WO2024008648A1 - Dispositif de regulation thermique, notamment de refroidissement - Google Patents

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WO2024008648A1
WO2024008648A1 PCT/EP2023/068238 EP2023068238W WO2024008648A1 WO 2024008648 A1 WO2024008648 A1 WO 2024008648A1 EP 2023068238 W EP2023068238 W EP 2023068238W WO 2024008648 A1 WO2024008648 A1 WO 2024008648A1
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channels
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bypass
zone
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PCT/EP2023/068238
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Cedric DE-VAULX
Kamel Azzouz
Erwan ETIENNE
Jean-Christophe Lhermitte
Jeremy Blandin
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Valeo Systemes Thermiques
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Definitions

  • the present invention relates to a thermal regulation device, in particular a cooling device, in particular for an electrical component capable of releasing heat during its operation, in particular a device for cooling at least one vehicle battery or battery cells, for example a motor vehicle.
  • the vehicle may be land, sea or air.
  • the invention relates in particular to plate heat exchangers intended for the circulation of a heat transfer fluid, for example a refrigerant fluid or glycolated water, allowing the cooling of hybrid or electric vehicle batteries.
  • a heat transfer fluid for example a refrigerant fluid or glycolated water
  • the first plate, or upper plate, which comes into contact with the components to be cooled, is generally flat.
  • the second plate, or lower plate is a stamped plate in which circulation channels for the heat transfer fluid are formed.
  • the plates have one or more structural perforated regions necessary for the passage of tools on the vehicle production line, or necessary due to the space available in the vehicle. These openwork regions force the channels to deviate from their parallel rectilinear courses. These channels then make turns to bypass these structural openwork regions. It was found that the battery cells present on the cooling plate and adjacent to these perforated regions then undergo poor thermal exchanges. Hot spots may even appear around the edges of openwork regions.
  • the invention aims in particular to improve the temperature homogeneity of the heat transfer fluid circulating in the circulation network of such a device with at least one structural perforated region.
  • the invention thus proposes a thermal regulation device, in particular cooling, for a component capable of releasing heat during its operation, in particular for an electrochemical energy storage module, this device comprising:
  • a circulation network for a heat transfer fluid comprising a plurality of channels, which further comprises: o at least a first grouping zone into which a plurality of heat transfer fluid flow channels open upstream in the direction of flow of the heat transfer fluid fluid, this grouping zone extending, downstream, by at least two bypass channels extending on either side of the perforated region, so that the fluid passing through the first grouping zone separates into separate flows in the bypass channels, o a second grouping zone into which the two bypass channels emerge at angles chosen so that parietal layers of fluid and internal layers of fluid separate flows mix in the second pooling area, wherein the bypass channels joining the first and second pooling areas form a closed contour around the structural aperture region.
  • the structural perforated region is imposed by the manufacturing process of the thermal regulation device or by the integration of the device into the vehicle.
  • This openwork region is relatively extensive, notably larger than the width of the channel and the inter-distance between two neighboring channels.
  • the two bypass channels open into the second grouping zone forming between them an angle of between 45° and 180°, in particular between 90° and 180° or between 120 ° and 170°.
  • the invention makes it possible to efficiently mix wall layers of fluid and internal layers of fluid.
  • the aforementioned angles are chosen so that all the layers mix. Too low an angle of incidence between the fluid flows does not allow the layers to be mixed effectively because these flows would then be “too tangent” to each other.
  • the upstream channels which open into them have incident angles chosen from so that wall layers of fluid and internal layers of fluid from separate flows mix in this pooling area.
  • the plurality of channels upstream of at least one of the grouping zones have parallel directions before opening into said grouping zone.
  • the downstream channels leave from the grouping zone by forming a rake whose handle is downstream in the direction of circulation.
  • a single bypass channel is provided, on each side of the structural perforated region, between the first grouping zone and the second grouping zone.
  • bypass channels are provided, on each side of the structural perforated region, between the first grouping zone and the second grouping zone.
  • the circulation network is formed between a lower plate and an upper plate.
  • At least one of the bypass channels comprises at least one obstacle arranged to separate a flow of fluid into two flows in this bypass channel.
  • the lower plate and/or the upper plate comprise stamped regions which form the obstacles.
  • fluid flows in the upper part of the right channel and fluid flows in the lower part of the left channel.
  • the invention also relates to an assembly comprising a component capable of releasing heat during its operation, and a thermal regulation device as described above, in contact with which the component is cooled.
  • the thermal regulation device comprises two structural perforated regions passing through assembled plates.
  • the heat transfer fluid is a refrigerant fluid chosen from the refrigerant fluids R134a, R1234yf or R744.
  • the heat transfer fluid is glycol water.
