FR3124316A1 - « Dispositif de régulation thermique pour au moins un élément électrique et/ou électronique » - Google Patents

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Abstract

Titre : « Dispositif de régulation thermique d’au moins un composant électrique » L’invention porte sur un dispositif de régulation thermique (3) pour au moins un composant électrique et/ou électronique (5) dont la température doit être régulée, le dispositif de régulation thermique (3) comportant au moins un boîtier (25) comprenant une pluralité de parois délimitant un logement (500) destiné à recevoir ledit composant électrique et/ou électronique (5), le dispositif (3) comportant en outre un circuit de fluide diélectrique (15) configuré pour permettre la circulation d’un fluide diélectrique, caractérisé en ce qu’au moins l’une des parois (29) du boîtier (25) comporte au moins un orifice d’aspersion (37) du fluide diélectrique dans le logement (500), l’orifice d’aspersion (37) fluidiquement relié au circuit de fluide diélectrique, le circuit de fluide diélectrique (15) comportant un tronçon (30) formé au sein de l’une des parois (29,31) du boîtier (25), le tronçon du circuit de fluide diélectrique reçoit en outre un élément thermique (9, 91, 92) destiné à échanger de la chaleur avec le fluide diélectrique circulant dans le circuit de fluide diélectrique (15). Figure de l’abrégé : Fig. 3

Description

« Dispositif de régulation thermique pour au moins un élément électrique et/ou électronique »
La présente invention intervient dans le domaine des dispositifs de régulation thermique pour au moins un composant électrique et/ou électronique, susceptibles de s’échauffer, et elle concerne notamment un dispositif de régulation thermique de systèmes électroniques comportant de tels composants.
Les systèmes électroniques susceptibles d’être concernés par la présente invention peuvent aussi bien consister en des serveurs informatiques, qu’en des systèmes de stockage d’énergie électrique, notamment des éléments de batteries, ou encore des semi-conducteurs, par exemple pour des véhicules automobiles.
Dans le domaine des véhicules automobiles, des dispositifs de régulation thermique permettent de modifier une température d’un système de stockage d’énergie électrique, que ce soit lors d’un démarrage du véhicule par temps froid, en augmentant sa température par exemple, ou que ce soit en cours de roulage ou lors d’une opération de recharge dudit système, en diminuant la température des éléments de batterie, qui tendent à s’échauffer au cours de leur utilisation.
D’une manière générale, de tels dispositifs de régulation thermique de systèmes de stockage d’énergie électrique font appel à des échangeurs de chaleur. Les différents éléments de batterie d’un système de stockage d’énergie électrique peuvent notamment être refroidis au moyen d’une plaque froide à l’intérieur de laquelle circule un fluide de refroidissement, la plaque étant en contact avec les éléments de batterie à refroidir. Il a pu être constaté que de tels échangeurs de chaleur peuvent conduire à un refroidissement non homogène des éléments de batterie d’un même système de stockage d’énergie électrique, entraînant alors une diminution de la performance globale dudit système. Ces dispositifs de régulation thermique présentent en outre une résistance thermique élevée en raison des épaisseurs de matière présentes entre le fluide de refroidissement et les éléments de batterie.
Par ailleurs, l’encombrement de tels dispositifs est important puisqu’ils nécessitent un dégagement suffisant entre les échangeurs de chaleur et les composants dont il faut réguler la température, ce qui implique de surdimensionner le boîtier dans lequel sont logés les composants électriques ou électroniques.
Les centres de données à travers le monde représentent actuellement 10% de la consommation mondiale en électricité. L’avènement des technologies “chaînes de blocs” (Blockchain) et 5G, font que ce pourcentage pourrait augmenter drastiquement dans les prochaines années. La moitié au moins de cette consommation provient des systèmes de refroidissement de ces centres de données. Actuellement la majorité des centres de données sont refroidies par air en refroidissant l’air ambiant des salles de stockage par des dispositifs de climatisation. La température de fonctionnement optimale pour les data center est comprise entre 5°C et 40°C, plus particulièrement autour de 27°C. Prenant en considération que l’air présente une conductivité très faible, afin de refroidir suffisamment les éléments électroniques, ceux-ci pouvant atteindre des températures dépassant les 60°C, la différence de température entre l’air et les éléments électroniques à refroidir doit être importante et par conséquent ce genre de dispositif est très énergivore.
Dans le but d’apporter une réponse à ces différentes problématiques, plusieurs dispositifs sont connus.
On connaît notamment des dispositifs de refroidissement des éléments de batterie électriques de voitures électriques ou hybrides comprenant un boîtier fermé hermétiquement dans lequel les éléments de batterie du système de stockage d’énergie électrique sont partiellement plongés dans un fluide diélectrique. On assure de la sorte un échange thermique entre les éléments de batterie et le fluide diélectrique, une cuve de fluide diélectrique étant située à l’extérieur du boîtier et reliée audit boîtier afin de permettre la circulation du fluide diélectrique.
Toutefois, l’immersion des éléments de batterie électriques dans un fluide, notamment diélectrique, ne permet pas un refroidissement suffisamment homogène desdits éléments. Le document FR3077683 divulgue un dispositif de refroidissement des éléments de batterie qui comporte également un boîtier hermétique dans lequel est disposé un fluide diélectrique, mais dans lequel le fluide diélectrique est projeté sur les éléments de batterie par un circuit et des moyens de projection appropriés. Au contact des éléments de batterie qui se sont échauffés lors de leur fonctionnement, le fluide diélectrique projeté a tendance à se vaporiser et la vapeur se propage dans le boîtier et notamment le long des parois délimitant le boîtier. Le document FR3077683 divulgue la présence d’une paroi de condensation, comprenant en son sein un circuit de fluide réfrigérant, la paroi étant dite de condensation en ce que la température de cette paroi permet de condenser la vapeur de sorte que le fluide diélectrique reprend une forme liquide.
