FR3065796A1 - THERMAL EXCHANGER IMPLEMENTED IN A THERMAL CONTROL CIRCUIT OF A MOTOR VEHICLE BATTERY PACK - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de conditionnement thermique d'un véhicule automobile comprenant : - un circuit de climatisation dans lequel circule un fluide réfrigérant, - un circuit de régulation thermique d'au moins un élément de stockage d'énergie électrique, comprenant un échangeur thermique (1) disposé en contact thermique avec ledit au moins un élément de stockage d'énergie électrique, ledit échangeur thermique (1) comprenant un faisceau de tubes (40) de circulation d'un fluide caloporteur apte à échanger thermiquement avec ledit au moins un élément de stockage d'énergie électrique, les extrémités des tubes (40) pénétrant dans un collecteur d'admission (2) du fluide caloporteur et un collecteur d'évacuation (3) du fluide caloporteur respectivement. Selon l'invention, au moins un desdits collecteurs (2, 3) de l'échangeur thermique (1) comprend : - une première chambre (26) dans laquelle s'étend au moins un passage (23) de circulation du fluide caloporteur du circuit de régulation thermique et au moins un conduit (220, 221) de circulation du fluide réfrigérant du circuit de climatisation, de sorte à ce que le fluide caloporteur circulant dans ledit au moins un passage (23) échange thermiquement avec le fluide réfrigérant circulant dans ledit au moins un conduit (220, 221), et - une deuxième chambre (25) de circulation du fluide caloporteur communiquant avec ledit au moins un passage (23) de la première chambre (26) et ledit faisceau de tubes (40) dudit échangeur thermique (1).The invention relates to a thermal conditioning system for a motor vehicle comprising: - an air conditioning circuit in which a refrigerant circulates, - a thermal regulation circuit of at least one electrical energy storage element, comprising a heat exchanger thermal device (1) arranged in thermal contact with said at least one electrical energy storage element, said heat exchanger (1) comprising a bundle of tubes (40) for circulating a heat transfer fluid able to heat exchange with said at least one an electrical energy storage element, the ends of the tubes (40) entering an intake manifold (2) of the heat transfer fluid and a discharge manifold (3) of the coolant respectively. According to the invention, at least one of said collectors (2, 3) of the heat exchanger (1) comprises: - a first chamber (26) in which extends at least one passage (23) for circulating the heat transfer fluid of the thermal regulation circuit and at least one conduit (220, 221) for circulating the cooling fluid of the air conditioning circuit, so that the coolant circulating in the at least one passage (23) thermally exchanges with the refrigerant circulating in said at least one conduit (220, 221), and - a second heat transfer fluid circulating chamber (25) communicating with said at least one passage (23) of the first chamber (26) and said bundle of tubes (40) of said heat exchanger (1).
Description
© N° de publication : 3 065 796 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)© Publication no .: 3,065,796 (to be used only for reproduction orders)
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DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1A1 PATENT APPLICATION
ECHANGEUR THERMIQUE MIS EN OEUVRE DANS UN CIRCUIT DE REGULATION THERMIQUE D'UN PACKBATTERIE DE VEHICULE AUTOMOBILE.HEAT EXCHANGER IMPLEMENTED IN A THERMAL REGULATION CIRCUIT OF A MOTOR VEHICLE PACKBATTERY.
FR 3 065 796 - A1FR 3 065 796 - A1
L'invention concerne un système de conditionnement thermique d'un véhicule automobile comprenant:The invention relates to a thermal conditioning system of a motor vehicle comprising:
- un circuit de climatisation dans lequel circule un fluide réfrigérant,- an air conditioning circuit in which a refrigerant circulates,
- un circuit de régulation thermique d'au moins un élément de stockage d'énergie électrique, comprenant un échangeur thermique (1) disposé en contact thermique avec ledit au moins un élément de stockage d'énergie électrique, ledit échangeur thermique (1) comprenant un faisceau de tubes (40) de circulation d'un fluide caloporteur apte à échanger thermiquement avec ledit au moins un élément de stockage d'énergie électrique, les extrémités des tubes (40) pénétrant dans un collecteur d'admission (2) du fluide caloporteur et un collecteur d'évacuation (3) du fluide caloporteur respectivement.- a thermal regulation circuit of at least one electrical energy storage element, comprising a heat exchanger (1) disposed in thermal contact with said at least one electrical energy storage element, said heat exchanger (1) comprising a bundle of tubes (40) for circulation of a heat transfer fluid capable of thermally exchanging with said at least one element for storing electrical energy, the ends of the tubes (40) penetrating into an intake manifold (2) of the fluid coolant and an evacuation manifold (3) of the coolant respectively.
Selon l'invention, au moins un desdits collecteurs (2, 3) de l'échangeur thermique (1) comprend:According to the invention, at least one of said collectors (2, 3) of the heat exchanger (1) comprises:
- une première chambre (26) dans laquelle s'étend au moins un passage (23) de circulation du fluide caloporteur du circuit de régulation thermique et au moins un conduit (220, 221) de circulation du fluide réfrigérant du circuit de climatisation, de sorte à ce que le fluide caloporteur circulant dans ledit au moins un passage (23) échange thermiquement avec le fluide réfrigérant circulant dans ledit au moins un conduit (220, 221), et- A first chamber (26) in which extends at least one passage (23) for circulation of the heat transfer fluid of the thermal regulation circuit and at least one conduit (220, 221) for circulation of the coolant of the air conditioning circuit, so that the heat transfer fluid circulating in said at least one passage (23) thermally exchanges with the refrigerant fluid circulating in said at least one duct (220, 221), and
- une deuxième chambre (25) de circulation du fluide caloporteur communiquant avec ledit au moins un passage (23) de la première chambre (26) et ledit faisceau de tubes (40) dudit échangeur thermique (1).- A second chamber (25) for circulation of the heat transfer fluid communicating with said at least one passage (23) of the first chamber (26) and said bundle of tubes (40) of said heat exchanger (1).
ii
Echangeur thermique mis en œuvre dans un circuit de régulation thermique d'un pack-batterie de véhicule automobileHeat exchanger implemented in a thermal regulation circuit of a motor vehicle battery pack
1. Domaine de l'invention1. Field of the invention
La présente invention concerne la régulation thermique d'un ensemble d'au moins une batterie.The present invention relates to the thermal regulation of an assembly of at least one battery.
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de gestion thermique à fluide caloporteur pour un ensemble d'au moins une batterie dans le domaine des véhicules automobiles à motorisation électrique et/ou hybride.The invention relates more particularly to a thermal management device with heat transfer fluid for an assembly of at least one battery in the field of motor vehicles with electric and / or hybrid motorization.
L'invention concerne, par ailleurs, un circuit de régulation thermique d'au moins une batterie d'un véhicule automobile mettant en œuvre un tel dispositif de gestion thermique et un échangeur thermique utilisé dans un tel dispositif de gestion thermique.The invention further relates to a thermal regulation circuit of at least one battery of a motor vehicle implementing such a thermal management device and a heat exchanger used in such a thermal management device.
2. Art antérieur2. Prior art
L'énergie électrique des véhicules à motorisation électrique et/ou hybride est fournie par une ou plusieurs batteries.The electrical energy of vehicles with electric and / or hybrid motorization is supplied by one or more batteries.
Dans ce type de véhicule, la batterie est généralement formée d'une pluralité de cellules électriques disposées dans un boîtier de protection afin de former ce que l'on appelle un pack batterie.In this type of vehicle, the battery is generally formed by a plurality of electrical cells arranged in a protective housing in order to form what is called a battery pack.
Un problème posé réside dans le fait que durant leur fonctionnement, les batteries sont amenées à chauffer et risquent ainsi de s'endommager.One problem is that during operation the batteries heat up and may be damaged.
Par ailleurs, en cas de température trop basse, l'autonomie de la batterie peut décroître fortement.In addition, if the temperature is too low, the autonomy of the battery may decrease considerably.
La régulation thermique de la batterie est, par conséquent, un point important.The thermal regulation of the battery is therefore an important point.
En effet, la température de la batterie doit rester comprise entre 20°C etIndeed, the temperature of the battery must remain between 20 ° C and
40°C afin d'assurer la fiabilité, l'autonomie, et la performance du véhicule, tout en optimisant la durée de vie de la batterie.40 ° C to ensure the reliability, autonomy, and performance of the vehicle, while optimizing the battery life.
