FR3124317A1 - « Dispositif de régulation thermique d’au moins un composant électrique » - Google Patents

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Jeremy Blandin
Julien Tissot
Kamel Azzouz
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Abstract

Titre : « Dispositif de régulation thermique d’au moins un composant électrique » Dispositif de régulation thermique (200) destiné à au moins un composant électrique ou électronique dont la température doit être régulée, le dispositif de régulation thermique comportant au moins un boîtier (25) ouvert sur au moins un côté, notamment un couvercle configuré pour fermer le boîtier (25) sur au moins un côté, le boîtier (25) comprenant des parois parmi lesquelles au moins une pluralité de parois latérales, lesdites parois délimitant un volume interne (500) du boîtier (25) dans lequel s’étend au moins le composant électrique ou électronique, le dispositif comportant en outre un premier circuit (15), configuré pour permettre la circulation d’un fluide diélectrique, caractérisé en ce qu’au moins l’une des parois (29) du boîtier comportant au moins un orifice d’aspersion du fluide diélectrique dans le volume interne (500) fluidiquement relié au premier circuit, le dispositif de régulation comportant également un deuxième circuit (21) configuré pour permettre la circulation d’un fluide caloporteur, notamment un fluide de refroidissement ou un fluide réfrigérant, de sorte à permettre un échange thermique entre le fluide diélectrique circulant dans le premier circuit (15) et le fluide caloporteur, notamment le fluide réfrigérant, circulant dans le deuxième circuit (21), les premier et deuxième circuits comportant respectivement un tronçon (202, 203). Figure de l’abrégé : Fig. 6

Description

« Dispositif de régulation thermique d’au moins un composant électrique »
La présente invention se situe dans le domaine des dispositifs de régulation thermique d’au moins un composant électrique 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, 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 électriques 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, entrainant 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.
Dans le but d’apporter une réponse à ces différentes problématiques, plusieurs dispositifs sont connus.
On connait notamment des dispositifs de refroidissement des éléments de batterie électriques de voitures électriques ou hybrides comprenant un boitier 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 boitier et reliée audit boitier 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 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 sur 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 permette entre autres de pallier les problèmes susmentionnés.
Dans ce contexte, la présente invention concerne un dispositif de régulation thermique destiné à au moins un composant électrique ou électronique dont la température doit être régulée, le dispositif de régulation thermique comportant au moins un boîtier ouvert sur au moins un côté, notamment un couvercle configuré pour fermer le boîtier sur au moins un côté, le boîtier comprenant des parois parmi lesquelles au moins une pluralité de parois latérales, lesdites parois délimitant un volume interne du boîtier dans lequel s’étend au moins le composant électrique ou électronique, le dispositif comportant en outre un premier circuit, configuré pour permettre la circulation d’un fluide diélectrique, caractérisé en ce qu’au moins l’une des parois du boîtier comportant au moins un orifice d’aspersion du fluide diélectrique dans le volume interne fluidiquement relié au premier circuit, le dispositif de régulation comportant également un deuxième circuit configuré pour permettre la circulation d’un fluide caloporteur, notamment un fluide de refroidissement ou un fluide réfrigérant, de sorte à permettre un échange thermique entre le fluide diélectrique circulant dans le premier circuit et le fluide caloporteur, notamment le fluide réfrigérant, circulant dans le deuxième circuit, les premier et deuxième circuits comportant respectivement un tronçon formé au sein de l’une des parois du boitier, ces tronçons respectifs étant agencés pour permettre un échange thermique entre le fluide diélectrique circulant dans le tronçon du premier circuit et le fluide caloporteur circulant dans le tronçon du deuxième circuit.
Par « aspersion », on entend toute manière permettant de mettre en contact le fluide diélectrique avec le composant électrique et/ou électronique autrement qu’en immergeant ledit composant électrique et/ou électronique dans ledit fluide diélectrique. Il s’agit en particulier, et préférentiellement de pulvérisation, de projection ou de toute manière à produire une circulation dudit fluide de sorte à mettre au contact le fluide diélectrique avec le composant électrique et/ou électronique, sous la forme d’un film de fluide, de jets, de gouttelettes d’une brumisation ou autre. Il peut encore s’agir de fluide tombant par gravité sur le composant électrique et/ou électronique.
La présente invention préconise ainsi d’intégrer dans les parois du boitier, par exemple encore parfois appelé « casing», le fluide diélectrique et le liquide de refroidissement séparé par des cloisons communes.
L’invention permet les avantages ci-après.
