WO2023202888A1 - Vehicule avec systeme de refroidissement comprenant une plaque froide - Google Patents

Vehicule avec systeme de refroidissement comprenant une plaque froide Download PDF

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WO2023202888A1
WO2023202888A1 PCT/EP2023/059093 EP2023059093W WO2023202888A1 WO 2023202888 A1 WO2023202888 A1 WO 2023202888A1 EP 2023059093 W EP2023059093 W EP 2023059093W WO 2023202888 A1 WO2023202888 A1 WO 2023202888A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
cold plate
heat
closed circuit
thermal fluid
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/059093
Other languages
English (en)
Inventor
Pascal SMAGUE
Benjamin REVEILLE
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles
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Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles filed Critical IFP Energies Nouvelles
Publication of WO2023202888A1 publication Critical patent/WO2023202888A1/fr

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • B60K11/04—Arrangement or mounting of radiators, radiator shutters, or radiator blinds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling

Definitions

  • the present invention relates to the field of cooling heat-generating components within a vehicle, in particular a fuel cell, a circuit according to a Rankine cycle, a heat engine, an electric battery or an electric machine.
  • a fuel cell transforms chemical energy into electrical energy.
  • the chemical reaction implemented is a combustion of hydrogen in oxygen, the reaction of which can be written by the equation:
  • the electrochemical oxidation of hydrogen is carried out at an anode made of a conductive catalytic material, while the electrochemical reduction of oxygen occurs at a cathode. generally made of the same catalytic material.
  • the anodic and cathode compartments are separated by an electrolyte allowing the exchange of protons or ions.
  • the fuel cells which are currently proving the most promising are the so-called proton exchange membrane cells, operating from a source of hydrogen coming either from a bottle on board the vehicle, or from a unit producing hydrogen directly in the vehicle.
  • a reformer operating with a suitable fuel, such as methanol, gasoline, diesel, etc.
  • a suitable fuel such as methanol, gasoline, diesel, etc.
  • Such heat recovery circuits are linked to the engine cooling circuit, by a heat exchanger, generally an evaporator, and the heat they recover can be used to drive a turbine.
  • a heat exchanger generally an evaporator
  • Some prior art documents illustrating such achievements are EP1925806 A2, EP2320058 A1 and WO2016/069455 A1.
  • the problems related to the management of Rankine cycle cooling are particularly constrained for embedded applications, in particular within vehicles. Indeed, the condenser of the Rankine cycle circuit must be adjusted to the available space within the vehicle which includes the heat engine and the ORC circuit. In addition, it must allow significant cooling of the heat transfer fluid in the Rankine cycle circuit.
  • the thermal engine and/or the electric machine and/or the electric battery are also organs which generate heat and which must be cooled.
  • the sizing and performance constraints of the cooling system are also important.
  • Patent application US2021031838 AA concerns another solution based on an engine cover system which integrates a cooling system for a thermal engine or for an electric powertrain.
  • a device of heat transfer fluid coils is fixed on the interior part of the hood.
  • This is a heat transfer fluid circuit independent of the conventional cooling circuit connected to the vehicle's radiator.
  • This solution therefore requires two separate circuits, which makes it complex.
  • attaching a coil to the hood requires complexity of assembling the cooling system, or possibly complexity of a vehicle retrofit process.
  • the solution causes an increase in the temperature of the engine cover associated with the temperature of the heat transfer fluid to be cooled with an associated risk of burns for the user directly in contact with this cover. Summary of the invention
  • the invention aims to efficiently cool at least one component of a vehicle, in particular a component requiring strong cooling (such as a fuel cell or a circuit according to a Rankine cycle), without impacting the aerodynamics of the vehicle, and in a simple way.
  • a vehicle comprising a cooling system intended for cooling at least one heat-generating component of the vehicle.
  • the cooling system comprises a closed circuit for circulating a thermal fluid which includes a radiator, a means of heat exchange with the heat generating member, a pump and a cold plate device.
  • the cold plate is integrated into a body part of the vehicle. It includes a thermal fluid circulation channel which is embedded in a matrix, which is a bodywork part.
  • the cooling system comprises two distinct elements making it possible to effectively cool the thermal fluid (and therefore to effectively cool at least one organ): the radiator and the cold plate, which makes it possible to limit the dimensions of the radiator.
  • the integration of the cold plate into the body of the vehicle means that the exterior of the vehicle is not modified. In this way, the aerodynamics of the vehicle are preserved.
  • the invention relates to a vehicle comprising at least one heat-generating member and a cooling system for said at least one heat-generating member, said cooling system comprising a closed circuit for circulating a thermal fluid which comprises a radiator, a heat exchange means with said at least one heat generating member and a thermal fluid circulation pump.
  • the closed circuit further comprises a cold plate formed by a body part of said vehicle for cooling said thermal fluid, a channel for said thermal fluid being embedded in said body part forming said cold plate.
  • said heat generating member is a fuel cell, a condenser of a closed circuit according to a Rankine cycle, a heat engine, an electric battery, or an electric machine.
  • said body part is chosen from a front bumper, a roof spoiler, a roof deflector.
  • said channel of said cold plate has the shape of a serpentine or has parallel branches.
  • said cold plate is made of plastic material, of composite material, preferably said cold plate comprises means for improving the thermal conduction between the interior channel and the exterior air in particular by the addition of a powder or fiber.
  • said body part is reinforced by a rigid structure arranged inside said vehicle.
  • said closed circuit comprises a second pump, said second pump being arranged upstream or downstream of said cold plate.
  • said cold plate is mounted in series or in parallel with said radiator.
  • said vehicle is a land vehicle, in particular a heavy goods vehicle, a coach, a motor vehicle or a train.
  • said closed circuit comprises a thermostat upstream of said at least one heat-generating member, and said cold plate is arranged in said closed circuit upstream of said thermostat.
  • Figure 1 illustrates a three-dimensional view of a cold plate.
  • Figure 2 illustrates a sectional view of a cold plate.
  • Figure 3 illustrates a three-dimensional view of a cold plate.
  • Figure 4 illustrates a cooling system of a vehicle according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 5 illustrates a cooling system of a vehicle according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 6 illustrates a cooling system of a vehicle according to a third embodiment of the invention.
  • Figure 7 illustrates a cooling system of a vehicle according to a fourth embodiment of the invention.
  • Figure 8 illustrates an arrangement of the components of the vehicle cooling system according to a first alternative embodiment of the invention.
  • Figure 9 illustrates an arrangement of the components of the vehicle cooling system according to a second alternative embodiment of the invention.
  • the present invention relates to a vehicle which comprises at least one heat generating member and a cooling system.
  • the cooling system is intended to cool the at least one heat-generating member.
  • the vehicle is a motorized vehicle.
