FR3124325A1 - Dispositif de régulation thermique d’au moins un composant électrique et/ou électronique. - Google Patents
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Abstract
Titre : Dispositif de régulation thermique. Dispositif de régulation thermique (4) d’au moins un composant électrique et/ou électronique (6) susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, le dispositif de régulation thermique (4) comportant un boîtier (8) configuré pour loger le au moins un composant électrique et/ou électronique (6) et des moyens de régulation thermique (12) de ce composant électrique et/ou électronique (6) par l’intermédiaire d’un fluide diélectrique, le fluide diélectrique étant choisi pour prendre une phase gazeuse sous l’effet d’un dégagement de chaleur du composant électrique et/ou électronique (6) au contact duquel est dirigé le fluide diélectrique, les moyens de régulation thermique (12) comprenant un système de condensation (28) du fluide diélectrique apte à redonner au fluide diélectrique une forme liquide, caractérisé en ce que le système de condensation (28) comprend d’une part un échangeur de chaleur (30) avec au moins un conduit (32) de circulation de fluide caloporteur, au contact duquel le fluide diélectrique est apte à prendre une forme liquide, et d’autre part des moyens de déplacement (34) de la vapeur de fluide diélectrique le long du ou des conduits (32) de circulation de fluide caloporteur. Figure pour l’abrégé : Figure 3
Description
La présente invention se situe dans le domaine des systèmes électroniques comprenant au moins un composant électrique et/ou électronique, et elle concerne plus particulièrement, au sein de tels systèmes électroniques, un dispositif de régulation thermique de composants électriques et/ou électroniques susceptibles de s’échauffer lors de leur fonctionnement.
Les composants électriques ou 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 batteries, pour des véhicules automobiles.
Dans le domaine des véhicules automobiles, des dispositifs de régulation thermique permettent de modifier une température d’une batterie 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 de la batterie, en diminuant la température de cette batterie électrique, qui tend à s’échauffer au cours de son utilisation.
D’une manière générale, de tels dispositifs de régulation thermique de batteries électriques font appel à des échangeurs de chaleur. Les différentes cellules de batterie d’un système de stockage électrique peuvent notamment être refroidies au moyen d’une plaque froide à l’intérieur de laquelle circule un fluide de refroidissement, la plaque étant en contact avec les cellules de batterie à refroidir. Il a pu être constaté que de tels échangeurs de chaleur peuvent conduire à un refroidissement non homogène des batteries électriques d’un même système de stockage électrique, entrainant alors une diminution de la performance globale du système de stockage électrique. 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 cellules de batterie.
Dans le but d’apporter une réponse à ces différentes problématiques, on connaît 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, le fluide diélectrique étant choisi pour prendre une phase gazeuse sous l’effet d’un dégagement de chaleur du composant électrique et/ou électronique au contact duquel est dirigé le fluide diélectrique. On assure de la sorte un échange thermique entre les éléments de batterie et le fluide diélectrique.
Ces dispositifs de refroidissement peuvent comprendre une surface de condensation destinée à refroidir et condenser la vapeur de fluide diélectrique pour redonner au fluide diélectrique une forme liquide facilitant l’échange de calories avec les éléments de batterie du système de stockage électrique. Le fluide diélectrique sous sa forme gazeuse tend à venir au contact de la surface de condensation disposée directement au-dessus de l’élément de batterie au contact duquel il s’est vaporisé, et stagne sur cette zone particulière de la surface de condensation jusqu’à ce qu’il ait été recondensé et puisse s’écouler de nouveau dans le boîtier du dispositif de régulation thermique.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et vise à améliorer les dispositifs de régulation thermique existants en proposant un dispositif de régulation thermique d’au moins un composant électrique et/ou électronique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, le dispositif de régulation thermique comportant un boîtier configuré pour loger le au moins un composant électrique et/ou électronique et des moyens de régulation thermique de ce composant électrique et/ou électronique par l’intermédiaire d’un fluide diélectrique, le fluide diélectrique étant choisi pour prendre une phase gazeuse sous l’effet d’un dégagement de chaleur du composant électrique et/ou électronique au contact duquel est dirigé le fluide diélectrique, les moyens de régulation thermique comprenant un système de condensation du fluide diélectrique apte à redonner au fluide diélectrique une forme liquide, caractérisé en ce que le système de condensation comprend d’une part un échangeur de chaleur avec au moins un conduit de circulation de fluide caloporteur, au contact duquel le fluide diélectrique est apte à prendre une forme liquide, et d’autre part des moyens de déplacement de la vapeur de fluide diélectrique le long du ou des conduits de circulation de fluide caloporteur.
Le fluide caloporteur peut être un liquide de refroidissement, par exemple de l’eau avantageusement glycolée, ou un fluide réfrigérant tel que du 1234yf, 134a ou encore R744.
Le dispositif de régulation thermique vise à réduire la température de plusieurs composants électriques et/ou électroniques grâce à la circulation du fluide diélectrique entre les composants électriques et/ou électroniques. Le fluide diélectrique est par ailleurs refroidi par échange de calories avec le fluide caloporteur au niveau de l’échangeur thermique afin qu’il puisse récupérer un maximum de calories au contact des composants électriques et/ou électroniques. On comprend de cela que le fluide diélectrique est refroidi dans l’échangeur thermique par échange de calories avec le fluide caloporteur, puis est dirigé vers les composants électriques et/ou électroniques pour les refroidir à leur tour.
