WO2024008650A1 - Dispositif de regulation thermique, notamment de refroidissement - Google Patents

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WO2024008650A1
WO2024008650A1 PCT/EP2023/068240 EP2023068240W WO2024008650A1 WO 2024008650 A1 WO2024008650 A1 WO 2024008650A1 EP 2023068240 W EP2023068240 W EP 2023068240W WO 2024008650 A1 WO2024008650 A1 WO 2024008650A1
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channels
fluid
channel
inlet
obstacle
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Application number
PCT/EP2023/068240
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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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    • F28D2021/0028—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices

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.
  • Tubes are also used to define the channels, instead of two plates joined together.
  • Heat exchangers are also known provided with channels connected to inlet and outlet collectors having identical orifices for all the tubes. Most exchanger channels are symmetrical along two planes of symmetry. There is therefore no preferential flow distribution which minimizes the pressure loss.
  • the invention aims in particular to improve the thermal performance of a thermal regulation device with an inlet collector and which uses obstacles in the channels, obstacles which serve to homogenize the temperature over the section of the channel.
  • the subject of the invention is thus 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 network of circulation for a heat transfer fluid, this network comprising: - at least two channels each provided with at least one first obstacle of the fluid facing an inlet of the channel, obstacle which defines an obstructed portion of cross section of the channel and leaves free a free portion of cross section of the channel,
  • a fluid inlet manifold arranged to distribute the fluid towards the inlets of said at least two channels, the fluid inlet manifold being configured to direct the fluid flow in a preferred manner towards the free portion of cross section of the channels .
  • the first obstacle in each channel and where appropriate the following obstacles downstream of this first obstacle, are arranged to generate chaotic mixing in the flow.
  • chaotic mixing is used in particular for mixing viscous fluids at low speeds.
  • chaotic mixing is based on the "baker's transformation" for mixing the different layers of fluid.
  • the fluid layers undergo passive division, then rotation into bends of different chiralities, and finally recombination to obtain stretching and folding to ensure homogeneous mixing.
  • the invention can thus allow mixing which can be done at relatively low fluid speeds. Obstacles in each channel are configured to impose fluid flows with angles allowing chaotic mixing.
  • the invention can thus allow mixing at low speed or at low Reynolds number, typically at a Reynolds number Re less than 2000, in particular between 100 and 1,400. This is particularly advantageous when the thermal regulation device operates with fluid flow velocities insufficient to generate turbulent flows.
  • the invention proposes arrangements of the inlet collector which make it possible to minimize the pressure loss by taking into account the speed distribution to which the downstream fluid is constrained, namely in the chaotic type obstacle channel, with or without fluid flow division. In fact, the singular pressure loss generated by the junction between the inlet collector and the channels is all the greater as the speed distribution is different before and after the junction.
  • the inlet collector according to the invention is thus configured to impose, before entering the channel, a non-homogeneous speed distribution in order to minimize the pressure loss of the assembly, ensuring that distributions of speeds before and after the junction are as close as possible.
  • This inlet manifold is used to modify the upstream velocity profile, just before the fluid reaches the entrance to the chaotic obstacle channel.
  • the invention recommends reducing singular pressure losses, due to the distortions described above, by eliminating sudden changes of direction and recirculation zones, zones in which swirling structures are set up and where the fluid is generally immobile.
  • the invention achieves this thanks to the fluid inlet manifold which is configured to direct the fluid flow in a preferred manner towards the free portion of cross section of the channels, thus avoiding unwanted recirculation zones which could form at the blocked portion of the canal.
  • the first obstacle presents on a face that the fluid encounters first, namely the face upstream in the direction of circulation of the fluid, an angulation making it possible to reduce pressure losses.
  • the first obstacle has this angulation in order to reduce the load losses without losing the recombination and/or chaotic effect. Indeed, if all the following obstacles included this angled face, we could lose the chaotic mixing effect.
  • the channels which are supplied by the input collector are parallel to each other.
  • the openings are perpendicular to the general direction of flow of the fluid in the device.
  • the fluid inlet manifold comprises at least one deflector arranged to direct the fluid flow in a preferred manner towards the free portion of cross section of one of the channels .
  • the inlet collector comprises at least two junctions with said channels, each junction being arranged to allow a turn of heat transfer fluid flow from the inlet collector towards the portion free cross section of the corresponding channel.
  • the deflector is arranged with an angle chosen so that the fluid flow turn is progressive between the inlet manifold and the associated channel.
  • the bend allows the fluid to gradually rotate 90°.
  • the deflector is arranged with an angle measured between a main direction of the inlet collector and this deflector, an angle which is between 45° and 90°, in particular between 45° and 80°.
  • the deflector allows the heat transfer fluid to change direction, for example 90°, progressively. Without the presence of the deflector, and for a 90° turn, the fluid would have suffered significant pressure losses.
  • the deflectors are added in the inlet collector in order to direct part of the flow preferentially on the upper or lower part of the channel, depending on whether the channel has an open obstacle at the top or bottom, first.
  • the deflector has a surface area which corresponds to only a portion of a passage section of the inlet collector.
  • each deflector directs only part of the flow from the inlet collector towards each of the channels.
  • the fluid inlet manifold comprises at least two deflectors arranged to direct the flow of fluid in a preferred manner respectively towards the free portion of cross section of each of the channels.
  • the first of the deflectors is arranged downstream of the second of the deflectors.
  • the inlet manifold comprises a plurality of deflectors arranged one behind the other in the direction of the flow of the fluid in the inlet manifold.
  • each deflector is associated with a junction to a channel.
  • the junctions are placed spaced apart along the inlet collector.
  • the number of deflectors is, for example, between 2 and 10, in particular between 3 and 8, being for example equal to 5.
  • the deflectors arranged one behind the other in the inlet collector have an increasing surface area as one moves away from the inlet of the collector. This makes it possible in particular to balance the flow rates in the different channels which leave the inlet collector.
  • the deflectors have edges which are on a wall on the junction side with the channels to be served.
  • the channels each have a first obstacle, these first obstacles being configured so that, in passing from one channel to the neighboring channel, the obstructed portion is replaced by the free portion.
  • the deflectors associated with this succession of channels are alternately in one half and in the other half of cross section of the inlet collector.
  • the inlet collector has a width measured in a direction perpendicular to the main direction of the collector.
  • the deflectors have a width which increases as one moves away from the inlet of the collector.
  • the deflectors have a substantially rectangular circumference.
  • the channels each present a succession of obstacles, downstream of the first obstacle, and this succession of obstacles is configured to generate turns in the flow of fluid in this channel, without dividing the flow into several flows.
  • each obstacle is in particular in one half of the channel section, for example a high half or a low half, and leaves the other half of the channel section free.
  • the channels each present a succession of obstacles, downstream of the first obstacle, and this succession of obstacles is configured to successively generate divisions and recombinations of the fluid flow in this channel.
  • one of the obstacles occupies a central portion of the channel section so that the fluid flow in the channel is divided into two flows which pass on each side of this dividing obstacle.
