WO2021123559A1 - Dispositif d'échange thermique pour des composants électriques et/ou électroniques - Google Patents

Dispositif d'échange thermique pour des composants électriques et/ou électroniques Download PDF

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WO2021123559A1
WO2021123559A1 PCT/FR2020/052319 FR2020052319W WO2021123559A1 WO 2021123559 A1 WO2021123559 A1 WO 2021123559A1 FR 2020052319 W FR2020052319 W FR 2020052319W WO 2021123559 A1 WO2021123559 A1 WO 2021123559A1
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transfer fluid
heat transfer
circuit
heat
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Julien Tissot
Yolanda Bravo Rodriguez
Cédric DE VAULX
Kamel Azzouz
Patrick LEBLAY
Jérémy BLANDIN
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Valeo Systemes Thermiques
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Definitions

  • Heat exchange device for electrical and / or electronic components
  • the field of the present invention is that of the heat treatment of electrical and / or electronic systems comprising electrical and / or electronic components, and it relates more particularly to a thermal regulation system intended both for cooling such electrical components and / or electronic components, liable to heat up when they are in operation, and during the preheating of these components, that is to say it can also be used to heat these electrical and / or electronic components to facilitate their starting.
  • the electrical and / or electronic systems concerned by the present invention may for example consist of computer servers or electrical energy storage devices for motor vehicles.
  • electric and hybrid vehicles which emit less greenhouse gases than vehicles with conventional thermal engines.
  • These electric and hybrid vehicles are powered, at least in part, by an electric motor powered by electric energy stored in an electric energy storage system, more particularly in a plurality of battery cells forming said system.
  • this electrical energy storage system tends to heat up when in operation, so electric and hybrid vehicles are conventionally equipped with thermal regulation systems.
  • thermal regulation systems make it possible to modify a temperature of the electrical energy storage system, whether it is when starting the vehicle in cold weather, by increasing its temperature for example, or whether it is during travel or during operation. a recharging operation of said storage system, by reducing the temperature of its electrical components, in particular of the battery cells.
  • Thermal regulation systems conventionally comprise at least one heat exchanger placed in contact with the battery cells and configured to perform heat exchanges with said cells.
  • the thermal regulation system can be configured to unload their calories from the battery cells so as to allow them to cool. These calories can in particular be captured by a cooling fluid which circulates in these heat exchangers.
  • the heat treatment system can be configured to ensure preheating of the battery cells, that is to say it can also be used to transfer calories to the electrical component and thus heat them to facilitate their starting.
  • the present invention falls within this context by proposing a heat exchange device for at least one electrical and / or electronic component liable to heat up, the heat exchange device comprising at least one pocket made of a flexible material and delimiting an internal volume in which are arranged at least a portion of a first circulation circuit of a first heat transfer fluid, called a "heat exchange portion”, and at least a portion of a second circulation circuit of a second heat transfer fluid, called “heat exchange portion”, the heat exchange portion of the second circulation circuit of the second heat transfer fluid being at least partially delimited by the pocket.
  • fluid circulation circuit is understood to mean a circuit in which the fluid concerned is able to circulate.
  • the present invention provides a heat exchange device in which at least two fluids can be circulated.
  • the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid can be circulated, respectively in the first circuit and in the second circuit, simultaneously or alternately.
  • second heat transfer fluid and “first heat transfer fluid” means fluids capable of capturing, transporting and transferring heat to its immediate environment.
  • the first heat transfer fluid can consist of a cooling fluid or of glycol water.
  • the simultaneous or alternating circulation of the second coolant and the first coolant can be modified as needed, that is to say depending on whether the heat exchange device is intended to ensure cooling or preheating at least the electrical and / or electronic component.
  • the heat exchange device is configured to be, depending on the operating mode implemented, arranged at the interface between the first circuit of the first heat transfer fluid and the second circuit of the second heat transfer fluid.
  • the term “at the interface” is understood to mean the fact that, at the level of the heat exchange device, a heat exchange takes place between the first heat transfer fluid circulating in the heat exchange portion of the first circuit and the second heat transfer fluid. circulating in the heat exchange portion of the second circuit.
  • the heat exchange portion of the second circulation circuit of the second heat transfer fluid can be predominantly delimited by the pocket.
  • the heat exchange portion of the first circuit comprises at least one network of microfibers, the microfibers forming the network of microfibers being adapted to be traversed by the first heat transfer fluid, the network of microfibers being at least partially immersed in the second heat transfer fluid circulating in the heat exchange portion of the second circulation circuit of the second heat transfer fluid.
  • the network of microfibers can be predominantly immersed in the second heat transfer fluid.
  • the network of microfibers can be completely immersed in the second heat transfer fluid.
  • the heat exchange portion of the first circuit extends at least in part in the heat exchange portion of the second circuit.
  • the microfibers making up the network of microfibers consist of elongated hollow structures, adapted to be traversed by the first heat transfer fluid.
  • the microfibers can be made from a polymer material.
  • a polymer material advantageously makes it possible to reduce the weight of the heat exchange device on board the vehicle compared to a conventional heat exchanger.
  • the use of a polymeric material ensures the impermeability of the microfibers to the first coolant flowing through them and to the second coolant in which they can be at least partially immersed so as to prevent leakage from one fluid to another. In this way, the second heat transfer fluid and the first heat transfer fluid are not mixed.
  • such a material gives the microfibers a flexibility which contributes to the deformability of the heat exchange device so that the latter can adapt to the shapes of the electrical and / or electronic components to be heat treated.
  • such a material has thermal conductivity allowing heat exchanges between the first heat transfer fluid which passes through the microfibers of the microfiber network and the second heat transfer fluid which circulates in the pocket.
  • the use of this material gives these microfibers sufficient chemical resistance in relation to the stresses to which they are subjected.
  • the material, whatever it is, forming each of these microfibers has a thickness of between 50 ⁇ m and 200 ⁇ m.
  • the microfibers forming the network of microfibers each have a section, a main dimension of which is between 0.5 mm and 1.5 mm.
  • the term “main dimension” is understood to mean the longest dimension of the section of the microfiber concerned.
  • the main dimension is understood to mean a diagonal of this section.
  • the size of a section may vary from one microfiber to another.
  • a length of each microfiber, measured between a first end and a second end, the furthest from the microfiber concerned is defined according to a compromise aiming, on the one hand, to reduce as much as possible the pressure losses undergone by the first heat transfer fluid circulating in these microfibers and on the other hand to ensure a homogeneous distribution of the microfibers of the microfiber network in the internal volume of the pocket to allow a transfer of heat which is also homogeneous.
  • the pocket has the form of at least one sheet at least partly made of an elastically deformable metallic material.
  • the material of the bag is adapted so that, on the one hand, the shape of the bag can be modified from a so-called “initial” shape to a shape adapted to the environment in which the bag is used.
  • heat exchange device is integrated and, on the other hand, that the shape of the pocket can return to its "initial" shape.
  • the pocket can be made in one piece and have the shape of a single sheet which is, for example, folded so as to form the pocket.
  • the pocket may be in the form of a plurality of sheets assembled so as to form the pocket.
  • all of the different sheets forming the pocket can consist of flexible sheets at least partially made of the elastically deformable metallic material.
  • the sheet (s) can comprise a plurality of sheets or distinct layers. At least one of these sheets or layers can be at least partially made of the elastically deformable metallic material, for example aluminum. Likewise at least one of the sheets or layers of the sheet (s) may be made of a polymer material or of a polymer material loaded with metal particles, for example aluminum or copper, or with particles of ceramic. According to the invention, the pocket can thus have the form of at least one sheet comprising at least one layer made of a polymer material and at least one layer made of a metallic material, or at least partially metallic, elastically deformable.
  • the heat exchange device is configured to implement at least two separate heat exchanges, that is to say that the materials used, both to produce the flexible bag and the microfibers forming the network microfibers are configured, both in terms of the type of material and the thickness of these materials, to allow heat exchange between a fluid which they contain and an external environment in which they are arranged.
  • the heat exchange device according to the invention is configured so that a first heat exchange takes place between the first heat transfer fluid circulating in the microfibers forming the network of microfibers and the second heat transfer fluid in which these microfibers are at least. partially submerged and for a second heat exchange to take place between the second heat transfer fluid and the electrical and / or electronic component. It is understood that the first heat exchange and the second heat exchange may or may not take place simultaneously without departing from the context of the present invention.
  • the materials used are deformable.
  • the heat exchange device according to the invention thus offers a more efficient alternative to the heat exchangers currently used, in particular in that it has a reduced weight and in that it is capable of conforming to the irregularities which may be encountered. present on the surface of the electrical and / or electronic components intended to be heat treated by the heat exchange device according to the invention.
  • the pocket as well as the network of microfibers by virtue of their deformability, give the heat exchange device a deformation capacity which advantageously increases a heat exchange surface between the heat exchange device and the component to be treated and therefore improves the heat treatment of this component compared to conventional heat exchangers.
  • the second circulation circuit of the second heat transfer fluid can comprise at least one member for guiding the second heat transfer fluid, the guide member being received in the internal volume of the pocket and the at least one guide member being configured to guide the second heat transfer fluid through the internal volume of the pocket.
  • the guide member is part of the heat exchange portion of the second circuit of second heat transfer fluid.
  • the guide member may, for example, be made from material with the pocket which delimits the internal volume, this pocket and the guide member then forming a one-piece assembly, that is to say an assembly which cannot be separated without damaging the pocket and / or the guide member.
  • the guiding member can be attached to the internal volume of the pocket and made integral with this pocket by any known means compatible with the invention.
  • the heat exchange device according to the invention can comprise a plurality of guide members.
  • the guide member can also participate in the distribution of at least part of the microfibers of the microfiber network in the internal volume.
  • the microfibers can be arranged in corridors delimited by two successive guide members.
  • one or more through orifices can be made in the guide member, such orifices being configured to allow the passage of at least one microfiber of the microfiber network.
  • the heat exchange device comprises at least one inlet manifold and at least one outlet manifold of the first heat transfer fluid fluidly connected to the heat exchange portion of the first circuit, the inlet manifold being configured. to distribute the first heat transfer fluid in at least part of this heat exchange portion of the first circuit and the outlet manifold being configured to collect the first heat transfer fluid leaving this heat exchange portion of the first circuit.
  • inlet manifold and the outlet manifold are fluidly connected to the microfibers forming the network of microfibers of the first circuit.
  • the inlet manifold can thus be in fluid communication with at least part of the microfibers of the microfiber network on the one hand, for example via their first end, and the rest of the first circuit of the first heat transfer fluid. on the other hand, so as to ensure the connection of these microfibers to the first circuit of the first heat transfer fluid.
  • the outlet manifold is in fluid communication with at least part of the microfibers and with the rest of the first circuit so as to ensure the evacuation of the first heat transfer fluid leaving these microfibers out of the heat exchange device.
  • the inlet manifold can be configured to distribute the first heat transfer fluid in the set of microfibers forming the network of microfibers and the outlet manifold can for its part be configured to collect the first heat transfer fluid which leaves the set of these microfibers.
  • the heat exchange device may comprise a plurality of inlet manifolds and / or outlet manifolds, each pair of these manifolds being configured to ensure the distribution and discharge of the first heat transfer fluid, respectively, in a subset of microfibers from the microfiber network.
  • a sub-assembly can be assembled into a bundle of microfibers.
  • air of collectors is meant an inlet manifold and an outlet manifold fluidly connected to the same microfibers of the microfiber network.
  • the heat exchange device comprises at least one supply opening and at least one discharge opening for the second heat transfer fluid, the supply opening being configured to convey the second heat transfer fluid into the at least a portion of the second circuit received in the internal volume of the pocket and the discharge opening being configured to discharge the second heat transfer fluid from the at least a portion of the second circuit received in the internal volume of the pocket .
  • the invention also relates to a thermal regulation system for at least one electrical and / or electronic component, the temperature of which must be regulated, the electrical and / or electronic component being capable of giving off heat, the thermal regulation system comprising a housing. configured to house the electrical and / or electronic component, the thermal regulation system further comprising at least the first circulation circuit of the first heat transfer fluid, at least the second circulation circuit of the second heat transfer fluid and at least one exchange device thermal as previously explained, the thermal exchange device being arranged in contact with the electrical and / or electronic component.
  • the heat exchange device can be interposed between at least one wall of the housing and the electrical and / or electronic component.
  • the housing may have a base open on at least one side and which includes at least one bottom wall from which a plurality of side walls emerge, the housing including at least one cover configured to close the base.
  • the base and the cover thus delimit a main volume of the housing in which extend at least the electrical and / or electronic component, at least the heat exchange device as described above and at least part of the first circuit of the first fluid. heat transfer fluid and the second circuit of the second heat transfer fluid.
  • the heat exchange device can then be placed between at least one of the side walls and the electrical and / or electronic component, between the bottom wall and the electrical and / or electronic component, and / or between the cover and the electrical and / or electronic component.
  • the deformability of the pocket and of the microfiber network thus helps to optimize the heat exchange surface between the heat exchange device and the electrical and / or electronic component but also between the heat exchange device and the wall in question. More particularly, as mentioned above, this deformability of the heat exchange device makes it possible to increase the heat exchange surface between the heat exchange device and the electrical component (s) and / or electronic (s) to be heat treated. Advantageously, such deformability of the heat exchange device also helps to facilitate its installation in the thermal regulation system regardless of the arrangement of the electrical and / or electronic component (s) within the housing.
  • the thermal regulation system can comprise a plurality of electrical and / or electronic components, the heat exchange device being interposed between at least a first electrical and / or electronic component and a second electrical component and / or electronic, the heat exchange device being arranged in contact with the first electrical and / or electronic component and the second electrical and / or electronic component.
  • the thermal regulation system can comprise a plurality of heat exchange devices. According to this characteristic, these heat exchange devices can be connected to the same first circuit of first heat transfer fluid, at least one heat exchange portion of the first circuit then being received in each pocket of each heat exchange device. The various heat exchange devices are then mounted in parallel with each other on this first circuit.
  • a plurality of heat exchange devices can be connected to the same second circuit of second heat transfer fluid, at least one heat exchange portion of the second circuit then being received in each pocket of each heat exchange device, each portion heat exchange of the second circuit being delimited by the pocket in which it is received.
  • different heat exchange devices can be connected to different first circuits of first heat transfer fluid and / or to different second circuits of second heat transfer fluid, for example each of the heat exchange devices of the thermal regulation system can be connected to a first circuit of first heat transfer fluid and to a second circuit of second heat transfer fluid which is specific to it.
  • the present invention finally relates to an electric or hybrid motor vehicle, comprising at least one electric motor, an electric energy storage system which comprises at least one electric and / or electronic component, the electric energy storage system being suitable for supply the electric motor with electrical energy, the vehicle further comprising at least one thermal regulation system as described above, this thermal regulation system being dedicated to the thermal treatment of at least one electrical and / or electronic component of the electrical energy storage system.
  • the at least one electrical and / or electronic component is formed by an electrical energy storage member, the electrical energy storage system advantageously comprising , a plurality of these electrical energy storage members.