Un des avantages, c’est le gain de place à l’intérieur du boitier car, habituellement, pour être pulvérisé le fluide diélectrique doit être conduit dans des tubes jusqu’à des buses de pulvérisation. En incluant les conduits dans la paroi, cela simplifie les géométries et libère de la place au sein du boitier. Les buses de pulvérisations peuvent être incluses également dans la paroi du casing pulvérisant directement le fluide venant d’être refroidi.
Un autre avantage, c’est le gain de place à l’extérieur du boitier. En effet le liquide de refroidissement est placé dans la paroi du boitier conjointement au fluide diélectrique afin d’assurer les échanges thermiques et le refroidissement du fluide diélectrique. Cela permet d’augmenter la surface d’échange tout en réduisant le volume occupé par l’échangeur de chaleur, ou chiller, s’il était placé à l’extérieur.
L’invention permet encore de réduire le volume de fluide diélectrique car il est possible de se passer du chiller.
Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon du premier circuit formé dans la paroi comporte au moins un canal de distribution formé dans la paroi et débouchant sur l’orifice d’aspersion, ce canal étant agencé pour permettre un échange thermique avec le tronçon du deuxième circuit.
Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon du deuxième circuit présente, au moins sur une partie de sa longueur, une forme en U avec deux branches, et ledit canal de distribution du premier circuit s’étend entre les deux branches du U du tronçon du deuxième circuit.
Ainsi, du fait des formes choisies, ce canal de distribution peut échanger efficacement des calories avec le tronçon du deuxième circuit.
Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon du deuxième circuit présente une forme en serpentin avec une succession de U, et le tronçon du premier circuit comporte une pluralité de canaux de distribution de fluide diélectrique, et chaque canal de distribution est disposé entre deux branche de l’un des U du serpentin du premier circuit.
Selon l’un des aspects de l’invention, un ou plusieurs canaux de distribution est voisin d’une seule branche du deuxième circuit. Il s’agit de canaux de distribution à l’extrémité.
Selon l’un des aspects de l’invention, le premier circuit comporte un canal nourricier auquel se raccordent les canaux de distribution qui débouchent sur les orifices d’aspersion.
Selon l’un des aspects de l’invention, le canal nourricier s’étend sur un coté du tronçon du deuxième circuit présente une forme en serpentin.
Selon l’un des aspects de l’invention, le canal nourricier s’étend sur au moins deux faces latérales, notamment trois faces latérales, du boitier.
Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon du deuxième circuit, notamment ayant une forme en serpentin, s’étend sur au moins deux faces latérales, notamment trois faces latérales, du boitier.
Selon l’un des aspects de l’invention, le canal nourricier et le tronçon du deuxième circuit, notamment ayant une forme en serpentin, s’étendent sur un même nombre de faces, notamment trois faces, du boitier.
Selon l’un des aspects de l’invention, la paroi du boitier qui loge les tronçons des premier et deuxième circuits sont formés entre un compartiment intérieur, notamment réalisé en aluminium, et une enveloppe extérieure, notamment réalisée en matériau composite à base de plastique, le compartiment et l’enveloppe faisant partie du dispositif de régulation thermique.
Selon l’un des aspects de l’invention, le compartiment intérieur comporte des premiers sillons participant à la formation du ou des tronçons du premier circuit et des deuxièmes sillons participant à la formation du ou des tronçons du deuxième circuit.
Selon l’un des aspects de l’invention, les premiers et deuxièmes sillons sont séparés par une cloison, notamment réalisée d’un seul tenant avec le compartiment intérieur, cloison notamment réalisée en aluminium.
Cette cloison commune permet de servir d’interface pour les transferts thermiques entre le fluide diélectrique et le fluide de refroidissement.
Selon l’un des aspects de l’invention, cette cloison présente une forme en serpentin.
Selon l’un des aspects de l’invention, cette cloison s’étend sur autant de faces du boitier que le nombre de faces sur lesquelles s’étendent les tronçons formés au sein des parois.
Selon l’un des aspects de l’invention, les sillons forment des reliefs sur le côté intérieur du compartiment intérieur.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’enveloppe extérieure, qui est notamment formée en matériau composite à base de plastique, comporte au moins un sillon qui s’étend parallèlement au sillon formant le deuxième circuit sur le compartiment intérieur.
Selon l’un des aspects de l’invention, le compartiment intérieur comporte une pluralité d’orifices d’aspersion de fluide diélectrique, notamment des orifices de projection, sur lesquels débouchent les canaux de distribution.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque canal de distribution débouche sur 2 orifices de projection de fluide diélectrique.
Selon l’un des aspects de l’invention, le compartiment intérieur comporte deux cuves séparées par une cloison en forme de pont.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque cuve est équipée de son propre premier et deuxième circuits.
Selon l’un des aspects de l’invention, les cuves et leurs tronçons respectifs sont symétriques l’un par rapport à l’autre suivant un plan de symétrie passant par la cloison en forme de pont.
