WO2022219010A1 - Echangeur de chaleur d'un élément électrique et/ou électronique pour véhicule automobile - Google Patents

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WO2022219010A1
WO2022219010A1 PCT/EP2022/059811 EP2022059811W WO2022219010A1 WO 2022219010 A1 WO2022219010 A1 WO 2022219010A1 EP 2022059811 W EP2022059811 W EP 2022059811W WO 2022219010 A1 WO2022219010 A1 WO 2022219010A1
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WO
WIPO (PCT)
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flow
heat exchanger
zone
hydraulic diameter
heat exchange
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/059811
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English (en)
Inventor
Jean Damien MULLER
Pawel SUS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
Valeo Klimasysteme Gmbh
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Publication date
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Application filed by Valeo Systemes Thermiques, Valeo Klimasysteme Gmbh filed Critical Valeo Systemes Thermiques
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/08—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0028—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2210/00—Heat exchange conduits
    • F28F2210/08—Assemblies of conduits having different features

Definitions

  • Heat exchanger of an electrical and/or electronic element for a motor vehicle
  • the field of the present invention relates to the thermal regulation of an electrical and/or electronic element, and more particularly, the present invention relates to an exchanger for the thermal regulation of an electrical and/or electronic element intended for electric or hybrid motor vehicles.
  • the electrical and/or electronic elements can be, for example, batteries, power electronic devices or even computer servers.
  • Electric and hybrid vehicles are commonly equipped with a battery.
  • Such an electrical and/or electronic element is made up of an assembly of electrical modules, themselves made up of an assembly of electrochemical cells.
  • thermal management of the electrical and/or electronic element aims to maintain the temperature of the electrical modules which compose it, at a temperature of approximately between 20°C and 40°C. Indeed, when the temperature of an electrical module is too low, the capacity of its electrochemical cells decreases and when the temperature of an electrical module is too high, the lifetime of its electrochemical cells is degraded.
  • a thermal management device comprising at least one heat exchanger directly in contact with an electric module of the electric and/or electronic element and through which a heat transfer fluid passes.
  • the heat exchanger(s) are traversed by a heat exchange circuit formed for example by ducts provided in the heat exchanger(s) themselves.
  • a heat exchange circuit formed for example by ducts provided in the heat exchanger(s) themselves.
  • the invention is in particular intended to equip motor vehicles, in particular motor vehicles with electric or hybrid motorization and to thermally regulate an electrical energy storage cell or power electronic elements.
  • a typical problem with these heat exchangers is inhomogeneous heat dissipation along the heat exchanger. Indeed, the heat transfer fluid passing through the heat exchanger heats up all along the channel due to the absorption of calories from the electrical and/or electronic element to be cooled. The same applies if the fluid is used to heat the electrical and/or electronic element, the fluid cooling on contact with the element to be heated. Thus, the heat exchange capacity between the inlet and the outlet of a heat exchanger is different and the cooling or heating of the electrical and/or electronic element is degraded.
  • One of the aims of the present invention is to remedy at least partially the drawbacks of the prior art and to propose an exchanger of heat making it possible to limit the impact of the difference in temperature of the coolant fluid observed between the inlet and the outlet of the heat exchanger on the thermal management of an electrical and/or electronic element.
  • the invention applies in particular to circulation within an "I" type exchanger or to a plurality of loops connected in parallel within the same exchanger.
  • the present invention therefore relates to a heat exchanger for the thermal management of an electrical and/or electronic element, advantageously for an electric vehicle, the exchanger comprising a heat exchange body having:
  • thermoelectric flow channel formed between the heat exchange wall and the base wall, the flow channel comprising:
  • Mean hydraulic diameter means the average of the hydraulic diameter over the entire length of the flow channel of an area.
  • the invention makes it possible to provide a heat exchanger comprising zones having a different heat exchange coefficient.
  • the heat exchanger allows a more homogeneous heat treatment of the electrical and/or electronic element(s) by attenuating the impact of the temperature of the heat transfer fluid.
