WO2013037469A1 - Echangeur thermique et procede de realisation d'un tel echangeur thermique - Google Patents

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WO2013037469A1
WO2013037469A1 PCT/EP2012/003780 EP2012003780W WO2013037469A1 WO 2013037469 A1 WO2013037469 A1 WO 2013037469A1 EP 2012003780 W EP2012003780 W EP 2012003780W WO 2013037469 A1 WO2013037469 A1 WO 2013037469A1
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WO
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heat exchanger
fluid
plate
partition walls
box
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Application number
PCT/EP2012/003780
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English (en)
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Vincent Feuillard
Gilles Elliot
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Valeo Systemes Thermiques
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    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
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    • F28F3/027—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements with openings, e.g. louvered corrugated fins; Assemblies of corrugated strips
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    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for regulating the temperature of batteries of an electric or hybrid vehicle.
  • the invention also relates to a method for producing such a heat exchanger for a motor vehicle.
  • Electric vehicles only include an electric type motor.
  • Hybrid vehicles comprise, for their part, two engines, one of internal combustion type, the other of electric type, operated alternately or in combination.
  • the electrical energy of the electric or hybrid vehicles is provided by a battery or a battery module, in particular of the Lithium-Ion type.
  • the batteries operate for a given temperature range. Indeed, outside this given temperature range, the life of the batteries can be reduced and the efficiency of the batteries can be altered. The result is the need to cool or heat the batteries as needed.
  • a tube carrying a heat transfer fluid for example of substantially serpentine shape, coupled to thin metal plates interposed between each battery element.
  • a heat transfer fluid for example of substantially serpentine shape, coupled to thin metal plates interposed between each battery element.
  • Each battery cell is cooled or heated.
  • a cooling plate comprising a serpentine tube for the flow of heat transfer fluid screwed onto the plate.
  • the invention aims to provide heat exchangers overcoming the disadvantages of the prior art.
  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for thermally regulating a component of a motor vehicle, allowing a flow of at least one fluid.
  • the heat exchanger comprises at least one disturbance plate on which is arranged at least one partition wall.
  • the partition wall extends over a distance less than or equal to a width of the disturbance plate in the direction of flow of the fluid.
  • the perturbation plate has a plurality of disrupters raised on the perturbation plate and spaced apart, advantageously regularly spaced, so as to define at least one fluid circulation channel.
  • the partition wall is arranged in the fluid circulation channel extending parallel to a direction of flow of the fluid so as to define at least one fluid circulation circuit.
  • the plurality of disturbers is arranged on the disturbance plate in rows.
  • the partition wall is then arranged between two rows of disrupters.
  • the rows of disrupters respectively present disrupters, in particular slots, arranged in staggered rows.
  • the heat exchanger comprises a plurality of partition walls arranged on the disturbance plate.
  • the partition walls are arranged in a predetermined pitch.
  • the partition walls are alternately arranged head to tail extending over a distance less than or equal to a width of the perturbation plate in the direction of flow of the fluid.
  • the partition walls are disposed wholly or partly on the same side of the disturbance plate and / or wholly or partly alternately on two opposite sides of the disturbance plate.
  • at least one fluid inlet box and at least one outlet box of fluid are connected with the disturbance plate to allow fluid flow in the disturbance plate.
  • the fluid inlet box and the fluid outlet box are disposed on one side of the heat exchanger or the fluid inlet box is disposed on a first side of the heat exchanger and the outlet box of the fluid is disposed on a second side of the heat exchanger, opposite the first side.
  • the fluid inlet box includes at least one fluid inlet opening and / or the fluid outlet box includes at least one fluid ejection opening.
  • the fluid inlet opening and the fluid ejection opening are arranged on two sides, advantageously two opposite sides, of the heat exchanger.
  • the heat exchanger comprises two protection plates between which is disposed the disturbance plate.
  • the present invention also relates to a battery module comprising at least one heat exchanger as defined above.
  • the battery module comprises at least one battery, the heat exchanger being able to cool and / or heat the battery.
  • the heat exchanger is arranged to ensure a heat exchange with a lower surface of the battery.
  • a thermal interface is interposed between the heat exchanger and the battery.
  • a cover is fixed to the battery by enclosing the heat exchanger, between the cover and the battery.
  • the present invention also covers a method of producing a heat exchanger as described above, according to which there is a predefined number of partition walls on at least one disturbance plate, and there is at least one collector box of the fluid. for the flow of fluid in the disturbance plate. As a result, the heat exchanger is brazed.
  • the method may further comprise one or more of the following features, taken separately or in combination:
  • the partition walls are spaced at a predetermined pitch
  • said separating partitions are respectively interposed between two rows of disrupters
  • the separation partitions are arranged at a distance less than or equal to a width of the perturbation plate in the direction of flow of the fluid;
  • the partition walls are arranged on the same side of the disturbance plate
  • the partition walls are arranged alternately on two opposite sides of the disturbance plate
  • At least one protection plate is arranged against the disturbance plate
  • the fluid inlet box is arranged on a first side of the heat exchanger, and the fluid collection box is arranged on a second side of the heat exchanger, opposite to the first side.
  • FIG. 1 is a simplified schematic view of a battery module according to the present invention
  • FIG. 2 represents a perspective view of the inside of a heat exchanger of the battery module of FIG. 1;
  • FIG. 3a is a partial schematic perspective view of a portion of a perturbation plate of the heat exchanger of FIG. 2;
  • FIG. 3b is a partial schematic perspective view of a portion of a perturbation plate of the heat exchanger of FIG. 2, according to an alternative embodiment
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of the heat exchanger of FIG. 2 according to a first embodiment variant
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of the heat exchanger of FIG. 4;
  • FIG. 6 is a schematic sectional view of the heat exchanger according to a second variant embodiment
  • FIG. 7 is a schematic sectional view of the heat exchanger according to a third variant embodiment
  • FIG. 8 is a diagrammatic sectional view of the heat exchanger according to a fourth variant embodiment.
  • FIG. 1 shows a simplified schematic view of a battery module 1 according to the present invention.
  • a battery module 1 comprises one or more batteries 3, such as Lithium-Ion batteries.
  • the battery module 1 comprises a set of ten batteries 3. These include batteries 3 of electric or hybrid vehicle.
  • Each battery 3 conventionally has lugs 4, in particular a positive lug and a negative lug per battery 3.
  • the battery module 1 according to the present invention further comprises a heat exchanger 5 for regulating the temperature of the batteries 3.
  • the heat exchanger 5 makes it possible to cool or heat the batteries 3.
  • the heat exchanger 5 is arranged to ensure a heat exchange with a lower surface 3a of the batteries 3.
  • the term "bottom surface 3a" is understood to mean a surface opposite an upper surface 3b of the batteries 2 having the lugs 4.
  • the lower surface 3a is advantageously chosen for the heat exchange, because it offers a better heat exchange coefficient than the upper surface 3b.
  • the lower surface 3a has an available area larger than the available area between the pods 4.
  • the lower surface 3a provides greater safety because it is far from the pods 4.
  • the battery module 1 may also include a thermal interface 7 between the heat exchanger 5 and the batteries 3.
  • the thermal interface 7 may be constituted by a suitable film, a layer of grease or a pad.
  • the thermal interface 7 is chosen so as to ensure the heat transfer between the heat exchanger 5 and the lower surface 3a of the batteries 3. Moreover, advantageously, the thermal interface 7 makes it possible to compensate for the flatness defects of the surfaces of heat exchange between the heat exchanger 5 and the batteries 3. Finally, the thermal interface 7 can also provide electrical insulation between the heat exchanger 5 and the batteries 3.
  • the battery module 1 generally comprises a cover 9, disposed opposite the lugs 4 of the batteries 3. The cover 9 is fixed to the batteries 3 for example by clamping, as shown schematically in the arrows of Figure 1. The cover 9 also provides protection of the exchanger 5. Furthermore, advantageously, the cover 9 also ensures contact between the heat exchanger 5 and the batteries 3. Finally, it also contributes, advantageously, to the i thermal solation of the heat exchanger 5 with the external environment of the battery module 1.