Le fluide diélectrique, sous forme de vapeur au contact des composants électriques et/ou électroniques, est refroidi au niveau de l’échangeur de chaleur des moyens de régulation thermique, le fluide diélectrique cédant des calories au fluide caloporteur pour diminuer en température et repasser de l’état gazeux à l’état liquide.
Le dispositif de régulation thermique selon l’invention est configuré pour optimiser la condensation du fluide diélectrique au niveau de l’échangeur de chaleur, c’est-à-dire pour diminuer le temps nécessaire au fluide diélectrique pour reprendre sa forme liquide apte à être projetée sur les composants électriques et/ou électroniques, et le système de condensation est ainsi amélioré pour que les échanges de calories soient plus efficaces. Dans ce contexte, il est prévu d’une part de faire circuler le fluide diélectrique sous forme de vapeur directement au contact d’un ou plusieurs conduits de circulation de fluide caloporteur, et non pas au contact d’une plaque de condensation dans laquelle circule du fluide caloporteur, de manière à diminuer la quantité de matière présente entre le fluide caloporteur et le fluide diélectrique qui pénalise les échanges de calories, et d’autre part de forcer la circulation du fluide diélectrique le long de ce ou ces conduits, afin que l’échange de chaleur soit réalisé de façon plus homogène sur toute la dimension du conduit de circulation de fluide caloporteur. Le fluide diélectrique ne stagne ainsi pas sur une même zone du conduit et l’échange de calories avec le fluide caloporteur à travers la paroi délimitant le conduit de circulation en est amélioré.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le boîtier comporte une paroi de fond et des parois latérales formant un logement dimensionné pour recevoir l’au moins un composant électrique et/ou électronique, le boîtier comportant par ailleurs une paroi de recouvrement apte à refermer ledit logement, et l’échangeur de chaleur avec l’au moins un conduit de circulation de fluide caloporteur est disposé au niveau de la paroi de recouvrement et/ou d’une des parois latérales du boîtier.
Selon d’autres caractéristiques optionnelles de l’invention, prises seules ou en combinaison avec d’autres caractéristiques optionnelles, on peut prévoir que :
- l’échangeur de chaleur présente la forme d’une paroi creuse logeant l’au moins un conduit de circulation de fluide caloporteur, et les moyens de déplacement de la vapeur de fluide diélectrique sont configurés pour forcer le fluide diélectrique à circuler à travers la paroi creuse.
- la paroi creuse de l’échangeur de chaleur délimite un espace de circulation du fluide diélectrique, l’au moins un conduit de circulation de fluide caloporteur s’étend à travers l’espace de circulation de la paroi creuse.
- la paroi creuse est formée par la paroi de recouvrement du boîtier.
- l’espace de circulation de fluide diélectrique est délimité au moins en partie par la paroi de recouvrement.
- l’échangeur de chaleur comporte une plaque de condensation, l’au moins un conduit de circulation de fluide caloporteur s’étendant à l’intérieur du boîtier entre la plaque de condensation et la paroi de recouvrement, le fluide diélectrique étant destiné à circuler entre la plaque de condensation et la paroi de recouvrement au contact du conduit de circulation de fluide caloporteur.
- la plaque de condensation comprend une face externe orientée vers la paroi de recouvrement et une face interne orientée vers l’espace interne du boîtier, la paroi de recouvrement présentant une surface interne orientée vers la plaque de condensation et une surface externe orientée vers l’extérieur du boîtier, la face externe de la plaque de condensation et la surface interne de la paroi de recouvrement participant à délimiter au moins en partie l’espace de circulation du fluide diélectrique à travers lequel s’étend le conduit de circulation de fluide caloporteur.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, l’échangeur de chaleur comporte une ouverture d’entrée, par laquelle est apte à pénétrer le fluide diélectrique sous l’effet des moyens de déplacement de la vapeur de fluide diélectrique, et une ouverture de sortie, par laquelle est apte à passer le fluide diélectrique rendu sous forme liquide sous l’effet de l’échange de chaleur avec le fluide caloporteur. En d’autres termes, l’espace de circulation du fluide diélectrique est relié au milieu interne du boîtier dans lequel sont disposés les composants électriques et/ou électroniques par l’ouverture d’entrée et par l’ouverture de sortie.
Selon une autre série de caractéristiques optionnelles de l’invention, prises seules ou en combinaisons avec d’autres caractéristiques optionnelles de l’invention, on peut prévoir que :
- les moyens de déplacement comprennent un organe de ventilation.
- l’organe de ventilation est disposé dans le boîtier de manière à forcer le fluide électrique sous forme gazeuse à pénétrer dans l’échangeur de chaleur à travers l’ouverture d’entrée.