  • the heat exchange wall is flat so as to provide a heat exchange surface allowing good thermal contact with the electrical and/or electronic element to be thermally regulated.
  • the heat transfer fluid intended to circulate in the heat exchanger can be a refrigerant (1234YF, 134a or R744 for example) or a cooling liquid (for example glycol water).
  • the invention may also include any of the additional features listed below, taken alone or in combination with each other as long as they are technically compatible with each other:
  • the second flow disturbance means is capable of generating turbulence in the flow of the heat transfer fluid greater than the turbulence generated by the first flow disturbance means, in this way the second zone has an exchange coefficient thermal greater than the first zone;
  • the second average hydraulic diameter is greater than the first average hydraulic diameter
  • the first flow disturbance means and/or the second flow disturbance means consist of a plurality of local deformations of the base wall, advantageously, the deformations consist of a plurality of regularly repeated patterns
  • the base wall therefore comprises deformations and non-deformed parts, the ratio of deformations / non-deformed parts per cm 2 of the first zone is lower than the ratio of deformations / non-deformed parts of the second zone;
  • each deformation has a height H extending between the non-deformed parts of the base wall and a vertex, the vertex being remote by a non-zero distance d from the heat exchange wall;
  • the first flow disturbance means and/or the second flow disturbance means consist of at least one fin which defines paths intended for the circulation of the fluid.
  • the fin can be of the "staggered pitch", louvered, straight, or corrugated type, these types of fins are well known in the technical field of heat exchangers, and it is thus easy to select the type of fin depending on the need, thus the first zone can comprise for example a straight fin or a corrugated fin, and the second zone a "staggered pitch” fin or a louvered fin, the latter having, at equivalent flow, a better heat exchange coefficient.
  • the heat exchange body has a plurality of flow channels, each channel comprising its own inlet and its own outlet or at least a plurality of channels share a common inlet and an outlet, for example in communication with a supply chamber supplying channels and an evacuation chamber, evacuating the fluid towards the exit;
  • the heat exchange wall is a first plate and the base wall is a second plate, the channel being formed by at least deformation of the second plate, thus leaving a space between the heat exchange wall and the base wall, the space forming the flow channel;
  • the first zone extends between 50 and 80% of the total length of the channel, advantageously around 70%.
  • the flow channel extends between an inlet and a fluid outlet, advantageously the first zone is on the inlet side and the second zone on the outlet side in the case of an exchanger for cooling an electrical element and / or electronic, and for a heat exchanger involved in the heating of an electrical and / or electronic element the first zone is arranged on the output side and the second area is arranged on the input side.
  • the heat exchange body includes a supply line, supplying a plurality of flow channels, and a discharge line discharging fluid from the flow channels.
  • the invention also relates to a heat exchange device for cooling battery cells in a vehicle, with a housing having an inlet and an outlet for a cooling fluid, the housing having a heat transfer surface facing the battery cells and an opposing base surface, at least one coolant flow channel being formed between the heat transfer surface and the base surface, the shape of the flow channel varying so so that the effective width of a contact area of the flow channel with the heat transfer surface generally increases from the inlet to the outlet and/or the turbulence of the coolant flow from the inlet to the output increases overall.
  • the at least one flow channel extends from the coolant inlet to the coolant outlet and has a maximum of two, preferably one, still preferably no significant change in direction.
  • flow obstacles are placed in at least one flow channel.
  • the number or density of obstacles to the flow increases in the direction of the flow.
  • At least some of the obstacles to flow are structures that protrude into the flow channel or channels.
  • the structures are formed by bumps in one or more wall portions of the flow channel or flow channels.
  • the structures differ in shape or size.
  • a heat exchange device can both comprise a thermal fixing stud according to the first embodiment and a fixing stud according to a second fixing mode, or characteristics of the stud of the first mode of embodiment can be combined with the fixing stud of the second embodiment.
  • Figure 1 shows a schematic representation in perspective of a heat exchanger according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a heat exchanger according to a second embodiment of the invention
  • Figure 3 shows a side view of the heat exchanger according to the second embodiment
  • Figure 4 shows a schematic representation of a third embodiment of the invention.