  • FIG. 2 shows a detailed perspective view of the heat exchanger 5 of the battery module 1 of FIG. 1, the heat exchanger 5 is described in more detail.
  • the heat exchanger 5 is configured to ensure the heat exchange. with the battery module 1, for example, using at least one fluid, such as a coolant, including glycol water.
  • the heat exchanger 5 is able to exchange heat with the lower surface 3a of the battery module 1.
  • the heat exchanger 5 comprises at least one perturbation plate 13 of the fluid flow and two fluid collecting boxes 15 and 17, in particular an inlet box. fluid 15, and a fluid outlet box 17.
  • the heat exchanger 5 is assembled, for example, by brazing. However, it is also likely to be assembled by gluing or any other method of assembly to ensure the cohesion of various components of the heat exchanger 5.
  • the perturbation plate 13 may be thin, especially between 1 mm and 5 mm and preferably of the order of 2 mm.
  • the perturbation plate 13 has a generally rectangular general shape with a length 'L', in a direction perpendicular to a flow direction of the fluid 18 in the heat exchanger 5, and a width T in a direction parallel to the direction of flow 19 of the fluid in the heat exchanger 5.
  • FIGS. 3a and 3b are, respectively, partial schematic perspective views of a portion of the perturbation plate 13 of the exchanger 5 of Figure 2 according to two embodiments.
  • the disturbance plate 13 is shaped so as to define disturbers 19 to create turbulence in the flow of fluid passing through the disturbers. More precisely, the disrupters 19 are formed on the perturbation plate 13 and form reliefs on the perturbation plate 13. Moreover, the disrupters 19 are regularly spaced so as to define fluid circulation channels 20.
  • the disturbers thus form patterns on the plate. More precisely, the disturbers 19 are formed on the perturbation plate 13.
  • the patterns of the disturbers 19 are, for example, made by folding, stamping or forming the perturbation plate 13.
  • the disturbers 19 are arranged in rows 21.
  • the patterns of the disturbers 19 define, for example, a substantially crenellated form.
  • the nested patterns of the disturbers 19 are, in the example illustrated, at right angles.
  • the patterns of the disturbers 19 may also be U-shaped, L-shaped or V-shaped.
  • the perturbation plate 13 has substantially slot-shaped patterns both in the flow direction of the fluid 18 in the heat exchanger 5, that is to say parallel to the extension direction of the the width ⁇ ', that in the direction perpendicular to the flow direction of the fluid 18 in the heat exchanger 5, that is to say parallel to the direction of extension of the length' L ', of the plate of disturbance 13.
  • the row 21 of the disturbers 19 may have slot patterns arranged, preferably staggered.
  • the perturbation plate 13 comprises a plurality of partition walls 23, in particular partition partitions 23a and 23b of partition walls, which delimit one or more circuits of the fluid in the heat exchanger 5.
  • Partition walls 23 are, for example, in the form of separation rods or in the form of rod, for example of substantially cylindrical or polygonal section.
  • the partition or closure partitions 23a are disposed at the ends of the perturbation plate 13 to define an internal volume of circulation of the fluid. Alternatively or in addition The partitions partition or closure 23a may be disposed between the two ends of the perturbation plate 13 to define several independent internal volumes of fluid flow.
  • the circuit partitions 23b are arranged between two partition or closure partitions 23a in order to define a given configuration of the flow of the fluid in the internal circulation volume of the fluid delimited between two partitions or closing partitions 23a.
  • the partition walls 23 are parts made distinctly from the perturbation plate 13.
  • the partition walls 23 are removably arranged on the perturbation plate 13.
  • the arrangement of the partition walls 23 on the perturbation plate 13 can be modulated according to the needs. It is thus easy to modify the circuits of the fluid in the heat exchanger 5, by changing the positioning of the partition walls 23 on the perturbation plate 13.
  • the separating partitions 23 are joined to the perturbation plate 13, for example during brazing of the heat exchanger 5 or by any other method of joining, in particular by bonding.
  • the partition walls 23 extend in a direction parallel to the flow direction of the fluid 18. According to the example presented, the partition walls 23 therefore extend parallel to the width T of the perturbation plate 13.
  • the partition walls 23 are made of aluminum.
  • the perturbation plate 13 is shaped so that a space 26 is disposed between two rows 21 of disturbers 19.
  • the partition walls 23 are arranged in space 26 between two rows 21
  • the partition wall 23 may extend over the entire width T of the perturbation plate 13. It is then a partition partition or closure 23a.
  • a partition or closure partition 23a extending over the entire width T of the perturbation plate 13 forms a blockage of the fluid and thus defines one or more flow circuits. On the same disturbance plate 13, one can therefore provide several flow circuits, which means several independent heat exchange zones.
  • the partition wall 23 may also extend over a portion only the width T of the perturbation plate 13. It is then a 23b circuit partition.
  • At least one connecting partition 23b can extend, in the direction of the width T of the disturbance plate 13, over a predetermined distance 'd' smaller than the width T of the perturbation plate 13.
  • the 23b is in contact, at one of its ends, with the fluid inlet box 15 or the fluid outlet box 17.
  • the 23b circuit partition defines two circulation passes in the circuit of flow of the fluid.
  • two flow barriers 23b can be arranged upside down, each flow path 23b extending a predetermined distance smaller than the width T of the disturbance plate 13.
  • the two 23b circuit partitions head to tail can extend over the same distance d.
  • the circuit partitions 23b define a forced passage of the fluid according to the circulation passes. By arranging several alternating circuit partitions 23b, as shown in FIG. 2, it is possible to define a multi-pass circulation.
  • the fluid circuit according to several flow passes is schematically illustrated by the arrows in FIG. 2.
  • six partition walls are shown.
  • two partition or closure partitions 23a delimiting the fluid flow circuit
  • the four circuit partitions 23b delimiting the circulation passages and arranged between the two partition or partition wall partitions 23a
  • the number of partition walls separation 23 is to be adapted according to the performance requirements of the heat exchanger 5.
  • the partition walls 23 are arranged on one and the same side of the perturbation plate 13.
  • the partitions separation members 23 are arranged alternately on the two opposite sides of the plate.
  • a first partition 23 is for example disposed on a first side of the disturbance plate 13, the second partition 23 consecutive partition is arranged on the second side of the perturbation plate 13 opposite the first side, the third partition 23 is disposed on the first side of the plate.
  • Such an arrangement may be repeated several times in order to define the desired fluid flow circuit.
  • the partition walls 23 are advantageously regularly spaced, in a predetermined pitch, for example corresponding to the folding, stamping or forming step of the perturbation plate 13.
  • the partition walls 23 are arranged at distances corresponding to an integer multiple of the predetermined pitch.
  • the partition walls 23 are arranged at distances corresponding to one multiple integer of the half of the predetermined pitch.
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of the heat exchanger 5 of Figure 2.
  • the heat exchanger 5 may comprise two protection plates, an upper plate 25a and a lower plate 25b between which the perturbation plate 13 is arranged.
  • the perturbation plate 13 is thus sandwiched between the upper plate 25a and the lower plate 25b.
  • FIG. 4 shows an example of a heat exchanger 5 comprising several multi-pass circuits schematized with dotted lines.
  • the heat exchanger 5 comprises two circuits with three passes of different dimensions.
  • the upper plate 25a and the lower plate 25b have a substantially rectangular general shape with dimensions substantially equal to those of the perturbation plate 13.
  • the upper plate 25a and the lower plate 25b therefore have, for example, the same width T as the plate 13 and may also have the same length 'L', or substantially equal to the perturbation plate 13.
  • the heat exchanger 5 thus formed with the upper plate 25a, the lower plate 25b and the perturbation plate 13 has a generally parallelepipedal general shape, as can be seen more clearly in FIG. 4.
  • the heat exchanger 5 comprises the first fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17.
  • the perturbation plate 13 is connected to the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17.
  • the perturbation plate 13 opens, respectively, in the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17, to allow the flow of fluid through the disturbance plate 13.
  • the fluid for example brine
  • the fluid inlet box 15 has a fluid inlet opening 30 and the fluid outlet box 17 has an ejection opening fluid 31a, 31b.
