WO2021123554A1 - Dispositif de régulation thermique pour un composant électrique - Google Patents

Dispositif de régulation thermique pour un composant électrique Download PDF

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WO2021123554A1
WO2021123554A1 PCT/FR2020/052314 FR2020052314W WO2021123554A1 WO 2021123554 A1 WO2021123554 A1 WO 2021123554A1 FR 2020052314 W FR2020052314 W FR 2020052314W WO 2021123554 A1 WO2021123554 A1 WO 2021123554A1
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wall
housing
condensation
thermal regulation
dielectric fluid
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PCT/FR2020/052314
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Kamel Azzouz
Amrid MAMMERI
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal regulation devices for electronic systems comprising electrical or electronic components liable to heat up during their operation.
  • the electronic systems likely to be concerned by the present invention can consist of computer servers as well as electrical energy storage systems, in particular battery cells, for motor vehicles.
  • thermal regulation devices make it possible to modify a temperature of an electrical energy storage system, whether this is when the vehicle is started in cold weather, by increasing its temperature for example, or whether it is during travel or during a recharging operation of said system, by reducing the temperature of the battery cells, which tend to heat up during their use.
  • thermal regulation devices make use of heat exchangers.
  • the various battery elements of an electrical energy storage system can in particular be cooled by means of a cold plate inside which a cooling fluid circulates, the plate being in contact with the battery cells to be cooled.
  • heat exchangers can lead to inhomogeneous cooling of the battery elements of the same electrical energy storage system, thus leading to a decrease in the overall performance of said system.
  • These thermal regulation devices also have high thermal resistance due to the thicknesses of material present between the cooling fluid and the battery cells.
  • devices for cooling the electric battery elements of electric or hybrid cars comprising a hermetically sealed housing in which the battery elements of the energy storage system electric are partially immersed in a dielectric fluid.
  • a heat exchange is ensured between the battery cells and the dielectric fluid, a dielectric fluid tank being located outside the housing and connected to said housing in order to allow circulation of the dielectric fluid.
  • Document FR3077683 discloses a device for cooling the battery cells which also comprises a hermetic case in which a dielectric fluid is placed, but in which the dielectric fluid is projected onto the battery cells by a circuit and appropriate projection means. In contact with the battery cells which have heated up during their operation, the sprayed dielectric fluid tends to vaporize and the vapor propagates in the housing and in particular along the walls delimiting the housing.
  • Document FR3077683 discloses the presence of a condensation wall, comprising within it a refrigerant fluid circuit, the wall being said to be condensing in that the temperature of this wall allows the vapor to condense so that the dielectric fluid takes up a again. liquid form.
  • the object of the invention is to offer an alternative for thermal regulation of electronic systems, whether they are computer servers, electrical energy storage systems for motor vehicles or any other type of system comprising electrical components. or electronics liable to heat up during their operation or recharging, by proposing a thermal regulation assembly which is capable of bringing the electrical component to the desired temperature within a defined time.
  • the present invention relates to a thermal regulation device for an electrical or electronic component, the temperature of which must be regulated, said electrical or electronic component being capable of giving off heat during its operation and / or during its charging
  • the thermal regulation device comprising a housing extending along a longitudinal axis and configured to house at least the electrical or electronic component, a circuit of a dielectric fluid and a device for projecting said dielectric fluid towards the electrical component or electronic, characterized in that the phase change temperature of the dielectric fluid is such that it is capable of being vaporized in contact with the electrical or electronic component, in that the housing comprises at least one wall for condensing the dielectric fluid under its vaporized form and in that at least one outer face and / or one inner face of the at least one wall of condensation of the housing has at least reliefs configured to promote condensation of the dielectric fluid in the vaporized state.
  • the housing may include, at a lower portion, a dielectric fluid recovery tank in the liquid state.
  • reliefs protruding or recessed shapes of a first plane, in which the outer face of the condensation wall is essentially inscribed, or of a second plane, in which the inner face is essentially inscribed. of the condensation wall. Such reliefs can make it possible to increase the heat exchange surface of the corresponding face of the condensation wall with a flow of outside air making it possible to cool the condensation wall and / or allow guidance along the corresponding face of the wall. '' a fluid participating in cooling the condensation wall and / or allowing the evacuation of the condensed dielectric fluid to allowing the vaporized form of the fluid to contact the corresponding face of the condensation wall.
  • the thermal regulation device aims to optimize the condensing performance of at least one condensing wall of the housing so as to improve thermal regulation of electrical or electronic components.
  • At least part of the reliefs consists of a plurality of guiding members of a flow of air outside the housing, the guiding members extending projecting from at least a first plane essentially comprising the external face of the condensation wall.
  • the guide members consist of ribs emerging from the condensation wall to the outside of the housing.
  • the guide members thus participate in increasing the surface area of the external face and therefore the heat exchange surface between the condensation wall and the air flow outside the housing.
  • adjacent guide members define a passageway for the circulation of air flow outside the housing.
  • the guide members extend parallel to the longitudinal axis of extension of the housing.
  • the guide members thus have a substantially rectilinear structure. Also, the guide members extend parallel to each other within the same condensation wall. These guide members are in particular configured to extend parallel to a main direction of circulation of the air flow outside the housing.
  • the guide members can have a profile of variable shape, for example square, rectangular, triangular or even trapezoidal.
  • the guide members may extend over the entire length of the condensate wall, said length being measured along the longitudinal axis of extension of the housing.
  • At least part of the reliefs consists of a plurality of discharge members extending recessed in the second plane. essentially comprising the internal face of the condensation wall, a depth of the discharge members being less than a thickness of the condensation wall measured between the internal face and the external face.
  • the evacuation organs extend between the foreground and the second plane.
  • One of the main functions of these evacuation members is to allow, in particular by capillary action, the evacuation of the dielectric fluid condensed in contact with the condensation wall carrying these evacuation members.
  • these evacuation members make it possible to free the internal face of the condensation wall and to ensure that there does not persist on this condensation wall a liquid film which could prevent the heat exchange between the condensation wall.
  • dielectric fluid vapor which continues to be formed in contact with the electrical or electronic components in operation and the condensation wall.
  • These evacuation members can allow an increase in the thermal contact surface between the condensation wall and the vaporized dielectric fluid so as to promote condensation of the latter.
  • the evacuation organs can extend in different orientations.
  • a first subset of discharge members may extend along the orientation, hereinafter called the first orientation, substantially perpendicular to the longitudinal axis of extension of the housing, for example along in a transverse direction or in a vertical direction, while a second subset of discharge members extends in a second orientation, substantially parallel to the longitudinal axis.
  • the discharge members extend in at least one orientation, said orientation being substantially perpendicular to the longitudinal axis of extension of the housing.
  • the housing comprises the dielectric fluid recovery tank in the liquid state, and at least one sub-assembly of the discharge members opens into the recovery tank.
  • at least part of the discharge members contributes to promoting the flow of the dielectric fluid condensed by contact with the condensation wall directly towards the recovery tank.
  • the thermal regulation device can comprise the guide members, arranged at the level of the external face of the condensation wall, and the discharge members, arranged at the level of the internal face of this same wall. of condensation.
  • the discharge members can then extend perpendicularly to the guide members.
  • the housing comprises at least one base open on at least one side and comprising a bottom wall from which emerge at least two side walls extending parallel to a substantially longitudinal direction. parallel to the longitudinal axis and two longitudinal end walls delimiting the housing along the longitudinal direction, the housing comprising at least one cover configured to close the base and the at least one condensing wall being formed by the cover or a side wall or a longitudinal end wall of the base.
  • the thermal regulation device may comprise a plurality of condensation walls, the cover and / or at least one side wall and / or at least one longitudinal end wall of the base forming one of said walls of the base. condensation.
  • the cover and all of the side walls and / or the longitudinal end walls of the base can form condensation walls.
  • thermal regulation device comprises a plurality of condensation walls
  • they can be made according to any one of the embodiments as described above.
  • At least part of the discharge members included in a first condensation wall are fluidly connected to at least part of the condensation members included in at least one second condensation wall. Continuity is thus formed between the discharge members of two distinctly produced subassemblies on adjacent walls.
  • the first condensing wall can be formed by the cover and the at least one second condensing wall can be formed by one of the side walls and / or one of the longitudinal end walls.
  • At least a subset of the discharge members can open into the recovery tank.
  • at least part of the discharge members of the second condensation wall and / or at least part evacuation members of the first condensation wall open (s) into the recovery tank, in particular when the sub-assemblies are arranged on side walls and / or longitudinal end walls.
  • a subset of discharge members arranged in a condensation wall formed by the cover communicates fluidly with the recovery tank by means of one or more subsets of discharge members arranged on side walls and / or longitudinal end walls.
  • the thermal regulation device can comprise a circuit, called the second circuit, of heat transfer fluid which is distinct from the dielectric fluid circuit, hereinafter called the first circuit, the second circuit. of heat transfer fluid extending at least in part in a thickness of the condensation wall between the internal face and the external face.
  • the heat transfer fluid can in particular consist of a refrigerant such as glycol water, Ri34a or i234yf, or even carbon dioxide, without this list being exhaustive.
  • a refrigerant such as glycol water, Ri34a or i234yf, or even carbon dioxide, without this list being exhaustive.
  • the first circuit and the second circuit are separate, so that the dielectric fluid, circulating in the first circuit, and the refrigerant fluid, circulating in the second circuit, are not mixed.
  • the thermal regulation device can comprise a plate, housed in the housing, and the circuit, called second circuit, of heat transfer fluid which is separate from the dielectric fluid circuit, hereinafter referred to as the first circuit, the second heat transfer fluid circuit extending at least in part into the plate.
  • the plate functioning as a cold plate, can be configured to implement at least one heat exchange between the refrigerant fluid circulating in the second circuit and the dielectric fluid circulating in the first circuit.
  • the invention also relates to a thermal regulation assembly comprising at least one enclosure, a ventilation device configured to draw an air flow from the enclosure or to blow an air flow into the enclosure and a thermal regulation device.
  • the enclosure delimiting an air flow circulation duct in which the thermal regulation device extends, the thermal regulation device being arranged in the enclosure so that the longitudinal axis of extension of the housing extends parallel to a direction of air flow.
  • FIG 1 shows a vehicle equipped with a thermal regulation assembly comprising at least one thermal regulation device for an electrical or electronic component
  • FIG 2 shows a schematic perspective view of the thermal regulation device
  • FIG 3 shows a first schematic perspective view of a condensation wall of the thermal regulation device according to the invention
  • FIG 4 shows a second schematic perspective view of the condensation wall as illustrated in Figure 3;
  • FIG 5 is a schematic perspective representation of the arrangement of the thermal regulation device in an enclosure of the thermal regulation assembly;
  • FIG 6 is a cross section of the thermal regulation device as shown in Figure 2.
  • the longitudinal direction will be represented by the longitudinal axis X while the vertical Y and transverse Z axes will respectively represent the vertical and transverse directions. These axes together define an XYZ trihedron represented in the figures requiring it.
  • the qualifiers "up” or “upper” will be represented by the positive direction of the vertical Y axis, the “lower” or “lower” qualifiers being represented by the negative direction of the same vertical Y axis.
  • the invention relates to a thermal regulation device i of an electronic system comprising electrical or electronic components 3 whose temperature must be regulated, said electrical or electronic component 3 being capable of giving off heat during its operation.
  • the thermal regulation device 1 according to the invention particularly comprises at least one condensation wall 5 of which an external face 7 and / or an internal face 9 comprises (s) a plurality of reliefs 11.
  • the invention also relates to a regulation assembly. thermal 13 comprising said device 1.
  • the electronic systems likely to be concerned by the present invention can consist of computer servers as well as electrical energy storage systems 15, in particular batteries, for motor vehicles.
  • thermal regulation device 1 will be described in relation to an electrical energy storage system 15 of a motor vehicle, but it must be understood that such an application is not not limiting and that it could in particular be applied in the context of the invention to the various electronic systems.
