WO2016146851A1 - Batterie thermique, notamment pour véhicule automobile, et utilisation correspondante - Google Patents

Batterie thermique, notamment pour véhicule automobile, et utilisation correspondante Download PDF

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WO2016146851A1
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thermal
heat exchange
thermal battery
heat
phase change
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Kamel Azzouz
Julien Tissot
Patrick Boisselle
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Valeo Systemes Thermiques
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    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal batteries, especially for a motor vehicle, and more specifically to thermal batteries comprising a thermal storage material, such as a phase change material.
  • the invention also relates to the use of such a thermal battery in particular in thermal management loops for a motor vehicle.
  • These include latent heat batteries for storing and returning heat through a phase change material.
  • Thermal batteries are generally used for heating the passenger compartment, especially in electric and hybrid vehicles or for preheating a heat transfer fluid in a thermal management loop.
  • Thermal batteries can also be used for preheating engine oil or automatic gearbox oil of internal combustion engine vehicles.
  • thermal storage is performed when charging the electric battery.
  • the thermal energy thus stored is available when the passenger compartment requires the start of heating, the thermal battery will heat the heat transfer fluid before passing through a heat exchanger for heating the cabin. The energy provided by the thermal battery is thus saved on the electric battery.
  • the thermal storage is also done during the charging of the electric battery, and further when the engine goes into thermal mode.
  • thermal battery For vehicles with internal combustion engines, the energy stored in the thermal battery is charged during a previous run when the engine was warm. This stored energy is then used when starting the vehicle to reduce friction when the engine is cold and the oil is viscous. Indeed, these rubs lead to overconsumption of fuel during the first minutes of use of the vehicle. Thus a thermal battery can then be placed on the transmission fluid, coolant or engine oil circuits.
  • Such a thermal battery generally comprises, according to a so-called tube and fin technology, a plurality of heat exchange tubes for the circulation of heat transfer fluid, and the phase change material is in contact with the heat exchange tubes.
  • the thermal battery forms an enclosure inside which a phase-change material is placed, in particular in encapsulated form, and the coolant circulates in contact with these capsules.
  • the performance of the thermal battery is thus dependent on the phase-change material that it can contain coupled with the temperature conditions of the coolant according to the application in the vehicle.
  • thermal battery can only be used for a given application in the vehicle. Consequently, depending on the number of loops or thermal management circuits to which it is desired to add such a thermal battery, as many thermal batteries as applications are necessary.
  • the subject of the invention is a thermal battery, in particular for a motor vehicle, configured to be traversed by a heat transfer fluid and comprising a thermal storage material,
  • each heat exchange compartment being on the one hand in fluid communication with an associated intake and an associated outlet for a dedicated heat transfer fluid, and on the other hand comprising an associated thermal storage material, for a heat exchange between the dedicated heat transfer fluid and the associated thermal storage material.
  • the heat exchange between a heat transfer fluid and a thermal storage material associated in a heat exchange compartment is performed independently of the other heat exchange compartment.
  • the same thermal battery can therefore integrate within it several thermal storage materials and several fluids to meet the different needs encountered in the vehicle. We obtain a multi-function thermal battery.
  • Such a thermal battery according to the invention also makes it possible to optimize the thermal storage capacity, while decreasing the thermal losses towards the outside.
  • the heat battery can accommodate within it several heat transfer fluids having in particular different thermal conditions, so that the same thermal battery can be used for various applications including the motor vehicle.
  • the same heat transfer fluid circulates in the different thermal exchange compartments of the thermal battery.
  • the thermal battery comprises an enclosure and at least one partition wall arranged in the enclosure so as to separate two heat exchange compartments.
  • the partition wall may comprise at least one sealed wall.
  • the partition wall may comprise at least two watertight walls and at least one thermal insulation interposed between the two watertight walls.
  • the heat exchange compartments can not be in fluid communication with each other, which allows a completely dissociated use of one or other of the heat exchange compartments of the battery thermal, depending on the desired application in particular in the motor vehicle.
  • the partition wall may furthermore comprise at least one heating means, such as at least one screen-printed heating plate, making it possible to improve the thermal storage.
  • At least one first heat exchange compartment comprises a first thermal storage material
  • at least one second heat exchange compartment comprises a second thermal storage material distinct from the first thermal storage material.
  • the second thermal storage material is for example of different composition of the first thermal storage material.
  • the first heat exchange compartment comprises a first phase change material and the second heat exchange compartment comprises a second phase change material with a phase change temperature different from that of the first phase change material.
  • the first phase change material has a phase change temperature of the order of 60 ° C to 110 ° C
  • the second phase change material has a phase change temperature of 100 ° C. order of 50 ° C to 95 ° C.
  • thermal storage materials such as different phase-change materials within the same thermal battery.
  • the phase change materials are respectively in a separate heat exchange compartment, thus avoiding any risk of chemical reaction between them, which allows the use of the most suitable phase change materials according to the desired application regardless of the use of another phase change material in another thermal exchange compartment of the thermal battery.
  • the thermal battery advantageously comprises a separate fill port for each phase change material.
  • the thermal battery comprises a bundle of heat exchange tubes, a heat exchange tube comprising at least one heat transfer fluid circulation channel, and at least one thermal storage material able to circulate in the contact heat exchange tubes.
  • the partition wall provides a sealing function and separation between the thermal storage materials of two thermal exchange compartments juxtaposed with the thermal battery.
  • the thermal battery has a common enclosure in which the thermal storage material or materials are encapsulated in a plurality of reservoirs, for example of generally cylindrical or spherical general shape, and in which fluids are circulating. coolants in contact with the capsules of thermal storage materials.
  • the partition wall provides a sealing function and separation between heat transfer fluids able to flow in two thermal exchange compartments juxtaposed with the thermal battery.
  • the thermal battery further comprises at least one device for holding encapsulated thermal storage materials, disposed between the reservoirs of the encapsulated thermal storage materials themselves and between the reservoirs of the encapsulated thermal storage materials and the enclosure of the thermal battery. It may be one or more grids having a plurality of meshes, the encapsulated storage materials being intended to pass through the meshes of a grid.
  • the thermal battery may further comprise one or more of the following features, taken separately or in combination:
  • the thermal battery has a generally parallelepipedal or cylindrical general shape
  • the partition wall is arranged substantially parallel to the longitudinal direction of the thermal battery
  • the partition wall is arranged substantially transversely to the longitudinal direction of the thermal battery
  • the partition wall is arranged substantially parallel to the direction of flow of the heat transfer fluid or fluids
  • the thermal battery comprises at least one common thermal insulation means for said at least two heat exchange compartments, and
  • the first heat exchange compartment and the second heat exchange compartment have different volumes, allowing them to be used in a dissociated manner in different applications.
  • the invention also relates to the use of the same thermal battery according to the invention in at least two thermal management loops, in particular in a motor vehicle.
  • FIG. 1 is a perspective view of a thermal battery according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a slightly perspective cross-sectional view of the thermal battery of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a perspective view of a double wall partition of a thermal battery of FIG. 1 or 2
  • FIG. 4a is a perspective view of a single wall partition wall of a thermal battery of FIG. 1 or 2, having an integrated heating means,
  • FIG. 4b is a perspective view of a double-walled partition wall of FIG. 3 having an integrated heating means
  • FIG. 4c is an enlarged view of a part of FIG. 4a showing the heating means of the partition wall
  • FIG. 5 is a perspective view of a thermal battery according to a second embodiment
  • FIG. 6 is a perspective view of a thermal battery according to a third embodiment
  • FIG. 7 shows a schematic representation in perspective of internal elements of a thermal battery according to the third embodiment of FIG. 6,
  • FIG. 8 is a perspective view of a thermal battery according to a fourth embodiment
  • FIG. 9 is a slightly perspective cross-sectional view of the thermal battery of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a perspective view of a thermal battery according to a fifth embodiment
  • FIG. 11 is a diagrammatic and simplified representation of a thermal battery of FIG. 1 arranged in two separate thermal management loops.
  • the invention relates to a thermal battery 1, 101, 201, 301, 401.
  • This may include a latent heat battery, also known as LHB for the English “Latent Heat Battery”.
  • the thermal battery 1, 101, 201, 301, 401 is configured to be traversed by one or more heat transfer fluids.
  • heat transfer fluid is understood to mean any fluid that makes it possible to transport heat or cold between two media.
  • the thermal battery 1, 101, 201, 301, 401 is further provided with one or more thermal storage materials contained or encapsulated in the thermal battery 1, 101, 201, 301, 401, so as to allow a heat exchange between a thermal storage material and an associated heat transfer fluid.
  • the thermal battery 1, 101, 201, 301, 401 makes it possible to store and then restore heat via a thermal storage material or materials, to a heat transfer fluid.
  • the thermal battery 1, 101, 201, 301, 401 comprises at least a first heat exchange compartment 3 A and a second heat exchange compartment 3B, so that a heat exchange between a coolant and an associated thermal storage material may take place in one of the heat exchange compartments 3A or 3B independently of the other heat exchange compartment.
  • Figure 1 is a schematic view of a thermal battery 1 according to a first embodiment of the invention.
  • the thermal battery 1 has a generally parallelepipedal general shape.
  • the battery 1 comprises an enclosure 5.
  • the enclosure 5 also has a generally parallelepipedal general shape.
  • the enclosure 5 is made of a material whose sealing characteristics, thermal insulation and mechanical strength are sufficiently high to withstand the conditions of use of such a thermal battery in a motor vehicle, for example aluminum or thermostable plastic. In a variant, it may also provide an insulating material to be placed over the wall of the enclosure to further isolate the battery from the outside environment.