Selon l’un des aspects de l’invention, le premier circuit comporte une bouche d’entrée de fluide diélectrique qui notamment débouche sur le canal nourricier.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de régulation comporte une cavité de récupération disposé sur un fond du volume interne et agencé pour récupérer du fluide diélectrique s’accumulant dans ce fond.
Selon l’un des aspects de l’invention, cette cavité de récupération est formée entre un bac de fond et une paroi de fond du compartiment intérieur, cette paroi de fond étant notamment perforé d’orifices pour permettre au fluide diélectrique de s’écouler dans cette cavité de récupération.
Selon l’un des aspects de l’invention, le premier circuit comporte un tronçon formé par un ou plusieurs canaux de distribution débouchant chacun sur un ou plusieurs orifices d’aspersion de fluide diélectrique, ce tronçon étant disposé dans un couvercle agencée pour fermer le volume interne du boitier.
Selon l’un des aspects de l’invention, ce couvercle forme une paroi au sens de la présente invention.
Selon l’un des aspects de l’invention, ce couvercle comporte, outre ce tronçon appartenant au premier circuit de fluide diélectrique, un tronçon appartenant au deuxième circuit, les tronçons des premier et deuxième circuits étant formés au sein de la paroi qui définit le couvercle, ces tronçons respectifs étant agencés pour permettre un échange thermique entre le fluide diélectrique circulant dans le tronçon du premier circuit et le fluide caloporteur, notamment le fluide réfrigérant, circulant dans le tronçon du deuxième circuit.
Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comporte une plaque, notamment réalisée en aluminium, et une enveloppe, notamment réalisée en matériau composite à base de plastique, et les tronçons des premier et deuxième circuits sont formés entre cette plaque et cette enveloppe.
Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque comporte des orifices d’aspersion agencés pour le passage de fluide diélectrique en vue d’asperger le ou les composants électriques et/ou électroniques.
Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon du deuxième circuit présente une forme en serpentin entre une bouche d’entre de fluide et une bouche de sortie de fluide.
Selon l’un des aspects de l’invention, ces bouches sont raccordées à une tubulure de connexion de fluide pour être reliées à des arrivée et sortie de fluide, notamment de fluide caloporteur.
D’une manière générale, une ou plusieurs tubulures sont prévues pour les entrées et sorties de fluide diélectrique du premier circuit et de fluide caloporteur du deuxième circuit.
Selon l’un des aspects de l’invention, ces tubulures sont sur le boitier.
Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle compote deux moitiés chacune étant équipée de ses propres tronçons de premier et deuxième circuits.
Selon l’un des aspects de l’invention, le premier circuit comporte une pompe, notamment une pompe électrique, pour forcer la circulation de fluide diélectrique dans le ou les tronçons de ce premier circuit.
Selon l’un des aspects de l’invention, la pompe est agencée pour alimenter le couvercle et des parois latérales du boitier en fluide diélectrique.
Selon l’un des aspects de l’invention, le compartiment intérieur et/ou la plaque du couvercle sont formés par emboutissage, notamment sur un matériau qui est notamment l’aluminium.
Selon l’un des aspects de l’invention, le ou les composants électriques ou électroniques sont une batterie, notamment des cellules de batterie, notamment disposées suivant une ou plusieurs rangées.
Notamment, le matériau composite précité peut comprendre un thermoplastique consolidé avec des fibres de carbone ou des fibres d’aluminium.
A titre d’exemple, le fluide réfrigérant peut être de l’eau glycolée, ou d’autres liquides réfrigérants du type R134a ou 1234yf. Il est à noter que, dans la présente invention, le premier circuit et le deuxième circuit sont distincts, de sorte que le fluide diélectrique, circulant dans le premier circuit, et le fluide caloporteur ou fluide réfrigérant, circulant dans le deuxième circuit, ne sont pas mélangés.
La présente invention concerne également un système de régulation thermique comportant au moins le dispositif de régulation thermique tel que précédemment exposé, au moins un organe de mise en circulation du fluide diélectrique dans le premier circuit et au moins un moyen de mise en circulation du fluide caloporteur dans le deuxième circuit, ces organes de mise en circulation étant notamment des pompes.