  • FIG 1 is a schematic cut-away representation of a motor vehicle comprising a thermal regulation system according to the invention
  • FIG. 2 is a partial schematic representation of the thermal regulation system according to the invention, this FIG. 2 illustrating a housing in which are received at least one heat exchange device according to the invention and at least one electrical component and / or electronic;
  • FIG 3 is a schematic representation of the thermal regulation system according to the invention, shown without a housing;
  • FIG 4 is a schematic representation of a first embodiment of the heat exchange device of the thermal regulation system
  • FIG 5 is a schematic representation of a second embodiment of the heat exchange device according to the invention.
  • FIG 6 is a schematic perspective representation of an example of a heat exchange device comprising at least one member for guiding the second heat transfer fluid;
  • FIG 7 is a schematic sectional representation, taken along a section plane as illustrated in Figure 2, of an example of a thermal regulation system comprising a plurality of heat exchange devices;
  • FIG 8 is a schematic sectional representation, taken along a section plane as illustrated in Figure 2, of another example of a thermal regulation system system comprising a plurality of heat exchange devices .
  • the characteristics, the variants and the different embodiments of the invention can be associated with each other, in various combinations, as long as they are not incompatible or mutually exclusive. It is in particular possible to imagine variants of the invention comprising only a selection of characteristics described below in isolation from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention by compared to the state of the prior art. In the figures, the elements common to several figures retain the same reference.
  • the present invention relates to a thermal regulation system 1 intended for the thermal treatment of at least one electrical and / or electronic component 20, the temperature of which must be regulated, the component 20 being liable to heat up.
  • the thermal regulation system 1 comprises at least one heat exchange device 3 comprising in particular a pocket 30 made of a flexible material, in which are received at least a portion 133 of a first circuit 13 for the circulation of a first heat transfer fluid. and at least one portion 143 of a second circuit 14 for circulating a second heat transfer fluid.
  • At least one portion 133 of the first circuit 13 received in the pocket 30 of the heat exchange device 3 is called “heat exchange portion 133” and the at least one portion 143 of the second circuit 14 received in the pocket 30 of the heat exchange device 3 is called “heat exchange portion 143”.
  • the electrical and / or electronic systems 2 in question here include, for example, both computer servers and electrical energy storage systems, in particular batteries, for example for motor vehicles.
  • the thermal regulation system 1 according to the invention will be described in relation to an electrical energy storage system 2 of a hybrid or electric motor vehicle 1000 as shown in FIG. 1, but it should be understood that such an application is not limiting and that it could in particular be applied, in the context of the invention, to the various electrical and / or electronic systems 2 mentioned or to any other electrical system and / or or electronic.
  • FIGS. 2 and 3 represent, schematically, the thermal regulation system 1 according to the invention.
  • the thermal regulation system 1 comprises a housing 10 delimiting a main volume 100 in which are arranged at least one electrical and / or electronic component 20, the temperature of which must be regulated and at least one heat exchange device 3 according to the invention.
  • the thermal regulation system 1 comprises a plurality of components 20 and a plurality of heat exchange devices 3 according to the invention arranged in contact with one another. The particular arrangement of these heat exchange devices 3 with respect to the components 20 to be heat treated will be more fully detailed below, in particular with reference to FIGS. 7 and 8.
  • the housing 10 comprises a base 11 open on at least one side.
  • the base 11 comprises a bottom wall 111 from which emerge a plurality of side walls 112.
  • the housing 10 also comprises a cover 12 configured to close the base 11. In other words, the base 11 and the cover 12 together delimit the volume.
  • main 100 intended to receive the electrical and / or electronic component (s) and the heat exchange device (s) 3.
  • the illustrated housing 10 presents, in a non-limiting manner, a substantially parallelepipedal structure. For the sake of clarity, one of the side walls 112 has been removed while another is shown in transparency in order to make visible the electrical and / or electronic components as well as the heat exchange devices 3 arranged in the volume. main 100.
  • the thermal regulation system 1 comprises at least a first circuit 13 for the circulation of a first heat transfer fluid FCi configured to supply, with the first heat transfer fluid FCi, the heat exchange portion 133 of this first. circuit 13 received in the pocket 30 of at least one of the heat exchange devices 3.
  • the first circuit 13 of the first heat transfer fluid can supply a plurality of heat exchange devices 3, the different devices 3 then being placed in parallel with each other on this first circuit 13.
  • the first circuit 13 then comprises a plurality of heat exchange portions 133 respectively received in the pocket 30 of one of the heat exchange devices 3.
  • the first circuit 13 of the first heat transfer fluid can supply all of the heat exchange devices 3 of the same thermal regulation system 1.
  • the thermal regulation system 1 may comprise a plurality of first circuits 13 of first coolant each configured to supply at least one heat exchange device 3 with first coolant.
  • the first circuit 13 comprises at least one pipe 131 and a member for circulating the first heat transfer fluid, such as a pump 132.
  • the heat exchange portion 133 of the first circuit 13, included in the heat exchange device 3 is fluidly connected to the rest of the first circuit 13 at the level of an inlet manifold 37 and an outlet manifold 38 respectively intended to bring the first heat transfer fluid into the heat exchange device 3 and to remove it therefrom .
  • the first circuit 13 of the first heat transfer fluid may in particular be predominantly housed in the housing 10, as shown in solid lines in FIG.
  • At least part of the first circuit 13 can extend outside the housing 10 of the thermal regulation system 1, for example the pump 132 'can be arranged. outside the housing 10, the pipe 131 ′ of the first circuit 13 then passes through at least one of the walls 111, 112, 12 forming the housing 10.
  • the thermal regulation system 1 comprises a second circuit 14 for circulating a second heat transfer fluid FC2 configured to supply the heat exchange portion 143 of this second circuit 14 received in at least one of the heat exchange devices 3.
  • the second heat transfer fluid and the first heat transfer fluid circulating in the heat exchange device 3 may be identical, their circulation nevertheless remaining independent of each other.
  • the choice of the second heat transfer fluid may vary depending on whether the heat exchange device is intended to provide cooling or preheating of one of the electrical and / or electronic components.
  • the terms "first coolant” and “second coolant” are thus understood to mean fluids configured to capture, transport and transfer calories to their environment.
  • the second circuit 14 of first heat transfer fluid can supply a plurality of heat exchange devices 3 which are then placed in parallel with each other.
  • the second circuit 14 then comprises a plurality of heat exchange portions 143 respectively received in the pocket 30 of one of the heat exchange devices 3.
  • the thermal regulation system 1 will be able to understand a plurality of second circuits 14 of second heat transfer fluid each configured to supply at least one heat exchange device 3.
  • the second circuit comprises at least one pipe 141 and a means 142 for circulating the first heat transfer fluid, such as a pump.
  • the heat exchange portion 143 of the second circuit 14 included in the heat exchange device 3 is fluidly connected to the rest of the second circuit 14 by a supply opening 144 and an outlet 145 of the second heat transfer fluid.
  • the second circuit 14 can be mainly housed in the housing 10, as shown in solid lines in FIG. 7.
  • at least part of the second circuit 14 can extend outside the housing 10 of the thermal regulation system 1, the pipe 141 'then passing through at least one of the walls 111, 112, 12 forming the housing 10.
  • the heat exchange device 3 is further detailed in Figures 4 and 5.
  • the heat exchange device 3 is configured to be at the interface between the first circuit 13 of first heat transfer fluid and the second circuit 14 of second heat transfer fluid, that is to say, it is configured to implement at least one heat exchange between these two circuits 13, 14 as required.
  • the heat exchange device 3 according to the invention comprises at least the pocket 30, made of a flexible material, which delimits an internal volume 300 in which are at least arranged the heat exchange portion 133 of the first circuit 13 and at least the heat exchange portion 143 of the second circuit 14 as mentioned above.
  • the heat exchange portion 143 of the second circuit 14 received in the internal volume 300 of the pocket 30 is at least partly delimited by the pocket 30 itself.
  • the heat exchange portion 143 of the second circuit 14 received in the internal volume 300 of the pocket 30 can be predominantly delimited by this pocket 30.
  • fluid circulation circuit is understood to mean a circuit configured to be traversed by the fluid concerned, that is to say a circuit suitable for circulating this fluid in the pipe (s) of the circuit concerned.
  • the heat exchange device 3 according to the invention thus allows the circulation of the second heat transfer fluid FC2 circulating in the heat exchange portion 143 of the second circuit 14. independently of the circulation of the first heat transfer fluid FCi circulating in the heat exchange portion 133 of the first circuit 13.
  • the heat exchange portion 133 of the first circuit 13 received in the internal volume 300 of the pocket 30 of the heat exchange device 3 comprises at least one network 31 of microfibers 32 adapted to ensure the circulation of the first heat transfer fluid in the heat exchange device 3.
  • the microfibers 32 forming this network 31 of microfibers 32 are adapted to be traversed by the first heat transfer fluid and this network 31 of microfibers 32 s' extends, at least in part, in the internal volume 300 of the pocket 30.
  • the heat exchange portion 133 of the first circuit 13, comprising the network 31 of microfibers 32 extends at least in part in the portion d heat exchange 143 of the second circuit 14 delimited by the pocket 30.
  • the network 31 of microfibers 32 is bathed, at least partially, in the second heat transfer fluid circulating in this pocket 30.
  • the network 31 of microfibers 32 is thus at least partially immersed in the second heat transfer fluid received in the pocket 30.
  • the second heat transfer fluid filled completely, or almost completely, the internal volume 300 defined by the pocket 30 so that the microfibers 32 which form the network 31 of microfibers 32 are predominantly immersed in the second heat transfer fluid.
  • the pocket 30 has the form of at least one sheet 33 at least partially made of an elastically deformable metallic material.
  • the pocket 30 is configured, on the one hand, so that its shape can be modified from a so-called “initial” shape to a shape adapted to the environment in which the heat exchange device 3 is integrated. and, on the other hand, so that the shape of the pocket returns to its “initial” shape when the heat exchange device 3 is extracted from this environment.
  • the pocket 30, and in particular at least one or one of the sheets 33 of the pocket 30, can comprise a plurality of separate sheets or layers.
  • at least one of these sheets or layers can be at least partially made of the elastically deformable metallic material, for example aluminum, and at least another of these sheets or layers of the sheet (s ) can be produced in a polymer material or in a polymer material loaded with metallic particles, for example aluminum or copper, or with ceramic particles.
  • the pocket is adapted to perfectly match the shapes, and in particular the irregularities, that the component (s) to be heat treated has (s), thus maximizing the surface area of heat exchange generated between the heat exchange device 3 and the component 20 to be treated.
  • the sheet 33 may, for example, have a thickness of the order of 0.2 mm and 5 mm, preferably between 1 mm and 4 mm.
  • the pocket 30 can be made in one piece and have the shape of a single sheet 33 which is, for example, folded so as to form the pocket 30.
  • the pocket 30 can have the shape of a plurality of sheets 33 assembled so as to form the pocket 30.
  • the set of different sheets 33 forming the pocket 30 can then comprise flexible sheets 33 at least partly made in the elastically deformable metallic material or in any other deformable and thermally conductive material .
  • the thermal regulation system 1 is configured to implement different operating modes, in particular so as to allow the cooling of at least one of the electrical and / or electronic components or in order to ensure its heating, for example during a preheating phase prior to the operation of the electronic system 2.
  • the heat exchange device 3 according to the invention is configured to implement at least two distinct heat exchanges: a first heat exchange between the first heat transfer fluid circulating in the network 31 of microfibers 32 and the second heat transfer fluid in which the network 31 of microfibers is, at least partially, immersed and a second heat exchange between the second heat transfer fluid and the electrical and / or electronic component 20 by contact between the bag 30 and component 20 to be heat treated.
  • the thermal regulation system 1 When the thermal regulation system 1 operates according to a first operating mode, called the preheating mode, the thermal regulation system 1 allows the circulation of the second heat transfer fluid within the second circuit 14.
  • second heat transfer fluid and more particularly within the heat exchange portion 143 of this second circuit 14, while the first heat transfer fluid does not circulate in the first circuit 13 of the first heat transfer fluid.
  • the first heat transfer fluid is predominantly stagnant in the microfibers 32 of the network 31 of microfibers 32 and in the first circuit 13.
  • the second heat transfer fluid, circulating brings calories captured in the second circuit 14, for example to the level of a first heat exchanger, not shown, towards the heat exchange device 3.
  • This second heat transfer fluid thus heated enters the heat exchange portion 143 of the second circuit 14 received in the pocket 30 of the heat exchange device 3, at the level of the supply opening 144 and spreads homogeneously therein thanks to at least one guide member 146 configured to guide the second heat transfer fluid within the internal volume 300 of the pocket 30 of the device heat exchange 3 concerned, such a guide member 146 being for example described and illustrated in FIG. 6.
  • the second heat transfer fluid then transfers calories to the component (s)
  • the second coolant then cooled is then discharged from the heat exchange portion 143 of the second circuit 14 via the discharge opening 145 and then returned to the rest of the second circuit 14 of second coolant fluid along which it can, for example, capture new calories within the first heat exchanger.
  • the thermal regulation system 1 allows the circulation of the second heat transfer fluid within the second circuit 14 of the second heat transfer fluid while the first heat transfer fluid, as described above, remains mostly stagnant. in the microfibers 32 of the network 31 of microfibers 32.
  • Such an operating mode can be implemented during the vehicle running phases, or during normal operation of the electrical energy storage system 2.
  • This second operating mode differs from the first operating mode in that the second heat transfer fluid is cooled, for example in the first heat exchanger of the second circuit or in a second heat exchanger of this second circuit 14, before joining the internal volume 300 pocket 30, and more particularly the heat exchange portion 143 of this second circuit 14 received in the pocket 30, in which it is then able to capture the calories emitted by the electrical and / or electronic component (s) 20 ( s), thus cooling this (these) component (s) 20.
  • the second heat transfer fluid, heated by this exchange with the component (s) 20 is then discharged from the heat exchange portion 143 of the second circuit 14 as has been previously stated.
  • the second heat transfer fluid can thus, for example, discharge the calories captured within the first heat exchanger, or from the second heat exchanger where appropriate, in order to be able, again, to be returned to the device. heat exchange 3 and participate in a new heat exchange with the component (s) 20.
  • the thermal regulation system 1 can, finally, implement a third mode of operation, called "sub-cooling", divided into two stages.
  • a third mode of operation called "sub-cooling"
  • Such an operating mode can be implemented when the storage system 2 has a significant need for cooling, greater than the normal needs as previously explained. This is the case, for example, during rapid charging phases of the storage system 2 or when the vehicle charging phase is accompanied by a need for thermal regulation, whether by heating or by cooling, of the environment. of the passenger compartment.
  • the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid both circulate, respectively in the first circuit 13 and the second circuit 14.
  • the second heat transfer fluid circulating in the heat exchange portion 143 received in the internal volume 300 of the pocket 30 may have been pre-cooled as previously explained with reference to the second operating mode, so as to be able to capture calories from the electrical and / or electronic component (s) placed in contact with the heat exchange device 3. A part of these calories is thus directly evacuated to the rest of the second circuit 14 by the second heat transfer fluid leaving the heat exchange device 3 in a manner similar to what has just been described with reference to second mode of operation.
  • the first heat transfer fluid can in particular be cooled beforehand at the level of at least a third heat exchanger included in the first circuit 13.
