WO2022214575A1 - Echangeur de chaleur modulable pour la gestion thermique des batteries - Google Patents

Echangeur de chaleur modulable pour la gestion thermique des batteries Download PDF

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WO2022214575A1
WO2022214575A1 PCT/EP2022/059196 EP2022059196W WO2022214575A1 WO 2022214575 A1 WO2022214575 A1 WO 2022214575A1 EP 2022059196 W EP2022059196 W EP 2022059196W WO 2022214575 A1 WO2022214575 A1 WO 2022214575A1
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plate
heat exchanger
plates
fluid
elements
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PCT/EP2022/059196
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Lionel ROBILLON
Fabienne TOURNEUX
Vincent JOUBIER
Mohamed Ibrahimi
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Valeo Systemes Thermiques
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to the field of the thermal regulation of batteries, and more particularly batteries equipping an energy storage cabinet or a motor vehicle whose propulsion is provided in whole or in part by an electric motor.
  • the invention relates to the field of thermal regulation devices for batteries comprising several electrical energy storage components interconnected so as to create an electrical generator of the desired voltage and capacity.
  • the electrical energy storage components (called “electric cells” in the following) are positioned in a protective box forming what is called a battery-pack (“battery- package” in English).
  • the electrical cells - generally arranged at the level of the floor of the vehicle - can be subjected to temperature variations which can in certain cases cause them to be damaged, or even destroyed.
  • the thermal regulation of the electrical cells is essential in order, on the one hand, to keep them in good condition and, on the other hand, to ensure the reliability, autonomy and performance of the vehicle.
  • the battery pack covers an increasingly substantial surface of the floor of the vehicle, and sometimes even forms the bottom of the vehicle body.
  • the battery packs can have dimensions ranging up to 2.5 m long by 1.5 m wide.
  • the devices intended to regulate the temperature of these electric cells must therefore extend over equivalent surfaces to optimize the operation of the electric cells.
  • a thermal regulation device is conventionally positioned directly in contact with the electrical cells at the bottom of the protective casing, or indirectly in contact with the electrical cells in the case of an exchanger placed outside the battery pack, and is traversed by a fluid coolant.
  • Such a thermal regulation device performs the heating and/or cooling functions of the electrical cells.
  • the heat transfer fluid can thus absorb the heat emitted by each electric cell in order to cool it or, depending on the needs, it can provide it with heat if the temperature of the electric cell is insufficient for its correct operation.
  • the thermal regulation device consists of a plurality of tubes, comprising fluid circulation channels, the ends of which are connected by manifolds, so as to form a circuit for the circulation of a heat transfer fluid.
  • This tube regulation device technology is simple to make, but has a major drawback, in that it does not allow the creation of complex fluid circulation circuits adapted to the new size constraints of battery packs.
  • the thermal regulation device consists of a flat plate (conventionally called “flat base” in English), on which is crimped or riveted a plate which has been stamped (conventionally called “channel plate” in English) to form an indentation with a fluid inlet and outlet.
  • a flat plate conventionally called "flat base” in English
  • a plate which has been stamped conventionally called “channel plate” in English
  • the indentation forms a duct, or circuit, in which a heat transfer fluid can circulate from a fluid inlet to a fluid outlet.
  • the flat plate is replaced by a stamped plate.
  • This second technology makes it possible to create, by the implementation of stamped plates, complex heat transfer fluid circulation circuits.
  • a drawback of this solution lies in the fact that the multiple thermal regulation devices must be interconnected to allow the distribution of the heat transfer fluid, which complicates the assembly and increases the risks of leakage of the heat transfer fluid.
  • Another proposed solution consists in implementing a single base plate on which are secured a plurality of juxtaposed stamped plates. Each stamped plate is shaped so as to form an indentation with at least one fluid inlet and at least one fluid outlet.
  • the object of the present invention is to solve these problems of the state of the art and proposes a solution making it possible to manufacture "small exchangers", hereinafter called “plate elements”, which can be brazed in smaller furnaces, and then to assemble them together by a second process, whether laser welding, gluing or other.
  • plate elements which can be brazed in smaller furnaces, and then to assemble them together by a second process, whether laser welding, gluing or other.
  • the fluidic connections and the overall geometry of a large heat exchanger are reproduced once the assembled plate elements, thus making it possible to keep the advantage of large exchangers by limiting the number of fluid inlets and outlets, and thus simplifying connection to a loop.
