correspondante

La présente invention concerne le domaine de batteries thermiques, notamment pour véhicule automobile, et plus précisément les batteries thermiques comportant un matériau de stockage thermique, tel qu'un matériau à changement de phase. L'invention concerne aussi l'utilisation d'une telle batterie thermique notamment dans des boucles de gestion thermique pour véhicule automobile.

Il s'agit notamment de batteries à chaleur latente permettant de stocker et de restituer de la chaleur par l'intermédiaire d'un matériau à changement de phase.

Les batteries thermiques sont généralement utilisées pour le chauffage de l'habitacle, notamment dans des véhicules électriques et hybrides ou alors pour le préchauffage d'un fluide caloporteur dans une boucle de gestion thermique.

Les batteries thermiques peuvent également être utilisées pour le préchauffage de l'huile moteur ou de l'huile de boite de transmission automatique de véhicules à moteur à combustion interne.

Pour les véhicules électriques, le stockage thermique est réalisé lors du chargement de la batterie électrique. Lors du roulage, l'énergie thermique ainsi stockée est disponible lorsque l'habitacle requière la mise en marche du chauffage, la batterie thermique va chauffer le fluide caloporteur avant son passage dans un échangeur de chaleur permettant de chauffer l'habitacle. L'énergie apportée par la batterie thermique est donc économisée sur la batterie électrique.

Pour les véhicules hybrides, le stockage thermique se fait également lors du chargement de la batterie électrique, et en outre lorsque le moteur passe en mode thermique.

Pour les véhicules à moteur à combustion interne, l'énergie stockée dans la batterie thermique est chargée lors d'un précédent roulage lorsque le moteur était chaud. Cette énergie stockée est ensuite utilisée au démarrage du véhicule afin de réduire les frottements lorsque le moteur est froid et que l'huile est visqueuse. En effet ces frottements entraînent une surconsommation de carburant lors des premières minutes d'utilisation du véhicule. Ainsi une batterie thermique peut alors être placée sur les circuits de liquide de transmission, de liquide de refroidissement ou d'huile moteur.

Une telle batterie thermique comporte généralement, selon une technologie dite à tubes et ailettes, une pluralité de tubes d'échange thermique pour la circulation du fluide caloporteur, et le matériau à changement de phase est au contact des tubes d'échange thermique. En variante, la batterie thermique forme une enceinte à l'intérieur de laquelle est placé un matériau à changement de phase, notamment sous forme encapsulée, et le fluide caloporteur circule au contact de ces capsules.

Les performances de la batterie thermique sont ainsi dépendantes du matériau à changement de phase qu'elle peut contenir couplé avec les conditions de températures du fluide caloporteur selon l'application dans le véhicule.

En outre, la batterie thermique ne peut être utilisée que pour une application donnée dans le véhicule. En conséquence, selon le nombre de boucles ou circuits de gestion thermique auxquels il est souhaité d'adjoindre une telle batterie thermique, autant de batteries thermiques que d'applications sont donc nécessaires.

Un des buts de la présente invention est de pallier au moins partiellement les inconvénients de l'art antérieur et de proposer une batterie thermique améliorée permettant notamment des pertes de charge les plus faibles possibles. À cet effet, l'invention a pour objet une batterie thermique, notamment pour véhicule automobile, configurée pour être traversée par un fluide caloporteur et comprenant un matériau de stockage thermique,

caractérisée en ce que la batterie thermique comprend :

au moins un premier compartiment d'échange thermique et au moins un deuxième compartiment d'échange thermique distincts,

chaque compartiment d'échange thermique étant d'une part en communication fluidique avec une admission associée et une sortie associée pour un fluide caloporteur dédié, et comprenant d'autre part un matériau de stockage thermique associé, pour un échange thermique entre le fluide caloporteur dédié et le matériau de stockage thermique associé.

L'échange thermique entre un fluide caloporteur et un matériau de stockage thermique associés dans un compartiment d'échange thermique est réalisé indépendamment de l'autre compartiment d'échange thermique. Une même batterie thermique peut donc intégrer en son sein plusieurs matériaux de stockage thermique et plusieurs fluides afin de répondre aux différents besoins rencontrés dans le véhicule. On obtient une batterie thermique multi-fonctions.

Une telle batterie thermique selon l'invention permet également d'optimiser la capacité de stockage thermique, tout en diminuant les pertes thermiques vers l'extérieur.

De plus, selon un mode de réalisation particulier, la batterie thermique peut accueillir en son sein plusieurs fluides caloporteurs présentant notamment des conditions thermiques différentes, de sorte qu'une même batterie thermique peut être utilisée pour différentes applications notamment dans le véhicule automobile. Bien entendu, il est aussi envisageable qu'un même fluide caloporteur circule dans les différents compartiments d'échange thermique de la batterie thermique.

Selon un mode de réalisation préféré, la batterie thermique comporte une enceinte et au moins une cloison de séparation agencée dans l'enceinte de manière à séparer deux compartiments d'échange thermique.

La cloison de séparation peut comprendre au moins une paroi étanche.

En alternative ou en complément, la cloison de séparation peut comprendre au moins deux parois étanches et au moins un isolant thermique intercalé entre les deux parois étanches.