  • first element or second element As well as first parameter and second parameter or even first criterion and second criterion, etc.
  • it is a simple indexing to differentiate and name elements or parameters or criteria that are close but not identical. This indexing does not imply a priority of one element, parameter or criterion over another and such denominations can easily be interchanged without departing from the scope of the present description. Nor does this indexing imply an order in time, for example, to assess such and such a criterion.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention in which the heat exchanger 1 comprises a heat exchange body 2 having:
  • heat exchange wall 3 intended to be in thermal contact with the electrical and/or electronic element - a base wall 4 (not shown in this figure) opposite the heat exchange wall,
  • the flow channel comprising:
  • the first flow disturbance means 61 and the second flow disturbance means 62 consist of pluralities of local deformations of the base wall, the patterns of these deformations are different, the second flow disturbance means 62 is capable of generating turbulence in the flow of the heat transfer fluid greater than the turbulence generated by the first flow disturbance means 61 and the second mean hydraulic diameter is greater than the first mean hydraulic diameter (not shown) .
  • the heat exchange body comprises a plurality of flow channels 5, the flow channels being assembled in pairs.
  • the heat exchange body therefore comprising an inlet 7, a supply chamber 71, an evacuation chamber 81 and an outlet 8 for two flow channels 5.
  • Figures 2 and 3 show the second embodiment of the invention, in which the hydraulic diameter is constant along each zone, and the first and second zones are separated from each other by a transition zone.
  • the transition zone being a zone of diameter scalable hydraulics in the direction of circulation of the flow passing from the first hydraulic diameter to the second hydraulic diameter.
  • the first flow disturbance means 61 and the second flow disturbance means 62 are each at least one fin defining paths for the circulation of the fluid.
  • the first and second flow disturbance means could be local deformations of the base wall (not shown).
  • the heat exchange body 3 comprising a plurality of flow channels 5, each extending between an inlet 7 and an outlet 8.
  • Figure 4 shows a third embodiment of the invention in which the first flow disturbance means 61 is formed by a plurality of deformations of the base wall, and the second flow disturbance means 62 is formed by a fin.
  • the heat exchange body comprises a plurality of flow channels, each of these channels are connected by their inlet 7 to a supply pipe 9 and by their outlet to an evacuation pipe 10.
  • the supply pipe comprises a supply opening 11 and the evacuation pipe comprises an evacuation opening 12 intended to be connected to a heat transfer fluid circulation circuit.
  • Each of the embodiments may include a supply line and a supply line as shown in Figure 4.

Abstract

L'invention porte sur un échangeur de chaleur (1) pour la gestion thermique d'un élément électrique et/ou électronique avantageusement d'un véhicule, comprenant un corps d'échange thermique (2) présentant : - une paroi d'échange thermique (3) destinée à être en contact thermique avec l'élément électrique et/ou électronique - une paroi de base (4) opposée à la paroi d'échange thermique, - un canal d'écoulement (5) d'un fluide caloporteur formé entre la paroi d'échange thermique et la paroi de base, le canal d'écoulement comprenant : - une première zone (51) présentant un premier diamètre hydraulique moyen et un premier moyen de perturbation de flux de fluide caloporteur (61), - une deuxième zone (52) présentant un deuxième diamètre hydraulique moyen et un deuxième moyen de perturbation de flux de fluide caloporteur (62), le deuxième diamètre hydraulique moyen et le deuxième moyen de perturbation de flux (62) étant différents du première diamètre hydraulique moyen et du premier moyen de perturbation de flux (61).

Description

Description
Titre de l'invention : Echangeur de chaleur d’un élément électrique et/ou électronique pour véhicule automobile.
[1] Le domaine de la présente invention concerne la régulation thermique d’un élément électrique et/ou électronique, et plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un échangeur pour la régulation thermique d’un élément électrique et/ou électronique destiné aux véhicules automobiles électriques ou hybrides.