  • the exchange surface of the complete exchanger will be similar to that of a large exchanger, whether it is entirely flat or adapted to the geometry of the cells.
  • the plate elements will be paired at least two by two and will be for one a "male” part, for the other a "female" part.
  • the invention relates to a heat exchanger comprising a fluid circuit, at least a first plate element and a second plate element each comprising a lower plate and an upper plate assembled together and forming at least two sections of the fluid, one of the plates of each of the at least two plate elements is arranged edge to edge with one of the plates of at least one other plate element so that the at least two fluid sections communicate with each other.
  • the lower plates of the two plate elements are assembled edge to edge so that these plates are co-planar along a common plane P.
  • the two lower plates are arranged edge to edge along a non-rectilinear line of contact, which may for example be a succession of rectilinear lines, a curve, or an alternation of curves and straight lines.
  • this fraction preferably extends over a length of 3 mm to 6 mm.
  • the first and second plate elements have the same width.
  • the overlapping part extends over only a fraction of the width of the plate to which the overlapping part belongs, this width being measured perpendicular to the length in the plane P.
  • the upper plate of the second plate element comprises at least two overlapping parts each extending over only a fraction of the width of the plate to which the overlapping part belongs.
  • the two overlapping parts are arranged on either side of the intermediate section and the upper plates are edge to edge between these two overlapping parts.
  • the overlapping part extends as far as the side edges of the upper plate to which it belongs.
  • the lower plates of the two plate elements are planar.
  • the lower surface of the exchanger formed by the lower plates of the two plate elements, is flat.
  • the lower and upper plates of the plate elements are joined together by brazing.
  • the plate elements forming the heat exchanger are assembled by welding.
  • the plate elements forming the heat exchanger are assembled by gluing.
  • At least one of the plate elements is provided with at least two orifices allowing the connection of the exchanger to a regulation circuit.
  • At least one of the plate elements is provided with pipes allowing the connection of the exchanger to a regulation circuit.
  • At least one of the plate elements is a reversal element intended to form a "U"-shaped circulation of the fluid.
  • the upper plate of the plate elements is a stamped plate so as to form the fluid circuit.
  • the heat exchanger is part of a device for thermal regulation of at least one electrical energy storage component.
  • At least one of the plate elements comprises an element intended for mounting electrical energy storage components.
  • the heat exchanger is positioned directly in contact with the electrical energy storage components at the bottom of the protective casing.
  • the heat exchanger is part of a thermal regulation device providing the function of heating electrical energy storage components.
  • the heat exchanger is part of a thermal regulation device performing the function of cooling electrical energy storage components.
  • the lower plate of a first plate element comprises a step in the direction of the thickness on its lower part while the lower plate of a second plate element comprises a recess in the direction of the thickness on its upper part, the combination of the two recesses providing a continuous thickness connection between the two lower plates.
  • the lower plate of the first plate element and the lower plate of the second plate element are of the same thickness.
  • FIG. 1 is a heat exchanger formed of two plate elements.
  • FIG. 3 is a top view of the heat exchanger composed of elements comprising an overlapping part that does not extend over the entire width of the plate.
  • FIG. 5 is a view of the lower part of the exchanger and the electrical energy storage components.
  • the lower plates 21a and 21b of the two plate elements 11a and 11b are assembled edge to edge so that these plates are co-planar along a common plane P.
  • the two lower plates 21a and 21b are arranged edge to edge along a rectilinear line of contact 105.
  • the first and second plate elements 11a and 11b have the same width.
  • the lower plates 21a and 21b of the two plate elements 11a and 11b are flat.
  • the lower plates 21a and 21b are joined by brazing to the upper plates 31a and 31b.
  • FIG. 3 shows a top view of a second heat exchanger configuration, the overlapping part 41 of which extends over only a fraction of the width of the upper plate 31b to which the overlapping part 41 belongs, this width being measured perpendicular to the length in the plane P.
  • the overlapping part 41a extends to the side edges 101, 102 of the upper plate 11a to which it belongs.
  • the heat exchanger 1 is positioned directly in contact with the electrical energy storage components 60 at the bottom of the protective casing.