  • FIG. 1 illustrates, schematically and partially, the arrangement of the channels on the lower plate of the thermal regulation device of [ Figure 1];
  • FIG. 5 illustrates, schematically and partially, a plate with stamped regions to form the obstacles in the flow of [Figure 4];
  • the assembly 100 is arranged in a motor vehicle.
  • thermal regulation device 1 The shape and dimensions of the thermal regulation device 1 are constrained by the environment on the vehicle, in particular the available space.
  • the thermal regulation device 1 comprises an upper plate 2 and a lower plate 3 assembled with the upper plate 2 to together form a circulation network 4 formed of a plurality of circulation channels 5 for a liquid heat transfer fluid, in particular glycolated water, as better visible in Figure 3.
  • a liquid heat transfer fluid in particular glycolated water
  • a direction of circulation of the fluid in the channels 5 is shown by the arrow F.
  • Channels 5 are supplied with heat transfer fluid, via a fluid distribution region, not shown, which communicates with a fluid inlet.
  • a fluid outlet is also provided.
  • the thermal regulation device 1 comprises two structural perforated regions 8 formed through the assembled plates 2 and 3.
  • the circulation network 4 comprises, in addition to the plurality of channels 5, a first grouping zone 10 into which a group 9 of channels 5 opens upstream in the direction of flow of the fluid, this grouping zone 10 extending, downstream, by two bypass channels 11 extending on either side of the perforated region 8, so that the fluid passing through the first grouping zone 10 separates into separate flows in the bypass channels 11.
  • the channels 5 of group 9 are parallel to each other before joining the first grouping zone 10 by forming a rake 17 whose handle is downstream in the direction of circulation.
  • bypass channels 11 join the first and second grouping zones 10 and 12 by forming a closed contour 14 around the structural openwork region 8.
  • This perforated region 8 is larger than the width of channel 5 and the interdistance between two neighboring channels 5.
  • the two bypass channels 11 open into the second grouping zone 12, forming between them an angle of between 45° and 180°, in particular between 90° and 180° or between 120° and 170°.
  • the invention is advantageous because it uses the imposed presence of the structural openwork region 8, to generate a chaotic mixture, making it possible to homogenize the temperature within the fluid, preventing the fluid from having in its cross section unwanted temperature stratification. Thanks to greater temperature homogeneity within the fluid, the invention makes it possible to increase the thermal performance of the thermal regulation device.
  • the invention makes it possible in particular to avoid unwanted hot spots in line with the cells 101, around the perimeter of each perforated region 8.
  • the upstream channels 5 which open there have incident angles chosen so that parietal layers of fluid and internal layers of fluid from the separate flows mix in this grouping zone.
  • the invention makes it possible to have, substantially over the entire extent of the fluid circulation network, a fluid whose temperature is homogeneous, whether on the edges of the channels or at the center of the flow.
  • the grouping zone 12 has a longitudinal shape parallel to the arrow F, and the upstream bypass channels 11 open onto this grouping zone 12, at one longitudinal end thereof.
  • Downstream channels 5 leave from this grouping zone 12 in the format of a group 15 of parallel channels 5.
  • the two grouping zones 10 and 12 are aligned in a longitudinal direction F passing through the structural perforated region 8.
  • the fluid circulation network 4 comprises channels 5 grouped into parallel channels, having generally the same direction of fluid circulation, these channels 5 traveling in the form of at least a U schematized by the arrow 16, and each rectilinear branch of the U bypasses one of the structural openwork regions 8 via respective grouping zones 10 and 12.
  • a single bypass channel 11 is provided, on each side of the structural perforated region 8, between the first grouping zone 10 and the second grouping zone 12.
  • the two structural perforated regions 8 have the same shape, each shape being, in the example described, rectangular with rounded edges. [78] The two structural perforated regions 8 are on a strip 28 between two cooling surfaces 29 of the upper plate 2. The components to be cooled 101 are arranged on each of these surfaces 29. No component to be cooled 101 is placed on the two structural openwork regions 8. In other words, each structural openwork region 8 is a free region, without component
  • strip 28 is free of component 101.
  • the channels 5 have a substantially trapezoidal cross section, as can be seen in Figure 3.
  • bypass channels are provided, on each side of the structural perforated region, between the first grouping zone and the second grouping zone.
  • the circulation network 4 is formed between the lower plate 3 and the upper plate 2.
  • the lower plate 3 comprises stamped regions 19, to form the channels 5 of the network and the fluid grouping zones 10 and 12.
  • each of the bypass channels 11 includes obstacles 58 arranged to form a succession of fluid separation zones and fluid mixing zones to generate a chaotic type mixture.
  • each bypass channel 11 has a fluid circulation network 50 which comprises successive separation zones 51 which each extend towards two paths 52 distinct in which the flow is divided into two flows. These paths 52 join in mixing zones 54 in which the separated flows recombine.