La présente invention concerne encore un dispositif de régulation thermique destiné à au moins un composant électrique ou électronique dont la température doit être régulée, le dispositif de régulation thermique comportant au moins un boîtier ouvert sur au moins un côté, notamment un couvercle configuré pour fermer le boîtier sur au moins un côté, le boîtier comprenant des parois parmi lesquelles au moins une pluralité de parois latérales, lesdites parois délimitant un volume interne du boîtier dans lequel s’étend au moins le composant électrique ou électronique, le dispositif comportant en outre un premier circuit, configuré pour permettre la circulation d’un fluide diélectrique, caractérisé en ce qu’au moins l’une des parois du boîtier comportant au moins un orifice d’aspersion du fluide diélectrique dans le volume interne fluidiquement relié au premier circuit, le dispositif de régulation comportant également un deuxième circuit configuré pour permettre la circulation d’un fluide caloporteur, notamment un fluide de refroidissement ou un fluide réfrigérant, de sorte à permettre un échange thermique entre le fluide diélectrique circulant dans le premier circuit et le fluide caloporteur, notamment le fluide réfrigérant, circulant dans le deuxième circuit, les premier et deuxième circuits comportant respectivement un tronçon, ces tronçons respectifs étant agencés pour permettre un échange thermique entre le fluide diélectrique circulant dans le tronçon du premier circuit et le fluide caloporteur circulant dans le tronçon du deuxième circuit, ces tronçons étant notamment choisis au sein de leur circuit respectif en une localisation où un écoulement forcé de fluide se produit lorsque les circuits sont en fonctionnement.
L’écoulement forcé est notamment obtenu à l’aide d’une pompe.
L’invention peut permettre un gain en place car il n’y aurait plus de refroidisseur additionnel au sein du boitier ou pack batterie.
L’invention peut également permettre une meilleure efficacité du refroidissement du fluide diélectrique car ce refroidissement se fait sur des portions / localisations où la vitesse du fluide diélectrique est plus élevée.
Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon du premier circuit comporte au moins un canal de distribution débouchant sur l’orifice d’aspersion, ce canal étant agencé pour permettre un échange thermique avec le tronçon du deuxième circuit.
Selon l’un des aspects de l’invention, les tronçons des circuits respectifs sont formés par des conduits, notamment des tuyaux.
Selon l’un des aspects de l’invention, les tronçons des circuits respectifs sont coaxiaux sur au moins une portion de leur longueur de manière à permettre les échanges thermiques entre ces tronçons.
Selon l’un des aspects de l’invention, ces tronçons des deux circuits respectifs, notamment formés par des conduits, sont disposés en dehors du volume interne du boitier.
Selon l’un des aspects de l’invention, ces tronçons des deux circuits respectifs, notamment formés par des conduits, sont disposés à l’intérieur du volume interne du boiter.
Ainsi l’invention peut permettre que toute la partie fluide diélectrique est en circuit fermé dans le boitier ou semi-fermé si les conduits ou tubulures de liaison sont externes au volume interne du boitier.
Selon l’un des aspects de l’invention, ces tronçons des deux circuits respectifs, notamment formés par des conduits, sont disposés au sein d’une paroi du boiter.
Selon l’un des aspects de l’invention, les tronçons respectifs des circuits comportent chacun un conduit, et le conduit du tronçon du premier circuit relie une cavité de récupération de fluide diélectrique à un orifice d’aspersion.
Selon l’un des aspects de l’invention, les tronçons respectifs des circuits comportent chacun un conduit, et le conduit du tronçon du premier circuit relie une cavité de récupération de fluide diélectrique à un orifice d’aspersion, et l’orifice d’aspersion est refroidi par le tronçon du deuxième circuit.
Selon l’un des aspects de l’invention, les conduits des tronçons respectifs sont en contact l’un avec l’autre sur une portion au moins de leur longueur.
Le deuxième circuit peut être agencé de sorte à refroidir le tronçon du premier circuit dès la sortie de la cavité de récupération. Ainsi le deuxième circuit est en contact thermique avec la sortie de la cavité de récupération.
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 en perspective du dispositif de régulation thermique, assemblé ;
représente une vue en perspective éclatée du dispositif de régulation thermique tel qu’illustré à la ;
représente une vue en perspective, et en coupe, du dispositif de régulation thermique de la ;
est une vue schématique des circuits de fluide du dispositif de régulation thermique tel qu’illustré à la
est une vue schématique des circuits de fluide du dispositif de régulation thermique selon un autre exemple de réalisation de l’invention.
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 9 de fluide réfrigérant (FR).
Le fluide réfrigérant pourrait être remplacé par un fluide qui permet de chauffer le ou les composants.
Le fluide diélectrique peut être monophasique ou diphasique.
Dans le cas d’un fluide diélectrique monophasique, lors du fonctionnement du dispositif selon l’invention, le fluide diélectrique transfert des calories en restant dans une même phase. Ce fluide monophasique reste dans une même phase lors de sa circulation dans le premier circuit.
Dans le cas d’un fluide diélectrique diphasique, lors du fonctionnement du dispositif selon l’invention, le fluide diélectrique transfert des calories en changeant de phase, par exemple en passant d’une phase liquide à une phase gazeuse.