Grâce à cette cloison de séparation, les compartiments d'échange thermique ne peuvent pas être en communication fluidique les uns avec les autres, ce qui permet une utilisation complètement dissociée de l'un ou l'autre des compartiments d'échange thermique de la batterie thermique, selon l'application souhaitée notamment dans le véhicule automobile.

La cloison de séparation peut comprendre en outre au moins un moyen de chauffage, tel qu'au moins une plaque chauffante sérigraphiée, permettant d'améliorer le stockage thermique.

Selon un mode de réalisation avantageux, au moins un premier compartiment d'échange thermique comprend un premier matériau de stockage thermique, et au moins un deuxième compartiment d'échange thermique comprend un deuxième matériau de stockage thermique distinct du premier matériau de stockage thermique. Le deuxième matériau de stockage thermique est par exemple de composition différente du premier matériau de stockage thermique.

Notamment, le premier compartiment d'échange thermique comprend un premier matériau à changement de phase et le deuxième compartiment d'échange thermique comprend un deuxième matériau à changement de phase, de température de changement de phase différente de celle du premier matériau à changement de phase.

À titre d'exemple, le premier matériau à changement de phase présente une température de changement de phase de l'ordre de 60°C à 110°C, et le deuxième matériau à changement de phase présente une température de changement de phase de l'ordre de 50°C à 95°C.

On peut donc utiliser des matériaux de stockage thermique, tels que des matériaux à changement de phase différents au sein de la même batterie thermique. Les matériaux à changement de phase étant respectivement dans un compartiment d'échange thermique distinct, on évite ainsi tout risque de réaction chimique entre eux, ce qui permet d'utiliser les matériaux à changement de phase les plus adaptés selon l'application souhaitée indépendamment de l'utilisation qui est faite d'un autre matériau à changement de phase dans un autre compartiment d'échange thermique de la batterie thermique.

La batterie thermique comporte avantageusement un orifice de remplissage distinct pour chaque matériau à changement de phase.

En alternative, on peut aussi prévoir d'utiliser un même matériau à changement de phase dans les différents compartiments d'échange thermique de la batterie thermique. Selon un exemple de réalisation, la batterie thermique comporte un faisceau de tubes d'échange thermique, un tube d'échange thermique comprenant au moins un canal de circulation d'un fluide caloporteur, et au moins un matériau de stockage thermique apte à circuler au contact des tubes d'échange thermique.

Dans ce cas, la cloison de séparation assure une fonction d'étanchéité et de séparation entre les matériaux de stockage thermique de deux compartiments d'échange thermique juxtaposés de la batterie thermique. Selon un autre exemple de réalisation, la batterie thermique présente une enceinte commune dans laquelle le ou les matériaux de stockage thermique sont encapsulés dans une pluralité de réservoirs, par exemple de forme générale sensiblement cylindrique ou sphérique, et dans laquelle sont aptes à circuler les fluides caloporteurs au contact des capsules de matériaux de stockage thermique.

Dans ce cas, la cloison de séparation assure une fonction d'étanchéité et de séparation entre les fluides caloporteurs aptes à circuler dans deux compartiments d'échange thermique juxtaposés de la batterie thermique.

Selon un exemple de réalisation particulier, la batterie thermique comporte en outre au moins un dispositif de maintien des matériaux de stockage thermique encapsulés, disposé entre les réservoirs des matériaux de stockage thermique encapsulés eux mêmes et entre les réservoirs des matériaux de stockage thermique encapsulés et l'enceinte de la batterie thermique. Il peut s'agir d'une ou plusieurs grilles présentant une pluralité de mailles, les matériaux de stockage encapsulés étant destinés à passer au travers des mailles d'une grille.

La batterie thermique peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :

- la batterie thermique présente une forme générale sensiblement parallélépipédique ou cylindrique,

- la cloison de séparation est agencée sensiblement parallèlement à la direction longitudinale de la batterie thermique,

- la cloison de séparation est agencée sensiblement transversalement à la direction longitudinale de la batterie thermique,

- la cloison de séparation est agencée de manière sensiblement parallèle à la direction d'écoulement du ou des fluides caloporteurs,

- la batterie thermique comprend au moins un moyen d'isolation thermique commun pour lesdits au moins deux compartiments d'échange thermique, et

- le premier compartiment d'échange thermique et le deuxième compartiment d'échange thermique présentent des volumes différents, permettant de les utiliser de façon dissociée dans différentes applications.

L'invention concerne encore l'utilisation d'une même batterie thermique selon l'invention dans au moins deux boucles de gestion thermique, notamment dans un véhicule automobile.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :

- la figure 1 est une vue en perspective d'une batterie thermique selon un premier mode de réalisation,

- la figure 2 est une vue en coupe transversale légèrement en perspective de la batterie thermique de la figure 1,

- la figure 3 est une vue en perspective d'une cloison de séparation à double paroi d'une batterie thermique de la figure 1 ou 2,

- la figure 4a est une vue en perspective d'une cloison de séparation à paroi simple d'une batterie thermique de la figure 1 ou 2, présentant un moyen de chauffage intégré,

- la figure 4b est une vue en perspective d'une cloison de séparation à double paroi de la figure 3 présentant un moyen de chauffage intégré,

- la figure 4c est une vue agrandie d'une partie de la figure 4a montrant le moyen de chauffage de la cloison de séparation,