  • Each separation zone 51, then the separate paths 52 and the mixing zone 54 form an elementary pattern 55.
  • the fluid circulation network 50 comprises a succession of such patterns 55 regularly spaced, with a predetermined pitch.
  • Each pattern 55 has a maximum dimension pmax, here measured in the longitudinal direction, which is at least 20, 15, 10 or 5 times smaller than the maximum dimension DMax of the fluid circulation network 50, also measured in the longitudinal direction.
  • the patterns 55 are ten in number.
  • the fluid circulation network 50 generates flow turns 56 passing from one plane P1 or P2 to the other.
  • the heat transfer fluid thus circulates from one plane P1 or P2 to the other. At their junction or recombination, the separate flows meet at an angle allowing them to mix, here an angle approximately equal to 90°.
  • the circulation network 50 uses flow directions in all three dimensions of space.
  • the lower plate 3 and/or the upper plate 2 comprise stamped regions 59 which form the obstacles 58.
  • bypass channels 11 which bypass each perforated region 8 each include an obstacle 60 to impose a flow only in an upper part 61 of the channel of bypass 11, respectively a lower part 62 of the other bypass channel 11.
  • the upper part 61 of the bypass channel 11 is adjacent to the upper plate 2.
  • fluid flows in the upper part 61 of the right channel 11 and fluid flows in the lower part 62 of the left channel 11.
  • the invention thus makes it possible to impose bends on the fluid in the vertical direction, and to provide effective chaotic mixing.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de régulation thermique (1), notamment de refroidissement, pour composant (101) susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, ce dispositif comportant au moins une région ajourée structurelle (8), un réseau de circulation (4) pour un fluide caloporteur comprenant une pluralité de canaux (5), qui comprend en outre au moins une première zone de regroupement (10) dans laquelle débouche une pluralité de canaux d'écoulement de fluide caloporteur en amont dans le sens d'écoulement du fluide, cette zone de regroupement (10) se prolongeant, en aval, par au moins deux canaux de contournement (11) s'étendant de part et d'autre de la région ajourée (8), de sorte que le fluide transitant dans la première zone de regroupement (10) se sépare en flux séparés dans les canaux de contournement.

Description

Description
Titre de l’invention : DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE, NOTAMMENT DE REFROIDISSEMENT
[1] La présente invention concerne un dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement, notamment pour composant électrique susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment un dispositif de refroidissement d’au moins une batterie ou cellules de batterie de véhicule, par exemple un véhicule automobile.
[2] Le véhicule peut être de type terrestre, maritime ou aérien.
[3] L’invention concerne notamment des échangeurs thermiques à plaques destinés à la circulation d’un fluide caloporteur, par exemple un fluide réfrigérant ou une eau glycolée, permettant le refroidissement des batteries de véhicules hybrides ou électriques. La première plaque, ou plaque supérieure, qui vient au contact des composants à refroidir, est généralement plane. La seconde plaque, ou plaque inférieure, est une plaque emboutie dans laquelle sont formés des canaux de circulation pour le fluide caloporteur.
[4] De manière connue, pour augmenter les turbulences dans le fluide caloporteur, qui ont pour effet d’augmenter le coefficient d’échange et donc la performance thermique, deux types d’éléments peuvent être utilisés.
[5] Il y a d’abord des éléments appelés « hard dimples » en anglais, qui sont des bossages réalisant la liaison entre la plaque inférieure et la plaque supérieure. Ces bossages assurent la liaison mécanique de l’ensemble, tout assurant un niveau minimum de perturbation du liquide de refroidissement. Ces bossages sont robustes d’un point de vue mécanique, mais la performance thermique n’est pas optimisée. En effet, en traversant les canaux de circulation sur toute leur hauteur, les bossages produisent d’importantes pertes de charge sans pour autant créer suffisamment de turbulences pour que l’augmentation de la performance thermique ne compense cette perte de charge. [6] Il y a encore des éléments appelés « soft dimples » en anglais, qui sont des bossages à l’intérieur des canaux de circulation, mais de hauteur plus faible de sorte à être en retrait de la plaque supérieure. Ces bossages ne participent pas à la tenue mécanique des plaques de refroidissement mais assure un niveau important de turbulence dans le fluide. La demande de brevet DE102014202161 décrit de tels bossages.