  • the fluid inlet opening 30 of the fluid inlet box 15 and the fluid ejection opening of the fluid outlet box 31a 17 can be arranged on the same side, or The fluid inlet opening 30 of the fluid inlet box 15 and the fluid ejection opening of the fluid outlet box 31b 17 may be disposed on the opposite side.
  • the heat exchanger 5 may comprise a plurality of fluid inlet openings 30, for example two, and / or a plurality of fluid ejection apertures 31a, 31b, for example two.
  • the fluid inlet box 15 and fluid outlet box 17 are substantially identical.
  • the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 may be of different configurations.
  • the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 can be made in the form of ducts of substantially rectangular section.
  • the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 may be disposed on the same side of the heat exchanger 5 or each on one side of the heat exchanger 5.
  • fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 may be arranged on the same longitudinal edge of the heat exchanger 5 or each on two distinct longitudinal edges of the heat exchanger 5.
  • the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 are not necessarily at a longitudinal edge of the heat exchanger 5, but can be placed at a predetermined distance from the longitudinal edges of the fluid. heat exchanger 5.
  • the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 may for example be mounted symmetrically.
  • FIG. 5 presents a schematic sectional view of the heat exchanger 5 of FIG. 4, and in FIGS. 2 and 4, according to the variant embodiment illustrated, the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 are arranged on either side of the heat exchanger 5 in the width direction ⁇ ', and on the same side of the heat exchanger 5, for example on the bottom plate 25b of the heat exchanger 5.
  • the fluid inlet box 15 and the box fluid outlet 17 are, for example, disposed on the two opposite longitudinal edges of the heat exchanger 5, more precisely the bottom plate 25b. According to the variant of FIG.
  • the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 are respectively disposed on two opposite sides of the heat exchanger. the heat exchanger 5 and are arranged on the same longitudinal edge of the heat exchanger 5. This allows to have the fluid inlet opening 30 and the fluid ejection opening 31a / 31b on the same side.
  • the fluid inlet box 15 is disposed on a longitudinal edge of the lower plate 25b, while the fluid outlet box 17 is disposed on the longitudinal edge, opposite, of the upper plate 25a.
  • FIG. 7 which has a schematic sectional view of the heat exchanger 5 according to a third variant embodiment, the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 are not more disposed on the same longitudinal edge of the heat exchanger 5, but are arranged on two separate longitudinal edges.
  • the fluid inlet box 15 is disposed on a first side of the heat exchanger 5 and on a first longitudinal edge of the heat exchanger 5.
  • the input box 15 is disposed on a first longitudinal edge of the bottom plate 25b.
  • the fluid outlet box 17 is, for its part, disposed on a second side of the opposite plate and on a second longitudinal edge opposite the first longitudinal edge.
  • the fluid outlet box 17 is disposed on a second longitudinal edge of the top plate 25a, opposite the first longitudinal edge of the bottom plate 25b.
  • the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 may be further disposed away from the longitudinal edges, for example substantially in the middle of the width T of the perturbation plate 13.
  • FIG. 8 shows a schematic sectional view of the heat exchanger according to a fourth variant embodiment
  • the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 are both arranged one side of the heat exchanger 5, for example, on the lower plate 25b, and substantially in the middle of the width T.
  • the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 are respectively disposed on both Furthermore, the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 are substantially in the middle of the width T.
  • the fluid inlet box 15 is disposed on the lower plate 25b and substantially in the middle of the width T
  • the fluid outlet box 17 is disposed on the upper plate 25a and substantially in the middle of the width T.
  • the fluid inlet box 15 has the fluid inlet opening 30 for the fluid supply
  • the fluid outlet box 17 has the fluid ejection opening 31a, 31b for the fluid supply port. evacuation of the fluid out of the heat exchanger 5.
  • the inlet and the outlet of fluid are on two opposite sides, here in the direction of the length 'L' of the disturbance plate. 13, as illustrated by the double arrow and the dashed arrow in FIG.
  • the fluid inlet opening 30 and the fluid ejection opening 31b are diagonally opposite. This solution is advantageous because it does not require hydraulic balancing of flow rates in the various fluid flow circuits that are fed in parallel.
  • the fluid ejection opening 31a may be on the same side as the fluid inlet opening 30, as shown by the solid line arrow in FIG. 4. Such an arrangement is particularly practical and advantageous for facilitating the hydraulic connection of the battery module 1.
  • the present invention also relates to a method of producing such a heat exchanger 5.
  • a first step there is a predefined number of partition walls 23 on the perturbation plate 13 extending parallel to the flow direction of the fluid 18 so as to define at least one flow circuit of the fluid. fluid. .
  • the number of partition walls 23 is chosen according to the desired fluid flow circuit.
  • each partition wall 23 is arranged in a fluid circulation channel 20.
  • a fluid circulation channel 20 is, for example, delimited by two rows 21 of disrupters 19.
  • a separating wall 23 is inserted in a fluid circulation channel 20 between two rows 21 of disruptors 19.
  • the disrupters 19 have, for example, a generally noisy shape, arranged in staggered rows.
  • partition walls 23 on the same side of the perturbation plate 13, as shown in FIG. 3a, or alternatively on the two opposite sides of the perturbation plate 13, as shown. in Figure 3b.
  • partition walls 23 extending over the entire width T of the disturbance plate 13, corresponding to the flow direction of the fluid 18. This defines one or more flow circuits of the fluid. fluid.
  • partition walls 23 can be arranged over a distance of less than the width T of the perturbation plate 13, corresponding to the flow direction of the fluid 18.
  • One or more circulation passes are thus defined. fluid in the circuit.
  • At least one fluid collection box 15 and / or 17 is arranged, so that at least one edge of the disturbance plate 13 open into the fluid collection box 15 and / or 17, to allow the flow of the fluid on the perturbation plate 13.
  • a fluid inlet box 15 and a fluid outlet box 17 are arranged.
  • the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 are arranged on the same side of the heat exchanger 5 as shown in FIGS. 5 and 8.
  • the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 can be arranged on two opposite edges of the heat exchanger 5, while on the variant shown in FIG. 8 , the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 are arranged side by side, for example, substantially in the middle of the heat exchanger 5.
  • the fluid inlet box 15 can also be arranged on a first side of the heat exchanger 5, and the fluid outlet box 17 on a second side of the heat exchanger 5, opposite the first side.
  • the fluid outlet box 17 may be arranged such that the fluid ejection opening 31b is diagonally opposite to the fluid inlet opening 30 of the fluid inlet box.
  • the fluid inlet box 15 and the fluid outlet box 17 can also be arranged at the same level, for example, on the same border, according to the example shown in FIG. 6, or offset with respect to the borders , for example substantially in the middle, according to the example shown in FIG. 9.
  • the various components of the heat exchanger 5 are assembled, for example by brazing.
  • a heat exchanger 5 with such a disturbance plate 13 and modular partition walls 23 makes it possible to easily adapt the circulation of the fluid in one or more circuits and / or one or more circulation passes. This makes it possible to increase the heat exchange surface and to improve the performance of the heat exchanger 5.
  • the fluid inlet opening 30 and / or the fluid ejection opening 31a, 31b of the heat exchanger 5 can be arranged to overcome a hydraulic balancing.
  • the present invention finds a particularly advantageous application in the thermal regulation of batteries 3 equipping a motor vehicle.
  • the present invention is also applicable to the thermal regulation of any component of a motor vehicle requiring to be cooled and / or reheated.
  • partition walls 23 makes it possible to define various types of flow circuits having a single pass or muiti pass circulation.
  • the present invention makes it possible to easily design flows in T, in 'U', in 'S' or in W.

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur thermique (5), en particulier pour réguler thermiquement un composant d'un véhicule automobile, permettant un écoulement d'au moins un fluide, dans laquelle l'échangeur thermique (5) comporte au moins une plaque de perturbation (13) sur laquelle est agencée au moins une cloison de séparation (23). La présente invention porte également sur un procédé de réalisation d'un tel échangeur thermique (5).

Description

Echangeur thermique et procédé de réalisation d'un tel échangeur thermique.
L'invention concerne un échangeur thermique, notamment pour la régulation de température de batteries d'un véhicule électrique ou hybride. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un tel échangeur thermique pour véhicule automobile.