  • the next obstacle, called the mixing obstacle, downstream of this dividing obstacle comprises two sections which are each facing each free portion associated with the dividing obstacle just upstream.
  • the mixing obstacle is thus configured to have a single portion central free space between the sections, so as to force the mixing of the previously divided flows.
  • the sides of the obstacle are adjacent to opposite walls of the channel.
  • the deflector which faces a dividing obstacle, can extend in a central region of the inlet collector, over only part of the width of the inlet collector or over the entirety of the width of the inlet collector.
  • the deflector which faces a mixing obstacle, extends on either side of a free central portion of the inlet collector, on only part of the width of the inlet collector or over the entire width of the inlet collector.
  • the deflector thus has two sides on either side of the free central portion.
  • the fluid inlet collector comprises a plurality of channels each opening into the inlet of each of the channels, and each channel comprises a narrowed fluid outlet cross section which faces the free portion of cross section of each of the channels.
  • the inlet collector supplies flow to the different channels and each channel is smaller, in cross section, than the channel it supplies so as to direct the flow towards the free portion of the first obstacle encountered.
  • the exit section of the channel corresponds to the free portion left by the first obstacle.
  • the fluid outlet cross section of the channel is substantially of the same area as the free portion left by the first obstacle.
  • the channels form with the channels connected to them respective angles of at most 45°.
  • at least one of the channels is connected to the associated channel by forming a zero angle, namely that the channel is parallel to the channel.
  • the channel has the largest possible inlet section, gradually moving from the largest section available in the inlet collector to the narrowed outlet section.
  • the invention makes it possible to minimize the pressure loss at the entrance to the channel, while reducing the pressure loss between the exit of the channel and the first obstacle in the channel.
  • the fluid inlet collector comprises a plurality of bent channels each opening into the inlet of each of the channels, the first obstacle of each channel having a free portion on the side corresponding to the outer side of the channel bend.
  • the invention thus recommends taking advantage of higher speeds by positioning the free portion of each first obstacle facing the exterior part of the bent channel so as to receive fluid circulating at higher speeds. Thus pressure losses can be reduced.
  • the input collector is positioned equidistant from two neighboring channels.
  • the first obstacles are symmetrical to each other with respect to a plane of symmetry perpendicular to a plane defined by the two channels and equidistant from the two channels.
  • the channels are themselves symmetrical to each other with respect to the aforementioned plane of symmetry.
  • the invention also makes it possible to combine a narrowed fluid outlet cross section and a first obstacle of each channel which has a free portion of the side corresponding to the exterior side of the elbow of the channel. This makes it possible to accentuate the guidance of the flow, particularly in the case of a first vertical obstacle.
  • the fluid inlet collector comprises a plurality of channels each opening into the inlet of each of the channels, and each channel comprises a fluid outlet cross section narrowed which faces the free portion of cross section of each of the channels, and the plurality of bent channels each open into the entrance of each of the channels, the first obstacle of each channel having a free portion of the side corresponding to the exterior side of the bend in the channel.
  • the channels which are supplied by the inlet collector have trapezoidal or rectangular cross sections.
  • the channels open at the outlet to an outlet collector which is arranged to evacuate the heat transfer fluid having passed through these channels.
  • the outlet collector is connected to a pump or a compressor to set the fluid in motion.
  • the channels are formed by tubes distinct from each other.
  • these tubes are assembled in a sealed manner with the inlet collector, and, at the other end, with an outlet collector.
  • the channels are formed between two plates.
  • the inlet collector and the channels are made of a material chosen from: a metal in particular aluminum or steel, a plastic material, a ceramic material , a composite material or a combination of these types of materials.
  • the invention also relates to an assembly comprising a component capable of releasing heat during its operation, and a thermal regulation device as mentioned above, in contact with which the component is cooled.
  • Figure 2 illustrates, schematically and partially, a channel of the thermal regulation device of Figure 1;
  • Figure 6 illustrates, schematically and partially, a cross-sectional view of the channel of Figure 5;
  • Figure 7 illustrates, schematically and partially, another view of the channel of Figure 6;
  • Figure 1 which is a top view, shows an assembly 100 comprising battery cells 101 to be cooled, for example arranged in a plurality of parallel rows, and a thermal regulation device 1 arranged to cool cells 101.
  • the thermal regulation device 1 comprises a circulation network 2 for a heat transfer fluid, this network 2 comprising:
  • a fluid inlet manifold 10 arranged to distribute the fluid towards the inlets 5 of said channels 3, the fluid inlet manifold 10 being configured to direct the fluid flow in a preferred manner towards the free portion 7 of cross section channels 5.
  • the arrow F1 shows the direction of the flow of the fluid through a fluid inlet 11 in the inlet collector 10.
  • the inlet collector 10 and the channels 3 are made of a material chosen from: a metal in particular aluminum or steel, a plastic material, a ceramic material, a composite material or a combination of these types of materials.
  • the x axis represents the width of channel 3 and the y axis represents the height of channel 3.
  • the inlet manifold 10 is used to modify the upstream speed profile, just before the fluid reaches the inlet 5 of channel 3 with chaotic type obstacles.
  • This fluid inlet collector 10 is configured to direct the fluid flow in a preferred manner towards the free portion 7 of cross section of the channels 3, thus avoiding unwanted recirculation zones which could form at the level of the obstructed portion 6 of each channel 3.
  • the channels 3 open at the outlet to an outlet collector 12 which is arranged to evacuate the heat transfer fluid having passed through these channels 3.
  • the arrow F2 shows the direction of the outlet of the fluid.
  • the outlet collector 12 is connected to a pump or a compressor, not shown, for setting the fluid in motion.
  • the inlet manifold 10 comprises a plurality of deflectors 15 arranged to direct the fluid flow in a preferred manner towards the free portion 7 of cross section of each of the channels 3.
  • the inlet collector 10 comprises a plurality of junctions 16 with said channels 3, each junction 16 being arranged to allow a turn of heat transfer fluid flow from the inlet collector 10 towards the free portion 7 of cross section of the corresponding channel 3.
  • Each deflector 15 is arranged with an angle chosen so that the fluid flow turn is progressive between the inlet collector 10 and the associated channel 3.
  • the bend of junction 16 allows the fluid to gradually rotate 90°.
  • Each deflector 15 is arranged with an angle A measured between a main direction DP of the inlet collector 10 and this deflector 15, angle A which is between 45° and 90°, in particular between 45° and 80°.
  • the deflector allows the heat transfer fluid to change direction, for example 90°, progressively. Without the presence of deflector 15, and for a 90° turn, the fluid would have suffered significant pressure losses.
  • the deflectors 15 are added in the inlet collector 10 in order to direct part of the flow preferentially on the upper or lower part of each channel 3, depending on whether the channel 3 has an obstacle 4 open at the top or bottom, first.
  • Each deflector 15 has a surface area which corresponds to only a portion of a passage section of the inlet collector 10. [112] Thus each deflector 15 directs only part of the flow from the inlet collector towards each of the channels 5.