  • the heat battery 1 comprises at least one partition wall 7. This partition wall 7 is provided sealed against heat transfer fluids and thermal storage materials on both sides of the partition wall 7. Thus, the heat exchange compartments 3A and 3B are not in fluid communication with each other.
  • the location of the partition wall 7 is shown schematically by dashed lines in FIG. 1.
  • the partition wall 7 is arranged in the interior space defined by the enclosure 5, as can be seen more clearly in FIG. 2. More specifically, the partition wall 7 is in this example arranged substantially parallel to the longitudinal axis L of the thermal battery 1, and therefore the enclosure 5.
  • the partition wall 7 is here arranged over the entire length of the enclosure 5 (see FIGS. 1 and 2).
  • the partition wall 7 can be made in one piece with the enclosure 5.
  • the partition wall 7 can be reported and fixed on the enclosure 5 by any appropriate means.
  • the partition wall 7 is for example made by a wall of generally parallelepipedal shape.
  • the partition wall 7 may have at least two walls 70 assembled.
  • At least one thermal insulator 71 may be interposed between the walls 70.
  • the walls 70 and the optional heat insulator (s) 71 may be assembled by any appropriate means.
  • the partition wall 7 comprises at least one heating means.
  • the partition wall 7 simple ( Figure 4a) or at least two walls 70 ( Figure 4b), may have at least one heated screen-printed plate 72 is more visible in Figure 4c.
  • the heating means integrated in the partition wall 7, such as a heated screen-printed plate 72, makes it possible to heat-charge the thermal battery 1, for example when charging an electric battery of the vehicle.
  • the storage of heat energy within the thermal battery 1 is improved.
  • Peltier cells in particular in the case of a low temperature storage.
  • the charging temperatures can be regulated independently of one another.
  • the charging temperature can be the same on both sides.
  • the heat battery 1 is intended to be crossed on the one hand by at least one heat transfer fluid.
  • Heat transfer fluids are for example those used in applications such as preheating, heating the passenger compartment, namely the coolant, the transmission oil or the engine oil. Fluids such as windshield washer fluid, refrigerants or any other fluid used in a car can be used according to the invention.
  • the thermal battery 1 comprises a plurality of circulation channels 9 for at least one coolant.
  • These circulation channels 9 may be defined for example by tubes or alternatively by juxtaposition of plates.
  • the thermal battery 1 comprises a bundle of stacked heat exchange tubes 11 defining the circulation channels 9.
  • the heat battery 1 comprises heat exchange tubes 11 in the two heat exchange compartments 3A and 3B.
  • the partition wall 7 is arranged substantially parallel to the heat exchange tubes 11.
  • the partition wall 7 is in this case also arranged substantially parallel to the flow direction of the heat transfer fluid.
  • the set of heat exchange tubes 9 may be identical.
  • the beam comprises heat exchange tubes 9 of different structure in the two heat exchange compartments 3A and 3B.
  • a first dedicated heat transfer fluid can circulate in the circulation channels 9 of the first heat exchange compartment 3A while a second dedicated heat transfer fluid can circulate in the circulation channels 9 of the second heat exchange compartment 3B.
  • the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid may be of the same nature or on the contrary be of a different nature.
  • the thermal battery 1 may furthermore comprise interleaves 13 placed in each case between two adjacent heat exchange tubes 11, also between a heat exchange tube 11 and the enclosure 5.
  • the function of the spacers 13 is to increase the heat exchange surface. In order to facilitate the understanding of FIG. 2, the spacers 13 are only partially and schematically represented but are advantageously present throughout the heat battery 1.
  • the spacers 13 may for example be made in the form of fins.
  • the enclosure 5 is arranged around the heat exchange bundle comprising the plurality of heat exchange tubes 11 and possibly the spacers 13.
  • the thermal battery furthermore has two collectors 15, made here in the form of collector plates 15 and arranged on either side of the heat exchange bundle, that is to say in this example, say at the longitudinal ends of the heat exchange tubes 9.
  • the collector plates 15 also ensure a closure of the heat exchange bundle.
  • the heat battery 1 comprises at least one inlet 17 for the supply of heat transfer fluid, and at least one outlet 19 for the discharge of the heat transfer fluid. This is for example intake manifolds 17 or 19 outlet.
  • the intake manifolds 17 and outlet 19 are arranged on the thermal battery in fluid communication with at least one heat exchange compartment 3A or 3B.
  • a first intake manifold 17 and a first outlet manifold 19 are arranged in fluid communication with the associated first heat exchange compartment 3A.
  • a second intake manifold 17 and a second outlet manifold 19 are arranged in fluid communication with the associated second heat exchange compartment 3B.
  • the thermal battery 1 can therefore accommodate several heat transfer fluids.
  • Heat transfer fluids may have different heat properties. Heat transfer fluids can also come from separate circuits. Each heat transfer fluid used can flow independently inside an associated heat exchange compartment 3A or 3B, comprising an intake manifold 17 and a specific outlet pipe 19. Thus, independently of one another, the heat transfer fluids are admitted into the heat battery 1 by the intake manifolds 17, and then are distributed in the heat exchange tubes 11 of the associated heat exchange compartment 3A or 3B. . After passing through the thermal battery 1, the heat transfer fluids emerge via the outlet pipes 19.
  • arrows F schematically represent the coolant flow.
  • the direction of flow of the coolant can be in one direction or the other.
  • the intake manifolds 17 and outlet 19 are formed on the manifold plates 15. More specifically, a manifold plate 15 may have the intake manifolds 17 and the other manifold plate 15 may have the manifolds output 19.
  • each manifold plate 15 may have at least one intake manifold 17 and at least one outlet manifold 19.
  • the thermal battery 1 is intended to include at least one thermal storage material.
  • the thermal battery 1 is for example intended to include the same thermal storage material in the two heat exchange compartments 3A and 3B.
  • a first thermal storage material may be provided in the first heat exchange compartment 3 A and a second thermal storage material in the second heat exchange compartment 3B.
  • the enclosure 5 of the thermal battery 1 forms a reservoir of the thermal storage material.
  • the thermal storage material once introduced into the thermal battery 1, is kept around the heat exchange tubes 11 and any spacers 13 through the enclosure 5.
  • the thermal storage material is arranged in contact with at least one heat exchange tube 9 for heat exchange between the thermal storage material and the heat transfer fluid.
  • the heat transfer is carried out through the walls of these heat exchange tubes 11.
  • the partition wall 7 makes it possible to separate in a sealed manner the thermal storage materials from each heat exchange compartment 3A or 3B, avoiding any contact and risk of chemical reactions between the thermal storage materials. Thus, one can use several thermal storage materials in the same thermal battery 1.
  • the thermal storage material is preferably a phase change material known by the acronym MCP in French or PCM for English "Phase Change Material".
  • a phase change material is a material capable of absorbing a certain quantity of heat by passing from one physical state to another, for example during the melting, and also of restoring stored heat by taking up the state original physics, for example by recrystallizing.
  • the phase-change material is provided so as to allow, during certain phases, heat storage from a heat-transfer fluid in the thermal battery 1 and, in other phases, a return of heat from the thermal battery 1 to the coolant.
  • thermal battery 1 possibly including several thermal storage materials such as phase change materials, it is possible to use the most suitable material for a given use.
  • phase change material with the same phase change temperature or alternatively with a different phase change temperature in the two heat exchange compartments 3A and 3B.
  • the choice depends on the desired phase change temperature. This temperature can range from several hundred degrees for applications on the exhaust, to lower ranges for example of the order of 60 ° C to 110 ° C for the transmission oil or engine oil, or of the order of 50 ° C to 95 ° C for ethylene glycol for example.
  • phase change materials having similar latent heat or alternatively having different latent heat in the two heat exchange compartments 3A and 3B may be provided.
  • an engine cooling loop when a heat-transfer fluid, for example after being heated through the engine, circulates in contact with the phase-change material, the coolant is cooled by the change-over material. phase that takes heat energy for example by passing into the liquid phase. The return of heat can be achieved during a cold start of the car, for quickly heating the heat transfer fluid.
  • the phase-change material may be a material capable of storing frigories and of restoring the refrigerants stored, to and from a heat transfer fluid also called in this case a refrigerant fluid. It may be an air flow intended to modify the thermal parameters of the passenger compartment of the vehicle. Alternatively, it may be a refrigerant.
  • phase-change material transfers heat energy to the coolant or coolant, provided sufficiently cold, that is to say at a temperature below the solidification temperature of the material to be changed. phase
  • the coolant or coolant circulating in contact with the phase-change material is cooled by the phase-change material which takes it from the heat energy by passing into the liquid phase.
  • the thermal battery 1 is for example arranged downstream of an evaporator of the air conditioning loop in the direction of flow of the air flow to the passenger compartment.
  • the phase-change material used is selected to have a phase change temperature lower than that of the previous example in the case of a cooling loop of the motor. This maintains the cooling of a passenger compartment of the vehicle during a given stopping period, for example automatic shutdown of the engine when the car comes to a stop.
  • the thermal battery 1 may furthermore comprise at least one filling orifice allowing the filling of phase change material of at least one heat exchange compartment 3A or 3B.
  • the phase change material filler is preferably made in liquid form at the appropriate temperature conditions.
  • a plug 21 (visible in FIG. 1) advantageously closes such a filling orifice.
  • the filling orifice (s) may be provided on the enclosure 5.
  • a separate fill port may be provided for each heat exchange compartment 3A or 3B.
  • the phase change material associated with a given heat exchange compartment 3A or 3B can be introduced independently of the phase change material associated with the other heat exchange compartment.
  • the filling orifices may be arranged on the same side of the enclosure 5 or on two different sides.