  • FIG. 1 illustrates an electrical energy storage system 15 capable in particular of equipping a motor vehicle 17 with electric or hybrid motorization.
  • Such an electrical energy storage system 15 is intended in particular to supply electrical energy to an electric motor, not shown, fitted to the motor vehicle 17 with a view to its movement.
  • the electrical energy storage system 15 tends to heat up. Also, the electrical energy storage system 15 is integrated into the thermal regulation assembly 13 of the vehicle 17 with a view, in particular, to its cooling. It should be noted that the thermal regulation assembly 13 which will be described later could also consist of a system aimed at increasing the operating temperature of the electrical storage system 15, for example when the vehicle is started.
  • the thermal regulation assembly 13 comprises at least one enclosure 19, the thermal regulation device 1 and a ventilation device 18.
  • the enclosure 19 is open towards a front face of the vehicle 17 at the level of an air inlet 21, through which an air flow FA, for example an air flow outside the vehicle 17, is liable to enter. to circulate in the enclosure 19, and towards the rear of the vehicle 17 at the level of an air outlet 23.
  • the enclosure 19 thus delimits a circulation duct 25 of the air flow FA in which in which s' extends the thermal regulation device 1 comprising the electrical energy storage system 15.
  • the ventilation device 18 is arranged in the enclosure 19 and is configured to ensure the circulation of the air flow FA within said enclosure 19.
  • the ventilation device 18 may in particular consist of a fan or a blower. It can be arranged upstream, as illustrated, or downstream of the thermal regulation device 1 in a direction of circulation Si of the air flow FA in order to be able to push or suck the air flow respectively into the circulation duct. 25 delimited by the enclosure 19.
  • the air flow FA enters the enclosure 19 via the air inlet 21 and is brought into thermal contact with the thermal regulation device 1 in order to to participate in the heat treatment of the electrical energy storage system 15 housed in said device 1.
  • the air flow FA may be weak or even nonexistent, so that the ventilation device 18 then ensures the supply of an air flow FA to the enclosure 19 or increasing the flow rate of said air flow FA.
  • FIG. 2 schematically illustrates an embodiment of the thermal regulation device 1 according to the invention.
  • the thermal regulation device 1 comprises a housing 27 extending along a longitudinal axis 100 of extension and delimiting an internal volume 200 in which is housed at least the electrical or electronic component 3.
  • the housing 27 houses three components taking the form of battery cells 31 of an electrical energy storage system 15, but it should nevertheless be understood that such a representation is made for information only and that the number or shape of the electrical or electronic components 3 arranged in the thermal regulation device 1 is in no way limiting. It is also understood that other configurations of the electrical energy storage system 15 could be implemented according to the invention as long as this system comprises a thermal regulation device 1 in accordance with the teachings of the invention.
  • the housing 27 comprises at least one base 33 open on at least one side, this base 33 more particularly comprising a bottom wall 35 from which emerge vertically at least two side walls 37 extending longitudinally parallel to the longitudinal axis 100, and two longitudinal end walls 39 delimiting the housing 27 along the longitudinal axis X.
  • the housing 27 comprises also at least one cover 41 configured to close the base 33.
  • the cover 41 is arranged above the base 33 when the electrical energy storage system 15 is mounted on the vehicle 17.
  • the thermal regulation device 1 further comprises a circuit of a dielectric fluid FD, hereinafter referred to as the first circuit 43 and a device 45 for projecting said dielectric fluid in the direction of the battery cells 31, the temperature of which must be regulated.
  • the projection device 45 may in particular consist of a plurality of projection nozzles, here not shown, which are arranged on the first circuit 43, each projection nozzle being able to spray and orient the dielectric fluid in the liquid state. towards the battery cells 31 in order to cool them if necessary.
  • the first circuit 43 is arranged in the housing 27 to spray the dielectric fluid on each of the battery cells 31, in particular on separate sides of said elements 31. Also, as illustrated, the first circuit 43 can be arranged in the internal volume. 200 of the housing 27 so as to extend between one of the walls 37, 39, 42 of the housing 27 and one of the battery elements 31 or between two adjacent battery elements 31, as shown schematically in FIG. 6.
  • the first dielectric fluid circuit 43 is here formed by at least one tubular distribution pipe 47 disposed projecting from the internal face 9 of the side walls 37 and / or of the end walls 39.
  • the distribution pipe 47 can be made of a material different from that used to make the walls of the housing 27, for example aluminum.
  • this distribution pipe 47 could, without departing from the context of the invention, be produced in a thickness of at least any one of the walls 37, 39, 41 of the housing 27, measured between the face internal 9 and the external face 7 of the wall considered.
  • the dielectric fluid capable of circulating in the first circuit 43 is chosen as a function of its phase change temperatures. More particularly, the dielectric fluid must be characterized at least by a phase change temperature such that this dielectric fluid, sprayed towards the battery cells 31 in the liquid state, is capable of being vaporized in contact with said battery cells 31. .
  • the dielectric fluid must have an evaporation temperature at atmospheric pressure greater than one. temperature of the order of 32-34 ° C and a condensation temperature lower than a temperature of the order of 29-3i ° C.
  • the housing 27 of the thermal regulation device 1 comprises, as previously explained, at least one condensing wall 5 configured to condense the dielectric fluid in its vaporized form.
  • the condensation wall 5 is configured to implement at least one heat exchange with the dielectric fluid in the gaseous state.
  • condensation wall 5 is configured to implement at least one heat exchange with the air flow FA circulating in the enclosure 19, outside the housing 27.
  • the condensation wall 5 comprises, at its external face 7 and / or its internal face 9, a plurality of reliefs 11 in particular configured to promote the condensation of the dielectric fluid at vaporized state.
  • Said reliefs 11 have microscopic dimensions, so that they are not visible in the present figure.
  • the reliefs 11 and their arrangement within the condensation wall 5 will be further detailed below with reference to FIGS. 3 3 5.
  • the condensation wall 5 may be formed by the cover 41, as shown here, or by one of the side walls 37 or by one of the longitudinal end walls 39 of the base 33.
  • the thermal regulation device 1 can comprise a plurality of condensation walls 5, the cover 41 and / or at least one of the side walls and / or at least one longitudinal end wall of the base 33 which can then form one of said condensation walls 5.
  • the cover 41 and the set of side walls 37 and end walls 39 of the base 33 can form condensation walls 5 of the vaporized dielectric fluid.
  • the housing 27 comprises at least one recovery tank 49, here shown in dotted lines, intended to recover the dielectric fluid in the liquid state, whether it is dielectric fluid leaving directly from one of the projection devices 45 or dielectric fluid. condensed by the condensation wall (s) after being vaporized.
  • the recovery tank 49 is placed in a lower portion of the base 33 and can be partially delimited by the bottom wall 35 or attached in the base 33 of the housing 27.
  • the recovery tank 49 is provided with a discharge hose 51 for the dielectric fluid recovered inside the recovery tank 49, the discharge hose 51 being in fluid communication with a recirculation line 53 for the dielectric fluid.
  • the recirculation pipe 53 is equipped with a device for circulating the dielectric fluid, such as a pump 55, to return the dielectric fluid to a dielectric fluid inlet 57 in the housing 27 and then to the distribution pipe 47 of the first circuit 43. It is understood that such inlet 57 and discharge hose 51 of the dielectric fluid FD can, without departing from the context of the invention, be arranged in any one of the walls 37, 39 of the base 33 of the housing 27.
  • the pump 55 and the recirculation line 53 could be arranged in the internal volume 200 of the housing 27.
  • the thermal regulation device 1 may include a second circuit 59, distinct from the first circuit 43 of dielectric fluid, configured to allow the circulation of a heat transfer fluid FC.
  • the second heat transfer fluid circuit 59 is in particular designed to bring the condensation wall to a temperature favoring the condensation by this condensation wall of the vaporized dielectric fluid.
  • the second heat transfer fluid circuit 59 can extend at least partly in at least any one of the walls 37, 39, 41 of the housing 27 and it can more particularly be included in the condensation wall 5. It extends then at least partly in a thickness 300 of the condensation wall 5, between the internal face 9 and the external face 7 of the said condensation wall 5, here formed by the cover 41.
  • the circulation of the heat transfer fluid FC in the second circuit 59 is ensured by a heat transfer fluid inlet 61 and a heat transfer fluid outlet 63 each in fluid communication with the second circuit 59.
  • the second circuit 59 is here schematically shown in dotted lines and takes the form of a coil extending between the inlet and the outlet of the coolant, so as to allow cooling of the assembly. of the surface of the wall comprising it, here the cover 41, and, consecutively, effective cooling of the dielectric fluid in the gaseous state over the entire surface of the wall, here of the cover.
  • the thermal regulation device 1 can comprise a plate 65, functioning as a cold plate, housed in the housing 27.
  • the second heat transfer fluid circuit 59 then extends to the less in part in the plate 65.
  • the plate 65 may form the condensation wall 5 or else function as a condenser of the dielectric fluid in a manner complementary to the at least one condensation wall 5.
  • the thermal regulation device 1 can be configured to include a single circuit, the first circuit 43 of dielectric fluid, or two separate circuits, the first circuit 43 of dielectric fluid and the second circuit 59 of heat transfer fluid.
  • the air flow FA circulating along the casing outside the latter contributes to reducing the temperature, or at the very least to containing the rise in temperature, of the wall along which the air flow circulates, and this temperature regulation facilitates the condensation of the dielectric fluid capable of being in the form of vapor along this wall inside the housing.
  • Figures 3 to 5 illustrate the condensing wall 5 in more detail, whether it consists of the cover, one of the side walls or one of the longitudinal end walls of the housing.
  • Figure 3 makes visible the outer face 7 of said wall while
  • Figure 4 shows the inner face 9, turned towards the internal volume 200 of the housing 27, of the condensation wall 5.
  • Figure 5 illustrates the arrangement of the device. thermal regulation 1 in the enclosure 19 and more particularly the positioning of the reliefs 11 relative to the air flow FA circulating in the circulation duct 25 defined by the enclosure 19. It is understood that, in the figures described below, the scale of the various reliefs has been increased for the sake of clarity, so that the dimensions of the various reliefs n shown here are not representative of reality.
  • Part of the reliefs 11 may consist of a plurality of guide members 67 of the air flow FA outside the housing 27.
  • the guide members 67 emerge from the condensation wall 5 and extend outside the housing 27. , projecting from a first plane 400 in which the outer face 7 is essentially inscribed. They thus contribute to increasing the heat exchange surface area of the outer face 7 so that the calories recovered from the vaporized dielectric fluid capable of being in contact with the internal face 9 can be evacuated more quickly to the outside of the housing.
  • the guide members 67 have an elongated, substantially rectilinear structure. They extend parallel to the longitudinal axis 100 of extension of the housing 27 and parallel to each other. When the thermal regulation device 1 is positioned in the enclosure 19, the latter is arranged so that the longitudinal axis 100 of extension of the housing 27 extends parallel to the direction of flow Si of the air flow FA. In other words, the guide members 67 of the outer face 7 extend substantially parallel to the direction of flow Si of the air flow FA.
  • two adjacent guide members 67 define a circulation passage 69 of the air flow FA outside the housing 27 in contact with the external face 7 of the condensation wall 5.
  • this air flow FA can be sucked or pushed into said circulation corridors 69 by the ventilation device, here not shown and visible in Figure 1.
  • the guide members 67 extend over the whole of an extension length 510 of the condensation wall 5, said length being measured along the longitudinal direction Ox between end edges. 71 longitudinally delimiting said wall.
  • the guide members 67 may have profiles of variable shape, examples of which are illustrated in the insert 1000.
  • the guide members 67 may have, without limitation, a square, rectangular, triangular or even trapezoidal shape.
  • Each guide member 67 is characterized by a height of the form 670 and by a width of the form 680.
  • the height of the form 670 is measured along the vertical axis Y, perpendicular to the outer face 7, between the first plane 400 and the free end 73 of the guide member 67.