[2] Les éléments électrique et/ou électronique peuvent être par exemple, des batteries, des dispositifs d’électronique de puissance ou encore des serveurs informatiques.
[3] Les véhicules électriques et hybrides sont couramment équipés d’une batterie. Un tel élément électrique et/ou électronique est constitué d'un assemblage de modules électriques, eux-mêmes constitués d'un assemblage de cellules électrochimiques.
[4] Pour assurer l’autonomie, la performance et la fiabilité d’un tel élément électrique et/ou électronique, il convient, en moyenne, de réguler thermiquement l’élément électrique et/ou électronique. Une gestion thermique de l’élément électrique et/ou électronique vise à maintenir la température des modules électriques qui le compose, à une température comprise approximativement entre 20°C et 40°C. En effet, lorsque la température d’un module électrique est trop basse, la capacité de ses cellules électrochimiques diminue et lorsque la température d’un module électrique est trop élevée la durée de vie de ses cellules électrochimiques est dégradée. Pour assurer cette gestion thermique, il est connu d'utiliser un dispositif de gestion thermique comprenant au moins un échangeur de chaleur directement au contact d’un module électrique de l’élément électrique et/ou électronique et parcourue par un fluide caloporteur. Afin que le fluide caloporteur circule, le ou les échangeurs de chaleur sont traversés par un circuit d'échange thermique formé par exemple par des conduits ménagés dans le ou les échangeurs de chaleur eux- mêmes. [5] Les éléments électriques et/ou électroniques, que ce soit des cellules de stockage d’énergie électrique, des circuits intégrés, serveurs, centres de données, etc nécessitent une régulation thermique afin de les maintenir dans leur plage de température de fonctionnement.
[6] L’invention est en particulier destinée à équiper des véhicules automobiles, en particulier des véhicules automobiles à motorisation électrique ou hybride et à réguler thermiquement une cellule de stockage d’énergie électrique ou des éléments d’électronique de puissance.
[7] La part de marché des véhicules électriques étant de plus en plus importante, les problématiques diélectrique/chauffage des packs batterie qui les équipent deviennent des enjeux stratégiques. L’objectif est de concevoir un dispositif de gestion thermique des batteries le plus performant, efficace et économique possible.
[8] Un problème typique de ces échangeurs de chaleur est la dissipation inhomogène de la chaleur le long de l’échangeur de chaleur. En effet, le fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur se réchauffe tout le long du canal du fait de l’absorption de calorie provenant de l’élément électrique et/ou électronique à refroidir. Il en va de même dans le cas où le fluide est utilisé de façon à réchauffer l’élément électrique et/ou électronique, le fluide se refroidissant au contact de l’élément à réchauffer. Ainsi, la capacité d’échange thermique entre l’entrée et la sortie d’un échangeur de chaleur est différente et le refroidissement ou le chauffage de l’élément électrique et/ou électronique est dégradé.
[9] En règle général, dans le domaine des batteries électriques par exemple, il ne faut pas observer un écart de température supérieure 10 degrés celsius entre la première et la dernière cellule d’un module de batterie électrique afin d’optimiser leur fonctionnement, il faut donc pouvoir assurer un faible écart de température entre la partie de l’élément ou l’élément à proximité de l’entrée de fluide caloporteur et la partie de l’élément ou l’élément à proximité de la sortie de fluide caloporteur.
[10] Un des buts de la présente invention est de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l’art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur permettant de limiter l’impact de l’écart de température du fluide caloporteur observer entre l’entrée et la sortie de l’échangeur de chaleur sur la gestion thermique d’un élément électrique et/ou électronique.
[11] L’invention s’applique notamment sur une circulation au sein d’un échangeur de type « en I » ou sur une pluralité de boucles connectées en parallèle au sein du même échangeur.