  • the thermal battery 1 advantageously has a common thermal insulation means for the two heat exchange compartments 3A and 3B.
  • thermal insulation means may in particular be arranged around the enclosure 5 of the thermal battery 1, in order to contain the heat stored in the thermal battery 1.
  • thermal insulation means such as foams, aerogels, fibers or multilayers with or without vacuum.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of a thermal battery 101.
  • the circulation of the fluid or fluids heat transfer is no longer in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the heat exchange tubes 111.
  • it is a so-called "U" circulation as schematized by the arrows F 'in FIG.
  • the partition wall 107 is arranged in the enclosure 105 substantially transversely to the longitudinal axis L of the enclosure 105.
  • the partition wall 107 is here arranged over the entire cross section of the enclosure 105 with reference to FIG.
  • the heat transfer fluids associated with the heat exchange compartments 103A and 103B circulate substantially in "U" from the bottom upwards with reference to the representation of FIG. 5.
  • the heat transfer fluids can flow in the other direction, that is to say from top to bottom according to the representation of Figure 5, or the two heat transfer fluids can flow in opposite directions relative to each other.
  • thermal batteries 1, 101 of generally parallelepipedal shape.
  • thermal battery 201, 301, 401 of generally cylindrical general shape.
  • the thermal battery 201, 301, 401 may comprise within it a plurality of thermal storage material tanks, here encapsulated phase change material.
  • FIG. 6 shows a third embodiment of a thermal battery 201.
  • the thermal battery 201 has a generally cylindrical general shape.
  • the enclosure 205 defines an interior space in which a plurality of reservoirs 223, containing encapsulated phase change material, may be placed.
  • the encapsulation of the phase change material provides a tight separation function and allows to have different phase change materials or not in the heat exchange compartments 203 A and 203B of the thermal battery 201.
  • the tanks or capsules 223 are of generally cylindrical general shape. These are called encapsulated phase change material tubes 223.
  • the tubes of encapsulated phase change material 223 may be arranged substantially parallel to the longitudinal direction L of the thermal battery 201, and therefore of the enclosure 205.
  • the heat transfer fluid circulates in a so-called "U" circulation (shown in FIG. by arrows F ') in the associated heat exchange compartment 3A or 3B.
  • the thermal battery 201 may further comprise a holding device 225 of encapsulated phase change material tubes 223.
  • the holding device 225 is disposed between the encapsulated phase change material tubes 223 themselves, and also between the 223 encapsulated phase change material tubes and the enclosure 205.
  • the holding device 225 is advantageously designed to maintain a constant distance between each tube of encapsulated phase change material 223, so as to obtain homogeneity in terms of pressure drops and flow of the coolant.
  • an irregular pitch can be provided between the tubes of encapsulated phase change material 223, in particular to force the passage of heat transfer fluid there.
  • the holding device 225 may comprise a composite material placed within the enclosure 205 except at the inlet and outlet pipes 217 and 219, so as to surround the tubes of material with change of encapsulated phase 223.
  • the holding device 225 comprises at least one gate 225, the tubes of material with phase change. encapsulated 223 then pass through the mesh of the grid to be maintained.
  • the grid or grids 225 may be fixed against the enclosure 205 by any appropriate fixing or locking means.
  • the encapsulated phase change material tubes 223 may further be held at their longitudinal ends by a manifold 215 (FIG. 6).
  • the collectors 215 no longer have intake or outlet nozzles 217, 219 of coolant.
  • Such intake manifolds 217 or outlet 219 can be arranged directly on the wall of the enclosure 205.
  • the flow of the heat transfer fluid (s) may not be in circulation channels, as described in the first embodiment.
  • the heat transfer fluid (s) can circulate inside the enclosure 205 of the thermal battery 201 while coming into contact with the encapsulated phase change material tubes 223.
  • the encapsulated phase change material tubes 223 must be made of materials capable of withstanding the conditions of use of the thermal battery 201 and the coolant circulating within the enclosure 205. act in particular aluminum or polymeric material such as polyamide.
  • the thermal battery 201 also has at least one partition wall 207 arranged to separate at least two heat exchange compartments 203A and 203B.
  • the partition wall 207 then makes it possible to separate the heat transfer fluids circulating in the two heat exchange compartments 203A and 203B, and no longer to separate the thermal storage materials from the two heat exchange compartments 203A, 203B as in FIG. first or second embodiment.
  • FIGS. 8 and 9 show a fourth embodiment of a thermal battery 301.
  • the fourth embodiment differs from the third embodiment in the arrangement of the partition wall 307.
  • the partition wall 307 is arranged substantially transversely to the longitudinal direction L of the thermal battery 301.
  • the partition wall 307 is, in this example, arranged over the entire cross section of the enclosure 305.
  • the elements 323, 325 respectively correspond to the elements 223, 225 of the third embodiment and are not described again.
  • a fifth embodiment of a thermal battery 401 differs from the third embodiment in that the phase change material (s) are encapsulated in tanks 423 of generally spherical shape.
  • the partition wall 407 may be arranged in the direction of the length of the thermal battery 401 as illustrated in FIG. 9 but also alternatively substantially transversely to the longitudinal axis L of the thermal battery 401. similarly to the fourth embodiment.
  • the elements 425 respectively correspond to the elements 225 of the third embodiment and are not described again.
  • Various embodiments of the thermal battery 1 have been described above,
  • FIG. 11 is a schematic and simplified representation of the implementation of a thermal battery according to the invention in at least two thermal management loops, in particular of a motor vehicle.
  • a thermal battery 1 according to the first embodiment is shown.
  • a thermal battery 1, 101, 201, 301, 401 according to one or other of the embodiments described above, can be used indifferently.
  • the same thermal battery 1 according to the invention may in particular be arranged at both in several separate circuits.
  • the same thermal battery 1 can be arranged in as many separate circuits as separate heat exchange compartments 3A, 3B that this thermal battery 1 has.
  • the thermal battery 1 has two heat exchange compartments 3A and 3B, and is arranged in two circuits at a time.
  • the thermal battery 1 is arranged both in a motor oil loop B1 and a transmission oil loop B2.
  • the heat transfer fluids are respectively the engine oil and the transmission oil in this example.
  • the heat transfer fluids may be of different types with different operating temperatures.
  • a loop B 1 or B2 has for example:
  • each loop B1, B2 can be connected in series according to the order described above.
  • the heat transfer fluid outlet of a heat exchange compartment 3A, respectively 3B, of the heat battery 1 is for example connected to the heat transfer fluid inlet of a heat source 27, respectively 29, the heat transfer fluid outlet of the heat source 27 or 29 is connected to the heat transfer fluid inlet of the associated pump 31, respectively 33, and the heat transfer fluid outlet of this pump 31 or 33 is connected to the heat transfer fluid inlet of the heat exchange compartment 3 A, respectively 3B, associated with the thermal battery 1.
  • the heat exchange compartments 3A and 3B separated in a sealed manner at within the same thermal battery 1 can handle different operating temperatures and have different thermal storage materials, including phase change materials phase change temperatures different. This therefore allows use within distinct loops.
  • the thermal battery 1 may include:
  • phase change material with a phase change temperature of the order of 80 ° C.
  • phase change material with a phase change temperature of the order of 50 ° C.
  • the thermal battery 1 stores heat produced by one and / or the other heat source 27, 29.
  • the energy stored in the heat battery 1 allows to quickly heat the transmission oil and / or engine oil. This rapid rise in temperature thus decreases the viscous forces and friction forces decreasing the fuel consumption accordingly.
  • the thermal battery 1 can be implemented in one or more loops configured to enable,
  • the thermal battery 1, 101, 201, 301, 401 allows the use of one or more heat transfer fluids, and likewise of one or more thermal storage materials, such as phase change materials. Due to the presence of at least two heat exchange compartments 3A, 3B; 103A, 103B; 203A, 203B; 303A, 303B; 403A, 403B without any fluidic communication be it coolant or the material or materials of Thermal storage, the thermal battery 1, 101, 201, 301, 401 becomes multi-f unction and can be used in at least two circuits or separate loops of the vehicle.
  • Such a thermal battery 1, 101, 201, 301, 401 also makes it possible to optimize the thermal storage capacity, while reducing heat losses to the outside.
  • thermal battery 1, 101, 201, 301, 401 may comprise within it several heat transfer fluids and / or thermal storage materials, the surfaces exposed to the ambient environment are reduced compared to the individual solutions of the prior art . Indeed, according to the form chosen, the inventors have found that it is possible to reduce the surfaces exposed to outward losses by more than 20% in the case of a thermal battery 1, 101, 201, 301, 401 with two separate heat exchange compartments 3A, 3B; 103A, 103B; 203A, 203B; 303A, 303B; 403A, 403B, and more than 30% in the case of three separate heat exchange compartments.

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Abstract

L'invention concerne une batterie thermique (1), notamment pour véhicule automobile, configurée pour être traversée par un fluide caloporteur et comprenant un matériau de stockage thermique. Selon l'invention, la batterie thermique (1) comprend : au moins un premier compartiment d'échange thermique (3A) et au moins un deuxième compartiment d'échange thermique (3B) distincts, chaque compartiment d'échange thermique (3A, 3B) étant d'une part en communication fluidique avec une admission (17) associée et une sortie (19) associée pour un fluide caloporteur dédié, et comprenant d'autre part un matériau de stockage thermique associé, pour un échange thermique entre le fluide caloporteur dédié et le matériau de stockage thermique associé. L'invention concerne également l'utilisation d'une telle batterie thermique (1) dans au moins deux boucles de gestion thermique distinctes, notamment dans un véhicule automobile.