La première boucle 7 comprend au moins un organe de mise en circulation 11 du fluide diélectrique, tel qu’une pompe, et comporte ici un réservoir de stockage 13 dudit fluide. Également, la première boucle 7 comprend au moins un premier circuit 15 permettant la circulation du fluide diélectrique, ici schématiquement représenté par une première ligne pointillée, ledit premier circuit 15 étant formé au moins partiellement dans le dispositif de régulation thermique 3.
La deuxième boucle 9 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 9 comprend au moins un deuxième circuit 21, permettant la circulation du fluide réfrigérant et étant formé au moins en partie dans le dispositif de régulation thermique 3 et représenté par une seconde ligne pointillée. Notamment, le deuxième circuit 21 peut s’étendre au moins en partie dans au moins une plaque 23, par exemple une plaque 23 froide, au moins configurée pour fonctionner en tant que condenseur.
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 premier circuit 15 et le fluide réfrigérant circulant dans le deuxième circuit 21, tel que cela sera décrit plus en détails ci-après.
On va maintenir décrire en détails en référence aux figures 2 à 5 un dispositif de régulation thermique 3 selon un exemple de mise en œuvre de l’invention.
Ce dispositif de régulation thermique 3 est destiné à au moins un composant électrique ou électronique 5 dont la température doit être régulée, le dispositif de régulation thermique 3 comportant un boîtier 25 ouvert sur au moins un côté.
Le boîtier 25 comprend des parois parmi lesquelles au moins une pluralité de parois latérales 29 délimitant un volume interne 500 du boîtier 25 dans lequel s’étend au moins le composant électrique ou électronique.
Le dispositif 3 comportant en outre le premier circuit 15 configuré pour permettre la circulation de fluide diélectrique FD.
Les parois 29 du boîtier comportant des orifices d’aspersion du fluide diélectrique dans le volume interne 500, ces orifices étant fluidiquement reliés au premier circuit 15.
Le dispositif de régulation 3 comporte également le deuxième circuit 21 configuré pour permettre la circulation d’un fluide réfrigérant de sorte à permettre un échange thermique entre le fluide diélectrique circulant dans le premier circuit 15 et le fluide réfrigérant circulant dans le deuxième circuit 21.
Les premier et deuxième circuits 15 et 21 comportent respectivement un tronçon 30, respectivement 32, formé au sein de parois latérales 29 du boitier, ces tronçons 30 et 32 respectifs étant agencés pour permettre un échange thermique entre le fluide diélectrique circulant dans le tronçon 30 du premier circuit 15 et le fluide réfrigérant circulant dans le tronçon 32 du deuxième circuit 21.
La montre ces tronçons 30 et 32, par transparence à travers les parois 29.
Chaque tronçon 30 du premier circuit 15 formé dans la paroi 29 comporte des canaux de distribution 34 formés dans la paroi 29 et débouchant chacun sur plusieurs orifices d’aspersion 36, ici au nombre de deux
Les canaux 34 sont agencés pour permettre un échange thermique avec le tronçon 32 du deuxième circuit 21.
Les canaux de distribution 34 peuvent être de forme identique comme on peut le voir sur les figures.
Le tronçon 32 du deuxième circuit 21 présente une forme en serpentin avec une succession de U avec chacun deux branches 38.
Le canal de distribution 34 du premier circuit s’étend entre les deux branches 38 du U du tronçon 32 du deuxième circuit 21.
Le premier circuit 15 comporte un canal nourricier 90 auquel se raccordent les canaux de distribution 34 qui débouchent sur les orifices d’aspersion 36.
Le canal nourricier 90 s’étend sur un coté du tronçon 32 du deuxième circuit 21 présente une forme en serpentin.
Le canal nourricier 90 présente des formes concaves arrondies 91 pour épouser les sommets 92 des U du serpentin du tronçon 32.
Le canal nourricier 90 s’étend sur trois faces latérales du boitier.
Le tronçon 32 du deuxième circuit s’étend sur trois faces du boitier.
Le canal nourricier 90 et le tronçon 32 du deuxième circuit s’étendent sur un même nombre de faces, ici trois faces, du boitier.
La paroi 29 du boitier qui loge les tronçons 30 et 32 les premier et deuxième circuits sont formés entre un compartiment intérieur 94, ici réalisé en aluminium, et une enveloppe extérieure 95, ici réalisée en matériau composite à base de plastique renforcé de fibres de verre, le compartiment 94 et l’enveloppe 95 faisant partie du dispositif de régulation thermique.