Là encore, conformément à ce qui a pu être présenté précédemment, une problématique multiple d’encombrement se pose. Les moyens nécessaires pour permettre la circulation puis la projection du fluide diélectrique consistent en une pluralité de conduites qui permettent la circulation du fluide diélectrique à l’intérieur du boîtier, en passant notamment à travers les parois du boîtier pour permettre l’entrée et la sortie du fluide dans le dispositif de régulation thermique. Le montage peut également être rendu compliqué du fait de cette multiplicité de conduites qu’il faut fixer par rapport aux parois du boîtier de sorte qu’elles ne viennent pas au contact des composants électriques ou électroniques avant que le fluide ne soit projeté.
L’invention s’inscrit dans ce contexte et a pour objectif d’offrir une alternative aux dispositifs de régulation thermique connus, notamment dans leur application à dispositif de stockage électrique tels que des batteries de véhicule automobile, qui permettra entre autres de pallier les problèmes susmentionnés.
Dans ce contexte, la présente invention concerne un dispositif de régulation thermique pour au moins un composant électrique et/ou électronique dont la température doit être régulée, le dispositif de régulation thermique comportant au moins un boîtier comprenant une pluralité de parois délimitant un logement destiné à recevoir ledit composant électrique et/ou électronique, le dispositif comportant en outre un circuit de fluide diélectrique configuré pour permettre la circulation d’un fluide diélectrique, caractérisé en ce qu’au moins l’une des parois du boîtier comporte au moins un orifice d’aspersion du fluide diélectrique dans le logement fluidiquement relié au circuit de fluide diélectrique, le circuit de fluide diélectrique comportant un tronçon formé au sein de l’une des parois du boîtier, le tronçon du circuit de fluide diélectrique reçoit en outre un élément thermique destiné à échanger de la chaleur avec le fluide diélectrique circulant dans le circuit de fluide diélectrique.
Par convention, dans tout le présent document, le qualificatif « longitudinal » s’applique à la direction d’une dimension principale du boîtier du dispositif de régulation thermique reliant deux parois latérales opposées, le qualificatif « transversal » s’applique à une direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale et joignant entre elles deux autres parois latérales du boîtier, et le qualificatif « vertical » désigne la direction perpendiculaire à la fois à la direction longitudinale et à la direction transversale, sensiblement perpendiculaire à la paroi de fond dudit boîtier.
La présente invention peut également comprendre l’une quelconque des caractéristiques, prise seule ou en combinaison entre elles tant que techniquement compatible :
  • la paroi du boîtier qui loge le tronçon du circuit de fluide diélectrique comprend une enveloppe interne et une enveloppe externe délimitant le tronçon ; les termes “interne” et “externe” permettent de définir une position relative de chaque enveloppe, l’enveloppe interne étant vers l’intérieur du logement du dispositif et l’enveloppe externe étant plus à l’extérieur du dispositif par rapport à l’enveloppe interne ;
  • l’élément thermique est agencé au moins partiellement entre l’enveloppe interne et l’enveloppe externe ;
  • le tronçon est délimité par au moins une cavité formée entre l’enveloppe interne et l’enveloppe externe, l’échangeur thermique s’étendant au moins partiellement dans cette cavité ;
  • le tronçon pouvant comprendre une pluralité de cavités, chacune des cavités consistant en un volume intermédiaire entre l’enveloppe interne et l’enveloppe externe ;
  • les cavités définissant le tronçon pouvant être formé sur plusieurs parois du boitiers ;
  • le tronçon du circuit de fluide diélectrique formé dans la paroi comporte au moins un canal de distribution formé d’une première cavité dans la paroi et débouchant sur l’orifice d’aspersion et/ou comporte une cavité de récupération ;
  • la cavité de récupération est formée, au moins partiellement, en la paroi de fond du dispositif et agencé pour récupérer du fluide diélectrique s'accumulant dans ce fond ;
  • la cavité de récupération est au moins partiellement formé dans une paroi latérale du dispositif ;
  • les enveloppes externe et interne sont mécaniquement solidaires l’une de l’autre et peuvent être maintenues par exemple par collage ou par soudure ;
  • l’enveloppe interne, formant avantageusement le fond du logement et ou une paroi latérale, comprend au moins un, avantageusement une pluralité d’orifices ou perforations d’évacuation permettant au fluide diélectrique de s’écouler dans ladite cavité de récupération; Autrement formulé, ledit orifice d’évacuation relie fluidiquement le logement à l’au moins une conduite d’évacuation ; Avantageusement, le dispositif de régulation thermique peut comprendre une pluralité d’orifices d’évacuation, lesdits orifices d’évacuation pouvant, par exemple, présenter des formes circulaires ou encore allongées et peuvent être arrangées en série de rangées dans la paroi de fond et/ou au moins une paroi latérale ;
  • chaque orifice d’évacuation débouchant d’une part dans le logement et d’autre part dans la cavité d’évacuation ;
  • l’élément thermique est agencé dans la rampe de distribution ;
  • l’élément thermique est agencé dans la cavité de récupération ;
  • le dispositif comprenant, une paroi de fond, s’étendant dans un premier plan et une pluralité de parois latérales, s’étendant depuis la paroi de fond, les parois latérales s’étendant dans des plans sécants au premier plan ;
  • La cavité de récupération est formée avantageusement dans la paroi de fond, entre l’enveloppe externe et l’enveloppe interne, l’enveloppe interne délimitant une face de fond du logement
  • la rampe de distribution et/ou la cavité de récupération comprend un échangeur de chaleur ;
  • la rampe de distribution reçoit un premier élément thermique, et la cavité de récupération reçoit un deuxième élément thermique ;
  • le premier élément thermique a une fonction de refroidissement et/ou chauffage, et le deuxième élément thermique a une fonction de refroidissement et/ou chauffage, les premier et deuxième élément thermique pouvant avoir la même fonction ou une fonction contraire ;
  • le premier et le deuxième élément thermique sont adaptés de sorte à pouvoir être actionné indépendamment l’un de l’autre ;
  • l’élément thermique comprend au moins un conduit au sein duquel est destiné à circuler un fluide caloporteur, l’échangeur étant adapté de sorte à permettre un échange thermique entre le fluide caloporteur à l’intérieur du conduit et le fluide diélectrique circulant dans le tronçon du fluide diélectrique à l’extérieur du conduit.