Description

Batterie thermique, notamment pour véhicule automobile, et utilisation
correspondante
La présente invention concerne le domaine de batteries thermiques, notamment pour véhicule automobile, et plus précisément les batteries thermiques comportant un matériau de stockage thermique, tel qu'un matériau à changement de phase. L'invention concerne aussi l'utilisation d'une telle batterie thermique notamment dans des boucles de gestion thermique pour véhicule automobile.
Il s'agit notamment de batteries à chaleur latente permettant de stocker et de restituer de la chaleur par l'intermédiaire d'un matériau à changement de phase.
Les batteries thermiques sont généralement utilisées pour le chauffage de l'habitacle, notamment dans des véhicules électriques et hybrides ou alors pour le préchauffage d'un fluide caloporteur dans une boucle de gestion thermique.
Les batteries thermiques peuvent également être utilisées pour le préchauffage de l'huile moteur ou de l'huile de boite de transmission automatique de véhicules à moteur à combustion interne.
Pour les véhicules électriques, le stockage thermique est réalisé lors du chargement de la batterie électrique. Lors du roulage, l'énergie thermique ainsi stockée est disponible lorsque l'habitacle requière la mise en marche du chauffage, la batterie thermique va chauffer le fluide caloporteur avant son passage dans un échangeur de chaleur permettant de chauffer l'habitacle. L'énergie apportée par la batterie thermique est donc économisée sur la batterie électrique.
Pour les véhicules hybrides, le stockage thermique se fait également lors du chargement de la batterie électrique, et en outre lorsque le moteur passe en mode thermique.
Pour les véhicules à moteur à combustion interne, l'énergie stockée dans la batterie thermique est chargée lors d'un précédent roulage lorsque le moteur était chaud. Cette énergie stockée est ensuite utilisée au démarrage du véhicule afin de réduire les frottements lorsque le moteur est froid et que l'huile est visqueuse. En effet ces frottements entraînent une surconsommation de carburant lors des premières minutes d'utilisation du véhicule. Ainsi une batterie thermique peut alors être placée sur les circuits de liquide de transmission, de liquide de refroidissement ou d'huile moteur.
Une telle batterie thermique comporte généralement, selon une technologie dite à tubes et ailettes, une pluralité de tubes d'échange thermique pour la circulation du fluide caloporteur, et le matériau à changement de phase est au contact des tubes d'échange thermique. En variante, la batterie thermique forme une enceinte à l'intérieur de laquelle est placé un matériau à changement de phase, notamment sous forme encapsulée, et le fluide caloporteur circule au contact de ces capsules.
Les performances de la batterie thermique sont ainsi dépendantes du matériau à changement de phase qu'elle peut contenir couplé avec les conditions de températures du fluide caloporteur selon l'application dans le véhicule.
En outre, la batterie thermique ne peut être utilisée que pour une application donnée dans le véhicule. En conséquence, selon le nombre de boucles ou circuits de gestion thermique auxquels il est souhaité d'adjoindre une telle batterie thermique, autant de batteries thermiques que d'applications sont donc nécessaires.
Un des buts de la présente invention est de pallier au moins partiellement les inconvénients de l'art antérieur et de proposer une batterie thermique améliorée permettant notamment des pertes de charge les plus faibles possibles. À cet effet, l'invention a pour objet une batterie thermique, notamment pour véhicule automobile, configurée pour être traversée par un fluide caloporteur et comprenant un matériau de stockage thermique,
caractérisée en ce que la batterie thermique comprend :
au moins un premier compartiment d'échange thermique et au moins un deuxième compartiment d'échange thermique distincts,
chaque compartiment d'échange thermique étant d'une part en communication fluidique avec une admission associée et une sortie associée pour un fluide caloporteur dédié, et comprenant d'autre part un matériau de stockage thermique associé, pour un échange thermique entre le fluide caloporteur dédié et le matériau de stockage thermique associé.
L'échange thermique entre un fluide caloporteur et un matériau de stockage thermique associés dans un compartiment d'échange thermique est réalisé indépendamment de l'autre compartiment d'échange thermique. Une même batterie thermique peut donc intégrer en son sein plusieurs matériaux de stockage thermique et plusieurs fluides afin de répondre aux différents besoins rencontrés dans le véhicule. On obtient une batterie thermique multi-fonctions.
Une telle batterie thermique selon l'invention permet également d'optimiser la capacité de stockage thermique, tout en diminuant les pertes thermiques vers l'extérieur.
De plus, selon un mode de réalisation particulier, la batterie thermique peut accueillir en son sein plusieurs fluides caloporteurs présentant notamment des conditions thermiques différentes, de sorte qu'une même batterie thermique peut être utilisée pour différentes applications notamment dans le véhicule automobile. Bien entendu, il est aussi envisageable qu'un même fluide caloporteur circule dans les différents compartiments d'échange thermique de la batterie thermique.
Selon un mode de réalisation préféré, la batterie thermique comporte une enceinte et au moins une cloison de séparation agencée dans l'enceinte de manière à séparer deux compartiments d'échange thermique.
La cloison de séparation peut comprendre au moins une paroi étanche.
En alternative ou en complément, la cloison de séparation peut comprendre au moins deux parois étanches et au moins un isolant thermique intercalé entre les deux parois étanches.
Grâce à cette cloison de séparation, les compartiments d'échange thermique ne peuvent pas être en communication fluidique les uns avec les autres, ce qui permet une utilisation complètement dissociée de l'un ou l'autre des compartiments d'échange thermique de la batterie thermique, selon l'application souhaitée notamment dans le véhicule automobile.
La cloison de séparation peut comprendre en outre au moins un moyen de chauffage, tel qu'au moins une plaque chauffante sérigraphiée, permettant d'améliorer le stockage thermique.
Selon un mode de réalisation avantageux, au moins un premier compartiment d'échange thermique comprend un premier matériau de stockage thermique, et au moins un deuxième compartiment d'échange thermique comprend un deuxième matériau de stockage thermique distinct du premier matériau de stockage thermique. Le deuxième matériau de stockage thermique est par exemple de composition différente du premier matériau de stockage thermique.
Notamment, le premier compartiment d'échange thermique comprend un premier matériau à changement de phase et le deuxième compartiment d'échange thermique comprend un deuxième matériau à changement de phase, de température de changement de phase différente de celle du premier matériau à changement de phase.
À titre d'exemple, le premier matériau à changement de phase présente une température de changement de phase de l'ordre de 60°C à 110°C, et le deuxième matériau à changement de phase présente une température de changement de phase de l'ordre de 50°C à 95°C.
On peut donc utiliser des matériaux de stockage thermique, tels que des matériaux à changement de phase différents au sein de la même batterie thermique. Les matériaux à changement de phase étant respectivement dans un compartiment d'échange thermique distinct, on évite ainsi tout risque de réaction chimique entre eux, ce qui permet d'utiliser les matériaux à changement de phase les plus adaptés selon l'application souhaitée indépendamment de l'utilisation qui est faite d'un autre matériau à changement de phase dans un autre compartiment d'échange thermique de la batterie thermique.
La batterie thermique comporte avantageusement un orifice de remplissage distinct pour chaque matériau à changement de phase.
En alternative, on peut aussi prévoir d'utiliser un même matériau à changement de phase dans les différents compartiments d'échange thermique de la batterie thermique. Selon un exemple de réalisation, la batterie thermique comporte un faisceau de tubes d'échange thermique, un tube d'échange thermique comprenant au moins un canal de circulation d'un fluide caloporteur, et au moins un matériau de stockage thermique apte à circuler au contact des tubes d'échange thermique.
Dans ce cas, la cloison de séparation assure une fonction d'étanchéité et de séparation entre les matériaux de stockage thermique de deux compartiments d'échange thermique juxtaposés de la batterie thermique. Selon un autre exemple de réalisation, la batterie thermique présente une enceinte commune dans laquelle le ou les matériaux de stockage thermique sont encapsulés dans une pluralité de réservoirs, par exemple de forme générale sensiblement cylindrique ou sphérique, et dans laquelle sont aptes à circuler les fluides caloporteurs au contact des capsules de matériaux de stockage thermique.
Dans ce cas, la cloison de séparation assure une fonction d'étanchéité et de séparation entre les fluides caloporteurs aptes à circuler dans deux compartiments d'échange thermique juxtaposés de la batterie thermique.
Selon un exemple de réalisation particulier, la batterie thermique comporte en outre au moins un dispositif de maintien des matériaux de stockage thermique encapsulés, disposé entre les réservoirs des matériaux de stockage thermique encapsulés eux mêmes et entre les réservoirs des matériaux de stockage thermique encapsulés et l'enceinte de la batterie thermique. Il peut s'agir d'une ou plusieurs grilles présentant une pluralité de mailles, les matériaux de stockage encapsulés étant destinés à passer au travers des mailles d'une grille.
La batterie thermique peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- la batterie thermique présente une forme générale sensiblement parallélépipédique ou cylindrique,
- la cloison de séparation est agencée sensiblement parallèlement à la direction longitudinale de la batterie thermique,
- la cloison de séparation est agencée sensiblement transversalement à la direction longitudinale de la batterie thermique,
- la cloison de séparation est agencée de manière sensiblement parallèle à la direction d'écoulement du ou des fluides caloporteurs,
- la batterie thermique comprend au moins un moyen d'isolation thermique commun pour lesdits au moins deux compartiments d'échange thermique, et
- le premier compartiment d'échange thermique et le deuxième compartiment d'échange thermique présentent des volumes différents, permettant de les utiliser de façon dissociée dans différentes applications.