  • it may be a land vehicle; it may in particular be a heavy goods vehicle, a coach, a motor vehicle, a train, a hovercraft, an amphibious vehicle, etc.
  • the heat-generating component may in particular be an energy converter, that is to say an on-board component within the vehicle which converts one energy into another.
  • This energy component can be a component of the powertrain of the vehicle.
  • the heat generating unit can be a fuel cell, a condenser of a closed circuit according to the Rankine cycle (which converts heat into energy and called ORC circuit), a heat engine, a electric machine or an electric battery.
  • the cooling system can be provided to cool all the components of the powertrain of the vehicle.
  • the cooling system comprises a closed circuit for circulating a thermal fluid (also called heat transfer fluid).
  • the thermal fluid may comprise a mixture of ethylene glycol and water, for example at a level of 30 to 40% ethylene glycol in water, to allow gel resistance up to -20/-30 °C.
  • the thermal fluid may further comprise an anti-corrosion additive.
  • the thermal fluid can be of any type adapted to the temperatures used by the heat generating member.
  • the closed circuit includes at least the following elements: - A radiator, which is a heat exchanger placed on the front of the vehicle, which allows heat exchange between the ambient air and the thermal fluid; for this main heat exchange, air circulates within the radiator (air passes through the radiator), the air flow being generated by the movement of the vehicle. The radiator thus allows the thermal fluid circulating in the radiator pipes to be cooled.
  • This means of heat exchange makes it possible to cool the body generating heat, thanks to the thermal fluid cooled by the radiator.
  • the means of heat exchange in a fuel cell, in an electric machine (if applicable), a heat engine and an electric battery (if applicable) can be conduction exchangers between a hot body and a liquid circuit .
  • the evaporator and condenser of an ORC circuit can be liquid/liquid type exchangers.
  • a thermal fluid circulation pump in the closed circuit A thermal fluid circulation pump in the closed circuit.
  • the closed circuit includes a cold plate for cooling the thermal fluid.
  • a cold plate is a thin part (the thickness is less than the other dimensions of the plate) integrating a single channel or a multiple channel and branched in series and/or parallel, for a thermal fluid, a heat exchange is carried out between a surface of the cold plate and the thermal fluid circulating in the channel. For this heat exchange, the ambient air does not pass through the cold plate.
  • the cold plate is smooth and without rough edges.
  • the cold plate is formed by a body part of the vehicle, and a channel for the thermal fluid is embedded in the cold plate.
  • the cold plate has the shape of the bodywork part; it can be flat or not, curved or not, etc.
  • the cooling system includes two distinct components for cooling the thermal fluid: the radiator and the cold plate, which makes it possible to increase the cooling capacity, while limiting the dimensions of the radiator.
  • the aerodynamics of the vehicle are not impacted and it is not necessary to increase the surface area of the radiator to increase the vehicle's cooling performance.
  • the cold plate being integrated into the body part while being thin and smooth without roughness, the style of the vehicle is not modified, and the mass of the bodywork is only slightly impacted.
  • the cooling system comprises a single circuit in which a single thermal fluid circulates for cooling at least one heat-generating component of the vehicle: the same thermal fluid circulates in the radiator and in the cold plate.
  • This increased cooling capacity is particularly suitable for a fuel cell, or for a condenser of a closed circuit according to a Rankine cycle (ORC).
  • ORC Rankine cycle
  • the invention is particularly suitable for a heavy goods vehicle or a coach, which includes a fuel cell or an ORC circuit.
  • cooling system is particularly suitable for a vehicle retrofit process.
  • modifying the cooling system only requires the addition of a cold plate to replace a body part, and the fluid connection between the components of the closed thermal fluid circulation circuit.
  • the body part can be chosen in particular from the front bumper, a roof spoiler, a roof deflector such as a cabin roof deflector for a heavy goods vehicle tractor or a roof deflector of a a coach, or any similar bodywork part.
  • the body part can be arranged in an area of the vehicle that is rarely handled or at a distance from the users of the vehicle, in order to avoid any risk of burns.
  • the body part comprising the cold plate may preferably not be the hood or a door of the vehicle.
  • the channel of the cold plate can have approximately the shape of a circular serpentine.
  • the channel may have a substantially rectilinear or circular path within the cold plate or have any equivalent shape. It can be simple or branched in series and/or in parallel for fluid distribution adapted to the needs.
  • said cold plate can be made of metal, plastic material, composite material, or any similar material.
  • the cold plate may be made of plastic or composite material. These preferred materials make it possible to lighten the cold plate and even more so the bodywork part (which is of interest for the efficiency of the vehicle), while improving the safety of the vehicle, by avoiding bodywork parts that are too hot (which can be a source of burns).
  • the material of the cold plate comprises heat conduction means in the matrix of the bodywork part if the main production material is poorly conductive.
  • the heat conduction means can for example be a powder or metallic fibers (for example, non-limiting examples of aluminum, copper), graphite or any other similar single-element or multi-material.
  • the cold plate can be made of plastic or composite material with such thermal conduction means such as a powder or fibers, in particular metallic or graphite or a similar material. This implementation allows a good compromise between energy efficiency of the cooling system, vehicle efficiency and safety.
  • the body part may comprise a rigid structure inside the body part.
  • This rigid structure allows the rigidity of the cold plate, and also makes it possible to participate in the thermal conduction between the channel and the exterior surface of the cold plate, in particular by using thermal bridges in the rigid structure.
  • the closed circuit may comprise a second pump, for example an electric pump or a mechanical pump.
  • This second pump makes it possible to improve the circulation of the thermal fluid and to compensate for the pressure losses induced by the circulation of the thermal fluid in the cold plate.
  • the cold plate can be mounted in the closed circuit of the cooling system in parallel with the radiator.
  • the cold plate can be mounted in the closed circuit of the series cooling system of the radiator or heat generating component.
  • the closed circuit of the cooling system may include a thermostat, to control the operation of the cooling system as a function of the temperature of the thermal fluid.
  • a thermostat is a valve that opens or closes depending on the temperature of the thermal fluid.
  • the thermostat can be arranged upstream of the heat generating member (in the direction of circulation of the thermal fluid in the closed circuit). Alternatively, the thermostat can be arranged downstream of the heat generating member (in the direction of circulation of the thermal fluid in the closed circuit).
  • the cold plate can be arranged upstream of the thermostat (in the direction of circulation of the thermal fluid in the closed circuit), for optimization of the cooling of the thermal fluid before cooling the member generating the heat. heat.
  • the closed circuit may include other elements, in particular valve means and/or a unit heater.
  • This last embodiment (air heater) is particularly suitable for an on-board fuel cell or an ORC circuit within a vehicle. Indeed, the air heater can be used in particular for heating the passenger compartment of the vehicle, while allowing the heat to be evacuated from the fuel cell or the ORC circuit.
  • the closed circuit may include at least one additional element to be cooled.