A titre d’exemple, le fluide caloporteur peut être de l’eau glycolée, ou un fluide réfrigérants du type R134a, R744 (CO2) ou 1234yf. De préférence, le fluide caloporteur est destiné à présenter une phase liquide dans la plage de fonctionnement du dispositif. Il est à noter que, dans la présente invention, le circuit de fluide diélectrique et le circuit de fluide caloporteur sont avantageusement distincts, de sorte que le fluide diélectrique, circulant dans le circuit de fluide diélectrique, et le fluide caloporteur, circulant dans le circuit de fluide caloporteur, ne sont pas mélangés.
  • l’élément thermique comprenant un élément pour apporter de la chaleur notamment par effet joule ;
  • l’élément thermique est un élément résistif destiné à chauffer le fluide diélectrique circulant dans le tronçon.
  • au moins l’une des parois du boîtier comporte une pluralité d’orifices d'aspersion, avantageusement disposée en série de manière à former une rangée de projection du fluide diélectrique.
  • chaque orifice d'aspersion peut être équipé d’une buse de projection du fluide diélectrique,
  • la pluralité d’orifices d'aspersion peut être disposée dans un renfoncement de la paroi du boîtier de manière à former saillie de la paroi vers l’intérieur du boîtier, et donc, vers l’intérieur du logement, ledit renfoncement étant configuré pour former au moins une rampe de distribution du fluide diélectrique. Avantageusement, le renfoncement est formé par une déformation locale de l’enveloppe interne et/ou de l’enveloppe externe.
  • le tronçon comprend une conduite d’alimentation, formée entre l’enveloppe interne et l’enveloppe externe, faisant la liaison fluidique entre une bouche d’entrée de fluide diélectrique et la rampe de distribution, Avantageusement, la conduite d’alimentation est formée par une déformation locale de l’enveloppe interne et/ou de l’enveloppe externe.
  • le tronçon comprend une conduite d’évacuation faisant la liaison fluidique entre la cavité d’évacuation et une bouche de sortie, Avantageusement, la conduite d’évacuation est formée par une déformation locale de l’enveloppe interne et/ou de l’enveloppe externe ;
  • le dispositif de régulation thermique peut comprendre une pluralité de rampes de distribution, avantageusement au moins deux rampes de distribution étant disposées dans des parois latérales opposées du boîtier, lesdites deux rampes de distribution étant fluidiquement reliées par la conduite d’alimentation ;
  • chaque rampe de distribution comprend une rangée de projection ;
  • une même paroi latérale peut comprendre une pluralité de rampes de distribution, lesdites rampes étant, à titre d’exemple, superposées les unes par rapport aux autres le long d’une direction verticale sensiblement perpendiculaire à la paroi de fond et à la direction principale du dispositif de régulation thermique ;
  • la conduite d’alimentation s’étend dans ladite paroi latérale de sorte à alimenter en fluide diélectrique la pluralité de rampes de distribution comprises dans cette même paroi latérale ;
  • le dispositif de régulation thermique peut être configuré pour comprendre au moins un orifice d'aspersion disposé dans la paroi de fond et fluidiquement relié à la conduite d’alimentation ;
  • De manière alternative, l’élément thermique peut former directement l’une des parois du tronçon, l’enveloppe interne et/ou l’enveloppe externe, par exemple l’élément thermique prend la forme d’une plaque froide venant servir de capot au même titre que l’enveloppe externe pour former la cavité avec l’enveloppe interne.”
Selon l’invention, Par « rampe de distribution” on entend un volume de circulation défini du fluide diélectrique délimité d’une part par l’enveloppe interne et d’autre part par l’enveloppe externe, et configuré pour alimenter en fluide diélectrique l’au moins un orifice d'aspersion. En d’autres termes, la rampe de distribution est fluidiquement reliée à l’au moins une conduite d’alimentation et à l’au moins un orifice d'aspersion. A titre d’exemple, le renfoncement formant la rampe de distribution peut être réalisé par thermoformage ou par emboutissage, ou peut également être réalisé par surmoulage d’un élément présentant une forme de conduit ouvert.