- l’organe de ventilation est configuré pour aspirer le fluide diélectrique sous forme gazeuse présent dans le boîtier et pour forcer la circulation dudit fluide diélectrique sous forme gazeuse dans l’échangeur de chaleur.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, l’ouverture de sortie de l’échangeur de chaleur est reliée à un dispositif de projection de fluide diélectrique, ledit dispositif de projection étant configuré pour projeter du fluide diélectrique rendu sous forme liquide sur les composants électriques et/ou électroniques.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, l’ouverture de sortie de l’échangeur de chaleur est configurée à l’aplomb du logement pour les composants électriques et/ou électroniques de sorte que le fluide diélectrique rendu sous forme liquide et traversant la sortie de fluide diélectrique de l’échangeur de chaleur soit dirigé au moins partiellement vers la paroi de fond du boîtier.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, les moyens de déplacement de la vapeur de fluide diélectrique comprennent au moins une gouttière agencée autour d’un conduit de circulation de l’échangeur de chaleur, la gouttière étant ouverte sur l’intérieur du boîtier, une face interne de la gouttière et une face externe du conduit de circulation en regard de la face interne de la gouttière participant à délimiter entre elles un chemin de circulation du fluide diélectrique sous forme gazeuse autour du conduit de circulation.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, les moyens de déplacement de la vapeur comprennent une pluralité de gouttières ouvertes sur l’intérieur du boîtier, solidaires les unes des autres et s’étendant parallèlement les unes par rapport aux autres, les gouttières étant réalisées d’un seul tenant en formant une plaque de condensation, un conduit de circulation de fluide caloporteur étant logé à l’intérieur de chacune des gouttières de manière à former autant de chemins de circulation du fluide diélectrique sous forme gazeuse que de gouttières.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, les moyens de déplacement de la vapeur comprennent au moins une gouttière ouverte sur l’intérieur du boîtier, le conduit de fluide caloporteur étant formé dans l’épaisseur de la gouttière, une face interne de la gouttière participant à former l’échangeur de chaleur et un chemin de circulation du fluide diélectrique sous forme gazeuse.
La présente invention a également pour objet un système électronique comprenant au moins un composant électrique et/ou électronique et un dispositif de régulation thermique selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes, le système de condensation étant installé entre l’au moins un composant électrique et/ou électronique et la paroi de recouvrement du boîtier.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, le conduit de fluide caloporteur est relié à un système de refroidissement comportant au moins un échangeur thermique apte à refroidir le fluide caloporteur.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, un dispositif de chauffage est disposé dans le fond du boîtier, le dispositif de chauffage étant avantageusement configuré pour participer au chauffage du fluide diélectrique projeté sur les équipements électriques et/ou électroniques et récupéré dans ledit fond du boîtier dans le cas où l’élément électriques et/ou électronique présente une température trop faible pour permettre un bon fonctionnement et/ou l’optimisation de la charge de celui-ci s’il s’agit d’un élément de stockage d’énergie électrique.
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 :
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 par rapport 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 et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Dans la description détaillée qui va suivre, les dénominations « longitudinale », « transversale » et « verticale » se réfèrent à l’orientation d’un système électronique selon l’invention selon un repère L, V, T illustré sur la .
Par ailleurs, dans la description détaillée qui va suivre, le dispositif de régulation thermique selon un aspect de l’invention va être décrit en relation avec un système électronique sous forme de système de stockage d’énergie électrique de véhicule automobile, mais il doit être compris qu’une telle application n’est pas limitative et qu’elle pourrait notamment être appliquée dans le contexte de l’invention à des composants électriques et/ou électroniques équipant d’autres systèmes électroniques et par exemple des serveurs informatiques.
Sur les figures 1 et 2, un système de stockage électrique 1, apte notamment à équiper un véhicule 2 automobile à motorisation électrique ou hybride, est illustré. Un tel système de stockage électrique 1 est notamment destiné à fournir une énergie électrique au véhicule 2 automobile en vue de son déplacement.
Le système de stockage électrique 1 comporte un dispositif de régulation thermique 4 configuré pour refroidir ou monter en température chaque composant électrique et/ou électronique 6 formant partie du système de stockage électrique 1, ces composants étant notamment susceptibles de s’échauffer lors de leur fonctionnement ou de leur charge.
Plus particulièrement, ce dispositif de régulation thermique 4 comprend au moins un boîtier 8 qui est configuré pour recevoir une pluralité desdits composants électriques et/ou électroniques 6, prenant ici la forme d’éléments de batterie 10, et il comprend en outre des moyens de régulation thermique 12 aptes à réguler la température des composants électriques ou électroniques 6 à l’intérieur du boîtier 8. Il convient de noter que d’autres configurations du système de stockage électrique 1 pourraient être mises en œuvre selon l’invention dès lors que ce système comprend un dispositif de régulation thermique 4 conforme à l’invention.
Le boîtier 8 comprend une pluralité de parois qui définissent à l’intérieur de ce boîtier 8 un logement 14, plus particulièrement visible à la , qui est configuré pour recevoir au moins les composants électriques et/ou électroniques 6 et les moyens de régulation thermique 12. Les parois définissant le boîtier 8 forment notamment une base 16 et une paroi de recouvrement 18.
La base 16 comprend une paroi de fond 20 et une pluralité de parois latérales 22. De manière plus précise, la paroi de fond 20 s’étend dans un plan parallèle aux directions longitudinale L et transversale T globalement sous la forme d’un quadrilatère, avantageusement rectangulaire, les parois latérales 22 s’étendant quant à elle chacune depuis un côté de la paroi de fond 20 en s’inscrivant dans un plan parallèle aux directions longitudinale L et verticale V. En d’autres termes, les parois latérales 22 s’étendent depuis la paroi de fond 20 , avantageusement de façon perpendiculairement à cette dernière, mais peut dans certains modes de réalisation présenter un angle non nul et non droit.