Cette régulation de la température de la batterie, et notamment son refroidissement est assuré au moyen d'un fluide caloporteur qui circule dans un dispositif de gestion thermique placé à l'intérieur du boîtier du pack-batterie et qui est constitué d'une plaque ou de tubes d'échange thermique, en contact avec les cellules électriques, de manière à réguler leur température par conduction thermique.This regulation of the temperature of the battery, and in particular its cooling, is ensured by means of a heat transfer fluid which circulates in a thermal management device placed inside the case of the battery pack and which consists of a plate or of heat exchange tubes, in contact with the electrical cells, so as to regulate their temperature by thermal conduction.
Une plaque d'échange thermique est généralement réalisée en matériau thermo-conducteur et est composée de deux plaques accolées l'une contre l'autre afin de former un ou plusieurs canaux de circulation du fluide caloporteur, dont les extrémités sont reliées respectivement à un collecteur.A heat exchange plate is generally made of thermally conductive material and is composed of two plates placed side by side in order to form one or more channels for circulation of the heat-transfer fluid, the ends of which are respectively connected to a collector. .
Un tel circuit (ou boucle) de régulation thermique 6 des batteries, illustré de façon schématique sur la figure 1, comprend en outre une pompe P pour forcer la circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de la plaque d'échange thermique 61.Such a thermal regulation circuit (or loop) 6 of the batteries, illustrated diagrammatically in FIG. 1, further comprises a pump P for forcing the circulation of the heat transfer fluid inside the heat exchange plate 61.
Le fluide caloporteur peut ainsi absorber de la chaleur émise par les cellules électriques afin de les refroidir et d'évacuer cette chaleur au niveau d'un échangeur thermique 8, situé à l'extérieur du boîtier du pack-batterie.The heat transfer fluid can thus absorb the heat emitted by the electrical cells in order to cool them and to evacuate this heat at the level of a heat exchanger 8, located outside the case of the battery pack.
Le fluide caloporteur peut également, si besoin est, apporter de la chaleur pour réchauffer les cellules électriques.The heat transfer fluid can also, if necessary, provide heat to heat the electrical cells.
Pour ce faire, la boucle de régulation thermique 6 comprend un dispositif de chauffage H additionnel, utilisant par exemple des résistances électriques ou des résistances à coefficient de température positif.To do this, the thermal regulation loop 6 comprises an additional heating device H, using for example electrical resistors or resistors with a positive temperature coefficient.
Un tel dispositif de chauffage H additionnel est essentiel pour réguler la température des cellules électriques, notamment par des températures basses en hiver, où il faut augmenter la température des cellules électriques avant de commencer à les charger.Such an additional heating device H is essential for regulating the temperature of the electrical cells, in particular by low temperatures in winter, where it is necessary to increase the temperature of the electrical cells before starting to charge them.
Par ailleurs, les véhicules sont fréquemment équipés d'une installation de chauffage, ventilation, et/ou climatisation pour réguler thermiquement l'espace intérieur de l'habitacle du véhicule en délivrant un flux d'air intérieur à température désirée.Furthermore, vehicles are frequently equipped with a heating, ventilation, and / or air conditioning installation to thermally regulate the interior space of the vehicle cabin by delivering an interior air flow at the desired temperature.
L'installation de chauffage, ventilation, et/ou climatisation comprend généralement une boucle de climatisation 7 à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant, et plus précisément une boucle principale 74 comprenant un compresseur 76 forçant la circulation de fluide réfrigérant dans cette boucle principale 74 pour qu'il traverse un condenseur 77 avant de traverser un dispositif de détente, ou détendeur, TXV1 puis un évaporateur 78 (permettant de refroidir un air destiné à circuler vers l'habitacle du véhicule, avant d'atteindre à nouveau le compresseur 76.The heating, ventilation, and / or air conditioning installation generally comprises an air conditioning loop 7 inside which a refrigerant fluid circulates, and more precisely a main loop 74 comprising a compressor 76 forcing the circulation of refrigerant fluid in this loop. main 74 so that it passes through a condenser 77 before passing through an expansion device, or regulator, TXV1 then an evaporator 78 (making it possible to cool an air intended to circulate towards the passenger compartment of the vehicle, before reaching again the compressor 76.
Dans cette boucle principale 74, le fluide réfrigérant réalise ainsi un cycle thermodynamique dans lequel il évacue sa chaleur au niveau du condenseur 77, et dans lequel il capte la chaleur au niveau de l'évaporateur 78.In this main loop 74, the refrigerant thus performs a thermodynamic cycle in which it dissipates its heat at the level of the condenser 77, and in which it collects the heat at the level of the evaporator 78.
Dans certains cas, la boucle de régulation thermique 6 des cellules électriques est en relation avec la boucle de climatisation 7, de façon à permettre un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur, notamment destiné au refroidissement des cellules électriques.In certain cases, the thermal regulation loop 6 of the electrical cells is in relation to the air conditioning loop 7, so as to allow a heat exchange between the refrigerant and the heat transfer fluid, in particular intended for cooling the electrical cells.
Le liquide caloporteur du circuit de régulation thermique 6 des cellules électriques peut ainsi être refroidi par circulation dans l'échangeur thermique 8 de type liquide caloporteur/réfrigérant, qui est connecté à la boucle de climatisation 7.The heat transfer liquid of the thermal regulation circuit 6 of the electrical cells can thus be cooled by circulation in the heat exchanger 8 of the heat transfer liquid / coolant type, which is connected to the air conditioning loop 7.
Plus précisément, la boucle principale 74 est reliée à l'échangeur thermique 8 par l'intermédiaire d'une autre boucle de dérivation 71, qui est raccordée à la sortie du condenseur 77 et à l'entrée du compresseur 76.More specifically, the main loop 74 is connected to the heat exchanger 8 by means of another bypass loop 71, which is connected to the outlet of the condenser 77 and to the inlet of the compressor 76.
Cette boucle de dérivation 71 comprend un détendeur TXV 2 que le fluide réfrigérant traverse avant de circuler dans l'échangeur thermique 8 pour ensuite retourner dans la boucle principale en étant réinjecté en entrée du compresseur 76.This bypass loop 71 comprises a TXV regulator 2 which the refrigerant passes through before circulating in the heat exchanger 8 to then return to the main loop by being reinjected at the inlet of the compressor 76.
Cependant, une telle solution utilisant la boucle de climatisation pour le refroidissement mais nécessitant un dispositif de chauffage additionnel pour le chauffage de la batterie et une pompe, est encombrante et ne satisfait pas aux exigences actuelles du domaine automobile.However, such a solution using the air conditioning loop for cooling but requiring an additional heating device for heating the battery and a pump, is bulky and does not meet the current requirements of the automotive field.
En effet, du fait de la perpétuelle augmentation du niveau d'électrification des véhicules hybrides et électriques, il est nécessaire d'augmenter la quantité de cellules de stockage d'énergie électrique.Indeed, due to the perpetual increase in the level of electrification of hybrid and electric vehicles, it is necessary to increase the quantity of cells for storing electrical energy.
Or, l'espace alloué à l'intégration de telles cellules électriques est limité, de sorte qu'il est nécessaire d'optimiser l'encombrement du circuit de régulation thermique des cellules électriques.However, the space allocated to the integration of such electrical cells is limited, so that it is necessary to optimize the size of the thermal regulation circuit of the electrical cells.
Par ailleurs, cette solution manque de précision et d'efficacité de sorte qu'elle ne permet pas d’homogénéiser la température du fluide caloporteur dans la plaque d'échange thermique avec suffisamment de précision.Furthermore, this solution lacks precision and efficiency so that it does not allow the temperature of the heat transfer fluid to be homogenized in the heat exchange plate with sufficient precision.
3. Résumé de l'invention3. Summary of the invention
L'invention propose à cet effet un système de conditionnement thermique d'un véhicule automobile comprenant :To this end, the invention provides a thermal conditioning system for a motor vehicle comprising:
un circuit de climatisation dans lequel circule un fluide réfrigérant, un circuit de régulation thermique d'au moins un élément de stockage d'énergie électrique, comprenant un échangeur thermique disposé en contact thermique avec ledit au moins un élément de stockage d'énergie électrique, ledit échangeur thermique comprenant un faisceau de tubes de circulation d'un fluide caloporteur apte à échanger thermiquement avec ledit au moins un élément de stockage d'énergie électrique, les extrémités des tubes pénétrant dans un collecteur d'admission du fluide caloporteur et un collecteur d'évacuation du fluide caloporteur respectivement.an air conditioning circuit in which a refrigerant circulates, a thermal regulation circuit of at least one element for storing electrical energy, comprising a heat exchanger disposed in thermal contact with said at least one element for storing electrical energy, said heat exchanger comprising a bundle of tubes for circulation of a heat transfer fluid capable of thermally exchanging with said at least one element for storing electrical energy, the ends of the tubes penetrating into an intake manifold of the heat transfer fluid and a manifold of evacuation of the heat transfer fluid respectively.