Le compartiment intérieur 94 comporte des premiers sillons 96 participant à la formation du ou des tronçons 30 du premier circuit et des deuxièmes sillons 97 participant à la formation du ou des tronçons 32 du deuxième circuit.
Les premiers et deuxièmes sillons 96 et 97 sont séparés par une cloison 98, réalisée d’un seul tenant avec le compartiment intérieur, cloison notamment réalisée en aluminium. Les échanges de chaleur entre les tronçons 30 et 32 peuvent se faire à travers cette cloison 98.
Cette cloison 98 présente une forme en serpentin.
Cette cloison 98 s’étend sur autant de faces du boitier que le nombre de faces sur lesquelles s’étendent les tronçons formés au sein des parois.
Les sillons 96 et 97 forment des reliefs sur le côté intérieur du compartiment intérieur 94.
L’enveloppe extérieure 95, qui est notamment formée en matériau composite à base de plastique, comporte un sillon 99 qui s’étend parallèlement au sillon 97 formant le deuxième circuit sur le compartiment intérieur 94.
Le compartiment intérieur 94 comporte une pluralité d’orifices 36 d’aspersion de fluide diélectrique, notamment des orifices de projection, sur lesquels débouchent les canaux de distribution 34.
Chaque canal de distribution 34 débouche sur deux orifices 36 de projection de fluide diélectrique.
Le compartiment intérieur 94 comporte deux cuves 101 séparées par une cloison 102 en forme de pont.
Chaque cuve 101 est équipée de son propre premier et deuxième circuits avec ses tronçons 30 et 32.
Les cuves 101 et leurs tronçons 30, 32 respectifs sont symétriques l’un par rapport à l’autre suivant un plan de symétrie PS passant par la cloison 102 en forme de pont.
Dans l’exemple décrit, il y a deux enveloppes associées chacune à l’une des cuves. Ainsi le dispositif comporte un compartiment intérieur 94 et deux enveloppes extérieures 95 pour former pour chaque cuve les tronçons de premier et deuxième circuits.
Le premier circuit 15 comporte une bouche d’entrée 103 de fluide diélectrique qui notamment débouche sur le canal nourricier 90.
Le dispositif de régulation comporte une cavité de récupération 73 disposé sur un fond 109 du volume interne et agencé pour récupérer du fluide diélectrique s’accumulant dans ce fond.
Cette cavité de récupération 73 est formée entre un bac de fond 110 et une paroi de fond 111 du compartiment intérieur, cette paroi de fond 111 étant perforé d’orifices 112 pour permettre au fluide diélectrique de s’écouler dans cette cavité de récupération 73.
L’assemblage et l’étanchéité entre le compartiment interne et l’enveloppe peuvent être réalisés par exemple par soudure par ultrason, par collage ou encore avec des joints en compression si la différence de pression entre les deux circuits n’est pas trop importante. Dans les cas où le compartiment interne et l’enveloppe sont en aluminium, le tout peut être brasé.
Le premier circuit 15 comporte un tronçon 113 formé par plusieurs canaux de distribution 34 débouchant chacun sur plusieurs orifices d’aspersion de fluide diélectrique, ce tronçon 113 étant disposé dans un couvercle 114 agencée pour fermer le volume interne du boitier.
Ce couvercle 114 forme une paroi 29 au sens de la présente invention.
Ce couvercle 114 comporte, outre le tronçon 113 appartenant au premier circuit de fluide diélectrique, un tronçon 115 appartenant au deuxième circuit.
Les tronçons 113 et 115 des premier et deuxième circuits sont formés au sein de la paroi 29 qui définit le couvercle 114.
Les canaux de distribution 34 se raccordent au canal nourricier de manière perpendiculaire, le long de ce canal nourricier. Les canaux 34 ne communiquent pas directement entre eux.
Ces tronçons 113 et 115 respectifs sont agencés pour permettre un échange thermique entre le fluide diélectrique circulant dans le tronçon du premier circuit et le fluide réfrigérant circulant dans le tronçon du deuxième circuit.
Le couvercle 114 comporte une plaque 116, ici réalisée en aluminium, et une enveloppe 117, ici réalisée en matériau composite à base de plastique, et les tronçons 113 et 115 des premier et deuxième circuits sont formés entre cette plaque 116 et cette enveloppe 117.
La plaque 117 comporte des orifices d’aspersion 118 agencés pour le passage de fluide diélectrique en vue d’asperger le ou les composants électriques et/ou électroniques.
Le tronçon 115 du deuxième circuit présente une forme en serpentin entre une bouche d’entre de fluide 119 et une bouche de sortie de fluide 120.
Ces bouches 119 et 120 sont raccordées à une tubulure 121 de connexion de fluide pour être reliées à des arrivée et sortie de fluide, notamment de fluide réfrigérant.