  • the plurality of deflectors 15 are arranged one behind the other in the direction of the flow of the fluid in the inlet collector 10.
  • Each deflector 15 is associated with a junction 16 to a channel 3.
  • junctions 16 are placed, spaced and regularly, along the inlet collector 10.
  • the number of deflectors 15 is chosen according to the number of channels 3.
  • the deflectors 15 are arranged one behind the other in the inlet collector 10, and have an increasing surface area as one moves away from the inlet 11 of the collector 10. This makes it possible in particular to balance the flow rates in the different channels which leave the inlet collector.
  • the deflectors 15 have edges 18 which are on a wall 19 on the junction side with the channels 3 to be served.
  • the first obstacles 4 of each of the channels 3 are configured so that, when passing from a channel 3 to the neighboring channel, the obstructed portion 6 is replaced by the free portion 7.
  • the obstacles 4 are alternately at the top and bottom of the associated channel 3, as we move from one channel 3 to the neighboring channel.
  • the deflectors 15 associated with this succession of channels 3 are alternately in the top half and in the bottom half of the inlet collector 10, as can be seen in Figure 4.
  • the inlet collector 10 has a width LC measured in a direction perpendicular to the main direction DP of the collector 10.
  • the deflectors 15 have an extension in the direction of the width LC of the collector 10, an extension which increases as that we move away from the inlet 11 of the collector 10, as can be seen in Figures 3 and 4.
  • the deflectors 15 here have a substantially rectangular circumference.
  • the channels 3 each present a succession of obstacles 21, downstream of the first obstacle 4, and these obstacles 4 and 21 are configured to generate bends in the flow of fluid in this channel, without dividing the flow into several flows. This allows for chaotic mixing.
  • Each obstacle 4, 21 is in one half of the section of channel 3, for example a high half or a low half, and leaves the other half of the section of channel 3 free.
  • the channels 3 each present a succession of obstacles 23, downstream of the first obstacle 22, and these obstacles 22 and 23 are configured to successively generate divisions and recombinations of the fluid flow in this channel 3, to obtain a chaotic type mixture.
  • one of the obstacles occupies a central portion of the section of channel 3 so that the flow of fluid in the channel is divided into two flows which pass on each side of this dividing obstacle 23.
  • the next obstacle, called mixing obstacle similar to obstacle 22, downstream of this dividing obstacle 23, comprises two sections 25 which are each facing each free portion associated with the dividing obstacle 23 just upstream.
  • the mixing obstacle 22 is thus configured to have a single free portion central 26 between the sides 25, so as to force the mixing of the previously divided flows.
  • the succession of channels 3 begins alternately with a dividing obstacle 23 and a mixing obstacle 22.
  • the deflector 27, which faces a dividing obstacle 23, can extend in a central region of the inlet collector 10, over only part of the width LC of the inlet collector or over the entirety of the width LC of the inlet collector 10.
  • the deflector 28 which faces a mixing obstacle 22, extends on either side of a free central portion 29 of the inlet collector 10, over only part of the width of the inlet collector 10 or over the entire width of the inlet collector.
  • the deflector 28 thus has two sides 30 on either side of the free central portion 29.
  • Figures 6 and 7 represent these deflectors 27 and 28. As in the previous example, the dimensions of the deflectors 27 and 28 increase as one moves away from the inlet 11 of the collector 10.
  • FIGS 8 and 9 show a thermal regulation device 40 according to another example of implementation of the invention.
  • the fluid inlet collector 41 comprises a plurality of channels 42 each opening into the inlet 5 of each of the channels 3. These channels 3 are described in the example of Figure 2 and do not are detailed further here.
  • Each channel 42 comprises a narrowed fluid outlet cross section 46 which faces the free portion 7 formed by the first obstacle 4.
  • the exit section 46 of the channel 42 coincides with the free portion 7 left by the first obstacle 4.
  • the channels 42 form, with the channels 3 which are connected to them, respective angles B of at most 45°.
  • the middle channel 42 is connected to the associated channel 3 by forming a zero angle, namely that the middle channel 42 is parallel to the associated channel 3.
  • the channel 42 has the largest possible inlet section 47, gradually passing from the largest section available in the inlet collector 41 to the narrowed outlet section 46 .
  • the invention makes it possible to minimize the pressure loss at the entrance to channel 42, while reducing the pressure loss between the exit 46 of the channel and the first obstacle 4 of channel 3.
  • FIGS 10 and 11 show a thermal regulation device 50 according to another example of implementation of the invention
  • the fluid inlet collector 51 comprises two elbow channels 52 each opening into the inlet of each of the channels 53, the first obstacle 54 of each channel 53 having a free portion 57 on the side corresponding to the exterior side 58 of the bend of channel 52.
  • the fluid circulating in channel 52 has a non-homogeneous speed profile, due to the bend imposed by the elbow.
  • the invention thus recommends taking advantage of higher speeds by positioning the free portion 57 of each first obstacle 54 facing the exterior part 58 of the bent channel 52 so as to receive fluid circulating at higher speeds. Thus pressure losses can be reduced.
  • the input collector 51 is positioned equidistant from two neighboring channels 53.
  • the first obstacles 54 are symmetrical to each other with respect to a plane of symmetry PS perpendicular to a plane PC defined by the two channels 53 and equidistant from the two channels 53, as illustrated on the figure 11.
  • Obstacles 54 are vertical.
  • the channels 53 are themselves symmetrical to each other with respect to the aforementioned plane of symmetry PS.
  • the input collector 51 is located on one side of the plane of symmetry PS of the channels 53, and these channels have first obstacles which are all open on the same side.
  • channels 3 and 53 may have trapezoidal or rectangular cross sections.
  • Channels 3, 53 are formed by tubes distinct from each other, tubes assembled in a sealed manner with the inlet collector, and, at the other end, with an outlet collector.
  • the channels 3, 53 are formed by two assembled plates, in particular brazed.

Abstract

Dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement 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, notamment pour un module de stockage d'énergie électrochimique, ce dispositif comportant un réseau de circulation (2) pour un fluide caloporteur, ce réseau comprenant : - au moins deux canaux (3) pourvus chacun d'au moins un premier obstacle du fluide en regard d'une entrée (5) du canal, obstacle qui définit une portion obstruée de section transversale du canal et laisse libre une portion libre de section transversale du canal, - un collecteur d'entrée de fluide (10) agencé pour distribuer le fluide vers les entrées desdits au moins deux canaux, le collecteur d'entrée de fluide (10) étant configuré pour diriger l'écoulement de fluide de manière privilégiée vers la portion libre de section transversale des canaux (3). Figure pour l'abrégé : Figure 1

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] Des tubes sont également utilisés pour définir les canaux, à la place de deux plaques assemblées.
[8] Il est également connu des échangeurs de chaleur pourvu de canaux reliés à des collecteurs d’entrée et de sortie ayant des orifices identiques pour tous les tubes. La plupart des canaux d’échangeur sont symétriques suivant deux plans de symétrie. Il n’y a donc pas de distribution préférentielle de l’écoulement qui minimise la perte de charge.