  • the width of the form 680 is measured, at the level of the first plane 400 and along the transverse axis Z, the distance separating two end points furthest from a base 75 of the guide member 67.
  • the height of the form 670 and the width of the form 680 may be of the order of 0.2 to 0.5 millimeters.
  • the adjacent guide members 67 are separated by a defined spacing 650, such a spacing 650 defining a width of the passageway 69 of the air flow FA.
  • the spacing 650 between adjacent guide members 67 is measured at the level of the first plane 400, along the transverse axis Z, between two points closest to the bases 75 of each of said guide members 67.
  • the guide members 67 can be regularly arranged in the condensation wall 5 so as to have identical spacings 650 throughout said wall.
  • the spacing 650 measured between adjacent guide members 67 may have a value substantially equal to the value of the width of the form 680 of the guide members 67.
  • the guide members 67 are thus regularly arranged over the whole of an extension width 520 of the condensation wall 5 measured along the transverse axis Z between two side edges 77 of said wall.
  • FIG. 4 makes more particularly visible a characteristic according to which part of the reliefs 11 of the condensation wall 5 can consist of a plurality of discharge members 79 extending in the hollow of a second plane 700 essentially comprising the internal face. 9 of the condensation wall 5.
  • these discharge members extend at least in part between the first plane 400 and the second plane 700. If they also contribute to increasing the heat exchange surface of the internal face 9, it is especially notable that these discharge members make it possible to release by capillary action the dielectric fluid returning to its liquid form under the effect of heat exchange with the condensation wall.
  • the dielectric fluid in the liquid state is thus quick to form a liquid film on the internal face of the wall. and the discharge members make it possible to release this fluid in liquid form through the channels thus formed, at a distance from the internal face of the condensation wall 5.
  • the discharge members 79 Similar to the guide members 67, the discharge members 79 have a substantially rectilinear elongate structure. They extend in an orientation substantially perpendicular to the longitudinal axis 100 of extension of the housing 27, parallel to each other.
  • the discharge members 79 may have profiles of variable shape, examples of which, without limitation, are illustrated in the box 2000.
  • the guide members 67 may have a square or rectangular shape, triangular, trapezoidal, or even, as shown in the condensation wall 5, semi-circular.
  • Each discharge member 79 is characterized by a depth 790 less than the thickness 300 of the condensation wall 5.
  • the depth 790 is measured vertically, that is to say perpendicular to the internal face 9 of the condensation wall. , between the second plane 700 and the bottom 81 of the evacuation member 79.
  • Each discharge member 79 is characterized by a width, called the width of the structure 795.
  • the width of the structure 795 is measured at the level of the second plane 700, here longitudinally, and corresponds to the distance separating the two most distant end points d 'an opening 83 of the guide member.
  • the depth 790 and the width of the structure 795 of the discharge member 79 may be in the range of 0.2 to 0.5 millimeters.
  • adjacent discharge members 79 are separated by a defined gap 750.
  • the distance 750 between the adjacent discharge members 79 is measured in particular at the level of the second plane 700, perpendicular to the discharge members, that is to say here longitudinally, between the openings 83 of said members 79.
  • the discharge members 79 are regularly arranged in the condensation wall 5, so as to have identical spacings 750 throughout said wall.
  • the measured spacing 750 may have a value substantially equal to the width of the structure 795 of the organ evacuation 79.
  • the evacuation members 79 can be regularly arranged over the entire length of extension 510 of the condensation wall 5.
  • the condensation wall 5 can thus be produced according to three embodiments.
  • all the reliefs 11 of the condensation wall 5 are guide members 67 as previously mentioned, and these reliefs have the function of increasing the heat exchange surface of the condensation wall 5 with an external air flow passing along the external face of this condensation wall, so as to cool the condensation wall to promote the condensation of the dielectric fluid which has just been vaporized and which tends to be deposited on the internal face of this condensation wall.
  • all the reliefs 11 of the condensation wall 5 are evacuation members 79 as previously mentioned, and these reliefs have the main function of allowing the evacuation of the dielectric fluid once it has become liquid again, to so as to free the internal face and promote the condensation of the dielectric fluid which has just been vaporized and which tends to be deposited on the internal face of this condensation wall.
  • part of the reliefs 11 of the condensation wall 5 consists of guide members 67 and the other part of discharge members 79, which makes it possible to combine the two effects described above and thus greatly improve the performance of condensation of the dielectric fluid and, consecutively, of cooling of the electrical or electronic components.
  • the discharge members 79 extending in the orientation perpendicular to the axis of extension of the housing 27 also extend perpendicularly to the sides. guide members 67.
  • the wall the condensation wall 5 can also comprise at least in part the second heat transfer fluid circuit 59, not shown here, and this independently of the embodiment implemented.
  • the thermal regulation device 1 can comprise a plurality of condensation walls 5. These different condensation walls 5 can then be produced according to any one of the embodiments.
  • the thermal regulation device 1 may thus comprise one or more condensation wall (s) formed by the cover 41 and / or by at least one of the side walls 37 and / or at least one of the walls d. 'longitudinal end 39, each of these condensation walls 5 being able to implement the first, the second or the third embodiment and each of these condensation walls 5 being able or not to include the second circuit 59 of heat transfer fluid.
  • Figures 5 and 6 illustrate, by way of indication and without limitation, an exemplary embodiment of such a thermal regulation device 1, Figure 6 illustrating a longitudinal section of said device taken along a plane 1500, as shown in FIG. 2, comprising the longitudinal axis 100.
  • a first condensation wall 501 is formed by the cover 41.
  • This first condensation wall 501 is produced according to the third embodiment and comprises members 67 for guiding the air flow.
  • FA and discharge members 79 visible by transparency in FIG. 5 and shown schematically in section in FIG. 6.
  • the cover 41 comprises the second circuit 59 of heat transfer fluid.
  • a second condensation wall 502 is formed by one of the side walls 37 of the housing 27, hereinafter referred to as the first side wall 371, also implementing the third embodiment, while a third condensation wall 503, formed by a second side wall 372, implements the first embodiment and has no discharge member 79.
  • one of the longitudinal end walls 39 hereinafter called the first end wall 391, comprises the various inlet 57 and discharge hose 51 for dielectric fluid while a second wall d 'longitudinal end 392 forms a fourth condensation wall 504 implementing the second embodiment, that is to say that it is devoid of guiding members 67 of the air flow FA.
  • the dielectric fluid is brought into the housing 27 by the arrival of dielectric fluid 57. It is then sent into the distribution pipe. 47 of the first circuit 43 then is sprayed in liquid form towards the various battery elements 31 by means of the projection devices 45, as schematically represented by projections 431.
  • the dielectric fluid captures the calories emanating from the battery elements 31 and at least part of said sprayed fluid is vaporized under the effect of the temperature to be regulated.
  • the vaporized dielectric fluid here represented by arrows 432, then spreads in the gaseous state in the internal volume 200 of the housing.
  • the dielectric fluid thus vaporized can then come into contact with the internal face 9 of at least one of the condensation walls 5.
  • the vaporized dielectric fluid can come into contact with a first internal face 901 of the first wall of the condenser. condensation 501, formed by the cover 41.
  • the cover 41 comprises the second circuit 59, in which the heat transfer fluid circulates.
  • This FC heat transfer fluid makes it possible, in addition to the action of the air flow FA outside the housing 27 along the external face of the condensation wall, to maintain this condensation wall at a temperature below that of the vaporized dielectric fluid. Also, when the vaporized dielectric fluid comes into contact with the cooler cover 41, it transfers calories by convection to the heat transfer fluid circulating in the second circuit 59 and goes into the liquid state.
  • the heat transfer fluid present in the second circuit 59 mainly has the role of recovering calories by convection from the dielectric fluid in the gaseous state.
  • the thermal regulation device can be configured in an operating mode where the heat transfer fluid circulates in the condensation wall and where an air flow FA is pulsed along the external face of this condensation wall, or else in an operating mode where no heat transfer fluid circulates in the wall.
  • Such an operating mode implemented when the circulation of the external air flow is sufficient to remove the calories produced, makes it possible to save the energy used to circulate the heat transfer fluid.
  • cover 41 extending in an orientation perpendicular to the longitudinal axis 100 of the housing 27, contribute to evacuate by capillary action the dielectric fluid condensed at the level of the first internal face 901 towards the side walls 37 of the base 33, this evacuation being illustrated by arrows 434.
  • Such an arrangement thus prevents the formation of a film of liquid dielectric fluid along the inner face 9 of the condensing wall 5.
  • At least part of the discharge members 79 included in the first condensation wall 501 can be fluidly connected to at least part of the discharge members 79 included. in at least the second condensation wall 502 and / or in the third condensation wall 503 and / or in the fourth condensation wall 504.
  • the discharge members 79 included in the first wall 501 are fluidly connected to at least part of the discharge members 79 of the second wall 502, that is to say the first side wall 371, and to at least part of the discharge members 79 included in the third condensation wall 503 , that is to say the second side wall 372.
  • At least part of the discharge members 79 included in the second condensation wall 502 and in the third condensation wall 503 can open into the recovery tank 49, so that the discharge members 79 of the cover 41 are fluidly connected to the recovery tank 49.
  • the discharge members 79 can be oriented in different orientations.
  • a first subset of discharge members 79 may extend along the orientation, hereinafter called the first orientation, substantially perpendicular to the longitudinal axis 100 of so as to evacuate the liquid dielectric fluid towards the side walls 37, while a second subset of evacuation members 79 extends in a second orientation, substantially parallel to the longitudinal axis 100, so as to evacuate the dielectric fluid to the longitudinal end walls 39.
  • the second, third and fourth condensation walls 502, 503, 504 formed by the side walls 37 and the second longitudinal end wall 392 help to promote the condensation of the dielectric fluid vaporized in the internal volume 200 by the 'Intermediate reliefs 11 which are specific to them.
  • the dielectric fluid thus liquefied in contact with the condensation walls 5 drips by gravity along the internal faces 9 of said walls 5 to the drain pan.
  • recovery 49 partly delimited by the bottom wall 35, then is discharged from the housing 27 via the discharge hose 51.
  • At least one sub-assembly of the discharge members 79 can open into the recovery tank 49.
  • this is the case of the discharge members 79 included in the second condensation wall 502, that is, that is to say in the first side wall 371 of the base 33, as illustrated in FIG. 5, and of the discharge members 79 included in the fourth condensation wall 504, that is to say the second wall of longitudinal end 392, as schematically shown in dotted lines in Figure 6.
  • the first longitudinal end wall 391 is a single wall, that is to say that it does not form a condensation wall 5 and does not include reliefs 11 configured to promote condensation of the vaporized dielectric fluid.
  • the first end wall 391 may nevertheless form a condensation wall 5 and, by way of example, include discharge members 79.
  • the dielectric fluid passes through a circulation loop comprising the recovery tank 49 of the dielectric fluid in the liquid state, the recirculation pipe 53 of the dielectric fluid equipped with the pump 55, the first circuit 43 of dielectric fluid, which extends into the housing 27, the projection devices 45 spraying the battery cells 31 with dielectric fluid which vaporizes on contact and then liquefies on contact with one of the condensation walls 5 in order to drip by gravity inside the recovery tank 49 and / or to be evacuated along the inner faces 9 of the side walls 37 or the end walls 39.
  • the thermal regulation device 1 can comprise a plate 65, or cold plate, here shown in dotted lines, which extends in the internal volume 200 of the housing 27 and at least partially comprises the second circuit 59 of heat transfer fluid.
  • the plate 65 may extend opposite one of the condensation walls 5, opposite one of the walls 37, 39, 41, of the housing 27 or between adjacent battery cells 31.
  • the thermal regulation device 1 can comprise a plurality of plates 65.