  • the additional element to be cooled may be linked to the heat generating member.
  • the member is a fuel cell: for example an electric battery connected to the fuel cell, an electric machine powered by the fuel cell, a supply of air or pure oxygen of the fuel cell, and a water drain from the fuel cell, or any other element. Cooling the air or pure oxygen supply to the fuel cell can help cool the compressed oxygen used within the fuel cell. Moisture-saturated air escaping from the fuel cell can also be cooled.
  • the cooling system allows the fuel cell as well as other elements of the vehicle's powertrain to be cooled in a more compact manner.
  • the invention relates to a method for retrofitting a vehicle which comprises an original powertrain (for example a thermal engine) and an original cooling system, in which the following steps are implemented:
  • the powertrain of the vehicle is modified, for example by replacing a heat engine with a fuel cell and an electric machine or with an electric battery and an electric machine,
  • a body part of the vehicle is replaced with a body part which includes a cooling function with a cold plate, and
  • the cold plate channel is connected to the closed circuit of the vehicle's main cooling system.
  • This retrofit process makes it possible to transform a vehicle into a vehicle according to any of the variants or combinations of variants of the invention.
  • Figures 1 and 2 represent, schematically and in a non-limiting manner, a cold plate according to one embodiment of the invention.
  • Figure 1 is a three-dimensional view of the cold plate and
  • Figure 2 is a sectional view along axis AA of Figure 1.
  • a cold plate 1 is a thin plate.
  • Plate 1 has an inlet 2 for the thermal fluid, and an outlet 3 for the thermal fluid, as well as a channel 4 for the circulation of the thermal fluid between inlet 2 and outlet 3.
  • Channel 4 is embedded in the cold plate 1.
  • Channel 4 has substantially the shape of a serpentine and is substantially tubular (circular section).
  • the surface of the cold plate 1 which has the inlet 2 and the outlet 3 is a surface which is inside the vehicle, and the surface of the cold plate 1 which is swept by the flow d
  • the air F is the surface of the cold plate 1 which is outside the vehicle.
  • the cold plate 1 shown is a parallelepiped flat plate. However, the cold plate 1 of the cooling system takes the shape of the body part in which it is integrated.
  • Figure 3 represents, schematically and in a non-limiting manner, a cold plate according to one embodiment of the invention.
  • Figure 3 is a three-dimensional view of the cold plate.
  • a cold plate 1 is a thin plate.
  • Plate 1 has an inlet 2 for the thermal fluid, and an outlet 3 for the thermal fluid, as well as a channel 4 for the circulation of the thermal fluid between inlet 2 and outlet 3.
  • Channel 4 is embedded in the cold plate 1.
  • Channel 4 has parallel branches.
  • the surface of the cold wall 1 which has the inlet 2 and the outlet 3 is a surface which is inside the vehicle, and the surface of the cold wall 1 which is swept by the flow d
  • the air F is the surface of the cold plate 1 which is outside the vehicle.
  • the cold plate 1 shown is a parallelepiped flat plate. However, the cold plate 1 of the cooling system takes the shape of the body part in which it is integrated.
  • FIGS. 4 to 7 represent, schematically and in a non-limiting manner, four closed circuit embodiments of a cooling system.
  • the elements which have the same reference signs designate the same components.
  • Figure 4 represents a cooling system of a vehicle according to a first embodiment of the invention.
  • the closed circuit 10 of the cooling system comprises a pump 6 for circulating the thermal fluid, a radiator 7, a cold plate 1, a heat generating member 5.
  • the cold plate 1 is in series with the radiator 7 and is arranged upstream of the heat generating member 5, in the direction of circulation of the thermal fluid.
  • the cold plate 1 can be arranged upstream of the radiator 7, in the direction of circulation of the thermal fluid.
  • Figure 5 represents a cooling system of a vehicle according to a second embodiment of the invention.
  • the closed circuit 10 of the cooling system comprises a pump 6 for circulating the thermal fluid, a radiator 7, a cold plate 1, a heat generating member 5.
  • the cold plate 1 is in parallel with the radiator 7, and is arranged upstream of the heat generating member 5, in the direction of circulation of the thermal fluid.
  • Figure 6 represents a cooling system of a vehicle according to a third embodiment of the invention.
  • the closed circuit 10 of the cooling system comprises a pump 6 for circulating the thermal fluid, a radiator 7, a cold plate 1, a heat generating member 5 and a second pump 8 circulation of the thermal fluid.
  • the cold plate 1 is in series with the radiator 7, and is arranged upstream of the heat generating member 5, in the direction of circulation of the thermal fluid.
  • the second pump 8 is arranged between the radiator 7 and the cold plate 1.
  • the cold plate 1 and the second pump 8 can be arranged upstream of the radiator 7, in the direction of circulation of the thermal fluid.
  • Figure 7 represents a cooling system of a vehicle according to a fourth embodiment of the invention.
  • the closed circuit 10 of the cooling system comprises a pump 6 for circulating the thermal fluid, a radiator 7, a cold plate 1, a heat generating member 5 and a thermostat 9.
  • the cold plate 1 is in parallel with the radiator 7, and is arranged upstream of the heat generating member 5, in the direction of circulation of the thermal fluid.
  • the thermostat 9 is arranged between, on the one hand, the cold plate 1 and the radiator 7, and on the other hand, the member 5 generating heat.
  • the closed circuit can also include a second thermostat 12 placed in the parallel branch of the cold plate 1.
  • the thermostat 9 can be arranged in the closed circuit of the embodiments of Figures 4 and 6, for example upstream of the member 5 generating heat, in the direction of circulation of the thermal fluid.
  • the second pump 8 can also be arranged in the parallel branch comprising the cold plate 1, for example for the embodiments of Figures 5 and 7.
  • Other components such as valves and a unit heater can be included in the closed circuit of the embodiments of Figures 4 to 7.
  • Figure 8 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, an arrangement of components of the vehicle cooling system according to a first alternative embodiment of the invention. In this figure, the pipes and the pump of the closed circuit are not shown.
  • Figure 8 represents a heavy weight 11.
  • the vehicle 11 includes a radiator 7 on the front of the heavy goods vehicle 11, a member 5 generating heat.
  • the cabin of the heavy goods vehicle 11 includes a roof deflector 1 as a cold plate of the closed thermal fluid circulation circuit.
  • Figure 9 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, an arrangement of components of the vehicle cooling system according to a second alternative embodiment of the invention.
  • the pipes and the closed circuit pump are not shown.
  • Figure 9 represents a heavy weight 11.
  • the vehicle 11 includes a radiator 7 on the front of the heavy goods vehicle 11, a member 5 generating heat.
  • the heavy weight 11 includes a bumper 1 as a cold plate of the closed thermal fluid circulation circuit.
  • the invention is not limited only to the embodiments of the cooling system, described above by way of example, on the contrary it embraces all the alternative embodiments.