  • the first heat transfer fluid enters the portion d heat exchange 133 at the level of the inlet manifold 37, it spreads into at least part of the microfibers 32 of the network 31 of microfibers 32 and captures the calories transmitted by the second heat transfer fluid circulating in the internal volume 300, thus allowing the cooling of the latter so as to maintain it at a temperature lower than that of the electrical and / or electronic component (s).
  • the first heat transfer fluid is then itself evacuated to the rest of the first circuit 13.
  • Such an arrangement contributes in particular to more rapidly evacuating the calories captured by the second heat transfer fluid at the level of the component (s) 20 so that the thermal performance of the system thermal regulation 1 are improved. Furthermore, such an arrangement allows the temperature of the second coolant to be lowered to a temperature, called the subcooling temperature, lower than that which could be observed in the second operating mode.
  • the thermal regulation system 1 only allows the circulation of the first heat transfer fluid within the first circuit 13 of the first heat transfer fluid while the second heat transfer fluid remains stagnant in the heat exchange portion. 143 of the second circuit 14, that is to say in the internal volume 300 of the pocket.
  • the heat exchange portion 133 of the first circuit 13 received in the pocket 30 thus ensures the circulation of the first heat transfer fluid within the heat exchange device 3 so as to allow the regular evacuation of the calories captured by the stagnant second heat transfer fluid. , so as to maintain this second heat transfer fluid at a temperature suitable for cooling the electrical and / or electronic component (s).
  • the first heated heat transfer fluid is evacuated at the level of the outlet manifold 38 to join the rest of the first circuit 13 and, in particular, subsequently allow the evacuation of the calories captured in the heat exchange device 3 by an exchange. of heat operated in the third heat exchanger.
  • the second heat transfer fluid is configured to capture the calories emitted by the component 20 and that the first heat transfer fluid allows for its part to ensure the evacuation of the calories thus captured by this second heat transfer fluid.
  • the first heat transfer fluid thus allows indirect evacuation of the heat emitted by the electrical and / or electronic component.
  • the pocket 30 is shown in a simplified manner.
  • a center 8 of the pocket 30 is defined as a point included in the internal volume 300 of the pocket 30, a straight line passing through this center 8 forming an axis of symmetry of the pocket 30 in its initial form, that is to say say in its shape before it is deformed to adapt to the shapes of the components to be heat treated.
  • the pocket 30 may have an initial parallelepipedal or substantially parallelepipedal shape and thus comprise a plurality of flexible walls 90.
  • a main axis 500 of the heat exchange device 3 defines a main direction of extension of the pocket 30, this axis extending between opposite walls 90 of the pocket 30, perpendicular to these opposite walls 90 and passing through the center 8. It is nevertheless understood that the pocket 30 may have other shapes, and in particular that this shape, by virtue of the deformation capacity of the pocket 30, is not fixed.
  • the heat exchange device 3 comprises at least the inlet manifold 37 and at least the outlet manifold 38 of the first heat transfer fluid fluidly connected to the heat exchange portion 133 of the first circuit 13, that is to say to the network 31 of microfibers 32, and to the rest of the first circuit 13 of the first heat transfer fluid.
  • the inlet manifold 37 is configured to distribute the first heat transfer fluid in at least part of the microfibers 32 of the network 31 of microfibers 32.
  • the inlet manifold 37 distributes the first fluid coolant in all the microfibers 32 of the network 31.
  • this inlet manifold 37 can be fluidly connected to a first end 321 of these microfibers 32.
  • the outlet manifold 38 is for its part configured to collect the first heat transfer fluid exiting at second ends 322 of at least part of the microfibers 32 forming the network 32 of microfibers. In the example illustrated, the outlet manifold 38 collects the first heat transfer fluid leaving all of the microfibers 32 of the network 31 of microfibers 32 of the heat exchange portion 133.
  • first end 321 of each of the microfibers 32 of the array 31 of microfibers 32 cooperates with the inlet manifold 37, or at least one of the inlet manifolds 37, in order to be supplied first. heat transfer fluid, while the second end 322 of each of these microfibers cooperates with the outlet manifold 38, or at least one of the outlet manifolds 38, in order to evacuate the first heat transfer fluid to the circuit 13.
  • the inlet manifold 37 as the outlet manifold 38 thus allow a common fluidic connection of the heat exchange device (s) 3 in the first circuit 13 of the first heat transfer fluid.
  • the heat exchange device 3 can comprise a plurality of inlet manifolds 33 and of outlet manifold 38, each pair of. these inlet 37 and outlet 38 manifolds being configured to respectively ensure the distribution and evacuation of the first heat transfer fluid in a subset of microfibers 32 of the network 31 of microfibers 32.
  • the network 31 of microfibers 32 which extends between the inlet collector 37 and the outlet collector 38 comprises at least 500 microfibers, each heat exchange device 3 comprising by example between 500 and 800 microfibers 32. Also, it is understood that, in the various figures of the present text, the network 31 of microfibers 32 is illustrated in a simplified manner for the sake of clarity, neither the number, nor the dimensions, nor the arrangement of the microfibers 32 not being representative of reality or limiting.
  • the heat exchange surface between the first heat transfer fluid, circulating in the network 31 of microfibers, and the second heat transfer fluid, in which these microfibers are at least partially immersed 32 is increased compared to conventional heat exchangers and the performance of the heat exchange device 3 are consequently improved.
  • the microfibers 32 of the microfiber network consist of elongated hollow structures adapted to be traversed by the first heat transfer fluid.
  • the use of hollow microfibers 32 advantageously makes it possible to reduce the weight of the heat exchange device 3 on board the vehicle compared to a conventional heat exchanger composed of metal tubes.
  • the microfibers 32 can be made from a polymeric material. Each microfiber 32 thus forms an impermeable conduit to the first heat transfer fluid passing through them and to the second heat transfer fluid surrounding them so as to prevent the mixing of these two fluids.
  • such materials give the network 31 of microfibers 32 a flexibility allowing the distribution of the microfibers 32 in the entire internal volume 300 of the pocket 30 and helping to give the heat exchange device 3 its deformability so that it can adapt to the shapes of the electrical and / or electronic components to be heat treated.
  • the use of this material finally gives these microfibers 32 sufficient chemical resistance in relation to the stresses to which they are subjected.
  • the material, whatever it is, forming each of these microfibers 32 has a thickness of between 50 ⁇ m and 200 ⁇ m.
  • Each microfiber 32 is characterized by a length and by a main dimension of its section.
  • the length of a microfiber is measured between its first end 321 and its second end 322.
  • the measured length varies from one microfiber to another in order to allow the distribution of the network 31 of microfibers 32 throughout the internal volume 300 delimited by the pocket 30 and therefore ensure a homogeneous heat treatment of at least the electrical and / or electronic component 20.
  • each microfiber 32 is defined according to a compromise aiming, on the one hand, to reduce the pressure drops as much as possible and, on the other hand, to ensure a homogeneous distribution of the microfibers 32 in the internal volume 300 of the pocket 30 in order to to ensure a heat transfer which is also homogeneous between the first heat transfer fluid circulating in the network 31 of microfibers 32 and the second heat transfer fluid filling the internal volume 300.
  • the main dimension of the section measures a distance between two most distant points included in a section of the microfiber 32.
  • the microfibers 32 can have a section of substantially identical or variable shape from one microfiber 32 to another, for example a section. substantially circular, polygonal or rectangular. For example, when the microfiber 32 has a circular section, its diameter is referred to as the "main dimension". Likewise, when the microfiber 32 has a substantially rectangular section, the term “main dimension” is understood to mean a diagonal of this section. Particularly, according to the present invention, the microfibers 32 have a section whose main dimension is between 0.5 mm and 1.5 mm.
  • the pocket 30 can be of substantially parallelepipedal shape.
  • the main axis 500 defines the main direction of extension of the heat exchange device 3 and a longest dimension of the pocket, hereinafter called the main height 320 of the pocket 30, is measured parallel to this main axis 500, between two opposite walls 9 of the pocket 30.
  • the inlet manifold 37 is provided in one of the flexible walls 9 of the parallelepipedal shape of the pocket 30, called the first wall. 91, and the outlet manifold 38 of the first heat transfer fluid is arranged in a flexible wall 9 separate from the first wall 91, called the second wall 92.
  • the first wall 91 is opposite the second wall 92 relative to the center 8 of the pocket 30, the first wall 91 and the second wall 92 being equidistant from this center 8 and facing each other.
  • the first wall 91 and the second wall 92 are more particularly formed by the larger walls of the pocket 30, that is to say by the walls which extend, respectively. , in a plane parallel to the main axis 500 of the pocket 30.
  • the inlet manifold 37 and the outlet manifold 38 are further aligned along an alignment axis 650 which also passes through center 8 of pocket 30. It is understood that this is only a non-limiting exemplary embodiment of the present invention. Provision can for example be made for the input collector 37 and the output collector 38 to be offset without departing from the context of the present invention.
  • the inlet manifold and the outlet manifold may be arranged, respectively, in a third wall and in a fourth wall distinct from the first wall and from the second wall mentioned. above, that is to say in the smaller walls of the pocket which extend, respectively, in a plane perpendicular to the main axis 500.
  • such walls bear the references 93 and 94.
  • the inlet manifold and the outlet manifold can be arranged on flexible walls adjacent to each other within the parallelepipedal shape of the pocket.
  • FIG. 5 illustrates a second embodiment of the heat exchange device 3 according to the invention.
  • the inlet manifold 37 and the outlet manifold 38 are both arranged on the same flexible wall 9 of the parallelepipedal shape of the pocket 30. It is understood that such a first wall 91 could be the same. 'any of the flexible walls 9 of the parallelepipedal shape of the pocket 30.
  • the microfibers 32 of the network 31 of microfibers 32 are thus respectively arranged in a "U" shape.
  • the inlet collector 37 and the first ends 321 of the microfibers 32 participate in forming an end part of a first branch of this "U" shape
  • the outlet collector 38 and the second ends 322 of the microfibers 32 form an end part a second branch of this U-shape and each microfiber 32 further forms a base of this "U" shape as well as a part of the first branch extending between the base and the inlet manifold 37 and a part of the second branch extending between the base and the outlet manifold 38.
  • the "U" shape presented by each of the microfibers 32 is more or less marked.
  • microfibers mainly extending as close as possible to the first wall 91 will be characterized by shorter branches and therefore a less marked “U” shape.
  • the supply opening 144 and the discharge opening 145 of the second coolant can be arranged within the pocket 30 according to different alternatives.
  • the supply opening 144 and the discharge opening 145 can both be arranged in separate and opposite flexible walls 9 of the pocket 30. More particularly, these walls 9 are opposed to each other in the parallelepipedal shape of the pocket 30, with respect to the center 8 of the pocket 30.
  • Such an arrangement of the supply opening 144 and of the discharge opening 145 ensures in particular a so-called "I" circulation of the second heat transfer fluid in the internal volume 300.
  • this "I" circulation can be done along the main height 320 or along a main width 310 of the pocket 30 measured parallel to the alignment axis 650 of the inlet 37 and outlet 38 manifolds as described above.
  • the supply opening 144 and the outlet opening 145 are arranged in the third wall 93 and the fourth wall 94 respectively, that is to say in the walls without inlet 37 and outlet 38 manifolds.
  • a main direction of flow of the second heat transfer fluid is thus transverse to a main direction of flow of the first heat transfer fluid.
  • the supply opening and the discharge opening may be respectively provided in the first wall and in the second wall, that is to say in the walls of the carrying pocket of the collector. inlet and outlet manifold.
  • Such an exemplary embodiment aims in particular to reduce the bulk generated by the heat exchange device 3.
  • the supply opening 144 and the discharge opening 145 are arranged in the same flexible wall 9 of the pocket 30.
  • this wall 9 of the pocket 30 can also, advantageously, carry the inlet manifold 37 and the outlet manifold 38.
  • Such an arrangement of the supply 144 and discharge 145 openings ensures a so-called "U" circulation of the second. heat transfer fluid in the internal volume 300.
  • the second heat transfer fluid is, initially, sent away from the first wall 91, carrying the supply opening 144, and spreads in the internal volume 300 , towards the wall 9 of the parallelepipedal shape opposite the first wall 91 with respect to the center 8, in this case the second wall 92.
  • the second heat transfer fluid is then guided, for example by the guide members 146 of the device. heat exchange 3, d e so as to be returned to the first wall 91, in the direction of the discharge opening 145.
  • FIG. 6 illustrates an example of guide members as previously exposed, configured to guide the circulation of the second heat transfer fluid in the internal volume 300 of the pocket 30 and in particular in the heat exchange portion 143 of the second circuit 14.
  • the heat exchange device 3 illustrated is similar to that previously described with reference to FIG. 4, it is nevertheless understood that this representation is in no way limiting and that all of the different embodiments, examples or alternative embodiments illustrated and / or described above may comprise at least one guide member 146 of the second heat transfer fluid in the internal volume 300 of the pocket 30, advantageously, a plurality of guide members 146.
  • the guide members 146 may consist of independent walls extending into the pocket 30 so as to define corridors 147 for the circulation of the second heat transfer fluid.
  • a plurality of guide members 146 are arranged at different intervals along the main height 320 of the pocket 30, the corridors 147 for circulating the second heat transfer fluid being delimited by two successive guide members 146. It is understood that such a representation is in no way limiting and the heat exchange device 3 may include a different number of guide members 146.
  • the guide members 146 here extend in a direction substantially parallel to the axis 650 of alignment of the inlet 37 and outlet 38 manifolds, over only a part of the main width 310 of the pocket.
  • Such guide members 146 promote the "I" -shaped circulation of the second heat transfer fluid in the heat exchange portion 143 of the second circuit 14, so that the second heat transfer fluid circulates at least in part along the main length 310 of the pocket 30.
  • This circulation of the second heat transfer fluid is shown diagrammatically by the arrows FC2.
  • these guide members 146 are advantageously configured to cooperate with at least one of the microfibers 32 of the network 31 in order to allow the distribution of the various microfibers 32 in the internal volume 300, in particular over the whole of the main height 320.
  • the microfibers 32 of the network 31 of microfibers 32 can extend at least partially parallel to the guide members 146, that is to say in the circulation corridors 147 formed by these guide members 146.
  • at least one guide member can extend transversely to at least one of the microfibers of the network of microfibers, such a guide member 146 can then advantageously comprise at least one through orifice configured to allow at least one passage. one of the microfibers in the microfiber network.
  • a through orifice thus also contributes to the distribution of the microfibers in the internal volume of the pocket.
  • the heat exchange device 3 according to the invention thus allows better heat treatment of the component 20, on the one hand by increasing the heat exchange surface between the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid via the network 31 of microfibers 32 and on the other hand by increasing the heat exchange surface between the bag 30 and the component 20 through the flexibility of the bag 30 and of the network 31 of microfibers 32.
  • FIGS. 7 and 8 are diagrammatic representations of sections taken along a section plane 1500, visible in FIG. 2. These FIGS. 7 and 8 illustrate two examples of arrangements of the thermal regulation system 1, not limiting of the present invention. It is understood that the dimensions specific to heat exchange devices 3, to electrical and / or electronic components 20 or to microfibers 32 are here exaggerated for the sake of clarity and are not representative of reality. The same applies to the shape, distribution or relative positioning of the microfibers 32 making up the network 31 of microfibers 32.
