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes et au moins un composant (130) électrique et/ou électronique reçu dans le logement (120) délimité par le boîtier (110) du dispositif (101) de régulation thermique.
  10. Système (100) électrique et/ou électronique selon la revendication précédente, dans lequel le réseau de microfibres (140) est agencé à une distance non nulle de l’au moins un composant (130) électrique et/ou électronique reçu dans le logement (120) du boîtier (110).
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