- la figure 5 est une vue en perspective d'une batterie thermique selon un deuxième mode de réalisation,

- la figure 6 est une vue en perspective d'une batterie thermique selon un troisième mode de réalisation,

- la figure 7 montre une représentation schématique en perspective d'éléments intérieurs d'une batterie thermique selon le troisième mode de réalisation de la figure 6,

- la figure 8 est une vue en perspective d'une batterie thermique selon un quatrième mode de réalisation,

- la figure 9 est une vue en coupe transversale légèrement en perspective de la batterie thermique de la figure 8,

- la figure 10 est une vue en perspective d'une batterie thermique selon un cinquième mode de réalisation, - la figure 11 représente de façon schématique et simplifiée une batterie thermique de la figure 1 agencée dans deux boucles de gestion thermique distinctes.

Sur ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références.

Les éléments des figures 5 à 10 portant les références des éléments des figures 1 à 4c précédées d'une centaine 1, 2, 3 ou 4 correspondent aux éléments des figures 1 à 4c et ne sont pas décrits de nouveau en détail.

Batterie thermique

L'invention concerne une batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401.

Il peut s'agir notamment d'une batterie à chaleur latente, également connue sous le sigle LHB pour l'anglais « Latent Heat Battery ».

La batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 est configurée pour pouvoir être traversée par un ou plusieurs fluides caloporteurs. Dans la suite de la description on entend par fluide caloporteur tout fluide permettant de transporter de la chaleur ou du froid entre deux milieux.

La batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 est en outre munie d'un ou plusieurs matériaux de stockage thermique contenus ou encapsulés dans la batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401, de façon à permettre un échange thermique entre un matériau de stockage thermique et un fluide caloporteur associé.

En fonctionnement, la batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 permet de stocker puis de restituer de la chaleur par l'intermédiaire d'un ou de matériaux de stockage thermique, à un fluide caloporteur.

Plus précisément, la batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 comporte au moins un premier compartiment d'échange thermique 3 A et un deuxième compartiment d'échange thermique 3B distincts, de sorte qu'un échange thermique entre un fluide caloporteur et un matériau de stockage thermique associé peut avoir lieu dans l'un des compartiments d'échange thermique 3 A ou 3B indépendamment de l'autre compartiment d'échange thermique.

On décrit ci-après différents modes de réalisation d'une telle batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 multi-fluides et multi-matériaux de stockage thermique. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.

Premier mode de réalisation

La figure 1 est une vue schématique d'une batterie thermique 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention.

Selon le premier mode de réalisation illustré, la batterie thermique 1 présente une forme générale sensiblement parallélépipédique.

La batterie 1 comporte une enceinte 5. Selon ce premier mode de réalisation, l'enceinte 5 présente également une forme générale sensiblement parallélépipédique.

L'enceinte 5 est réalisée dans un matériau dont les caractéristiques d'étanchéité, d'isolation thermique ainsi que de tenue mécanique sont suffisamment élevées pour résister aux conditions d'utilisation d'une telle batterie thermique dans un véhicule automobile, par exemple en aluminium ou en matière plastique thermostable. Dans une variante, on pourra également prévoir un matériau isolant venant se placer par-dessus la paroi de l'enceinte pour isoler encore plus la batterie de l'environnement extérieur.

De manière à distinguer les deux compartiments d'échange thermique 3A et 3B, la batterie thermique 1 comporte au moins une cloison de séparation 7. Cette cloison de séparation 7 est prévue étanche aux fluides caloporteurs et matériaux de stockage thermique de part et d'autre de la cloison de séparation 7. Ainsi, les compartiments d'échange thermique 3A et 3B ne sont pas en communication fluidique l'un avec l'autre.

L'emplacement de la cloison de séparation 7 est schématisé par des tirets sur la figure 1. Dans cet exemple, la cloison de séparation 7 est agencée dans l'espace intérieur défini par l'enceinte 5, comme cela est mieux visible sur la figure 2. Plus précisément, la cloison de séparation 7 est dans cet exemple agencée sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal L de la batterie thermique 1, et donc de l'enceinte 5. La cloison de séparation 7 est ici agencée sur toute la longueur de l'enceinte 5 (cf figures 1 et 2).

La cloison de séparation 7 peut être réalisée d'une seule pièce avec l'enceinte 5.

En alternative, la cloison de séparation 7 peut être rapportée et fixée sur l'enceinte 5 par tout moyen approprié.

La cloison de séparation 7 est par exemple réalisée par une paroi de forme générale sensiblement parallélépipédique.

Selon une variante illustrée sur la figure 3, la cloison de séparation 7 peut présenter au moins deux parois 70 assemblées.

Avantageusement, au moins un isolant thermique 71 peut être intercalé entre les parois 70.

Les parois 70 et le ou les éventuels isolants thermiques 71 intercalés peuvent être assemblés par tout moyen approprié.

Par ailleurs, on peut prévoir que la cloison de séparation 7 comporte au moins un moyen de chauffage. À titre d'exemple non limitatif, la cloison de séparation 7 simple (figure 4a) ou à au moins deux parois 70 (figure 4b), peut présenter au moins une plaque sérigraphiée chauffante 72 mieux visible sur la figure 4c.