La paroi de recouvrement 18 présente une forme sensiblement identique à celle de la paroi de fond 20, donc ici sous la forme d’un quadrilatère avantageusement rectangulaire, et est agencé pour recouvrir la base 16 du boîtier 8 et fermer l’ouverture entre les parois latérales 22 par laquelle les composants électriques et/ou électroniques 6 sont placés dans le logement 14. On comprend notamment que la paroi de recouvrement 18 est disposée en surplomb de la base 16, en contact des bords libres des parois latérales 22, notamment lorsque le système de stockage électrique 1 est monté sur le véhicule 2 automobile.
Par ailleurs, la base 16 et la paroi de recouvrement 18 sont par ailleurs fixées l’une à l’autre de sorte à rendre hermétique le logement 14 du boîtier 8 de l’environnement extérieur du boîtier 8. On comprend par « hermétique » que la base 16 et la paroi de recouvrement 18 sont rendues solidaires l’une de l’autre de sorte qu’aucun échange de fluide ne puisse être réalisé entre l’intérieur du logement 14 du boîtier 8 et l’environnement extérieur du boîtier 8 au niveau de l’interaction entre base et paroi de recouvrement.
On définit une surface interne 24 et une surface externe 26 de la paroi de recouvrement 18, la surface interne 24 étant disposée en regard des composants électriques et/ou électroniques 6, la surface externe 26 étant quant à elle tournée vers l’extérieur du boîtier 8.
Le dispositif de régulation thermique 4 comprend des moyens de régulation thermique 12 qui sont configurés pour réguler thermiquement les composants électriques et/ou électroniques 6 disposés dans le logement 14. On comprend de cela que les moyens de régulation thermique 12 influent sur la température des composants électriques et/ou électroniques 6 pour que la température de ces derniers soit comprise dans un intervalle de températures optimales de fonctionnement.
Pour cela, les moyens de régulation thermique 12 comprennent des moyens pour forcer la circulation d’un fluide diélectrique au sein du dispositif de régulation thermique et un système de condensation 28 dudit fluide diélectrique.
Le fluide diélectrique participe à la régulation thermique des composants électriques et/ou électroniques 6 en échangeant des calories avec lesdits composants électriques et/ou électroniques 6. Pour cela, le fluide diélectrique est contenu dans le logement 14 du boîtier 8, les composants électriques et/ou électroniques 6 étant au moins en partie immergés dans le fluide diélectrique, permettant ainsi l’échange de calories sur l’ensemble des surfaces externes des composants électriques et/ou électroniques 6 qui est immergé.
Le fluide diélectrique est plus particulièrement choisi en fonction de sa température d’ébullition, pour prendre une phase gazeuse sous l’effet d’un dégagement de chaleur du composant électrique et/ou électronique 6 au contact duquel est dirigé le fluide diélectrique.
Dans l’exemple illustré ici, le fluide diélectrique sous forme liquide échange des calories avec les composants électriques et/ou diélectriques jusqu’à ce que la température du fluide diélectrique atteigne et/ou dépasse sa température d’ébullition. Le fluide diélectrique s’évapore et se déplace sous forme de vapeur en direction principalement de la paroi de recouvrement 18, le système de condensation étant positionné dans le logement 14 du boîtier pour se trouver sur le passage du fluide diélectrique sous forme de vapeur.
Le système de condensation 28 du fluide diélectrique est configuré pour redonner au fluide diélectrique une forme liquide, en abaissant la température du fluide diélectrique en dessous de la température d’ébullition lorsque le fluide diélectrique est au contact du système de condensation.
Selon l’invention et tel qu’illustré sur la , le système de condensation 28 comprend d’une part un échangeur de chaleur 30 avec au moins un conduit 32 de circulation d’un fluide caloporteur, au contact duquel le fluide diélectrique est apte à se condenser, et d’autre part des moyens de déplacement 34 de la vapeur de fluide diélectrique le long du ou des conduits 32 de circulation de fluide caloporteur. Le fluide diélectrique sous forme gazeuse est mis en circulation à travers l’échangeur de chaleur 30 par les moyens de déplacement 34, de manière à optimiser le refroidissement par échange de calories avec le fluide caloporteur le long du ou des conduits 32 au sein de l’échangeur de chaleur 30.
L’échange de calories entre le fluide diélectrique et le fluide caloporteur est configuré de sorte que le fluide diélectrique sortant de l’échangeur de chaleur 30 présente une température suffisamment basse pour pouvoir réguler thermiquement par la suite les composants électriques et/ou électroniques 6. Avantageusement, le fluide diélectrique sortant de l’échangeur de chaleur 30 est sous forme liquide.
Préférentiellement et tel que plus particulièrement visible sur la , l’échangeur de chaleur 30, comprenant l’au moins un conduit 32 de circulation de fluide caloporteur, est disposé au niveau de la paroi de recouvrement 18 du boîtier 8. Le conduit 32 s’étend avantageusement le long de la surface interne 24 de la paroi de recouvrement 18, c’est-à-dire la face orientée vers l’intérieur du boîtier 8. Le conduit 32 de fluide caloporteur est avantageusement relié à un système de refroidissement, ici non visible, comportant au moins un échangeur thermique apte à refroidir le fluide caloporteur.