  • each element of circular section illustrated as extending in the second heat transfer fluid FC2 circulating in the pockets 30 of the heat exchange devices 3 can equally well represent a single microfiber 32 as well as a plurality of microfibers 32. without departing from the context of the invention.
  • each element of circular section may represent an organized bundle of microfibers 32 which can, for example, be held by at least one fixing member and / or one guide member, not shown.
  • the thermal regulation system 1 as illustrated comprises a plurality of heat exchange devices 3 as described above.
  • Each of the heat exchange devices 3 is placed in contact with at least one of the electrical and / or electronic components.
  • the heat exchange device 3 can be interposed between at least one of the walls 111, 112, 12 of the housing 10 and at least one of the electrical and / or electronic components 20.
  • the term “walls” of the housing is understood here to mean at least any one of the side walls 112 or bottom wall 11 of the base 11 of the housing or, according to an alternative not shown, the cover 12 closing the base 11.
  • a first exchange device thermal 301 extends between one of the side walls 112 and one of the components 20, in contact with the side wall 112 as with the component 20.
  • a second heat exchange device 302 can be placed between the bottom wall 111 of the housing 10 and at least one of the electrical and / or electronic components 20, in contact with the bottom wall 111 as one or more components 20.
  • the flexibility of the network 31 of microfibers 32 and of the pocket 30 making up each of the heat exchange devices 3 gives the latter an increased deformation capacity.
  • the heat exchange device 3 according to the invention can match the irregularities of the walls 111, 112, 12 of the housing 10 and / or of the electrical and / or electronic component (s) 20 in contact with which it is positioned, increasing, such as as previously explained, the heat exchange surface with these components 20 or walls and therefore optimizing the heat exchanges implemented.
  • the heat exchange device 3 can also be interposed between at least a first component 201 and a second component 202, the pocket 30 of the heat exchange device 3 thus being arranged in contact with at least the first component 201 and the second. component 202.
  • a plurality of electrical and / or electronic components and heat exchange devices 3, 303, 304, 305 can thus, for example, be arranged, alternately, one beside the other in a direction of stacking within the main volume of the thermal regulation system 1.
  • the present invention provides a heat exchange device intended for the heat treatment of at least one electrical and / or electronic component, the heat exchange device comprising a pocket made of a flexible and elastically deformable material. in which extend a portion of a first circulation circuit of a first heat transfer fluid and at least a portion of a second circulation circuit of a second heat transfer fluid.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'échange thermique (3) pour au moins un composant (20) électrique et/ou électronique susceptible de s'échauffer, le dispositif d'échange thermique (3) comprenant au moins une poche (30) réalisée dans un matériau souple et délimitant un volume interne (300) dans lequel sont agencés au moins une portion (133) d'un premier circuit (13) de circulation d'un premier fluide caloporteur (FC1), appelée « portion d'échange thermique », et au moins une portion (143) d'un deuxième circuit (14) de circulation d'un deuxième fluide caloporteur (FC2), appelée « portion d'échange thermique », la portion d'échange thermique (143) du deuxième circuit (14) de circulation du deuxième fluide caloporteur (FC2) étant au moins partiellement délimité par la poche (30).

Description

Dispositif d’échange thermique pour des composants électriques et/ou électroniques
Le domaine de la présente invention est celui du traitement thermique de systèmes électriques et/ou électroniques comprenant des composants électriques et/ou électroniques, et elle concerne plus particulièrement un système de régulation thermique destiné à la fois au refroidissement de tels composants électriques et/ou électroniques, susceptibles de s’échauffer lorsqu’ils sont en fonctionnement, et au préchauffage de ces composants, c’est-à-dire qu’il peut également servir à chauffer ces composants électriques et/ou électroniques pour faciliter leur démarrage.
Les systèmes électriques et/ou électroniques concernés par la présente invention peuvent par exemple consister en des serveurs informatiques ou des dispositifs de stockage d’énergie électrique pour des véhicules automobiles.
A titre d’exemple, dans le domaine des véhicules automobiles, les contraintes environnementales actuelles poussent les constructeurs automobiles à développer le marché des véhicules électriques et hybrides, qui émettent moins de gaz à effet de serre que les véhicules à moteurs thermiques classiques. Ces véhicules électriques et hybrides sont propulsés, au moins en partie, grâce à un moteur électrique alimenté par de l’énergie électrique stockée dans un système de stockage d’énergie électrique, plus particulièrement dans une pluralité de cellules de batterie formant ledit système.
D’une façon générale, ce système de stockage d’énergie électrique tend à s’échauffer lorsqu’il est en fonctionnement, aussi les véhicules électriques et hybrides sont classiquement équipés de systèmes de régulation thermique. De tels systèmes permettent de modifier une température du 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 de stockage, en diminuant la température de ses composants électriques, notamment des cellules de batterie.
Les systèmes de régulation thermique comprennent classiquement au moins un échangeur thermique disposé au contact des cellules de batterie et configuré pour opérer des échanges thermiques avec lesdites cellules. Par exemple le système de régulation thermique peut être configuré pour décharger de leurs calories les cellules de batteries de sorte à permettre leur refroidissement. Ces calories peuvent notamment être captées par un fluide de refroidissement qui circule dans ces échangeurs thermiques. Également, le système de traitement thermique peut être configuré pour assurer un préchauffage des cellules de batteries, c’est-à-dire qu’il peut également être utilisé pour transférer des calories au composant électrique et ainsi les chauffer pour faciliter leur démarrage.
Il a néanmoins pu être constaté que de tels échangeurs thermiques peuvent conduire à un traitement thermique non homogène des cellules de batterie d’un même système de stockage d’énergie électrique, entraînant alors une diminution de la performance globale dudit système et sa dégradation sur le long terme.
De tels phénomènes s’aggravent lors d’usages intensifs du système de stockage. C’est notamment le cas lors de phases de charge rapide, également appelées « Fast charge » en anglais, des cellules de batterie au cours desquelles le système de stockage d’énergie électrique est soumis à une tension et un ampérage élevés de manière à permettre sa charge en un temps court de quelques dizaines de minutes. Cette charge rapide impliquant un échauffement du système de stockage d’énergie électrique supérieur à celui observé lors du fonctionnement usuel du système de stockage, les systèmes de régulation thermique tels que cités ci-dessus sont aujourd’hui insuffisants pour assurer une régulation thermique adéquate des composants des systèmes de stockage.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte en proposant un dispositif d’échange thermique pour au moins un composant électrique et/ou électronique susceptible de s’échauffer, le dispositif d’échange thermique comprenant au moins une poche réalisée dans un matériau souple et délimitant un volume interne dans lequel sont agencées au moins une portion d’un premier circuit de circulation d’un premier fluide caloporteur, appelée « portion d’échange thermique », et au moins une portion d’un deuxième circuit de circulation d’un deuxième fluide caloporteur, appelée « portion d’échange thermique », la portion d’échange thermique du deuxième circuit de circulation du deuxième fluide caloporteur étant au moins partiellement délimité par la poche.
On entend par « circuit de circulation d’un fluide » un circuit dans lequel est apte à circuler le fluide concerné. Autrement dit, la présente invention propose un dispositif d’échange thermique dans lequel au moins deux fluides peuvent être mis en circulation. Avantageusement, et tel que cela sera plus amplement détaillé ci-dessous, le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur peuvent être mis en circulation, respectivement dans le premier circuit et dans le deuxième circuit, simultanément ou de manière alternative. On entend par « deuxième fluide caloporteur » et « premier fluide caloporteur » des fluides capables de capter, transporter et céder des calories à son environnement immédiat. A titre d’exemple, le premier fluide caloporteur peut consister en un fluide réfrigérant ou en de l’eau glycolée.
Particulièrement, dans la présente invention, la mise en circulation simultanée ou en alternance du deuxième fluide caloporteur et du premier fluide caloporteur peut être modifiée selon le besoin, c’est-à-dire selon que le dispositif d’échange thermique est destiné à assurer le refroidissement ou le préchauffage d’au moins le composant électrique et/ou électronique.
On comprend ainsi que le dispositif d’échange thermique selon l’invention est configuré pour être, selon le mode de fonctionnement mis en œuvre, agencé à l’interface entre le premier circuit de premier fluide caloporteur et le deuxième circuit de deuxième fluide caloporteur. On entend par « à l’interface » le fait que s’opère, au niveau du dispositif d’échange thermique, un échange de chaleur entre le premier fluide caloporteur circulant dans la portion d’échange thermique du premier circuit et le deuxième fluide caloporteur circulant dans la portion d’échange thermique du deuxième circuit.
Particulièrement, selon l’invention, la portion d’échange thermique du deuxième circuit de circulation du deuxième fluide caloporteur peut être majoritairement délimitée par la poche.
Selon l’invention, la portion d’échange thermique du premier circuit comporte au moins un réseau de microfibres, les microfibres formant le réseau de microfibres étant adaptées pour être parcourue par le premier fluide caloporteur, le réseau de microfibres étant au moins partiellement immergé dans le deuxième fluide caloporteur circulant dans la portion d’échange thermique du deuxième circuit de circulation du deuxième fluide caloporteur.
Notamment, selon l’invention, le réseau de microfibres peut être majoritairement immergé dans le deuxième fluide caloporteur. Avantageusement, le réseau de microfibres peut être totalement immergé dans le deuxième fluide caloporteur. En d’autres termes, la portion d’échange thermique du premier circuit s’étend au moins en partie dans la portion d’échange thermique du deuxième circuit. Un tel agencement permet notamment de générer une surface d’échange thermique entre la portion d’échange thermique du premier circuit et la portion d’échange thermique du deuxième circuit, c’est-à-dire qu’une surface d’échange thermique est ainsi générée entre le premier fluide caloporteur circulant dans les microfibres formant le réseau de microfibres et le deuxième fluide caloporteur circulant dans la poche.
Les microfibres composant le réseau de microfibres consistent en des structures allongées creuses, adaptées pour être parcourues par le premier fluide caloporteur. Par exemple, les microfibres peuvent être réalisées dans un matériau polymère. Un tel matériau permet, de manière avantageuse, de diminuer le poids du dispositif d’échange thermique embarqué sur le véhicule par rapport à un échangeur thermique classique. Également, l’utilisation d’un matériau polymère assure l’imperméabilité des microfibres au premier fluide caloporteur les parcourant et au deuxième fluide caloporteur dans lequel elles peuvent être au moins partiellement immergées de sorte à prévenir les fuites d’un fluide vers un autre. De la sorte, le deuxième fluide caloporteur et le premier fluide caloporteur ne sont pas mélangés. Avantageusement, un tel matériau confère aux microfibres une souplesse qui participe à la déformabilité du dispositif d’échange thermique de sorte que celui-ci puisse s’adapter aux formes des composants électriques et/ou électroniques à traiter thermiquement. En outre, un tel matériau présente une conductivité thermique autorisant des échanges de chaleur entre le premier fluide caloporteur qui parcourt les microfibres du réseau de microfibres et le deuxième fluide caloporteur qui circule dans la poche. L’utilisation de ce matériau confère enfin à ces microfibres une résistance chimique suffisante par rapport aux contraintes auxquelles elles sont soumises. En outre, le matériau, quel qu’il soit, formant chacune de ces microfibres présente une épaisseur comprise entre 50 pm et 200 pm.
Selon l’invention, les microfibres formant le réseau de microfibres présentent, chacune, une section dont une dimension principale est comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm. On entend par « dimension principale » une dimension la plus longue de la section de la microfibre concernée. A titre d’exemple, lorsque la microfibre présente une section circulaire, on qualifie de « dimension principale » son diamètre. De même, lorsque la microfibre présente une section rectangulaire, ou sensiblement rectangulaire, on entend par « dimension principale » une diagonale de cette section.
Notamment, au sein du réseau de microfibres, la dimension d’une section peut varier d’une microfibre à une autre. Également, dans le dispositif d’échange thermique, une longueur de chaque microfibre, mesurée entre une première extrémité et une deuxième extrémité, les plus éloignées, de la microfibre concernée, est définie selon un compromis visant d’une part à réduire au maximum les pertes de charge subies par le premier fluide caloporteur circulant dans ces microfibres et d’autre part à assurer une répartition homogène des microfibres du réseau de microfibres dans le volume interne de la poche pour permettre un transfert de chaleur lui aussi homogène.
Selon l’invention, la poche présente la forme d’au moins un feuillet au moins en partie réalisé dans un matériau métallique déformable élastiquement.
Par « déformable élastiquement » on entend que le matériau de la poche est adapté de sorte que, d’une part, la forme de la poche puisse être modifiée depuis une forme dite « initiale » vers une forme adaptée à l’environnement dans lequel le dispositif d’échange thermique est intégré et, d’autre part, que la forme de la poche puisse retourner vers sa forme « initiale ».
Par exemple, la poche peut être réalisée d’un seul tenant et présenter la forme d’un unique feuillet qui est, par exemple, plié de sorte à former la poche. Alternativement, la poche peut présenter la forme d’une pluralité de feuillets assemblés de sorte à former la poche. Selon une telle alternative, l’ensemble des différents feuillets formant la poche peuvent consister en des feuillets souples au moins partiellement réalisés dans le matériau métallique déformable élastiquement.
Notamment, le ou les feuillet(s) peuvent comprendre une pluralité de feuilles ou de couches distinctes. Au moins l’une de ces feuilles ou couches peut être au moins partiellement réalisée dans le matériau métallique déformable élastiquement, par exemple en aluminium. De même au moins l’une des feuilles ou couches du ou des feuillet(s) peut être réalisée dans un matériau polymère ou dans un matériau polymère chargé avec des particules métalliques, par exemple d’aluminium ou de cuivre, ou avec des particules de céramique. Selon l’invention, la poche peut ainsi présenter la forme d’au moins un feuillet comprenant au moins une couche réalisée dans un matériau polymère et au moins une couche réalisée dans un matériau métallique, ou au moins partiellement métallique, élastiquement déformable. Selon l’invention, le dispositif d’échange thermique est configuré pour mettre en œuvre au moins deux échanges thermiques distincts, c’est-à-dire que les matériaux utilisés, à la fois pour réaliser la poche souple et les microfibres formant le réseau de microfibres sont configurés, aussi bien en termes de type de matériau que d’épaisseur de ces matériaux, pour permettre un échange de chaleur entre un fluide qu’elles contiennent et un environnement externe dans lequel elles sont agencés. Ainsi, le dispositif d’échange thermique selon l’invention est configuré pour qu’un premier échange thermique s’effectue entre le premier fluide caloporteur circulant dans les microfibres formant le réseau de microfibres et le deuxième fluide caloporteur dans lequel ces microfibres sont au moins partiellement immergées et pour qu’un deuxième échange thermique s’opère entre le deuxième fluide caloporteur et le composant électrique et/ou électronique. Il est entendu que le premier échange thermique et le deuxième échange thermique peuvent avoir lieu simultanément ou non sans sortir du contexte de la présente invention.