Le moyen de chauffage intégré à la cloison de séparation 7, tel qu'une plaque sérigraphiée chauffante 72, permet de recharger thermiquement la batterie thermique 1, par exemple lors du chargement d'une batterie électrique du véhicule. Le stockage d'énergie calorifique au sein de la batterie thermique 1 se trouve amélioré.

Selon une alternative non représentée, on peut prévoir des cellules à effet Peltier, notamment dans le cas d'un stockage à basse température. Dans le cas où les deux compartiments d'échange thermique 3 A et 3B sont isolés thermiquement, les températures de charge peuvent être régulées indépendamment l'un de l'autre. Dans le cas d'une cloison de séparation 7 à simple paroi, la température de charge peut être la même de part et d'autre.

Comme dit précédemment, la batterie thermique 1 est destinée à être traversée d'une part par au moins un fluide caloporteur. Les fluides caloporteurs sont par exemple ceux utilisés dans des applications telles que le préchauffage, le chauffage de l'habitacle, à savoir le liquide de refroidissement, l'huile de transmission ou encore l'huile moteur. Des fluides tels que le liquide lave-glace, les fluides frigorigènes ou tout autre fluide employé dans une voiture, peuvent être utilisés selon l'invention.

À cet effet, comme cela est mieux visible sur la figure 2, la batterie thermique 1 comporte une pluralité de canaux de circulation 9 pour au moins un fluide caloporteur. Ces canaux de circulation 9 peuvent être définis par exemple par des tubes ou en variante par juxtaposition de plaques.

Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, la batterie thermique 1 comprend un faisceau de tubes d'échange thermique 11 empilés définissant les canaux de circulation 9.

Selon le premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, la batterie thermique 1 comprend des tubes d'échange thermique 11 dans les deux compartiments d'échange thermique 3 A et 3B.

Dans cet exemple, la cloison de séparation 7 est agencée de façon sensiblement parallèle aux tubes d'échange thermique 11. La cloison de séparation 7 est dans ce cas également agencée de manière sensiblement parallèle à la direction d'écoulement du fluide caloporteur.

L'ensemble des tubes d'échange thermique 9 peuvent être identiques.

On pourrait prévoir en variante que le faisceau comporte des tubes d'échange thermique 9 de structure différente dans les deux compartiments d'échange thermique 3A et 3B.

De plus, on peut prévoir un même fluide caloporteur apte à circuler dans les canaux de circulation 9 présents dans le premier compartiment d'échange thermique 3 A et dans les canaux de circulation 9 présents dans le deuxième compartiment d'échange thermique 3B.

En variante, un premier fluide caloporteur dédié peut circuler dans les canaux de circulation 9 du premier compartiment d'échange thermique 3A tandis qu'un deuxième fluide caloporteur dédié peut circuler dans les canaux de circulation 9 du deuxième compartiment d'échange thermique 3B. Le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur peuvent être de même nature ou au contraire être de nature distincte. La batterie thermique 1 peut comprendre en outre des intercalaires 13 disposés à chaque fois entre deux tubes d'échange thermique 11 adjacents, également entre un tube d'échange thermique 11 et l'enceinte 5. Les intercalaires 13 ont pour fonction d'augmenter la surface d'échange thermique. Afin de faciliter la compréhension de la figure 2, les intercalaires 13 ne sont représentés que partiellement et de façon schématique mais sont avantageusement présents dans l'ensemble de la batterie thermique 1.

Les intercalaires 13 peuvent à titre d'exemple être réalisés sous forme d'ailettes. L'enceinte 5 est agencée autour du faisceau d'échange thermique comprenant la pluralité de tubes d'échange thermique 11 et éventuellement les intercalaires 13.

Selon le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, la batterie thermique présente en outre deux collecteurs 15, réalisés ici sous forme de plaques collectrices 15 et agencées de part et d'autre du faisceau d'échange thermique, c'est-à-dire dans cet exemple aux extrémités longitudinales des tubes d'échange thermique 9. Les plaques collectrices 15 assurent également une fermeture du faisceau d'échange thermique.

En outre, afin de permettre la circulation d'un ou plusieurs fluides caloporteurs dans les compartiments d'échange thermique 3A et 3B, la batterie thermique 1 comprend au moins une admission 17 pour l'alimentation en fluide caloporteur, et au moins une sortie 19 pour le refoulement du fluide caloporteur. Il s'agit par exemple de tubulures d'admission 17 ou de sortie 19.

Les tubulures d'admission 17 et de sortie 19 sont agencées sur la batterie thermique en communication fluidique avec au moins un compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B. Avantageusement, une première tubulure d'admission 17 et une première tubulure de sortie 19 sont agencées en communication fluidique avec le premier compartiment d'échange thermique 3 A associé. De même, une deuxième tubulure d'admission 17 et une deuxième tubulure de sortie 19 sont agencées en communication fluidique avec le deuxième compartiment d'échange thermique 3B associé.

La batterie thermique 1 peut donc accueillir plusieurs fluides caloporteurs.