Dans cette configuration, les moyens de déplacement 34 du fluide diélectrique sous forme gazeuse forcent la circulation du fluide diélectrique sous forme de vapeur vers la paroi de recouvrement 18 et vers le conduit 32 à travers lequel circule le fluide caloporteur.
Selon des alternatives de l’invention ici non représentées, l’échangeur de chaleur 30 avec l’au moins un conduit 32 de circulation de fluide caloporteur est disposé au niveau d’au moins une des parois latérales 22 du boîtier 8, le cas échéant en s’étendant également en regard de la paroi de recouvrement. Dans cette configuration, les moyens de déplacement 34 du fluide diélectrique sous forme gazeuse forcent la circulation de ce dernier vers la paroi latérale 22 et/ou la paroi de recouvrement au niveau de laquelle, ou desquelles, est disposé le conduit 32.
Dans le premier exemple de réalisation de l’invention, l’échangeur de chaleur 30 présente la forme d’une paroi creuse logeant l’au moins un conduit 32 de circulation de fluide caloporteur, et les moyens de déplacement 34 de la vapeur de fluide diélectrique sont configurés pour forcer le fluide diélectrique à circuler à travers la paroi creuse.
On comprend par « paroi creuse » que la paroi présente deux pans s’étendant sensiblement parallèlement l’un de l’autre et participant à délimiter entre elles un espace de circulation 36 du fluide diélectrique. Plus particulièrement, l’au moins un conduit 32 s’étend dans l’espace de circulation 36, et est donc délimité par chacun des deux pans, de sorte que le fluide diélectrique mis en circulation par les moyens de déplacement 34 dans l’espace de circulation 36 longe l’au moins un conduit 32 et échanges de calories avec le fluide caloporteur.
Un pan délimitant cette paroi creuse, à savoir le pan le plus proche de l’intérieur du boîtier et des composants électriques et/ou électroniques, forme une plaque de condensation 38, apte à refroidir le fluide diélectrique pour lui rendre une forme liquide.
Un premier pan de la paroi creuse peut être formé par la paroi de recouvrement 18 du boîtier 8 et la paroi de condensation 38 s’étend à distance de la paroi de recouvrement pour former l’espace de circulation 36, l’au moins un conduit 32 de circulation de fluide caloporteur s’étendant à l’intérieur du boîtier 8 entre la plaque de condensation 38 et la paroi de recouvrement 18.
La plaque de condensation 38 comprend une première face 40, orientée vers l’intérieur du boîtier 8 et les composants électriques et/ou électroniques 6, et une face externe 42, orientée vers la paroi de recouvrement dans le cas illustré, et de manière plus générale vers la paroi en regard de laquelle est positionné le système de condensation 28, cette deuxième face 42 participant à délimitant l’espace de circulation 36 de l’échangeur de chaleur 30. Le fluide diélectrique recondensé au sein de l’échangeur de chaleur 30 s’écoule ainsi plus particulièrement le long de la deuxième face 42 de la plaque de condensation 38.
Selon l’invention, les moyens de déplacement 34 sont prévus pour diriger principalement le fluide diélectrique sous forme de vapeur en direction de l’espace de circulation 36. Le fluide diélectrique circule dans l’espace de circulation 36 et est amené à longer les portions tubulaires définissant le conduit 32 de circulation qui s’étend dans cet espace de circulation 36, à distance de la deuxième face 42 de la plaque de condensation 38 et de la paroi de recouvrement. Des moyens de positionnement, ici non visibles, permettent de maintenir le conduit 32 à distance des pans délimitant l’espace de circulation, de sorte que le fluide diélectrique sous forme de vapeur puisse circuler dans l’espace de circulation sans être bloqué par le conduit 32.
Il convient de noter qu’une partie du fluide diélectrique sous forme de vapeur en libre circulation dans le logement 14 du boîtier 8 peut entrer en contact avec la première face 40 de la plaque de condensation 38 et une condensation d’une partie du fluide diélectrique peut se faire dans le logement 14, à l’extérieur de l’échangeur de chaleur 30.
L’échangeur de chaleur 30 s’étend entre deux ouvertures communiquant avec le logement 14 du boîtier. Plus particulièrement l’échangeur de chaleur 30 comprend une ouverture d’entrée 44, par laquelle est apte à pénétrer le fluide diélectrique sous l’effet de l’actionnement des moyens de déplacement 34 de la vapeur de fluide diélectrique, et une ouverture de sortie 46, par laquelle est apte à passer le fluide diélectrique rendu sous forme liquide sous l’effet de l’échange de chaleur avec le fluide caloporteur. L’espace de circulation 36 du fluide diélectrique est ainsi relié au logement 14 du boîtier 8 par l’ouverture d’entrée 44 et par l’ouverture de sortie 46. Le fluide diélectrique sous forme de vapeur peut ainsi être mis en circulation par les moyens de déplacement 34 vers l’ouverture d’entrée 44 de l’échangeur de chaleur 30 de sorte que le fluide diélectrique sous forme de vapeur accède l’espace de circulation 36 de l’échangeur de chaleur 30 à travers l’ouverture d’entrée 44. Et les moyens de déplacement 34 sont par ailleurs configurés pour forcer le déplacement du fluide diélectrique au sein de l’espace de circulation 36 et le diriger vers l’ouverture de sortie 46 de l’échangeur de chaleur 30.