Les véhicules électriques comprennent uniquement une motorisation de type électrique. Les véhicules hybrides comprennent, quant à eux, deux motorisations, l'une de type à combustion interne, l'autre de type électrique, exploitées alternativement ou en combinaison.
L'énergie électrique des véhicules électrique ou hybride est fournie par une batterie ou un module de batteries, notamment de type Lithium-Ion.
Les batteries fonctionnent pour une plage de température donnée. En effet, en dehors de cette plage de température donnée, la durée de vie des batteries peut être réduite et l'efficacité des batteries peut être altérée. Il en ressort la nécessité de refroidir ou de réchauffer les batteries, selon les besoins.
Selon une solution connue, on peut prévoir un tube acheminant un fluide caloporteur, par exemple de forme sensiblement en serpentin, couplé à des plaques métalliques minces interposées entre chaque élément de batterie. On refroidit ou réchauffe ainsi chaque élément de batterie.
Selon une autre solution connue, on prévoit dans une partie inférieure du module de batteries, sous les éléments de batteries, des conduites parallèles, à l'intérieur desquelles circule un fluide caloporteur. Ces conduites parallèles sont réalisées, par exemple, par extrusion. Alternativement, la partie inférieure du module de batteries est réalisée sous la forme d'une boîte creuse à l'intérieur de laquelle sont agencées des tubes pour l'écoulement du fluide caloporteur réalisés d'une seule pièce avec la boîte creuse. Selon une autre solution encore, il est connu de disposer d'une plaque de refroidissement comportant un tube en serpentin pour l'écoulement du fluide caloporteur vissé sur la plaque.
Toutefois, de telles solutions requièrent un assemblage complexe. De plus, elles ne présentent pas de flexibilité dans le circuit du fluide caloporteur, de sorte que le circuit d'écoulement du fluide caloporteur ne peut pas être adapté de façon simple selon les besoins de performances thermiques afin d'augmenter ou d'adapter les performances thermiques et hydrauliques. En outre, les modules de batteries peuvent présenter des tailles différentes. Il est donc nécessaire d'adapter l'échangeur thermique à la taille du module de batteries à refroidir ou à refroidir.
L'invention a pour objectif de proposer des échangeurs thermiques palliant les inconvénients de l'art antérieur.
À cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique, en particulier pour réguler thermiquement un composant d'un véhicule automobile, permettant un écoulement d'au moins un fluide. De plus, l'échangeur thermique comporte au moins une plaque de perturbation sur laquelle est agencée au moins une cloison de séparation.
Avantageusement, la cloison de séparation s'étend sur une distance inférieure ou égale à une largeur de la plaque de perturbation selon la direction d'écoulement du fluide. De plus, préférentiellement, la plaque de perturbation présente une pluralité de perturbateurs en relief sur la plaque de perturbation et espacés, avantageusement espacés régulièrement, de manière à délimiter au moins un canal de circulation du fluide.
Par ailleurs, la cloison de séparation est agencée dans le canal de circulation du fluide en s'étendant parallèlement à une direction d'écoulement du fluide de façon à définir au moins un circuit de circulation du fluide.
De plus, la pluralité de perturbateurs est agencée sur la plaque de perturbation en rangées. La cloison de séparation est alors agencée entre deux rangées de perturbateurs. Avantageusement, les rangées de perturbateurs présentent respectivement des perturbateurs, en particulier en créneaux, agencés en quinconce.
Selon une variante, l'échangeur thermique comporte une pluralité de cloisons de séparation agencées sur la plaque de perturbation. En particulier, les cloisons de séparation sont disposées selon un pas prédéterminé.
Selon un mode particulier de réalisation, les cloisons de séparation sont agencées en alternance tête-bêche s'étendant sur une distance inférieure, ou égale, à une largeur de la plaque de perturbation selon la direction d'écoulement du fluide.
Spécifiquement, les cloisons de séparation sont disposées, en tout ou partie, sur un même côté de la plaque de perturbation et/ou, en tout ou partie, alternativement sur deux côtés opposés de la plaque de perturbation. De plus, au moins une boîte d'entrée de fluide et au moins une boîte de sortie de fluide sont connectées avec la plaque de perturbation pour permettre une circulation du fluide dans la plaque de perturbation.
La boîte d'entrée de fluide et la boîte de sortie de fluide sont disposées sur un même côté de l'échangeur thermique ou la boîte d'entrée de fluide est disposée sur un premier côté de l'échangeur thermique et la boîte de sortie de fluide est disposée sur un deuxième côté de l'échangeur thermique, opposé au premier côté. De plus, la boîte d'entrée de fluide comprend au moins une ouverture d'admission de fluide et/ou la boîte de sortie de fluide comprend au moins une ouverture d'éjection de fluide.
Avantageusement, l'ouverture d'admission de fluide et l'ouverture d'éjection de fluide sont disposées sur deux cotés, avantageusement deux cotés opposés, de l'échangeur thermique.
Enfin, l'échangeur thermique comporte deux plaques de protection entre lesquelles est disposée la plaque de perturbation.
La présente invention porte également sur un module de batteries comprenant au moins un échangeur thermique tel que défini précédemment. De plus, le module de batteries comprend au moins une batterie, l'échangeur thermique étant apte à refroidir et/ou réchauffer la batterie.
Par ailleurs, l'échangeur thermique est agencé pour assurer un échange thermique avec une surface inférieure de la batterie. A cet effet, plus particulièrement, une interface thermique est interposée entre l'échangeur thermique et la batterie. Enfin, selon une variante, un capot est fixé à la batterie en enserrant l'échangeur thermique, entre le capot et la batterie.
Enfin, la présente invention couvre aussi un procédé de réalisation d'un échangeur thermique tel que décrit précédemment, selon lequel on dispose un nombre prédéfini de cloisons de séparation sur au moins une plaque de perturbation, et on dispose au moins une boîte collectrice du fluide pour l'écoulement du fluide dans la plaque de perturbation. Par suite, on brase l'échangeur thermique.
Le procédé peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- on espace les cloisons de séparation selon un pas prédéterminé;
- on intercale respectivement lesdites cloisons de séparation entre deux rangées de perturbateurs;
- on agence les cloisons de séparation sur une distance inférieure ou égale à une largeur de la plaque de perturbation selon la direction d'écoulement du fluide;
- on agence tête-bêche au moins deux cloisons de séparation;
- on agence les cloisons de séparation sur un même côté de la plaque de perturbation;
- on agence les cloisons de séparation alternativement sur deux côtés opposés de la plaque de perturbation;
- on agence au moins une plaque de protection contre la plaque de perturbation;
- on agence une boîte d'entrée de fluide et une boîte collectrice de fluide sur un même côté de l'échangeur thermique; et/ou
- on agence la boîte d'entrée de fluide sur un premier côté de l'échangeur thermique, et on agence la boîte collectrice de fluide sur un deuxième côté de l'échangeur thermique, opposé au premier côté. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentés à titre d'exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l'exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique simplifiée d'un module de batteries selon la présente invention,
- la figure 2 représente une vue en perspective de l'intérieur d'un échangeur thermique du module de batteries de la figure 1 ,
- la figure 3a est une vue schématique partielle en perspective d'une portion d'une plaque de perturbation de l'échangeur thermique de la figure 2,
- la figure 3b est une vue schématique partielle en perspective d'une portion d'une plaque de perturbation de l'échangeur thermique de la figure 2, selon une variante de réalisation,
- la figure 4 est une vue schématique en perspective de l'échangeur thermique de la figure 2 selon une première variante de réalisation,
- la figure 5 est une vue en coupe schématique de l'échangeur thermique de la figure 4,
- la figure 6 est une vue en coupe schématique de l'échangeur thermique selon une deuxième variante de réalisation,
- la figure 7 est une vue en coupe schématique de l'échangeur thermique selon une troisième variante de réalisation,
- la figure 8 une vue en coupe schématique de l'échangeur thermique selon une quatrième variante de réalisation, et
- la figure 9 une vue en coupe schématique de l'échangeur thermique selon une cinquième variante de réalisation. Dans les figures 1 à 9, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références et disposent, sauf mentions contraires, des mêmes caractéristiques structurelles et dimensionnelles. On a représenté, sur la figure 1 , une vue schématique simplifiée d'un module de batteries 1 selon la présente invention. Un tel module de batteries 1 comporte une ou plusieurs batteries 3, telles que des batteries Lithium-Ion. Selon l'exemple de réalisation présenté à titre non limitatif, le module de batteries 1 comporte un ensemble de dix batteries 3. Il s'agit notamment de batteries 3 de véhicule électrique ou hybride. Chaque batterie 3 présente de manière classique des cosses 4, en particulier une cosse positive et une cosse négative par batterie 3.