[7] Par ailleurs, dans certaines configurations de dispositif de refroidissement, les plaques présentent une ou plusieurs régions ajourées structurelles nécessaires au passage d’outillage sur la ligne de production du véhicule, ou nécessaires du fait de la place disponible dans le véhicule. Ces régions ajourées imposent aux canaux de dévier de leurs parcours rectilignes parallèles. Ces canaux accomplissent alors des virages pour contourner ces régions ajourées structurelles. Il a été constaté que les cellules de batterie présentes sur la plaque de refroidissement et adjacentes à ces régions ajourées, subissent alors de mauvais échanges thermiques. Il peut même apparaitre des points chauds sur le pourtour des régions ajourées.
[8] L’invention vise notamment à améliorer l’homogénéité en température du fluide caloporteur circulant dans le réseau de circulation d’un tel dispositif avec au moins une région ajourée structurelle.
[9] L’invention propose ainsi un dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement, pour composant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d’énergie électrochimique, ce dispositif comportant :
- au moins une région ajourée structurelle,
- un réseau de circulation pour un fluide caloporteur comprenant une pluralité de canaux, qui comprend en outre : o au moins une première zone de regroupement dans laquelle débouche une pluralité de canaux d’écoulement de fluide caloporteur en amont dans le sens d’écoulement du fluide, cette zone de regroupement se prolongeant, en aval, par au moins deux canaux de contournement s’étendant de part et d’autre de la région ajourée, de sorte que le fluide transitant dans la première zone de regroupement se sépare en flux séparés dans les canaux de contournement, o une deuxième zone de regroupement dans laquelle débouchent les deux canaux de contournement suivant des angles choisis de sorte que des couches pariétales de fluide et des couches internes de fluide des flux séparés se mélangent dans la deuxième zone de regroupement, dans lequel les canaux de contournement joignant les première et deuxième zones de regroupement forment un contour fermé autour de la région ajourée structurelle.
[10] La région ajourée structurelle est imposée par le procédé de fabrication du dispositif de régulation thermique ou par l’intégration du dispositif dans le véhicule. Cette région ajourée est relativement étendue, notamment plus étendue que la largeur du canal et l’inter-distance entre deux canaux voisins.
[11] Selon l’un des aspects de l’invention, les deux canaux de contournement débouchent dans la deuxième zone de regroupement en formant entre eux un angle compris entre 45° et 180°, notamment entre 90° et 180° ou entre 120° et 170°.
[12] La séparation dans les canaux de contournement puis la recombinaison de l’écoulement de fluide dans la ou les zones de regroupement produit un mélange de type chaotique.
[13] Dans la présente invention, le mélange peut se faire à relativement faibles vitesses du fluide, mélange qui est de type chaotique grâce aux angles choisis pour les deux écoulements qui débouchent dans la zone de regroupement. Le principe de mélange chaotique est notamment utilisé pour le mélange de fluides visqueux à faibles vitesses. De manière connue, le mélange chaotique est basé sur la "transformation du boulanger" pour le mélange des différentes couches de fluide. Par exemple, selon une manière de faire cette transformation, les couches de fluide subissent une division passive, puis une rotation dans des coudes de chiralités différentes, et enfin la recombinaison pour obtenir un étirement et un repliement pour assurer un mélange homogène. [14] Dans l’invention, le mélange n’est pas nécessairement turbulent si la vitesse, ou le nombre de Reynolds, ne dépasse pas un certain seuil. L’invention peut ainsi permettre un mélange à faible vitesse ou à faible nombre de Reynolds, typiquement à nombre de Reynolds Re inférieur à 2000, notamment compris entre 100 et 1 400. Ceci est particulièrement avantageux lorsque le dispositif de régulation thermique fonctionne avec des vitesses d’écoulement de fluide insuffisantes pour générer des écoulements turbulents.
[15] L’invention est avantageuse car elle utilise la présence imposée de la région ajourée structurelle, pour générer un mélange chaotique, permettant d’homogénéiser la température au sein du fluide, évitant au fluide d’avoir dans sa section transversale une stratification en température indésirable. Grâce à une plus grande homogénéité de température au sein du fluide, l’invention permet d’augmenter les performances thermiques du dispositif de régulation thermique.
[16] L’invention permet en particulier d’éviter des points chauds indésirables au droit des composants à refroidir, sur le pourtour de chaque région ajourée.
[17] Dans l’invention, le gradient de température au sein d’une section transversale de fluide est plus grand en amont de la zone de regroupement, et plus faible dans la zone de regroupement. Le mélange vise à atténuer, voire supprimer, ce gradient de température au sein du fluide.
[18] L’invention permet de mélanger efficacement des couches pariétales de fluide et des couches internes de fluide. Les angles précités sont choisis de sorte que toutes les couches se mélangent. Un angle d’incidence trop faible entre les écoulements de fluide ne permet pas de mélanger efficacement les couches car ces flux seraient alors « trop tangents » l’un à l’autre.