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Abstract

La présente invention concerne un véhicule comprenant un système de refroidissement destiné au refroidissement d'au moins un organe du véhicule générant de la chaleur (5). Le système de refroidissement comprend un circuit fermé (10) de circulation d'un fluide thermique qui comporte un radiateur (7), un moyen d'échange de chaleur avec l'organe générant de la chaleur (5), une pompe (6) et un dispositif de plaque froide (1). La plaque froide (1) est intégrée à une pièce de carrosserie du véhicule.

Description

VEHICULE AVEC SYSTEME DE REFROIDISSEMENT COMPRENANT UNE PLAQUE FROIDE
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine du refroidissement des organes générant de la chaleur au sein d’un véhicule, notamment une pile à combustible, un circuit selon un cycle de Rankine, un moteur thermique, une batterie électrique ou une machine électrique.
De nombreux travaux sont consacrés actuellement au développement des piles à combustible en tant que sources d'énergie électrique pour l'alimentation, tant pour des applications stationnaires, que pour des applications embarquées, notamment pour des véhicules entraînés par des machines électriques. En effet, les avantages environnementaux des piles à combustible (rendements électrique et énergétique élevés, très faibles émissions de gaz nocifs, absence d’émission de gaz à effet de serre, faible nuisance sonore, production localisée...) sont des atouts qui deviennent importants, en particulier pour le domaine du transport.
Une pile à combustible permet de transformer une énergie chimique en énergie électrique. Dans le cas d’une pile à combustible hydrogène/oxygène, la réaction chimique mise en oeuvre est une combustion de l’hydrogène dans l’oxygène, dont la réaction peut s’écrire par l’équation :
Figure imgf000002_0001
Au sein d’une pile à combustible, l’oxydation électrochimique de l’hydrogène est réalisée au niveau d’une anode constituée d’un matériau catalytique conducteur, alors que la réduction électrochimique de l’oxygène se produit au niveau d’une cathode généralement constituée d’un même matériau catalytique. De plus, les compartiments anodique et cathodique sont séparés par un électrolyte permettant l’échange de protons ou d’ions.
Pour les véhicules, les piles à combustible qui s'avèrent actuellement les plus prometteuses sont les piles dites à membrane échangeuse de protons, fonctionnant à partir d'une source d'hydrogène provenant soit d'une bouteille embarquée dans le véhicule, soit d'une unité produisant directement de l'hydrogène dans le véhicule. C'est ainsi que l'on peut produire directement de l'hydrogène en utilisant un reformeur fonctionnant avec un carburant approprié, tel que le méthanol, l'essence, le gazole, etc. Dans un véhicule, il faut non seulement refroidir le moteur électrique assurant la propulsion du véhicule ainsi que la commande de puissance du moteur, sa batterie éventuellement s’il en est équipé mais aussi la pile à combustible elle- même puisque cette dernière est génératrice de pertes thermiques liées aux réactions électrochimiques se déroulant aux électrodes, et aux pertes ohmiques à la membrane.
Ces problèmes liés à la gestion du refroidissement de la pile à combustible sont particulièrement contraints pour les applications embarquées, en particulier au sein des véhicules. En effet, le dimensionnement du système de refroidissement et de récupération de la chaleur doit être ajusté à la place disponible, et doit permettre un refroidissement important supérieur à celui d’un moteur thermique car la pile à combustible fonctionne à une température inférieure et doit évacuer plus de calories vers le circuit de refroidissement.
De plus, dans le domaine de la récupération de la chaleur au moyen d’un circuit fermé selon un cycle de Rankine, les contraintes pour le refroidissement du moteur thermique et le circuit de récupération de chaleur sont également importantes. En effet, pour cette configuration, les circuits classiques de refroidissement de moteurs thermiques passent par des équipements tels que des radiateurs à eau glycolée pour céder la chaleur acquise par le fluide caloporteur et le recondenser une fois le travail récupéré par la machine de détente du cycle Rankine. La chaleur dissipée dans les radiateurs est toutefois perdue, et c’est pourquoi des dispositifs plus complets, comprenant encore un circuit récupérateur de chaleur adjoint au circuit de refroidissement, ont aussi été développés pour en limiter les pertes. Dans ce but, un intérêt particulier a été apporté aux circuits récupérateurs de chaleur à cycle organique de Rankine, ou ORC (de l’anglais « Organic Rankine Cycle »). De tels circuits de récupération de chaleur sont en relation avec le circuit de refroidissement du moteur, par un échangeur de chaleur, généralement un évaporateur, et la chaleur qu’ils récupèrent peut être utilisée à entraîner une turbine. Certains documents de l’art antérieur illustrant de telles réalisations sont EP1925806 A2, EP2320058 A1 et WO2016/069455 A1 . Les problèmes liés à la gestion du refroidissement du cycle de Rankine sont particulièrement contraints pour les applications embarquées, en particulier au sein des véhicules. En effet, le condenseur du circuit du cycle de Rankine doit être ajusté à la place disponible au sein du véhicule qui comporte le moteur thermique et le circuit ORC. De plus, il doit permettre un refroidissement important du fluide caloporteur du circuit du cycle de Rankine.
En outre, dans le domaine des véhicules thermiques, des véhicules électrifiés ou des véhicules hybrides, le moteur thermique et/ou la machine électrique et/ou la batterie électrique sont également des organes qui génèrent de la chaleur et qui doivent être refroidis. Pour ces véhicules, les contraintes de dimensionnement et de performances du système de refroidissement sont également importantes. Technique antérieure
Différentes solutions ont été envisagées pour réaliser un système de refroidissement de véhicule qui soit performant, même pour des organes embarqués nécessitant un fort refroidissement.
Une solution qui pourrait être envisagée pourrait être l’augmentation de la taille du radiateur du véhicule. Toutefois, cette solution n’est pas possible en rétrofit (réaménagement) sur un véhicule existant ou plus généralement sur une plateforme véhicule existante ou seul un changement de groupe motopropulseur est réalisé lors du développement du véhicule. De plus, cette solution nécessite de modifier le profil du véhicule, et par conséquent son aérodynamisme, ce qui influe directement sur la consommation énergétique du véhicule, et par conséquent sur les émissions de polluants dans le cas des moteurs thermiques.
Une autre solution est décrite dans la demande de brevet US2021402843 A, qui illustre un système de refroidissement d’un véhicule électrique qui comporte un radiateur sur la face avant du véhicule, ainsi qu’un échangeur surfacique sous la caisse véhicule. Chaque échangeur de chaleur (radiateur et échangeur surfacique) sont inclus dans une boucle de refroidissement distincte. Ce système vise à réaliser de la gestion thermique du groupe moto propulseur électrique et à assurer des capacités de refroidissement augmenté. Le système est associé à un distributeur permettant d’utiliser une ou deux boucles de refroidissement selon le fonctionnement du véhicule. Par exemple à haute vitesse, on ferme les entrées d’air en face avant au niveau du radiateur pour améliorer l’aérodynamisme du véhicule, on utilise le second échangeur de chaleur surfacique pour le refroidissement. Cette conception nécessite deux échangeurs de chaleur traversés par l’air, ce qui implique une complexité du système.