Selon l'invention, au moins un desdits collecteurs de l'échangeur thermique comprend :According to the invention, at least one of said collectors of the heat exchanger comprises:
une première chambre dans laquelle s'étend au moins un passage de circulation du fluide caloporteur du circuit de régulation thermique et au moins un conduit de circulation du fluide réfrigérant du circuit de climatisation, de sorte à ce que le fluide caloporteur circulant dans ledit au moins un passage échange thermiquement avec le fluide réfrigérant circulant dans ledit au moins un conduit, et une deuxième chambre de circulation du fluide caloporteur communiquant avec ledit au moins un passage de la première chambre et ledit faisceau de tubes dudit échangeur thermique.a first chamber in which extends at least one passage for circulation of the heat transfer fluid of the thermal regulation circuit and at least one conduit for circulation of the coolant of the air conditioning circuit, so that the heat transfer fluid circulating in said at least a passage heat exchange with the refrigerant circulating in said at least one conduit, and a second circulation chamber of the heat transfer fluid communicating with said at least one passage of the first chamber and said bundle of tubes of said heat exchanger.
La présente invention propose ainsi un nouveau type de dispositif de gestion thermique de cellules électriques, sous la forme d'un échangeur thermique à tubes, qui est mis en œuvre dans une boucle de régulation thermique en relation avec la boucle de climatisation d'un véhicule, de façon à permettre un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur, notamment destiné au refroidissement des cellules électriques.The present invention thus proposes a new type of thermal management device for electrical cells, in the form of a tube heat exchanger, which is implemented in a thermal regulation loop in relation to the air conditioning loop of a vehicle. , so as to allow a heat exchange between the refrigerant and the heat transfer fluid, in particular intended for the cooling of electrical cells.
Plus précisément, le dispositif de régulation thermique réalise simultanément les fonctions de gestion thermique des cellules électriques et d'échange thermique entre le fluide caloporteur de la boucle de régulation thermique et le fluide réfrigérant de la boucle de climatisation.More specifically, the thermal regulation device simultaneously performs the functions of thermal management of the electrical cells and of heat exchange between the heat transfer fluid of the thermal regulation loop and the refrigerant fluid of the air conditioning loop.
Pour ce faire, au moins un conduit de la boucle de climatisation transportant le fluide réfrigérant passe par au moins un collecteur, tel le collecteur d'admission dans lequel passe le fluide caloporteur, du dispositif de régulation thermique des cellules électriques.To do this, at least one duct of the air conditioning loop transporting the refrigerant passes through at least one manifold, such as the intake manifold through which the heat transfer fluid passes, of the device for thermal regulation of the electrical cells.
Le fluide caloporteur peut ainsi absorber de la chaleur émise par les cellules électriques afin de les refroidir et évacuer cette chaleur, non pas au niveau d'un échangeur thermique additionnel comme cela est décrit dans l'art antérieur, mais au niveau du collecteur d'admission de fluide caloporteur du dispositif de gestion thermique dans lequel le fluide caloporteur est en contact thermique avec le fluide réfrigérant.The heat transfer fluid can thus absorb the heat emitted by the electrical cells in order to cool them and dissipate this heat, not at the level of an additional heat exchanger as described in the prior art, but at the level of the collector of intake of heat transfer fluid from the thermal management device in which the heat transfer fluid is in thermal contact with the coolant.
En d'autres termes, la boucle de régulation thermique échange thermiquement avec la boucle de climatisation à l'intérieur du dispositif de gestion thermique.In other words, the thermal regulation loop exchanges heat with the air conditioning loop inside the thermal management device.
L'approche de l'invention permet donc de réduire, d'une manière générale, l'encombrement et le poids du circuit de régulation thermique des cellules électriques formant la batterie, en réintégrant la fonction d'échange thermique entre le liquide caloporteur et le liquide réfrigérant dans une boîte distributrice de l'échangeur thermique destiné à réguler thermiquement les batteries (cet échangeur thermique assure ainsi deux fonctions).The approach of the invention therefore makes it possible, in general, to reduce the size and the weight of the thermal regulation circuit of the electric cells forming the battery, by reintegrating the heat exchange function between the heat transfer liquid and the coolant in a distributor box of the heat exchanger intended to thermally regulate the batteries (this heat exchanger thus performs two functions).
Cette solution réduit l'encombrement, s'avère moins coûteuse et permet de diminuer les connexions fluidiques.This solution reduces the bulk, is less costly and makes it possible to reduce the fluid connections.
Plus généralement, ceci permet de réduire l'encombrement du système de conditionnement thermique dans le véhicule automobile, de faciliter son installation et de minimiser les risques de non-étanchéité de part la réduction du nombre de connexions fluidiques.More generally, this makes it possible to reduce the size of the thermal conditioning system in the motor vehicle, to facilitate its installation and to minimize the risks of non-tightness due to the reduction in the number of fluidic connections.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit au moins un collecteur est agencé pour faire circuler le fluide caloporteur dans ledit au moins un passage de la première chambre selon une première direction et dans la deuxième chambre selon une deuxième direction de sens opposé à la première direction.According to a particular aspect of the invention, said at least one manifold is arranged to circulate the heat transfer fluid in said at least one passage from the first chamber in a first direction and in the second chamber in a second direction in a direction opposite to the first direction.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit au moins un passage de circulation du fluide caloporteur s'étend le long dudit au moins un conduit de passage du fluide réfrigérant.According to a particular aspect of the invention, said at least one passage for circulation of the coolant fluid extends along said at least one duct for passage of the refrigerant fluid.
Selon un aspect particulier de l'invention, la première chambre comprend, de façon alternée, un passage de circulation du fluide caloporteur du circuit de régulation thermique et un conduit de passage du fluide réfrigérant du circuit de climatisation.According to a particular aspect of the invention, the first chamber comprises, in an alternating manner, a passage for circulation of the heat transfer fluid of the thermal regulation circuit and a conduit for passage of the refrigerant fluid of the air conditioning circuit.
Selon un aspect particulier de l'invention, les extrémités dudit au moins un conduit de circulation de fluide réfrigérant sont fixées chacune à une plaque de support disposée à une extrémité dudit au moins un collecteur et s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal de ce dernier.According to a particular aspect of the invention, the ends of said at least one coolant circulation duct are each fixed to a support plate disposed at one end of said at least one manifold and extending perpendicular to the longitudinal axis of this latest.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la première chambre comprend au moins un conduit d'entrée du fluide réfrigérant et au moins un conduit de sortie du fluide réfrigérant reliés, à une première extrémité du collecteur par une portion de retournement, et définissant un chemin de circulation du fluide réfrigérant en U dans ledit au moins collecteur.In a particular embodiment of the invention, the first chamber comprises at least one inlet duct for the refrigerant fluid and at least one outlet duct for the refrigerant fluid connected, at a first end of the manifold by a turning portion, and defining a path for circulation of the U-shaped coolant in said at least manifold.
Selon cette configuration, le fluide réfrigérant circule selon une première direction dans au moins un conduit d'entrée disposé dans ledit au moins collecteur, puis dans la portion de retournement et enfin dans au moins un conduit de sortie disposé dans ledit au moins collecteur selon une deuxième direction opposée à la première direction.According to this configuration, the refrigerant circulates in a first direction in at least one inlet duct arranged in said at least collector, then in the turning portion and finally in at least one outlet duct arranged in said at least collector according to a second direction opposite to the first direction.
Selon un aspect particulier de l'invention, la portion de retournement est une cavité dans laquelle débouchent au moins un conduit d'entrée du fluide réfrigérant et au moins un conduit de sortie du fluide réfrigérant, ladite cavité étant définie entre une plaque de support et des moyens d'obturation d'une extrémité dudit au moins un collecteur.According to a particular aspect of the invention, the turning portion is a cavity into which open at least one inlet duct for the refrigerant fluid and at least one outlet duct for the refrigerant fluid, said cavity being defined between a support plate and means for closing off one end of said at least one collector.