  • la conduite d’évacuation consiste en un espace de circulation du fluide diélectrique délimité d’une part par l’enveloppe interne et d’autre part par l’enveloppe externe ; particulièrement, la conduite d’alimentation et la conduite d’évacuation sont distinctes ;
  • le dispositif de régulation thermique comprend au moins une bouche d’entrée et/ au moins une bouche de sortie du fluide diélectrique dans le dispositif de régulation thermique, notamment, l’au moins une bouche d’entrée est fluidiquement reliée à la conduite d’alimentation tandis que l’au moins une bouche de sortie est fluidiquement reliée à la conduite d’évacuation ;
  • le dispositif est agencé de sorte à ce que le tronçon comprend une branche d’alimentation et une branche d’évacuation, la branche d’alimentation étant la partie du tronçon comprise entre et comprenant la bouche d’alimentation et le ou les orifice d’aspersion, la branche d’évacuation étant la partie du tronçon comprise entre et comprenant la bouche d’évacuation et le ou les orifices d’évacuation ;
  • la bouche d’entrée est agencée de sorte à pouvoir être connectée à un conduit d’alimentation externe de fluide diélectrique et la bouche de sortie est agencée de sorte à pouvoir être connectée à un conduit d’évacuation externe en fluide diélectrique, on entend par “externe”, externe au dispositif, pouvant être par exemple, un circuit centrale d’un centre de données, ou une boucle de circulation d’un véhicule automobile, les conduites d’arrivée et de sortie d’une pompe et/ou d’un vase d'expansion ;
  • la bouche d’entrée et la bouche de sortie sont agencées de sorte à pouvoir être connectées directement à une pompe permettant ainsi le fonctionnement du dispositif en circuit fermé, ce circuit fermé pouvant en outre comprendre d’autres éléments nécessaires à son bon fonctionnement, comme un filtre, un vase d’expansion et tout autre élément jugé nécessaire par l’homme du métier ;
  • Le boîtier peut être réalisé, au moins partiellement, voir intégralement, dans un matériau plastique composite et thermorésistant ;
  • le dispositif comprend une pluralité de cavité de récupération, chacune en communication avec un conduit d’évacuation et un orifice d’évacuation débouchant sur le logement ;
  • le matériau peut consister en un thermoplastique consolidé avec des fibres de carbone, de verre ou des fibres d’aluminium
  • l’enveloppe externe peut être formée au moins partiellement par un capot,
  • le capot peut être surmoulé puis soudé ou fixé par l’intermédiaire d’au moins un dispositif de fixation sur le boîtier;
  • le capot peut comprendre ou être formé de l’élément thermique ;
  • Le dispositif peut en outre comprendre un troisième élément thermique sous forme de condenseur, avantageusement positionné en position haute du dispositif,de sorte à condenser la vapeur de fluide diélectrique au sein du logement, ledit condenseur est destiné à être traversé par un fluide caloporteur du même type que celui du circuit de fluide caloporteur ;
  • l’enveloppe externe pouvant être formée par plusieurs capot fixés de façon étanche à l’enveloppe interne ;
  • le fluide diélectrique peut être choisi de sorte à rester en phase liquide sur toute la plage de fonctionnement normal du dispositif, et ainsi appelé fluide diélectrique monophasique, ou choisi de sorte à opérer un changement de phase entre la phase liquide et la phase gazeuse dans la plage de fonctionnement normal du dispositif, ainsi appelé fluide diélectrique diphasique, avantageusement le fluide diélectrique diphasique est choisi de sorte à avoir une température de changement de phase à une température seuil optimale de fonctionnement de l’élément électrique et/ou électronique à traiter thermiquement,
La présente invention porte également sur un boîtier d’élément électrique et/ou électronique, comprenant un dispositif tel que décrit précédemment et au moins un, avantageusement une pluralité, d’élément électrique et/ou électronique assemblé dans le dispositif. On entend par par élément électrique et/ou électronique, un élément de stockage d’énergie électrique, par exemple une batterie, un module ou une cellule de batterie, destiné notamment à l’alimentation d’un véhicule électrique ; un dispositif d’électronique de puissance ; un élément semi-conducteur ; un élément constitutif d’un serveur informatique ; ou tout autre élément électronique et/ou électrique nécessitant une régulation thermique au cours de son fonctionnement.
La présente invention concerne également un système de régulation thermique comportant au moins le dispositif de régulation thermique tel que précédemment exposé,un fluide diélectrique circulant dans un circuit de fluide diélectrique, au moins un organe de mise en circulation du fluide diélectrique dans le circuit de fluide diélectrique et peut avantageusement comprendre un fluide caloporteur circulant dans un circuit de fluide caloporteur et au moins un moyen de mise en circulation du fluide caloporteur dans le circuit de fluide caloporteur.