  • the plate 65 then functions as a condenser of the vaporized dielectric fluid. Similar to what has been explained when the second circuit 59 is included in one of the condensation walls 5, the cooler, colder, captures the calories of the dielectric fluid which liquefies and then drains to the recovery tank 49 of the housing 27. In parallel, the condensation walls 5, as previously explained, can participate in the condensation of the dielectric fluid in the gaseous state by implementing a heat exchange between said fluid and the outside air flow FA to the housing 27.
  • the present invention proposes a thermal regulation assembly comprising at least one device for thermal regulation of at least one electrical or electronic component, the temperature of which must be regulated, said electrical component being capable of releasing from heat during operation.
  • the thermal regulation device thus comprises a housing and a circuit of a dielectric fluid intended to be projected onto the electrical component, the dielectric fluid being able to be vaporized by contact with said component.
  • the thermal regulation device according to the invention comprises at least one wall for condensing said vaporized dielectric fluid, an external face and / or an internal face of which comprises (s) a plurality of reliefs configured to promote condensation of the dielectric fluid.
  • the condensation of the dielectric fluid is favored, both by an increase in an exchange surface which allows better cooling of the wall capable of condensing the dielectric fluid than by the presence of microscopic channels which allow the evacuation of the dielectric fluid in liquid form and which favors the condensation of the fluid which comes to be vaporized by allowing it to take the place, along the condensation wall, of the dielectric fluid already condensed.
  • the invention cannot however be limited to the means and configurations described and illustrated here, and it also extends to any equivalent means or configuration and to any technical combination operating such means.
  • the number of condensation walls, the walls forming said condensation walls, the presence of a heat transfer fluid circuit and the dimension or shapes of the reliefs can be modified without harming the invention, insofar as the thermal regulation device, in fine, fulfills the same functions as those described in this document.

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Abstract

Dispositif de régulation thermique (1) pour un composant électrique ou électronique (3, 31) dont la température doit être régulée, ledit composant électrique ou électronique (3, 31) étant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, le dispositif de régulation thermique (1) comportant un boîtier (27) configuré pour loger le composant électrique ou électronique (3, 31), un circuit (43) et un dispositif de projection (45) d'un fluide diélectrique dont la température de changement de phase est telle qu'il est apte à être vaporisé au contact du composant électrique ou électronique (3, 31), le boîtier (27) comportant au moins une paroi de condensation (5) du fluide diélectrique sous sa forme vaporisée et dont une face externe (7) et/ou une face interne (9) comporte au moins des reliefs (11) configurés pour favoriser la condensation du fluide diélectrique à l'état vaporisé.

Description

Titre : Dispositif de régulation thermique pour un composant électrique
La présente invention se situe dans le domaine des dispositifs de régulation thermique de systèmes électroniques comportant des composants électriques ou électroniques susceptibles de s’échauffer lors de leur fonctionnement.
Les systèmes électroniques susceptibles d’être concernés par la présente invention peuvent aussi bien consister en des serveurs informatiques qu’en des systèmes de stockage d’énergie électrique, notamment des éléments de batteries, pour des véhicules automobiles.
Dans le domaine des véhicules automobiles, des dispositifs de régulation thermique permettent de modifier une température d’un système de stockage d’énergie électrique, que ce soit lors d’un démarrage du véhicule par temps froid, en augmentant sa température par exemple, ou que ce soit en cours de roulage ou lors d’une opération de recharge dudit système, en diminuant la température des éléments de batterie, qui tendent à s’échauffer au cours de leur utilisation.
D’une manière générale, de tels dispositifs de régulation thermique de systèmes de stockage d’énergie électriques font appel à des échangeurs de chaleur. Les différents éléments de batterie d’un système de stockage d’énergie électrique peuvent notamment être refroidis au moyen d’une plaque froide à l’intérieur de laquelle circule un fluide de refroidissement, la plaque étant en contact avec les éléments de batterie à refroidir. Il a pu être constaté que de tels échangeurs de chaleur peuvent conduire à un refroidissement non homogène des éléments de batterie d’un même système de stockage d’énergie électrique, entraînant alors une diminution de la performance globale dudit système. Ces dispositifs de régulation thermique présentent en outre une résistance thermique élevée en raison des épaisseurs de matière présentes entre le fluide de refroidissement et les éléments de batterie.
Dans le but d’apporter une réponse à ces différentes problématiques, plusieurs dispositifs sont connus.
On connaît notamment des dispositifs de refroidissement des éléments de batterie électriques de voitures électriques ou hybrides comprenant un boîtier fermé hermétiquement dans lequel les éléments de batterie du système de stockage d’énergie électrique sont partiellement plongés dans un fluide diélectrique. On assure de la sorte un échange thermique entre les éléments de batterie et le fluide diélectrique, une cuve de fluide diélectrique étant située à l’extérieur du boîtier et reliée audit boîtier afin de permettre la circulation du fluide diélectrique.
Toutefois, l’immersion des éléments de batterie électriques dans un fluide, notamment diélectrique, ne permet pas un refroidissement homogène desdits éléments. Le document FR3077683 divulgue un dispositif de refroidissement des éléments de batterie qui comporte également un boîtier hermétique dans lequel est disposé un fluide diélectrique, mais dans lequel le fluide diélectrique est projeté sur les éléments de batterie par un circuit et des moyens de projection appropriés. Au contact des éléments de batterie qui se sont échauffés lors de leur fonctionnement, le fluide diélectrique projeté a tendance à se vaporiser et la vapeur se propage dans le boîtier et notamment le long des parois délimitant le boîtier. Le document FR3077683 divulgue la présence d’une paroi de condensation, comprenant en son sein un circuit de fluide réfrigérant, la paroi étant dite de condensation en ce que la température de cette paroi permet de condenser la vapeur de sorte que le fluide diélectrique reprend une forme liquide.
Il convient de comprendre que plus les éléments de batterie dégagent de chaleur, plus la paroi de condensation doit être froide pour assurer le retour à l’état liquide du fluide diélectrique préalablement vaporisé au contact desdits éléments. Or, les fabricants et équipementiers automobiles cherchent à proposer des solutions de charge rapide des systèmes de stockage d’énergie électrique de leurs véhicules, de manière notamment à permettre leur recharge complète dans une durée de l’ordre de 10 à 20 minutes. Ces opérations, dite de charge rapide ou « fast charge » en anglais, sont ainsi génératrices de forts dégagements de chaleur de la part des éléments de batterie. L’apport conséquent de fluide réfrigérant, c’est-à-dire la fréquence élevée à laquelle le fluide réfrigérant doit être évacué hors du boîtier avec les calories captées et réintroduit dans le boîtier pour en récupérer de nouvelles, est consommateur d’énergie. Il se peut par ailleurs que la présence de fluide réfrigérant puisse ne pas suffire au refroidissement rendu nécessaire par l’opération de charge rapide. L’invention a pour objectif d’offrir une alternative de régulation thermique de systèmes électroniques, qu’il s’agisse de serveurs informatiques, de systèmes de stockage d’énergie électrique de véhicules automobiles ou de tout autre type de systèmes comportant des composants électriques ou électroniques susceptibles de s’échauffer lors de leur fonctionnement ou de leur recharge, en proposant un ensemble de régulation thermique qui soit susceptible d’amener le composant électrique à la température souhaitée dans un temps défini.
Dans ce contexte, la présente invention concerne un dispositif de régulation thermique pour un composant électrique ou électronique dont la température doit être régulée, ledit composant électrique ou électronique étant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement et/ou lors de sa charge, le dispositif de régulation thermique comportant un boîtier s’étendant le long d’un axe longitudinal et configuré pour loger au moins le composant électrique ou électronique, un circuit d’un fluide diélectrique et un dispositif de projection dudit fluide diélectrique vers le composant électrique ou électronique, caractérisé en ce que la température de changement de phase du fluide diélectrique est telle qu’il est apte à être vaporisé au contact du composant électrique ou électronique, en ce que le boîtier comporte au moins une paroi de condensation du fluide diélectrique sous sa forme vaporisée et en ce que au moins une face externe et/ou une face interne de l’au moins une paroi de condensation du boîtier comporte au moins des reliefs configurés pour favoriser la condensation du fluide diélectrique à l’état vaporisé.
Également, le boîtier peut comprendre, au niveau d’une portion inférieure, un bac de récupération du fluide diélectrique à l’état liquide.
Par « reliefs » on entend des formes en saillie ou en creux d’un premier plan, dans lequel s’inscrit essentiellement la face externe de la paroi de condensation, ou d’un deuxième plan, dans lequel s’inscrit essentiellement la face interne de la paroi de condensation. De tels reliefs peuvent permettre d’augmenter la surface d’échange thermique de la face correspondante de la paroi de condensation avec un flux d’air extérieur permettant de refroidir la paroi de condensation et/ou permettre le guidage le long de la face correspondante d’un fluide participant à refroidir la paroi de condensation et/ou permettre l’évacuation du fluide diélectrique condensé pour permettre à la forme vaporisée du fluide d’être au contact de la face correspondante de la paroi de condensation.
En d’autres termes, le dispositif de régulation thermique vise à optimiser les performances de condensation de l’au moins une paroi de condensation du boîtier de sorte à améliorer la régulation thermique des composants électriques ou électroniques.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, au moins une partie des reliefs consiste en une pluralité d’organes de guidage d’un flux d’air extérieur au boîtier, les organes de guidage s’étendant en saillie d’au moins un premier plan comprenant essentiellement la face externe de la paroi de condensation.
En d’autres termes, les organes de guidage consistent en des nervures émergeant de la paroi de condensation vers l’extérieur du boîtier. Les organes de guidage participent ainsi à augmenter la surface de la face externe et donc la surface d’échange thermique entre la paroi de condensation et le flux d’air extérieur au boîtier.
Notamment, des organes de guidage adjacents délimitent un couloir de circulation du flux d’air extérieur au boîtier.
Selon l’invention, les organes de guidage s’étendent parallèlement à l’axe longitudinal d’extension du boîtier.
Les organes de guidage présentent ainsi une structure sensiblement rectiligne. Également, les organes de guidage s’étendent parallèlement les uns aux autres au sein d’une même paroi de condensation. Ces organes de guidage sont notamment configurés pour s’étendre parallèlement à une direction principale de circulation du flux d’air extérieur au boîtier.
Les organes de guidage peuvent présenter un profil de forme variable, par exemple carré, rectangulaire, triangulaire ou encore trapézoïdale.
Particulièrement, les organes de guidage peuvent s’étendre sur l’intégralité d’une longueur de la paroi de condensation, ladite longueur étant mesurée le long de l’axe longitudinal d’extension du boîtier.
Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, au moins une partie des reliefs consiste en une pluralité d’organes d’évacuation s’étendant en creux du deuxième plan comprenant essentiellement la face interne de la paroi de condensation, une profondeur des organes d’évacuation étant inférieure à une épaisseur de la paroi de condensation mesurée entre la face interne et la face externe.
En d’autres termes, les organes d’évacuation s’étendent entre le premier plan et le deuxième plan. Une des fonctions principales de ces organes d’évacuation est de permettre, notamment par capillarité, l’évacuation du fluide diélectrique condensé au contact de la paroi de condensation portant ces organes d’évacuation. En d’autres termes, ces organes d’évacuation permettent de dégager la face interne de la paroi de condensation et de s’assurer qu’il ne persiste pas sur cette paroi de condensation un film liquide qui pourrait empêcher l’échange thermique entre la vapeur de fluide diélectrique qui continue à être formée au contact des composants électriques ou électroniques en fonctionnement et la paroi de condensation. Ces organes d’évacuation peuvent permettre une augmentation de la surface de contact thermique entre la paroi de condensation et le fluide diélectrique vaporisé de sorte à favoriser la condensation de ce dernier.
Les organes d’évacuation peuvent s’étendre selon différentes orientations. A titre d’exemple, un premier sous-ensemble d’organes d’évacuation peut s’étendre selon l’orientation, appelée ci-après première orientation, sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal d’extension du boîtier, par exemple le long d’une direction transversale ou d’une direction verticale, tandis qu’un deuxième sous-ensemble d’organes d’évacuation s’étend selon une deuxième orientation, sensiblement parallèle à l’axe longitudinale.