[12] La présente invention concerne donc un échangeur de chaleur pour la gestion thermique d’un élément électrique et/ou électronique, avantageusement pour un véhicule électrique, l’échangeur comprenant un corps d’échange thermique présentant :
- une paroi d’échange thermique destinée à être en contact thermique avec l’élément électrique et/ou électronique
- une paroi de base opposée à la paroi d’échange thermique,
- un canal d’écoulement d’un fluide caloporteur formé entre la paroi d’échange thermique et la paroi de base, le canal d’écoulement comprenant :
- une première zone présentant un premier diamètre hydraulique moyen et un premier moyen de perturbation de flux de fluide caloporteur,
- une deuxième zone présentant un deuxième diamètre hydraulique moyen et un deuxième moyen de perturbation de flux de fluide caloporteur, le deuxième diamètre hydraulique moyen et le deuxième moyen de perturbation de flux étant différents du première diamètre hydraulique moyen et du premier moyen de perturbation de flux.
[13] On entend par diamètre hydraulique moyen, la moyenne du diamètre hydraulique sur la totalité de la longueur du canal d’écoulement d’une zone.
[14] L’invention permet de fournir un échangeur de chaleur comprenant des zones présentant un coefficient d’échange thermique différentes. Ainsi l’échangeur de chaleur permet un traitement thermique plus homogène du ou des éléments électrique et/ou électronique en atténuant l’impact de la température du fluide caloporteur. [15] Avantageusement la paroi d’échange thermique est plane de sorte à fournir une surface d’échange thermique permettant un bon contact thermique avec l’élément électrique et/ou électronique à réguler thermiquement.
[16] Le fluide caloporteur destiné à circuler dans l’échangeur de chaleur peut être un fluide réfrigérant (1234YF, 134a ou R744 par exemple) ou un liquide de refroidissement (par exemple de l’eau glycolée).
[17] L’invention peut également comprendre l’une quelconques des caractéristiques additionnelles listées ci-dessous, prise seule ou en combinaison les unes avec les autres tant que techniquement compatibles entre elles :
[18] - Le deuxième moyen de perturbation de flux est apte à générer une turbulence de l’écoulement du fluide caloporteur supérieure à la turbulence générée par le premier moyen de perturbation de flux, de cette façon la deuxième zone présente un coefficient d’échange thermique supérieur à la première zone ;
[19] - Le deuxième diamètre hydraulique moyen est supérieur au premier diamètre hydraulique moyen ;
[20] Ainsi, en combinant l’augmentation du diamètre hydraulique et l’augmentation de la perturbation de flux généré par les moyens de perturbation du flux, il est possible d’augmenter le coefficient d’échange thermique de la deuxième zone par rapport à la première zone et ainsi limiter l’impact de l’augmentation de la température du fluide caloporteur sur la température de l’élément électrique et/ou électrique à réguler thermiquement.
[21] - le premier moyen de perturbation de flux et/ou le deuxième moyen de perturbation de flux consistent en une pluralité de déformations locales de la paroi de base, avantageusement, les déformations consistent en une pluralité de motif répété de façon régulière
[22] - la paroi de base comprend donc des déformations et des parties non déformées, le ratio déformations / parties non déformée au cm2 de la première zone est inférieure au ratio déformations / parties non déformée de la deuxième zone ; [23] - chaque déformation présente une hauteur H s’étendant entre les parties non déformées de la paroi de base et un sommet, le sommet étant éloigné d’une distance d non nulle de la paroi d’échange thermique ;
[24] - la distance d étant identique pour l’ensemble des protubérances d’une même zone, dans le cas ou la hauteur Hc du canal augmente, la hauteur H de la protubérance augmente de façon identique de sorte à conserver une même distance d entre le sommet des protubérances et la paroi d’échange thermique ;
[25] - la hauteur H des protubérances étant identique pour l’ensemble des protubérances d’une même zone ;
[26] - Le premier moyen de perturbation de flux et/ou le deuxième moyen de perturbation de flux consistent au moins une ailette qui définit des chemins destinés à la circulation du fluide.