Le module de batteries 1 selon la présente invention comporte en outre un échangeur thermique 5 pour réguler la température des batteries 3. Notamment, l'échangeur thermique 5 permet de refroidir ou réchauffer les batteries 3.
Tel que présenté sur la figure 1 , l'échangeur thermique 5 est agencé pour assurer un échange thermique avec une surface inférieure 3a des batteries 3. Selon l'exemple de réalisation décrit en relation avec la figure 1 , on entend par surface inférieure 3a, une surface opposée à une surface supérieure 3b des batteries 2 comportant les cosses 4. La surface inférieure 3a est choisie avantageusement pour l'échange thermique, car elle offre un meilleur coefficient d'échange thermique que la surface supérieure 3b. De plus, la surface inférieure 3a présente une superficie disponible plus grande que la superficie disponible entre les cosses 4. Enfin, la surface inférieure 3a offre une plus grande sécurité car elle est éloignée des cosses 4. Le module de batteries 1 peut encore comporter une interface thermique 7 entre l'échangeur thermique 5 et les batteries 3. Par exemple, l'interface thermique 7 peut être constitué par un film adapté, une couche de graisse ou un coussinet.
Une telle interface thermique 7 est choisie de manière à assurer le transfert thermique entre l'échangeur thermique 5 et la surface inférieure 3a des batteries 3. De plus, avantageusement, l'interface thermique 7 permet de compenser les défauts de planéité des surfaces d'échange thermique entre l'échangeur thermique 5 et les batteries 3. Enfin, l'interface thermique 7 peut également assurer une isolation électrique entre l'échangeur thermique 5 et les batteries 3. Enfin, le module de batteries 1 comporte généralement un capot 9, disposé à l'opposé des cosses 4 des batteries 3. Le capot 9 est fixé aux batteries 3 par exemple par serrage, comme l'illustrent de façon schématique les flèches de la figure 1. Le capot 9 assure également une protection de l'échangeur thermique 5. Par ailleurs, avantageusement, le capot 9 permet également d'assurer un contact entre l'échangeur thermique 5 et les batteries 3. Enfin, il contribue également, de façon avantageuse, à l'isolation thermique de l'échangeur thermique 5 avec l'environnement extérieur du module de batteries 1.
La figure 2 présente une vue en perspective de détail de l'échangeur thermique 5 du module de batteries 1 de la figure 1 , on décrit plus en détail l'échangeur thermique 5. L'échangeur thermique 5 est configuré pour assurer l'échange thermique, avec le module de batteries 1 , par exemple, à l'aide d'au moins un fluide, tel qu'un fluide caloporteur, notamment de l'eau glycolée.
Comme précisé précédemment, selon le mode de réalisation illustré, l'échangeur thermique 5 est apte à échanger de la chaleur avec la surface inférieure 3a du module de batteries 1. Bien entendu, on peut prévoir d'autres applications pour un tel échangeur thermique 5 que la régulation de température des batteries 3. Selon la présente invention, l'échangeur thermique 5 comporte au moins une plaque de perturbation 13 de l'écoulement du fluide et deux boîtes collectrices de fluide 15 et 17, en particulier une boîte d'entrée de fluide 15, et une boîte de sortie de fluide 17. Avantageusement, l'échangeur thermique 5 est assemblé, par exemple, par brasage. Toutefois, il est également susceptible d'être également assemblé par collage ou toute autre méthode d'assemblage permettant d'assurer la cohésion de divers composants de l'échangeur thermique 5. La plaque de perturbation 13 peut être de faible épaisseur, notamment comprise entre 1 mm et 5 mm et préférentiellement de l'ordre de 2mm.
La plaque de perturbation 13 présente une forme générale sensiblement rectangulaire avec une longueur 'L', selon une direction perpendiculaire à une direction d'écoulement du fluide 18 dans l'échangeur thermique 5, et une largeur T selon une direction parallèle à la direction d'écoulement 19 du fluide dans l'échangeur thermique 5.
Les figures 3a et 3b sont, respectivement, des vues schématiques partielles en perspective d'une portion de la plaque de perturbation 13 de l'échangeur thermique 5 de la figure 2 selon deux variantes de réalisation. Sur les figures 3a et 3b, on n'a représenté qu'une portion de plaque de perturbation 13 pour faciliter la compréhension. La plaque de perturbation 13 est conformée de sorte à définir des perturbateurs 19 permettant de créer des turbulences dans l'écoulement du fluide passant à travers les perturbateurs. Plus précisément, les perturbateurs 19 sont formés sur la plaque de perturbation 13 et forment des reliefs sur la plaque de perturbation 13. De plus, les perturbateurs 19 sont régulièrement espacés de manière à délimiter des canaux de circulation du fluide 20.
Les perturbateurs forment donc des motifs sur la plaque Plus précisément, les perturbateurs 19 sont formés sur la plaque de perturbation 13. Les motifs des perturbateurs 19 sont, par exemple, réalisés par pliage, par emboutissage ou par formage de la plaque de perturbation 13.
Avantageusement, selon l'exemple de réalisation présenté, les perturbateurs 19 sont agencés en rangées 21. Les motifs des perturbateurs 19 définissent, par exemple, une forme sensiblement en créneaux. Les motifs en créneaux des perturbateurs 19 se font, dans l'exemple illustré, à angles droits. Toutefois, les motifs des perturbateurs 19 peuvent également être en forme de 'U', de 'L' ou de 'V. Dans l'exemple de réalisation, la plaque de perturbation 13 présente des motifs sensiblement en créneaux tant dans la direction d'écoulement du fluide 18 dans l'échangeur thermique 5, c'est-à-dire parallèle à la direction d'extension de la largeur Ί', que dans la direction perpendiculaire à la direction d'écoulement du fluide 18 dans l'échangeur thermique 5, c'est-à-dire parallèle à la direction d'extension de la longueur 'L', de la plaque de perturbation 13. La rangée 21 des perturbateurs 19 peut présenter des motifs en créneaux agencés, préférentiellement, en quinconce. En outre, la plaque de perturbation 13 comporte plusieurs cloisons de séparation 23, notamment des cloisons de partition ou de fermeture 23a et des cloisons de circuitage 23b, qui délimitent un ou plusieurs circuits du fluide dans l'échangeur thermique 5. Les cloisons de séparation 23 sont, par exemple réalisées, sous la forme de tiges de séparation ou sous la forme de baguette, par exemple de section sensiblement cylindrique ou polygonale.
Les cloisons de partition ou de fermeture 23a sont disposées aux extrémités de la plaque de perturbation 13 afin de définir un volume intérieur de circulation du fluide. Alternativement ou en complément Les cloisons de partition ou de fermeture 23a peuvent être disposées entre les deux extrémités de la plaque de perturbation 13 afin de définir plusieurs volumes intérieurs indépendants d'écoulement du fluide.
Les cloisons de circuitage 23b sont disposées entre deux cloisons de partition ou de fermeture 23a afin de définir une configuration donnée de l'écoulement du fluide dans le volume intérieur de circulation du fluide délimité entre deux cloisons de partition ou de fermeture 23a.
Les cloisons de séparation 23 sont des pièces réalisées distinctement de la plaque de perturbation 13. Les cloisons de séparation 23 sont agencées de façon amovible sur la plaque de perturbation 13. Ainsi, l'agencement des cloisons de séparation 23 sur la plaque de perturbation 13 est donc modulable selon les besoins. II est ainsi aisé de modifier les circuits du fluide dans l'échangeur thermique 5, en changeant le positionnement des cloisons de séparation 23 sur la plaque de perturbation 13.