Lesdits organes et moyens de mise en circulation, respectivement du fluide diélectrique et du fluide caloporteur, peuvent être des pompes. Le système de régulation thermique comprend au moins une pluralité de canalisations de raccordement configurées pour relier l’organe de mise en circulation avec la bouche d’entrée et/ou la bouche de sortie du fluide diélectrique ou pour relier le moyen de mise en circulation avec le conduit de circulation de fluide caloporteur du ou des échangeurs de chaleurs, le système peut comprendre également des moyens de raccordements électriques dans le cas ou l’élément thermique est par exemple un élément résistif.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
représente un système de régulation thermique comprenant au moins un dispositif de régulation selon l’invention ;
représente une vue schématique du dispositif de régulation thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention,
représente une vue schématique du dispositif de régulation thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
représente une vue schématique du dispositif de régulation thermique selon un troisième mode de réalisation de l’invention,
représente une vue en perspective éclatée d’un boîtier et d’un capot du dispositif de régulation thermique tel qu’illustré à l’une des figures 2 à 4 ;
est une vue en coupe, réalisée le long d’un premier plan longitudinal, du dispositif de régulation thermique tel qu’illustré à l’une des figures 2 à 4 ;
est une vue en coupe, réalisée le long d’un deuxième plan longitudinal, du dispositif de régulation thermique tel qu’illustré à l’une des figures 2 à 4 ;
Il faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
Par ailleurs, en référence aux orientations et directions définies précédemment, la direction longitudinale sera représentée par l’axe Ox tandis que les axes Oy et Oz représenteront respectivement les directions verticale et transversale. Ces axes définissent ensemble un trièdre xyz représenté sur les figures le nécessitant. Dans ce repère, les qualificatifs « haut » ou « supérieur » seront représentés par le sens positif de l’axe Oy, les qualificatifs « bas » ou « inférieur » étant représentés par le sens négatif de ce même axe Oy.
La représente schématiquement un système de régulation thermique 1 comprenant au moins un dispositif de régulation thermique 3 associé à un dispositif de stockage électrique, comportant un ou plusieurs composants électriques ou électroniques dont la température doit être régulée, par exemple diminuée.
Le système de régulation thermique 1 comprend une première boucle 7 de fluide diélectrique (FD) et une deuxième boucle 333 de fluide caloporteur (FR).
La première boucle 7 comprend au moins un organe de mise en circulation 11 du fluide diélectrique, tel qu’une pompe, et peut par exemple comporter ici un réservoir de stockage, ou vase d’expansion 13 dudit fluide. Également, la première boucle 7 comprend au moins un circuit de fluide diélectrique 15 permettant la circulation du fluide diélectrique, ici schématiquement représenté par une première ligne pointillée, ledit circuit de fluide diélectrique 15 étant formé au moins partiellement dans le dispositif de régulation thermique 3.
La deuxième boucle comprend au moins un moyen de mise en circulation 17 du fluide réfrigérant, tel qu’une pompe, et au moins un réservoir de stockage 19 dudit fluide. En outre, la deuxième boucle comprend au moins un circuit de fluide caloporteur 21, permettant la circulation du fluide caloporteur et étant formé au moins en partie dans le dispositif de régulation thermique 3 et représenté par une seconde ligne pointillée. Notamment, le circuit de fluide caloporteur 21 peut s’étendre au moins en partie dans au moins un échangeur de chaleur 9, 91,92,23.
Au sein du système de régulation thermique 1, le dispositif de régulation thermique 3 est ainsi configuré pour mettre en œuvre au moins un échange thermique entre le fluide diélectrique circulant dans le circuit de fluide diélectrique 15 et le fluide caloporteur circulant dans le circuit de fluide caloporteur 21, tel que cela sera décrit plus en détails ci-après.
On se réfère dans un premier temps aux figures 2 à 7 pour décrire plus particulièrement le dispositif de régulation thermique 3.
Le dispositif de régulation thermique 3 comprend au moins un boîtier 25. Le dispositif de régulation thermique 3 comprend, au moins le circuit de fluide diélectrique 15 configuré pour permettre la circulation d’un fluide diélectrique et le circuit de fluide caloporteur 21 configuré pour permettre la circulation d’un fluide caloporteur.
Le boîtier 25 comprend une pluralité de parois latérales 29 qui émergent d’une paroi de fond 31, commune, et s’étendent le long de la direction verticale Oy définie par un axe vertical 100. Il peut être réalisé dans un matériau plastique composite et thermorésistant pouvant, à titre d’exemple, être consolidé avec des fibres de carbone ou des fibres d’aluminium. Les parois latérales 29 et la paroi de fond 31 du boîtier 25 délimitent ainsi un logement 500 du dispositif de régulation thermique 3, dans lequel s’étend au moins le composant électrique 5 dont la température doit être régulée.
Le boîtier 25 est de forme essentiellement parallélépipédique et comprend quatre parois latérales 29, une dimension principale du boîtier 25 s’étendant parallèlement à un axe longitudinal 200 de la direction longitudinale Ox. Il est néanmoins entendu que la forme du boîtier 25 n’est en rien limitative et que celui-ci pourra par exemple comprendre davantage de parois latérales 29.
Le boîtier 25 comprend une pluralité d’orifices d'aspersion 37 du fluide diélectrique. Lesdits orifices d'aspersion 37 consistent en des orifices traversants, ici circulaires, disposés dans les parois latérales 29 et/ou dans la paroi de fond 31. Les orifices peuvent comprendre des buses d’aspersion (ici non représentées).
Les figures 2 à 7 représentent de façon schématique un dispositif de régulation thermique 3 pour au moins un composant électrique et/ou électronique 5 dont la température doit être régulée, le dispositif de régulation thermique 3 comportant au moins un boîtier 25 comprenant une pluralité de parois délimitant un logement 500 destiné à recevoir ledit composant électrique et/ou électronique 5, le dispositif 3 comportant en outre un circuit de fluide diélectrique 15 configuré pour permettre la circulation d’un fluide diélectrique, et au moins l’une des parois 29 du boîtier 25 comporte au moins un orifice d’aspersion 37 du fluide diélectrique dans le logement 500, l’orifice d’aspersion 37 fluidiquement relié au circuit de fluide diélectrique, le circuit de fluide diélectrique 15 comportant un tronçon 30 formé au sein de l’une des parois 29,31 du boîtier 25, le tronçon du circuit de fluide diélectrique reçoit en outre un élément thermique 9, 91, 92 destiné à échanger de la chaleur avec le fluide diélectrique circulant dans le circuit de fluide diélectrique 15.