  • the heat exchanger 1 is part of a thermal regulation device ensuring the function of heating electrical energy storage components 60.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur (1) comportant un circuit de fluide (F), au moins un premier élément à plaques (11a) et un deuxième élément à plaques (11b) comportant chacun une plaque inférieure (21) et une plaque supérieure (31) assemblées entre elles et formant au moins deux tronçons (F1, F2) du circuit de fluide (F), l'une des plaques de chacun des éléments à plaques (11a, 11b) étant disposée bord à bord avec l'une des plaques de l'autre élément à plaques de sorte que les deux tronçons de fluide (F1, F2) communiquent entre eux.

Description

DESCRIPTION
TITRE DE L'INVENTION : ECHANGEUR DE CHALEUR MODULABLE POUR LA GESTION THERMIQUE DES BATTERIES
L’invention se rapporte au domaine de la régulation thermique des batteries, et plus particulièrement des batteries équipant une armoire de stockage d’énergie ou un véhicule automobile dont la propulsion est fournie en tout ou partie par une motorisation électrique.
Plus précisément, l’invention se rapporte au domaine des dispositifs de régulation thermique pour batteries comprenant plusieurs composants de stockage d’énergie électrique reliées entre elles de façon à créer un générateur électrique de tension et de capacité désirée.
Dans le domaine des véhicules électriques et hybrides, les composants de stockage d'énergie électrique (appelées « cellules électriques » dans ce qui suit) sont positionnées dans un boîtier de protection formant ce que l'on appelle un pack-batterie (« battery-pack » en anglais).
Lors du fonctionnement du véhicule, les cellules électriques - généralement disposées au niveau du plancher du véhicule - peuvent être soumises à des variations de température pouvant provoquer dans certains cas leur endommagement, voire leur destruction.
Par conséquent, la régulation thermique des cellules électriques est essentielle afin, d’une part, de les maintenir en bon état et, d’autre part, d’assurer la fiabilité, l'autonomie et la performance du véhicule.
Les constructeurs automobiles cherchent aujourd’hui, par ailleurs, à fournir des véhicules électriques ou hybrides plus puissants et dont l’autonomie électrique est augmentée.
Pour cela, un nombre de plus en plus important de cellules électriques est embarqué dans les véhicules.
Ainsi, le pack-batterie couvre une surface de plus en plus conséquente du plancher du véhicule, et forme même parfois le fond de caisse du véhicule. A titre d'exemple, les pack-batteries peuvent présenter des dimensions allant jusqu’à 2,5 m de long sur 1 ,5 m de large.
Les dispositifs destinés à réguler la température de ces cellules électriques doivent donc s’étendre sur des surfaces équivalentes pour optimiser le fonctionnement des cellules électriques.
Un dispositif de régulation thermique est classiquement positionné directement au contact des cellules électriques au fond du boîtier de protection, ou indirectement au contact des cellules électriques dans le cas d’un échangeur placé à l’extérieur du pack batterie, et est parcouru par un fluide caloporteur.
Un tel dispositif de régulation thermique assure les fonctions de chauffage et/ou de refroidissement des cellules électriques.
Le fluide caloporteur peut ainsi absorber la chaleur émise par chaque cellule électrique afin de la refroidir ou, selon les besoins, il peut lui apporter de la chaleur si la température de la cellule électrique est insuffisante pour son bon fonctionnement.
Deux technologies de dispositifs de régulation thermique des cellules électriques d’une batterie d’un véhicule sont connues, à savoir la technologie à tubes, et la technologie à plaques.
Dans la première technologie, le dispositif de régulation thermique est constitué d’une pluralité de tubes, comprenant des canaux de circulation du fluide, dont les extrémités sont reliées par des collecteurs, de sorte à former un circuit de circulation d’un fluide caloporteur.
Cette technologie de dispositif de régulation à tubes est simple à réaliser, mais présente un inconvénient majeur, en ce qu’elle ne permet pas de créer des circuits de circulation du fluide complexes adaptés aux nouvelles contraintes de dimension des pack-batteries.
Dans la seconde technologie, le dispositif de régulation thermique est constitué d’une plaque plane (appelée classiquement « base plate » en anglais), sur laquelle est sertie ou rivetée une plaque qui a été emboutie (appelée classiquement « channel plate » en anglais) afin de former une empreinte en creux avec une entrée et une sortie de fluide. Une fois les plaques assemblées l'une sur l'autre, l'empreinte en creux forme un conduit, ou circuit, dans lequel peut circuler un fluide caloporteur depuis une entrée de fluide vers une sortie de fluide.
Dans une variante, la plaque plane est remplacée par une plaque emboutie.