Selon un aspect particulier de l'invention, la deuxième chambre de circulation du fluide caloporteur communique avec ledit au moins un passage de la première chambre par le biais d'au moins un orifice ménagée dans une paroi séparant de façon étanche les première et deuxième chambre dudit collecteur.According to a particular aspect of the invention, the second circulation chamber of the heat transfer fluid communicates with said at least one passage of the first chamber by means of at least one orifice formed in a wall separating the first and second chambers in leaktight manner. of said collector.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit au moins un conduit de circulation de fluide réfrigérant s'étend sur sensiblement toute la longueur dudit collecteur.According to a particular aspect of the invention, said at least one coolant circulation conduit extends over substantially the entire length of said manifold.
Ceci permet d'homogénéiser l'échange thermique entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur.This makes it possible to homogenize the heat exchange between the coolant and the heat transfer fluid.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit au moins un collecteur comprend une entrée de fluide réfrigérant débouchant dans ledit au moins un conduit d'entrée de circulation du fluide réfrigérant et une sortie de fluide réfrigérant débouchant dans ledit au moins un conduit de sortie de circulation du fluide réfrigérant.According to a particular aspect of the invention, said at least one collector comprises an inlet for refrigerant fluid opening into said at least one inlet duct for circulation of the coolant fluid and an outlet for refrigerant fluid opening into said at least one outlet duct refrigerant circulation.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le collecteur d'admission comprend un port d'entrée de fluide caloporteur et le collecteur d'évacuation comprend un port de sortie de fluide caloporteur.In a particular embodiment of the invention, the intake manifold comprises a heat transfer fluid inlet port and the discharge manifold comprises a heat transfer fluid outlet port.
Avantageusement, le collecteur d'admission comprend, à une de ses extrémités, une bride de connexion sur laquelle sont positionnés le port d'entrée de fluide caloporteur, l'entrée de fluide réfrigérant et la sortie de fluide réfrigérant.Advantageously, the intake manifold comprises, at one of its ends, a connection flange on which are positioned the coolant inlet port, the coolant inlet and the coolant outlet.
Cette disposition facilite la gestion de l'espace nécessaire à l'intégration de l'échangeur thermique dans le véhicule.This arrangement facilitates the management of the space necessary for the integration of the heat exchanger in the vehicle.
De façon avantageuse, l'entrée de fluide réfrigérant et la sortie de fluide réfrigérant sont portés par une même face extérieure de la bride de connexion de sorte que leur axe est parallèle à l'axe longitudinal du collecteur d'admission, le port d'entrée de fluide caloporteur étant porté par un rebord de la bride de connexion de sorte que son axe est perpendiculaire à l'axe longitudinal du collecteur d'admission.Advantageously, the coolant inlet and the coolant outlet are carried by the same outer face of the connection flange so that their axis is parallel to the longitudinal axis of the intake manifold, the port of heat transfer fluid inlet being carried by a flange of the connection flange so that its axis is perpendicular to the longitudinal axis of the intake manifold.
Avantageusement, la bride de connexion est en aluminium.Advantageously, the connection flange is made of aluminum.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ledit au moins un conduit de circulation de fluide réfrigérant de la première chambre comprend une pluralité de canaux internes.In a particular embodiment of the invention, said at least one coolant circulation duct of the first chamber comprises a plurality of internal channels.
Il s'agit donc dans ce cas d'un conduit multicanaux.It is therefore in this case a multichannel conduit.
De façon avantageuse, le ou les passages de circulation de fluide caloporteur de la première chambre comprennent chacun au moins un élément de perturbation fluidique favorisant l'échange thermique entre le fluide caloporteur et le fluide réfrigérant.Advantageously, the passage or passages for circulation of heat transfer fluid in the first chamber each comprise at least one fluid disturbance element promoting the heat exchange between the heat transfer fluid and the refrigerant fluid.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit au moins un élément de perturbation est formé à partir d'une feuille ondulée conductrice de chaleur dont les crêtes sont en contact alternativement avec deux conduits de passage du fluide réfrigérant disposés de part et d'autre de l'élément de perturbation.According to a particular aspect of the invention, said at least one disturbing element is formed from a corrugated heat-conducting sheet, the crests of which are in alternating contact with two conduits for the passage of the coolant arranged on either side. of the disturbance element.
De façon avantageuse, lesdits collecteurs d'admission et d'évacuation sont en aluminium ou en plastique.Advantageously, said intake and exhaust manifolds are made of aluminum or plastic.
Selon un exemple de réalisation, ladite deuxième chambre de circulation du fluide caloporteur comprend au moins une ouverture d'évacuation du fluide caloporteur à l'extérieur dudit échangeur thermique, vers un autre échangeur thermique par exemple.According to an exemplary embodiment, said second circulation chamber of the heat transfer fluid comprises at least one opening for discharging the heat transfer fluid outside said heat exchanger, to another heat exchanger for example.
Ceci permet de réduire l'encombrement du circuit de régulation thermique de la batterie, en réduisant les connexions fluidiques.This makes it possible to reduce the size of the thermal regulation circuit of the battery, by reducing the fluidic connections.
De façon avantageuse, ledit faisceau de tubes est composé de tubes plats en aluminium.Advantageously, said bundle of tubes is composed of flat aluminum tubes.
Avantageusement, la deuxième chambre s'étend sensiblement dans le plan du faisceau de tubes.Advantageously, the second chamber extends substantially in the plane of the bundle of tubes.
Selon un exemple de réalisation, la première chambre et la deuxième chambre sont formées dans le collecteur d'admission de l'échangeur thermique.According to an exemplary embodiment, the first chamber and the second chamber are formed in the intake manifold of the heat exchanger.
Selon une alternative, la première chambre et la deuxième chambre sont formées dans le collecteur d'évacuation de l'échangeur thermique.According to an alternative, the first chamber and the second chamber are formed in the exhaust manifold of the heat exchanger.
Selon une autre alternative, chacun des collecteurs d'admission et d'évacuation comprend une première et une deuxième chambre.According to another alternative, each of the intake and exhaust manifolds comprises a first and a second chamber.
La présente invention porte également sur un échangeur thermique destiné à être mis en œuvre dans le circuit de régulation thermique d'un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment.The present invention also relates to a heat exchanger intended to be implemented in the thermal regulation circuit of a thermal conditioning system as described above.
Selon des exemples de réalisation, une première chambre et une deuxième chambre sont formées dans le collecteur d'admission et/ou le collecteur d'évacuation.According to exemplary embodiments, a first chamber and a second chamber are formed in the intake manifold and / or the exhaust manifold.
4. Liste des figures4. List of figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier, donné à ίο titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des figures annexées, à savoir:Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of a particular embodiment, given by way of simple illustrative and nonlimiting example, and of the appended figures, namely:
la figure 1 est une représentation schématique d'un système de conditionnement thermique d'un véhicule automobile selon l'art antérieur, décrit précédemment ;Figure 1 is a schematic representation of a thermal conditioning system of a motor vehicle according to the prior art, described above;
la figure 2 est une vue en perspective d'un échangeur thermique conforme à l'invention, qui est mis en oeuvre dans un circuit de régulation thermique d'un pack-batterie d'un véhicule automobile ;Figure 2 is a perspective view of a heat exchanger according to the invention, which is implemented in a thermal regulation circuit of a battery pack of a motor vehicle;
la figure 3A est une vue de détail de l'échangeur thermique de la figure 2, au niveau du collecteur d'admission, sans la bride de connexion ;Figure 3A is a detail view of the heat exchanger of Figure 2, at the intake manifold, without the connection flange;
la figure 3B est une vue en coupe d'un autre échangeur thermique conforme à l'invention, au niveau du collecteur d'admission, sans la bride de connexion ;Figure 3B is a sectional view of another heat exchanger according to the invention, at the intake manifold, without the connection flange;
la figure 4 est une vue partielle, en perspective, de l'échangeur thermique de la figure 2 décrivant de façon schématique la circulation du fluide caloporteur et du fluide réfrigérant au sein de cet échangeur ;Figure 4 is a partial perspective view of the heat exchanger of Figure 2 schematically describing the circulation of the coolant and the refrigerant within this exchanger;
la figure 5 est une autre vue de détail de l'échangeur thermique conforme à l'invention, au niveau du collecteur d'admission, sans la bride de connexion et sans la paroi extérieure du collecteur d'admission ;Figure 5 is another detail view of the heat exchanger according to the invention, at the intake manifold, without the connection flange and without the outer wall of the intake manifold;
la figure 6 est une autre vue de détail de l'échangeur thermique conforme à l'invention, montrant notamment le raccordement du port d'entrée de fluide caloporteur sur le collecteur d'admission ;Figure 6 is another detail view of the heat exchanger according to the invention, showing in particular the connection of the heat transfer fluid inlet port on the intake manifold;
les figures 7A à 7C sont des vues de détail de l'extrémité du collecteur d'admission opposée à la bride de connexion.FIGS. 7A to 7C are detailed views of the end of the intake manifold opposite the connection flange.