[27] - l’ailette peut être de type « à pas décalé », à persienne, droite, ou ondulée, ces type d’ailettes sont bien connues dans le domaine technique des échangeurs de chaleur, et il est ainsi aisé de sélectionner le type d’ailette en fonction du besoin, ainsi la première zone peut comprendre par exemple une ailette droite ou une ailette ondulée, et la deuxième zone une ailette « à pas décalé » ou une ailette à persienne, ces dernières possédant à débit équivalent, un meilleur coefficient d’échange thermique.
[28] - avantageusement lorsque le moyen de perturbation de flux est une ailette, le diamètre hydraulique est constant sur l’ensemble d’une même zone ;
[29] - le canal d’écoulement s’étend entre une entrée et une sortie de fluide.
[30] - le corps d’échange thermique présente une pluralité de canaux d’écoulement, chaque canal comprenant leur propre entrée et leur propre sortie ou au moins une pluralité de canaux partagent une entrée commune et une sortie, par exemple en communication avec une chambre d’alimentation alimentant canaux et une chambre d’évacuation, évacuant le fluide vers la sortie ;
[31] - la paroi d’échange thermique est une première plaque et la paroi de base est une deuxième plaque, le canal étant formé par au moins déformation de la deuxième plaque, ménageant ainsi un espace entre la paroi d’échange thermique et la paroi de base, l’espace formant le canal d’écoulement ;
[32] - l’ailette est assemblée entre la première et la deuxième plaque ; [33] - l’augmentation du diamètre hydraulique le long du canal est réalisé de façon continue, la délimitation entre la première et la deuxième zone se fait ainsi par le changement de moyen de perturbation de flux,
[34] - afin d’augmenter le diamètre hydraulique, la hauteur et/ou la largeur du canal est augmentée ;
[35] - le diamètre hydraulique est constant le long de chaque zone, et les première et deuxième zones sont séparées entre elles par une zone de transition
[36] - la première zone s’étend entre 50 et 80% de la longueur totale du canal, avantageusement autour de 70%.
[37] - Le canal d’écoulement s’étend entre une entrée et une sortie de fluide, avantageusement la première zone est côté entrée et la deuxième zone côté sortie dans le cas d’un échangeur pour le refroidissement d’un élément électrique et/ou électronique, et pour un échangeur de chaleur intervenant dans le chauffage d’un élément électrique et/ou électronique la première zone est disposée côté sortie et la deuxième zone est disposée côté entrée.
[38] Le corps d’échange thermique comprend une conduite d’alimentation, alimentant une pluralité de canaux d’écoulement, et une conduite d’évacuation évacuant le fluide provenant des canaux d’écoulement.
[39] L’invention concerne aussi un dispositif d'échange de chaleur pour refroidir des éléments de batterie dans un véhicule, avec un boîtier qui présente une entrée et une sortie pour un fluide de refroidissement, le boîtier présentant une surface de transfert de chaleur tournée vers les éléments de batterie et une surface de base opposée, au moins un canal d'écoulement pour le fluide de refroidissement étant formé entre la surface de transfert de chaleur et la surface de base, la forme du canal d'écoulement variant de telle sorte que la largeur effective d'une zone de contact du canal d'écoulement avec la surface de transfert de chaleur augmente globalement de l'entrée vers la sortie et/ou que la turbulence de l'écoulement du réfrigérant de l'entrée vers la sortie augmente globalement.
[40] Selon une particularité, le au moins un canal d'écoulement s'étend de l'entrée de réfrigérant à la sortie de réfrigérant et présente au maximum deux, de préférence un, encore préférentiellement aucun changement de direction important. [41] Selon une particularité, il est prévu plusieurs canaux d'écoulement séparés les uns des autres, qui s'étendent sensiblement parallèlement les uns aux autres par rapport à la direction d'écoulement du fluide de refroidissement.
[42] Selon une particularité, des obstacles à l'écoulement sont placés dans au moins un canal d'écoulement.
[43] Selon une particularité, le nombre ou la densité des obstacles à l'écoulement augmente dans le sens de l'écoulement.
[44] Selon une particularité, au moins une partie des obstacles à l'écoulement sont des structures qui font saillie dans le ou les canaux d'écoulement.