Cette deuxième technologie permet de créer, par la mise en œuvre de plaques embouties, des circuits de circulation du fluide caloporteur complexes.
Néanmoins, un inconvénient de cette technologie à plaques réside dans le fait que la fabrication de plaques embouties de grandes dimensions est complexe et coûteuse, du fait qu'elle nécessite l'utilisation de presses de grande taille.
Pour résoudre ce problème, il a été proposé d'associer un dispositif de régulation thermique à plaques à chaque cellule électrique de la batterie.
Un inconvénient de cette solution réside dans le fait que les multiples dispositifs de régulation thermique doivent être reliés entre eux pour permettre la distribution du fluide caloporteur, ce qui complexifie l'assemblage et augmente les risques de fuite du fluide caloporteur.
Cette solution ne donne donc pas non plus entièrement satisfaction.
Une autre solution proposée consiste à mettre en œuvre une unique plaque de base sur laquelle sont solidarisées une pluralité de plaques embouties juxtaposées. Chaque plaque emboutie est conformée de sorte à former une empreinte en creux avec au moins une entrée et au moins une sortie de fluide.
Si le montage des plaques est facilité, dans le cas de plaques brasées, les plaques obtenues doivent ensuite passer dans un four. Cela implique donc d’investir dans des fours de grande taille spécifiquement pour ce produit.
Cette solution ne résout qu’une partie des problèmes, et ne donne donc pas entière satisfaction.
La présente invention a pour objet de résoudre ces problèmes de l’état de l’art et propose une solution permettant de fabriquer de « petits échangeurs », ci-après nommés « éléments à plaques », pouvant être brasés dans des fours plus petits, et ensuite de les assembler entre eux par un second procédé, qu’il s’agisse de soudure laser, de collage ou autre. Dans le cadre de l’invention, les liaisons fluidiques et la géométrie globale d’un échangeur de grandes taille sont reproduites une fois les éléments à plaques assemblés, permettant ainsi de garder l’avantage des grands échangeurs en limitant le nombre d’entrée et de sortie fluide, et ainsi de simplifier la connexion sur une boucle. De même, la surface d’échange de l’échangeur complet sera similaire à celle d’un échangeur de grande taille, qu’elle soit entièrement plane ou adaptée à la géométrie des cellules. Les éléments à plaques seront au minimum appairés deux par deux et seront pour l’un une partie « mâle », pour l’autre une partie « femelle ».
Plus particulièrement l’invention concerne un échangeur de chaleur comportant un circuit de fluide, au moins un premier élément à plaques et un deuxième élément à plaques comportant chacun une plaque inférieure et une plaque supérieure assemblées entre elles et formant au moins deux tronçons du circuit de fluide, l’une des plaques de chacun des au moins deux éléments à plaques est disposée bord à bord avec l’une des plaques d’au moins un autre élément à plaques de sorte que les au moins deux tronçons de fluide communiquent entre eux.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, à chacune des interfaces entre deux éléments à plaques, la plaque inférieure du premier élément à plaques définit avec la plaque supérieure du deuxième élément à plaques un tronçon de fluide intermédiaire qui fait la jonction de fluide entre le tronçon de fluide formé par le premier élément à plaques et le tronçon de fluide formé par le deuxième élément à plaques.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, les plaques inférieures des deux éléments à plaques sont assemblées bord à bord de sorte que ces plaques sont co planaires suivant un plan commun P.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, les deux plaques inférieures sont disposées bord à bord suivant une ligne de contact rectiligne.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, les deux plaques inférieures sont disposées bord à bord suivant une ligne de contact non rectiligne, qui peut être par exemple une succession de lignes rectilignes, une courbe, ou une alternance de courbes et de lignes rectilignes.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, à chaque interface entre les deux éléments à plaques, la plaque supérieure du deuxième élément à plaques comporte au moins une partie chevauchante s’appuyant sur une face supérieure de la plaque supérieure du premier élément à plaques. Selon l’un au moins des aspects de l’invention, la partie chevauchante s’étend sur une fraction seulement de la longueur de la plaque supérieure du premier élément à plaques, cette longueur étant mesurée localement suivant la direction du tronçon de fluide intermédiaire.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, cette fraction s’étend préférentiellement sur une longueur de 3 mm à 6 mm.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, la partie chevauchante s’étend sur toute la largeur de la plaque à laquelle appartient la partie chevauchante, cette largeur étant mesurée perpendiculairement à la longueur dans le plan P.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, les premier et deuxième éléments à plaques présentent la même largeur.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, la partie chevauchante s’étend sur une fraction seulement de la largeur de la plaque à laquelle appartient la partie chevauchante, cette largeur étant mesurée perpendiculairement à la longueur dans le plan P.