Les fluides caloporteurs peuvent présenter des propriétés calorifiques différentes. Les fluides caloporteurs peuvent également provenir de circuits distincts. Chaque fluide caloporteur utilisé peut circuler indépendamment à l'intérieur d'un compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B associé, comprenant une tubulure d'admission 17 et une tubulure de sortie 19 spécifique. Ainsi, indépendamment l'un de l'autre, les fluides caloporteurs sont admis dans la batterie thermique 1 par les tubulures d'admission 17, puis sont répartis dans les tubes d'échange thermique 11 du compartiment d'échange thermique 3A ou 3B associé. Après avoir traversé la batterie thermique 1, les fluides caloporteurs ressortent via les tubulures de sortie 19.

Sur la figure 1, des flèches F représentent de façon schématique l'écoulement de fluide caloporteur. Bien entendu, le sens d'écoulement du fluide caloporteur peut se faire dans un sens ou dans l'autre.

Selon l'exemple représenté, les tubulures d'admission 17 et de sortie 19 sont ménagées sur les plaques collectrices 15. Plus précisément, une plaque collectrice 15 peut présenter les tubulures d'admission 17 et l'autre plaque collectrice 15 peut présenter les tubulures de sortie 19.

La circulation du fluide caloporteur dans les deux compartiments d'échange thermique 3A ou 3B peut se faire dans le même sens ou en variante selon une circulation en sens opposé. Dans ce cas, chaque plaque collectrice 15 peut présenter au moins une tubulure d'admission 17 et au moins une tubulure de sortie 19. D'autre part, la batterie thermique 1 est destinée à comporter au moins un matériau de stockage thermique.

La batterie thermique 1 est par exemple destinée à comprendre un même matériau de stockage thermique dans les deux compartiments d'échange thermique 3 A et 3B.

En variante, on peut prévoir un premier matériau de stockage thermique dans le premier compartiment d'échange thermique 3 A et un deuxième matériau de stockage thermique dans le deuxième compartiment d'échange thermique 3B.

Dans cet exemple, l'enceinte 5 de la batterie thermique 1 forme un réservoir du matériau de stockage thermique. Autrement dit, le matériau de stockage thermique, une fois introduit dans la batterie thermique 1, est conservé autour des tubes d'échange thermique 11 et d'éventuels intercalaires 13 grâce à l'enceinte 5. Le matériau de stockage thermique est agencé en contact avec au moins un tube d'échange thermique 9 pour un échange thermique entre le matériau de stockage thermique et le fluide caloporteur. Ainsi, le transfert thermique est réalisé à travers les parois de ces tubes d'échange thermique 11.

La cloison de séparation 7 permet de séparer de manière étanche les matériaux de stockage thermique de chaque compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B, évitant tout contact et risque de réactions chimiques entre les matériaux de stockage thermique. Ainsi, on peut utiliser plusieurs matériaux de stockage thermique dans une même batterie thermique 1.

Le matériau de stockage thermique est de façon préférée un matériau à changement de phase connu sous le sigle MCP en français ou PCM pour l'anglais « Phase Change Material ». Un matériau à changement de phase est un matériau capable d'absorber une certaine quantité de chaleur en passant d'un état physique à un autre, par exemple lors de la fusion, et en outre de restituer de la chaleur emmagasinée en reprenant l'état physique d'origine, par exemple en recristallisant.

Plus précisément, le matériau à changement de phase est prévu de manière à permettre lors de certaines phases un stockage de chaleur depuis un fluide caloporteur dans la batterie thermique 1 et, lors d'autres phases, une restitution de chaleur de la batterie thermique 1 vers le fluide caloporteur.

Avec une telle batterie thermique 1 pouvant comprendre plusieurs matériaux de stockage thermique tels que des matériaux à changement de phase, il est possible d'utiliser le matériau le plus adapté pour une utilisation donnée.

On peut prévoir un matériau à changement de phase de même température de changement de phase ou en variante de température de changement de phase différente dans les deux compartiments d'échange thermique 3A et 3B. Le choix dépend de la température de changement de phase désirée. Cette température peut aller de plusieurs centaines de degrés pour des applications sur l'échappement, à des gammes plus faibles par exemple de l'ordre de 60°C à 110°C pour l'huile de transmission ou l'huile moteur, ou encore de l'ordre de 50°C à 95°C pour l'éthylène glycol par exemple. De même, on peut prévoir des matériaux à changement de phase présentant une chaleur latente similaire ou en variante présentant une chaleur latente différente dans les deux compartiments d'échange thermique 3A et 3B. Selon un exemple particulier d'une boucle de refroidissement du moteur, lorsqu'un fluide caloporteur par exemple après avoir été échauffé en traversant le moteur, circule au contact du matériau à changement de phase, le fluide caloporteur est refroidi par le matériau à changement de phase qui lui prélève de l'énergie calorifique par exemple en passant en phase liquide. La restitution de chaleur peut être réalisée lors d'un démarrage à froid de la voiture, permettant de chauffer rapidement le fluide caloporteur.

En variante, le matériau à changement de phase peut être un matériau capable d'emmagasiner des frigories et de restituer les frigories emmagasinées, depuis et vers un fluide caloporteur aussi appelé dans ce cas fluide frigoporteur. Il peut s'agir d'un flux d'air destiné à modifier les paramètres thermiques de l'habitacle du véhicule. En variante, il peut s'agir d'un fluide réfrigérant.