[9] A l’entrée du canal, il y a une zone d’établissement d’écoulement qui dépend de l’orientation de la distribution en amont, dans le collecteur d’entrée. Dans l’exemple d’un collecteur d’entrée formant un angle de 90° avec le ou les canaux, la distribution est initialement hétérogène, avec une distorsion dans la direction de l’écoulement avant le changement de direction, du fait de l’inertie du fluide. Cette distorsion se résorbe après une distance dépendant de la géométrie et du nombre de Reynolds pour retrouver le profil d’un écoulement de Poiseuille, à savoir un écoulement de type laminaire. Cette distorsion génère de la perte de charge, ce qui pénalise les performances du dispositif de régulation.
[10] L’invention vise notamment à améliorer les performances thermiques d’un dispositif de régulation thermique avec un collecteur d’entrée et qui utilise des obstacles dans les canaux, obstacles qui servent à homogénéiser la température sur la section du canal.
[11] L’invention a ainsi pour objet 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 un réseau de circulation pour un fluide caloporteur, ce réseau comprenant : - au moins deux canaux pourvus chacun d’au moins un premier obstacle du fluide en regard d’une entrée du canal, obstacle qui définit une portion obstruée de section transversale du canal et laisse libre une portion libre de section transversale du canal,
- un collecteur d’entrée de fluide agencé pour distribuer le fluide vers les entrées desdits au moins deux canaux, le collecteur d’entrée de fluide étant configuré pour diriger l’écoulement de fluide de manière privilégiée vers la portion libre de section transversale des canaux.
[12] Selon la présente invention, le premier obstacle dans chaque canal, et le cas échéant les obstacles suivants en aval de ce premier obstacle, sont agencés pour générer un mélange chaotique dans l’écoulement.
[13] 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.
[14] 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.
[15] Il y a une autre manière de provoquer un mélange, sans division de l’écoulement. Le mélange peut ainsi être provoqué par des virages que l’écoulement subit, virages qui permettent de mélanger les couches de fluide à la manière d’un générateur de vorticité.
[16] L’invention peut ainsi permettre un mélange qui peut se faire à relativement faibles vitesses du fluide. Les obstacles dans chaque canal sont configurés pour imposer des flux de fluide avec des angles permettant le mélange chaotique.
[17] 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. [18] Dans ce contexte de mélange chaotique, l’invention propose des agencements du collecteur d’entrée qui permettent de minimiser la perte de charge en tenant compte de la distribution de vitesses à laquelle est contrainte le fluide en aval, à savoir dans le canal à obstacles de type chaotique, avec ou sans division d’écoulement de fluide. En effet la perte de charge singulière générée par la jonction entre le collecteur d’entrée et les canaux est d’autant plus grande que la distribution de vitesses est différente avant et après la jonction.
[19] Le collecteur d’entrée selon l’invention est ainsi configuré pour imposer, avant l’entrée dans le canal, une distribution de vitesses non homogène afin de minimiser la perte de charge de l’ensemble, en assurant que des distributions de vitesses avant et après la jonction soient les plus proches possibles. Ce collecteur d’entrée est utilisé pour modifier le profil de vitesses amont, juste avant que le fluide n’atteigne l’entrée du canal à obstacles de type chaotique.
[20] Autrement dit, l’invention préconise de réduire les pertes de charges singulières, dues aux distorsions décrites plus haut, en supprimant les changements de direction brutaux et les zones de recirculations, zones dans lesquelles des structures tourbillonnaires se mettent en place et où le fluide est globalement immobile.
[21] L’invention y parvient grâce au collecteur d’entrée de fluide qui est configuré pour diriger l’écoulement de fluide de manière privilégiée vers la portion libre de section transversale des canaux, évitant ainsi les zones de recirculation indésirables qui pourraient se former au niveau de la portion obstruée du canal.
[22] Selon la présente invention, le premier obstacle présente sur une face que le fluide rencontre en premier, à savoir la face en amont dans le sens de circulation du fluide, une angulation permettant de réduire les pertes de charge. Avantageusement, seul le premier obstacle présente cette angulation afin de réduire les pertes de charges sans perdre l'effet de recombinaison et/ou chaotique. En effet, si tous les obstacles suivants comprenaient cette face angulée, on pourrait perdre l'effet de mélange chaotique.
[23] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux qui sont alimentés par le collecteur d’entrée sont parallèles entre eux. [24] Selon l’un des aspects de l’invention, les ajours sont perpendiculaires au sens général d’écoulement du fluide dans le dispositif.
[25] Selon l’un des aspects de l’invention, le collecteur d’entrée de fluide comprend au moins un déflecteur agencé pour diriger l’écoulement de fluide de manière privilégiée vers la portion libre de section transversale de l’un des canaux.
[26] Selon l’un des aspects de l’invention, le collecteur d’entrée comprend au moins deux jonctions avec lesdits canaux, chaque jonction étant agencée pour permettre un virage d’écoulement de fluide caloporteur du collecteur d’entrée vers la portion libre de section transversale du canal correspondant.
[27] Selon l’un des aspects de l’invention, le déflecteur est disposé avec un angle choisi de sorte que le virage d’écoulement de fluide soit progressif entre le collecteur d’entrée et le canal associé.
[28] Par exemple, le virage permet au fluide de tourner progressivement à 90°.
[29] Selon l’un des aspects de l’invention, le déflecteur est disposé avec un angle mesuré entre une direction principale du collecteur d’entrée et ce déflecteur, angle qui est compris entre 45° et 90°, notamment entre 45° et 80°.
[30] Ainsi le déflecteur permet au fluide caloporteur de changer de direction, par exemple à 90°, avec progressivité. Sans la présence du déflecteur, et pour un virage à 90°, le fluide aurait subi d’importantes pertes de charge.
[31] Autrement dit, dans un exemple de mise en oeuvre l’invention, les déflecteurs sont ajoutés dans le collecteur d’entrée afin d’orienter une partie du flux préférentiellement sur la partie haute ou basse du canal, suivant que le canal a un obstacle ouvert en haut ou en bas, en premier.
[32] Selon l’un des aspects de l’invention, le déflecteur présente une superficie qui correspond à une portion seulement d’une section de passage du collecteur d’entrée.
[33] Ainsi chaque déflecteur oriente une partie seulement de l’écoulement du collecteur d’entrée vers chacun des canaux.
[34] Selon l’un des aspects de l’invention, le collecteur d’entrée de fluide comprend au moins deux déflecteurs agencés pour diriger l’écoulement de fluide de manière privilégiée respectivement vers la portion libre de section transversale de chacun des canaux.
[35] Le premier des déflecteurs est disposé en aval du deuxième des déflecteurs.
[36] Ainsi l’écoulement de fluide dans le collecteur d’entrée voit successivement le premier déflecteur puis le deuxième déflecteur.