Par suite, il est procédé à la solidarisation des cloisons de séparation 23 avec la plaque de perturbation 13, par exemple lors du brasage de l'échangeur thermique 5 ou par toute autre méthode de solidarisation, notamment par collage.
Les cloisons de séparation 23 s'étendent selon une direction parallèle à la direction d'écoulement du fluide 18. Selon l'exemple présenté, les cloisons de séparation 23 s'étendent donc parallèlement à la largeur T de la plaque de perturbation 13.
Avantageusement, les cloisons de séparation 23 sont réalisées en aluminium.
Préférentiellement, la plaque de perturbation 13 est conformée de sorte qu'un espace 26 est disposé entre deux rangées 21 de perturbateurs 19. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 2 et les figures 3a et 3b, les cloisons de séparation 23 sont agencées dans l'espace 26 entre deux rangées 21
La cloison de séparation 23 peut s'étendre sur toute la largeur T de la plaque de perturbation 13. Il s'agit alors d'une cloison de partition ou de fermeture 23a.
Une cloison de partition ou de fermeture 23a s'étendant sur toute la largeur T de la plaque de perturbation 13 forme un blocage du fluide et délimite ainsi un ou plusieurs circuits d'écoulement. Sur une même plaque de perturbation 13, on peut donc prévoir plusieurs circuits d'écoulement, ce qui signifie plusieurs zones d'échange thermique indépendantes. La cloison de séparation 23 peut également s'étendre sur une partie uniquement de la largeur T de la plaque de perturbation 13. Il s'agit alors d'une cloison de circuitage 23b.
Ainsi, au moins une cloison de circuitage 23b peut s'étendre, dans le sens de la largeur T de la plaque de perturbation 13, sur une distance 'd' prédéterminée inférieure à la largeur T de la plaque de perturbation 13. Préférentiellement, la cloison de circuitage 23b est en contact, à une de ses extrémités, avec la boîte d'entrée de fluide 15 ou la boîte de sortie de fluide 17. Ainsi agencée, la cloison de circuitage 23b définit deux passes de circulation dans le circuit d'écoulement du fluide.
Afin de définir plusieurs passes de circulation, on peut disposer deux cloisons de circuitage 23b tête-bêche, chaque cloison de circuitage 23b s'étendant sur une distance prédéterminée inférieure à la largeur T de la plaque de perturbation 13. A titre d'exemple non limitatif, les deux cloisons de circuitage 23b tête-bêche peuvent s'étendre sur une même distance d.
Les cloisons de circuitage 23b tête-bêche s'étendent deux à deux en sens inverse en partant respectivement en alternance de la boîte d'entrée de fluide 15 et de la boîte de sortie de fluide 17 disposées de part et d'autre de la plaque de perturbation 13.
Les cloisons de circuitage 23b définissent un passage forcé du fluide selon les passes de circulation. En disposant plusieurs cloisons de circuitage 23b en alternance, telles que présentées sur la figure 2, il est possible de définir une circulation multi passe.
Le circuit du fluide selon plusieurs passes de circulation est illustré de façon schématique par les flèches sur la figure 2. Selon l'exemple illustré sur la figure 2, six cloisons de séparation sont représentées. Notamment, il a été disposé, deux cloisons de partition ou de fermeture 23a délimitant le circuit d'écoulement du fluide, et les quatre cloisons de circuitage 23b délimitant les passes de circulation et disposées entre les deux cloisons cloisons de partition ou de fermeture 23a, Bien sûr le nombre de cloisons de séparation 23 est à adapter selon les besoins de performances de l'échangeur thermique 5.
Selon un premier mode de réalisation tel que présenté sur la figure 3a, les cloisons de séparation 23 sont disposées sur un même côté de la plaque de perturbation 13. Alternativement, selon un deuxième mode de réalisation tel que présenté sur la figure 3b, les cloisons de séparation 23 sont disposées alternativement sur les deux côtés opposés de la plaque.
A titre d'exemple, selon le deuxième mode de réalisation tel que présenté sur la figure 3b, une première cloison de séparation 23 est par exemple disposée sur un premier côté de la plaque de perturbation 13, la seconde cloison de séparation 23 consécutive est disposée sur le deuxième côté de la plaque de perturbation 13 opposé au premier côté, la troisième cloison de séparation 23 est disposée sur le premier côté de la plaque. Une telle disposition peut être répétée plusieurs fois afin de définir le circuit d'écoulement du fluide désiré.
En outre, les cloisons de séparation 23 sont avantageusement régulièrement espacées, selon un pas prédéterminé, par exemple correspondant au pas de pliage, d'emboutissage ou de formage de la plaque de perturbation 13. Ainsi, selon le premier mode de réalisation tel que présenté sur la figure 3a, les cloisons de séparation 23 sont disposées à des distances correspondant à un multiple entier du pas prédéterminé.
Selon le deuxième mode de réalisation tel que présenté sur la figure 3b, , les cloisons de séparation 23 sont disposées à des distances correspondant à un multiple entier de la moitié du pas prédéterminé.
On se reporte dorénavant à la figure 4 qui présente une vue schématique en perspective de l'échangeur thermique 5 de la figure 2.
En complément, l'échangeur thermique 5 peut comporter deux plaques de protection, une plaque supérieure 25a et une plaque inférieure 25b entre lesquelles est disposée la plaque de perturbation 13. La plaque de perturbation 13 est donc prise en sandwich entre la plaque supérieure 25a et la plaque inférieure 25b.
Plus particulièrement, la figure 4 présente un exemple d'échangeur thermique 5 comportant plusieurs circuits multi passes schématisées à l'aide des pointillés. Selon l'exemple de la figure 4, l'échangeur thermique 5 comporte deux circuits à trois passes de dimensions différentes.
La plaque supérieure 25a et la plaque inférieure 25b présentent une forme générale sensiblement rectangulaire de dimensions sensiblement égales à celles de la plaque de perturbation 13. La plaque supérieure 25a et la plaque inférieure 25b présentent donc, par exemple, une même largeur T que la plaque de perturbation 13 et peuvent également présenter une même longueur 'L', ou sensiblement égale, que la plaque de perturbation 13.
L'échangeur thermique 5 ainsi formé avec la plaque supérieure 25a, la plaque inférieure 25b et la plaque de perturbation 13, présente une forme générale sensiblement parallélépipédique, comme cela est mieux visible sur la figure 4.
Par ailleurs, comme évoqué précédemment, l'échangeur thermique 5 comporte, la première boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17. Afin de permettre, respectivement, une admission du fluide dans la plaque de perturbation 13 et une sortie du fluide hors de la plaque de perturbation 13, la plaque de perturbation 13 est connectée à la boîte d'entrée de fluide 15 et à la boîte de sortie de fluide 17. Préférentiellement, la plaque de perturbation 13 débouche, respectivement, dans la boîte d'entrée de fluide 15 et à la boîte de sortie de fluide 17, afin de permettre l'écoulement du fluide à travers la plaque de perturbation 13.
En effet, le fluide, par exemple l'eau glycolée, entre par la boîte d'entrée de fluide 15, circule entre les perturbateurs 19 selon une ou plusieurs circuits et/ou une ou plusieurs passes de circulation définies par les cloisons de séparation 23, afin d'échanger de la chaleur avec, par exemple, la surface inférieure du module de batteries 1 à refroidir ou à réchauffer. Par suite, le fluide sort par la boîte de sortie de fluide 17. A cet effet, la boîte d'entrée de fluide 15 comporte une ouverture d'admission de fluide 30 et la boîte de sortie de fluide 17 comporte une ouverture d'éjection de fluide 31a, 31b.
Selon les configurations recherchées, l'ouverture d'admission de fluide 30 de la boîte d'entrée de fluide 15 et l'ouverture d'éjection de fluide de la boîte 31a de sortie de fluide 17 peuvent être disposé du même coté, ou l'ouverture d'admission de fluide 30 de la boîte d'entrée de fluide 15 et l'ouverture d'éjection de fluide de la boîte 31b de sortie de fluide 17 peuvent être disposé du coté opposé.