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, la plaque supérieure du deuxième élément à plaques comprend au moins deux parties chevauchantes s’étendant chacune sur une fraction seulement de la largeur de la plaque à laquelle appartient la partie chevauchante.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, les deux parties chevauchantes sont disposées de part et d’autre du tronçon intermédiaire et les plaques supérieures sont bord à bord entre ces deux parties chevauchantes.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, la partie chevauchante s’étend jusqu’aux bords latéraux de la plaque supérieure à laquelle elle appartient.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, les plaques inférieures des deux éléments à plaques sont planes.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, la surface inférieure de l’échangeur, formée par les plaques inférieures des deux éléments à plaques, est plane.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, les plaques inférieures et supérieures des éléments à plaques sont solidarisées par brasage. Selon l’un au moins des aspects de l’invention, les éléments à plaques formant l’échangeur de chaleur sont assemblés par soudage.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, les éléments à plaques formant l’échangeur de chaleur sont assemblés par collage.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, l’un au moins des éléments à plaques est pourvu d’au moins deux orifices permettant la connexion de l’échangeur à un circuit de régulation.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, l’un au moins des éléments à plaques est pourvu de tubulures permettant la connexion de l’échangeur à un circuit de régulation.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, l’un au moins des éléments à plaques est un élément de retournement destiné à former une circulation du fluide en "U".
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, la plaque supérieure des éléments à plaques est une plaque emboutie de sorte à former le circuit de fluide.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, l’échangeur de chaleur fait partie d’un dispositif de régulation thermique d’au moins un composant de stockage d’énergie électrique.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, l’un au moins des éléments à plaques comporte un élément destiné au montage de composants de stockage d’énergie électrique.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, l’échangeur de chaleur est positionné directement au contact des composants de stockage d’énergie électrique au fond du boîtier de protection.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, l’échangeur de chaleur fait partie d’un dispositif de régulation thermique assurant la fonction de chauffage de composants de stockage d’énergie électrique.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, l’échangeur de chaleur fait partie d’un dispositif de régulation thermique assurant la fonction de refroidissement de composants de stockage d’énergie électrique. Selon l’un au moins des aspects de l’invention, à chacune des interfaces entre deux éléments à plaques, la plaque inférieure d’un premier élément à plaques comprend un décrochement dans le sens de l’épaisseur sur sa partie inférieure tandis que la plaque inférieure d’un deuxième élément à plaques comprend un décrochement dans le sens de l’épaisseur sur sa partie supérieure, la combinaison des deux décrochements assurant une liaison d’épaisseur continue entre les deux plaques inférieures.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, à chacune des interfaces entre deux éléments à plaques, la plaque supérieure d’un premier élément à plaques comprend un décrochement dans le sens de l’épaisseur sur sa partie inférieure tandis que la plaque supérieure d’un deuxième élément à plaques comprend un décrochement dans le sens de l’épaisseur sur sa partie supérieure, la combinaison des deux décrochements assurant une liaison d’épaisseur continue entre les deux plaques supérieures.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, la plaque inférieure du premier élément à plaques et la plaque inférieure du deuxième élément à plaques sont de même épaisseur.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, l’échangeur de chaleur comprend au moins deux types d’éléments à plaques : des éléments à plaques de distribution qui sont disposés le long d’un bord et qui comportent au moins un connecteurs d’entrée ou un connecteur de sortie ou les deux ; des éléments à plaques d'extrémité qui sont disposés le long du bord opposé aux éléments à plaques de distribution.
Préférentiellement, l’échangeur de chaleur comprend trois types distincts d’éléments à plaques, à savoir : des éléments à plaques de distribution qui sont disposés le long d’un bord et qui comportent au moins un connecteurs d’entrée ou un connecteur de sortie ou les deux ; des éléments à plaques d'extrémité qui sont disposés le long du bord opposé aux éléments à plaques de distribution ; des éléments à plaques intermédiaires qui sont situées entre les plaques de distribution et les plaques d'extrémité.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, les plaques inférieures et supérieures des éléments à plaques sont inversables, toutes ou parties des caractéristiques propres aux plaques supérieures pouvant s’appliquer aux plaques inférieures, tandis que toutes ou parties des caractéristiques propres aux plaques inférieures pouvant s’appliquer aux plaques supérieures.