L'invention concerne encore l'utilisation d'une même batterie thermique selon l'invention dans au moins deux boucles de gestion thermique, notamment dans un véhicule automobile.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une batterie thermique selon un premier mode de réalisation,
- la figure 2 est une vue en coupe transversale légèrement en perspective de la batterie thermique de la figure 1,
- la figure 3 est une vue en perspective d'une cloison de séparation à double paroi d'une batterie thermique de la figure 1 ou 2,
- la figure 4a est une vue en perspective d'une cloison de séparation à paroi simple d'une batterie thermique de la figure 1 ou 2, présentant un moyen de chauffage intégré,
- la figure 4b est une vue en perspective d'une cloison de séparation à double paroi de la figure 3 présentant un moyen de chauffage intégré,
- la figure 4c est une vue agrandie d'une partie de la figure 4a montrant le moyen de chauffage de la cloison de séparation,
- la figure 5 est une vue en perspective d'une batterie thermique selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 6 est une vue en perspective d'une batterie thermique selon un troisième mode de réalisation,
- la figure 7 montre une représentation schématique en perspective d'éléments intérieurs d'une batterie thermique selon le troisième mode de réalisation de la figure 6,
- la figure 8 est une vue en perspective d'une batterie thermique selon un quatrième mode de réalisation,
- la figure 9 est une vue en coupe transversale légèrement en perspective de la batterie thermique de la figure 8,
- la figure 10 est une vue en perspective d'une batterie thermique selon un cinquième mode de réalisation, - la figure 11 représente de façon schématique et simplifiée une batterie thermique de la figure 1 agencée dans deux boucles de gestion thermique distinctes.
Sur ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références.
Les éléments des figures 5 à 10 portant les références des éléments des figures 1 à 4c précédées d'une centaine 1, 2, 3 ou 4 correspondent aux éléments des figures 1 à 4c et ne sont pas décrits de nouveau en détail.
Batterie thermique
L'invention concerne une batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401.
Il peut s'agir notamment d'une batterie à chaleur latente, également connue sous le sigle LHB pour l'anglais « Latent Heat Battery ».
La batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 est configurée pour pouvoir être traversée par un ou plusieurs fluides caloporteurs. Dans la suite de la description on entend par fluide caloporteur tout fluide permettant de transporter de la chaleur ou du froid entre deux milieux.
La batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 est en outre munie d'un ou plusieurs matériaux de stockage thermique contenus ou encapsulés dans la batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401, de façon à permettre un échange thermique entre un matériau de stockage thermique et un fluide caloporteur associé.
En fonctionnement, la batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 permet de stocker puis de restituer de la chaleur par l'intermédiaire d'un ou de matériaux de stockage thermique, à un fluide caloporteur.
Plus précisément, la batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 comporte au moins un premier compartiment d'échange thermique 3 A et un deuxième compartiment d'échange thermique 3B distincts, de sorte qu'un échange thermique entre un fluide caloporteur et un matériau de stockage thermique associé peut avoir lieu dans l'un des compartiments d'échange thermique 3 A ou 3B indépendamment de l'autre compartiment d'échange thermique.
On décrit ci-après différents modes de réalisation d'une telle batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 multi-fluides et multi-matériaux de stockage thermique. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
Premier mode de réalisation
La figure 1 est une vue schématique d'une batterie thermique 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention.
Selon le premier mode de réalisation illustré, la batterie thermique 1 présente une forme générale sensiblement parallélépipédique.
La batterie 1 comporte une enceinte 5. Selon ce premier mode de réalisation, l'enceinte 5 présente également une forme générale sensiblement parallélépipédique.
L'enceinte 5 est réalisée dans un matériau dont les caractéristiques d'étanchéité, d'isolation thermique ainsi que de tenue mécanique sont suffisamment élevées pour résister aux conditions d'utilisation d'une telle batterie thermique dans un véhicule automobile, par exemple en aluminium ou en matière plastique thermostable. Dans une variante, on pourra également prévoir un matériau isolant venant se placer par-dessus la paroi de l'enceinte pour isoler encore plus la batterie de l'environnement extérieur.
De manière à distinguer les deux compartiments d'échange thermique 3A et 3B, la batterie thermique 1 comporte au moins une cloison de séparation 7. Cette cloison de séparation 7 est prévue étanche aux fluides caloporteurs et matériaux de stockage thermique de part et d'autre de la cloison de séparation 7. Ainsi, les compartiments d'échange thermique 3A et 3B ne sont pas en communication fluidique l'un avec l'autre.
L'emplacement de la cloison de séparation 7 est schématisé par des tirets sur la figure 1. Dans cet exemple, la cloison de séparation 7 est agencée dans l'espace intérieur défini par l'enceinte 5, comme cela est mieux visible sur la figure 2. Plus précisément, la cloison de séparation 7 est dans cet exemple agencée sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal L de la batterie thermique 1, et donc de l'enceinte 5. La cloison de séparation 7 est ici agencée sur toute la longueur de l'enceinte 5 (cf figures 1 et 2).
La cloison de séparation 7 peut être réalisée d'une seule pièce avec l'enceinte 5.
En alternative, la cloison de séparation 7 peut être rapportée et fixée sur l'enceinte 5 par tout moyen approprié.
La cloison de séparation 7 est par exemple réalisée par une paroi de forme générale sensiblement parallélépipédique.
Selon une variante illustrée sur la figure 3, la cloison de séparation 7 peut présenter au moins deux parois 70 assemblées.
Avantageusement, au moins un isolant thermique 71 peut être intercalé entre les parois 70.
Les parois 70 et le ou les éventuels isolants thermiques 71 intercalés peuvent être assemblés par tout moyen approprié.
Par ailleurs, on peut prévoir que la cloison de séparation 7 comporte au moins un moyen de chauffage. À titre d'exemple non limitatif, la cloison de séparation 7 simple (figure 4a) ou à au moins deux parois 70 (figure 4b), peut présenter au moins une plaque sérigraphiée chauffante 72 mieux visible sur la figure 4c.
Le moyen de chauffage intégré à la cloison de séparation 7, tel qu'une plaque sérigraphiée chauffante 72, permet de recharger thermiquement la batterie thermique 1, par exemple lors du chargement d'une batterie électrique du véhicule. Le stockage d'énergie calorifique au sein de la batterie thermique 1 se trouve amélioré.
Selon une alternative non représentée, on peut prévoir des cellules à effet Peltier, notamment dans le cas d'un stockage à basse température. Dans le cas où les deux compartiments d'échange thermique 3 A et 3B sont isolés thermiquement, les températures de charge peuvent être régulées indépendamment l'un de l'autre. Dans le cas d'une cloison de séparation 7 à simple paroi, la température de charge peut être la même de part et d'autre.
Comme dit précédemment, la batterie thermique 1 est destinée à être traversée d'une part par au moins un fluide caloporteur. Les fluides caloporteurs sont par exemple ceux utilisés dans des applications telles que le préchauffage, le chauffage de l'habitacle, à savoir le liquide de refroidissement, l'huile de transmission ou encore l'huile moteur. Des fluides tels que le liquide lave-glace, les fluides frigorigènes ou tout autre fluide employé dans une voiture, peuvent être utilisés selon l'invention.
À cet effet, comme cela est mieux visible sur la figure 2, la batterie thermique 1 comporte une pluralité de canaux de circulation 9 pour au moins un fluide caloporteur. Ces canaux de circulation 9 peuvent être définis par exemple par des tubes ou en variante par juxtaposition de plaques.
Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, la batterie thermique 1 comprend un faisceau de tubes d'échange thermique 11 empilés définissant les canaux de circulation 9.
Selon le premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, la batterie thermique 1 comprend des tubes d'échange thermique 11 dans les deux compartiments d'échange thermique 3 A et 3B.
Dans cet exemple, la cloison de séparation 7 est agencée de façon sensiblement parallèle aux tubes d'échange thermique 11. La cloison de séparation 7 est dans ce cas également agencée de manière sensiblement parallèle à la direction d'écoulement du fluide caloporteur.
L'ensemble des tubes d'échange thermique 9 peuvent être identiques.
On pourrait prévoir en variante que le faisceau comporte des tubes d'échange thermique 9 de structure différente dans les deux compartiments d'échange thermique 3A et 3B.
De plus, on peut prévoir un même fluide caloporteur apte à circuler dans les canaux de circulation 9 présents dans le premier compartiment d'échange thermique 3 A et dans les canaux de circulation 9 présents dans le deuxième compartiment d'échange thermique 3B.
En variante, un premier fluide caloporteur dédié peut circuler dans les canaux de circulation 9 du premier compartiment d'échange thermique 3A tandis qu'un deuxième fluide caloporteur dédié peut circuler dans les canaux de circulation 9 du deuxième compartiment d'échange thermique 3B. Le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur peuvent être de même nature ou au contraire être de nature distincte. La batterie thermique 1 peut comprendre en outre des intercalaires 13 disposés à chaque fois entre deux tubes d'échange thermique 11 adjacents, également entre un tube d'échange thermique 11 et l'enceinte 5. Les intercalaires 13 ont pour fonction d'augmenter la surface d'échange thermique. Afin de faciliter la compréhension de la figure 2, les intercalaires 13 ne sont représentés que partiellement et de façon schématique mais sont avantageusement présents dans l'ensemble de la batterie thermique 1.
Les intercalaires 13 peuvent à titre d'exemple être réalisés sous forme d'ailettes. L'enceinte 5 est agencée autour du faisceau d'échange thermique comprenant la pluralité de tubes d'échange thermique 11 et éventuellement les intercalaires 13.