[45] Selon une particularité, les structures sont formées par des bosses dans une ou plusieurs parties de paroi du canal d'écoulement ou des canaux d'écoulement.
[46] Selon une particularité, les structures diffèrent par leur forme ou leur taille.
[47] Il va de soi que les caractéristiques décrites en rapport avec les différents modes de réalisations peuvent être combinées tant qu’elle ne présente pas de contradiction technique ou structurelle à être combinées. Par exemple, un dispositif d’échange thermique selon l’invention peut à la fois comprendre un plot de fixation thermique selon le premier mode de réalisation et un plot de fixation selon un second mode de fixation, ou des caractéristiques du plot de premier mode de réalisation peuvent être combinées au plot de fixation de deuxième mode de réalisation.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
• la figure 1 montre une représentation schématique en perspective d’un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de l’invention,
• la figure 2 montre une représentation schématique d’un échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, • La figure 3 montre une vue latérale de l’échangeur de chaleur selon le second mode de réalisation,
• La figure 4 montre une représentation schématique d’un troisième mode de réalisation de l’invention.
[48] Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
[49] Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
[50] Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.
[51] Pour les deuxième et troisième modes de réalisation, seules les différences avec le premier mode de réalisation seront présentées ci-dessous.
[52] Les figures 1 , 2 et 4 étant des vues de dessous, seule la paroi de base est visible, la paroi d’échange thermique étant opposée à la paroi de base elle ne sera pas représentée sur ces figures.
[53] La figure 1 représente un premier mode de réalisation de l’invention dans lequel l’échangeur de chaleur 1 comprend un corps d’échange thermique 2 présentant :
- une paroi d’échange thermique 3 destiné à être en contact thermique avec l’élément électrique et/ou électronique - une paroi de base 4 (non représentée sur cette figure) opposée à la paroi d’échange thermique,
- un canal d’écoulement 5 d’un fluide caloporteur formé entre la paroi d’échange thermique et la paroi de base, le canal d’écoulement comprenant :
- une première zone 51 présentant un premier diamètre hydraulique moyen et un premier moyen de perturbation de flux de fluide caloporteur 61 ,
- une deuxième zone 52 présentant un deuxième diamètre hydraulique moyen et un deuxième moyen de perturbation de flux de fluide caloporteur 62, le deuxième diamètre hydraulique moyen et le deuxième moyen de perturbation de flux 62 étant différents du première diamètre hydraulique moyen et du premier moyen de perturbation de flux 61.
[54] Dans le premier mode de réalisation, le premier moyen de perturbation 61 de flux et le deuxième moyen de perturbation de flux 62 consistent en des pluralités de déformations locales de la paroi de base, les motifs de ces déformations sont différents, le deuxième moyen de perturbation de flux 62 est apte à générer une turbulence de l’écoulement du fluide caloporteur supérieure à la turbulence générée par le premier moyen de perturbation de flux 61 et le deuxième diamètre hydraulique moyen est supérieur au premier diamètre hydraulique moyen (non représentée).
[55] Le corps d’échange thermique comprend une pluralité de canaux d’écoulement 5, les canaux d'écoulement étant assemblés par paire. Le corps d’échange thermique comprenant donc une entrée 7, une chambre d’alimentation 71, une chambre d’évacuation 81 et une sortie 8 pour deux canaux d’écoulement 5.
[56] Les figures 2 et 3 présentent le deuxième mode de réalisation de l’invention, dans lequel le diamètre hydraulique est constant le long de chaque zone, et les première et deuxième zones sont séparées entre elles par une zone de transition. La zone de transition étant une zone de diamètre hydraulique évolutif dans le sens de circulation du flux passant du premier diamètre hydraulique au second diamètre hydraulique.
[57] Le premier moyen de perturbation de flux 61 et le deuxième moyen de perturbation de flux 62 sont chacun au moins une ailette définissant des chemins destinés à la circulation du fluide. Alternativement, le premier et le deuxième moyen de perturbation de flux pourrait être des déformations locales de la paroi de base (non représenté).