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 dans la présente description de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
- La Figure 1 est un échangeur de chaleur formé de deux éléments à plaques.
- La Figure 2 est une vue en coupe le long de la ligne fluidique d’un échangeur de chaleur.
- La Figure 3 est une vue de dessus de l’échangeur de chaleur composé d’éléments comportant une partie chevauchante ne s’étendant pas sur toute la largeur de la plaque.
- La Figure 4 est une vue en perspective d’une variante de l’échangeur de chaleur.
- La Figure 5 est une vue de la partie inférieure de l’échangeur et des composants de stockage d’énergie électrique.
- La Figure 6 est une vue de côté d’une variante de l’échangeur de chaleur.
Sur les différentes figures, sauf indication contraire, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence et présentent les mêmes caractéristiques techniques et modes de fonctionnement. La figure 1 est une vue en perspective de l’échangeur de chaleur 1 , selon un premier mode de réalisation de l’invention.
On a représenté sur la figure 1 un échangeur de chaleur 1 comportant un circuit de fluide F, un premier élément à plaques 11a et un deuxième élément à plaques 11 b comportant chacun une plaque inférieure 21 a, 21 b et une plaque supérieure 31 a, 31b assemblées entre elles et formant au moins deux tronçons F1 et F2 du circuit de fluide F. La plaque inférieure 21a du premier élément à plaques 11a est disposée bord à bord avec la plaque inférieure 21 b du deuxième élément à plaques 11 b de sorte que les au moins deux tronçons de fluide F1 et F2 communiquent entre eux.
L’échangeur de chaleur 1 présenté figure 1 comprend deux types distincts d’éléments à plaques 11 , à savoir : un élément à plaques de distribution 11a qui est disposé le long d’un bord 104 et qui comporte un connecteurs d’entrée 51 a et un connecteur de sortie 51 b ; un élément à plaques d'extrémité 11 b qui est disposé le long du bord 103 opposé à l’élément à plaques de distribution 11a.
L’élément à plaques 11 b est un élément de retournement destiné à former une circulation du fluide en "U".
Les plaques inférieures 21a et 21 b des deux éléments à plaques 11 a et 11 b sont assemblées bord à bord de sorte que ces plaques sont co-planaires suivant un plan commun P.
Les deux plaques inférieures 21 a et 21 b sont disposées bord à bord suivant une ligne de contact rectiligne 105.
Selon l’un au moins des aspects de l’invention, les deux plaques inférieures 21a et 21 b sont disposées bord à bord suivant une ligne de contact non rectiligne, qui peut être par exemple une succession de lignes rectilignes, une courbe, ou une alternance de courbes et de lignes rectilignes.
A l’interface entre les deux éléments à plaques 11 a et 11 b, la plaque supérieure 31b du deuxième élément à plaques 11 b comporte une partie chevauchante 41 s’appuyant sur la face supérieure de la plaque supérieure 31 a du premier élément à plaques 11 a. La partie chevauchante 41 s’étend sur toute la largeur de la plaque 11b à laquelle appartient la partie chevauchante 41 , cette largeur étant mesurée perpendiculairement à la longueur dans le plan P.
Les premier et deuxième éléments à plaques 11 a et 11 b présentent la même largeur.
Les plaques inférieures 21a et 21 b des deux éléments à plaques 11 a et 11 b sont planes.
La surface inférieure 21 de l’échangeur 1 , formée par les plaques inférieures 21a et 21 b des deux éléments à plaques 11 a et 11 b, est plane.
Les plaques inférieures 21a et 21 b sont assemblées par brasage aux plaques supérieures 31 a et 31 b.
Les éléments à plaques 11 a et 11 b formant l’échangeur de chaleur 1 sont assemblés par soudage.
Les éléments à plaques 11 a et 11 b formant l’échangeur de chaleur 1 peuvent être assemblés par collage.
L’élément à plaques 11 a est pourvu de deux orifices 51a et 51 b permettant la connexion de l’échangeur 1 à un circuit de régulation.
L’échangeur 1 peut également comprendre des tubulures permettant la connexion de l’échangeur 1 à un circuit de régulation.