Selon le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, la batterie thermique présente en outre deux collecteurs 15, réalisés ici sous forme de plaques collectrices 15 et agencées de part et d'autre du faisceau d'échange thermique, c'est-à-dire dans cet exemple aux extrémités longitudinales des tubes d'échange thermique 9. Les plaques collectrices 15 assurent également une fermeture du faisceau d'échange thermique.
En outre, afin de permettre la circulation d'un ou plusieurs fluides caloporteurs dans les compartiments d'échange thermique 3A et 3B, la batterie thermique 1 comprend au moins une admission 17 pour l'alimentation en fluide caloporteur, et au moins une sortie 19 pour le refoulement du fluide caloporteur. Il s'agit par exemple de tubulures d'admission 17 ou de sortie 19.
Les tubulures d'admission 17 et de sortie 19 sont agencées sur la batterie thermique en communication fluidique avec au moins un compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B. Avantageusement, une première tubulure d'admission 17 et une première tubulure de sortie 19 sont agencées en communication fluidique avec le premier compartiment d'échange thermique 3 A associé. De même, une deuxième tubulure d'admission 17 et une deuxième tubulure de sortie 19 sont agencées en communication fluidique avec le deuxième compartiment d'échange thermique 3B associé.
La batterie thermique 1 peut donc accueillir plusieurs fluides caloporteurs.
Les fluides caloporteurs peuvent présenter des propriétés calorifiques différentes. Les fluides caloporteurs peuvent également provenir de circuits distincts. Chaque fluide caloporteur utilisé peut circuler indépendamment à l'intérieur d'un compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B associé, comprenant une tubulure d'admission 17 et une tubulure de sortie 19 spécifique. Ainsi, indépendamment l'un de l'autre, les fluides caloporteurs sont admis dans la batterie thermique 1 par les tubulures d'admission 17, puis sont répartis dans les tubes d'échange thermique 11 du compartiment d'échange thermique 3A ou 3B associé. Après avoir traversé la batterie thermique 1, les fluides caloporteurs ressortent via les tubulures de sortie 19.
Sur la figure 1, des flèches F représentent de façon schématique l'écoulement de fluide caloporteur. Bien entendu, le sens d'écoulement du fluide caloporteur peut se faire dans un sens ou dans l'autre.
Selon l'exemple représenté, les tubulures d'admission 17 et de sortie 19 sont ménagées sur les plaques collectrices 15. Plus précisément, une plaque collectrice 15 peut présenter les tubulures d'admission 17 et l'autre plaque collectrice 15 peut présenter les tubulures de sortie 19.
La circulation du fluide caloporteur dans les deux compartiments d'échange thermique 3A ou 3B peut se faire dans le même sens ou en variante selon une circulation en sens opposé. Dans ce cas, chaque plaque collectrice 15 peut présenter au moins une tubulure d'admission 17 et au moins une tubulure de sortie 19. D'autre part, la batterie thermique 1 est destinée à comporter au moins un matériau de stockage thermique.
La batterie thermique 1 est par exemple destinée à comprendre un même matériau de stockage thermique dans les deux compartiments d'échange thermique 3 A et 3B.
En variante, on peut prévoir un premier matériau de stockage thermique dans le premier compartiment d'échange thermique 3 A et un deuxième matériau de stockage thermique dans le deuxième compartiment d'échange thermique 3B.
Dans cet exemple, l'enceinte 5 de la batterie thermique 1 forme un réservoir du matériau de stockage thermique. Autrement dit, le matériau de stockage thermique, une fois introduit dans la batterie thermique 1, est conservé autour des tubes d'échange thermique 11 et d'éventuels intercalaires 13 grâce à l'enceinte 5. Le matériau de stockage thermique est agencé en contact avec au moins un tube d'échange thermique 9 pour un échange thermique entre le matériau de stockage thermique et le fluide caloporteur. Ainsi, le transfert thermique est réalisé à travers les parois de ces tubes d'échange thermique 11.
La cloison de séparation 7 permet de séparer de manière étanche les matériaux de stockage thermique de chaque compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B, évitant tout contact et risque de réactions chimiques entre les matériaux de stockage thermique. Ainsi, on peut utiliser plusieurs matériaux de stockage thermique dans une même batterie thermique 1.
Le matériau de stockage thermique est de façon préférée un matériau à changement de phase connu sous le sigle MCP en français ou PCM pour l'anglais « Phase Change Material ». Un matériau à changement de phase est un matériau capable d'absorber une certaine quantité de chaleur en passant d'un état physique à un autre, par exemple lors de la fusion, et en outre de restituer de la chaleur emmagasinée en reprenant l'état physique d'origine, par exemple en recristallisant.
Plus précisément, le matériau à changement de phase est prévu de manière à permettre lors de certaines phases un stockage de chaleur depuis un fluide caloporteur dans la batterie thermique 1 et, lors d'autres phases, une restitution de chaleur de la batterie thermique 1 vers le fluide caloporteur.
Avec une telle batterie thermique 1 pouvant comprendre plusieurs matériaux de stockage thermique tels que des matériaux à changement de phase, il est possible d'utiliser le matériau le plus adapté pour une utilisation donnée.
On peut prévoir un matériau à changement de phase de même température de changement de phase ou en variante de température de changement de phase différente dans les deux compartiments d'échange thermique 3A et 3B. Le choix dépend de la température de changement de phase désirée. Cette température peut aller de plusieurs centaines de degrés pour des applications sur l'échappement, à des gammes plus faibles par exemple de l'ordre de 60°C à 110°C pour l'huile de transmission ou l'huile moteur, ou encore de l'ordre de 50°C à 95°C pour l'éthylène glycol par exemple. De même, on peut prévoir des matériaux à changement de phase présentant une chaleur latente similaire ou en variante présentant une chaleur latente différente dans les deux compartiments d'échange thermique 3A et 3B. Selon un exemple particulier d'une boucle de refroidissement du moteur, lorsqu'un fluide caloporteur par exemple après avoir été échauffé en traversant le moteur, circule au contact du matériau à changement de phase, le fluide caloporteur est refroidi par le matériau à changement de phase qui lui prélève de l'énergie calorifique par exemple en passant en phase liquide. La restitution de chaleur peut être réalisée lors d'un démarrage à froid de la voiture, permettant de chauffer rapidement le fluide caloporteur.
En variante, le matériau à changement de phase peut être un matériau capable d'emmagasiner des frigories et de restituer les frigories emmagasinées, depuis et vers un fluide caloporteur aussi appelé dans ce cas fluide frigoporteur. Il peut s'agir d'un flux d'air destiné à modifier les paramètres thermiques de l'habitacle du véhicule. En variante, il peut s'agir d'un fluide réfrigérant.
Selon un exemple particulier d'une boucle de climatisation dans un véhicule,
- lorsque la boucle de climatisation fonctionne, le matériau à changement de phase cède de l'énergie calorifique au fluide caloporteur ou frigoporteur, prévu suffisamment froid, c'est-à-dire à une température inférieure à la température de solidification du matériau à changement de phase, et
- lorsque la boucle de climatisation est à l'arrêt, notamment lors d'un arrêt court du moteur, le fluide caloporteur ou frigoporteur circulant au contact du matériau à changement de phase est refroidi par le matériau à changement de phase qui lui prélève de l'énergie calorifique en passant en phase liquide.
Dans cette configuration, la batterie thermique 1 est par exemple agencée en aval d'un évaporateur de la boucle de climatisation selon le sens de circulation du flux d'air à destination de l'habitacle.
II va de soi, que dans ce cas le matériau à changement de phase utilisé est sélectionné pour avoir une température de changement de phase inférieure à celle de l'exemple précédent dans le cas d'une boucle de refroidissement du moteur. On maintient ainsi le refroidissement d'un habitacle du véhicule pendant une période d'arrêt donnée, par exemple d'arrêt automatique du moteur lorsque la voiture s'immobilise. La batterie thermique 1 peut comprendre en outre au moins un orifice de remplissage permettant le remplissage en matériau à changement de phase d'au moins un compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B. Le remplissage en matériau à changement de phase, est réalisé de préférence sous forme liquide aux conditions de température appropriées. Un bouchon 21 (visible sur la figure 1) vient avantageusement fermer un tel orifice de remplissage.
Le ou les orifices de remplissage peuvent être ménagés sur l'enceinte 5.
Un orifice de remplissage distinct peut être prévu pour chaque compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B. Ainsi, le matériau à changement de phase associé à un compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B donné peut être introduit indépendamment du matériau à changement de phase associé à l'autre compartiment d'échange thermique. Les orifices de remplissage peuvent être agencés sur un même côté de l'enceinte 5 ou sur deux côtés différents.
Enfin, la batterie thermique 1 présente avantageusement un moyen d'isolation thermique commun pour les deux compartiments d'échange thermique 3A et 3B.
Un tel moyen d'isolation thermique commun peut notamment être agencé autour de l'enceinte 5 de la batterie thermique 1, afin de contenir la chaleur stockée dans la batterie thermique 1. On peut citer en exemple non limitatif, des moyens d'isolation thermique tels que des mousses, des aérogels, des fibres ou des multicouches avec ou sans vide.
Deuxième mode de réalisation
On a représenté sur la figure 5, un deuxième mode de réalisation d'une batterie thermique 101.
Seules les différences par rapport au premier mode de réalisation sont détaillées ci-après.
Selon le deuxième mode de réalisation, la circulation du ou des fluides caloporteurs ne se fait plus selon une direction sensiblement parallèle à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 111. Au contraire, selon ce deuxième mode de réalisation, il s'agit d'une circulation dite en « U » telle que schématisée par les flèches F' sur la figure 5.