Tel qu’illustré sur la , les moyens de déplacement 34 comprennent un organe de ventilation 48. L’organe de ventilation 48 comprend par exemple une hélice apte à être entraînée en rotation pour aspirer d’une part du fluide diélectrique sous forme de vapeur présent dans le logement 14 du boîtier 8 et d’autre part pousser ledit fluide diélectrique vers l’espace de circulation 36 au sein de l’échangeur de chaleur 30.
Avantageusement, l’organe de ventilation 48 est disposé dans le boîtier 8 de manière à forcer le fluide électrique sous forme gazeuse à pénétrer dans l’échangeur de chaleur 30 à travers l’ouverture d’entrée 44. Dans ce contexte, et tel qu’illustré ici sur la , l’organe de ventilation 48 peut être installé au niveau de l’ouverture d’entrée 44 de l’échangeur de chaleur 30.
Cependant, et sans sortir du contexte de l’invention, il est entendu qu’un organe de ventilation 48 disposé n’importe où dans le logement 14 du boîtier 8 serait compris dans le cadre de l’invention et formerait des moyens de déplacement au sein de l’invention, dès lors que cet organe de ventilation est configuré pour aspirer le fluide diélectrique sous forme de vapeur qui est en libre circulation dans le logement 14 et qui tend naturellement à se diriger vers la paroi de recouvrement disposée au sommet pour le diriger vers l’espace de circulation 36 et les conduits de fluide caloporteur, et configuré pour forcer le déplacement du fluide diélectrique le long de ces conduits.
Avantageusement, les moyens de déplacement, ici l’organe de ventilation 48, permettent de diriger la vapeur de fluide diélectrique à travers l’ouverture d’entrée avant que cette vapeur n’atteignent la plaque de condensation 38 mais il convient de noter que ces moyens de déplacement permettent également de récupérer la vapeur de fluide diélectrique présente contre la première face 40 de la plaque de condensation et non encore condensée, pour la forcer à se diriger dans l’espace de circulation 36, de manière à accélérer sa condensation.
Dans l’exemple illustré, l’ouverture de sortie 46 de l’échangeur de chaleur 30 est déportée et se retrouve au voisinage d’une paroi latérale. Il en résulte que le fluide diélectrique, rendu à l’état liquide par échange de calories avec le fluide caloporteur tout au long de l’espace de circulation, peut s’écouler dans le logement le long de cette paroi latérale afin de remplir le niveau de fluide diélectrique dans lequel les composants électriques et/ou électroniques sont immergés, ou bien être récupéré par un dispositif de projection 50 de fluide diélectrique, représenté schématiquement sur la , ledit dispositif de projection 50 étant configuré pour projeter le fluide diélectrique récupéré directement sur les composants électriques et/ou électroniques 6. Le dispositif de projection 50 est alors relié fluidiquement à l’ouverture de sortie 46 et une pompe peut être prévue pour pousser le fluide sous forme liquide au sein du dispositif de projection vers des orifices en regard des composants électriques et/ou électroniques 6.
On va maintenant décrire plusieurs exemples de réalisation de l’invention alternatifs à celui qui vient d’être décrit en référence aux figures 4 à 6.
Selon un deuxième exemple de réalisation de l’invention représenté sur la , le fluide diélectrique circule dans le conduit 32 et le fluide caloporteur dans l’espace de circulation 36 de l’échangeur de chaleur 30.
Plus particulièrement, l’espace de circulation 36 est hermétique au logement 14 et est relié à un système de distribution du fluide caloporteur, le fluide caloporteur circulant alors entre la deuxième face 42 de la plaque de condensation 38 et le pan opposé, autour du conduit 32. Ce dernier est relié fluidiquement à l’ouverture d’entrée 44 et à l’ouverture de sortie de sorte que le fluide diélectrique sous forme de vapeur soit poussé vers le conduit 32 à travers l’ouverture d’entrée et que le fluide diélectrique recondensé puisse être rediriger vers le logement 14 du boîtier 8 à travers l’ouverture de sortie, non visible sur la . Dans ce deuxième exemple de réalisation, on s’assure de la longueur du trajet du fluide diélectrique au sein de l’espace de circulation 36 entre l’ouverture d’entrée et l’ouverture de sortie, et on s’assure ainsi du temps pendant lequel le fluide diélectrique est apte à échanger des calories avec le fluide caloporteur, à travers la paroi du conduit 32.
L’échangeur de chaleur dans ce deuxième exemple de réalisation est avantageusement réalisé d’un seul tenant, et rapporté contre la paroi de recouvrement du boîtier, de manière à assurer plus facilement l’étanchéité de l’échangeur de chaleur.
Conformément à ce qui a pu être décrit précédemment, les moyens de déplacement 34 sont disposés dans le boîtier 8 pour forcer le mouvement du fluide diélectrique, notamment sous sa forme gazeuse, à travers l’échangeur de chaleur 30, en poussant ce fluide à travers l’ouverture d’entrée 44 puis au sein du conduit 32 en direction de l’ouverture de sortie.