Selon un exemple particulier d'une boucle de climatisation dans un véhicule,

- lorsque la boucle de climatisation fonctionne, le matériau à changement de phase cède de l'énergie calorifique au fluide caloporteur ou frigoporteur, prévu suffisamment froid, c'est-à-dire à une température inférieure à la température de solidification du matériau à changement de phase, et

- lorsque la boucle de climatisation est à l'arrêt, notamment lors d'un arrêt court du moteur, le fluide caloporteur ou frigoporteur circulant au contact du matériau à changement de phase est refroidi par le matériau à changement de phase qui lui prélève de l'énergie calorifique en passant en phase liquide.

Dans cette configuration, la batterie thermique 1 est par exemple agencée en aval d'un évaporateur de la boucle de climatisation selon le sens de circulation du flux d'air à destination de l'habitacle.

II va de soi, que dans ce cas le matériau à changement de phase utilisé est sélectionné pour avoir une température de changement de phase inférieure à celle de l'exemple précédent dans le cas d'une boucle de refroidissement du moteur. On maintient ainsi le refroidissement d'un habitacle du véhicule pendant une période d'arrêt donnée, par exemple d'arrêt automatique du moteur lorsque la voiture s'immobilise. La batterie thermique 1 peut comprendre en outre au moins un orifice de remplissage permettant le remplissage en matériau à changement de phase d'au moins un compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B. Le remplissage en matériau à changement de phase, est réalisé de préférence sous forme liquide aux conditions de température appropriées. Un bouchon 21 (visible sur la figure 1) vient avantageusement fermer un tel orifice de remplissage.

Le ou les orifices de remplissage peuvent être ménagés sur l'enceinte 5.

Un orifice de remplissage distinct peut être prévu pour chaque compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B. Ainsi, le matériau à changement de phase associé à un compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B donné peut être introduit indépendamment du matériau à changement de phase associé à l'autre compartiment d'échange thermique. Les orifices de remplissage peuvent être agencés sur un même côté de l'enceinte 5 ou sur deux côtés différents.

Enfin, la batterie thermique 1 présente avantageusement un moyen d'isolation thermique commun pour les deux compartiments d'échange thermique 3A et 3B.

Un tel moyen d'isolation thermique commun peut notamment être agencé autour de l'enceinte 5 de la batterie thermique 1, afin de contenir la chaleur stockée dans la batterie thermique 1. On peut citer en exemple non limitatif, des moyens d'isolation thermique tels que des mousses, des aérogels, des fibres ou des multicouches avec ou sans vide.

Deuxième mode de réalisation

On a représenté sur la figure 5, un deuxième mode de réalisation d'une batterie thermique 101.

Seules les différences par rapport au premier mode de réalisation sont détaillées ci-après.

Selon le deuxième mode de réalisation, la circulation du ou des fluides caloporteurs ne se fait plus selon une direction sensiblement parallèle à la direction longitudinale des tubes d'échange thermique 111. Au contraire, selon ce deuxième mode de réalisation, il s'agit d'une circulation dite en « U » telle que schématisée par les flèches F' sur la figure 5.

Dans ce cas, la cloison de séparation 107 est agencée dans l'enceinte 105 de manière sensiblement transversale par rapport à l'axe longitudinal L de l'enceinte 105. La cloison de séparation 107 est ici agencée sur toute la section transversale de l'enceinte 105 en référence à la figure 5.

Sur l'exemple de la figure 5, les fluides caloporteurs associés aux compartiments d'échange thermique 103A et 103B circulent sensiblement en « U » du bas vers le haut en référence à la représentation de la figure 5. Bien entendu, les fluides caloporteurs peuvent circuler selon l'autre sens, c'est-à-dire du haut vers le bas selon la représentation de la figure 5, ou encore les deux fluides caloporteurs peuvent circuler en sens opposé l'un par rapport à l'autre.

Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux batteries thermiques 1, 101 de forme générale sensiblement parallélépipédique.

On peut prévoir à titre d'exemple, une batterie thermique 201, 301, 401 de forme générale sensiblement cylindrique.

Par ailleurs, selon les modes de réalisation précédemment décrits, l'enceinte 5,

105 de la batterie thermique 1, 101 forme un réservoir du matériau de stockage thermique.

En variante, la batterie thermique 201, 301, 401 peut comprendre en son sein une pluralité de réservoirs de matériau de stockage thermique, ici de matériau à changement de phase encapsulé.

Troisième mode de réalisation

On a représenté sur la figure 6, un troisième mode de réalisation d'une batterie thermique 201.

Seules les différences par rapport au premier mode de réalisation sont détaillées ci-après.

La batterie thermique 201 présente une forme générale sensiblement cylindrique. L' enceinte 205 définit un espace intérieur dans lequel peuvent être placé(e)s une pluralité de réservoirs ou capsules 223, contenant du matériau à changement de phase encapsulé. L' encapsulation du matériau à changement de phase assure une fonction de séparation étanche et permet d'avoir des matériaux à changement de phase différents ou non dans les compartiments d'échange thermique 203 A et 203B de la batterie thermique 201.

Dans l'exemple de la figure 6, les réservoirs ou capsules 223 sont de forme générale sensiblement cylindrique. On parle alors de tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223.

Les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 peuvent être disposés sensiblement parallèlement à la direction longitudinale L de la batterie thermique 201, et donc de l'enceinte 205. Ici, le fluide caloporteur circule suivant une circulation dite en « U » (représentée par des flèches F') dans le compartiment d'échange thermique associé 3A ou 3B.