La demande de brevet US2021031838 AA concerne une autre solution basée sur un système de capot du moteur qui intègre un système de refroidissement pour un moteur thermique ou pour un groupe motopropulseur électrique. Pour cela, un dispositif de serpentins de fluide caloporteurs est fixé sur la partie intérieure du capot. Il s’agit d’un circuit de fluide caloporteur indépendant du circuit de refroidissement conventionnel relié au radiateur du véhicule. Cette solution nécessite donc deux circuits distincts ce qui le rend complexe. En outre, la fixation d’un serpentin sur le capot nécessite une complexité d’assemblage du système de refroidissement, ou éventuellement une complexité d’un procédé de rétrofit d’un véhicule. En outre, la solution entraine une augmentation de la température du capot moteur associée à la température du fluide caloporteur à refroidir avec un risque de brûlure associée pour l’usager directement en contact avec ce capot. Résumé de l’invention
L’invention a pour but de refroidir de manière performante au moins un organe d’un véhicule, en particulier un organe nécessitant un fort refroidissement (tel qu’une pile à combustible ou un circuit selon un cycle de Rankine), sans impacter l’aérodynamisme du véhicule, et de manière simple. Dans ce but, l’invention concerne un véhicule comprenant un système de refroidissement destiné au refroidissement d’au moins un organe du véhicule générant de la chaleur. Le système de refroidissement comprend un circuit fermé de circulation d’un fluide thermique qui comporte un radiateur, un moyen d’échange de chaleur avec l’organe générant de la chaleur, une pompe et un dispositif de plaque froide. La plaque froide est intégrée à une pièce de carrosserie du véhicule. Elle comporte d’un canal de circulation du fluide thermique qui est noyé dans une matrice, qui est une pièce de carrosserie. Cette plaque froide assure le refroidissement du fluide thermique circulant dans le canal. Ainsi, le système de refroidissement comprend deux éléments distincts permettant de refroidir efficacement le fluide thermique (et par conséquent de refroidir efficacement au moins un organe) : le radiateur et la plaque froide, ce qui permet de limiter les dimensions du radiateur. De plus, l’intégration de la plaque froide dans la carrosserie du véhicule permet de ne pas modifier l’extérieur du véhicule. De cette manière, l’aérodynamisme du véhicule est conservé.
D'autres caractéristiques et avantages du système selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
L’invention concerne un véhicule comprenant au moins un organe générant de la chaleur et un système de refroidissement dudit au moins un organe générant de la chaleur, ledit système de refroidissement comprenant un circuit fermé de circulation d’un fluide thermique qui comporte un radiateur, un moyen d’échange de chaleur avec ledit au moins un organe générant de la chaleur et une pompe de circulation du fluide thermique. Le circuit fermé comprend en outre une plaque froide formée par une pièce de carrosserie dudit véhicule pour le refroidissement dudit fluide thermique, un canal pour ledit fluide thermique étant noyé dans ladite pièce de carrosserie formant ladite plaque froide.
Selon un mode de réalisation de l’invention, ledit organe générant de la chaleur est une pile à combustible, un condenseur d’un circuit fermé selon un cycle de Rankine, un moteur thermique, une batterie électrique, ou une machine électrique. Avantageusement, ladite pièce de carrosserie est choisie parmi un parechoc avant, un béquet de toit, un déflecteur de toit.
Selon un aspect de l’invention, ledit canal de ladite plaque froide a une forme de serpentin ou comporte des ramifications parallèles.
Conformément à une mise en oeuvre, ladite plaque froide est en matériau plastique, en matériau composite, de préférence ladite plaque froide comprend des moyens d’amélioration de la conduction thermique entre le canal intérieur et l’air extérieur notamment par l’ajout d’une poudre ou de fibres.
Selon une caractéristique, ladite pièce de carrosserie est renforcée par une structure rigide agencée à l’intérieur dudit véhicule.
De manière avantageuse, ledit circuit fermé comprend une deuxième pompe, ladite deuxième pompe étant agencée en amont ou en aval de ladite plaque froide.
Conformément à un mode de réalisation, au sein dudit circuit fermé, ladite plaque froide est montée en série ou en parallèle dudit radiateur.
Conformément à un aspect de l’invention, ledit véhicule est un véhicule terrestre, notamment un poids lourd, un car, un véhicule automobile ou un train
Selon une mise en oeuvre, ledit circuit fermé comprend un thermostat en amont dudit au moins un organe générant de la chaleur, et ladite plaque froide est agencée dans ledit circuit fermé en amont dudit thermostat.
Liste des figures
La figure 1 illustre une vue tridimensionnelle d’une plaque froide.
La figure 2 illustre une vue en coupe d’une plaque froide.
La figure 3 illustre une vue tridimensionnelle d’une plaque froide.
La figure 4 illustre un système de refroidissement d’un véhicule selon un premier mode de réalisation de l’invention.
La figure 5 illustre un système de refroidissement d’un véhicule selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. La figure 6 illustre un système de refroidissement d’un véhicule selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
La figure 7 illustre un système de refroidissement d’un véhicule selon un quatrième mode de réalisation de l’invention.
La figure 8 illustre un agencement des composants du système de refroidissement de véhicule selon une première variante de réalisation de l’invention.
La figure 9 illustre un agencement des composants du système de refroidissement de véhicule selon une deuxième variante de réalisation de l’invention.
Description des modes de réalisation
La présente invention concerne un véhicule qui comporte au moins un organe générant de la chaleur et un système de refroidissement. Le système de refroidissement est destiné à refroidir l’au moins un organe générant de la chaleur.
Avantageusement, le véhicule est un véhicule motorisé. De préférence, il peut s’agir d’un véhicule terrestre ; il peut s’agir notamment d’un poids lourd, d’un car, d’un véhicule automobile, d’un train, d’un aéroglisseur, d’un véhicule amphibie, etc.
L’organe générant de la chaleur peut notamment être un convertisseur énergétique, c’est-à- dire un organe embarqué au sein du véhicule qui convertit une énergie en une autre. Cet organe énergétique peut être un organe du groupe motopropulseur du véhicule. Par exemple, l’organe générant de la chaleur peut être une pile à combustible, un condenseur d’un circuit fermé selon le cycle de Rankine (qui permet de convertir de la chaleur en énergie et appelé circuit ORC), un moteur thermique, une machine électrique ou une batterie électrique. De manière préférée, le système de refroidissement peut être prévu pour refroidir tous les organes du groupe motopropulseur du véhicule.