[37] Une partie de cet écoulement est envoyée, par la première des jonctions et avec un changement de direction imposé par le premier des déflecteurs, vers le premier des canaux, en direction de la portion libre de section transversale de ce canal. Une autre partie de cet écoulement est envoyée, par la deuxième des jonctions et avec un changement de direction imposé par le deuxième des déflecteurs, vers le deuxième des canaux, en direction de la portion libre de section transversale de ce canal.
[38] Selon l’un des aspects de l’invention, le collecteur d’entrée comprend une pluralité de déflecteurs disposés les uns derrière les autres dans le sens de l’écoulement du fluide dans le collecteur d’entrée.
[39] Selon l’un des aspects de l’invention, chaque déflecteur est associé à une jonction vers un canal.
[40] Selon l’un des aspects de l’invention, les jonctions sont placées de manière espacée le long du collecteur d’entrée.
[41] Selon l’un des aspects de l’invention, le nombre de déflecteurs est, par exemple, compris entre 2 et 10, notamment entre 3 et 8, étant par exemple égal à 5.
[42] Selon l’un des aspects de l’invention, les déflecteurs disposés les uns derrière les autres dans le collecteur d’entrée, présentent une superficie croissante à mesure que l’on s’éloigne de l’entrée du collecteur. Ceci permet notamment d’équilibrer les débits dans les différents canaux qui partent du collecteur d’entrée.
[43] Selon l’un des aspects de l’invention, les déflecteurs ont des bords qui sont sur une paroi côté jonction avec les canaux à desservir.
[44] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux présentent chacun un premier obstacle, ces premiers obstacles étant configurés de sorte que, en passant d’un canal au canal voisin, la portion obstruée est remplacée par la portion libre.
[45] Selon l’un des aspects de l’invention, les déflecteurs associés à cette succession de canaux sont alternativement dans une moitié et dans l’autre moitié de section transversale du collecteur d’entrée.
[46] Ainsi, lorsque ce collecteur présente une face en bas et une face en haut, les déflecteurs sont alternativement en bas et en haut dans le collecteur d’entrée.
[47] Selon l’un des aspects de l’invention, le collecteur d’entrée présente une largeur mesurée dans une direction perpendiculaire à la direction principale du collecteur.
[48] Selon l’un des aspects de l’invention, les déflecteurs présentent une largeur qui est croissante à mesure que l’on s’éloigne de l’entrée du collecteur.
[49] Selon l’un des aspects de l’invention, les déflecteurs présentent un pourtour sensiblement rectangulaire.
[50] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux présentent chacun une succession d’obstacles, en aval du premier obstacle, et cette succession d’obstacles est configurée pour générer des virages du flux de fluide dans ce canal, sans division du flux en plusieurs flux.
[51] Dans ce cas, chaque obstacle est notamment dans une moitié de la section du canal, par exemple une moitié haute ou une moitié basse, et laisse libre l’autre moitié de la section du canal.
[52] En variante, les canaux présentent chacun une succession d’obstacles, en aval du premier obstacle, et cette succession d’obstacles est configurée pour générer successivement des divisions et des recombinaisons du flux de fluide dans ce canal.
[53] Dans ce cas, l’un des obstacles occupe une portion centrale de la section du canal de sorte que l’écoulement de fluide dans le canal se divise en deux flux qui passent de chaque côté de cet obstacle diviseur. L’obstacle suivant, appelé obstacle de mélange, en aval de cet obstacle diviseur, comprend deux pans qui sont chacun en regard de chaque portion libre associée à l’obstacle diviseur juste en amont. L’obstacle de mélange est ainsi configuré pour avoir une seule portion libre centrale entre les pans, de manière à forcer le mélange des flux préalablement divisés.
[54] Selon l’un des aspects de l’invention, les pans de l’obstacle sont adjacents à des parois opposées du canal.
[55] Cette succession d’obstacles diviseurs et d’obstacles de mélange assure un mélange chaotique efficace dans chaque canal.
[56] Dans ce cas, le déflecteur, qui est en regard d’un obstacle diviseur, peut s’étendre dans une région centrale du collecteur d’entrée, sur une partie seulement de la largeur du collecteur d’entrée ou sur la totalité de la largeur du collecteur d’entrée.
[57] Selon l’un des aspects de l’invention, le déflecteur, qui est en regard d’un obstacle de mélange, s’étend de part et d’autre d’une portion centrale libre du collecteur d’entrée, sur une partie seulement de la largeur du collecteur d’entrée ou sur la totalité de la largeur du collecteur d’entrée. Le déflecteur présente ainsi deux pans de part et d’autre de portion centrale libre.
[58] Selon l’un des aspects de l’invention, le collecteur d’entrée de fluide comprend une pluralité de chenaux débouchant chacun dans l’entrée de chacun des canaux, et chaque chenal comprend une section transversale de sortie de fluide rétrécie qui fait face à la portion libre de section transversale de chacun des canaux.
[59] Selon l’un des aspects de l’invention, le collecteur d’entrée alimente en flux les différents canaux et chaque chenal est plus réduit, en section transversale, que le canal qu’il alimente de manière à orienter le flux vers la portion libre du premier obstacle rencontré. Ainsi la section de sortie du chenal correspond à la portion libre laissée par le premier obstacle.
[60] Par exemple, la section transversale de sortie de fluide du chenal est sensiblement de même superficie que la portion libre laissée par le premier obstacle.
[61] Selon l’un des aspects de l’invention, les chenaux forment avec les canaux qui y sont reliés des angles respectifs au plus de 45°. [62] Selon l’un des aspects de l’invention, l’un au moins des chenaux est relié au canal associé en formant un angle nul, à savoir que le chenal est parallèle au canal.
[63] Dans les exemples de mise en oeuvre ci-dessus, le chenal présente une section d’entrée le plus grand possible, passant progressivement de la plus grande section disponible dans le collecteur d’entrée à la section de sortie rétrécie.
[64] L’invention permet de minimiser la perte de charge à l’entrée du chenal, tout en réduisant la perte de charge entre la sortie du chenal et le premier obstacle du canal.
[65] Selon l’un des aspects de l’invention, le collecteur d’entrée de fluide comprend une pluralité de chenaux coudés débouchant chacun dans l’entrée de chacun des canaux, le premier obstacle de chaque canal ayant une portion libre du côté correspondant au côté extérieur du coude du chenal.
[66] Le fluide qui circule dans le coude présente un profil de vitesses non homogène, du fait du virage imposé par le coudé.
[67] L’extérieur du coude voit du fluide qui circule avec une plus grande vitesse que sur Tintérieur du coude.
[68] L’invention préconise ainsi de profiter des vitesses plus élevées en positionnant la portion libre de chaque premier obstacle en regard de la partie extérieure du chenal coudé de sorte à recevoir du fluide circulant à vitesses plus élevées. Ainsi les pertes de charges peuvent être réduites.
[69] Ainsi le premier obstacle chaotique est ouvert du côté opposé à la direction de l’arrivée du flux dans le canal.