5. Description détaillée de l'invention5. Detailed description of the invention
Le système de conditionnement thermique d'un véhicule électrique conforme à l'invention comprend un premier circuit, ou boucle, de climatisation et un deuxième circuit de régulation thermique d'une batterie du véhicule.The thermal conditioning system of an electric vehicle according to the invention comprises a first air conditioning circuit or loop and a second thermal regulation circuit of a vehicle battery.
Ce deuxième circuit comprend un échangeur thermique destiné à réguler la température de plusieurs éléments de stockage d'énergie électrique, appelés cellules électriques, constituant la batterie, soit en réchauffant les cellules, soit en les refroidissant.This second circuit includes a heat exchanger intended to regulate the temperature of several electrical energy storage elements, called electric cells, constituting the battery, either by heating the cells, or by cooling them.
Cet échangeur thermique, qui sera décrit plus en détail par la suite, est disposé avec les cellules électriques dans un boîtier fermé et étanche formant ainsi un pack-batterie.This heat exchanger, which will be described in more detail below, is arranged with the electrical cells in a closed and sealed housing thus forming a battery pack.
Contrairement à l'approche de l'art antérieur qui prévoit la mise en oeuvre, dans le circuit de régulation thermique, d'une plaque ou de tubes d'échange thermique en contact avec les cellules électriques et d'un échangeur thermique distinct, de type liquide caloporteur/réfrigérant, connecté à la boucle de climatisation et dans lequel le liquide caloporteur du circuit de régulation thermique circule et est refroidi, l'invention prévoit que le liquide caloporteur soit refroidi par le liquide réfrigérant dans un unique échangeur thermique en contact avec les cellules électriques.Contrary to the approach of the prior art which provides for the implementation, in the thermal regulation circuit, of a heat exchange plate or tubes in contact with the electrical cells and of a separate heat exchanger, type coolant / coolant, connected to the air conditioning loop and in which the coolant of the thermal regulation circuit circulates and is cooled, the invention provides that the coolant is cooled by the coolant in a single heat exchanger in contact with electrical cells.
Plus précisément, le liquide caloporteur est refroidi par le liquide réfrigérant au niveau du collecteur d'admission et/ou du collecteur d'évacuation de fluide caloporteur de l'échangeur thermique, ces collecteurs d'admission et d'évacuation communiquant avec un faisceau de tubes de circulation du fluide caloporteur qui est en contact avec la batterie.More specifically, the coolant is cooled by the coolant at the intake manifold and / or the coolant discharge manifold of the heat exchanger, these intake and discharge manifolds communicating with a beam of circulation tubes of the heat transfer fluid which is in contact with the battery.
Dans le mode de réalisation décrit ci-après, le liquide caloporteur est refroidi par le liquide réfrigérant uniquement au niveau du collecteur d'admission de fluide caloporteur de l'échangeur thermique.In the embodiment described below, the heat transfer liquid is cooled by the coolant only at the heat transfer fluid intake manifold of the heat exchanger.
Un tel échangeur thermique assure les fonctions de chauffage et/ou de refroidissement des cellules électriques.Such a heat exchanger performs the heating and / or cooling functions of the electrical cells.
Le fluide caloporteur peut ainsi absorber la chaleur émise par les cellules électriques afin de les refroidir et/ou selon les besoins, il peut leur apporter de la chaleur si la température des cellules électriques est insuffisante pour leur bon fonctionnement.The heat transfer fluid can thus absorb the heat emitted by the electrical cells in order to cool them and / or as required, it can provide them with heat if the temperature of the electrical cells is insufficient for their proper functioning.
La figure 2 illustre un échangeur thermique 1 selon un mode de réalisation de l'invention, qui est destiné à la gestion thermique de la batterie d'un véhicule.FIG. 2 illustrates a heat exchanger 1 according to an embodiment of the invention, which is intended for thermal management of the battery of a vehicle.
Comme illustré sur la figure 2, les échanges thermiques entre les cellules électriques et l'échangeur thermique 1 sont mis en oeuvre au niveau d'un faisceau de tubes 40 d'échange thermique dans lesquels circule un fluide caloporteur et sur lesquels les cellules électriques reposent.As illustrated in FIG. 2, the heat exchanges between the electrical cells and the heat exchanger 1 are implemented at the level of a bundle of heat exchange tubes 40 in which a heat transfer fluid circulates and on which the electrical cells rest .
L'échangeur thermique 1 comporte deux collecteurs 2, 3 en communication fluidique avec les tubes 40 d'échange thermique.The heat exchanger 1 comprises two collectors 2, 3 in fluid communication with the heat exchange tubes 40.
Le collecteur d'admission 2 comprend à une de ses extrémités un port d'entrée 21 de fluide caloporteur pour la distribution du fluide caloporteur dans l'échangeur thermique 1.The intake manifold 2 comprises at one of its ends an inlet port 21 for heat transfer fluid for the distribution of the heat transfer fluid in the heat exchanger 1.
Le collecteur d'évacuation 3 comprend à une de ses extrémités un port de sortie 31 de fluide caloporteur pour évacuer de l'échangeur thermique 1 le fluide caloporteur.The discharge manifold 3 comprises at one of its ends an outlet port 31 for heat transfer fluid for removing heat transfer fluid from the heat exchanger 1.
Ainsi, le port d'entrée 21 et le port de sortie 31 de fluide caloporteur sont situés du même côté de l'échangeur thermique 1 dans ce mode de réalisation.Thus, the inlet port 21 and the outlet port 31 of heat transfer fluid are located on the same side of the heat exchanger 1 in this embodiment.
Dans cette configuration, le fluide caloporteur est admis par un des deux collecteurs, dit collecteur d'admission 2, et est évacué par l'autre des deux collecteurs, dit collecteur d'évacuation 3.In this configuration, the heat transfer fluid is admitted by one of the two collectors, called the intake manifold 2, and is discharged by the other of the two collectors, called the discharge manifold 3.
La circulation du fluide caloporteur entre le collecteur d'admission 2 et le collecteur d'évacuation 3 de l'échangeur thermique 1 se fait ici selon un circuit dit en I.The circulation of the heat transfer fluid between the intake manifold 2 and the discharge manifold 3 of the heat exchanger 1 takes place here according to a circuit called in I.
Par ailleurs, le fluide caloporteur est mis en mouvement dans le circuit de régulation thermique, et en particulier dans l'échangeur thermique 1, par l'intermédiaire d'une pompe (non illustrée).Furthermore, the heat transfer fluid is set in motion in the thermal regulation circuit, and in particular in the heat exchanger 1, by means of a pump (not shown).
Dans ce mode de réalisation, le collecteur d'admission 2 présente une forme parallélépipédique et le collecteur d'évacuation 3, est de forme tubulaire.In this embodiment, the intake manifold 2 has a parallelepiped shape and the discharge manifold 3 is of tubular shape.
Par ailleurs, les tubes 40 sont ici des tubes plats multi-canaux permettant d'augmenter la surface de contact, et donc d'échange thermique, avec les cellules électriques (non représentées) du véhicule automobile.Furthermore, the tubes 40 are here multi-channel flat tubes making it possible to increase the contact surface, and therefore heat exchange, with the electrical cells (not shown) of the motor vehicle.
Conformément à l'invention, le collecteur d'admission 2 de l'échangeur thermique 1 comprend un chemin 22 de circulation du fluide réfrigérant qui fait partie de la boucle de climatisation du système de conditionnement thermique du véhicule.According to the invention, the intake manifold 2 of the heat exchanger 1 comprises a path 22 for circulation of the refrigerant which forms part of the air conditioning loop of the vehicle thermal conditioning system.