D’une manière générale, plusieurs tubulures 121 sont prévues pour les entrées et sorties de fluide diélectrique du premier circuit et de fluide réfrigérant du deuxième circuit.
Ces tubulures 121 sont sur le boitier.
Dans l’exemple décrit, le couvercle 114 compote deux moitiés 122 chacune étant équipée de ses propres tronçons de premier et deuxième circuits.
Chaque moitié 122 est associée à l’une des cuves 101.
Le premier circuit 15 comporte une pompe 11, notamment une pompe électrique, pour forcer la circulation de fluide diélectrique dans le ou les tronçons de ce premier circuit.
La pompe 11 est agencée pour alimenter le couvercle 114 et des parois latérales 29 du boitier en fluide diélectrique.
Le compartiment intérieur et/ou la plaque du couvercle sont formés par emboutissage, notamment sur un matériau qui est notamment l’aluminium.
La cavité de récupération 73 communique avec une conduite 127 agencée pour prélever le fluide diélectrique présent dans cette cavité et le diriger vers la pompe 11, laquelle pompe redistribue ce fluide diélectrique vers deux conduites 128 connectées aux tronçons des parois latérales et du couvercle 114.
Le fluide diélectrique susceptible de circuler dans le premier circuit est choisi en fonction de ses températures de changement de phase. Plus particulièrement, le fluide diélectrique doit être caractérisé au moins par une température de changement de phase telle que ce fluide diélectrique, pulvérisé en direction des composants électriques ou électroniques à l’état liquide, est apte à être vaporisé au contact de ces composants. On parle ainsi de fluide diélectrique diphasique en ce qu’il présente deux phases différentes au cours de sa circulation dans le dispositif de régulation thermique. A titre d’exemple, le fluide diélectrique doit présenter une température d’évaporation à pression atmosphérique supérieure à une température de l’ordre de 32- 34°C et une température de condensation inférieure à une température de l’ordre de 29-31°C.
Le fluide réfrigérant susceptible de circuler dans le deuxième circuit peut notamment consister en de l’eau glycolée, ou d’autres liquides réfrigérants du type R134a ou 1234yf.
On a représenté sur la un dispositif de régulation thermique 200 selon un autre exemple de réalisation de l’invention.
Comme dans l’exemple décrit plus haut, ce dispositif 200 comporte un boîtier 25 comprenant des parois délimitant un volume interne 500 du boîtier dans lequel s’étend au moins le composant électrique ou électronique.
Le dispositif 200 comporte, à l’instar de l’exemple précédent, en outre un premier circuit 15, configuré pour permettre la circulation du fluide diélectrique, et un deuxième circuit 21 configuré pour permettre la circulation d’un fluide caloporteur, de sorte à permettre un échange thermique entre le fluide diélectrique circulant dans le premier circuit et le fluide caloporteur, notamment le fluide réfrigérant, circulant dans le deuxième circuit 21.
Les premier et deuxième circuits 15 et 21 comportent respectivement un tronçon, ces tronçons respectifs 202 et 203 étant agencés pour permettre un échange thermique entre le fluide diélectrique FD circulant dans le tronçon 202 du premier circuit et le fluide caloporteur FR circulant dans le tronçon 203 du deuxième circuit, ces tronçons étant choisis au sein de leur circuit respectif en une localisation où un écoulement forcé de fluide se produit lorsque les circuits sont en fonctionnement.
L’écoulement forcé est notamment obtenu à l’aide d’une pompe.
Le tronçon 202 du premier circuit 15 formé comporte au moins un canal de distribution débouchant sur l’orifice d’aspersion 36, ce canal étant agencé pour permettre un échange thermique avec le tronçon du deuxième circuit.
Les tronçons 202 et 203 des circuits respectifs sont formés par des conduits 204 et 205, notamment des tuyaux.
Les tronçons 202 et 203 des circuits respectifs sont coaxiaux sur au moins une portion de leur longueur de manière à permettre les échanges thermiques entre ces tronçons, comme on peut le voir sur la .
Selon l’un des aspects de l’invention, ces tronçons 202 et 203 des deux circuits respectifs, notamment formés par des conduits, sont disposés en dehors du volume interne 500 du boitier.
En variante, ces tronçons 202 et 203 des deux circuits respectifs, notamment formés par des conduits, sont disposés à l’intérieur du volume interne 500 du boiter.
Les tronçons 202 et 203 respectifs des circuits comportent chacun un conduit 204 et 205, et le conduit 204 du tronçon du premier circuit relie une cavité de récupération 73 de fluide diélectrique à un orifice d’aspersion.