La batterie thermique 201 peut comporter en outre un dispositif de maintien 225 des tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223. Le dispositif de maintien 225 est disposé entre les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 eux- mêmes, et également entre les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 et l'enceinte 205.

Le dispositif de maintien 225 est avantageusement prévu pour conserver une distance constante entre chaque tube de matériau à changement de phase encapsulé 223, de manière à obtenir une homogénéité en termes de pertes de charge et d'écoulement du fluide caloporteur. En variante, on peut prévoir un pas irrégulier entre les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223, notamment pour forcer le passage de fluide caloporteur à cet endroit.

A titre d'exemple, le dispositif de maintien 225 peut comporter un matériau composite placé au sein de l'enceinte 205 sauf au niveau des tubulures d'admission et de sortie 217 et 219, de manière à entourer les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 .

Selon une alternative mieux visible sur la figure 7, le dispositif de maintien 225 comporte au moins une grille 225, les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 passent alors au travers des mailles de la grille afin d'être maintenus. La ou les grilles 225 peuvent être fixées contre l'enceinte 205 par tout moyen de fixation ou blocage approprié.

Les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 peuvent en outre être maintenus à leurs extrémités longitudinales par un collecteur 215 (figure 6).

Contrairement au premier mode de réalisation décrit, les collecteurs 215 ne présentent plus de tubulures d'admission ou de sortie 217, 219 de fluide caloporteur. De telles tubulures d'admission 217 ou de sortie 219 peuvent être agencées directement sur la paroi de l'enceinte 205.

En outre, selon ce troisième mode de réalisation l'écoulement du ou des fluides caloporteurs peut ne pas se faire dans des canaux de circulation, tel que décrit dans le premier mode de réalisation. Au contraire, le ou les fluides caloporteurs peuvent circuler à l'intérieur de l'enceinte 205 de la batterie thermique 201 en venant au contact des tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223.

À cet effet, les tubes de matériau à changement de phase encapsulé 223 doivent être réalisés en matériaux aptes à supporter les conditions d'utilisation de la batterie thermique 201 et le fluide caloporteur qui circule au sein de l'enceinte 205. Il peut s'agir notamment d'aluminium ou de matière polymère telle que du polyamide.

La batterie thermique 201 présente également au moins une cloison de séparation 207 agencée de manière à séparer au moins deux compartiments d'échange thermique 203 A et 203B. La cloison de séparation 207 permet alors de séparer les fluides caloporteurs circulant dans les deux compartiments d'échange thermique 203 A et 203B, et non plus de séparer les matériaux de stockage thermique des deux compartiments d'échange thermique 203 A, 203B comme dans le premier ou deuxième mode de réalisation.

Quatrième mode de réalisation

On a représenté sur les figures 8 et 9, un quatrième mode de réalisation d'une batterie thermique 301. Le quatrième mode de réalisation se distingue du troisième mode de réalisation par l'agencement de la cloison de séparation 307. En effet, dans cet exemple la cloison de séparation 307 est agencée de façon sensiblement transversale à la direction longitudinale L de la batterie thermique 301.

Plus précisément, la cloison de séparation 307 est, dans cet exemple, agencée sur toute la section transversale de l'enceinte 305.

Les éléments 323, 325 correspondent respectivement aux éléments 223, 225 du troisième mode de réalisation et ne sont pas décrits de nouveau.

Cinquième mode de réalisation

Un cinquième mode de réalisation d'une batterie thermique 401, représenté sur la figure 10, se distingue du troisième mode de réalisation, par le fait que le ou les matériaux à changement de phase sont encapsulés dans des réservoirs 423 de forme générale sensiblement sphérique.

Bien entendu, la cloison de séparation 407 peut être agencée dans le sens de la longueur de la batterie thermique 401 tel qu'illustré sur la figure 9 mais aussi en variante sensiblement transversalement par rapport à l'axe longitudinal L de la batterie thermique 401, de façon similaire au quatrième mode de réalisation.

Les éléments 425 correspondent respectivement aux éléments 225 du troisième mode de réalisation et ne sont pas décrits de nouveau. On a décrit ci-dessus différents modes de réalisation de la batterie thermique 1,

101, 201, 301, 401. Bien entendu, les caractéristiques de ces modes de réalisation peuvent être combinées sans sortir de la portée de l'invention.

Utilisation d'une batterie thermique selon l'invention

La figure 11 représente de façon schématique et simplifiée, la mise en œuvre d'une batterie thermique selon l'invention dans au moins deux boucles de gestion thermique, notamment d'un véhicule automobile.

Sur la figure 11, une batterie thermique 1 selon le premier mode de réalisation est représentée. Bien entendu, une batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 selon l'un ou l'autre des modes de réalisation précédemment décrits, peut indifféremment être utilisée.

Une même batterie thermique 1 selon l'invention peut notamment être agencée à la fois dans plusieurs circuits distincts. Avantageusement, une même batterie thermique 1 peut être agencée dans autant de circuits distincts que de compartiments d'échange thermique 3A, 3B distincts que cette batterie thermique 1 présente.

Dans l'exemple de la figure 11, la batterie thermique 1 présente deux compartiments d'échange thermique 3A et 3B, et est agencée dans deux circuits à la fois.