Les parois 29, 31 du boîtier 25 qui logent le tronçon 30 du circuit de fluide diélectrique comprennent une enveloppe interne 314 et une enveloppe externe 315, délimitant le tronçon. L’élément thermique 9,91,92 est agencé au moins partiellement entre l’enveloppe interne 314 et l’enveloppe externe 315.
Le tronçon 30 est compris dans une cavité 316 délimité par l’enveloppe interne 314 et l’enveloppe externe 315, l’élément thermique 9, 91, 92 s’étendant au moins partiellement dans cette cavité 316.
La cavité de récupération 73 est formée entre l’enveloppe externe 315 formant une face de fond 318 du dispositif et l’enveloppe interne 314 formant une face de fond 501 du logement 500.
L’enveloppe interne 314 est perforée d’au moins un avantageusement une pluralité d’ orifices 67 permettant au fluide diélectrique de s’écouler dans ladite cavité de récupération 73.
Dans la l’élément thermique 92 est agencé dans la cavité de récupération 73. L’élément thermique 92 est un échangeur de chaleur destiné à être traversé par un fluide caloporteur du second circuit 21.
Dans la un élément thermique 91 est agencé dans la rampe de distribution 59 et un élément thermique 92 est agencé dans la cavité de récupération 73. Avantageusement, l’élément thermique 92 est un échangeur de chaleur destiné à être traversé par un fluide caloporteur. L’élément thermique 91 peut également être un échangeur thermique destiné à être traversé par un fluide caloporteur. Alternativement, le premier élément thermique 91 et/ou le deuxième élément thermique 92 peuvent être un élément résistif.
Dans la un élément thermique est agencé dans la rampe de distribution 59.
Les figures 2 à 4 décrivent 3 modes de réalisations différents d’un dispositif selon l’invention. En effet, ces modes de réalisation diffèrent par la localisation de l’élément thermique 9.
La présente un premier mode de réalisation dans lequel l’élément thermique 9 est un échangeur de chaleur 92 présentant au moins un conduit dans lequel est destiné à circuler un fluide caloporteur provenant du circuit de fluide caloporteur 21. L’échangeur de chaleur 92 s’étend dans la cavité de récupération 73 et permet ainsi de refroidir directement le fluide diélectrique provenant du logement 500 et récupéré dans la cavité de récupération 73 par les orifices ou perforations d’évacuation 67.
Les orifices d’évacuation 57 sont formés dans l’enveloppe interne 314 au niveau de la paroi de fond 31 du boitier 25. Le tronçon 30 du circuit de fluide diélectrique formé dans la paroi comporte au moins une rampe de distribution 59 formé dans la paroi et débouchant sur l’orifice d’aspersion 37 et/ou comporte une cavité de récupération 73 disposé dans une paroi de fond 31 du dispositif et agencé pour récupérer du fluide diélectrique s'accumulant dans ce fond.
Sur les figures 5 à 7, des bordures supérieures 33 des parois latérales 29 sont configurées pour coopérer avec un couvercle (non représenté) destiné à fermer le boîtier sur sa face supérieure. Celles-ci comprennent, par exemple, au moins un moyen de fixation 35 dudit couvercle sur le boîtier 25. A titre d’exemple, ce couvercle peut consister en un élément plan configuré pour coopérer avec le boîtier 25 ou en un élément de forme et de dimensions similaires à celles du boîtier 25.
Dans l’exemple illustré, on distingue parmi les parois latérales 29 des parois latérales primaires 291, orthogonales à l’axe longitudinal 200 et opposées l’une à l’autre au sein du boîtier 25, qui comprennent une pluralité d’orifices d'aspersion 37 et des parois latérales secondaires 292, parallèles à l’axe longitudinal 200 et qui en sont dépourvues. Les orifices d'aspersion 37 sont disposés en série le long de la direction transversale Oz de sorte à former deux rangées d'aspersion 39 superposées l’une par rapport à l’autre selon la direction verticale, et s’étendant parallèlement les unes aux autres.
Avantageusement, les rangées d'aspersion 39 sont aménagées au niveau de renfoncements 41 des parois latérales primaires 291. Les renfoncements 41 peuvent être réalisés par thermoformage ou par emboutissage et forment une structure sensiblement parallélépipédique qui s’étend vers le logement 500, les différents orifices d'aspersion 37 formant les rangées d'aspersion 39 étant disposés au niveau d’un fond desdits renfoncement 41, c’est-à-dire au niveau de l’enveloppe interne s’étendant à l’intérieur du logement 500.
Également, selon l’exemple illustré et tel que cela est plus particulièrement visible sur les figures 5, 6 et 7 notamment, le dispositif de régulation thermique 3 comprend au moins une rangée de projection additionnelle 43 ménagée dans la paroi de fond 31. Il convient de noter que le dispositif de régulation thermique 3 pourra, sans sortir du contexte de l’invention, au niveau de la paroi de fond 31, être dépourvu de ladite rangée de projection additionnelle 43.
L’enveloppe externe est formée au moins partiellement, dans ce mode de réalisation, par un capot 27 consistant en une pièce rapportée surmoulée sur le boîtier 25. De ce fait, le capot 27 présente une structure au moins partiellement complémentaire de celle du boîtier 25.