[19] L’invention permet ainsi d’homogénéiser la température du fluide sur toute la section transversale de l’écoulement, à savoir sur la paroi et au centre de l’écoulement. Le fluide peut ainsi présenter une température plus faible sur la paroi qui joue le rôle d’interface thermique de sorte à offrir un meilleur échange thermique avec le composant à refroidir.
[20] Selon l’un des aspects de l’invention, pour toutes les zones de regroupement, les canaux amont qui y débouchent présentent des angles incidents choisis de sorte que des couches pariétales de fluide et des couches internes de fluide des flux séparés se mélangent dans cette zone de regroupement.
[21] Grâce à la succession de mélanges de type chaotique, l’invention permet d’avoir, sensiblement sur toute l’étendue du réseau de circulation de fluide, un fluide dont la température est homogène, que ce soit sur les bords des canaux ou au centre de l’écoulement.
[22] Selon l’un des aspects de l’invention, la pluralité de canaux en amont de l’une au moins des zones de regroupement présentent des directions parallèles avant de déboucher dans ladite zone de regroupement.
[23] Selon l’un des aspects de l’invention, l’une au moins des zones de regroupement présente une forme longitudinale, et les canaux amont débouchent sur cette zone de regroupement, à une extrémité longitudinale de celle-ci. Par exemple, cette zone de regroupement se présente sous la forme d’un canal rectiligne et les canaux amont débouchent à l’extrémité amont de ce canal.
[24] Selon l’un des aspects de l’invention, le réseau de circulation de fluide comprend une succession de zones de regroupement, sur chacune desquelles se regroupent des canaux qui viennent de l’amont, et à partir de chacune desquelles partent des canaux aval.
[25] Selon l’un des aspects de l’invention, le réseau de circulation de fluide comprend deux zones de regroupement qui sont alignées suivant une direction longitudinale passant par la région ajourée structurelle.
[26] Selon l’un des aspects de l’invention, le réseau de circulation de fluide comprend un groupe de canaux ayant globalement le même sens de circulation de fluide, ce groupe de canaux cheminant en formant au moins un U, et chaque branche du U contourne l’une des régions ajourées structurelles via des zones de regroupement.
[27] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux qui partent de la zone de regroupement présentent des tronçons parallèles, au moins sur une partie de leur longueur. [28] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux amont se raccordent à la zone de regroupement en formant un râteau dont le manche est en aval dans le sens de circulation.
[29] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux aval partent de la zone de regroupement en formant un râteau dont le manche est en aval dans le sens de circulation.
[30] Selon l’un des aspects de l’invention, les râteaux sont formés par des coudes des canaux.
[31] Selon l’un des aspects de l’invention, un seul canal de contournement est prévu, sur chaque côté de la région ajourée structurelle, entre la première zone de regroupement et la deuxième zone de regroupement.
[32] En variante, plusieurs canaux de contournement sont prévus, sur chaque côté de la région ajourée structurelle, entre la première zone de regroupement et la deuxième zone de regroupement.
[33] Selon l’un des aspects de l’invention, le réseau de circulation est formé entre une plaque inférieure et une plaque supérieure.
[34] Selon l’un des aspects de l’invention, l’une au moins des plaques comprend des régions en relief, notamment des régions embouties, pour former le ou les canaux du réseau et/ou la ou les zones de regroupement de fluide.
[35] Selon l’un des aspects de l’invention, l’un au moins des canaux de contournement comporte au moins un obstacle agencé pour séparer un écoulement de fluide en deux flux dans ce canal de contournement.
[36] Selon l’un des aspects de l’invention, ces obstacles sont configurés pour former, dans le canal de contournement, une succession de zones de séparation de fluide et de zones de mélange de fluide pour générer un mélange de type chaotique.
[37] Selon l’un des aspects de l’invention, le réseau de circulation de fluide comprend des zones de séparation successives qui se prolongent chacune vers deux chemins distincts dans lesquels l’écoulement se divise en deux flux, puis ces flux se recombinent dans la zone de mélange. [38] Selon l’un des aspects de l’invention, chaque zone de séparation, puis les chemins séparés et la zone de mélange forment un motif élémentaire.
[39] Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque inférieure et/ou la plaque supérieure comprennent des régions embouties qui forment les obstacles.
[40] Selon un autre des aspects de l’invention, les canaux de contournement qui contournent la région ajourée comprennent au moins un obstacle pour imposer un flux seulement dans une partie supérieure du canal de contournement, respectivement une partie inférieure de l’autre canal de contournement.
[41 ] Par exemple, du fluide s’écoule dans la partie haute du canal de droite et du fluide s’écoule dans la partie basse du canal de gauche.
[42] L’invention a encore pour objet un ensemble comportant un composant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, et un dispositif de régulation thermique tel que décrit plus haut, au contact duquel le composant est refroidi.