Selon l’invention, le système de refroidissement comprend un circuit fermé de circulation d’un fluide thermique (appelé aussi fluide caloporteur). Selon un exemple de réalisation, le fluide thermique peut comprendre un mélange éthylène glycol et eau, par exemple à hauteur de 30 à 40% d’éthylène glycol dans l’eau, pour permettre une tenue au gel jusqu’à -20/-30°C. Le fluide thermique peut comprendre en outre un additif anticorrosion. Alternativement, le fluide thermique peut être de tout type adapté aux températures mises en oeuvre par l’organe générant de la chaleur. Le circuit fermé comprend au moins les éléments suivants : - Un radiateur, qui est un échangeur de chaleur placé en face avant du véhicule, qui permet un échange de chaleur entre l’air ambiant et le fluide thermique ; pour cet échange de chaleur principal, l’air circule au sein du radiateur (l’air traverse le radiateur), le débit d’air étant généré par le déplacement du véhicule. Le radiateur permet ainsi de refroidir le fluide thermique circulant dans les canalisations du radiateur
- Un moyen d’échange de chaleur entre l’organe générant de la chaleur et le fluide thermique. Ce moyen d’échange de chaleur permet de refroidir l’organe générant de la chaleur, grâce au fluide thermique refroidi par le radiateur. Les moyens d’échange de chaleur dans une pile à combustible, dans une machine électrique (le cas échéant), un moteur thermique et une batterie électrique (le cas échéant) peuvent être des échangeurs de conduction entre un corps chaud et un circuit de liquide. L’évaporateur et le condenseur d’un circuit ORC peuvent être des échangeurs du type liquide/liquide.
Une pompe de circulation du fluide thermique dans le circuit fermé.
- Des conduites pour relier les différents composants du circuit fermé.
En outre, le circuit fermé comporte une plaque froide pour le refroidissement du fluide thermique. Une plaque froide est une pièce de faible épaisseur (l’épaisseur est inférieure aux autres dimensions de la plaque) intégrant un canal simple ou un canal multiple et ramifié en série et/ou parallèle, pour un fluide thermique, un échange de chaleur est réalisé entre une surface de la plaque froide et le fluide thermique circulant dans le canal. Pour cet échange de chaleur, l’air ambiant ne traverse pas la plaque froide. De plus, la plaque froide est lisse et sans aspérités. Selon l’invention, la plaque froide est formée par une pièce de carrosserie du véhicule, et un canal pour le fluide thermique est noyé dans la plaque froide. Ainsi, la plaque froide a une forme de la pièce de carrosserie ; elle peut être plane ou non, courbe ou non, etc. Lorsque le véhicule se déplace, la surface extérieure de la plaque froide (le côté extérieur est défini par rapport à l’extérieur du véhicule) est refroidie par convection par la circulation de l’air ambiant, ce qui permet de refroidir par conduction thermique au sein de la plaque entre la surface extérieure et le fluide thermique qui circule dans le canal de la plaque froide. Ainsi, le système de refroidissement comprend deux composants distincts pour le refroidissement du fluide thermique : le radiateur et la plaque froide, ce qui permet d’augmenter la capacité de refroidissement, tout en limitant les dimensions du radiateur. De cette manière, l’aérodynamisme du véhicule n’est pas impacté et il n’est pas nécessaire d’augmenter la surface du radiateur pour augmenter les performances de refroidissement du véhicule. En outre, la plaque froide étant intégrée dans la pièce de carrosserie en étant peu épaisse et lisse sans aspérité, le style du véhicule n’est pas modifié, et la masse de la carrosserie faiblement impactée.
Le système de refroidissement comprend un seul circuit dans lequel circule un seul fluide thermique pour le refroidissement d’au moins un organe générant de la chaleur du véhicule : le même fluide thermique circule dans le radiateur et dans la plaque froide.
Cette capacité augmentée du refroidissement est particulièrement adaptée pour une pile à combustible, ou pour un condenseur d’un circuit fermé selon un cycle de Rankine (ORC). Ainsi, l’invention est particulièrement adaptée pour un poids lourd ou un car, qui comporte une pile à combustible ou un circuit ORC.
De plus, le système de refroidissement est particulièrement adapté pour un procédé de rétrofit d’un véhicule. En effet, la modification du système de refroidissement nécessite uniquement l’ajout d’une plaque froide en remplacement d’une pièce de carrosserie, et la connexion fluidique entre les composants du circuit fermé de circulation du fluide thermique.
De manière avantageuse, la pièce de carrosserie peut être choisie notamment parmi le parechoc avant, un béquet de toit, un déflecteur de toit tel qu’un déflecteur de toit de cabine pour un tracteur d’un poids lourd ou un déflecteur de toit d’un car, ou toute pièce de carrosserie analogue. De préférence, la pièce de carrosserie peut être agencée dans une zone du véhicule peu manipulée ou à distance des utilisateurs du véhicule, afin d’éviter tout risque de brulure. Ainsi, la pièce de carrosserie comportant la plaque froide peut préférentiellement ne pas être le capot ou une porte du véhicule.
Afin d’augmenter le transfert thermique au sein de la plaque thermique, le canal de la plaque froide peut avoir sensiblement la forme d’un serpentin circulaire. Alternativement, le canal peut avoir un chemin sensiblement rectiligne ou circulaire au sein de la plaque froide ou avoir toute forme équivalente. Il peut être simple ou ramifié en série et/ou en parallèle pour une distribution de fluide adaptée au besoin.
Conformément à une mise en oeuvre de l’invention, ladite plaque froide peut être en métal, en matériau plastique, en matériau composite, ou tout matériau analogue. De préférence, la plaque froide peut être en matériau plastique ou composite. Ces matériaux préférés permettent un allégement de la plaque froide et a fortiori de la pièce de carrosserie (ce qui a un intérêt pour l’efficience du véhicule), tout en améliorant la sécurité du véhicule, en évitant les pièces de carrosserie trop chaudes (qui peuvent être source de brûlure). Selon une option de réalisation, le matériau de la plaque froide comprend des moyens de conduction thermique dans la matrice de la pièce de carrosserie si le matériau principal de réalisation est peu conducteur. Les moyens de conduction thermique peuvent par exemple être une poudre ou des fibres métalliques (par exemples non limitatifs en aluminium, cuivre), en graphite ou en tout autre mono-élément ou multi matériaux analogues. Ces moyens de conduction thermique permettent d’augmenter les échanges de chaleur entre l’air ambiant à l’extérieur du véhicule et le fluide thermique dans le canal de la plaque froide. Ainsi, selon une mise en oeuvre préférée de l’invention, la plaque froide peut être en matériau plastique ou composite avec de tels moyens de conduction thermique tels qu’une poudre ou des fibres, en particulier métalliques ou en graphite ou en matériau analogue. Cette mise en oeuvre permet un bon compromis, entre efficacité énergétique du système de refroidissement, efficience du véhicule et sécurité.