Dans ce mode de réalisation, le chemin 22 de circulation du fluide réfrigérant présente une forme en U, et est défini par deux conduits d'entrée 220 et deux conduits de sortie 221 comprenant une pluralité de canaux juxtaposés de passage du fluide réfrigérant.In this embodiment, the path 22 for circulation of the coolant has a U-shape, and is defined by two inlet conduits 220 and two outlet conduits 221 comprising a plurality of juxtaposed channels for passage of the coolant.
Les conduits d'entrée 220 et les conduits de sortie 221 sont fixés de façon espacée par leurs extrémités entre deux plaques de support 52 (une de ces plaques étant visible sur la figure 3). Ils sont disposés parallèlement selon l'axe longitudinal A du collecteur d'admission 2.The inlet conduits 220 and the outlet conduits 221 are fixed spaced apart by their ends between two support plates 52 (one of these plates being visible in FIG. 3). They are arranged parallel along the longitudinal axis A of the intake manifold 2.
Le collecteur d'admission 2 comprend, à une première extrémité, une bride de connexion 200 portant l'entrée 201 de fluide réfrigérant dans le passage 22 et la sortie de fluide réfrigérant 202 issu du chemin 22.The intake manifold 2 comprises, at a first end, a connection flange 200 carrying the inlet 201 of coolant in the passage 22 and the outlet of coolant 202 from the path 22.
L'entrée 201 de fluide réfrigérant est disposée en regard des conduits d'entrée 220 de circulation du fluide réfrigérant, la sortie 202 de fluide réfrigérant étant elle disposée en regard des conduits de sortie 221 de circulation du fluide réfrigérant.The coolant inlet 201 is disposed opposite the inlet conduits 220 for circulating the coolant, the coolant outlet 202 being disposed opposite the outlet conduits 221 for the coolant.
Les conduits d'entrée 220 de circulation du fluide réfrigérant sont reliés aux conduits de sortie 221 par le biais d'une portion de retournement disposée à une deuxième extrémité du collecteur d'admission 2.The inlet conduits 220 for circulation of the refrigerant fluid are connected to the outlet conduits 221 by means of a turning portion disposed at a second end of the intake manifold 2.
Comme illustrée sur les figures 7A à 7C, cette portion de retournement prend la forme d'une cavité 222 dans laquelle débouchent les conduits d'entrée et les conduits de sortie 221. La cavité 222 est configurée pour diriger le fluide réfrigérant sortant des conduits d'entrée 220 vers les conduits de sortie 221.As illustrated in FIGS. 7A to 7C, this reversal portion takes the form of a cavity 222 into which open the inlet conduits and the outlet conduits 221. The cavity 222 is configured to direct the refrigerant fluid leaving the conduits d inlet 220 to outlet conduits 221.
Cette cavité 222 est délimitée entre une plaque de support 52 des conduits d'entrée et de sortie 220, 221, et un capot 51 de fermeture de la deuxième extrémité du collecteur d'admission 2.This cavity 222 is delimited between a support plate 52 of the inlet and outlet conduits 220, 221, and a cover 51 for closing the second end of the intake manifold 2.
Sur la figure 2, des flèches illustrent le sens de circulation du fluide réfrigérant dans le chemin 22. Il circule ainsi dans les conduits d'entrée 220 selon une première direction (en s'éloignant de la bride de connexion 200) et dans les conduits de sortie 221 selon une deuxième direction de sens opposé à la première direction (de la cavité 222 vers la bride de connexion 200).In FIG. 2, arrows illustrate the direction of circulation of the coolant in the path 22. It thus circulates in the inlet conduits 220 in a first direction (away from the connection flange 200) and in the conduits outlet 221 in a second direction opposite to the first direction (from the cavity 222 to the connection flange 200).
Dans ce mode de réalisation particulier, l'entrée 201 de fluide réfrigérant est située dans le coin supérieur gauche de la bride de connexion 200 et la sortie 202 de fluide réfrigérant est située de façon diagonalement opposée, dans le coin inférieur droit.In this particular embodiment, the inlet 201 for coolant is located in the upper left corner of the connection flange 200 and the outlet 202 for coolant is located diagonally opposite, in the lower right corner.
On note également que les conduits d'entrée et de sortie 220, 221 du fluide réfrigérant s'étendent sur toute la longueur du collecteur d'admission 2.It is also noted that the inlet and outlet conduits 220, 221 of the refrigerant fluid extend over the entire length of the intake manifold 2.
La figure 3A, qui est une vue de détail de l'échangeur thermique 1 de la figure 2, au niveau du collecteur d'admission 2, sans la bride de connexion 200, met en évidence la structure interne du collecteur d'admission 2.FIG. 3A, which is a detailed view of the heat exchanger 1 of FIG. 2, at the level of the intake manifold 2, without the connection flange 200, shows the internal structure of the intake manifold 2.
Ce dernier comprend une cloison 24 interne horizontale séparant ainsi de manière étanche l'espace intérieur du collecteur d'admission 2 en deux chambres, à savoir :The latter comprises a horizontal internal partition 24 thus sealingly separating the interior space of the intake manifold 2 into two chambers, namely:
- en partie inférieure, une première chambre 26, dite chambre d'échange thermique entre le fluide caloporteur et le fluide réfrigérant, cette première chambre 26 étant reliée au port d'entrée 21 de fluide caloporteur par le biais d'un orifice 210 (visible sur la figure 6), et- In the lower part, a first chamber 26, called the heat exchange chamber between the heat transfer fluid and the coolant, this first chamber 26 being connected to the inlet port 21 of heat transfer fluid through an orifice 210 (visible in Figure 6), and
- disposée au-dessus de la première chambre 26 d'échange thermique, en partie supérieure, une deuxième chambre 25 de circulation du fluide caloporteur. Il s'agit en l'occurrence ici d'une chambre de répartition/distribution du fluide caloporteur dans les tubes 40.- disposed above the first heat exchange chamber 26, in the upper part, a second chamber 25 for circulation of the heat transfer fluid. In this case, it is a distribution / distribution chamber of the heat transfer fluid in the tubes 40.
Sur la figure 3A, une plaque de support 52 des extrémités des conduits d'entrée et de sortie 220, 221 de circulation du fluide réfrigérant sont visibles.In FIG. 3A, a support plate 52 of the ends of the inlet and outlet conduits 220, 221 for circulation of the refrigerant fluid are visible.
Comme cela est visible sur la vue de la figure 3B, qui est une vue en coupe, la première chambre 26 d'échange thermique comprend des passages 23 de circulation du fluide caloporteur, disposés entre le faisceau de conduits d'entrée et de sortie 220, 221 de circulation du fluide réfrigérant. Ces passages 23 peuvent s'étendre tout autour des conduits de circulation du fluide réfrigérant.As can be seen in the view of FIG. 3B, which is a sectional view, the first heat exchange chamber 26 comprises passages 23 for circulation of the heat transfer fluid, disposed between the bundle of inlet and outlet conduits 220 , 221 for circulation of the coolant. These passages 23 can extend all around the conduits for circulation of the coolant.
Ainsi, dans cette première chambre 26 d'échange thermique, le fluide réfrigérant circulant dans les conduits d'entrée et de sortie 220, 221 est en contact thermique avec le fluide caloporteur circulant dans les passages 23.Thus, in this first heat exchange chamber 26, the refrigerant circulating in the inlet and outlet conduits 220, 221 is in thermal contact with the heat transfer fluid circulating in the passages 23.
De part et d'autre des conduits d'entrée et de sortie 220, 221 sont disposés des passages 23 de circulation de fluide caloporteur.On either side of the inlet and outlet conduits 220, 221 are arranged passages 23 for circulation of heat transfer fluid.
Le fluide caloporteur circulant dans la première chambre 26 est, par exemple, refroidi par le liquide réfrigérant circulant dans les conduits d'entrée et de sortie 220, 221, puis dirigé vers la deuxième chambre 25 où il est réparti dans les tubes 40 d'échange thermique avec les cellules électriques formant la batterie.The heat transfer fluid circulating in the first chamber 26 is, for example, cooled by the coolant circulating in the inlet and outlet conduits 220, 221, then directed towards the second chamber 25 where it is distributed in the tubes 40 of heat exchange with the electric cells forming the battery.