[70] Selon l’un des aspects de l’invention, le collecteur d’entrée est positionné à équidistance de deux canaux voisins.
[71] Selon l’un des aspects de l’invention, les premiers obstacles sont symétriques l’un de l’autre par rapport à un plan de symétrie perpendiculaire à un plan défini par les deux canaux et équidistant des deux canaux.
[72] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux sont eux-mêmes symétriques l’un de l’autre par rapport au plan de symétrie précité. [73] L’invention permet également de combiner une section transversale de sortie de fluide rétrécie et un premier obstacle de chaque canal qui a une portion libre du côté correspondant au côté extérieur du coude du chenal. Ceci permet d’accentuer le guidage du flux, notamment dans le cas d’un premier obstacle vertical.
[74] Ainsi, selon l’un des aspects de l’invention, le collecteur d’entrée de fluide comprend une pluralité de chenaux débouchant chacun dans l’entrée de chacun des canaux, et chaque chenal comprend une section transversale de sortie de fluide rétrécie qui fait face à la portion libre de section transversale de chacun des canaux, et la pluralité de chenaux coudés débouchent chacun dans l’entrée de chacun des canaux, le premier obstacle de chaque canal ayant une portion libre du côté correspondant au côté extérieur du coude du chenal.
[75] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux qui sont alimentés par le collecteur d’entrée présentent des sections transversales trapézoïdales ou rectangulaires.
[76] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux débouchent en sortie sur un collecteur de sortie qui est agencé pour évacuer le fluide caloporteur ayant traversé ces canaux.
[77] Selon l’un des aspects de l’invention, le collecteur de sortie est relié à une pompe ou un compresseur pour la mise en mouvement du fluide.
[78] Selon l’un des aspects de l’invention, les canaux sont formés par des tubes distincts les uns des autres.
[79] Selon l’un des aspects de l’invention, ces tubes sont assemblés de manière étanche avec le collecteur d’entrée, et, à l’autre extrémité, avec un collecteur de sortie.
[80] En variante, les canaux sont formés entre deux plaques.
[81] Selon l’un des aspects de l’invention, le collecteur d’entrée et les canaux sont réalisés dans un matériau choisi parmi : un métal notamment de l’aluminium ou de l’acier, un matériau plastique, un matériau céramique, un matériau composite ou une combinaison de ces types de matériaux. [82] 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 précité, au contact duquel le composant est refroidi.
[83] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels :
[84] - la [Figure 1] illustre, schématiquement et partiellement, un dispositif de régulation thermique selon un exemple de mise en oeuvre de l’invention ;
[85] - la [Figure 2] illustre, schématiquement et partiellement, un canal du dispositif de régulation thermique de la figure 1 ;
[86] - la [Figure 3] illustre, schématiquement et partiellement, une coupe transversale selon lll-lll du dispositif de régulation thermique de la figure 1 ;
[87] - la [Figure 4] illustre, schématiquement et partiellement, une vue selon IV-IV du dispositif de régulation thermique de la figure 1 ;
[88] - la [Figure 5] illustre, schématiquement et partiellement, un canal d’un dispositif de régulation thermique selon un autre exemple de mise en oeuvre de l’invention ;
[89] - la [Figure 6] illustre, schématiquement et partiellement, une vue en coupe transversale du canal de la figure 5 ;
[90] - la [Figure 7] illustre, schématiquement et partiellement, une autre vue du canal de la figure 6 ;
[91] - la [Figure 8] illustre, schématiquement et partiellement, un canal d’un dispositif de régulation thermique selon un autre exemple de mise en oeuvre de l’invention ;
[92] - la [Figure 9] illustre, schématiquement et partiellement, en vue selon IX-IX, le dispositif de régulation thermique de la figure 8 ;
[93] - la [Figure 10] illustre, schématiquement et partiellement, encore un autre exemple de mise en oeuvre de l’invention, [94] - la [Figure 11] illustre, schématiquement et partiellement, les canaux côte à côte du dispositif de la figure 10.
[95] On a représenté sur la figure 1 , qui est une vue de dessus, 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.
[96] Le dispositif de régulation thermique 1 comporte un réseau de circulation 2 pour un fluide caloporteur, ce réseau 2 comprenant :
- une pluralité de canaux 3 parallèles, pourvus chacun d’au moins un premier obstacle 4 de mélange du fluide en regard d’une entrée 5 du canal 3, obstacle 4 qui définit une portion obstruée 6 de section transversale du canal et laisse libre une portion libre 7 de section transversale du canal 3, comme visible sur la figure 2,
- un collecteur d’entrée de fluide 10 agencé pour distribuer le fluide vers les entrées 5 desdits canaux 3, le collecteur d’entrée de fluide 10 étant configuré pour diriger l’écoulement de fluide de manière privilégiée vers la portion libre 7 de section transversale des canaux 5.
[97] La flèche F1 matérialise le sens de l’écoulement du fluide par une entrée de fluide 11 dans le collecteur d’entrée 10.
[98] Le collecteur d’entrée 10 et les canaux 3 sont réalisés dans un matériau choisi parmi : un métal notamment de l’aluminium ou de l’acier, un matériau plastique, un matériau céramique, un matériau composite ou une combinaison de ces types de matériaux.
[99] Sur la figure 2, l’axe x représente la largeur du canal 3 et l’axe y représente la hauteur de ce canal 3.
[100] Le collecteur d’entrée 10 est utilisé pour modifier le profil de vitesses amont, juste avant que le fluide n’atteigne l’entrée 5 du canal 3 à obstacles de type chaotique.
[101] Ce collecteur d’entrée de fluide 10 est configuré pour diriger l’écoulement de fluide de manière privilégiée vers la portion libre 7 de section transversale des canaux 3, évitant ainsi les zones de recirculation indésirables qui pourraient se former au niveau de la portion obstruée 6 de chaque canal 3.
[102] Les canaux 3 débouchent en sortie sur un collecteur de sortie 12 qui est agencé pour évacuer le fluide caloporteur ayant traversé ces canaux 3. La flèche F2 matérialise le sens de la sortie du fluide.
[103] Le collecteur de sortie 12 est relié à une pompe ou un compresseur, non représenté, pour la mise en mouvement du fluide.
[104] Le collecteur d’entrée 10 comprend une pluralité de déflecteurs 15 agencés pour diriger l’écoulement de fluide de manière privilégiée vers la portion libre 7 de section transversale de chacun des canaux 3.
[105] Le collecteur d’entrée 10 comprend une pluralité de jonctions 16 avec lesdits canaux 3, chaque jonction 16 étant agencée pour permettre un virage d’écoulement de fluide caloporteur du collecteur d’entrée 10 vers la portion libre 7 de section transversale du canal 3 correspondant.
[106] Chaque déflecteur 15 est disposé avec un angle choisi de sorte que le virage d’écoulement de fluide soit progressif entre le collecteur d’entrée 10 et le canal associé 3.
[107] Par exemple, le virage de la jonction 16 permet au fluide de tourner progressivement à 90°.