Selon un aspect de l’invention, la pièce de carrosserie peut comprendre une structure rigide à l’intérieur de la pièce de carrosserie. Cette structure rigide permet la rigidité de la plaque froide, et permet aussi de participer à la conduction thermique entre le canal et la surface extérieure de la plaque froide, notamment par utilisation de ponts thermiques dans la structure rigide.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le circuit fermé peut comprendre une deuxième pompe, par exemple une pompe électrique ou une pompe mécanique. Cette deuxième pompe permet d’améliorer la circulation du fluide thermique et de compenser les pertes de charge induites par la circulation du fluide thermique dans la plaque froide.
Conformément à une mise en oeuvre de l’invention, la plaque froide peut être montée dans le circuit fermé du système de refroidissement en parallèle du radiateur. Alternativement, la plaque froide peut être montée dans le circuit fermé du système de refroidissement en série du radiateur ou de l’organe générant de la chaleur.
En outre, le circuit fermé du système de refroidissement peut comprendre un thermostat, pour piloter le fonctionnement du système de refroidissement en fonction de la température du fluide thermique. Un thermostat est une vanne qui s’ouvre ou se ferme en fonction de la température du fluide thermique. Le thermostat peut être agencé en amont de l’organe générant de la chaleur (dans le sens de circulation du fluide thermique dans le circuit fermé). En variante, le thermostat peut être agencé en aval de l’organe générant de la chaleur (dans le sens de circulation du fluide thermique dans le circuit fermé).
Pour ce mode de réalisation, la plaque froide peut être agencée en amont du thermostat (dans le sens de circulation du fluide thermique dans le circuit fermé), pour l’optimisation du refroidissement du fluide thermique avant le refroidissement de l’organe générant de la chaleur.
On peut également positionner un thermostat sur la branche du circuit comportant la plaque froide pour n’utiliser cette option de refroidissement qu’en fonction des besoins. Le circuit fermé peut comporter d’autres éléments, en particulier des moyens de vannage et/ou un aérotherme. Ce dernier mode de réalisation (aérotherme) est particulièrement adapté pour une pile à combustible embarquée ou un circuit ORC au sein d’un véhicule. En effet, l’aérotherme peut servir notamment pour le chauffage de l’habitacle du véhicule, tout en permettant d’évacuer la chaleur de la pile à combustible ou du circuit ORC.
Conformément à une mise en oeuvre de l’invention, le circuit fermé peut comprendre au moins un élément supplémentaire à refroidir. De préférence, l’élément supplémentaire à refroidir peut-être lié à l’organe générant de la chaleur. Par exemple, pour le mode de réalisation pour lequel l’organe est une pile à combustible : par exemple une batterie électrique connectée à la pile à combustible, une machine électrique alimentée par la pile à combustible, une alimentation en air ou en oxygène pur de la pile à combustible, et une évacuation d’eau de la pile à combustible, ou tout autre élément. Le refroidissement de l’alimentation en air ou en oxygène pur de la pile à combustible peut permettre de refroidir l’oxygène comprimé utilisé au sein de la pile à combustible. L’air saturé en humidité qui s’échappe de la pile à combustible peut également être refroidi. Ainsi, le système de refroidissement permet de refroidir la pile à combustible ainsi que d’autres éléments de la chaîne de traction du véhicule, de plus de manière compacte.
En outre, l’invention concerne un procédé de rétrofit d’un véhicule qui comporte un groupe motopropulseur d’origine (par exemple un moteur thermique) et un système de refroidissement d’origine, dans lequel on met en oeuvre les étapes suivantes :
- On modifie le groupe motopropulseur du véhicule, par exemple en remplaçant un moteur thermique par une pile à combustible et une machine électrique ou par une batterie électrique et une machine électrique,
- On remplace une pièce de carrosserie du véhicule par une pièce de carrosserie qui comporte une fonction de refroidissement avec une plaque froide, et
- On relie le canal de la plaque froide au circuit fermé du système de refroidissement principal du véhicule.
Ce procédé de rétrofit permet de transformer un véhicule en véhicule selon l’une quelconque des variantes ou des combinaisons de variantes de l’invention.
Les figures 1 et 2 représentent, schématiquement et de manière non limitative, une plaque froide selon un mode de réalisation de l’invention. La figure 1 est une vue tridimensionnelle de la plaque froide et la figure 2 est une vue en coupe selon l’axe AA de la figure 1 . Une plaque froide 1 est une plaque de faible épaisseur. La plaque 1 comporte une entrée 2 pour le fluide thermique, et une sortie 3 pour le fluide thermique, ainsi qu’un canal 4 pour la circulation du fluide thermique entre l’entrée 2 et la sortie 3. Le canal 4 est noyé dans la plaque froide 1 . Le canal 4 a sensiblement la forme d’un serpentin et est sensiblement tubulaire (section circulaire). Pour l’exemple illustré, la surface de la plaque froide 1 qui comporte l’entrée 2 et la sortie 3 est une surface qui est à l’intérieur du véhicule, et la surface de la plaque froide 1 qui est balayée par le flux d’air F est la surface de la plaque froide 1 qui est à l’extérieur du véhicule. La plaque froide 1 représentée est une plaque plane parallélépipédique. Toutefois, la plaque froide 1 du système de refroidissement prend la forme de la pièce de carrosserie dans laquelle est intégrée.
La figure 3 représente, schématiquement et de manière non limitative, une plaque froide selon un mode de réalisation de l’invention. La figure 3 est une vue tridimensionnelle de la plaque froide. Une plaque froide 1 est une plaque de faible épaisseur. La plaque 1 comporte une entrée 2 pour le fluide thermique, et une sortie 3 pour le fluide thermique, ainsi qu’un canal 4 pour la circulation du fluide thermique entre l’entrée 2 et la sortie 3. Le canal 4 est noyé dans la plaque froide 1 . Le canal 4 comporte des ramifications parallèles. Pour l’exemple illustré, la surface de la paroi froide 1 qui comporte l’entrée 2 et la sortie 3 est une surface qui est à l’intérieur du véhicule, et la surface de la paroi froide 1 qui est balayée par le flux d’air F est la surface de la plaque froide 1 qui est à l’extérieur du véhicule. La plaque froide 1 représentée est une plaque plane parallélépipédique. Toutefois, la plaque froide 1 du système de refroidissement prend la forme de la pièce de carrosserie dans laquelle est intégrée.
Les figures 4 à 7 représentent, schématiquement et de manière non limitative, quatre modes de réalisation de circuit fermé d’un système de refroidissement. Sur ces figures, les éléments qui comportent les mêmes signes de référence désignent les mêmes composants.