Le fluide caloporteur circule ainsi dans les passages 23 de la première chambre 26 selon une première direction (en s'éloignant de la bride de connexion 200) et dans l'espace intérieur de la deuxième chambre 25 selon une deuxième direction de sens opposé à la première direction (vers la bride de connexion 200).The heat transfer fluid thus circulates in the passages 23 of the first chamber 26 in a first direction (away from the connection flange 200) and in the interior space of the second chamber 25 in a second direction of direction opposite to the first direction (towards connection flange 200).
Comme illustré sur la figure 7C, les passages 23 de circulation du fluide caloporteur sont reliés à la deuxième chambre 25 par le biais d'un orifice 211 ménagé dans la paroi 24 et situé à proximité de la deuxième extrémité du collecteur d'admission 2 opposée à la bride de connexion 200.As illustrated in FIG. 7C, the passages 23 for circulation of the heat-transfer fluid are connected to the second chamber 25 by means of an orifice 211 formed in the wall 24 and located near the second end of the opposite intake manifold 2 to the connection flange 200.
La deuxième chambre 25 de circulation du fluide caloporteur comprend ainsi, sur une paroi latérale, une pluralité d'ouvertures 27 (figures 3B et 6), destinées à l'insertion de l'une des extrémités de chaque tube 40.The second chamber 25 for circulation of the heat transfer fluid thus comprises, on a side wall, a plurality of openings 27 (FIGS. 3B and 6), intended for the insertion of one of the ends of each tube 40.
La deuxième chambre 25 de circulation du fluide caloporteur peut porter, par ailleurs, sur sa surface supérieure une ouverture 21' de connexion fluidique (figure 3B) permettant d'alimenter un autre échangeur thermique, par exemple, avec une partie du fluide caloporteur circulant dans la deuxième chambre 25.The second chamber 25 for circulation of the heat transfer fluid may also carry, on its upper surface, an opening 21 ′ for fluid connection (FIG. 3B) making it possible to supply another heat exchanger, for example, with part of the heat transfer fluid circulating in the second bedroom 25.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 5, 6, et 7B notamment, la première chambre 26 comprend en alternance avec les conduits d'entrée et de sortie 220, 221 des éléments de perturbation 9 intercalaires, de forme ondulée par exemple, qui s'étendent dans les passages 23 de circulation du fluide caloporteur, parallèlement aux conduits d'entrée et de sortie 220, 221 de circulation de fluide réfrigérant.In the embodiment illustrated in FIGS. 5, 6, and 7B in particular, the first chamber 26 comprises, alternately with the inlet and outlet conduits 220, 221, intermediate disturbance elements 9, of corrugated shape for example, which extend in the passages 23 for circulation of the coolant, parallel to the inlet and outlet conduits 220, 221 for the circulation of coolant.
Un tel élément de perturbation 9 est formé à partir d'une feuille mince ondulée conductrice de chaleur dont les crêtes sont en contact alternativement avec deux des conduits d'entrée et de sortie 220, 221 disposés de part et d'autre de l'élément de perturbation.Such a disturbance element 9 is formed from a thin corrugated heat conductive sheet, the crests of which are in alternating contact with two of the inlet and outlet conduits 220, 221 arranged on either side of the element. of disturbance.
Ces éléments de perturbation 9 intercalaires permettent de favoriser les échanges thermiques entre le fluide caloporteur et le fluide réfrigérant.These intermediate disturbance elements 9 make it possible to promote heat exchanges between the heat transfer fluid and the refrigerant fluid.
On note sur les figures 5, 6 et 7B, que les éléments de perturbation 9 ne s'étendent pas sur toute longueur des passages 23 de circulation du fluide caloporteur et du collecteur d'admission 2.It is noted in FIGS. 5, 6 and 7B, that the disturbance elements 9 do not extend over any length of the passages 23 for circulation of the heat transfer fluid and of the intake manifold 2.
La figure 4 est une vue partielle, en perspective, de l'échangeur thermique 1 décrivant de façon schématique la circulation du fluide caloporteur et du fluide réfrigérant au sein de cet échangeur.Figure 4 is a partial perspective view of the heat exchanger 1 schematically describing the circulation of the heat transfer fluid and the refrigerant within this exchanger.
Par convention, la circulation du fluide réfrigérant dans le collecteur d'admission 2 est modélisée par des flèches de couleur gris clair et la circulation du fluide caloporteur dans l'échangeur thermique 1 par des flèches de couleur gris foncé.By convention, the circulation of the refrigerant fluid in the intake manifold 2 is modeled by arrows of light gray color and the circulation of the heat transfer fluid in the heat exchanger 1 by arrows of dark gray color.
En ce qui concerne le fluide caloporteur, ce dernier entre dans l'échangeur thermique 1 par le port d'entrée 21 du collecteur d'admission 2, puis est dirigé dans les différents passages 23 qui s'étendent sur toute la longueur du collecteur d'admission 2, à travers les éléments de perturbation 9.As regards the heat transfer fluid, the latter enters the heat exchanger 1 through the inlet port 21 of the intake manifold 2, then is directed into the various passages 23 which extend over the entire length of the manifold d admission 2, through the disturbance elements 9.
A l'extrémité du collecteur d'admission 2, le fluide caloporteur est dirigé dans la deuxième chambre 25 par le biais de l'orifice 211 permettant la communication entre les passages 23 et la deuxième chambre 25. Le fluide caloporteur circule alors dans un sens opposé à son sens de circulation dans les passages 23.At the end of the intake manifold 2, the heat transfer fluid is directed into the second chamber 25 through the orifice 211 allowing communication between the passages 23 and the second chamber 25. The heat transfer fluid then circulates in one direction opposite to its direction of movement in passages 23.
Les ouvertures Tl ménagées sur la longueur de la deuxième chambre de 25 permettent la répartition du fluide caloporteur dans les différents tubes 40 du faisceau.The openings Tl formed along the length of the second chamber 25 allow the distribution of the heat transfer fluid in the different tubes 40 of the bundle.
Une partie du fluide caloporteur peut passer de la deuxième chambre de 25 vers un autre échangeur thermique 1 par une ouverture de connexion fluidique (représentée sur le mode de réalisation particulier de la figure 3B).Part of the heat transfer fluid can pass from the second chamber of 25 to another heat exchanger 1 through a fluid connection opening (shown in the particular embodiment of Figure 3B).
Après avoir traversé les tubes 40, le fluide caloporteur passe dans le collecteur d'évacuation 3 et sort de l'échangeur thermique 1 par le port de sortie de fluide caloporteur 31.After passing through the tubes 40, the heat transfer fluid passes through the evacuation manifold 3 and leaves the heat exchanger 1 through the heat transfer fluid outlet port 31.
Simultanément à la circulation du fluide caloporteur dans l'échangeur thermique 1, le fluide réfrigérant traverse le collecteur d'admission 2 selon un chemin 22 en U.Simultaneously with the circulation of the heat transfer fluid in the heat exchanger 1, the refrigerant fluid crosses the intake manifold 2 along a path 22 in U.
Ainsi, le fluide réfrigérant pénètre dans les conduits d'entrée 220 par le biais de l'entrée de fluide réfrigérant 201 disposée à la première extrémité du collecteur d'admission 2, et y circule dans le même sens que le fluide caloporteur circulant dans les passages 23.Thus, the coolant enters the inlet conduits 220 through the coolant inlet 201 disposed at the first end of the intake manifold 2, and flows there in the same direction as the heat transfer fluid circulating in the passages 23.
A la deuxième extrémité du collecteur d'admission 2, le fluide réfrigérant passe dans la cavité 222 de retournement et circule alors dans les conduits de sortie 221 dans le sens opposé au fluide caloporteur circulant dans les passagesAt the second end of the intake manifold 2, the refrigerant passes through the reversal cavity 222 and then flows through the outlet conduits 221 in the opposite direction to the heat transfer fluid circulating in the passages
23.23.
Le fluide réfrigérant sort de l'échangeur thermique 1 par la sortie de fluide réfrigérant 202 disposée à la première extrémité du collecteur d'admissionThe refrigerant leaves the heat exchanger 1 through the refrigerant outlet 202 disposed at the first end of the intake manifold
2.2.
Un tel agencement permet ainsi au fluide réfrigérant de réguler la température du fluide caloporteur.Such an arrangement thus allows the refrigerant to regulate the temperature of the heat transfer fluid.