Les tronçons 202 et 203 respectifs des circuits comportent chacun un conduit, et le conduit 204 du tronçon du premier circuit relie une cavité de récupération 73 de fluide diélectrique à un orifice d’aspersion 36, et l’orifice d’aspersion 36 est refroidi par le tronçon 203 du deuxième circuit.
Les conduits des tronçons 202 e 203 respectifs sont en contact l’un avec l’autre sur une portion au moins de leur longueur.

Claims (10)

  1. Dispositif de régulation thermique (200) destiné à au moins un composant électrique ou électronique (5) dont la température doit être régulée, le dispositif de régulation thermique comportant au moins un boîtier (25) ouvert sur au moins un côté, notamment un couvercle configuré pour fermer le boîtier (25) sur au moins un côté, le boîtier (25) comprenant des parois parmi lesquelles au moins une pluralité de parois latérales (29), lesdites parois (29) délimitant un volume interne (500) du boîtier (25) dans lequel s’étend au moins le composant électrique ou électronique (5), le dispositif comportant en outre un premier circuit (15), configuré pour permettre la circulation d’un fluide diélectrique, caractérisé en ce qu’au moins l’une des parois (29) du boîtier comportant au moins un orifice d’aspersion du fluide diélectrique dans le volume interne (500) fluidiquement relié au premier circuit, le dispositif de régulation comportant également un deuxième circuit (21) configuré pour permettre la circulation d’un fluide caloporteur, notamment un fluide de refroidissement ou un fluide réfrigérant, de sorte à permettre un échange thermique entre le fluide diélectrique circulant dans le premier circuit (15) et le fluide caloporteur, notamment le fluide réfrigérant, circulant dans le deuxième circuit (21), les premier et deuxième circuits comportant respectivement un tronçon (202, 203), ces tronçons respectifs étant agencés pour permettre un échange thermique entre le fluide diélectrique circulant dans le tronçon du premier circuit (15) et le fluide caloporteur circulant dans le tronçon du deuxième circuit (21), ces tronçons étant notamment choisis au sein de leur circuit respectif en une localisation où un écoulement forcé de fluide se produit lorsque les circuits sont en fonctionnement.
  2. Dispositif de régulation thermique (3) selon la revendication précédente, dans lequel le tronçon (202) du premier circuit comporte au moins un canal de distribution (34) débouchant sur l’orifice d’aspersion, ce canal étant agencé pour permettre un échange thermique avec le tronçon du deuxième circuit.
  3. Dispositif de régulation thermique (3) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les tronçons des circuits respectifs sont formés par des conduits, notamment des tuyaux.
  4. Dispositif de régulation thermique selon la revendication précédente, dans lequel les tronçons (202, 203) des circuits respectifs sont coaxiaux sur au moins une portion de leur longueur de manière à permettre les échanges thermiques entre ces tronçons.
  5. Dispositif de régulation thermique selon la revendication précédente, dans lequel ces tronçons (202, 203) des deux circuits respectifs, notamment formés par des conduits, sont disposés en dehors du volume interne du boitier.
  6. Dispositif de régulation thermique selon la revendication 4, dans lequel ces tronçons (202, 203) des deux circuits respectifs, notamment formés par des conduits, sont disposés à l’intérieur du volume interne du boiter.
  7. Dispositif de régulation thermique selon la revendication 4, dans lequel ces tronçons des deux circuits respectifs, notamment formés par des conduits, sont disposés au sein d’une paroi du boiter.
  8. Dispositif de régulation thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les tronçons respectifs des circuits comportent chacun un conduit, et le conduit du tronçon du premier circuit relie une cavité de récupération de fluide diélectrique à un orifice d’aspersion.
  9. Dispositif de régulation thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les tronçons respectifs des circuits comportent chacun un conduit, et le conduit du tronçon du premier circuit relie une cavité de récupération de fluide diélectrique à un orifice d’aspersion, et l’orifice d’aspersion est refroidi par le tronçon du deuxième circuit.
  10. Dispositif de régulation thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les conduits des tronçons respectifs sont en contact l’un avec l’autre sur une portion au moins de leur longueur.
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US20080066889A1 (en) * 2003-02-19 2008-03-20 Isothermal Systems Research Heat exchanging fluid return manifold for a liquid cooling system
FR3077683A1 (fr) 2018-02-05 2019-08-09 Valeo Systemes Thermiques Dispositif de regulation de temperature d'une batterie a l'aide d'un fluide dielectrique et pack-batterie comprenant un tel dispositif
WO2020099740A1 (fr) * 2018-11-16 2020-05-22 Valeo Systemes Thermiques Dispositif de traitement thermique d'un élément électrique susceptible de chauffer et procédé mettant en ouvre le dispositif de traitement thermique

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