Alternativement encore, l'échangeur thermique 5 peut comporter plusieurs ouvertures d'admission de fluide 30, par exemple deux, et/ou plusieurs ouverture d'éjection de fluide 31a, 31b, par exemple deux. Selon divers modes de réalisation présenté sur la figure 2 et les figures 4 à 9, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 sont sensiblement identiques. Bien évidemment, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 peuvent être de configurations différentes. De façon particulièrement avantageuse, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 peuvent être réalisées sous la forme de conduits de section sensiblement rectangulaire.
Par ailleurs, plusieurs variantes d'agencement de la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17, par rapport à la plaque de perturbation 13, sont envisageables.
La boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 peuvent être disposées sur un même côté de l'échangeur thermique 5 ou chacune sur un côté de l'échangeur thermique 5.
De même, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 peuvent être disposées sur une même bordure longitudinale de l'échangeur thermique 5 ou chacune sur deux bordures longitudinales distinctes de l'échangeur thermique 5.
Bien entendu, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 ne sont pas forcément au niveau d'une bordure longitudinale de l'échangeur thermique 5 mais peuvent être placées à une distance prédéfinie des bordures longitudinales distinctes de l'échangeur thermique 5.
Enfin, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 peuvent par exemple être montées de manière symétrique. Ainsi, en se reportant à la figure 5, qui présente une vue en coupe schématique de l'échangeur thermique 5 de la figure 4, et aux figures 2 et 4, selon la variante de réalisation illustrée, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 sont agencées de part et d'autre l'échangeur thermique 5 dans le sens de la largeur Ί', et sur un même côté de l'échangeur thermique 5, par exemple sur la plaque inférieure 25b de l'échangeur thermique 5. La boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 sont, par exemple, disposées sur les deux bordures longitudinales opposées de l'échangeur thermique 5, plus précisément de la plaque inférieure 25b. Selon la variante de la figure 6 qui présente une vue en coupe schématique de l'échangeur thermique selon une deuxième variante de réalisation, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 sont respectivement disposées sur deux côté opposés de l'échangeur thermique 5 et sont agencées sur une même bordure longitudinale de l'échangeur thermique 5. Ceci permet d'avoir l'ouverture d'admission de fluide 30 et l'ouverture d'éjection de fluide 31a / 31 b sur un même coté. Par exemple, la boîte d'entrée de fluide 15 est disposée sur une bordure longitudinale de la plaque inférieure 25b, tandis que la boîte de sortie de fluide 17 est disposée sur la bordure longitudinale, en vis- à-vis, de la plaque supérieure 25a.
A l'inverse, selon la variante de la figure 7 qui présente une vue en coupe schématique de l'échangeur thermique 5 selon une troisième variante de réalisation, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 ne sont plus disposées sur une même bordure longitudinale de l'échangeur thermique 5, mais sont disposées sur deux bordures longitudinales distinctes.
Ainsi, selon la variante de la figure 7, la boîte d'entrée de fluide 15 est disposée sur un premier côté de l'échangeur thermique 5 et sur une première bordure longitudinale de l'échangeur thermique 5. Par exemple la boîte d'entrée 15 est disposée sur une première bordure longitudinale de la plaque inférieure 25b. La boîte de sortie de fluide 17 est, quant à elle, disposée sur un deuxième côté de la plaque opposé et sur une deuxième bordure longitudinale opposée à la première bordure longitudinale. Par exemple, la boîte de sortie de fluide 17 est disposée sur une deuxième bordure longitudinale de la plaque supérieure 25a, opposée à la première bordure longitudinale de la plaque inférieure 25b.
La boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 peuvent encore être disposées à distance des bordures longitudinales, par exemple sensiblement au milieu de la largeur T de la plaque de perturbation 13.
Ainsi, selon la variante représentée par la figure 8 qui présente vue en coupe schématique de l'échangeur thermique selon une quatrième variante de réalisation, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 sont toutes les deux agencées d'un même côté de l'échangeur thermique 5, par exemple, sur la plaque inférieure 25b, et sensiblement au milieu de la largeur T.
Au contraire, selon la variante de la figure 9 qui présente vue en coupe schématique de l'échangeur thermique selon une cinquième variante de réalisation, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 sont respectivement disposées sur les deux côtés de l'échangeur thermique 5. De plus, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 se situent sensiblement au milieu de la largeur T. À titre d'exemple, la boîte d'entrée de fluide 15 est disposée sur la plaque inférieure 25b et sensiblement au milieu de la largeur T, tandis que la boîte de sortie de fluide 17 est disposée sur la plaque supérieure 25a et sensiblement au milieu de la largeur T.
En outre, la boîte d'entrée de fluide 15 présente l'ouverture d'admission de fluide 30 pour l'alimentation en fluide, et la boîte de sortie de fluide 17 présente l'ouverture d'éjection de fluide 31a, 31b pour l'évacuation du fluide hors de l'échangeur thermique 5.
Tel que précédemment détaillé, en particulier en relation avec la figure 4, il est possible de prévoir que l'entrée et la sortie de fluide se fassent sur deux côtés opposés, ici dans le sens de la longueur 'L' de la plaque de perturbation 13, comme l'illustrent la flèche double et la flèche en pointillés sur la figure 4,. L'ouverture d'admission de fluide 30 et l'ouverture d'éjection de fluide 31b sont donc diagonalement opposés. Cette solution est avantageuse car ne requiert pas d'équilibrage hydraulique des débits dans les différents circuits d'écoulement du fluide qui sont alimentés en parallèle.
En alternative, l'ouverture d'éjection de fluide 31a peut se faire du même côté que l'ouverture d'admission de fluide 30, comme l'illustre la flèche en trait continu sur la figure 4. Un tel agencement est particulièrement pratique et avantageux pour faciliter la connexion hydraulique du module de batteries 1.
La présente invention porte également sur un procédé de réalisation d'un tel échangeur thermique 5.
Selon ce procédé, dans une première étape, on dispose un nombre prédéfini de cloisons de séparation 23 sur la plaque de perturbation 13 s'étendant parallèlement à la direction d'écoulement du fluide 18 de façon à définir au moins un circuit d'écoulement du fluide. . Le nombre de cloisons de séparation 23 est choisi en fonction du circuit d'écoulement du fluide souhaité.
Plus précisément, on agence chaque cloison de séparation 23 dans un canal de circulation du fluide 20. Un tel canal de circulation du fluide 20 est, par exemple, délimité par deux rangées 21 de perturbateurs 19. Dans ce cas, on intercale une cloison de séparation 23 dans un canal de circulation du fluide 20 entre deux rangées 21 de perturbateurs 19. Les perturbateurs 19 présentent, par exemple, une forme générale sensiblement en créneaux, agencés en quinconce.
En outre, on peut prévoir d'agencer les cloisons de séparation 23 sur un même côté de la plaque de perturbation 13, telles que présentées sur la figure 3a, ou alternativement sur les deux côtés opposés de la plaque de perturbation 13, telles que présentées sur la figure 3b.
Il est par ailleurs possible d'agencer des cloisons de séparation 23 s'étendant sur toute la largeur T de la plaque de perturbation 13, correspondant à la direction d'écoulement du fluide 18. On définit ainsi un ou plusieurs circuits d'écoulement du fluide.
Il est également possible d'agencer des cloisons de séparation 23 sur une distance 'd' inférieure à la largeur T de la plaque de perturbation 13, correspondant à la direction d'écoulement du fluide 18. On définit ainsi une ou plusieurs passes de circulation du fluide dans le circuit. À cet effet, on agence, avantageusement, de telles cloisons de séparation 23, tête-bêche deux à deux.
De plus, Il est possible d'espacer les cloisons de séparation 23 selon un pas prédéterminé. Par suite, il est possible de disposer, de part et d'autre, de la plaque de perturbation 13, deux plaques de protection 25a et 25b, par exemple sensiblement de mêmes dimensions que la plaque de perturbation 13.
Lors d'une étape suivante, on agence au moins une boîte collectrice de fluide 15 et/ou 17, de sorte qu'au moins une bordure de la plaque de perturbation 13 débouchent dans la boîte collectrice de fluide 15 et/ou 17, pour permettre l'écoulement du fluide sur la plaque de perturbation 13.
À titre d'exemple, on agence une boîte d'entrée de fluide 15 et une boîte de sortie de fluide 17.