Dans ce cas, la cloison de séparation 107 est agencée dans l'enceinte 105 de manière sensiblement transversale par rapport à l'axe longitudinal L de l'enceinte 105. La cloison de séparation 107 est ici agencée sur toute la section transversale de l'enceinte 105 en référence à la figure 5.
Sur l'exemple de la figure 5, les fluides caloporteurs associés aux compartiments d'échange thermique 103A et 103B circulent sensiblement en « U » du bas vers le haut en référence à la représentation de la figure 5. Bien entendu, les fluides caloporteurs peuvent circuler selon l'autre sens, c'est-à-dire du haut vers le bas selon la représentation de la figure 5, ou encore les deux fluides caloporteurs peuvent circuler en sens opposé l'un par rapport à l'autre.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux batteries thermiques 1, 101 de forme générale sensiblement parallélépipédique.
On peut prévoir à titre d'exemple, une batterie thermique 201, 301, 401 de forme générale sensiblement cylindrique.
Par ailleurs, selon les modes de réalisation précédemment décrits, l'enceinte 5,
105 de la batterie thermique 1, 101 forme un réservoir du matériau de stockage thermique.
En variante, la batterie thermique 201, 301, 401 peut comprendre en son sein une pluralité de réservoirs de matériau de stockage thermique, ici de matériau à changement de phase encapsulé.
Troisième mode de réalisation
On a représenté sur la figure 6, un troisième mode de réalisation d'une batterie thermique 201.
Seules les différences par rapport au premier mode de réalisation sont détaillées ci-après.
La batterie thermique 201 présente une forme générale sensiblement cylindrique. L' enceinte 205 définit un espace intérieur dans lequel peuvent être placé(e)s une pluralité de réservoirs ou capsules 223, contenant du matériau à changement de phase encapsulé. L' encapsulation du matériau à changement de phase assure une fonction de séparation étanche et permet d'avoir des matériaux à changement de phase différents ou non dans les compartiments d'échange thermique 203 A et 203B de la batterie thermique 201.
Dans l'exemple de la figure 6, les réservoirs ou capsules 223 sont de forme générale sensiblement cylindrique. On parle alors de tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223.
Les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 peuvent être disposés sensiblement parallèlement à la direction longitudinale L de la batterie thermique 201, et donc de l'enceinte 205. Ici, le fluide caloporteur circule suivant une circulation dite en « U » (représentée par des flèches F') dans le compartiment d'échange thermique associé 3A ou 3B.
La batterie thermique 201 peut comporter en outre un dispositif de maintien 225 des tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223. Le dispositif de maintien 225 est disposé entre les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 eux- mêmes, et également entre les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 et l'enceinte 205.
Le dispositif de maintien 225 est avantageusement prévu pour conserver une distance constante entre chaque tube de matériau à changement de phase encapsulé 223, de manière à obtenir une homogénéité en termes de pertes de charge et d'écoulement du fluide caloporteur. En variante, on peut prévoir un pas irrégulier entre les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223, notamment pour forcer le passage de fluide caloporteur à cet endroit.
A titre d'exemple, le dispositif de maintien 225 peut comporter un matériau composite placé au sein de l'enceinte 205 sauf au niveau des tubulures d'admission et de sortie 217 et 219, de manière à entourer les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 .
Selon une alternative mieux visible sur la figure 7, le dispositif de maintien 225 comporte au moins une grille 225, les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 passent alors au travers des mailles de la grille afin d'être maintenus. La ou les grilles 225 peuvent être fixées contre l'enceinte 205 par tout moyen de fixation ou blocage approprié.
Les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 peuvent en outre être maintenus à leurs extrémités longitudinales par un collecteur 215 (figure 6).
Contrairement au premier mode de réalisation décrit, les collecteurs 215 ne présentent plus de tubulures d'admission ou de sortie 217, 219 de fluide caloporteur. De telles tubulures d'admission 217 ou de sortie 219 peuvent être agencées directement sur la paroi de l'enceinte 205.
En outre, selon ce troisième mode de réalisation l'écoulement du ou des fluides caloporteurs peut ne pas se faire dans des canaux de circulation, tel que décrit dans le premier mode de réalisation. Au contraire, le ou les fluides caloporteurs peuvent circuler à l'intérieur de l'enceinte 205 de la batterie thermique 201 en venant au contact des tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223.
À cet effet, les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 doivent être réalisés en matériaux aptes à supporter les conditions d'utilisation de la batterie thermique 201 et le fluide caloporteur qui circule au sein de l'enceinte 205. Il peut s'agir notamment d'aluminium ou de matière polymère telle que du polyamide.
La batterie thermique 201 présente également au moins une cloison de séparation 207 agencée de manière à séparer au moins deux compartiments d'échange thermique 203 A et 203B. La cloison de séparation 207 permet alors de séparer les fluides caloporteurs circulant dans les deux compartiments d'échange thermique 203 A et 203B, et non plus de séparer les matériaux de stockage thermique des deux compartiments d'échange thermique 203 A, 203B comme dans le premier ou deuxième mode de réalisation.
Quatrième mode de réalisation
On a représenté sur les figures 8 et 9, un quatrième mode de réalisation d'une batterie thermique 301. Le quatrième mode de réalisation se distingue du troisième mode de réalisation par l'agencement de la cloison de séparation 307. En effet, dans cet exemple la cloison de séparation 307 est agencée de façon sensiblement transversale à la direction longitudinale L de la batterie thermique 301.
Plus précisément, la cloison de séparation 307 est, dans cet exemple, agencée sur toute la section transversale de l'enceinte 305.
Les éléments 323, 325 correspondent respectivement aux éléments 223, 225 du troisième mode de réalisation et ne sont pas décrits de nouveau.
Cinquième mode de réalisation
Un cinquième mode de réalisation d'une batterie thermique 401, représenté sur la figure 10, se distingue du troisième mode de réalisation, par le fait que le ou les matériaux à changement de phase sont encapsulés dans des réservoirs 423 de forme générale sensiblement sphérique.
Bien entendu, la cloison de séparation 407 peut être agencée dans le sens de la longueur de la batterie thermique 401 tel qu'illustré sur la figure 9 mais aussi en variante sensiblement transversalement par rapport à l'axe longitudinal L de la batterie thermique 401, de façon similaire au quatrième mode de réalisation.
Les éléments 425 correspondent respectivement aux éléments 225 du troisième mode de réalisation et ne sont pas décrits de nouveau. On a décrit ci-dessus différents modes de réalisation de la batterie thermique 1,
101, 201, 301, 401. Bien entendu, les caractéristiques de ces modes de réalisation peuvent être combinées sans sortir de la portée de l'invention.
Utilisation d'une batterie thermique selon l'invention
La figure 11 représente de façon schématique et simplifiée, la mise en œuvre d'une batterie thermique selon l'invention dans au moins deux boucles de gestion thermique, notamment d'un véhicule automobile.
Sur la figure 11, une batterie thermique 1 selon le premier mode de réalisation est représentée. Bien entendu, une batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 selon l'un ou l'autre des modes de réalisation précédemment décrits, peut indifféremment être utilisée.
Une même batterie thermique 1 selon l'invention peut notamment être agencée à la fois dans plusieurs circuits distincts. Avantageusement, une même batterie thermique 1 peut être agencée dans autant de circuits distincts que de compartiments d'échange thermique 3A, 3B distincts que cette batterie thermique 1 présente.
Dans l'exemple de la figure 11, la batterie thermique 1 présente deux compartiments d'échange thermique 3A et 3B, et est agencée dans deux circuits à la fois.
À titre d'exemple illustratif et non limitatif, la batterie thermique 1 est agencée à la fois dans une boucle d'huile moteur Bl et d'une boucle d'huile de transmission B2. Les fluides caloporteurs sont donc respectivement l'huile moteur et l'huile de transmission dans cet exemple. Les fluides caloporteurs peuvent être de nature différente avec des températures de fonctionnement également différentes.
Une boucle B 1 ou B2 présente par exemple :
• au moins une source thermique 27 ou 29,
• au moins une pompe 31 ou 33 pour l'entraînement du fluide caloporteur, et « au moins un compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B de la batterie thermique 1.
Ces différents éléments 27, 31, 3A, respectivement 29, 33, 3B sont reliés les uns aux autres par des conduits 35, respectivement 37, de façon à permettre une circulation du fluide caloporteur entre les différents éléments de la boucle Bl, respectivement B2, concernée.
Dans un exemple particulier, les différents éléments de chaque boucle Bl, B2 peuvent être montés en série selon l'ordre précédemment décrit. Ainsi, comme montré de façon non limitative sur la figure 11, la sortie de fluide caloporteur d'un compartiment d'échange thermique 3 A, respectivement 3B, de la batterie thermique 1 est par exemple reliée à l'entrée de fluide caloporteur d'une source thermique 27, respectivement 29, la sortie de fluide caloporteur de la source thermique 27 ou 29 est reliée à l'entrée de fluide caloporteur de la pompe 31, respectivement 33, associée, et la sortie de fluide caloporteur de cette pompe 31 ou 33 est reliée à l'entrée de fluide caloporteur du compartiment d'échange thermique 3 A, respectivement 3B, associé de la batterie thermique 1.
Les compartiments d'échange thermique 3 A et 3B séparés de manière étanche au sein d'une même batterie thermique 1 permettent de gérer des températures de fonctionnement différentes et d'avoir des matériaux de stockage thermique différents, notamment des matériaux à changement de phase de températures de changement de phase différentes. Ceci permet donc une utilisation au sein de boucles distinctes.