[108] Chaque déflecteur 15 est disposé avec un angle A mesuré entre une direction principale DP du collecteur d’entrée 10 et ce déflecteur 15, angle A qui est compris entre 45° et 90°, notamment entre 45° et 80°.
[109] Ainsi le déflecteur permet au fluide caloporteur de changer de direction, par exemple à 90°, avec progressivité. Sans la présence du déflecteur 15, et pour un virage à 90°, le fluide aurait subi d’importantes pertes de charge.
[110] Dans l’exemple décrit, les déflecteurs 15 sont ajoutés dans le collecteur d’entrée 10 afin d’orienter une partie du flux préférentiellement sur la partie haute ou basse de chaque canal 3, suivant que le canal 3 a un obstacle 4 ouvert en haut ou en bas, en premier.
[111] Chaque déflecteur 15 présente une superficie qui correspond à une portion seulement d’une section de passage du collecteur d’entrée 10. [112] Ainsi chaque déflecteur 15 oriente une partie seulement de l’écoulement du collecteur d’entrée vers chacun des canaux 5.
[113] La pluralité de déflecteurs 15 sont disposés les uns derrière les autres dans le sens de l’écoulement du fluide dans le collecteur d’entrée 10.
[114] Une partie de cet écoulement est envoyée, par la première des jonctions 16 et avec un changement de direction imposé par le premier des déflecteurs 15, vers le premier des canaux 3, en direction de la portion libre 7 de section transversale de ce canal 3. Une autre partie de cet écoulement est envoyée, par la deuxième des jonctions 16 et avec un changement de direction imposé par le deuxième des déflecteurs 15, vers le deuxième des canaux 3, en direction de la portion libre 7 de section transversale de ce canal 3. Cela se passe ainsi pour les canaux 3 suivants.
[115] Chaque déflecteur 15 est associé à une jonction 16 vers un canal 3.
[116] Les jonctions 16 sont placées, de manière espacée et régulière, le long du collecteur d’entrée 10.
[117] Le nombre de déflecteurs 15 est choisi en fonction du nombre de canaux 3.
[118] Les déflecteurs 15 sont disposés les uns derrière les autres dans le collecteur d’entrée 10, et présentent une superficie croissante à mesure que l’on s’éloigne de l’entrée 11 du collecteur 10. Ceci permet notamment d’équilibrer les débits dans les différents canaux qui partent du collecteur d’entrée.
[119] Ces superficies croissantes des déflecteurs 15 sont illustrées plus spécifiquement sur la figure 3. On a noté chacun des déflecteurs du plus petit déflecteur 15a, qui est le plus proche de l’entrée 11 du collecteur 10, au plus grand déflecteur 15e qui est le plus loin de l’entrée 11 . La référence 15 désigne de manière générique les déflecteurs en faisant abstraction de leurs dimensions respectives.
[120] Les déflecteurs 15 ont des bords 18 qui sont sur une paroi 19 côté jonction avec les canaux 3 à desservir.
[121] Les premiers obstacles 4 de chacun des canaux 3 sont configurés de sorte que, en passant d’un canal 3 au canal voisin, la portion obstruée 6 est remplacée par la portion libre 7. Ainsi, dans l’exemple décrit, les obstacles 4 sont alternativement en haut et en bas du canal 3 associé, à mesure que l’on passe d’un canal 3 au canal voisin.
[122] Ainsi, les déflecteurs 15 associés à cette succession de canaux 3 sont alternativement dans la moitié haut et dans la moitié bas du collecteur d’entrée 10, comme on peut le voir sur la figure 4.
[123] Le collecteur d’entrée 10 présente une largeur LC mesurée dans une direction perpendiculaire à la direction principale DP du collecteur 10. Les déflecteurs 15 présentent une extension dans la direction de la largeur LC du collecteur 10, extension qui est croissante à mesure que l’on s’éloigne de l’entrée 11 du collecteur 10, comme on peut le voir sur les figures 3 et 4.
[124] Les déflecteurs 15 présentent ici un pourtour sensiblement rectangulaire.
[125] Les canaux 3 présentent chacun une succession d’obstacles 21 , en aval du premier obstacle 4, et ces obstacles 4 et 21 sont configurés pour générer des virages du flux de fluide dans ce canal, sans division du flux en plusieurs flux. Ceci permet un mélange de type chaotique.
[126] Chaque obstacle 4, 21 est dans une moitié de la section du canal 3, par exemple une moitié haute ou une moitié basse, et laisse libre l’autre moitié de la section du canal 3.
[127] En variante, dans l’exemple de réalisation de l’invention illustré en figures 5 à 7, les canaux 3 présentent chacun une succession d’obstacles 23, en aval du premier obstacle 22, et ces obstacles 22 et 23 sont configurés pour générer successivement des divisions et des recombinaisons du flux de fluide dans ce canal 3, pour obtenir un mélange de type chaotique.
[128] Dans ce cas, l’un des obstacles, ici l’obstacle 23, occupe une portion centrale de la section du canal 3 de sorte que l’écoulement de fluide dans le canal se divise en deux flux qui passent de chaque côté de cet obstacle diviseur 23. L’obstacle suivant, appelé obstacle de mélange analogue à l’obstacle 22, en aval de cet obstacle diviseur 23, comprend deux pans 25 qui sont chacun en regard de chaque portion libre associée à l’obstacle diviseur 23 juste en amont.
L’obstacle de mélange 22 est ainsi configuré pour avoir une seule portion libre centrale 26 entre les pans 25, de manière à forcer le mélange des flux préalablement divisés.
[129] Les pans 25 de l’obstacle 22 sont adjacents à des parois opposées 37 du canal 3.
[130] Cette succession d’obstacles diviseurs 23 et d’obstacles de mélange 22 assure un mélange chaotique efficace dans chaque canal 3.
[131] La succession de canaux 3 débutent alternativement par un obstacle diviseur 23 et un obstacle de mélange 22.
[132] Le déflecteur 27, qui est en regard d’un obstacle diviseur 23, peut s’étendre dans une région centrale du collecteur d’entrée 10, sur une partie seulement de la largeur LC du collecteur d’entrée ou sur la totalité de la largeur LC du collecteur d’entrée 10.
[133] Le déflecteur 28, qui est en regard d’un obstacle de mélange 22, s’étend de part et d’autre d’une portion centrale libre 29 du collecteur d’entrée 10, sur une partie seulement de la largeur du collecteur d’entrée 10 ou sur la totalité de la largeur du collecteur d’entrée. Le déflecteur 28 présente ainsi deux pans 30 de part et d’autre de portion centrale libre 29.
[134] Les figures 6 et 7 représentent ces déflecteurs 27 et 28. Comme dans l’exemple précédent, les dimensions des déflecteurs 27 et 28 sont croissantes à mesure de que l’on s’éloigne de l’entre 11 du collecteur 10.
[135] Les types de déflecteurs 27 et 28 s’alternent le long du collecteur d’entrée 10.