En outre, les matériaux utilisés, qu’il s’agisse du matériau dans lequel sont réalisées les microfibres formant le réseau de microfibres ou le(s) feuillet(s) au moins en partie métallique(s) formant la poche sont déformables. Le dispositif d’échange thermique selon l’invention propose ainsi une alternative plus efficace aux échangeurs thermiques actuellement mis en œuvre, notamment en ce qu’il présente un poids réduit et en ce qu’il est capable d’épouser les irrégularités qui peuvent être présentes à la surface des composants électriques et/ou électroniques destinés à être traités thermiquement par le dispositif d’échange thermique selon l’invention. Autrement dit, la poche ainsi que le réseau de microfibres, de par leur déformabilité, confèrent au dispositif d’échange thermique une capacité de déformation qui augmente avantageusement une surface d’échange thermique entre le dispositif d’échange thermique et le composant à traiter et donc améliore le traitement thermique de ce composant par rapport à des échangeurs thermiques classiques.
Selon l’invention, le deuxième circuit de circulation du deuxième fluide caloporteur peut comprendre au moins un organe de guidage du deuxième fluide caloporteur, l’organe de guidage étant reçu dans le volume interne de la poche et l’au moins un organe de guidage étant configuré pour guider le deuxième fluide caloporteur à travers le volume interne de la poche. Autrement dit, on comprend que l’organe de guidage fait partie de la portion d’échange thermique du deuxième circuit de deuxième fluide caloporteur. L’organe de guidage peut, par exemple, être issu de matière avec la poche qui délimite le volume interne, cette poche et l’organe de guidage formant alors un ensemble monobloc, c’est-à-dire un ensemble qui ne peut être séparé sans entraîner la détérioration de la poche et/ou de l’organe de guidage. Alternativement, l’organe de guiage peut être rapporté dans le volume interne de la poche et rendu solidaire de cette poche par n’importe quel moyen connu et compatible avec l’invention. Avantageusement, le dispositif d’échange thermique selon l’invention peut comprendre une pluralité d’organes de guidage.
Avantageusement, l’organe de guidage peut également participer à la répartition d’au moins une partie des microfibres du réseau de microfibres dans le volume interne.
Par exemple les microfibres peuvent être agencées dans des couloirs délimités par deux organes de guidage successifs. Optionnellement, un ou plusieurs orifices traversants peuvent être ménagés dans l’organe de guidage, de tels orifices étant configurés pour permettre le passage d’au moins une microfibre du réseau de microfibres.
Selon l’invention, le dispositif d’échange thermique comprend au moins un collecteur d’entrée et au moins un collecteur de sortie du premier fluide caloporteur fluidiquement reliés à la portion d’échange thermique du premier circuit, le collecteur d’entrée étant configuré pour répartir le premier fluide caloporteur dans au moins une partie de cette portion d’échange thermique du premier circuit et le collecteur de sortie étant configuré pour collecter le premier fluide caloporteur quittant cette portion d’échange thermique du premier circuit.
Autrement dit, on comprend que le collecteur d’entrée et le collecteur de sortie sont fluidiquement reliés aux microfibres formant le réseau de microfibres du premier circuit.
Le collecteur d’entrée peut ainsi être en communication fluidique avec au moins une partie des microfibres du réseau de microfibres d’une part, par exemple par l’intermédiaire de leur première extrémité, et le reste du premier circuit de premier fluide caloporteur d’autre part, de sorte à assurer le raccordement de ces microfibres au premier circuit de premier fluide caloporteur. Similairement, le collecteur de sortie est en communication fluidique avec l’au moins une partie des microfibres et avec le reste du premier circuit de sorte à assurer l’évacuation du premier fluide caloporteur sortant de ces microfibres hors du dispositif d’échange thermique.
Avantageusement, le collecteur d’entrée peut être configuré pour répartir le premier fluide caloporteur dans l’ensemble des microfibres formant le réseau de microfibres et le collecteur de sortie peut quant à lui être configuré pour collecter le premier fluide caloporteur qui quitte l’ensemble de ces microfibres. De manière alternative, le dispositif d’échange thermique peut comprendre une pluralité de collecteurs d’entrée et/ou de collecteurs de sortie, chaque paire de ces collecteurs étant configurée pour assurer la répartition et l’évacuation du premier fluide caloporteur, respectivement, dans un sous-ensemble de microfibres du réseau de microfibres. Notamment, un tel sous-ensemble peut être rassemblé en un faisceau de microfibres. On entend par « paire de collecteurs » un collecteur d’entrée et un collecteur de sortie fluidiquement reliés aux mêmes microfibres du réseau de microfibres.
Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif d’échange thermique comprend au moins une ouverture d’alimentation et au moins une ouverture d’évacuation du deuxième fluide caloporteur, l’ouverture d’alimentation étant configurée pour acheminer le deuxième fluide caloporteur dans l’au moins une portion du deuxième circuit reçue dans le volume interne de la poche et l’ouverture d’évacuation étant configurée pour évacuer le deuxième fluide caloporteur de l’au moins une portion du deuxième circuit reçue dans le volume interne de la poche.
L’invention concerne également un système de régulation thermique pour au moins un composant électrique et/ou électronique dont la température doit être régulée, le composant électrique et/ou électronique étant susceptible de dégager de la chaleur, le système de régulation thermique comportant un boîtier configuré pour loger le composant électrique et/ou électronique, le système de régulation thermique comprenant en outre au moins le premier circuit de circulation du premier fluide caloporteur, au moins le deuxième circuit de circulation du deuxième fluide caloporteur et au moins un dispositif d’échange thermique tel que précédemment exposé, le dispositif d’échange thermique étant agencé au contact du composant électrique et/ou électronique. Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif d’échange thermique peut être interposé entre au moins une paroi du boîtier et le composant électrique et/ou électronique.
A titre d’exemple, le boîtier peut comporter une base ouverte sur au moins un côté et qui comprend au moins une paroi de fond de laquelle émergent une pluralité de parois latérales, le boîtier comprenant au moins un couvercle configuré pour fermer la base. La base et le couvercle délimitent ainsi un volume principal du boîtier dans lequel s’étendent au moins le composant électrique et/ou électronique, au moins le dispositif d’échange thermique tel que précédemment exposé et au moins une partie du premier circuit de premier fluide caloporteur et du deuxième circuit de deuxième fluide caloporteur. Le dispositif d’échange thermique peut alors être disposé entre au moins l’une des parois latérales et le composant électrique et/ou électronique, entre la paroi de fond et le composant électrique et/ou électronique, et/ou entre le couvercle et le composant électrique et/ou électronique.
La déformabilité de la poche et du réseau de microfibres contribue ainsi à optimiser la surface d’échange thermique entre le dispositif d’échange thermique et le composant électrique et/ou électronique mais également entre le dispositif d’échange thermique et la paroi considérée. Plus particulièrement, tel qu’évoqué ci-dessus, cette déformabilité du dispositif d’échange thermique permet d’augmenter la surface d’échange thermique entre le dispositif d’échange thermique et le(s) composant(s) électrique(s) et/ou électronique(s) à traiter thermiquement. Avantageusement, une telle déformabilité du dispositif d’échange thermique contribue également à faciliter son installation dans le système de régulation thermique indépendamment de l’arrangement du ou des composants électriques et/ou électroniques au sein du boîtier.
Selon une caractéristique de l’invention, le système de régulation thermique peut comprendre une pluralité de composants électriques et/ou électroniques, le dispositif d’échange thermique étant interposé entre au moins un premier composant électrique et/ou électronique et un deuxième composant électrique et/ou électronique, le dispositif d’échange thermique étant agencé au contact du premier composant électrique et/ou électronique et du deuxième composant électrique et/ou électronique. Selon une autre caractéristique de l’invention, le système de régulation thermique peut comprendre une pluralité de dispositifs d’échange thermique. Selon cette caractéristique, ces dispositifs d’échange thermique peuvent être reliés à un même premier circuit de premier fluide caloporteur, au moins une portion d’échange thermique du premier circuit étant alors reçue dans chaque poche de chaque dispositif d’échange thermique. Les différents dispositifs d’échange thermique sont alors montés en parallèle les uns des autres sur ce premier circuit. Similairement, une pluralité de dispositifs d’échange thermique peuvent être reliés à un même deuxième circuit de deuxième fluide caloporteur, au moins une portion d’échange thermique du deuxième circuit étant alors reçue dans chaque poche de chaque dispositif d’échange thermique, chaque portion d’échange thermique du deuxième circuit étant délimité par la poche dans laquelle il est reçue.
Alternativement, différents dispositifs d’échange thermique peuvent être reliés à différents premiers circuits de premier fluide caloporteur et/ou à différents deuxièmes circuits de deuxième fluide caloporteur, par exemple chacun des dispositifs d’échange thermique du système de régulation thermique peut être relié à un premier circuit de premier fluide caloporteur et à un deuxième circuit de deuxième fluide caloporteur qui lui est propre.
La présente invention concerne enfin un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant au moins un moteur électrique, un système de stockage d’énergie électrique qui comporte au moins un composant électrique et/ou électronique, le système de stockage d’énergie électrique étant adapté pour alimenter, en énergie électrique, le moteur électrique, le véhicule comprenant en outre au moins un système de régulation thermique tel que précédemment exposé, ce système de régulation thermique étant dédié au traitement thermique de l’au moins un composant électrique et/ou électronique du système de stockage d’énergie électrique.
Autrement dit, on comprend que, dans cette application particulière de la présente invention, l’au moins un composant électrique et/ou électronique est formé par un organe de stockage d’énergie électrique, le système de stockage d’énergie électrique comprenant, avantageusement, une pluralité de ces organes de stockage d’énergie électrique.
D’autres détails, caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après en relation avec les différents exemples de réalisation illustrés, à titre indicatif, sur les figures suivantes :
[Fig 1] est une représentation écorchée schématique d’un véhicule automobile comprenant un système de régulation thermique selon l’invention ;
[Fig 2] est une représentation schématique partielle du système de régulation thermique selon l’invention, cette figure 2 illustrant un boîtier dans lequel sont reçus au moins un dispositif d’échange thermique selon l’invention et au moins un composant électrique et/ou électronique ;
[Fig 3] est une représentation schématique du système de régulation thermique selon l’invention, représenté dépourvu de boîtier ;
[Fig 4] est une représentation schématique, d’un premier mode de réalisation du dispositif d’échange thermique du système de régulation thermique ;
[Fig 5] est une représentation schématique d’un deuxième mode de réalisation du dispositif d’échange thermique selon l’invention ;
[Fig 6] est une représentation schématique en perspective d’un exemple de dispositif d’échange thermique comprenant au moins un organe de guidage du deuxième fluide caloporteur ;
[Fig 7] est une représentation schématique en coupe, réalisée le long d’un plan de section tel qu’illustré à la figure 2, d’un exemple de système de régulation thermique comprenant une pluralité de dispositifs d’échange thermique ;
[Fig 8] est une représentation schématique en coupe, réalisée le long d’un plan de section tel qu’illustré à la figure 2, d’un autre exemple de système de système de régulation thermique comprenant une pluralité de dispositifs d’échange thermique.
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.
La présente invention concerne un système de régulation thermique 1 destiné au traitement thermique d’au moins un composant 20 électrique et/ou électronique dont la température doit être régulée, le composant 20 étant susceptible de s’échauffer. Le système de régulation thermique 1 comporte au moins un dispositif d’échange thermique 3 comprenant notamment une poche 30 réalisée dans un matériau souple, dans laquelle sont reçus au moins une portion 133 d’un premier circuit 13 de circulation d’un premier fluide caloporteur et au moins une portion 143 d’un deuxième circuit 14 de circulation d’un deuxième fluide caloporteur.
Dans l’ensemble de la description ci-après, les termes « composant » et « composant électrique et/ou électronique » seront utilisés sans distinction, il en va de même pour les termes « système électrique et/ou électronique 2 » et « systèmes de stockage d’énergie électrique 2 ». En outre l’au moins une portion 133 du premier circuit 13 reçue dans la poche 30 du dispositif d’échange thermique 3 est appelée « portion d’échange thermique 133 » et l’au moins une portion 143 du deuxième circuit 14 reçue dans la poche 30 du dispositif d’échange thermique 3 est appelée « portion d’échange thermique 143 ».
Les systèmes électriques et/ou électroniques 2 dont il est question ici comprennent par exemple aussi bien des serveurs informatiques que des systèmes de stockage d’énergie électrique, notamment des batteries, par exemple pour des véhicules automobiles. Dans la description détaillée qui va suivre, le système de régulation thermique 1 selon l’invention va être décrit en relation avec un système de stockage d’énergie électrique 2 d’un véhicule automobile 1000 hybride ou électrique tel que représenté à la figure 1, 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 électriques et/ou électroniques 2 cités ou à tout autre système électriques et/ou électroniques.
Les figures 2 et 3 représentent, schématiquement, le système de régulation thermique 1 selon l’invention. Le système de régulation thermique 1 comporte un boîtier 10 délimitant un volume principal 100 dans lequel sont disposés au moins un composant 20 électrique et/ou électronique dont la température doit être régulée et au moins un dispositif d’échange thermique 3 selon l’invention. Dans l’exemple illustré, le système de régulation thermique 1 comprend une pluralité de composants 20 et une pluralité de dispositifs d’échange thermique 3 selon l’invention disposés en contact les uns avec les autres. L’agencement particulier de ces dispositifs d’échange thermique 3 par rapport aux composants 20 à traiter thermiquement sera plus amplement détaillé ci-dessous, notamment en référence aux figures 7 et 8.
Tel qu’illustré sur la figure 2, le boîtier 10 comprend en une base 11 ouverte sur au moins un côté. La base 11 comprend une paroi de fond 111 de laquelle émergent une pluralité de parois latérales 112. Le boîtier 10 comprend également un couvercle 12 configuré pour fermer la base 11. Autrement dit, la base 11 et le couvercle 12 délimitent, ensemble, le volume principal 100 destiné à recevoir le(s) composant(s) électrique(s) et/ou électronique(s) et le(s) dispositif(s) d’échange thermique 3. Le boîtier 10 illustré présente, de manière non limitative, une structure sensiblement parallélépipédique. A des fins de clarté, l’une des parois latérales 112 a été retirée tandis qu’une autre est représentée en transparence afin de rendre visible les composants 20 électriques et/ou électroniques ainsi que les dispositifs d’échange thermique 3 aménagés dans le volume principal 100.