Selon l’invention, les organes d’évacuation s’étendent selon au moins une orientation, ladite orientation étant sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal d’extension du boîtier.
Selon l’invention, le boîtier comprend le bac de récupération du fluide diélectrique à l’état liquide, et au moins un sous-ensemble des organes d’évacuation débouche dans le bac de récupération. Dans cette configuration, au moins une partie des organes d’évacuation contribue à favoriser l’écoulement du fluide diélectrique condensé par contact avec la paroi de condensation directement vers le bac de récupération.
Selon un troisième mode de réalisation, le dispositif de régulation thermique peut comprendre les organes de guidage, disposés au niveau de la face externe de la paroi de condensation, et les organes d’évacuation, disposés au niveau de la face interne de cette même paroi de condensation. Dans un tel mode de réalisation, les organes d’évacuation peuvent alors s’étendre perpendiculairement aux organes de guidage.
Selon l’invention et indépendamment du mode de réalisation mis en œuvre, le boîtier comprend au moins une base ouverte sur au moins un côté et comprenant une paroi de fond de laquelle émergent au moins deux parois latérales s’étendant parallèlement à une direction longitudinale sensiblement parallèle à l’axe longitudinal et deux parois d’extrémités longitudinales délimitant le boîtier le long de la direction longitudinale, le boîtier comprenant au moins un couvercle configuré pour fermer la base et la au moins une paroi de condensation étant formée par le couvercle ou une paroi latérale ou une paroi d’extrémité longitudinale de la base.
Selon l’invention, le dispositif de régulation thermique peut comprendre une pluralité de parois de condensation, le couvercle et/ou au moins une paroi latérale et/ou au moins une paroi d’extrémité longitudinale de la base formant l’une desdites parois de condensation.
Avantageusement, le couvercle et l’ensemble des parois latérales et/ou des parois d’extrémités longitudinales de la base peuvent former des parois de condensation.
Il est entendu que, lorsque le dispositif de régulation thermique comprend une pluralité de parois de condensation, celles-ci peuvent être réalisées selon l’un quelconque des modes de réalisation tel que précédemment exposé.
Selon un exemple particulier de réalisation, au moins une partie des organes d’évacuation compris dans une première paroi de condensation sont fluidiquement reliés à au moins une partie des organes de condensation compris dans au moins une deuxième paroi de condensation. On forme ainsi une continuité entre les organes d’évacuation de deux sous-ensembles distinctement réalisés sur des parois adjacentes. A titre d’exemple, la première paroi de condensation peut être formée par le couvercle et l’au moins une deuxième paroi de condensation peut être formée par l’une des parois latérales et/ou l’une des parois d’extrémité longitudinale.
Tel que cela a été précisé précédemment, au moins un sous-ensemble des organes d’évacuation peut déboucher dans le bac de récupération. Dans le contexte d’une pluralité de sous-ensembles respectivement agencés sur l’une des parois de condensation, il peut être envisagé qu’au moins une partie des organes d’évacuation de la deuxième paroi de condensation et/ou au moins une partie des organes d’évacuation de la première paroi de condensation débouche(nt) dans le bac de récupération, notamment lorsque les sous-ensembles sont agencés sur des parois latérales et/ou parois d’extrémité longitudinale. Il peut également être envisagé dans ce contexte qu’un sous ensemble d’organes d’évacuation agencé dans une paroi de condensation formée par le couvercle communique fluidiquement avec le bac de récupération par l’intermédiaire d’un ou plusieurs sous-ensembles d’organes d’évacuation agencés sur des parois latérales et/ou parois d’extrémité longitudinale.
Selon l’invention et indépendamment du mode de réalisation mis en œuvre, le dispositif de régulation thermique peut comprendre un circuit, dit deuxième circuit, de fluide caloporteur qui est distinct du circuit de fluide diélectrique, appelé ci-après premier circuit, le deuxième circuit de fluide caloporteur s’étendant au moins en partie dans une épaisseur de la paroi de condensation comprise entre la face interne et la face externe.
Le fluide caloporteur peut notamment consister en un fluide réfrigérant tel que de l’eau glycolée, du Ri34a ou du i234yf, ou bien encore du dioxyde de carbone, sans que cette liste soit limitative.
Il est à noter que, dans la présente invention, le premier circuit et le deuxième circuit sont distincts, de sorte que le fluide diélectrique, circulant dans le premier circuit, et le fluide réfrigérant, circulant dans le deuxième circuit, ne sont pas mélangés.
Alternativement, le dispositif de régulation thermique peut comprendre une plaque, logée dans le boîtier, et le circuit, dit deuxième circuit, de fluide caloporteur qui est distinct du circuit de fluide diélectrique, appelé ci-après premier circuit, le deuxième circuit de fluide caloporteur s’étendant au moins en partie dans la plaque.
Notamment, la plaque, fonctionnant comme une plaque froide, peut être configurée pour mettre en œuvre au moins un échange thermique entre le fluide réfrigérant circulant dans le deuxième circuit et le fluide diélectrique circulant dans le premier circuit.
L’invention concerne également un ensemble de régulation thermique comprenant au moins une enceinte, un dispositif de ventilation configuré pour aspirer un flux d’air de l’enceinte ou pour souffler un flux d’air dans l’enceinte et un dispositif de régulation thermique tel que précédemment exposé, l’enceinte délimitant un conduit de circulation du flux d’air dans lequel s’étend le dispositif de régulation thermique, le dispositif de régulation thermique étant disposé dans l’enceinte de sorte que l’axe longitudinal d’extension du boîtier s’étende parallèlement à un sens de circulation du flux d’air.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[Fig 1] représente un véhicule équipé d’un ensemble de régulation thermique comportant au moins un dispositif de régulation thermique pour un composant électrique ou électronique ;
[Fig 2] représente une vue schématique en perspective du dispositif de régulation thermique ;
[Fig 3] représente une première vue schématique en perspective d’une paroi de condensation du dispositif de régulation thermique selon l’invention ;
[Fig 4] représente une deuxième vue schématique en perspective de la paroi de condensation telle qu’illustrée à la figure 3 ;
[Fig 5] est une représentation schématique en perspective de l’agencement du dispositif de régulation thermique dans une enceinte de l’ensemble de régulation thermique ; [Fig 6] est une coupe transversale du dispositif de régulation thermique tel qu’illustré à la figure 2.
Il faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
Les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur. Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Par ailleurs, en référence aux orientations et directions définies précédemment, la direction longitudinale sera représentée par l’axe longitudinal X tandis que les axes vertical Y et transversal Z représenteront respectivement les directions verticale et transversale. Ces axes définissent ensemble un trièdre XYZ représenté sur les figures le nécessitant. Dans ce repère, les qualificatifs « haut » ou « supérieur » seront représentés par le sens positif de l’axe vertical Y, les qualificatifs « bas » ou « inférieur » étant représentés par le sens négatif de ce même axe vertical Y.
Pour rappel, l’invention concerne un dispositif de régulation thermique i d’un système électronique comportant des composants électriques ou électroniques 3 dont la température doit être régulée, ledit composant électrique ou électronique 3 étant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement. Le dispositif de régulation thermique 1 selon l’invention comprend particulièrement au moins une paroi de condensation 5 dont une face externe 7 et/ou une face interne 9 comporte(nt) une pluralité de reliefs 11. L’invention concerne également un ensemble de régulation thermique 13 comprenant ledit dispositif 1. Les systèmes électroniques susceptibles d’être concernés par la présente invention peuvent aussi bien consister en des serveurs informatiques qu’en des systèmes de stockage d’énergie électrique 15, notamment des batteries, pour des véhicules automobiles. Dans la description détaillée qui va suivre, le dispositif de régulation thermique 1 selon l’invention va être décrit en relation avec un système de stockage d’énergie électrique 15 de véhicule automobile, mais il doit être compris qu’une telle application n’est pas limitative et qu’elle pourrait notamment être appliquée dans le contexte de l’invention aux différents systèmes électroniques.
La figure 1 illustre un système de stockage d’énergie électrique 15 apte notamment à équiper un véhicule 17 automobile à motorisation électrique ou hybride. Un tel système de stockage d’énergie électrique 15 est notamment destiné à fournir une énergie électrique à un moteur électrique, non représenté, équipant le véhicule 17 automobile en vue de son déplacement.
Au fur et à mesure de son fonctionnement, ou lors de sa charge, le système de stockage d’énergie électrique 15 tend à s’échauffer. Aussi, le système de stockage d’énergie électrique 15 est intégré dans l’ensemble de régulation thermique 13 du véhicule 17 en vue, notamment, de son refroidissement. Il convient de noter que l’ensemble de régulation thermique 13 qui va être décrit par la suite pourrait également consister en un système visant à augmenter la température de fonctionnement du système de stockage électrique 15, par exemple au démarrage du véhicule.
L’ensemble de régulation thermique 13 comprend au moins une enceinte 19, le dispositif de régulation thermique 1 et un dispositif de ventilation 18.
L’enceinte 19 est ouverte vers une face avant du véhicule 17 au niveau d’une entrée d’air 21, par lequel un flux d’air FA, par exemple un flux d’air extérieur au véhicule 17, est susceptible d’entrer pour circuler dans l’enceinte 19, et vers l’arrière du véhicule 17 au niveau d’une sortie d’air 23. L’enceinte 19 délimite ainsi un conduit de circulation 25 du flux d’air FA dans lequel dans lequel s’étend le dispositif de régulation thermique 1 comprenant le système de stockage d’énergie électrique 15.
Le dispositif de ventilation 18 est disposé dans l’enceinte 19 et est configuré pour assurer la circulation du flux d’air FA au sein de ladite enceinte 19. Le dispositif de ventilation 18 peut notamment consister en un ventilateur ou en un souffleur. Il peut être disposé en amont, tel qu’illustré, ou en aval du dispositif de régulation thermique 1 selon un sens de circulation Si du flux d’air FA afin de pouvoir respectivement pousser ou aspirer le flux d’air dans le conduit de circulation 25 délimité par l’enceinte 19.
De la sorte, lorsque le véhicule 17 est en mouvement, le flux d’air FA entre dans l’enceinte 19 par l’intermédiaire de l’entrée d’air 21 et est amené en contact thermique avec le dispositif de régulation thermique 1 afin de participer au traitement thermique du système de stockage d’énergie électrique 15 logé dans ledit dispositif 1. Particulièrement, lorsque le véhicule 17 circule à faible allure, ou lorsqu’il est à l’arrêt ce qui est notamment le cas dans les opérations de charge rapide des systèmes de stockage d’énergie électrique, le flux d’air FA peut être faible voire inexistant, de sorte que le dispositif de ventilation 18 assure alors l’alimentation d’un flux d’air FA vers l’enceinte 19 ou l’augmentation du débit dudit flux d’air FA.
La figure 2 illustre schématiquement un exemple de réalisation du dispositif de régulation thermique 1 selon l’invention.
Le dispositif de régulation thermique 1 comporte un boîtier 27 s’étendant le long d’un axe longitudinal 100 d’extension et délimitant un volume interne 200 dans lequel est au moins logé le composant électrique ou électronique 3. Dans l’exemple illustré, le boîtier 27 héberge trois composants prenant la forme d’éléments de batterie 31 d’un système de stockage d’énergie électrique 15, mais il doit néanmoins être entendu qu’une telle représentation est faite à titre indicatif et que le nombre ou la forme des composants électriques ou électroniques 3 disposés dans le dispositif de régulation thermique 1 n’est en rien limitatif. Il est également entendu que d’autres configurations du système de stockage d’énergie électrique 15 pourraient être mises en œuvre selon l’invention dès lors que ce système comporte un dispositif de régulation thermique 1 conforme aux enseignements de l’invention.