[136] On a représenté sur les figures 8 et 9 un dispositif de régulation thermique 40 selon autre exemple de mise en oeuvre de l’invention.
[137] Dans ce dispositif 40, le collecteur d’entrée de fluide 41 comprend une pluralité de chenaux 42 débouchant chacun dans l’entrée 5 de chacun des canaux 3. Ces canaux 3 sont décrits dans l’exemple de la figure 2 et ne sont détaillés davantage ici.
[138] Chaque chenal 42 comprend une section transversale de sortie de fluide rétrécie 46 qui fait face à la portion libre 7 formée par le premier obstacle 4. [139] Autrement dit, la section de sortie 46 du chenal 42 coïncide avec la portion libre 7 laissée par le premier obstacle 4.
[140] Les chenaux 42 forment avec les canaux 3 qui y sont reliés des angles B respectifs au plus de 45°.
[141] Le chenal 42 du milieu est relié au canal 3 associé en formant un angle nul, à savoir que le chenal 42 du milieu est parallèle au canal 3 associé.
[142] Comme on peut le voir sur la figure 9, le chenal 42 présente une section d’entrée 47 le plus grand possible, passant progressivement de la plus grande section disponible dans le collecteur d’entrée 41 à la section de sortie rétrécie 46.
[143] L’invention permet de minimiser la perte de charge à l’entrée du chenal 42, tout en réduisant la perte de charge entre la sortie 46 du chenal et le premier obstacle 4 du canal 3.
[144] On a représenté sur les figures 10 et 11 un dispositif de régulation thermique 50 selon autre exemple de mise en oeuvre de l’invention
[145] Dans ce dispositif 50, le collecteur d’entrée de fluide 51 comprend deux chenaux coudés 52 débouchant chacun dans l’entrée de chacun des canaux 53, le premier obstacle 54 de chaque canal 53 ayant une portion libre 57 du côté correspondant au côté extérieur 58 du coude du chenal 52.
[146] Le fluide qui circule dans le chenal 52 présente un profil de vitesses non homogène, du fait du virage imposé par le coude.
[147] L’extérieur 58 du coude voit du fluide qui circule avec une plus grande vitesse que sur l'intérieur du coude.
[148] L’invention préconise ainsi de profiter des vitesses plus élevées en positionnant la portion libre 57 de chaque premier obstacle 54 en regard de la partie extérieure 58 du chenal coudé 52 de sorte à recevoir du fluide circulant à vitesses plus élevées. Ainsi les pertes de charges peuvent être réduites.
[149] Ainsi le premier obstacle chaotique 54 est ouvert du côté opposé à la direction de l’arrivée du flux dans le canal 53.
[150] Le collecteur d’entrée 51 est positionné à équidistance de deux canaux 53 voisins. [151] Les premiers obstacles 54 sont symétriques l’un de l’autre par rapport à un plan de symétrie PS perpendiculaire à un plan PC défini par les deux canaux 53 et équidistant des deux canaux 53, comme illustré sur la figure 11 .
[152] Les obstacles 54 sont verticaux.
[153] Les canaux 53 sont eux-mêmes symétriques l’un de l’autre par rapport au plan de symétrie PS précité.
[154] Dans un exemple non illustré, le collecteur d’entrée 51 est situé sur un côté du plan de symétrie PS des canaux 53, et ces canaux ont des premiers obstacles qui sont ouverts tous d’un même côté.
[155] Dans les exemples décrits ci-dessus, les canaux 3 et 53 peuvent présenter des sections transversales trapézoïdales ou rectangulaires.
[156] Les canaux 3, 53 sont formés par des tubes distincts les uns des autres, tubes assemblés de manière étanche avec le collecteur d’entrée, et, à l’autre extrémité, avec un collecteur de sortie.
[157] En variante, les canaux 3, 53 sont formés par deux plaques assemblées, notamment brasées.
[158]

Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif de régulation thermique (1 ; 40 ; 50), 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 un réseau de circulation (2) pour un fluide caloporteur, ce réseau comprenant :
- au moins deux canaux (3 ; 53) pourvus chacun d’au moins un premier obstacle (4 ; 54) du fluide en regard d’une entrée (5) du canal, obstacle qui définit une portion obstruée (6) de section transversale du canal et laisse libre une portion libre (7) de section transversale du canal,
- un collecteur d’entrée de fluide (10 ; 41 ; 51 ) agencé pour distribuer le fluide vers les entrées desdits au moins deux canaux, le collecteur d’entrée de fluide (10 ; 41 ; 51 ) étant configuré pour diriger l’écoulement de fluide de manière privilégiée vers la portion libre de section transversale des canaux (3 ; 53).
[Revendication 2] Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les canaux (3) présentent chacun une succession d’obstacles (21 ), en aval du premier obstacle (4), et cette succession d’obstacles est configurée pour générer des virages du flux de fluide dans ce canal, sans division du flux en plusieurs flux.
[Revendication 3] Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel les canaux présentent chacun une succession d’obstacles (22 ; 23), en aval du premier obstacle, et cette succession d’obstacles est configurée pour générer successivement des divisions et des recombinaisons du flux de fluide dans ce canal.
[Revendication 4] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le collecteur d’entrée de fluide (10) comprend au moins un déflecteur (15) agencé pour diriger l’écoulement de fluide de manière privilégiée vers la portion libre (7) de section transversale de l’un des canaux (3).
[Revendication 5] Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le déflecteur (15) est disposé avec un angle choisi de sorte que le virage d’écoulement de fluide soit progressif entre le collecteur d’entrée (10) et le canal (3) associé, notamment le déflecteur étant disposé avec un angle (A) mesuré entre une direction principale du collecteur d’entrée et ce déflecteur, angle qui est compris entre 45° et 90°, notamment entre 45° et 80°.
[Revendication 6] Dispositif selon l’une des revendications 4 et 5, dans lequel le collecteur d’entrée de fluide (10) comprend au moins deux déflecteurs (15) agencés pour diriger l’écoulement de fluide de manière privilégiée respectivement vers la portion libre (7) de section transversale de chacun des canaux (3).
[Revendication 7] Dispositif selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel les déflecteurs (15) disposés les uns derrière les autres dans le collecteur d’entrée (10), présentent une superficie croissante à mesure que l’on s’éloigne de l’entrée du collecteur.
[Revendication 8] Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le collecteur d’entrée de fluide (41 ) comprend une pluralité de chenaux (42) débouchant chacun dans l’entrée de chacun des canaux, et chaque chenal comprend une section transversale de sortie de fluide rétrécie (46) qui fait face à la portion libre (7) de section transversale de chacun des canaux (3).
[Revendication 9] Dispositif selon la revendication 1 ou 2 ou 8, dans lequel le collecteur d’entrée de fluide (51 ) comprend une pluralité de chenaux coudés (52) débouchant chacun dans l’entrée de chacun des canaux (53), le premier obstacle (54) de chaque canal ayant une portion libre (57) du côté correspondant au côté extérieur du coude du chenal.
[Revendication 10] Ensemble (100) comportant un composant 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.
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