Selon un troisième exemple de réalisation de l’invention représenté sur la , le système de condensation 28 comprend là encore un échangeur de chaleur 30 avec au moins un conduit 32 de circulation d’un fluide caloporteur, et des moyens de déplacement 34 de la vapeur de fluide diélectrique, et le système de condensation 28 diffère de ce qui a été précédemment décrit en ce que les moyens de déplacement sont agencés autour du conduit 32 de circulation formant l’échangeur de chaleur 30. La gouttière 52 présente une section ouverte sur l’intérieur du boîtier 8, et le conduit 32 est disposé à l’intérieur de la gouttière, en étant disposé à distance de la paroi définissant la gouttière. Des moyens de maintien en position du conduit 32, ici non représentés, sont disposés ponctuellement dans la gouttière, et/ou sur une paroi latérale du boîtier, pour maintenir le conduit 32 à une distance suffisante d’une face interne de la gouttière 52 pour délimiter entre cette face interne de la gouttière et une face externe du conduit 32 de circulation du fluide caloporteur un chemin de circulation du fluide diélectrique sous forme gazeuse autour du conduit 32 de circulation.
Le chemin de circulation du fluide diélectrique autour du conduit 32 présente une section en forme d’anneau partiel annulaire selon une coupe vue dans un plan perpendiculaire à la direction principale de circulation de fluide au sein de la gouttière 52.
La face interne de la gouttière 52 participe ainsi à délimiter le chemin de circulation du fluide diélectrique. Il résulte de ceci que l’on augmente la surface d’échange entre le fluide diélectrique et le fluide caloporteur à travers le conduit 32, le fluide diélectrique pouvant circuler tout autour du conduit. La forme de la gouttière 52, avec une face interne qui s’étend à distance constante de la face externe du conduit, permet de s’assurer que le fluide diélectrique est constamment en mouvement autour du conduit 32, en tournant autour du conduit dans un sens horaire ou anti-horaire vu dans le plan de coupe précédemment évoqué, le fluide diélectrique étant naturellement aspiré dans la gouttière autour du conduit par l’effet Venturi formé par la section réduite entre la gouttière et le conduit.
Conformément à ce qui a pu être évoqué précédemment, le fluide diélectrique à l’état gazeux circulant librement dans le logement 14 est refroidi en entrant en contact avec la face externe du conduit 32. En refroidissant, le fluide diélectrique gazeux passe à l’état liquide et s’écoule ensuite vers la paroi de fond 20 du boîtier 8, la forme ouverte de la gouttière permettant un écoulement par gravité du fluide diélectrique rendu liquide par condensation en direction du logement et des composants électriques et/ou électroniques.
Avantageusement, les moyens de déplacement 34 de la vapeur comprennent une pluralité de gouttières 52 ouvertes sur l’intérieur du boîtier 8, solidaires les unes des autres et s’étendant parallèlement les unes par rapport aux autres, en formant une plaque de condensation 38, s’étendant en regard d’une des parois du boîtier, ici la paroi de recouvrement 18. Les gouttières 52 peuvent notamment être étant réalisées d’un seul tenant. Un conduit 32 de circulation de fluide caloporteur est logé à l’intérieur de chacune des gouttières 52 de manière à former autant de chemins de circulation du fluide diélectrique sous forme gazeuse que de gouttières 52.
La illustre un quatrième exemple de réalisation de l’invention qui diffère de ce qui vient d’être décrit pour le troisième exemple de réalisation en ce que la ou les gouttières 52 participent aussi bien à former les moyens de déplacement 34 du fluide diélectrique sous forme de vapeur que l’échangeur de chaleur à l’intérieur duquel circule le fluide caloporteur.
La ou les gouttières 52 sont comme précédemment ouvertes sur l’intérieur du boîtier 8, mais sont ici configurés pour que le conduit 32 de fluide caloporteur soit formé dans l’épaisseur de la gouttière 52. L’échange de calories se fait au niveau d’une face interne de la gouttière 52 qui participe à déli miter l’espace de circulation du fluide caloporteur et un chemin de circulation du fluide diélectrique sous forme gazeuse au sein de la gouttière.
La illustre une variante de réalisation dans laquelle chaque conduit 32 est équipé sur sa face externe d’ailettes 54 visant à augmenter la surface d’échange entre le conduit et le fluide diélectrique sous forme vapeur circulant autour du conduit. Les ailettes 54, ici au nombre de huit sans que cela soit limitatif de l’invention, sont angulairement régulièrement réparties sur le conduit 32.
Dans l’exemple illustré sur la , ces ailettes 54 équipent des conduits 32 respectivement disposés au sein de gouttières conformément à ce qui a pu être décrit dans le troisième exemple de réalisation et ces ailettes peuvent servir à positionner les conduits à distance régulière de la face interne de la gouttière. Toutefois, il convient de noter que les conduits 32 pourraient être agencés dans le logement 14 en regard de la paroi de recouvrement 18 sans pour autant être logés dans des gouttières, dès lors que des moyens de déplacement, par exemple un ventilateur conforme à ce qui a été décrit pour le premier mode de réalisation favorise le déplacement du fluide diélectrique le long des conduits dont la surface d’échange a été augmentée par la présence des ailettes.