Dans l’exemple illustré, le capot 27 présente une structure « en U ». Il comprend une base 45 et deux pans latéraux 47 émergeant de ladite base 45 selon une direction qui lui est sensiblement perpendiculaire. Similairement au boîtier 25, le capot 27 peut être réalisé dans un matériau plastique composite et thermorésistant pouvant, à titre d’exemple, être consolidé avec des fibres de carbones ou des fibres d’aluminium.
Lorsqu’il est assemblé sur le boîtier 25, le capot 27 peut être maintenu solidaire dudit boîtier 25 par soudage, collage ou par l’intermédiaire d’au moins un dispositif de fixation tel qu’un système vis-écrou. La base 45 du capot 27 s’étend alors en regard de l’enveloppe interne 314 au niveau de la paroi de fond 31 du boîtier 25, tandis que les pans latéraux 47 du capot 27 s’étendent ici en regard de l’enveloppe interne 314 au niveau des parois latérales primaires 291 dudit boîtier 25.
Dans la présente invention, le capot 27 et le boîtier 25 sont particulièrement configurés de sorte à former une partie du circuit de fluide diélectrique 15, une cavité 316 ou volume intermédiaire 250, compris entre les enveloppes interne et externe, formant au moins un espace de circulation du fluide diélectrique. Ce volume intermédiaire 250 sera davantage détaillé ci-après.
Dans le dispositif de régulation thermique 3 notamment illustré aux figures 5 à 7, le circuit de fluide diélectrique 15 comprend une conduite d’alimentation 49, configurée pour amener le fluide diélectrique vers au moins l’un des orifices d'aspersion 37 du fluide diélectrique, et deux conduites d’évacuation 51. Il est à noter que le nombre de conduites d’alimentation 49 ou d’évacuation 51 n’est en rien limitatif et pourra être modifié, de sorte, par exemple, à ce que le dispositif de régulation thermique 3 comprenne une pluralité de conduites d’alimentation 49 ou, alternativement, de sorte à ce qu’il comprenne une unique conduite d’évacuation 51.
Le tronçon 30 comprend une conduite d’alimentation 49, formé entre l’enveloppe interne 314 et l’enveloppe externe 315, faisant la liaison fluidique entre une bouche d’entrée 57 de fluide diélectrique et la rampe de distribution 59.
Le tronçon 30 comprend une conduite d’évacuation 51 faisant la liaison fluidique entre la cavité d’évacuation 73 et une bouche de sortie 71.
La conduite d’alimentation 49 est formée entre l’enveloppe interne et l’enveloppe externe. L’enveloppe externe, formée dans ce mode de réalisation par le capot 27 comprend au moins une gouttière, dite gouttière primaire 53, qui participe à former ladite conduite d’alimentation 49.
La gouttière primaire 53 consiste en un enfoncement réalisé dans le capot 27, par emboutissage ou thermoformage par exemple, configuré pour diriger et limiter la circulation du fluide diélectrique dans la boitier 25 du dispositif de régulation thermique 3. La gouttière primaire 53 illustrée s’étend sur une longueur longitudinale 530 de la base 45 du capot 27, le long de la direction longitudinale Ox, et en partie dans les pans latéraux 47 du capot 27, parallèlement à l’axe vertical 100 de sorte que, lorsque le capot 27 et l’enveloppe interne sont assemblés, la conduite d’alimentation 49 s’étend le long des parois latérales primaires 291 et de la paroi de fond 31 du boîtier.
Le capot 27 comprend, au niveau de l’un de ses pans latéraux 47 appelé ci-après premier pan latéral 55, au moins une bouche d’entrée 57 du fluide diélectrique, fluidiquement reliée à la conduite d’alimentation 49 formée entre le capot 27 et le boîtier 25. Ainsi, le fluide diélectrique est amené dans le dispositif de régulation thermique 3 par la bouche d’entrée 57 disposée en saillie du capot 27, puis est apte à circuler dans la conduite d’alimentation 49.
La conduite d’alimentation 49 s’étend dans le dispositif de régulation thermique 3 de sorte à relier fluidiquement la bouche d’entrée 57 à au moins l’une des orifices d'aspersion 37 du fluide diélectrique en vue de la projection du fluide diélectrique dans le logement 500, notamment sur le composant électrique 5.
Particulièrement, la gouttière primaire 53 est disposée de sorte à s’étendre au moins en partie en regard d’au moins l’un des renfoncements 41 de l’enveloppe interne 314 comprenant au moins l’une des rangées d'aspersion 39.
Particulièrement, lorsque l’enveloppe interne 314 et l’enveloppe externe 315 sont assemblés, chacun des renfoncements 41 forme une rampe de distribution 59 du fluide diélectrique vers une pluralité d’orifices d'aspersion 37, par exemple une ou plusieurs rangées d'aspersion 39, c’est à dire que les renfoncements 41 forment des volumes de circulation et de distribution du fluide diélectrique de sorte à alimenter des orifices d'aspersions 37 pouvant être aménagés à distance de la conduite d’alimentation 49.
Avantageusement, le dispositif de régulation thermique 3 peut ainsi comprendre une ou plusieurs rampes de distribution 59 dans chacune de ses parois latérales primaires 291 opposées. Dans l’exemple illustré, chacune des parois latérales primaires 291 comprend deux rampes de distribution 59, hébergeant chacune une rangée de projection 39 d’orifices d'aspersion 37.