On agence, par exemple, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 sur un même côté de l'échangeur thermique 5, telles que présentées sur les figures 5 et 8.
Alternativement, telles que présentées sur la figure 5, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 peuvent être disposées sur deux bords opposés de l'échangeur thermique 5, tandis que sur la variante présentée sur la figure 8, la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 sont agencées côte à côte, par exemple, sensiblement au milieu de l'échangeur thermique 5.
On peut aussi agencer la boîte d'entrée de fluide 15 sur un premier côté de l'échangeur thermique 5, et la boîte de sortie de fluide 17 sur un deuxième côté de l'échangeur thermique 5, opposé au premier côté.
En référence à la figure 7, la boîte de sortie de fluide 17 peut être agencée de sorte que l'ouverture d'éjection de fluide 31b soit diagonalement opposé à l'ouverture d'admission de fluide 30 de la boîte d'entrée de fluide 15. la boîte d'entrée de fluide 15 et la boîte de sortie de fluide 17 peuvent être aussi agencées au même niveau, par exemple, sur une même bordure, selon l'exemple présenté sur la figure 6, ou décalées par rapport aux bordures , par exemple sensiblement au milieu, selon l'exemple présenté sur la figure 9. Enfin, lors d'une dernière étape, on procédé à un assemblage des divers composant de l'échangeur thermique 5, par exemple par brasage.
On comprend donc qu'un échangeur thermique 5 avec une telle plaque de perturbation 13 et des cloisons de séparation 23 modulables, permet d'adapter de façon simple la circulation du fluide en un ou plusieurs circuits et/ou une ou plusieurs passes de circulation. Ceci permet d'augmenter la surface d'échange thermique et d'améliorer les performances de l'échangeur thermique 5. En outre, l'ouverture d'admission de fluide 30 et/ou l'ouverture d'éjection de fluide 31a, 31b de l'échangeur thermique 5 peuvent être agencés de façon à s'affranchir d'un équilibrage hydraulique.
La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la régulation thermique de batteries 3 équipant un véhicule automobile.
En particulier, elle est avantageusement dédiée pour réguler la température d'au moins une batterie 3 de véhicule électrique ou hybride. Toutefois, la présente invention est également applicable à la régulation thermique de tout composant d'un véhicule automobile nécessitant d'être refroidi et/ou réchauffé.
De plus, la présence de cloisons de séparations 23 permet de définir divers types de circuits d'écoulement disposant d'une circulation mono passe ou muiti passe. En particulier, la présente invention permet de facilement concevoir des écoulements en T, en 'U', en 'S' ou en W.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.

Claims

Revendications
1. Echangeur thermique (5), en particulier pour réguler thermiquement un composant d'un véhicule automobile, permettant un écoulement d'au moins un fluide,
caractérisé en ce que l'échangeur thermique (5) comporte au moins une plaque de perturbation (13) sur laquelle est agencée au moins une cloison de séparation (23).
2. Echangeur thermique (5) selon la revendication 1 , dans lequel la cloison de séparation (23) s'étend sur une distance ('d') inférieure ou égale à une largeur (T) de la plaque de perturbation (13) selon la direction d'écoulement du fluide (18).
3. Echangeur thermique (5) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la plaque de perturbation (13) présente une pluralité de perturbateurs (19) en relief sur la plaque de perturbation (13) et espacés de manière à délimiter au moins un canal de circulation du fluide (20).
4. Echangeur thermique (5) selon la revendication 3, dans lequel la cloison de séparation (23) est agencée dans le canal de circulation du fluide (20) en s'étendant parallèlement à une direction d'écoulement (18) du fluide de façon à définir au moins un circuit de circulation du fluide.
5. Echangeur thermique (5) selon les revendications 3 ou 4, dans lequel la pluralité de perturbateurs (19) est agencée sur la plaque de perturbation (13) en rangées (21).
6. Echangeur thermique (5) selon la revendication 5, dans lequel la cloison de séparation (23) est agencée entre deux rangées (21) de perturbateurs (19).
7. Echangeur thermique (5) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel les rangées (21) de perturbateurs (19) présentent respectivement des perturbateurs (19) agencés en quinconce.
8. Echangeur thermique (5) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'échangeur thermique (5) comporte une pluralité de cloisons de séparation (23) agencées sur la plaque de perturbation (13).
9. Echangeur thermique (5) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les cloisons de séparation (23) sont disposées selon un pas prédéterminé.
10. Echangeur thermique (5) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel les cloisons de séparation (23) sont agencées en alternance tête-bêche s'étendant sur une distance ('d') inférieure à une largeur (T) de la plaque de perturbation (13) selon la direction d'écoulement du fluide (18).
11. Echangeur thermique (5) selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel les cloisons de séparation (23) sont disposées sur un même côté de la plaque de perturbation (13).
12. Echangeur thermique (5) selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel les cloisons de séparation (23) sont disposées alternativement sur deux côtés opposés de la plaque de perturbation (13).
13. Echangeur thermique (5) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une boîte d'entrée de fluide (15) et au moins une boîte de sortie de fluide (17) sont connectées avec la plaque de perturbation (13) pour permettre une circulation du fluide dans la plaque de perturbation (13).
14. Echangeur thermique (5) selon la revendication 13, dans lequel la boîte d'entrée de fluide (15) et la boîte de sortie de fluide (17) sont disposées sur un même côté de l'échangeur thermique (5).
15. Echangeur thermique (5) selon la revendication 13 ou 14, dans lequel la boîte d'entrée de fluide (15) est disposée sur un premier côté de l'échangeur thermique (5) et la boîte de sortie de fluide (17) est disposée sur un deuxième côté de l'échangeur thermique (5), opposé au premier côté.
16. Echangeur thermique (5) selon l'une des revendications 13 à 15, dans lequel la boîte d'entrée de fluide (15) comprend au moins une ouverture d'admission de fluide (30) et/ou la boîte de sortie de fluide (17) comprend au moins une ouverture d'éjection de fluide (31a, 31 b).
17. Echangeur thermique (5) selon l'une des revendications 13 à 15, dans lequel l'ouverture d'admission de fluide (30) et l'ouverture d'éjection de fluide (31a, 31b) sont disposées sur deux cotés de l'échangeur thermique (5).
18. Echangeur thermique (5) selon l'une des revendications 13 à 17, dans lequel l'échangeur thermique (5) comporte deux plaques de protection (25a, 25b) entre lesquelles est disposée la plaque de perturbation ( 3).
19. Module de batteries (1) comprenant au moins un échangeur thermique (5) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en qu'il comprend au moins une batterie (3), l'échangeur thermique (5) étant apte à refroidir et/ou réchauffer la batterie (3).
20.. Module de batteries (1) selon la revendication 19, dans lequel l'échangeur thermique (5) est agencé pour assurer un échange thermique avec une surface inférieure (3a) de la batterie (3).
21 . Module de batteries (1) selon la revendication 19 ou 20, dans lequel une interface thermique (7) est interposée entre l'échangeur thermique (5) et la batterie (3).
22. Module de batteries (1) selon l'une des revendications 19 à 21 , dans lequel un capot (9) est fixé à la batterie (3) en enserrant l'échangeur thermique (5).
23. Procédé de réalisation d'un échangeur thermique (5) selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que :
- on dispose un nombre prédéfini de cloisons de séparation (23) sur au moins une plaque de perturbation (13), et
- on dispose au moins une boîte collectrice du fluide (15, 17) pour l'écoulement du fluide dans la plaque de perturbation (13).
24. Procédé selon la revendication 23, dans lequel on brase l'échangeur thermique (5).
25. Procédé selon la revendication 23 ou 24, dans lequel on agence au moins une cloison de séparation (23) sur une distance ('d') inférieure ou égale à une largeur (T) de la plaque de perturbation (13) selon la direction d'écoulement du fluide (18).
26. Procédé selon la revendication 25, dans lequel on agence tête-bêche au moins deux cloisons de séparation (23).
27. Procédé selon l'une des revendications 23 à 26, dans lequel on agence les cloisons de séparation (23) sur un même côté et/ou sur deux cotés de la plaque de perturbation (13).
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