Il résulte de ce qui précède, et notamment de la description détaillée de plusieurs exemples de réalisation, que l’invention parvient à atteindre le but qu’elle s’est fixée, à savoir réaliser une régulation thermique efficace des composants électriques et/ou électroniques en permettant une condensation plus efficace du fluide diélectrique.
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 équivalents ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens.
Claims (10)
- Dispositif de régulation thermique (4) d’au moins un composant électrique et/ou électronique (6) susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, le dispositif de régulation thermique (4) comportant un boîtier (8) configuré pour loger le au moins un composant électrique et/ou électronique (6) et des moyens de régulation thermique (12) de ce composant électrique et/ou électronique (6) par l’intermédiaire d’un fluide diélectrique, le fluide diélectrique étant choisi pour prendre une phase gazeuse sous l’effet d’un dégagement de chaleur du composant électrique et/ou électronique (6) au contact duquel est dirigé le fluide diélectrique, les moyens de régulation thermique (12) comprenant un système de condensation (28) du fluide diélectrique apte à redonner au fluide diélectrique une forme liquide, caractérisé en ce que le système de condensation (28) comprend d’une part un échangeur de chaleur (30) avec au moins un conduit (32) de circulation de fluide caloporteur, au contact duquel le fluide diélectrique est apte à prendre une forme liquide, et d’autre part des moyens de déplacement (34) de la vapeur de fluide diélectrique le long du ou des conduits (32) de circulation de fluide caloporteur.
- Dispositif de régulation thermique (4) selon la revendication précédente, dans lequel le boîtier (8) comporte une paroi de fond (20) et des parois latérales (22) formant un logement (14) dimensionné pour recevoir l’au moins un composant électrique et/ou électronique (6), le boîtier (8) comportant par ailleurs une paroi de recouvrement (18) apte à refermer ledit logement (14), et dans lequel l’échangeur de chaleur (30) avec l’au moins un conduit (32) de circulation de fluide caloporteur est disposé au niveau de la paroi de recouvrement (18) et/ou d’une des parois latérales (22) du boîtier (8).
- Dispositif de régulation thermique (4) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’échangeur de chaleur (30) présente la forme d’une paroi creuse logeant l’au moins un conduit (32) de circulation de fluide caloporteur, et dans lequel les moyens de déplacement (34) de la vapeur de fluide diélectrique sont configurés pour forcer le fluide diélectrique à circuler à travers la paroi creuse.
- Dispositif de régulation thermique (4) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel l’échangeur de chaleur (30) comporte une plaque de condensation (38), l’au moins un conduit (32) de circulation de fluide caloporteur s’étendant à l’intérieur du boîtier (8) entre la plaque de condensation (38) et la paroi de recouvrement (18), le fluide diélectrique étant destiné à circuler entre la plaque de condensation (38) et la paroi de recouvrement (18) au contact du conduit (32) de circulation de fluide caloporteur.
- Dispositif de régulation thermique (4) selon l’une des revendications 3 à 5, dans lequel l’échangeur de chaleur (30) comporte une ouverture d’entrée (44), par laquelle est apte à pénétrer le fluide diélectrique sous l’effet des moyens de déplacement (34) de la vapeur de fluide diélectrique, et une ouverture de sortie (46), par laquelle est apte à passer le fluide diélectrique rendu sous forme liquide sous l’effet de l’échange de chaleur avec le fluide caloporteur.
- Dispositif de régulation thermique (4) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de déplacement (34) comprennent un organe de ventilation (48).
- Dispositif de régulation thermique (4) selon l’une quelconque des revendications 6, dans lequel l’ouverture de sortie (46) de l’échangeur de chaleur (30) est reliée à un dispositif de projection (50) de fluide diélectrique, ledit dispositif de projection (50) étant configuré pour projeter du fluide diélectrique rendu sous forme liquide sur les composants électriques et/ou électroniques (6).
- Dispositif de régulation thermique (4) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens de déplacement (34) de la vapeur de fluide diélectrique comprennent au moins une gouttière (52) agencée autour d’un conduit (32) de circulation de l’échangeur de chaleur (30), la gouttière (52) étant ouverte sur l’intérieur du boîtier (8), une face interne de la gouttière (52) et une face externe du conduit (32) de circulation en regard de la face interne de la gouttière (52) participant à délimiter entre elles un chemin de circulation du fluide diélectrique sous forme gazeuse autour du conduit (32) de circulation.
- Dispositif de régulation thermique (4) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens de déplacement (34) de la vapeur comprennent au moins une gouttière (52) ouverte sur l’intérieur du boîtier (8), le conduit (32) de fluide caloporteur étant formé dans l’épaisseur de la gouttière (52), une face interne de la gouttière (52) participant à former l’échangeur de chaleur (30) et un chemin de circulation du fluide diélectrique sous forme gazeuse.
- Système électronique comprenant au moins un composant électrique et/ou électronique (6) et un dispositif de régulation thermique (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le système de condensation (28) étant installé entre l’au moins un composant électrique et/ou électronique (6) et la paroi de recouvrement (18) du boîtier (8).
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2022
- 2022-06-14 WO PCT/EP2022/066218 patent/WO2022268581A1/fr active Application Filing
Patent Citations (2)
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| US10547091B2 (en) * | 2015-02-09 | 2020-01-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Battery device |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022268581A1 (fr) | 2022-12-29 |
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