[58] Le corps d’échange thermique 3 comprenant une pluralité de canaux d’écoulement 5, chacun s’étendant entre une entrée 7 et une sortie 8.
[59] La figure 4 présente un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel le premier moyen de perturbation de flux 61 est formé par une pluralité de déformations de la paroi de base, et le deuxième moyen de perturbation de flux 62 est formé par une ailette.
[60] En outre, le corps d’échange thermique comprend une pluralité de canaux d’écoulement, chacun de ces canaux sont connectés par leur entrée 7 à une conduite d’alimentation 9 et par leur sortie à une conduite d’évacuation 10. La conduite d’alimentation comprend une ouverture d’alimentation 11 et la conduite d’évacuation comprend une ouverture d'évacuation 12 destinées à être connectées à un circuit de circulation de fluide caloporteur. Chacun des modes de réalisation peut comprendre une conduite d’alimentation et une conduite d’alimentation telle que représentées la figure 4.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Echangeur de chaleur (1) pour la gestion thermique d’un élément électrique et/ou électronique avantageusement d’un véhicule, comprenant un corps d’échange thermique (2) présentant :
- une paroi d’échange thermique (3) destinée à être en contact thermique avec l’élément électrique et/ou électronique
- une paroi de base (4) opposée à la paroi d’échange thermique,
- un canal d’écoulement (5) d’un fluide caloporteur formé entre la paroi d’échange thermique et la paroi de base, le canal d’écoulement comprenant :
- une première zone (51) présentant un premier diamètre hydraulique moyen et un premier moyen de perturbation de flux de fluide caloporteur (61 ),
- une deuxième zone (52) présentant un deuxième diamètre hydraulique moyen et un deuxième moyen de perturbation de flux de fluide caloporteur (62), le deuxième diamètre hydraulique moyen et le deuxième moyen de perturbation de flux (62) étant différents du première diamètre hydraulique moyen et du premier moyen de perturbation de flux (61).
[Revendication 2] Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième moyen de perturbation de flux (62) est apte à générer une turbulence de l’écoulement du fluide caloporteur supérieure à la turbulence générée par le premier moyen de perturbation de flux (61) et/ou le deuxième diamètre hydraulique moyen est supérieur au premier diamètre hydraulique moyen.
[Revendication 3] Echangeur de chaleur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier moyen de perturbation de flux et/ou le deuxième moyen de perturbation de flux consistent en une pluralité de déformations locales de la paroi de base.
[Revendication 4] Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, dans lequel la paroi de base comprend les déformations et des parties non
Il déformées entre chaque déformation, le ratio déformations / parties non déformée au cm2 de la première zone est inférieure au ratio déformations / parties non déformée de la deuxième zone.
[Revendication 5] Echangeur de chaleur selon l’une des revendications 3 et 4, dans lequel chaque déformation présente une hauteur H et un sommet éloigné d’une distance d non nulle de la paroi d’échange thermique.
[Revendication 6] Echangeur de chaleur selon l’une des revendications précédentes, le premier moyen de perturbation de flux et/ou le deuxième moyen de perturbation de flux consistent au moins une ailette définissant des chemins destinés à la circulation du fluide.
[Revendication 7] Echangeur de chaleur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la paroi d’échange thermique (3) est une première plaque et la paroi de base (4) est une deuxième plaque, le canal d’écoulement (5) étant formé par au moins une déformation de la deuxième plaque.
[Revendication 8] Echangeur de chaleur selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le diamètre hydraulique augmente de façon régulière le long du canal de la première (51) à la deuxième zone (52)
[Revendication 9] Echangeur de chaleur selon l’une des revendications 1 à 7 dans lequel, le diamètre hydraulique est constant le long de chaque zone (51 , 52), et les première (51) et deuxième zones (52) sont séparées entre elles par une zone de transition (53)
[Revendication 10] Echangeur de chaleur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première zone s’étend entre 50 et 80% de la longueur totale du canal, avantageusement 70%.
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