Le boîtier 27 comprend au moins une base 33 ouverte sur au moins un côté, cette base 33 comprenant plus particulièrement une paroi de fond 35 de laquelle émergent verticalement au moins deux parois latérales 37 s’étendant longitudinalement parallèlement à l’axe longitudinal 100, et deux parois d’extrémité longitudinale 39 délimitant le boîtier 27 le long de l’axe longitudinal X. Le boîtier 27 comprend également au moins un couvercle 41 configuré pour fermer la base 33. Notamment, le couvercle 41 est agencé au-dessus de la base 33 lorsque le système de stockage d’énergie électrique 15 est monté sur le véhicule 17.
Le dispositif de régulation thermique 1 comprend, en outre, un circuit d’un fluide diélectrique FD, appelé ci-après premier circuit 43 et un dispositif de projection 45 dudit fluide diélectrique en direction des éléments de batterie 31 dont la température doit être régulée. Le dispositif de projection 45 peut notamment consister en une pluralité de buses de projection, ici non représentées, qui sont agencées sur le premier circuit 43, chaque buse de projection étant à même de pulvériser et d’orienter le fluide diélectrique à l’état liquide vers les éléments de batterie 31 afin de les refroidir le cas échéant.
Le premier circuit 43 est agencé dans le boîtier 27 pour pulvériser le fluide diélectrique sur chacun des éléments de batterie 31, notamment sur des flancs distincts desdits éléments 31. Aussi, tel qu’illustré, le premier circuit 43 peut être aménagé dans le volume interne 200 du boîtier 27 de sorte à s’étendre entre l’une des parois 37, 39, 42 du boîtier 27 et l’un des éléments de batterie 31 ou encore entre deux éléments de batterie 31 adjacents, tel que représenté schématiquement à la figure 6. Le premier circuit 43 de fluide diélectrique est ici formé par au moins une conduite de distribution 47 tubulaire disposée en saillie de la face interne 9 des parois latérales 37 et/ou des parois d’extrémité 39. A titre d’exemple, la conduite de distribution 47 peut être réalisée dans un matériau distinct de celui utilisé pour réaliser les parois du boîtier 27, par exemple en aluminium.
Selon une alternative non représentée, cette conduite de distribution 47 pourrait, sans sortir du contexte de l’invention, être réalisée dans une épaisseur d’au moins l’une quelconque des parois 37, 39, 41 du boîtier 27, mesurée entre la face interne 9 et la face externe 7 de la paroi considérée.
Le fluide diélectrique susceptible de circuler dans le premier circuit 43 est choisi en fonction de ses températures de changement de phase. Plus particulièrement, le fluide diélectrique doit être caractérisé au moins par une température de changement de phase telle que ce fluide diélectrique, pulvérisé en direction des éléments de batterie 31 à l’état liquide, est apte à être vaporisé au contact desdits éléments de batterie 31. On parle ainsi de fluide diélectrique diphasique en ce qu’il présente deux phases différentes au cours de sa circulation dans le dispositif de régulation thermique 1. A titre d’exemple, le fluide diélectrique doit présenter une température d’évaporation à pression atmosphérique supérieure à une température de l’ordre de 32- 34°C et une température de condensation inférieure à une température de l’ordre de 29-3i°C.
Le boîtier 27 du dispositif de régulation thermique 1 comporte, tel que précédemment exposé, au moins une paroi de condensation 5 configurée pour condenser le fluide diélectrique sous sa forme vaporisée. Autrement dit, la paroi de condensation 5 est configurée pour mettre en œuvre au moins un échange thermique avec le fluide diélectrique à l’état gazeux.
Également, la paroi de condensation 5 est configurée pour mettre en œuvre au moins un échange thermique avec le flux d’air FA circulant dans l’enceinte 19, extérieur au boîtier 27.
Tel que cela sera décrit plus en détails ci-après, la paroi de condensation 5 comprend, au niveau de sa face externe 7 et/ou de sa face interne 9, une pluralité de reliefs 11 notamment configurés pour favoriser la condensation du fluide diélectrique à l’état vaporisé. Lesdits reliefs 11 présentent des dimensions microscopiques, de sorte qu’ils ne sont pas visibles sur la présente figure. Les reliefs 11 et leur agencement au sein de la paroi de condensation 5 seront davantage détaillés ci-après en référence aux figures 3 3 5.
Selon l’invention, la paroi de condensation 5 peut être formée par le couvercle 41, tel que présentement illustré, ou par l’une des parois latérales 37 ou par l’une des parois d’extrémité longitudinale 39 de la base 33.
Également, le dispositif de régulation thermique 1 peut comprendre une pluralité de parois de condensation 5, le couvercle 41 et/ou au moins l’une des parois latérales et/ou au moins l’une paroi d’extrémité longitudinale de la base 33 pouvant alors former l’une desdites parois de condensation 5. Avantageusement, le couvercle 41 et l’ensemble des parois latérales 37 et des parois d’extrémité 39 de la base 33 peuvent former des parois de condensation 5 du fluide diélectrique vaporisé. Le boîtier 27 comprend au moins un bac de récupération 49, ici représenté en pointillés, destiné à récupérer le fluide diélectrique à l’état liquide, que ce soit du fluide diélectrique sortant directement de l’un des dispositifs de projection 45 ou du fluide diélectrique condensé par la ou les parois de condensation après avoir été vaporisé. Le bac de récupération 49 est disposé dans une portion inférieure de la base 33 et peut être en partie délimité par la paroi de fond 35 ou rapporté dans la base 33 du boîtier 27.
Le bac de récupération 49 est pourvu d’une durite d’évacuation 51 du fluide diélectrique récupéré à l’intérieur du bac de récupération 49, la durite d’évacuation 51 étant en communication fluidique avec une conduite de recirculation 53 du fluide diélectrique. La conduite de recirculation 53 est équipée d’un organe de mise en circulation du fluide diélectrique, tel qu’une pompe 55, pour ramener le fluide diélectrique à une arrivée de fluide diélectrique 57_dans le boîtier 27 puis vers la conduite de distribution 47 du premier circuit 43. Il est entendu que de telles arrivée 57 et durite d’évacuation 51 du fluide diélectrique FD peuvent sans sortir du contexte de l’invention être aménagées dans l’une quelconque des parois37, 39 de la base 33 du boîtier 27.
Alternativement, la pompe 55 et la conduite de recirculation 53 pourront être aménagées dans le volume interne 200 du boîtier 27.
Enfin, le dispositif de régulation thermique 1 peut comprendre un deuxième circuit 59, distinct du premier circuit 43 de fluide diélectrique, configuré pour permettre la circulation d’un fluide caloporteur FC. Le deuxième circuit 59 de fluide caloporteur est notamment prévu pour porter la paroi de condensation à une température favorisant la condensation par cette paroi de condensation du fluide diélectrique vaporisé.
Le deuxième circuit 59 de fluide caloporteur peut s’étendre au moins en partie dans au moins l’une quelconque des parois 37, 39, 41 du boîtier 27 et il peut plus particulièrement être compris dans la paroi de condensation 5. Il s’étend alors au moins en partie dans une épaisseur 300 de la paroi de condensation 5, comprise entre la face interne 9 et la face externe 7 de ladite paroi de condensation 5, ici formée par le couvercle 41.
La circulation du fluide caloporteur FC dans le deuxième circuit 59 est assurée par une arrivée de fluide caloporteur 61 et une sortie de fluide caloporteur 63 chacune en communication fluidique avec le deuxième circuit 59. Le deuxième circuit 59 est ici schématiquement représenté en pointillés et prend la forme d’un serpentin s’étendant entre l’arrivé et la sortie de fluide caloporteur, de manière à permettre un refroidissement de l’ensemble de la surface de la paroi le comprenant, ici le couvercle 41, et, consécutivement, un refroidissement efficace du fluide diélectrique à l’état gazeux sur toute la surface de la paroi, ici du couvercle.
De manière alternative, par exemple visible en pointillés dans la figure 6, le dispositif de régulation thermique 1 peut comprendre une plaque 65, fonctionnant comme une plaque froide, logée dans le boîtier 27. Le deuxième circuit 59 de fluide caloporteur s’étend alors au moins en partie dans la plaque 65. Dans une telle alternative, la plaque 65 peut former la paroi de condensation 5 ou bien fonctionner comme un condenseur du fluide diélectrique de manière complémentaire de l’au moins une paroi de condensation 5.
Il est ainsi entendu que le dispositif de régulation thermique 1 peut être configuré pour comprendre un unique circuit, le premier circuit 43 de fluide diélectrique, ou deux circuits distincts, le premier circuit 43 de fluide diélectrique et le deuxième circuit 59 de fluide caloporteur.
Dans chacun de ces cas, le flux d’air FA circulant le long du boîtier à l’extérieur de celui- ci contribue à diminuer la température, ou à tout le moins à contenir la montée en température, de la paroi le long de laquelle le flux d’air circule, et cette régulation de la température facilite la condensation du fluide diélectrique susceptible d’être sous forme de vapeur le long de cette paroi à l’intérieur du boîtier.
Les figures 3 à 5 illustrent plus en détails la paroi de condensation 5, que celle-ci consiste en le couvercle, une des parois latérales ou une des parois d’extrémité longitudinale du boîtier. La figure 3 rend visible la face externe 7 de ladite paroi tandis que la figure 4 montre la face interne 9, tournée vers le volume interne 200 du boîtier 27, de la paroi de condensation 5. La figure 5 illustre l’agencement du dispositif de régulation thermique 1 dans l’enceinte 19 et plus particulièrement le positionnement des reliefs 11 relativement au flux d’air FA circulant dans le conduit de circulation 25 défini par l’enceinte 19. Il est entendu que, dans les figures décrites ci-après, l’échelle des différents reliefs n a été augmentée à des fins de clarté, de sorte que les dimensions des différents reliefs n ici représentés ne sont pas représentatives de la réalité.
Une partie des reliefs 11 peut consister en une pluralité d’organes de guidage 67 du flux d’air FA extérieur au boîtier 27. Les organes de guidage 67 émergent de la paroi de condensation 5 et s’étendent à l’extérieur du boîtier 27, en saillie d’un premier plan 400 dans lequel s’inscrit essentiellement la face externe 7. Ils contribuent ainsi à augmenter la surface d’échange thermique de la face externe 7 de sorte que les calories récupérées du fluide diélectrique vaporisé susceptible d’être au contact de la face interne 9 peuvent être plus rapidement évacuées à l’extérieur du boîtier.
Les organes de guidage 67 présentent une structure allongée, sensiblement rectiligne. Ils s’étendent parallèlement à l’axe longitudinal 100 d’extension du boîtier 27 et parallèlement les uns aux autres. Lorsque le dispositif de régulation thermique 1 est positionné dans l’enceinte 19, celui-ci est disposé de sorte que l’axe longitudinal 100 d’extension du boîtier 27 s’étende parallèlement au sens de circulation Si du flux d’air FA. En d’autres termes, les organes de guidage 67 de la face externe 7 s’étendent sensiblement parallèlement au sens de circulation Si du flux d’air FA.
De la sorte, deux organes de guidage 67 adjacents définissent un couloir de circulation 69 du flux d’air FA extérieur au boîtier 27 au contact de la face externe 7 de la paroi de condensation 5. Notamment, ce flux d’air FA peut être aspiré ou poussé dans lesdits couloirs de circulation 69 par le dispositif de ventilation, ici non représenté et visible sur la figure 1.
Dans l’exemple illustré, les organes de guidage 67 s’étendent sur l’ensemble d’une longueur d’extension 510 de la paroi de condensation 5, ladite longueur étant mesurée le long de la direction longitudinale Ox entre des bordures d’extrémité 71 délimitant longitudinalement ladite paroi.