Tel que représenté sur la figure 3, le système de régulation thermique 1 comprend au moins un premier circuit 13 de circulation d’un premier fluide caloporteur FCi configuré pour alimenter, en premier fluide caloporteur FCi, la portion d’échange thermique 133 de ce premier circuit 13 reçue dans la poche 30 d’au moins l’un des dispositifs d’échange thermique 3. Avantageusement, le premier circuit 13 de premier fluide caloporteur peut alimenter une pluralité de dispositifs d’échange thermique 3, les différents dispositifs 3 étant alors placés en parallèle les uns des autres sur ce premier circuit 13. Autrement dit, on comprend que le premier circuit 13 comprend alors une pluralité de portions d’échange thermique 133 respectivement reçues dans la poche 30 de l’un des dispositifs d’échange thermique 3. Notamment, le premier circuit 13 de premier fluide caloporteur peut alimenter l’ensemble des dispositifs d’échange thermique 3 d’un même système de régulation thermique 1. Selon une alternative non représentée, le système de régulation thermique 1 pourra comprendre une pluralité de premiers circuits 13 de premier fluide caloporteur chacun configuré pour alimenter au moins un dispositif d’échange thermique 3 en premier fluide caloporteur. Le premier circuit 13 comprend au moins une conduite 131 et un organe de mise en circulation du premier fluide caloporteur, tel qu’une pompe 132. La portion d’échange thermique 133 du premier circuit 13, comprise dans le dispositif d’échange thermique 3, est fluidiquement reliée au reste du premier circuit 13 au niveau d’un collecteur d’entrée 37 et d’un collecteur de sortie 38 respectivement destinés à amener le premier fluide caloporteur dans le dispositif d’échange thermique 3 et à l’en évacuer. Le premier circuit 13 de premier fluide caloporteur peut notamment être majoritairement logé dans le boîtier 10, tel que représenté en traits pleins sur la figure 7, de sorte qu’au moins la conduite 131 et la pompe 132 s’étendent dans le volume principal 100. Alternativement, tel qu’illustré en traits discontinus sur la figure 7, au moins une partie du premier circuit 13 peut s’étendre à l’extérieur du boîtier 10 du système de régulation thermique 1, par exemple la pompe 132’ peut être agencée à l’extérieur du boîtier 10, la conduite 131’ du premier circuit 13 traversant alors au moins l’une des parois 111, 112, 12 formant le boîtier 10.
Également le système de régulation thermique 1 comprend un deuxième circuit 14 de circulation d’un deuxième fluide caloporteur FC2 configuré pour alimenter la portion d’échange thermique 143 de ce deuxième circuit 14 reçue dans au moins l’un des dispositifs d’échange thermique 3. Selon l’invention, le deuxième fluide caloporteur et le premier fluide caloporteur circulant dans le dispositif d’échange thermique 3 peuvent être identiques, leur circulation restant néanmoins indépendante l’une de l’autre. Le choix du deuxième fluide caloporteur peut varier selon que le dispositif d’échange thermique vise à assurer le refroidissement ou le préchauffage de l’un des composants 20 électriques et/ou électronique. Selon l’invention, on entend ainsi par les termes « premier fluide caloporteur » et « deuxième fluide caloporteur » des fluides configurés pour capter, transporter et céder des calories à leur environnement.
Avantageusement, le deuxième circuit 14 de premier fluide caloporteur peut alimenter une pluralité de dispositifs d’échange thermique 3 qui sont alors placés en parallèle les uns des autres. Autrement dit, on comprend que le deuxième circuit 14 comprend alors une pluralité de portions d’échange thermique 143 respectivement reçues dans la poche 30 de l’un des dispositifs d’échange thermique 3. Selon une alternative non représentée, le système de régulation thermique 1 pourra comprendre une pluralité de deuxièmes circuits 14 de deuxième fluide caloporteur chacun configuré pour alimenter au moins un dispositif d’échange thermique 3.
Le deuxième circuit comprend au moins une canalisation 141 et un moyen de mise en circulation 142 du premier fluide caloporteur, tel qu’une pompe. La portion d’échange thermique 143 du deuxième circuit 14 comprise dans le dispositif d’échange thermique 3 est fluidiquement relié au reste du deuxième circuit 14 par une ouverture d’alimentation 144 et une ouverture d’évacuation 145 du deuxième fluide caloporteur. Similairement au premier circuit 13, le deuxième circuit 14 peut être majoritairement logé dans le boîtier 10, tel que représenté en traits pleins sur la figure 7. Alternativement, tel qu’illustré en traits discontinus sur la figure 7, au moins une partie du deuxième circuit 14 peut s’étendre à l’extérieur du boîtier 10 du système de régulation thermique 1, la canalisation 141’ traversant alors au moins l’une des parois 111, 112, 12 formant le boîtier 10.
Le dispositif d’échange thermique 3 est davantage détaillé aux figures 4 et 5. Le dispositif d’échange thermique 3 est configuré pour être à l’interface entre le premier circuit 13 de premier fluide caloporteur et le deuxième circuit 14 de deuxième fluide caloporteur, c’est-à-dire qu’il est configuré pour mettre en œuvre au moins un échange thermique entre ces deux circuits 13, 14 selon le besoin. Le dispositif d’échange thermique 3 selon l’invention comprend au moins la poche 30, réalisée dans un matériau souple, qui délimite un volume interne 300 dans lequel sont au moins agencées la portion d’échange thermique 133 du premier circuit 13 et au moins la portion d’échange thermique 143 du deuxième circuit 14 tel qu’évoqué ci-dessus.
On note que la portion d’échange thermique 143 du deuxième circuit 14 reçue dans le volume interne 300 de la poche 30 est au moins en partie délimitée par la poche 30 elle-même. Avantageusement, et tel que cela est par exemple représenté sur la figure 4, la portion d’échange thermique 143 du deuxième circuit 14 reçue dans le volume interne 300 de la poche 30 peut être majoritairement délimitée par cette poche 30.
On entend par « circuit de circulation d’un fluide » un circuit configuré pour être parcouru par le fluide concerné, c’est-à-dire un circuit adapté pour faire circuler ce fluide dans la/les conduite(s) du circuit concerné. Le dispositif d’échange thermique 3 selon l’invention permet ainsi la circulation du deuxième fluide caloporteur FC2 circulant dans la portion d’échange thermique 143 du deuxième circuit 14 indépendamment de la circulation du premier fluide caloporteur FCi circulant dans la portion d’échange thermique 133 du premier circuit 13.
Dans le dispositif d’échange thermique 3 tel qu’illustré, la portion d’échange thermique 133 du premier circuit 13 reçue dans le volume interne 300 de la poche 30 du dispositif d’échange thermique 3 comporte au moins un réseau 31 de microfibres 32 adapté pour assurer la circulation du premier fluide caloporteur dans le dispositif d’échange thermique 3. Autrement dit, les microfibres 32 formant ce réseau 31 de microfibres 32 sont adaptées pour être parcourues par le premier fluide caloporteur et ce réseau 31 de microfibres 32 s’étend, au moins en partie, dans le volume interne 300 de la poche 30. Ainsi, la portion d’échange thermique 133 du premier circuit 13, comprenant le réseau 31 de microfibres 32, s’étend au moins en partie dans la portion d’échange thermique 143 du deuxième circuit 14 délimitée par la poche 30. Plus particulièrement, on comprend que le réseau 31 de microfibres 32 baigne, au moins partiellement, dans le deuxième fluide caloporteur circulant dans cette poche 30. Le réseau 31 de microfibres 32 est ainsi au moins partiellement immergé dans le deuxième fluide caloporteur reçu dans la poche 30. Dans l’exemple illustré, le deuxième fluide caloporteur rempli complètement, ou quasiment complètement, le volume interne 300 défini par la poche 30 de sorte que les microfibres 32 qui forment le réseau 31 de microfibres 32 soient majoritairement immergé dans le deuxième fluide caloporteur.
La poche 30 présente la forme d’au moins un feuillet 33 au moins partiellement réalisé dans un matériau métallique déformable élastiquement. En d’autres termes, la poche 30 est configurée, d’une part, afin que sa forme puisse être modifiée depuis une forme dite « initiale » vers une forme adaptée à l’environnement dans lequel le dispositif d’échange thermique 3 est intégré et, d’autre part, afin que la forme de la poche retourne vers sa forme « initiale » lorsque le dispositif d’échange thermique 3 est extrait de cet environnement.
Par exemple, la poche 30, et notamment au moins le ou l’un des feuillets 33 de la poche 30, peut comprendre une pluralité de feuilles ou de couches distinctes. Afin de conférer une bonne conductivité thermique d’une part et une capacité de déformation assurant une surface d’échange thermique maximale entre le dispositif d’échange thermique 3 et le composant 20 électrique et/ou électronique à traiter thermiquement d’autre part, au moins l’une de ces feuilles ou couches peut être au moins partiellement réalisée dans le matériau métallique déformable élastiquement, par exemple en aluminium, et au moins une autre de ces feuilles ou couches du ou des feuillet(s) peut être réalisée dans un matériau polymère ou dans un matériau polymère chargé avec des particules métalliques, par exemple d’aluminium ou de cuivre, ou avec des particules de céramique. En effet on comprend qu’en choisissant un matériau déformable, la poche est adaptée pour épouser parfaitement les formes, et notamment les irrégularités, que présente(nt) le(s) composant(s) à traiter thermiquement, maximisant ainsi la surface d’échange thermique générée entre le dispositif d’échange thermique 3 et le composant 20 à traiter.
Le feuillet 33 peut, à titre d’exemple, présenter une épaisseur de l’ordre de 0.2 mm et 5 mm, avantageusement entre 1 mm et 4 mm. Notamment, la poche 30 peut être réalisée d’un seul tenant et présenter la forme d’un unique feuillet 33 qui est, par exemple, plié de sorte à former la poche 30. Alternativement, la poche 30 peut présenter la forme d’une pluralité de feuillets 33 assemblés de sorte à former la poche 30. L’ensemble des différents feuillets 33 formant la poche 30 peut alors comprendre des feuillets 33 souples au moins en partie réalisés dans le matériau métallique déformable élastiquement ou dans tout autre matériau déformable et thermoconducteur. Le système de régulation thermique 1 est configuré pour mettre en œuvre différents modes de fonctionnement, notamment de sorte à permettre le refroidissement d’au moins l’un des composants 20 électriques et/ou électroniques ou afin d’assurer son réchauffement, par exemple lors d’une phase de préchauffage préalable à la mise en fonctionnement du système électronique 2. Le dispositif d’échange thermique 3 selon l’invention est configuré pour mettre en œuvre au moins deux échanges thermiques distincts : un premier échange thermique entre le premier fluide caloporteur circulant dans le réseau 31 de microfibres 32 et le deuxième fluide caloporteur dans lequel le réseau 31 de microfibres est, au moins partiellement, immergé et un deuxième échange thermique entre le deuxième fluide caloporteur et le composant 20 électrique et/ou électronique par contact entre la poche 30 et le composant 20 à traiter thermiquement.
Lorsque le système de régulation thermique 1 fonctionne selon un premier mode de fonctionnement, dit mode de préchauffage, le système de régulation thermique 1 permet la circulation du deuxième fluide caloporteur au sein du deuxième circuit 14 de deuxième fluide caloporteur, et plus particulièrement au sein de la portion d’échange thermique 143 de ce deuxième circuit 14, tandis que le premier fluide caloporteur ne circule pas dans le premier circuit 13 de premier fluide caloporteur. En d'autres termes, le premier fluide caloporteur est majoritairement stagnant dans les microfibres 32 du réseau 31 de microfibres 32 et dans le premier circuit 13. Le deuxième fluide caloporteur, circulant, amène des calories captées dans le deuxième circuit 14, par exemple au niveau d’un premier échangeur thermique, non représenté, vers le dispositif d’échange thermique 3. Ce deuxième fluide caloporteur ainsi chauffé entre dans la portion d’échange thermique 143 du deuxième circuit 14 reçue dans la poche 30 du dispositif d’échange thermique 3, au niveau de l’ouverture d’alimentation 144 et se répand de manière homogène dans celui-ci grâce à au moins un organe de guidage 146 configuré pour guider le deuxième fluide caloporteur au sein du volume interne 300 de la poche 30 du dispositif d’échange thermique 3 concerné, un tel organe de guidage 146 étant par exemple décrit et illustré sur la figure 6. Le deuxième fluide caloporteur cède alors des calories au(x) composant(s)
20 électrique(s) et/ou électronique(s), plus froid(s), disposé(s) au contact du dispositif d’échange thermique 3, permettant ainsi son/leur réchauffement préalablement à son/leur fonctionnement. Le deuxième fluide caloporteur alors refroidi est ensuite évacué de la portion d’échange thermique 143 du deuxième circuit 14 par l’intermédiaire de l’ouverture d’évacuation 145 puis renvoyé sur le reste du deuxième circuit 14 de deuxième fluide caloporteur le long duquel il peut, par exemple, capter de nouvelles calories au sein du premier échangeur thermique.
Selon un deuxième mode de fonctionnement, dit mode de refroidissement, le système de régulation thermique 1 permet la circulation du deuxième fluide caloporteur au sein du deuxième circuit 14 de deuxième fluide caloporteur tandis que le premier fluide caloporteur, tel que précédemment exposé, demeure majoritairement stagnant dans les microfibres 32 du réseau 31 de microfibres 32. Un tel mode de fonctionnement peut être mis en œuvre lors de phases de roulage du véhicule, ou lors d’un fonctionnement normal du système de stockage 2 d’énergie électrique. Ce deuxième mode de fonctionnement diffère du premier mode de fonctionnement en ce que le deuxième fluide caloporteur est refroidi, par exemple dans le premier échangeur thermique du deuxième circuit ou dans un deuxième échangeur thermique de ce deuxième circuit 14, avant de rejoindre le volume interne 300 de la poche 30, et plus particulièrement la portion d’échange thermique 143 de ce deuxième circuit 14 reçue dans la poche 30, dans lequel il est alors apte à capter des calories émises par le(s) composant(s) 20 électrique(s) et/ou électronique(s), refroidissant ainsi ce(s) composant(s) 20. Le deuxième fluide caloporteur, réchauffé par cet échange avec le(s) composant(s) 20, est ensuite évacué de la portion d’échange thermique 143 du deuxième circuit 14 tel que cela a été précédemment exposé. Le long de ce deuxième circuit 14, le deuxième fluide caloporteur peut ainsi par exemple se décharger des calories captées au sein du premier échangeur thermique, ou du deuxième échangeur thermique le cas échéant, afin de pouvoir, à nouveau, être renvoyé dans le dispositif d’échange thermique 3 et participer à un nouvel échange de chaleur avec le(s) composant(s) 20.
Le système de régulation thermique 1 selon l’invention peut, enfin, mettre en œuvre un troisième mode de fonctionnement, dit de « sous-refroidissement », divisé en deux étapes. Un tel mode de fonctionnement peut être mis en œuvre lorsque le système de stockage 2 présente un besoin important de refroidissement, supérieur aux besoins normaux tels que précédemment exposés. C’est par exemple le cas lors de phases de charges rapides du système de stockage 2 ou lorsque la phase de charge du véhicule s’accompagne d’un besoin de régulation thermique, que ce soit par chauffage ou par refroidissement, de l’environnement de l’habitacle.
Dans une première étape de ce troisième mode de fonctionnement, le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur circulent tous deux, respectivement dans le premier circuit 13 et le deuxième circuit 14. Le deuxième fluide caloporteur circulant dans la portion d’échange thermique 143 reçue dans le volume interne 300 de la poche 30 peut avoir été préalablement refroidi tel que précédemment exposé en référence au deuxième mode de fonctionnement, de sorte à pouvoir capter des calories du ou des composants 20 électrique et/ou électronique disposé(s) au contact du dispositif d’échange thermique 3. Une partie de ces calories est ainsi directement évacuée vers le reste du deuxième circuit 14 par le deuxième fluide caloporteur sortant du dispositif d’échange thermique 3 de façon similaire à ce qui vient d’être décrit en référence au deuxième mode de fonctionnement.