La perforation 67 est disposée dans l’enveloppe interne 314 au niveau de la paroi de fond 31 du boîtier 25 et assure le raccordement fluidique entre le logement 500, délimité par les parois 29, 31 du boîtier 25, et la cavité 316 au niveau de la paroi de fond, qui s’étend entre l’enveloppe interne 314 et l’enveloppe externe 315. Avantageusement, le dispositif de régulation thermique 3 comprend une pluralité de perforations 67.
Dans l’exemple illustré aux figures 5 à 7, la paroi de fond 31 comprend deux sous-ensembles de perforations 67 disposées de part et d’autre de la rangée de projection additionnelle 43, lesdites perforations 67 étant particulièrement disposées de sorte à être fluidiquement reliées à au moins l’une des conduites d’évacuation 51.
Selon une alternative non représentée, au moins l’une des conduites d’évacuation 51 peut être fluidiquement reliée à une pluralité de cavités 73 de récupération.
On comprend à la lecture de ce qui précède que la présente invention propose un système de régulation thermique comprenant au moins un dispositif de régulation thermique d’au moins un composant électrique tel qu’un dispositif de stockage électrique. Le dispositif de régulation thermique selon la présente invention permet ainsi avantageusement la simplification du système complet de gestion thermique et notamment de la circulation et de la projection du fluide diélectrique sur l’au moins un composant électrique hébergé au sein du dispositif de régulation thermique.
L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tout moyen ou configuration équivalents et à toute combinaison technique opérant de tels moyens. En particulier, l’emplacement des rangées d'aspersion, leur nombre ainsi que le nombre d’orifices d'aspersion ou leur forme pourront être modifiés sans nuire à l’invention, dans la mesure où le dispositif de régulation thermique, in fine, remplit les mêmes fonctionnalités que celles décrites dans le présent document.

Claims (10)

  1. Dispositif de régulation thermique (3) pour au moins un composant électrique et/ou électronique (5), le dispositif de régulation thermique (3) comportant au moins un boîtier (25) comprenant une pluralité de parois délimitant un logement (500) destiné à recevoir ledit composant électrique et/ou électronique (5), le dispositif (3) comportant en outre un circuit de fluide diélectrique (15) configuré pour permettre la circulation d’un fluide diélectrique, caractérisé en ce qu’au moins l’une des parois (29) du boîtier (25) comporte au moins un orifice d’aspersion (37) du fluide diélectrique dans le logement (500), l’orifice d’aspersion (37) étant fluidiquement relié au circuit de fluide diélectrique (15), ledit circuit (15) comportant un tronçon (30) formé au sein de l’une des parois (29,31) du boîtier (25),
    lequel tronçon (30) reçoit en outre un élément thermique (9, 91, 92) destiné à échanger de la chaleur avec le fluide diélectrique circulant dans le circuit de fluide diélectrique (15).
  2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la paroi (29) du boîtier (25) qui loge le tronçon (30) du circuit de fluide diélectrique (15) comprend une enveloppe interne (314) et une enveloppe externe (315), le tronçon (30) étant délimité par lesdites enveloppes interne (314) et externe (315), l’élément thermique (9,91,92) étant agencé au moins partiellement entre l’enveloppe interne (314) et l’enveloppe externe (315).
  3. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le tronçon (30) du circuit de fluide diélectrique (15) comporte au moins une rampe de distribution (59) formée dans la paroi (29) et débouchant sur l’orifice d’aspersion (37) et/ou comporte une cavité de récupération (73) disposée dans une paroi de fond (31) du dispositif et agencée pour récupérer du fluide diélectrique s'accumulant dans ce fond.
  4. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel l’élément thermique (9, 91, 92) est agencé dans la rampe de distribution (59) et/ou dans la cavité de récupération (73).
  5. Dispositif selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel la cavité de récupération (73) est formée entre l’enveloppe externe (315) formant une face de fond (318) du dispositif et l’enveloppe interne (314) formant une face de fond (501) du logement (500).
  6. Dispositif selon l’une des revendications 2 à 5, dans lequel l’enveloppe interne (314) est perforée d’au moins un, avantageusement d’une pluralité d’ orifices (67), permettant au fluide diélectrique de s’écouler dans ladite cavité de récupération (73).
  7. Dispositif selon l’une des revendications 2 à 6, dans lequel le tronçon (30) comprend une conduite d’alimentation (49), formée entre l’enveloppe interne (314) et l’enveloppe externe (315), faisant la liaison fluidique entre une bouche d’entrée (57) de fluide diélectrique et la rampe de distribution (59) et dans lequel le tronçon (30) comprend en outre une conduite d’évacuation (51) faisant la liaison fluidique entre la cavité d’évacuation (73) et une bouche de sortie (71).
  8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes dans lequel, chaque orifice d'aspersion (37) comprend une buse de projection du fluide diélectrique,
  9. Boîtier d’élément électrique et/ou électronique, comprenant un dispositif tel que revendiqué dans les revendications 1 à 8 et au moins un, avantageusement une pluralité, d’éléments électriques et/ou électroniques assemblés dans ledit dispositif.
  10. Système de régulation thermique comportant :
    • un dispositif de régulation thermique tel que revendiqué dans les revendications 1 à 8,
    • un fluide diélectrique circulant dans un circuit de fluide diélectrique (15), et
    • au moins un organe de mise en circulation du fluide diélectrique dans le circuit de fluide diélectrique.
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