Les organes de guidage 67 peuvent présenter des profils de forme variable dont des exemples sont illustrés dans l’encart 1000. Notamment, les organes de guidage 67 peuvent présenter, de manière non limitative, une forme carrée, rectangulaire, triangulaire ou encore trapézoïdale. Chaque organe de guidage 67 est caractérisé par une hauteur de la forme 670 et par une largeur de la forme 680. La hauteur de la forme 670 est mesurée le long de l’axe vertical Y, perpendiculairement à la face externe 7, entre le premier plan 400 et l’extrémité libre 73 de l’organe de guidage 67. La largeur de la forme 680 est mesurée, au niveau du premier plan 400 et le long de l’axe transversal Z, la distance séparant deux points extrêmes les plus éloignés d’une embase 75 de l’organe de guidage 67. A titre d’exemple, la hauteur de la forme 670 et la largeur de la forme 680 peuvent être de l’ordre de 0.2 à 0.5 millimètres.
Également, les organes de guidage 67 adjacents sont séparés par un espacement 650 défini, un tel espacement 650 définissant une largeur du couloir de circulation 69 du flux d’air FA. L’espacement 650 entre des organes de guidage 67 adjacents est mesuré au niveau du premier plan 400, le long de l’axe transversal Z, entre deux points les plus proches des embases 75 de chacun desdits organes de guidage 67.
Particulièrement, les organes de guidage 67 peuvent être régulièrement arrangés dans la paroi de condensation 5 de sorte à présenter des espacements 650 identiques dans l’ensemble de ladite paroi. Également, l’espacement 650 mesuré entre des organes de guidage 67 adjacents peut présenter une valeur sensiblement égale à la valeur de la largeur de la forme 680 des organes de guidage 67. Dans l’exemple illustré, les organes de guidage 67 sont ainsi régulièrement disposés sur l’ensemble d’une largeur d’extension 520 de la paroi de condensation 5 mesurée le long de l’axe transversal Z entre deux bords latéraux 77 de ladite paroi.
La figure 4 rend plus particulièrement visible une caractéristique selon laquelle une partie des reliefs 11 de la paroi de condensation 5 peut consister en une pluralité d’organes d’évacuation 79 s’étendant en creux d’un deuxième plan 700 comprenant essentiellement la face interne 9 de la paroi de condensation 5. En d’autres termes, ces organes d’évacuation s’étendent au moins en partie entre le premier plan 400 et le deuxième plan 700. S’ils contribuent également à augmenter la surface d’échange thermique de la face interne 9, il est surtout notable que ces organes d’évacuation permettent de dégager par capillarité le fluide diélectrique reprenant sa forme liquide sous l’effet de l’échange thermique avec la paroi de condensation. Le fluide diélectrique à l’état liquide est ainsi prompt à former un film liquide sur la face interne de la paroi et les organes d’évacuation permettent de dégager ce fluide sous forme liquide par les rigoles ainsi formées, à distance de la face interne de la paroi de condensation 5.
Similairement aux organes de guidage 67, les organes d’évacuation 79 présentent une structure allongée sensiblement rectiligne. Ils s’étendent selon une orientation sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal 100 d’extension du boîtier 27, parallèlement les uns aux autres.
Comme les organes de guidage 67, les organes d’évacuation 79 peuvent présenter des profils de forme variable dont des exemples, non limitatifs, sont illustrés dans l’encart 2000. Notamment, les organes de guidage 67 peuvent présenter une forme carrée, rectangulaire, triangulaire, trapézoïdale, ou encore, tel que représenté dans la paroi de condensation 5, semi-circulaire.
Chaque organe d’évacuation 79 est caractérisé par une profondeur 790 inférieure à l’épaisseur 300 de la paroi de condensation 5. La profondeur 790 est mesurée verticalement, c’est-à-dire perpendiculairement à la face interne 9 de la paroi de condensation, entre le deuxième plan 700 et le fond 81 de l’organe d’évacuation 79.
Chaque organe d’évacuation 79 est caractérisé par une largeur, appelée largeur de la structure 795. La largeur de la structure 795 est mesurée au niveau du deuxième plan 700, ici longitudinalement, et correspond à la distance séparant deux points extrêmes les plus éloignés d’une ouverture 83 de l’organe de guidage. A titre d’exemple, la profondeur 790 et la largeur de la structure 795 de l’organe d’évacuation 79 peuvent être de l’ordre de 0.2 à 0.5 millimètres.
Également, des organes d’évacuation 79 adjacents sont séparés par un écartement 750 défini. L’écartement 750 entre les organes d’évacuation 79 adjacents est notamment mesuré au niveau du deuxième plan 700, perpendiculairement aux organes d’évacuation, c’est-à-dire ici longitudinalement, entre les ouvertures 83 desdits organes 79. Particulièrement, dans l’exemple illustré, les organes d’évacuation 79 sont régulièrement arrangés dans la paroi de condensation 5, de sorte à présenter des écartements 750 identiques dans l’ensemble de ladite paroi. L’écartement 750 mesuré peut présenter une valeur sensiblement égale à la largeur de la structure 795 de l’organe d’évacuation 79. Notamment, les organes d’évacuation 79 peuvent être régulièrement disposés sur l’ensemble de la longueur d’extension 510 de la paroi de condensation 5.
La paroi de condensation 5 peut ainsi être réalisée selon trois modes de réalisation. Selon un premier mode de réalisation, tous les reliefs 11 de la paroi de condensation 5 sont des organes de guidage 67 tels que précédemment évoqués, et ces reliefs ont pour fonction d’augmenter la surface d’échange thermique de la paroi de condensation 5 avec un flux d’air extérieur passant le long de la face externe de cette paroi de condensation, de manière à refroidir la paroi de condensation pour favoriser la condensation du fluide diélectrique qui vient d’être vaporisé et qui tend à se déposer sur la face interne de cette paroi de condensation.
Selon le deuxième mode de réalisation, tous les reliefs 11 de la paroi de condensation 5 sont des organes d’évacuation 79 tels que précédemment évoqués, et ces reliefs ont pour fonction principale de permettre l’évacuation du fluide diélectrique une fois redevenu liquide, de manière à dégager la face interne et favoriser la condensation du fluide diélectrique qui vient d’être vaporisé et qui tend à se déposer sur la face interne de cette paroi de condensation.
Selon le troisième mode de réalisation, plus particulièrement représenté sur les figures 3 à 5, une partie des reliefs 11 de la paroi de condensation 5 consiste en des organes de guidage 67 et l’autre partie en des organes d’évacuation 79, ce qui permet de combiner les deux effets décrits ci-dessus et améliorer ainsi grandement les performances de condensation du fluide diélectrique et, consécutivement, de refroidissement des composants électriques ou électroniques. Dans ce troisième mode de réalisation, et tel que cela est visible sur les figures 3 à 5, les organes d’évacuation 79 s’étendant selon l’orientation perpendiculaire à l’axe d’extension du boîtier 27 s’étendent également perpendiculairement aux organes de guidage 67.
Il est entendu que, tel que précédemment exposé, la paroi la paroi de condensation 5 peut également comprendre au moins en partie le deuxième circuit 59 de fluide caloporteur, non représenté ici, et ce indépendamment du mode de réalisation mis en œuvre. Tel qu’exposé ci-dessus, le dispositif de régulation thermique 1 peut comprendre une pluralité de parois de condensation 5. Ces différentes parois de condensation 5 peuvent alors être réalisées selon l’un quelconque des modes de réalisation. Le dispositif de régulation thermique 1 pourra ainsi comprendre une ou plusieurs paroi(s) de condensation formée(s) par le couvercle 41 et/ou par au moins l’une des parois latérales 37 et/ou au moins l’une des parois d’extrémité longitudinale 39, chacune de ces parois de condensation 5 pouvant mettre en œuvre le premier, le deuxième ou le troisième mode de réalisation et chacune de ces parois de condensation 5 pouvant ou non comprendre le deuxième circuit 59 de fluide caloporteur. Les figures 5 et 6 illustrent, à titre indicatif et non limitatif, un exemple de réalisation d’un tel dispositif de régulation thermique 1, la figure 6 illustrant une coupe longitudinale dudit dispositif réalisée le long d’un plan 1500, tel que représenté à la figure 2, comprenant l’axe longitudinal 100.
Dans l’exemple illustré aux figures 5 et 6, une première paroi de condensation 501 est formée par le couvercle 41. Cette première paroi de condensation 501 est réalisée selon le troisième mode de réalisation et comprend des organes de guidage 67 du flux d’air FA et des organes d’évacuation 79, visibles par transparence à la figure 5 et représentés schématiquement en coupe à la figure 6. Particulièrement, le couvercle 41 comprend le deuxième circuit 59 de fluide caloporteur.
Une deuxième paroi de condensation 502 est formée par l’une des parois latérales 37 du boîtier 27, appelée ci-après première paroi latérale 371, mettant également en œuvre le troisième mode de réalisation, tandis qu’une troisième paroi de condensation 503, formée par une deuxième paroi latérale 372, met en œuvre le premier mode de réalisation et est dépourvue d’organe d’évacuation 79.
Enfin, dans l’exemple illustré l’une des parois d’extrémité longitudinale 39, appelée ci- après première paroi d’extrémité 391, comprend les différentes arrivée 57 et durite d’évacuation 51 de fluide diélectrique tandis qu’une deuxième paroi d’extrémité longitudinale 392 forme une quatrième paroi de condensation 504 mettant en œuvre le deuxième mode de réalisation, c’est-à-dire qu’elle est dépourvue d’organes de guidage 67 du flux d’air FA.
Tel qu’évoqué précédemment, le fluide diélectrique est amené dans le boîtier 27 par l’arrivée de fluide diélectrique 57. Il est ensuite envoyé dans la conduite de distribution 47 du premier circuit 43 puis est pulvérisé sous forme liquide vers les différents éléments de batterie 31 par l’intermédiaire des dispositifs de projection 45, tel que schématiquement représenté par des projections 431. Le fluide diélectrique capte des calories émanant des éléments de batterie 31 et au moins une partie dudit fluide pulvérisé est vaporisé sous l’effet de la température à réguler. Le fluide diélectrique vaporisé, ici représenté par les flèches 432, se répand alors à l’état gazeux dans le volume interne 200 du boîtier.
Le fluide diélectrique ainsi vaporisé peut alors entrer en contact avec la face interne 9 d’au moins l’une des parois de condensation 5. Par exemple, le fluide diélectrique vaporisé peut entrer en contact avec une première face interne 901 de la première paroi de condensation 501, formée par le couvercle 41.
Dans l’exemple illustré, le couvercle 41 comprend le deuxième circuit 59, dans lequel circule du fluide caloporteur. Ce fluide caloporteur FC permet, de façon complémentaire à l’action du flux d’air FA extérieur au boîtier 27 longeant la face externe de la paroi de condensation, de maintenir cette paroi de condensation à une température inférieure à celle du fluide diélectrique vaporisé. Aussi, lorsque le fluide diélectrique vaporisé entre en contact avec le couvercle 41, plus froid, il cède par convection des calories au fluide caloporteur circulant dans le deuxième circuit 59 et passe à l’état liquide. Ainsi, le fluide caloporteur présent dans le deuxième circuit 59 a principalement pour rôle de récupérer par convection des calories du fluide diélectrique à l’état gazeux.
On comprend qu’en fonction de la quantité de calories à évacuer, et donc en fonction du mode de fonctionnement ou de charge des éléments de batterie, le dispositif de régulation thermique peut être configuré dans un mode de fonctionnement où le fluide caloporteur circule dans la paroi de condensation et où un flux d’air FA est pulsé le long de la face externe de cette paroi de condensation, ou bien dans un mode de fonctionnement où aucun fluide caloporteur ne circule dans la paroi. Un tel mode de fonctionnement, mis en œuvre quand la circulation du flux d’air extérieur est suffisante pour évacuer les calories produites, permet d’économiser l’énergie utilisée pour faire circuler le fluide caloporteur. Une fois sous forme liquide, le fluide diélectrique chute, tel qu’illustré par les flèches 433, sous forme de gouttelettes, par gravité dans le bac de récupération 49 de la base 33 du boîtier 27. Également, les organes d’évacuation 79 du couvercle 41, s’étendant selon une orientation perpendiculaire à l’axe longitudinal 100 du boîtier 27, contribuent à évacuer par capillarité le fluide diélectrique condensé au niveau de la première face interne 901 vers les parois latérales 37 de la base 33, cette évacuation étant illustrée par les flèches 434. Un tel arrangement prévient ainsi la formation d’un film de fluide diélectrique liquide le long de la face interne 9 de la paroi de condensation 5. Dans une procédure de régulation thermique où le fluide diélectrique est projeté de façon continue sur les composants électriques ou électroniques, on comprend l’intérêt d’évacuer un film liquide de la face interne de la paroi de condensation pour que le fluide nouvellement vaporisé puisse venir au contact de la paroi de condensation et être condensé à son tour.