Les plaques supérieures 31 a et 31 b des éléments à plaques 11 a et 11 b sont des plaques embouties de sorte à former le circuit de fluide F.
La figure 2 présente une vue en coupe de la liaison entre deux éléments à plaques 11 a et 11 b suivant un premier mode de réalisation.
A l’interface entre les deux éléments à plaques 11 a et 11 b, la plaque inférieure 21 a du premier élément à plaques 11a définit avec la plaque supérieure 31 b du deuxième élément à plaques 11 b un tronçon de fluide intermédiaire F3 qui fait la jonction de fluide entre le tronçon de fluide F1 formé par le premier élément à plaques 11a et le tronçon de fluide F2 formé par le deuxième élément à plaques 11 b.
La partie chevauchante 41 s’étend sur une fraction seulement de la longueur de la plaque supérieure 31a de l’élément à plaques 11a, cette longueur étant mesurée localement suivant la direction du tronçon de fluide intermédiaire F3. Dans cet exemple, cette fraction L s’étend sur une longueur de 3 mm à 6 mm.
La plaque inférieure 21 a du premier élément à plaques 11 a et la plaque inférieure 21 b du deuxième élément à plaques 11 b sont de même épaisseur. Les plaques inférieures 21 a et 21 b se raccordent l’une à l’autre à une jonction 110. Le tronçon intermédiaire F3 s’étend ainsi de la jonction 110 jusqu’au bord libre 111 de la plaque 31 a.
La figure 3 présente une vue de dessus d’une seconde configuration d’échangeur de chaleur, dont la partie chevauchante 41 s’étend sur une fraction seulement de la largeur de la plaque supérieure 31 b à laquelle appartient la partie chevauchante 41 , cette largeur étant mesurée perpendiculairement à la longueur dans le plan P.
La plaque supérieure 31 b du deuxième élément à plaques 11 b comprend au moins deux parties chevauchantes 41 a et 41 b s’étendant chacune sur une fraction seulement de la largeur de la plaque supérieure 31b à laquelle appartient la partie chevauchante 41.
Les deux parties chevauchantes 41 a et 41 b sont disposées de part et d’autre du tronçon intermédiaire F3 et les plaques supérieures 31a et 31 b sont bord à bord entre ces deux parties chevauchantes 41 a et 41 b.
La partie chevauchante 41 a s’étend jusqu’aux bords latéraux 101 , 102 de la plaque supérieure 11a à laquelle elle appartient.
Selon une variante de l’échangeur 1 présentée figure 4, l’échangeur de chaleur 1 comporte une pluralité d’éléments à plaques 11 assemblés pour former deux circuits de fluide F et G.
Dans la configuration présentée figure 4, l’échangeur de chaleur 1 comprend trois types distincts d’éléments à plaques 11 , à savoir : des éléments à plaques de distribution 11 a qui sont disposés le long d’un bord 104 et qui comportent des connecteurs d’entrée 51a et 51 c et des connecteurs de sortie 51 b et 51 d ; des éléments à plaques d'extrémité 11 b qui sont disposés le long du bord 103 opposé aux éléments à plaques de distribution 11 a ; des éléments à plaques intermédiaires 11c qui sont situées entre les plaques de distribution 11 a et les plaques d'extrémité 11 b. La figure 5 présente un des aspects de l’invention, l’échangeur de chaleur 1 faisant partie d’un dispositif de régulation thermique assurant la fonction de chauffage de composants de stockage d’énergie électrique 60.
L’échangeur de chaleur 1 peut également faire partie d’un dispositif de régulation thermique assurant la fonction de refroidissement de composants de stockage d’énergie électrique 60.
La figure 5 présente une possible configuration de l’échangeur 1 dont les plaques inférieures 21 des éléments à plaques 11 comportent des éléments destinés au montage de composants de stockage d’énergie électrique 60.
Dans cette configuration, l’échangeur de chaleur 1 est positionné directement au contact des composants de stockage d’énergie électrique 60 au fond du boîtier de protection.
L’échangeur de chaleur 1 fait partie d’un dispositif de régulation thermique assurant la fonction de chauffage de composants de stockage d’énergie électrique 60.
L’échangeur de chaleur 1 peut également faire partie d’un dispositif de régulation thermique assurant la fonction de refroidissement de composants de stockage d’énergie électrique 60.
La figure 6 présente une variante de l’échangeur présentant des décrochements 61a, 61 b, 62a et 62b permettant de coupler les deux éléments à plaques 11 a et 11 b.