Un premier échange thermique est mis en œuvre dans le collecteur d'admission 2 entre le fluide caloporteur circulant dans les passages 23 et le fluide réfrigérant circulant dans les différents conduits d'entrée et de sortie 220, 221.A first heat exchange is implemented in the intake manifold 2 between the heat transfer fluid circulating in the passages 23 and the refrigerant fluid circulating in the various inlet and outlet conduits 220, 221.
Un second échange thermique est mis en œuvre entre les cellules électriques et le fluide caloporteur circulant dans les tubes 40.A second heat exchange is implemented between the electrical cells and the heat transfer fluid circulating in the tubes 40.
Dans le mode de fonctionnement dit de « refroidissement » des cellules électriques, le fluide réfrigérant circulant dans les conduits d'entrée et de sortie 220 du collecteur d'admission 2 absorbe la chaleur du fluide caloporteur circulant dans les passages 23 en s'évaporant, ce qui a pour effet de refroidir le fluide caloporteur et donc les cellules électriques constituant la batterie du véhicule.In the so-called “cooling” operating mode of the electrical cells, the refrigerant circulating in the inlet and outlet conduits 220 of the intake manifold 2 absorbs the heat of the heat transfer fluid circulating in the passages 23 by evaporating, which has the effect of cooling the heat transfer fluid and therefore the electrical cells constituting the vehicle battery.
Ainsi, le fluide caloporteur du circuit de régulation thermique de la batterie du véhicule est refroidi dans l'échangeur thermique 1 par le fluide réfrigérant du système de climatisation qui circule également dans cet échangeur thermique 1.Thus, the heat transfer fluid of the thermal regulation circuit of the vehicle battery is cooled in the heat exchanger 1 by the refrigerant fluid of the air conditioning system which also circulates in this heat exchanger 1.
Dans le mode de fonctionnement dit de « chauffage », le fluide réfrigérant circulant dans les conduits d'entrée et de sortie 220 du collecteur d'admission 2 cède de la chaleur au fluide caloporteur circulant dans les passages 23 en se condensant, ce qui a pour effet de chauffer le fluide caloporteur et donc les cellules électriques.In the so-called “heating” operating mode, the refrigerant circulating in the inlet and outlet conduits 220 of the intake manifold 2 transfers heat to the heat transfer fluid circulating in the passages 23 by condensing, which has the effect of heating the heat transfer fluid and therefore the electrical cells.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit précédemment et fournit uniquement à titre d'exemple.Obviously, the invention is not limited to the embodiment described above and provides only by way of example.
Elle englobe diverses modifications et variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention.It encompasses various modifications and variants that a person skilled in the art may envisage within the framework of the present invention.
Ainsi, dans un mode de réalisation particulier, le chemin 22 de circulation du fluide réfrigérant peut s'étendre de façon rectiligne dans le collecteur d'admission 2 de l'échangeur thermique (il n'y a dans ce cas pas de conduit de sortie).Thus, in a particular embodiment, the path 22 for circulation of the refrigerant fluid can extend in a rectilinear fashion in the intake manifold 2 of the heat exchanger (in this case there is no outlet conduit ).
Dans ce cas, l'entrée de fluide réfrigérant est disposée au niveau de la première extrémité du collecteur d'admission et la sortie de fluide réfrigérant à l'extrémité opposée du collecteur d'admission.In this case, the coolant inlet is disposed at the first end of the intake manifold and the coolant outlet at the opposite end of the intake manifold.
Les tubes de l'échangeur thermique sont, par exemple, extrudés et comprennent une pluralité de canaux afin, notamment, d'améliorer l'efficacité de l'échange thermique avec les cellules électriques et leur tenue mécanique.The tubes of the heat exchanger are, for example, extruded and include a plurality of channels in order, in particular, to improve the efficiency of the heat exchange with the electrical cells and their mechanical strength.
Ces tubes, comme la bride de connexion, sont en matériau métallique, de préférence en aluminium.These tubes, like the connection flange, are made of metallic material, preferably aluminum.
Les collecteurs de l'échangeur thermique sont réalisés en matériau plastique ou métallique, notamment l'aluminium.The collectors of the heat exchanger are made of plastic or metallic material, in particular aluminum.
L'assemblage des différents éléments formant l'échangeur thermique est réalisé de préférence par collage, brasage ou soudage.The assembly of the different elements forming the heat exchanger is preferably carried out by gluing, soldering or welding.
Néanmoins, il peut être envisagé d'utiliser d'autres solutions d'assemblage permettant de garantir des liaisons étanches entre ces éléments.However, it can be envisaged to use other assembly solutions making it possible to guarantee tight connections between these elements.
Le fluide réfrigérant utilisé est, de préférence, un fluide frigorigène gazeux, par exemple un composé fluoré connu sous la dénomination R134a, un hydrofluoroalcène connu sous la dénomination R1234yf ou du dioxyde de carbone connu sous la dénomination R744.The refrigerant used is preferably a gaseous refrigerant, for example a fluorinated compound known under the name R134a, a hydrofluoroalkene known under the name R1234yf or carbon dioxide known under the name R744.
La bride de connexion peut être connectée à un organe de détente, ou détendeur.The connection flange can be connected to an expansion device, or regulator.
Cette bride de connexion permet l'équilibrage de potentiel électrique de l'échangeur thermique.This connection flange allows the electrical potential of the heat exchanger to be balanced.
Le circuit de fluide caloporteur peut être différent d'un circuit en I.The heat transfer fluid circuit can be different from an I circuit.
Le ou les conduits de fluide réfrigérant peu(ven)t, par ailleurs, être disposé(s) dans le collecteur d'admission de l'échangeur thermique, ou bien dans le collecteur d'évacuation, ou encore il peut être prévu un ou des conduits de fluide réfrigérant dans chacun des collecteurs d'admission et d'évacuation.The coolant duct (s) can (also) be placed in the intake manifold of the heat exchanger, or in the exhaust manifold, or alternatively one or more refrigerant conduits in each of the intake and exhaust manifolds.
Ainsi, dans un mode de réalisation particulier, le liquide caloporteur est refroidi par le liquide réfrigérant uniquement au niveau du collecteur d'évacuation de fluide caloporteur de l'échangeur thermique.Thus, in a particular embodiment, the heat transfer liquid is cooled by the coolant only at the level of the heat transfer fluid discharge manifold of the heat exchanger.
Dans ce cas, le fluide caloporteur provenant des tubes de l'échangeur thermique est dirigé dans une deuxième chambre de collecte communiquant avec le faisceau de tubes, puis dans une première chambre d'échange thermique où il est mis en contact avec le fluide réfrigérant circulant dans un ou plusieurs conduits spécifiques.In this case, the heat transfer fluid coming from the tubes of the heat exchanger is directed into a second collection chamber communicating with the bundle of tubes, then into a first heat exchange chamber where it is brought into contact with the circulating refrigerant fluid. in one or more specific conduits.
Dans un autre mode de réalisation particulier,_le liquide caloporteur est refroidi par le liquide réfrigérant uniquement au niveau du collecteur d'admission et du collecteur d'évacuation de fluide caloporteur de l'échangeur thermique.In another particular embodiment, the coolant is cooled by the coolant only at the intake manifold and the coolant discharge manifold of the heat exchanger.
Dans ce cas, chacun des collecteurs comprend une première et une deuxième chambre comme décrit précédemment.In this case, each of the collectors comprises a first and a second chamber as described above.
Dans un mode de réalisation particulier, le système de conditionnement thermique peut mettre en oeuvre une unité de commande et des moyens de commutation entre le mode chauffage et le mode de refroidissement des batteries. Dans ce cadre, il met, par exemple, en œuvre une sonde de mesure de la température du fluide caloporteur. Par ailleurs, la deuxième chambre 25 de circulation du fluide caloporteur peut incorporer un élément chauffant.In a particular embodiment, the thermal conditioning system can implement a control unit and switching means between the heating mode and the cooling mode of the batteries. In this context, it implements, for example, a probe for measuring the temperature of the heat transfer fluid. Furthermore, the second chamber 25 for circulation of the heat transfer fluid can incorporate a heating element.
D'autres agencements de la deuxième chambre 25 de circulation du fluide caloporteur sont également possibles. Cette dernière peut être cloisonnée de sorte à définir au moins deux réseaux de circulation (circulation en U).Other arrangements of the second chamber 25 for circulation of the heat transfer fluid are also possible. The latter can be partitioned so as to define at least two circulation networks (U-shaped circulation).
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