Par exemple, la batterie thermique 1 peut comprendre :
• dans le premier compartiment d'échange thermique 3 A agencé dans la boucle Bl d'huile moteur, un matériau à changement de phase avec une température de changement de phase de l'ordre de 80°C, et
• dans le deuxième compartiment d'échange thermique 3B agencé dans la boucle B2 d'huile de transmission, un matériau à changement de phase avec une température de changement de phase de l'ordre de 50°C.
Ainsi, lors du roulage, la batterie thermique 1 stocke de la chaleur produite par l'une et/ou l'autre source thermique 27, 29.
Lors d'un démarrage à froid du véhicule, l'énergie stockée dans la batterie thermique 1 permet de chauffer rapidement l'huile de transmission et/ou l'huile moteur. Cette montée rapide en température diminue ainsi les forces visqueuses et les forces de frictions diminuant d'autant la consommation de carburant. Selon une alternative, la batterie thermique 1 peut être mise en œuvre dans une ou plusieurs boucles configurées pour permettre,
• d'une part, lors de certaines phases, un stockage du froid depuis le fluide caloporteur, aussi appelé fluide frigoporteur, vers la batterie thermique 1, et,
• d'autre part, lors d'autres phases, une restitution de chaleur (en l'occurrence un déstockage de froid) de la batterie thermique 1 vers le fluide frigoporteur.
Ainsi, la batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 selon l'un ou l'autre mode de réalisation permet l'utilisation d'un ou plusieurs fluides caloporteurs, et de même d'un ou plusieurs matériaux de stockage thermique, tels que des matériaux à changement de phase. Du fait de la présence d'au moins deux compartiments d'échange thermique 3A, 3B ; 103A, 103B ; 203A, 203B ; 303A, 303B ; 403A, 403B distincts sans communication fluidique qu'il s'agisse de fluide caloporteur ou du ou des matériaux de stockage thermique, la batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 devient multi-f onction et peut être utilisée dans au moins deux circuits ou boucles distinctes du véhicule.
Une telle batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 permet également d'optimiser la capacité de stockage thermique, tout en diminuant les pertes thermiques vers l'extérieur.
Avec une même batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 pouvant comprendre en son sein plusieurs fluides caloporteurs et/ou matériaux de stockage thermique, les surfaces exposées à l'environnement ambiant sont réduites par rapport aux solutions individuelles de l'art antérieur. En effet selon la forme choisie, les inventeurs ont constaté que l'on peut réduire de plus de 20 % les surfaces exposées aux pertes vers l'extérieur dans le cas d'une batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 à deux compartiments d'échange thermique distincts 3 A, 3B ; 103 A, 103B ; 203 A ,203B ; 303A ,303B ; 403A, 403B, et plus de 30 % dans le cas de trois compartiments d'échange thermique distincts.
Plus le nombre de compartiments distincts, d'échange thermique entre un fluide caloporteur et un matériau de stockage thermique associés, utilisés dans une même batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 est important, plus la réduction de surface extérieure est importante, engendrant ainsi une baisse des pertes thermiques proportionnelle à cette réduction.

Claims

REVENDICATIONS
1. Batterie thermique, notamment pour véhicule automobile, configurée pour être traversée par un fluide caloporteur et comprenant un matériau de stockage thermique, caractérisée en ce que la batterie thermique (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401) comprend :
au moins un premier compartiment d'échange thermique (3 A; 103 A; 203 A; 303 A; 403 A) et au moins un deuxième compartiment d'échange thermique (3B; 103B; 203B; 303B; 403B) distincts,
chaque compartiment d'échange thermique (3 A, 3B ; 103 A, 103B ; 203 A, 203B ; 303 A, 303B ; 403A, 403B) étant d'une part en communication fluidique avec une admission (17 ; 117 ; 217 ; 317 ; 417) associée et une sortie (19 ; 119 ; 219 ; 319 ; 419) associée pour un fluide caloporteur dédié, et comprenant d'autre part un matériau de stockage thermique associé, pour un échange thermique entre le fluide caloporteur dédié et le matériau de stockage thermique associé.
2. Batterie thermique selon la revendication précédente, comportant une enceinte (5 ; 105 ; 205 ; 305 ; 405) et au moins une cloison de séparation (7 ; 107 ; 207 ; 307 ; 407) agencée dans l'enceinte (5 ; 105 ; 205 ; 305 ; 405) de manière à séparer deux compartiments d'échange thermique (3 A, 3B ; 103 A, 103B ; 203 A, 203B ; 303 A, 303B ; 403A, 403B).
3. Batterie thermique selon la revendication précédente, dans laquelle la cloison de séparation (7 ; 107 ; 207 ; 307 ; 407) comprend au moins deux parois (70) étanches et au moins un isolant thermique (71) intercalé entre les deux parois étanches (70).
4. Batterie thermique selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans laquelle la cloison de séparation (7 ; 107 ; 207 ; 307 ; 407) comprend au moins un moyen de chauffage, tel qu'au moins une plaque chauffante sérigraphiée (72).
5. Batterie thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins un premier compartiment d'échange thermique (3 A ; 103 A ; 203 A ; 303A ; 403A) comprend un premier matériau de stockage thermique, et au moins un deuxième compartiment d'échange thermique (3B ; 103B ; 203B ; 303B ; 403B) comprend un deuxième matériau de stockage thermique distinct du premier matériau de stockage thermique.
6. Batterie thermique selon la revendication précédente, dans laquelle le premier compartiment d'échange thermique (3 A ; 103 A ; 203 A ; 303 A ; 403 A) comprend un premier matériau à changement de phase, et le deuxième compartiment d'échange thermique (3B ; 103B ; 203B ; 303B ; 403B) comprend un deuxième matériau à changement de phase, de température de changement de phase différente de celle du premier matériau à changement de phase, tels qu'un premier matériau à changement de phase de température de changement de phase de l'ordre de 60°C à 110°C, et qu'un deuxième matériau à changement de phase de température de changement de phase de l'ordre de 50°C à 95°C.
7. Batterie thermique selon la revendication 2 prise en combinaison avec l'une quelconque des revendications précédentes, présentant une forme générale sensiblement parallélépipédique ou cylindrique, et dans laquelle la cloison de séparation (7 ; 107 ; 207 ; 307 ; 407) est agencée sensiblement parallèlement à la direction longitudinale (L) de la batterie thermique (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401).
8. Batterie thermique selon la revendication 2 prise en combinaison avec l'une quelconque des revendications 3 à 6, présentant une forme générale sensiblement parallélépipédique ou cylindrique, et dans laquelle la cloison de séparation (7 ; 107 ; 207 ; 307 ; 407) est agencée sensiblement transversalement à la direction longitudinale (L) de la batterie thermique (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401).
9. Batterie thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un moyen d'isolation thermique commun pour lesdits au moins deux compartiments d'échange thermique (3A, 3B ; 103A, 103B ; 203A, 203B ; 303A, 303B ; 403A, 403B).
10. Batterie thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier compartiment d'échange thermique (3A; 103A; 203A; 303A; 403A) et le deuxième compartiment d'échange thermique (3B; 103B; 203B; 303B; 403B) présentent des volumes différents.
11. Utilisation d'une batterie thermique (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, dans au moins deux boucles de gestion thermique (Bl, B2) distinctes, notamment dans un véhicule automobile.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018210389A1 (fr) * 2017-05-15 2018-11-22 Seas-Nve Holding A/S Unité de stockage de chaleur
US10309289B2 (en) 2017-06-01 2019-06-04 Denso International America, Inc. Heat storage system
TWI731483B (zh) * 2019-11-26 2021-06-21 大陸商深圳市研派科技有限公司 具有複合式流道的液冷裝置
CN114144634A (zh) * 2019-05-21 2022-03-04 法雷奥热系统公司 制冷剂/传热液体热交换器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU101819B1 (en) * 2020-05-25 2021-11-25 Cebi Luxembourg S A System and Method for Thermal Management in Electric Vehicles

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10259572A1 (de) * 2002-12-19 2004-07-15 Daimlerchrysler Ag Wärmetauscheranordnung
US20090211732A1 (en) * 2008-02-21 2009-08-27 Lakhi Nandlal Goenka Thermal energy exchanger for a heating, ventilating, and air conditioning system
DE102009034772A1 (de) * 2009-07-25 2011-01-27 K-Utec Ag Salt Technologies Latentwärmespeicher für stationäre und mobile Anwendungen mit dualem Latentwärmespeichermaterial
US20120048768A1 (en) * 2009-02-11 2012-03-01 Mathew Holloway Phase change material composition

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10259572A1 (de) * 2002-12-19 2004-07-15 Daimlerchrysler Ag Wärmetauscheranordnung
US20090211732A1 (en) * 2008-02-21 2009-08-27 Lakhi Nandlal Goenka Thermal energy exchanger for a heating, ventilating, and air conditioning system
US20120048768A1 (en) * 2009-02-11 2012-03-01 Mathew Holloway Phase change material composition
DE102009034772A1 (de) * 2009-07-25 2011-01-27 K-Utec Ag Salt Technologies Latentwärmespeicher für stationäre und mobile Anwendungen mit dualem Latentwärmespeichermaterial

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018210389A1 (fr) * 2017-05-15 2018-11-22 Seas-Nve Holding A/S Unité de stockage de chaleur
US10309289B2 (en) 2017-06-01 2019-06-04 Denso International America, Inc. Heat storage system
CN114144634A (zh) * 2019-05-21 2022-03-04 法雷奥热系统公司 制冷剂/传热液体热交换器
TWI731483B (zh) * 2019-11-26 2021-06-21 大陸商深圳市研派科技有限公司 具有複合式流道的液冷裝置

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