Avantageusement, au moins une partie des organes d’évacuation 79 compris dans la première paroi de condensation 501, c’est-à-dire dans le couvercle 41, peuvent être fluidiquement reliés à au moins une partie des organes de d’évacuation 79 compris dans au moins la deuxième paroi de condensation 502 et/ou dans la troisième paroi de condensation 503 et/ou dans la quatrième paroi de condensation 504. En l’espèce, les organes d’évacuation 79 compris dans la première paroi 501 sont fluidiquement reliés à au moins une partie des organes d’évacuation 79 de la deuxième paroi 502, c’est-à- dire la première paroi latérale 371, et à au moins une partie des organes d’évacuation 79 compris dans la troisième paroi de condensation 503, c’est-à-dire la deuxième paroi latérale 372.
Par ailleurs, au moins une partie des organes d’évacuation 79 compris dans la deuxième paroi de condensation 502 et dans la troisième paroi de condensation 503 peuvent déboucher dans le bac de récupération 49, de sorte que les organes d’évacuation 79 du couvercle 41 sont fluidiquement connectés au bac de récupération 49.
Selon un mode de réalisation alternatif, non représenté, les organes d’évacuation 79 peuvent être orientés selon différentes orientations. A titre d’exemple, un premier sous-ensemble d’organes d’évacuation 79 peut s’étendre selon l’orientation, appelée ci- après première orientation, sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal 100 de sorte à évacuer le fluide diélectrique liquide vers les parois latérales 37, tandis qu’un deuxième sous-ensemble d’organes d’évacuation 79 s’étend selon une deuxième orientation, sensiblement parallèle à l’axe longitudinal 100, de sorte à évacuer le fluide diélectrique vers les parois d’extrémité longitudinale 39.
Similairement au couvercle 41, les deuxième, troisième et quatrième parois de condensation 502, 503, 504 formées par les parois latérales 37 et la deuxième paroi d’extrémité longitudinale 392 contribuent à favoriser la condensation du fluide diélectrique vaporisé dans le volume interne 200 par l’intermédiaire des reliefs 11 qui leurs sont propres.
Au niveau de la première paroi latérale 371 et de la deuxième paroi d’extrémité longitudinale 392, le fluide diélectrique ainsi liquéfié au contact des parois de condensation 5 s’égoutte par gravité le long des faces internes 9 desdites parois 5 jusqu’au bac de récupération 49, en partie délimité par la paroi de fond 35, puis est évacué du boîtier 27 par l’intermédiaire de la durite d’évacuation 51.
Au moins un sous-ensemble des organes d’évacuation 79 peut déboucher dans le bac de récupération 49. Dans l’exemple illustré, c’est le cas des organes d’évacuation 79 compris dans la deuxième paroi de condensation 502, c’est-à-dire dans la première paroi latérale 371 de la base 33, tel qu’illustré à la figure 5, et des organes d’évacuation 79 compris dans la quatrième paroi de condensation 504, c’est-à-dire la deuxième paroi d’extrémité longitudinale 392, tel que schématiquement représenté en pointillés dans la figure 6.
Il est à noter que, dans l’exemple illustré, la première paroi d’extrémité longitudinale 391 est une paroi simple, c’est-à-dire qu’elle ne forme pas une paroi de condensation 5 et ne comprend pas de reliefs 11 configurés pour favoriser la condensation du fluide diélectrique vaporisé. La première paroi d’extrémité 391 pourra néanmoins former une paroi de condensation 5 et, à titre d’exemple, comprendre des organes d’évacuation 79.
On comprend ainsi que le fluide diélectrique parcourt une boucle de circulation comprenant le bac de récupération 49 du fluide diélectrique à l’état liquide, la conduite de recirculation 53 du fluide diélectrique équipée de la pompe 55, le premier circuit 43 de fluide diélectrique, qui s’étend dans le boîtier 27, les dispositifs de projection 45 aspergeant les éléments de batterie 31 de fluide diélectrique qui se vaporise à leur contact puis qui se liquéfie au contact de l’une des parois de condensation 5 pour s’égoutter par gravité à l’intérieur du bac de récupération 49 et/ou être évacué le long des faces internes 9 des parois latérales 37 ou des parois d’extrémité 39.
De façon alternative, le dispositif de régulation thermique 1 peut comprendre une plaque 65, ou plaque froide, ici représentée en pointillés, qui s’étend dans le volume interne 200 du boîtier 27 et comprend au moins en partie le deuxième circuit 59 de fluide caloporteur. A titre d’exemple, la plaque 65 peut s’étendre en regard de l’une des parois de condensation 5, en regard de l’une des parois 37, 39, 41, du boîtier 27 ou entre des éléments de batterie 31 adjacents. Également, le dispositif de régulation thermique 1 peut comprendre une pluralité de plaques 65.
La plaque 65 fonctionne alors comme un condenseur du fluide diélectrique vaporisé. Similairement à ce qui a été exposé lorsque le deuxième circuit 59 est compris dans l’une des parois de condensation 5, le fluide caloporteur, plus froid, capte les calories du fluide diélectrique qui se liquéfie puis s’égoutte ensuite vers le bac de récupération 49 du boîtier 27. En parallèle, les parois de condensation 5, tel que précédemment exposé, peuvent participer à la condensation du fluide diélectrique à l’état gazeux en mettant en œuvre un échange thermique entre ledit fluide et le flux d’air FA extérieur au boîtier 27.
On comprend à la lecture de ce qui précède que la présente invention propose un ensemble de régulation thermique comprenant au moins un dispositif de régulation thermique d’au moins un composant électrique ou électronique dont la température doit être régulée, ledit composant électrique étant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement. Le dispositif de régulation thermique comprend ainsi un boîtier et un circuit d’un fluide diélectrique destiné à être projeté sur le composant électrique, le fluide diélectrique étant apte à être vaporisé par contact avec ledit composant. Le dispositif de régulation thermique selon l’invention comprend au moins une paroi de condensation dudit fluide diélectrique vaporisé dont une face externe et/ou une face interne comporte(nt) une pluralité de reliefs configurés pour favoriser la condensation du fluide diélectrique. Quelle que soit la forme des reliefs, il convient en effet de noter que la condensation du fluide diélectrique est favorisée, aussi bien par une augmentation d’une surface d’échange qui permet un meilleur refroidissement de la paroi susceptible de condenser le fluide diélectrique que par la présence de rigoles microscopiques qui permettent l’évacuation du fluide diélectrique sous forme liquide et qui favorise la condensation du fluide qui vient d’être vaporisé en permettant à celui- ci de prendre la place, le long de la paroi de condensation, du fluide diélectrique déjà condensé.
L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tout moyen ou configuration équivalents et à toute combinaison technique opérant de tels moyens. En particulier, le nombre de parois de condensation, les parois formant lesdites parois de condensation, la présence d’un circuit de fluide caloporteur et la dimension ou les formes des reliefs pourront être modifiés sans nuire à l’invention, dans la mesure où le dispositif de régulation thermique, in fine, remplit les mêmes fonctionnalités que celles décrites dans le présent document.

Claims

Revendications
1. Dispositif de régulation thermique (1) pour un composant électrique (3, 31) dont la température doit être régulée, ledit composant électrique ou électronique (3, 31) étant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, le dispositif de régulation thermique (1) comportant un boîtier (27) s’étendant le long d’un axe longitudinal (100) et configuré pour loger au moins le composant électrique ou électronique (3, 31), un circuit (43) d’un fluide diélectrique et un dispositif de projection (45) dudit fluide diélectrique vers le composant électrique ou électronique (3, 31), caractérisé en ce que la température de changement de phase du fluide diélectrique est telle qu’il est apte à être vaporisé au contact du composant électrique ou électronique (3, 31), en ce que le boîtier (27) comporte au moins une paroi de condensation (5) du fluide diélectrique sous sa forme vaporisée et en ce que au moins une face externe (7) et/ou une face interne (9) de l’au moins une paroi de condensation (5) du boîtier (27) comporte au moins des reliefs (11) configurés pour favoriser la condensation du fluide diélectrique à l’état vaporisé.
2. Dispositif de régulation thermique (1) selon la revendication 1, dans lequel au moins une partie des reliefs (11) consiste en une pluralité d’organes de guidage (67) d’un flux d’air (FA) extérieur au boîtier (27), les organes de guidage (67) s’étendant en saillie d’au moins un premier plan (400) comprenant essentiellement la face externe (7) de la paroi de condensation (5).
3. Dispositif de régulation thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel les organes de guidage (67) s’étendent parallèlement à l’axe longitudinal (100) d’extension du boîtier (27).
4. Dispositif de régulation thermique (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel au moins une partie des reliefs (11) consiste en une pluralité d’organes d’évacuation (79) s’étendant en creux d’un deuxième plan (700) comprenant essentiellement la face interne (9) de la paroi de condensation (5), une profondeur (790) des organes d’évacuation (79) étant inférieure à une épaisseur (300) de la paroi de condensation (5) mesurée entre la face interne (9) et la face externe (7).
5. Dispositif de régulation thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel les organes d’évacuation (79) s’étendent selon au moins une orientation, ladite orientation étant sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal (100) d’extension du boîtier (27).
6. Dispositif de régulation thermique (1) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le boîtier (27) comprend un bac de récupération (49) du fluide diélectrique à l’état liquide.
7. Dispositif de régulation thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le boîtier (27) comprend au moins une base (33) ouverte sur au moins un côté et comprenant une paroi de fond (35) de laquelle émergent au moins deux parois latérales (37) s’étendant parallèlement à une direction longitudinale sensiblement parallèle à l’axe longitudinal (100) et deux parois d’extrémité longitudinale (39) délimitant le boîtier (27) le long de la direction longitudinale, le boîtier (27) comprenant au moins un couvercle (41) configuré pour fermer la base (33) et la au moins une paroi de condensation (5) étant formée par le couvercle (41) ou une paroi latérale ou une paroi d’extrémité longitudinale de la base (33).
8. Dispositif de régulation thermique (1) selon la revendication précédente, comprenant une pluralité de parois de condensation (5), le couvercle (41) et/ou au moins une paroi latérale (37) et/ou au moins une paroi d’extrémité longitudinale (39) de la base (33) formant l’une desdites parois de condensation (5).
9. Dispositif de régulation thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un circuit, dit deuxième circuit (59), de fluide caloporteur qui est distinct du circuit de fluide diélectrique, appelé ci-après premier circuit (43), le deuxième circuit (59) de fluide caloporteur s’étendant au moins en partie dans une épaisseur (300) de la paroi de condensation (5) comprise entre la face interne (9) et la face externe (7).
10. Ensemble de régulation thermique (13) comprenant au moins une enceinte (19), un dispositif de ventilation (18) configuré pour aspirer un flux d’air (FA) à travers l’enceinte ou pour pousser un flux d’air dans l’enceinte, et un dispositif de régulation thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’enceinte (19) délimitant un conduit de circulation (25) du flux d’air (FA) dans lequel s’étend le dispositif de régulation thermique (1), le dispositif de régulation thermique (1) étant disposé dans l’enceinte (19) de sorte que l’axe longitudinal (100) d’extension du boîtier (27) s’étende parallèlement à un sens de circulation (Si) du flux d’air (FA).
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