Une autre partie de ces calories est quant à elle captée par le premier fluide caloporteur circulant dans le réseau 31 de microfibres 32, formant la portion d’échange thermique 133 du premier circuit 13 reçue dans la poche 30. Le premier fluide caloporteur peut notamment être préalablement refroidi au niveau d’au moins un troisième échangeur thermique compris dans le premier circuit 13. Le premier fluide caloporteur entre dans la portion d’échange thermique 133 au niveau du collecteur d’entrée 37, il se répand dans au moins une partie des microfibres 32 du réseau 31 de microfibres 32 et capte des calories transmises par le deuxième fluide caloporteur circulant dans le volume interne 300, permettant ainsi le refroidissement de ce dernier de sorte à le maintenir à une température inférieure à celle du ou des composants 20 électrique et/ou électronique. Le premier fluide caloporteur est ensuite lui-même évacué vers le reste du premier circuit 13. Un tel arrangement contribue notamment à évacuer plus rapidement les calories captées par le deuxième fluide caloporteur au niveau du ou des composants 20 de sorte que les performances thermiques du système de régulation thermique 1 sont améliorées. Par ailleurs, un tel arrangement permet l’abaissement de la température du deuxième fluide caloporteur à une température, dite température de sous-refroidissement, inférieure à celle qui pourrait être observée dans le deuxième mode de fonctionnement.
Dans une seconde étape de ce troisième mode de fonctionnement, le système de régulation thermique 1 permet seulement la circulation du premier fluide caloporteur au sein du premier circuit 13 de premier fluide caloporteur tandis que le deuxième fluide caloporteur reste stagnant dans la portion d’échange thermique 143 du deuxième circuit 14, c’est-à-dire dans le volume interne 300 de la poche. La portion d’échange thermique 133 du premier circuit 13 reçue dans la poche 30 assure ainsi la circulation du premier fluide caloporteur au sein du dispositif d’échange thermique 3 de sorte à permettre l’évacuation régulière des calories captée par le deuxième fluide caloporteur stagnant, de sorte à maintenir ce deuxième fluide caloporteur à une température adaptée au refroidissement du ou des composants 20 électrique(s) et/ou électronique(s). Dans un même temps, le premier fluide caloporteur réchauffé est évacué au niveau du collecteur de sortie 38 pour rejoindre le reste du premier circuit 13 et, notamment, ultérieurement permettre l’évacuation des calories captées dans le dispositif d’échange thermique 3 par un échange de chaleur opéré dans le troisième échangeur thermique.
Autrement dit, on comprend que le deuxième fluide caloporteur est configuré pour capter les calories émises par le composant 20 et que le premier fluide caloporteur permet quant à lui d’assurer l’évacuation des calories ainsi captées par ce deuxième fluide caloporteur. Avantageusement, le premier fluide caloporteur permet ainsi une évacuation indirecte des calories émises par le composant 20 électrique et/ou électronique.
En référence aux figures 4 à 8, nous allons maintenant décrire plus en détails différentes architectures de la poche 30 d’un dispositif d’échange thermique 3 selon l’invention.
Dans les différentes figures, la poche 30 est représentée de manière simplifiée. Un centre 8 de la poche 30 est défini comme un point compris dans le volume interne 300 de la poche 30, une droite passant par ce centre 8 formant un axe de symétrie de la poche 30 dans sa forme initiale, c’est-à-dire dans sa forme avant qu’elle ne soit déformée pour s’adapter aux formes des composants à traiter thermiquement. Notamment, la poche 30 peut présenter une forme initiale parallélépipédique, ou sensiblement parallélépipédique et ainsi comprendre une pluralité de parois 90 souples.
Dans l’exemple illustré, un axe principal 500 du dispositif d’échange thermique 3 définit une direction principale d’extension de la poche 30, cet axe s’étendant entre des parois 90 opposées de la poche 30, perpendiculairement à ces parois 90 opposées et passant par le centre 8. Il est néanmoins entendu que la poche 30 pourra présenter d’autres formes, et, notamment que cette forme, de par la capacité de déformation de la poche 30, n’est pas figée.
Le dispositif d’échange thermique 3 comprend au moins le collecteur d’entrée 37 et au moins le collecteur de sortie 38 du premier fluide caloporteur fluidiquement reliés à la portion d’échange thermique 133 du premier circuit 13, c’est-à-dire au réseau 31 de microfibres 32, et au reste du premier circuit 13 de premier fluide caloporteur. Tel que précédemment exposé, le collecteur d’entrée 37 est configuré pour répartir le premier fluide caloporteur dans au moins une partie des microfibres 32 du réseau 31 de microfibres 32. Dans l’exemple illustré, le collecteur d’entrée 37 répartit le premier fluide caloporteur dans l’ensemble des microfibres 32 du réseau 31. Par exemple ce collecteur d’entrée 37 peut être fluidiquement relié à une première extrémité 321 de ces microfibres 32. Le collecteur de sortie 38 est quant à lui configuré pour collecter le premier fluide caloporteur sortant au niveau de deuxièmes extrémités 322 d’au moins une partie des microfibres 32 formant le réseau 32 de microfibres. Dans l’exemple illustré, le collecteur de sortie 38 collecte le premier fluide caloporteur sortant de l’ensemble des microfibres 32 du réseau 31 de microfibres 32 de la portion d’échange thermique 133.
En d’autres termes, la première extrémité 321 de chacune des microfibres 32 du réseau 31 de microfibres 32 coopère avec le collecteur d’entrée 37, ou au moins l’un des collecteurs d’entrée 37, afin d’être alimentée en premier fluide caloporteur, tandis que la deuxième extrémité 322 de chacune de ces microfibres coopère avec le collecteur de sortie 38, ou au moins l’un des collecteurs de sortie 38, afin d’évacuer le premier fluide caloporteur vers le circuit 13.
Le collecteur d’entrée 37 comme le collecteur de sortie 38 permettent ainsi un raccordement fluidique commun du/des dispositif(s) d’échange thermique 3 dans le premier circuit 13 de premier fluide caloporteur. Une telle configuration contribue notamment à assurer une bonne résistance mécanique du dispositif d’échange thermique 3. De manière alternative, le dispositif d’échange thermique 3 peut comprendre une pluralité de collecteurs d’entrée 33 et de collecteur de sortie 38, chaque paire de ces collecteurs d’entrée 37 et de sortie 38 étant configurée pour respectivement assurer la répartition et l’évacuation du premier fluide caloporteur dans un sous-ensemble de microfibres 32 du réseau 31 de microfibres 32.
Selon un exemple d’application particulier de la présente invention, le réseau 31 de microfibres 32 qui s’étend entre le collecteur d’entrée 37 et le collecteur de sortie 38 comprend au moins 500 microfibres, chaque dispositif d’échange thermique 3 comprenant par exemple entre 500 et 800 microfibres 32. Aussi, il est entendu que, dans les différentes figures du présent texte, le réseau 31 de microfibres 32 est illustré de manière simplifiée à des fins de clarté, ni le nombre, ni les dimensions, ni l’agencement des microfibres 32 n’étant représentatifs de la réalité ou limitatifs. Du fait de l'utilisation d’un nombre élevé de microfibres 32, la surface d'échange thermique entre le premier fluide caloporteur, circulant dans le réseau 31 de microfibres, et le deuxième fluide caloporteur, dans lequel sont au moins partiellement immergées ces microfibres 32, est augmentée par rapport à des échangeurs thermiques classiques et les performances du dispositif d’échange thermique 3 en sont consécutivement améliorées.
Les microfibres 32 du réseau de microfibres consistent en des structures allongées creuses adaptées pour être parcourues par le premier fluide caloporteur. L'utilisation de microfibres 32 creuses permet, de manière avantageuse, de diminuer le poids du dispositif d’échange thermique 3 embarqué sur le véhicule par rapport à un échangeur thermique classique composé de tubes métalliques.
Par exemple, les microfibres 32 peuvent être réalisées dans un matériau polymère. Chaque microfibre 32 forme ainsi un conduit imperméable au premier fluide caloporteur les traversant et au deuxième fluide caloporteur les entourant de sorte à prévenir le mélange de ces deux fluides. De plus de tels matériaux confèrent au réseau 31 de microfibres 32 une souplesse permettant la répartition des microfibres 32 dans l’intégralité du volume interne 300 de la poche 30 et contribuant à conférer au dispositif d’échange thermique 3 sa déformabilité afin qu’il puisse s’adapter aux formes des composants électriques et/ou électroniques à traiter thermiquement. L’utilisation de ce matériau confère enfin à ces microfibres 32 une résistance chimique suffisante par rapport aux contraintes auxquelles elles sont soumises. En outre, le matériau, quel qu’il soit, formant chacune de ces microfibres 32 présente une épaisseur comprise entre 50 pm et 200 pm.
Chaque microfibre 32 est caractérisée par une longueur et par une dimension principale de sa section. La longueur d’une microfibre est mesurée entre sa première extrémité 321 et sa deuxième extrémité 322. Avantageusement, au sein du réseau 31 de microfibres 32, la longueur mesurée varie d’une microfibre à une autre afin de permettre la répartition du réseau 31 de microfibres 32 dans l’ensemble du volume interne 300 délimité par la poche 30 et donc d’assurer un traitement thermique homogène d’au moins le composant 20 électrique et/ou électronique. Au sein du dispositif d’échange thermique 3, il est avantageux de limiter la longueur des microfibres 32 composant le réseau 31 de microfibres 32 de sorte à limiter les pertes de charge subies par le premier fluide caloporteur parcourant ces dernières. Aussi, la longueur de chaque microfibre 32 est définie selon un compromis visant d’une part à réduire au maximum les pertes de charge et d’autre part à assurer une répartition homogène des microfibres 32 dans le volume interne 300 de la poche 30 afin d’assurer un transfert de chaleur lui aussi homogène entre le premier fluide caloporteur circulant dans le réseau 31 de microfibres 32 et le deuxième fluide caloporteur remplissant le volume interne 300.
La dimension principale de la section mesure une distance séparant deux points les plus éloignés compris dans une section de la microfibre 32. Les microfibres 32 peuvent présenter une section de forme sensiblement identique ou variable d’une microfibre 32 à une autre, par exemple une section sensiblement circulaire, polygonale ou rectangulaire. A titre d’exemple, lorsque la microfibre 32 présente une section circulaire, on qualifie de « dimension principale » son diamètre. De même, lorsque la microfibre 32 présente une section sensiblement rectangulaire, on entend par « dimension principale » une diagonale de cette section. Particulièrement, selon la présente invention, les microfibres 32 présentent une section dont la dimension principale est comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm.
Tel que précédemment exposé, la poche 30 peut être de forme sensiblement parallélépipédique. Dans les exemples illustrés, l’axe principal 500 définit la direction d’extension principale du dispositif d’échange thermique 3 et une dimension la plus longue de la poche, appelée ci-après hauteur principale 320 de la poche 30, est mesurée parallèlement à cet axe principal 500, entre deux parois 9 opposées de la poche 30.
Selon un premier mode de réalisation du dispositif d’échange thermique 3, par exemple illustré sur la figure 4, le collecteur d’entrée 37 est ménagé dans l’une des parois 9 souples de la forme parallélépipédique de la poche 30, appelée première paroi 91, et le collecteur de sortie 38 du premier fluide caloporteur est agencé dans une paroi 9 souple distincte de la première paroi 91, appelée deuxième paroi 92. Particulièrement, selon ce premier mode de réalisation, la première paroi 91 est opposée à la deuxième paroi 92 par rapport au centre 8 de la poche 30, la première paroi 91 et la deuxième paroi 92 étant équidistances de ce centre 8 et se faisant face l’une à l’autre.
Dans l’exemple illustré à la figure 4, la première paroi 91 et la deuxième paroi 92 sont plus particulièrement formées par les parois les plus grandes de la poche 30, c’est-à- dire par les parois qui s’étendent, respectivement, dans un plan parallèle à l’axe principal 500 de la poche 30. Selon l’exemple illustré, le collecteur d’entrée 37 et le collecteur de sortie 38 sont en outre alignés le long d’un axe d’alignement 650 qui passe également par le centre 8 de la poche 30. Il est entendu qu’il ne s’agit que d’un exemple de réalisation non limitatif de la présente invention. On pourra par exemple prévoir que le collecteur d’entrée 37 et le collecteur de sortie 38 soient décalés sans sortir du contexte de la présente invention.
Selon une première variante de ce premier mode de réalisation non illustrée ici, le collecteur d’entrée et le collecteur de sortie peuvent être agencés, respectivement, dans une troisième paroi et dans une quatrième paroi distinctes de la première paroi et de la deuxième paroi évoquées ci-dessus, c’est-à-dire dans les parois les plus petites de la poche qui s’étendent, respectivement, dans un plan perpendiculaire à l’axe principal 500. Sur la figure 4 de telles parois portent les références 93 et 94.
Selon une deuxième variante non représentée, le collecteur d’entrée et le collecteur de sortie peuvent être disposés sur des parois souples adjacentes l’une de l’autre au sein de la forme parallélépipédique de la poche.
La figure 5 illustre quant à elle un deuxième mode de réalisation du dispositif d’échange thermique 3 selon l’invention. Selon ce deuxième mode de réalisation le collecteur d’entrée 37 et le collecteur de sortie 38 sont tous deux agencés sur une même paroi 9 souple de la forme parallélépipédique de la poche 30. Il est entendu qu’une telle première paroi 91 pourra être l’une quelconque des parois 9 souples de la forme parallélépipédique de la poche 30.
Selon ce deuxième mode de réalisation de l’invention, les microfibres 32 du réseau 31 de microfibres 32 sont ainsi respectivement agencées selon une forme de « U ». Le collecteur d’entrée 37 et les premières extrémités 321 des microfibres 32 participent à former une partie terminale d’une première branche de cette forme de « U », le collecteur de sortie 38 et les deuxièmes extrémités 322 des microfibres 32 forment une partie terminale d’une deuxième branche de cette forme de U et chaque microfibre 32 forme en outre une base de cette forme de « U » ainsi qu’une partie de la première branche s’étendant entre la base et le collecteur d’entrée 37 et une partie de la deuxième branche s’étendant entre la base et le collecteur de sortie 38.
De par les variations de longueur observées d’une microfibre 32 à une autre, notamment afin d’assurer une bonne répartition des microfibres 32 du réseau 31 de microfibres 32 au sein du volume interne 300 de la poche, la forme de « U » présentée par chacune des microfibres 32 est plus ou moins marquée. Aussi, des microfibres s’étendant majoritairement au plus près de la première paroi 91 seront caractérisées par des branches plus courtes et donc une forme en « U » moins marquée. A l’inverse, plus les microfibres 32 s’étendent à proximité de la deuxième paroi 92, ici opposée à la première paroi 91 dans la forme parallélépipédique de la poche 30 par rapport au centre 8 de la poche 8, plus les branches de e la forme en « U » sont longues et la forme en « U » marquée.
Pour chacun de ces modes de réalisation, illustrés aux figures 4 et 5, l’ouverture d’alimentation 144 et l’ouverture d’évacuation 145 du deuxième fluide caloporteur peuvent être disposées au sein de la poche 30 selon différentes alternatives.