[43] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de régulation thermique comprend deux régions ajourées structurelles traversant des plaques assemblées.
[44] Selon l’un des aspects de l’invention, le fluide caloporteur est un fluide réfrigérant choisi parmi les fluides réfrigérants R134a, R1234yf ou R744. En variante, le fluide caloporteur est une eau glycolée.
[45] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels :
[46] - la [Figure 1] illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif de régulation thermique selon un exemple de mise en oeuvre de l’invention ;
[47] - la [Figure 2] illustre, schématiquement et partiellement, la disposition des canaux sur la plaque inférieure du dispositif de régulation thermique de la [Figure 1] ;
[48] - la [Figure 3] illustre, schématiquement et partiellement, une coupe d’un canal du dispositif de la [Figure 1] ; [49] - la [Figure 4] illustre, schématiquement et partiellement, une disposition d’écoulement dans l’un des canaux de contournement selon un exemple de l’invention ;
[50] - la [Figure 5] illustre, schématiquement et partiellement, une plaque avec des régions embouties pour former les obstacles dans l’écoulement de la [Figure 4] ;
[51] - la [Figure 6] illustre, schématiquement et partiellement, en coupe, des canaux de contournement selon un autre exemple de l’invention.
[52] On a représenté sur la figure 1 un ensemble 100 comportant des cellules de batterie 101 à refroidir, par exemple disposées suivant une pluralité de rangées parallèles, et un dispositif de régulation thermique 1 agencé pour refroidir les cellules 101 , qui sont en contact thermique avec une plaque supérieure du dispositif de refroidissement 1 , comme expliqué plus bas.
[53] L’ensemble 100 est disposé dans un véhicule automobile.
[54] La forme et les dimensions du dispositif de régulation thermique 1 sont contraintes par l’environnement sur le véhicule, notamment de la place disponible.
[55] Le dispositif de régulation thermique 1 comporte une plaque supérieure 2 et une plaque inférieure 3 assemblée avec la plaque supérieure 2 pour former ensemble un réseau de circulation 4 formé d’une pluralité de canaux 5 de circulation pour un fluide caloporteur liquide, notamment une eau glycolée, comme mieux visible sur la figure 3.
[56] Un sens de circulation du fluide dans les canaux 5 est matérialisé par la flèche F.
[57] Les canaux 5 sont alimentés en fluide caloporteur, via une région de distribution de fluide, non représentée, qui communique avec une entrée de fluide. Est également prévue une sortie de fluide.
[58] Dans l’exemple décrit, le dispositif de régulation thermique 1 comporte deux régions ajourées structurelles 8 formées à travers Is plaques assemblées 2 et 3.
[59] Ces régions ajourées structurelles 8 sont placées sensiblement au centre des plaques 2 et 3, sur une ligne L qui est perpendiculaire à la direction de la flèche F. [60] Ces régions ajourées structurelles 8 sont utiles pour le passage d’outillage sur la ligne de production du véhicule, ou nécessaires du fait de la place disponible dans le véhicule.
[61] Comme illustré sur la figure 2, le réseau de circulation 4 comprend, outre la pluralité de canaux 5, une première zone de regroupement 10 dans laquelle débouche un groupe 9 de canaux 5 en amont dans le sens d’écoulement du fluide, cette zone de regroupement 10 se prolongeant, en aval, par deux canaux de contournement 11 s’étendant de part et d’autre de la région ajourée 8, de sorte que le fluide transitant dans la première zone de regroupement 10 se sépare en flux séparés dans les canaux de contournement 11 .
[62] Les canaux 5 du groupe 9 sont parallèles entre eux avant de rejoindre la première zone de regroupement 10 en formant un râteau 17 dont le manche est en aval dans le sens de circulation.
[63] Est présente une deuxième zone de regroupement 12 dans laquelle débouchent les deux canaux de contournement 11 suivant des angles choisis de sorte que des couches pariétales de fluide et des couches internes de fluide des flux séparés se mélangent dans la deuxième zone de regroupement 12.
[64] Les canaux de contournement 11 joignent les première et deuxième zones de regroupement 10 et 12 en formant un contour fermé 14 autour de la région ajourée structurelle 8.
[65] Cette région ajourée 8 est plus étendue que la largeur du canal 5 et l’inter- distance entre deux canaux 5 voisins.
[66] Les deux canaux de contournement 11 débouchent dans la deuxième zone de regroupement 12 en formant entre eux un angle compris entre 45° et 180°, notamment entre 90° et 180° ou entre 120° et 170°.
[67] La séparation dans les canaux de contournement 11 puis la recombinaison de l’écoulement de fluide dans la zone de regroupement 11 produit un mélange de type chaotique.