La figure montre qu’à chacune des interfaces entre deux éléments à plaques 11a et 11 b, la plaque inférieure 21a d’un premier élément à plaques 11a comprend un décrochement 61a dans le sens de l’épaisseur sur sa partie inférieure tandis que la plaque inférieure 21 b d’un deuxième élément à plaques 11 b comprend un décrochement 61 b dans le sens de l’épaisseur sur sa partie supérieure, la combinaison des deux décrochements 61a et 61 b assurant une liaison d’épaisseur continue entre les deux plaques inférieures 21a et 21 b.
A chacune des interfaces entre deux éléments à plaques 11a et 11 b, la plaque supérieure 31a d’un premier élément à plaques 11a comprend un décrochement 62a dans le sens de l’épaisseur sur sa partie inférieure tandis que la plaque supérieure 31 b d’un deuxième élément à plaques 11b comprend un décrochement 62b dans le sens de l’épaisseur sur sa partie supérieure, la combinaison des deux décrochements 62a et 62b assurant une liaison d’épaisseur continue entre les deux plaques supérieures 31 a et 31 b.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Echangeur de chaleur (1 ) comportant :
- un circuit de fluide (F),
- au moins un premier élément à plaques (11 a) et un deuxième élément à plaques (11 b) comportant chacun une plaque inférieure (21 ) et une plaque supérieure (31 ) assemblées entre elles et formant au moins deux tronçons (F1 , F2) du circuit de fluide (F),
- l’une des plaques de chacun des au moins deux éléments à plaques (11 a, 1 1 b) est disposée bord à bord avec l’une des plaques d’au moins l’autre élément à plaques de sorte que les au moins deux tronçons de fluide (F1 , F2) communiquent entre eux.
2- Echangeur de chaleur (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel à chacune des interfaces entre deux éléments à plaques (11 a, 11 b), la plaque inférieure (21 a) du premier élément à plaques (11 a) définit avec la plaque supérieure (31 b) du deuxième élément à plaques (11 b) un tronçon de fluide intermédiaire (F3) qui fait la jonction de fluide entre le tronçon de fluide (F1 ) formé par le premier élément à plaques (11 a) et le tronçon de fluide (F2) formé par le deuxième élément à plaques (11 b).
3- Echangeur de chaleur (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les plaques inférieures (21 a, 21 b) des deux éléments à plaques (1 1 a, 11 b) sont assemblées bord à bord de sorte que ces plaques sont co planaires suivant un plan commun P.
4- Echangeur de chaleur (1 ) selon la revendication précédente, dans lequel à chaque interface entre les deux éléments à plaques (11a, 11 b), la plaque supérieure (31 b) du deuxième élément à plaques (11 b) comporte au moins une partie chevauchante (41 ) s’appuyant sur une face supérieure de la plaque supérieure (31 a) du premier élément à plaques (11 a).
5- Echangeur de chaleur (1 ) selon la revendication précédente, dans lequel la partie chevauchante (41 ) s’étend sur toute la largeur de la plaque (31 b) à laquelle appartient la partie chevauchante (41 ), cette largeur étant mesurée perpendiculairement à la longueur dans le plan P. 6- Echangeur de chaleur (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface inférieure de l’échangeur (1 ), formée par les plaques inférieures (21 a, 21 b) des deux éléments à plaques (11 a, 11 b), est plane.
7- Echangeur de chaleur (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque supérieure (31a, 31 b) des éléments à plaques (11a, 11 b) est une plaque emboutie de sorte à former le circuit de fluide.
8- Echangeur de chaleur (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque inférieure (21a) du premier élément à plaques (11 a) et la plaque inférieure (21 b) du deuxième élément à plaques (21 b) sont de même épaisseur.
9- Echangeur de chaleur (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les plaques inférieures (21 a, 21 b) et supérieures (31a, 31 b) des éléments à plaques sont inversables, toutes ou parties des caractéristiques propres aux plaques supérieures (31a, 31 b) pouvant s’appliquer aux plaques inférieures (21a, 21 b), tandis que toutes ou parties des caractéristiques propres aux plaques inférieures (21a, 21 b) pouvant s’appliquer aux plaques supérieures (31a, 31 b).
10- Echangeur de chaleur (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’échangeur de chaleur (1) fait partie d’un dispositif de régulation thermique d’au moins un composant de stockage d’énergie électrique (60).
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