À titre d'exemple illustratif et non limitatif, la batterie thermique 1 est agencée à la fois dans une boucle d'huile moteur Bl et d'une boucle d'huile de transmission B2. Les fluides caloporteurs sont donc respectivement l'huile moteur et l'huile de transmission dans cet exemple. Les fluides caloporteurs peuvent être de nature différente avec des températures de fonctionnement également différentes.

Une boucle B 1 ou B2 présente par exemple :

• au moins une source thermique 27 ou 29,

• au moins une pompe 31 ou 33 pour l'entraînement du fluide caloporteur, et « au moins un compartiment d'échange thermique 3 A ou 3B de la batterie thermique 1.

Ces différents éléments 27, 31, 3A, respectivement 29, 33, 3B sont reliés les uns aux autres par des conduits 35, respectivement 37, de façon à permettre une circulation du fluide caloporteur entre les différents éléments de la boucle Bl, respectivement B2, concernée.

Dans un exemple particulier, les différents éléments de chaque boucle Bl, B2 peuvent être montés en série selon l'ordre précédemment décrit. Ainsi, comme montré de façon non limitative sur la figure 11, la sortie de fluide caloporteur d'un compartiment d'échange thermique 3 A, respectivement 3B, de la batterie thermique 1 est par exemple reliée à l'entrée de fluide caloporteur d'une source thermique 27, respectivement 29, la sortie de fluide caloporteur de la source thermique 27 ou 29 est reliée à l'entrée de fluide caloporteur de la pompe 31, respectivement 33, associée, et la sortie de fluide caloporteur de cette pompe 31 ou 33 est reliée à l'entrée de fluide caloporteur du compartiment d'échange thermique 3 A, respectivement 3B, associé de la batterie thermique 1.

Les compartiments d'échange thermique 3 A et 3B séparés de manière étanche au sein d'une même batterie thermique 1 permettent de gérer des températures de fonctionnement différentes et d'avoir des matériaux de stockage thermique différents, notamment des matériaux à changement de phase de températures de changement de phase différentes. Ceci permet donc une utilisation au sein de boucles distinctes.

Par exemple, la batterie thermique 1 peut comprendre :

• dans le premier compartiment d'échange thermique 3 A agencé dans la boucle Bl d'huile moteur, un matériau à changement de phase avec une température de changement de phase de l'ordre de 80°C, et

• dans le deuxième compartiment d'échange thermique 3B agencé dans la boucle B2 d'huile de transmission, un matériau à changement de phase avec une température de changement de phase de l'ordre de 50°C.

Ainsi, lors du roulage, la batterie thermique 1 stocke de la chaleur produite par l'une et/ou l'autre source thermique 27, 29.

Lors d'un démarrage à froid du véhicule, l'énergie stockée dans la batterie thermique 1 permet de chauffer rapidement l'huile de transmission et/ou l'huile moteur. Cette montée rapide en température diminue ainsi les forces visqueuses et les forces de frictions diminuant d'autant la consommation de carburant. Selon une alternative, la batterie thermique 1 peut être mise en œuvre dans une ou plusieurs boucles configurées pour permettre,

• d'une part, lors de certaines phases, un stockage du froid depuis le fluide caloporteur, aussi appelé fluide frigoporteur, vers la batterie thermique 1, et,

• d'autre part, lors d'autres phases, une restitution de chaleur (en l'occurrence un déstockage de froid) de la batterie thermique 1 vers le fluide frigoporteur.

Ainsi, la batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 selon l'un ou l'autre mode de réalisation permet l'utilisation d'un ou plusieurs fluides caloporteurs, et de même d'un ou plusieurs matériaux de stockage thermique, tels que des matériaux à changement de phase. Du fait de la présence d'au moins deux compartiments d'échange thermique 3A, 3B ; 103A, 103B ; 203A, 203B ; 303A, 303B ; 403A, 403B distincts sans communication fluidique qu'il s'agisse de fluide caloporteur ou du ou des matériaux de stockage thermique, la batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 devient multi-f onction et peut être utilisée dans au moins deux circuits ou boucles distinctes du véhicule.

Une telle batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 permet également d'optimiser la capacité de stockage thermique, tout en diminuant les pertes thermiques vers l'extérieur.

Avec une même batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 pouvant comprendre en son sein plusieurs fluides caloporteurs et/ou matériaux de stockage thermique, les surfaces exposées à l'environnement ambiant sont réduites par rapport aux solutions individuelles de l'art antérieur. En effet selon la forme choisie, les inventeurs ont constaté que l'on peut réduire de plus de 20 % les surfaces exposées aux pertes vers l'extérieur dans le cas d'une batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 à deux compartiments d'échange thermique distincts 3 A, 3B ; 103 A, 103B ; 203 A ,203B ; 303A ,303B ; 403A, 403B, et plus de 30 % dans le cas de trois compartiments d'échange thermique distincts.

Plus le nombre de compartiments distincts, d'échange thermique entre un fluide caloporteur et un matériau de stockage thermique associés, utilisés dans une même batterie thermique 1, 101, 201, 301, 401 est important, plus la réduction de surface extérieure est importante, engendrant ainsi une baisse des pertes thermiques proportionnelle à cette réduction.