[68] L’invention est avantageuse car elle utilise la présence imposée de la région ajourée structurelle 8, pour générer un mélange chaotique, permettant d’homogénéiser la température au sein du fluide, évitant au fluide d’avoir dans sa section transversale une stratification en température indésirable. Grâce à une plus grande homogénéité de température au sein du fluide, l’invention permet d’augmenter les performances thermiques du dispositif de régulation thermique.
[69] L’invention permet en particulier d’éviter des points chauds indésirables au droit des cellules 101 , sur le pourtour de chaque région ajourée 8.
[70] Pour toutes les zones de regroupement 10 et 12, les canaux 5 amont qui y débouchent présentent des angles incidents choisis de sorte que des couches pariétales de fluide et des couches internes de fluide des flux séparés se mélangent dans cette zone de regroupement.
[71] Grâce à la succession de mélanges de type chaotique, l’invention permet d’avoir, sensiblement sur toute l’étendue du réseau de circulation de fluide, un fluide dont la température est homogène, que ce soit sur les bords des canaux ou au centre de l’écoulement.
[72] La zone de regroupement 12 présente une forme longitudinale parallèle à la flèche F, et les canaux de contournement 11 en amont débouchent sur cette zone de regroupement 12, à une extrémité longitudinale de celle-ci.
[73] Des canaux aval 5 partent de cette zone de regroupement 12 en format un groupe 15 de canaux 5 parallèles.
[74] Les deux zones de regroupement 10 et 12 sont alignées suivant une direction longitudinale F passant par la région ajourée structurelle 8.
[75] Le réseau de circulation de fluide 4 comprend des canaux 5 regroupés en canaux parallèles, ayant globalement le même sens de circulation de fluide, ces canaux 5 cheminant en formant au moins un U schématisé par la flèche 16, et chaque branche rectiligne du U contourne l’une des régions ajourées structurelles 8 via des zones de regroupement 10 et 12 respectifs.
[76] Dans l’exemple décrit, un seul canal de contournement 11 est prévu, sur chaque côté de la région ajourée structurelle 8, entre la première zone de regroupement 10 et la deuxième zone de regroupement 12.
[77] Les deux régions ajourées structurelles 8 présentent la même forme, chaque forme étant, dans l’exemple décrit, rectangulaire à bords arrondis. [78] Les deux régions ajourées structurelles 8 sont sur une bande 28 entre deux surfaces de refroidissement 29 de la plaque supérieure 2. Les composants à refroidir 101 sont disposés sur chacune de ces surfaces 29. Aucun composant à refroidir 101 n’est posé sur les deux régions ajourées structurelles 8. Autrement dit, chaque région ajourée structurelle 8 est une région libre, sans composant
101 . Dans l’exemple décrit, la bande 28 est libre de composant 101 .
[79] Les canaux 5 présentent une section transversale sensiblement trapézoïdale, comme on peut le voir sur la figure 3.
[80] Dans une variante non illustrée, plusieurs canaux de contournement sont prévus, sur chaque côté de la région ajourée structurelle, entre la première zone de regroupement et la deuxième zone de regroupement.
[81] Le réseau de circulation 4 est formé entre la plaque inférieure 3 et la plaque supérieure 2.
[82] La plaque inférieure 3 comprend des régions embouties 19, pour former les canaux 5 du réseau et les zones de regroupement de fluide 10 et 12.
[83] Il est possible de prévoir que chacun des canaux de contournement 11 comporte des obstacles 58 agencés pour former une succession de zones de séparation de fluide et de zones de mélange de fluide pour générer un mélange de type chaotique.
[84] Ainsi, dans un autre exemple de réalisation de l’invention illustré en en figure 4, chaque canal de contournement 11 présente un réseau de circulation de fluide 50 qui comprend des zones de séparation 51 successives qui se prolongent chacune vers deux chemins 52 distincts dans lesquels l’écoulement se divise en deux flux. Ces chemins 52 se rejoignent dans des zones de mélange 54 dans lesquelles les flux séparés se recombinent.
[85] Chaque zone de séparation 51 , puis les chemins séparés 52 et la zone de mélange 54 forment un motif élémentaire 55. Le réseau de circulation de fluide 50 comprend une succession de tels motifs 55 régulièrement espacés, d’un pas prédéterminé.
[86] Chaque motif 55 présente une dimension maximale pmax, ici mesurée dans la direction longitudinale, qui est au moins 20, 15, 10 ou 5 fois plus petite que la dimension maximale DMax du réseau de circulation de fluide 50, aussi mesurée dans la direction longitudinale. Dans l’exemple décrit, les motifs 55 sont au nombre de dix.
[87] Dans l’exemple décrit, certains écoulements séparés des chemins 52 de fluide qui débouchent dans la zone de mélange 54 sont agencés dans deux plans différents P1 et P2.