Selon une première alternative, par exemple illustrée sur la figure 4, l’ouverture d’alimentation 144 et l’ouverture d’évacuation 145 peuvent toutes deux être disposées dans des parois 9 souples distinctes et opposées de la poche 30. Plus particulièrement, ces parois 9 sont opposées l’une à l’autre dans la forme parallélépipédique de la poche 30, par rapport au centre 8 de la poche 30. Un tel agencement de l’ouverture d’alimentation 144 et de l’ouverture d’évacuation 145 assure notamment une circulation dite en « I » du deuxième fluide caloporteur dans le volume interne 300. A titre d’exemple, cette circulation en « I » peut se faire le long de la hauteur principale 320 ou le long d’une largeur principale 310 de la poche 30 mesurée parallèlement à l’axe d’alignement 650 des collecteurs d’entrée 37 et de sortie 38 tel que décrit ci-dessus.
Selon l’exemple particulier illustré à la figure 4, l’ouverture d’alimentation 144 et l’ouverture de sortie 145 sont disposées dans la troisième paroi 93 et la quatrième paroi 94 respectivement, c’est-à-dire dans les parois dépourvues des collecteurs d’entrée 37 et de sortie 38. Selon cet exemple, un sens de circulation principal du deuxième fluide caloporteur est ainsi transversal à un sens de circulation principal du premier fluide caloporteur. Selon un exemple non illustré ici, l’ouverture d’alimentation et l’ouverture d’évacuation peuvent être respectivement ménagées dans la première paroi et dans la deuxième paroi, c’est-à-dire dans les parois de la poche porteuse du collecteur d’entrée et du collecteur de sortie. Un tel exemple de réalisation vise notamment à réduire l’encombrement généré par le dispositif d’échange thermique 3. Il est entendu que la description de l’agencement des ouvertures d’alimentation et d’évacuation du deuxième fluide caloporteur qui vient d’être donnée ici en référence à la figure 4 est transposable à la deuxième variante du premier mode de réalisation évoqué ci-dessus, dans laquelle le collecteur d’entrée et le collecteur de sortie sont respectivement agencés dans la troisième paroi et dans la quatrième paroi de la poche.
Selon une deuxième alternative par exemple illustrée sur la figure 5, l’ouverture d’alimentation 144 et l’ouverture d’évacuation 145, sont disposées dans une même paroi 9 souple de la poche 30. Tel qu’illustré sur la figure 5, cette paroi 9 de la poche 30 peut également, avantageusement, porter le collecteur d’entrée 37 et le collecteur de sortie 38. Un tel agencement des ouvertures d’alimentation 144 et d’évacuation 145 assure une circulation dite en « U » du deuxième fluide caloporteur dans le volume interne 300. Dans une telle circulation, le deuxième fluide caloporteur est, dans un premier temps, envoyé à distance de la première paroi 91, portant l’ouverture d’alimentation 144, et se répand dans le volume interne 300, vers la paroi 9 de la forme parallélépipédique opposée à la première paroi 91 par rapport au centre 8, en l’espèce la deuxième paroi 92. Le deuxième fluide caloporteur est ensuite guidé, par exemple par les organes de guidage 146 du dispositif d’échange thermique 3, de sorte à être renvoyé vers la première paroi 91, en direction de l’ouverture d’évacuation 145.
Il est entendu que, pour l’ensemble des alternatives et exemples de positionnement de l’ouverture d’alimentation 144 et de l’ouverture d’évacuation 145 décrits et illustrés, la position de l’ouverture d’alimentation 144 et de l’ouverture d’évacuation 145 pourra être inversée.
En outre, il est entendu que les agencements des collecteurs d’entrée 37 et de sortie 38 et des ouvertures d’alimentation 144 et d’évacuation 145 ne dont donnés qu’à titre d’exemple et ne sont pas limitatifs de la présente invention.
La figure 6 illustre un exemple d’organes de guidages tels que précédemment exposés, configurés pour guider la circulation du deuxième fluide caloporteur dans le volume interne 300 de la poche 30 et notamment dans la portion d’échange thermique 143 du deuxième circuit 14. Le dispositif d’échange thermique 3 illustré est similaire à celui précédemment décrit en référence à la figure 4, il est néanmoins entendu que cette représentation n’est en rien limitative et que l’ensemble des différents modes, exemples ou alternatives de réalisation illustrés et/ou décrits précédemment pourront comprendre au moins un organe de guidage 146 du deuxième fluide caloporteur dans le volume interne 300 de la poche 30, avantageusement, une pluralité d’organes de guidage 146.
A titre d’exemple et tel qu’illustré à la figure 6, les organes de guidage 146 peuvent consister en des parois indépendantes s’étendant dans la poche 30 de sorte à délimiter des couloirs 147 de circulation du deuxième fluide caloporteur. Dans l’exemple illustré, une pluralité d’organes de guidage 146 sont disposés à différents intervalles le long de la hauteur principale 320 de la poche 30, les couloirs 147 de circulation du deuxième fluide caloporteur étant délimités par deux organes de guidage 146 successifs. Il est entendu qu’une telle représentation n’est en rien limitative et le dispositif d’échange thermique 3 pourra comprendre un nombre d’organes de guidages 146 différent.
Les organes de guidage 146 s’étendent ici selon une direction sensiblement parallèle à l’axe 650 d’alignement des collecteurs d’entrée 37 et de sortie 38, sur une partie seulement de la largeur principale 310 de la poche. De tels organes de guidage 146 favorisent la circulation en « I » du deuxième fluide caloporteur dans la portion d’échange thermique 143 du deuxième circuit 14, de sorte que le deuxième fluide caloporteur circule au moins en partie le long de la longueur principale 310 de la poche 30. Cette circulation du deuxième fluide caloporteur est schématisée par les flèches FC2.
Par ailleurs, ces organes de guidage 146 sont avantageusement configurés pour coopérer avec au moins l’une des microfibres 32 du réseau 31 afin de permettre la répartition des différentes microfibres 32 dans le volume interne 300, notamment sur l’ensemble de la hauteur principale 320. Par exemple, les microfibres 32 du réseau 31 de microfibres 32 peuvent s’étendre au moins en partie parallèlement aux organes de guidage 146, c’est-à-dire dans les couloirs 147 de circulation formés par ces organes de guidage 146. Selon une alternative non représentée, au moins un organe de guidage peut s’étendre transversalement à au moins l’une des microfibres du réseau de microfibres, un tel organe de guidage 146 pouvant alors avantageusement comprendre au moins un orifice traversant configuré pour laisser passer au moins l’une des microfibres du réseau de microfibres. Avantageusement, un tel orifice traversant contribue ainsi également à la répartition des microfibres dans le volume interne de la poche.
Le dispositif d’échange thermique 3 selon l’invention permet ainsi un meilleur traitement thermique du composant 20, d’une part en augmentant la surface d’échange thermique entre le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur par l’intermédiaire du réseau 31 de microfibres 32 et d’autre part en augmentant la surface d’échange thermique entre la poche 30 et le composant 20 de par la souplesse de la poche 30 et du réseau 31 de microfibres 32.
Les figures 7 et 8 sont des représentations schématiques de coupes réalisées le long d’un plan de section 1500, visible à la figure 2. Ces figures 7 et 8 illustrent deux exemples d’arrangements du système de régulation thermique 1, non limitatifs de la présente invention. Il est entendu que les dimensions propres aux dispositifs d’échange thermique 3, aux composants 20 électriques et/ou électroniques ou aux microfibres 32 sont ici exagérées à des fins de clarté et ne sont pas représentatives de la réalité. Il en va de même pour la forme, la répartition ou le positionnement relatif des microfibres 32 composant le réseau 31 de microfibres 32.
Dans les figures 7 et 8, les éléments de section circulaires illustrés comme s’étendant dans le deuxième fluide caloporteur FC2 circulant dans les poches 30 des dispositifs d’échange thermique 3 peuvent aussi bien représenter une unique microfibre 32 qu’une pluralité de microfibres 32 sans sortir du contexte de l’invention. Particulièrement chaque élément de section circulaire peut représenter un faisceau organisé de microfibres 32 pouvant, à titre d’exemple, être maintenu par au moins un organe de fixation et/ou un organe de guidage, non représenté.
Le système de régulation thermique 1 tel qu’illustré comprend une pluralité de dispositifs d’échange thermique 3 tels que précédemment décrits. Chacun des dispositifs d’échange thermique 3 est disposé au contact d’au moins l’un des composants 20 électriques et/ou électroniques. Notamment, le dispositif d’échange thermique 3 peut être interposé entre au moins l’une des parois 111, 112, 12 du boîtier 10 et au moins l’un des composants 20 électriques et/ou électroniques. On entend ici par « parois » du boîtier au moins l’une quelconque des parois latérales 112 ou paroi de fond 11 de la base 11 du boîtier ou, selon une alternative non représentée, le couvercle 12 fermant la base 11. Ainsi, tel qu’illustré, un premier dispositif d’échange thermique 301 s’étend entre l’une des parois latérales 112 et l’un des composants 20, au contact de la paroi latérale 112 comme du composant 20.
Alternativement ou additionnellement, un deuxième dispositif d’échange thermique 302, visible à la figure 8, peut être disposé entre la paroi de fond 111 du boîtier 10 et au moins l’un des composants 20 électriques et/ou électroniques, au contact de la paroi de fond 111 comme du ou des composants 20.
La flexibilité du réseau 31 de microfibres 32 et de la poche 30 composant chacun des dispositifs d’échange thermique 3 confère à celui-ci une capacité de déformation accrue. Aussi, le dispositif d’échange thermique 3 selon l’invention peut épouser les irrégularités des parois 111, 112, 12 du boîtier 10 et/ou du ou des composants 20 électrique et/ou électronique au contact desquels il est positionné, augmentant, tel que précédemment exposé, la surface d’échange thermique avec ces composants 20 ou parois et donc optimisant ainsi les échanges thermiques mis en œuvre.
Le dispositif d’échange thermique 3 peut également être interposé entre au moins un premier composant 201 et un deuxième composant 202, la poche 30 du dispositif d’échange thermique 3 étant ainsi agencée au contact d’au moins le premier composant 201 et le deuxième composant 202. Une pluralité de composants 20 électriques et/ou électroniques et de dispositifs d’échange thermique 3, 303, 304, 305 peuvent ainsi, par exemple, être disposés, en alternance, les uns à côté des autres selon une direction d’empilement au sein du volume principal du système de régulation thermique 1.
On comprend de ce qui précède que la présente invention propose un dispositif d’échange thermique destiné au traitement thermique d’au moins un composant électrique et/ou électronique, le dispositif d’échange thermique comprenant une poche réalisée dans un matériau souple et élastiquement déformable dans laquelle s’étendent une portion d’un premier circuit de circulation d’un premier fluide caloporteur et au moins une portion d’un deuxième circuit de circulation d’un deuxième fluide caloporteur.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tout moyen et configuration équivalent ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens. Ces moyens et configurations pourront être modifiés sans nuire à l’invention dans la mesure où ils remplissent les fonctionnalités décrites dans le présent document.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d’échange thermique (3) pour au moins un composant (20) électrique et/ou électronique susceptible de s’échauffer, le dispositif d’échange thermique (3) comprenant au moins une poche (30) réalisée dans un matériau souple et délimitant un volume interne (300) dans lequel sont agencés au moins une portion (133) d’un premier circuit (13) de circulation d’un premier fluide caloporteur (FCi), appelée « portion d’échange thermique », et au moins une portion (143) d’un deuxième circuit (14) de circulation d’un deuxième fluide caloporteur (FC2), appelée « portion d’échange thermique », la portion d’échange thermique (143) du deuxième circuit (14) de circulation du deuxième fluide caloporteur (FC2) étant au moins partiellement délimitée par la poche (30).
2. Dispositif d’échange thermique (3) selon la revendication précédente, dans lequel la portion d’échange thermique (133) du premier circuit (13) comporte au moins un réseau (31) de microfibres (32), les microfibres (32) formant le réseau (31) de microfibres (32) étant adaptées pour être parcourue par le premier fluide caloporteur (FCi), le réseau (31) de microfibres (32) étant au moins partiellement immergé dans le deuxième fluide caloporteur (FC2) circulant dans la portion d’échange thermique (143) du deuxième circuit (14) de circulation du deuxième fluide caloporteur (FC2).
3. Dispositif d’échange thermique (3) selon la revendication précédente, dans lequel les microfibres (32) formant le réseau (31) de microfibres (32) présentent, chacune, une section dont une dimension principale est comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm.
4. Dispositif d’échange thermique (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la poche (30) présente la forme d’au moins un feuillet (33) au moins en partie réalisé dans un matériau métallique déformable élastiquement.
5. Dispositif d’échange thermique (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième circuit (14) de circulation du deuxième fluide caloporteur (FC2) comprend au moins un organe de guidage (146) du deuxième fluide caloporteur (FC2), l’au moins un organe de guidage (146) étant reçu dans le volume interne (300) de la poche (30) et l’au moins un organe de guidage (146) étant configuré pour guider le deuxième fluide caloporteur (FC2) à travers le volume interne (300) de la poche (30).
6. Dispositif d’échange thermique (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un collecteur d’entrée (37) et au moins un collecteur de sortie (38) du premier fluide caloporteur (FCi) fluidiquement reliés à la portion d’échange thermique (133) du premier circuit (13), le collecteur d’entrée (37) étant configuré pour répartir le premier fluide caloporteur (FCi) dans au moins une partie de cette portion d’échange thermique (133) du premier circuit (13) et le collecteur de sortie (38) étant configuré pour collecter le premier fluide caloporteur (FCi) quittant cette portion d’échange thermique (133) du premier circuit (13).
7. Dispositif d’échange thermique (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins une ouverture d’alimentation (144) et au moins une ouverture d’évacuation (145) du deuxième fluide caloporteur (FC2), l’ouverture d’alimentation (144) étant configurée pour acheminer le deuxième fluide caloporteur (FC2) dans la portion d’échange thermique (143) du deuxième circuit (14) et l’ouverture d’évacuation (145) étant configurée pour évacuer le deuxième fluide caloporteur (FC2) de la portion d’échange thermique (143) du deuxième circuit (14).
8. Système de régulation thermique (1) pour au moins un composant (20) électrique et/ou électronique dont la température doit être régulée, le composant (20) électrique et/ou électronique étant susceptible de dégager de la chaleur, le système de régulation thermique (1) comportant un boîtier (10) configuré pour loger le composant (20) électrique et/ou électronique, le système de régulation thermique (1) comprenant en outre au moins le premier circuit (13) de circulation du premier fluide caloporteur (FCi), au moins le deuxième circuit (14) de circulation du deuxième fluide caloporteur (FC2) et au moins un dispositif d’échange thermique (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le dispositif d’échange thermique (3) étant agencé au contact du composant (20) électrique et/ou électronique.
9. Système de régulation thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif d’échange thermique (3) est interposé entre au moins une paroi (111, 112, 12) du boîtier (10) et le composant (20) électrique et/ou électronique. io. Système de régulation thermique (î) selon la revendication 8 ou g, comprenant une pluralité de composants (20) électriques et/ou électroniques, le dispositif d’échange thermique (3) étant interposé entre au moins un premier composant (201) et un deuxième composant (202) électrique et/ou électronique et le dispositif d’échange thermique (3) étant agencé au contact du premier composant (201) électrique et/ou électronique et du deuxième composant (202) électrique et/ou électronique.
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