La figure 4 représente un système de refroidissement d’un véhicule selon un premier mode de réalisation de l’invention. Pour ce premier mode de réalisation de l’invention, le circuit fermé 10 du système de refroidissement comprend une pompe 6 de circulation du fluide thermique, un radiateur 7, une plaque froide 1 , un organe générant de la chaleur 5. Pour ce premier mode de réalisation, la plaque froide 1 est en série avec le radiateur 7 et est agencée en amont de l’organe générant de la chaleur 5, dans le sens de la circulation du fluide thermique. Alternativement, la plaque froide 1 peut être agencée en amont du radiateur 7, dans le sens de la circulation du fluide thermique. La figure 5 représente un système de refroidissement d’un véhicule selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Pour ce deuxième mode de réalisation de l’invention, le circuit fermé 10 du système de refroidissement comprend une pompe 6 de circulation du fluide thermique, un radiateur 7, une plaque froide 1 , un organe générant de la chaleur 5. Pour ce deuxième mode de réalisation, la plaque froide 1 est en parallèle avec le radiateur 7, et est agencée en amont de l’organe générant de la chaleur 5, dans le sens de la circulation du fluide thermique.
La figure 6 représente un système de refroidissement d’un véhicule selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Pour ce troisième mode de réalisation de l’invention, le circuit fermé 10 du système de refroidissement comprend une pompe 6 de circulation du fluide thermique, un radiateur 7, une plaque froide 1 , un organe générant de la chaleur 5 et une deuxième pompe 8 de circulation du fluide thermique. Pour ce troisième mode de réalisation, la plaque froide 1 est en série avec le radiateur 7, et est agencée en amont de l’organe générant de la chaleur 5, dans le sens de la circulation du fluide thermique. De plus, la deuxième pompe 8 est agencée entre le radiateur 7 et la plaque froide 1 . Alternativement, la plaque froide 1 et la deuxième pompe 8 peuvent être agencées en amont du radiateur 7, dans le sens de la circulation du fluide thermique.
La figure 7 représente un système de refroidissement d’un véhicule selon un quatrième mode de réalisation de l’invention. Pour ce quatrième mode de réalisation de l’invention, le circuit fermé 10 du système de refroidissement comprend une pompe 6 de circulation du fluide thermique, un radiateur 7, une plaque froide 1 , un organe générant de la chaleur 5 et un thermostat 9. Pour ce quatrième mode de réalisation, la plaque froide 1 est en parallèle avec le radiateur 7, et est agencé en amont de l’organe générant de la chaleur 5, dans le sens de la circulation du fluide thermique. De plus, le thermostat 9 est agencé entre, d’une part, la plaque froide 1 et le radiateur 7, et d’autre part, l’organe 5 générant de la chaleur. En outre, le circuit fermé peut comporter en outre un deuxième thermostat 12 placé dans la branche parallèle de la plaque froide 1 .
En variante non représentée, le thermostat 9 peut être agencé dans le circuit fermé des modes de réalisation des figures 4 et 6, par exemple en amont de l’organe 5 générant de la chaleur, dans le sens de la circulation du fluide thermique. Selon d’autres alternatives, la deuxième pompe 8 peut être également agencée dans la branche en parallèle comportant la plaque froide 1 , par exemple pour les modes de réalisation des figures 5 et 7. D’autres composants comme des vannes et un aérotherme peuvent être inclus dans le circuit fermé des modes de réalisation des figures 4 à 7. La figure 8 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un agencement de composants du système de refroidissement du véhicule selon une première variante de réalisation de l’invention. Sur cette figure, les conduites et la pompe du circuit fermé ne sont pas représentées. La figure 8 représente un poids lourd 11 . Le véhicule 1 1 comprend un radiateur 7 en face avant du poids lourd 11 , un organe 5 générant de la chaleur. De plus, la cabine du poids lourd 11 comprend un déflecteur de toit 1 en tant que plaque froide du circuit fermé de circulation du fluide thermique.
La figure 9 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un agencement de composants du système de refroidissement du véhicule selon une deuxième variante de réalisation de l’invention. Sur cette figure, les conduites et la pompe du circuit fermé ne sont pas représentés. La figure 9 représente un poids lourd 11 . Le véhicule 11 comprend un radiateur 7 en face avant du poids lourd 11 , un organe 5 générant de la chaleur. De plus, le poids lourd 11 comprend un parechoc 1 en tant que plaque froide du circuit fermé de circulation du fluide thermique. Comme il va de soi, l’invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation du système de refroidissement, décrits ci-dessus à titre d’exemple, elle embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation.

Claims

Revendications
1 . Véhicule comprenant au moins un organe générant de la chaleur (5) et un système de refroidissement dudit au moins un organe générant de la chaleur (5), ledit système de refroidissement comprenant un circuit fermé (10) de circulation d’un fluide thermique qui comporte un radiateur (7), un moyen d’échange de chaleur avec ledit au moins un organe générant de la chaleur (5) et une pompe (6) de circulation du fluide thermique, caractérisé en ce que ledit circuit fermé (10) comprend en outre une plaque froide (1 ) formée par une pièce de carrosserie dudit véhicule (11 ) pour le refroidissement dudit fluide thermique, un canal (4) pour ledit fluide thermique étant noyé dans ladite pièce de carrosserie formant ladite plaque froide (1 ).
2. Véhicule selon la revendication 1 , dans lequel ledit organe générant de la chaleur (5) est une pile à combustible, un condenseur d’un circuit fermé selon un cycle de Rankine, un moteur thermique, une batterie électrique, ou une machine électrique.
3. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite pièce de carrosserie est choisie parmi un parechoc avant, un béquet de toit, un déflecteur de toit.
4. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit canal (4) de ladite plaque froide (1 ) a une forme de serpentin ou comporte des ramifications parallèles.
5. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite plaque froide (1 ) est en matériau plastique, en matériau composite, de préférence ladite plaque froide comprend des moyens d’amélioration de la conduction thermique entre le canal intérieur et l’air extérieur notamment par l’ajout d’une poudre ou de fibres.
6. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite pièce de carrosserie est renforcée par une structure rigide agencée à l’intérieur dudit véhicule.
7. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit circuit fermé (10) comprend une deuxième pompe (8), ladite deuxième pompe étant agencée en amont ou en aval de ladite plaque froide.
8. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, au sein dudit circuit fermé (10), ladite plaque froide (1 ) est montée en série ou en parallèle dudit radiateur (7).
9. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit véhicule est un véhicule terrestre, notamment un poids lourd (1 1 ), un car, un véhicule automobile ou un train
10. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit circuit fermé (10) comprend un thermostat (9) en amont dudit au moins un organe générant de la chaleur (5), et ladite plaque froide (1 ) est agencée dans ledit circuit fermé (10) en amont dudit thermostat (9).
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