[88] Le réseau de circulation de fluide 50 génère des virages d’écoulement 56 passant d’un plan P1 ou P2 à l’autre.
[89] Le fluide caloporteur circule ainsi d’un plan P1 ou P2 à l’autre. A leur jonction ou recombinaison, les flux séparés se rencontrent suivant un angle permettant leur mélange, ici un angle sensiblement égal à 90°. Le réseau de circulation 50 utilise des directions d’écoulement dans les trois dimensions de l’espace.
[90] Comme illustré sur la figure 5, la plaque inférieure 3 et/ou la plaque supérieure 2 comprennent des régions embouties 59 qui forment les obstacles 58.
[91] Dans un autre exemple de mien en oeuvre de l’invention illustré sur la figure 6, les canaux de contournement 11 qui contournent chaque région ajourée 8 comprennent chacun un obstacle 60 pour imposer un flux seulement dans une partie supérieure 61 du canal de contournement 11 , respectivement une partie inférieure 62 de l’autre canal de contournement 11 .
[92] La partie supérieure 61 du canal de contournement 11 est adjacente à la plaque supérieure 2.
[93] La partie inférieure 62 du canal de contournement 11 est adjacente à la plaque inférieure 3.
[94] Par exemple, du fluide s’écoule dans la partie haute 61 du canal 11 de droite et du fluide s’écoule dans la partie basse 62 du canal 11 de gauche.
[95] L’invention permet ainsi d’imposer au fluide des virages dans le sens vertical, et d’offrir un mélange chaotique efficaces.

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] Dispositif de régulation thermique (1 ), notamment de refroidissement, pour composant (101 ) susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, notamment pour un module de stockage d’énergie électrochimique, ce dispositif comportant :
- au moins une région ajourée structurelle (8),
- un réseau de circulation (4) pour un fluide caloporteur comprenant une pluralité de canaux (5), qui comprend en outre : o au moins une première zone de regroupement (10) dans laquelle débouche une pluralité de canaux d’écoulement de fluide caloporteur en amont dans le sens d’écoulement du fluide, cette zone de regroupement (10) se prolongeant, en aval, par au moins deux canaux de contournement (11) s’étendant de part et d’autre de la région ajourée (8), de sorte que le fluide transitant dans la première zone de regroupement (10) se sépare en flux séparés dans les canaux de contournement, o une deuxième zone de regroupement (12) dans laquelle débouchent les deux canaux de contournement (11 ) suivant des angles choisis de sorte que des couches pariétales de fluide et des couches internes de fluide des flux séparés se mélangent dans la deuxième zone de regroupement (12), dans lequel les canaux de contournement (11) joignant les première et deuxième zones de regroupement (10, 12) forment un contour fermé autour de la région ajourée structurelle (8).
[Revendication 2] Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les deux canaux de contournement (11 ) débouchent dans la deuxième zone de regroupement en formant entre eux un angle compris entre 45° et 180°, notamment entre 90° et 180° ou entre 120° et 170°.
[Revendication 3] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, pour toutes les zones de regroupement (10 ; 12), les canaux amont qui y débouchent présentent des angles incidents choisis de sorte que des couches pariétales de fluide et des couches internes de fluide des flux séparés se mélangent dans cette zone de regroupement.
[Revendication 4] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pluralité de canaux (5) en amont de l’une au moins des zones de regroupement présentent des directions parallèles avant de déboucher dans ladite zone de regroupement.
[Revendication 5] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le réseau de circulation de fluide (4) comprend deux zones de regroupement (10, 12) qui sont alignées suivant une direction longitudinale passant par la région ajourée structurelle (8).
[Revendication 6] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le réseau de circulation est formé entre une plaque inférieure (3) et une plaque supérieure (2).
[Revendication 7] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’un au moins des canaux de contournement (11 ) comporte au moins un obstacle (58) agencé pour séparer un écoulement de fluide en deux flux dans ce canal de contournement (11 ).
[Revendication 8] Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel des obstacles (58) sont configurés pour former, dans le canal de contournement (11 ), une succession de zones de séparation (51 ) de fluide et de zones de mélange (54) de fluide pour générer un mélange de type chaotique.
[Revendication 9] Dispositif selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les canaux de contournement (11 ) qui contournent la région ajourée comprennent au moins un obstacle (60) pour imposer un flux seulement dans une partie supérieure (61 ) du canal de contournement, respectivement une partie inférieure (62) de l’autre canal de contournement.
[Revendication 10] Ensemble (100) comportant un composant (101 ) susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, et un dispositif de régulation thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, au contact duquel le composant est refroidi. [Revendication 11] Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de régulation thermique (1 ) comprend deux régions ajourées structurelles traversant des plaques assemblées.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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