EP4590527A1 - Système de conditionnement thermique - Google Patents

Système de conditionnement thermique

Info

Publication number
EP4590527A1
EP4590527A1 EP23772828.2A EP23772828A EP4590527A1 EP 4590527 A1 EP4590527 A1 EP 4590527A1 EP 23772828 A EP23772828 A EP 23772828A EP 4590527 A1 EP4590527 A1 EP 4590527A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connection point
branch
refrigerant fluid
heat exchanger
conditioning system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23772828.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Inventor INVENTOR VST LVR
Mohamed Yahia
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP4590527A1 publication Critical patent/EP4590527A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32281—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising a single secondary circuit, e.g. at evaporator or condenser side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B60H1/00914—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant does not change and there is a bypass of the condenser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B60H1/00921—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant does not change and there is an extra subcondenser, e.g. in an air duct
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/323—Cooling devices using compression characterised by comprising auxiliary or multiple systems, e.g. plurality of evaporators, or by involving auxiliary cooling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
    • F25B6/04—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in series
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00949—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising additional heating/cooling sources, e.g. second evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—Component parts or details not otherwise provided for in this subclass
    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0403—Refrigeration circuit bypassing means for condensers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal conditioning systems.
  • Such systems can, for example, be fitted to motor vehicles. These systems ensure thermal regulation of different organs, such as the passenger compartment or an electrical energy storage battery, when the vehicle is electrically powered.
  • Heat exchanges are managed mainly by the compression and expansion of a refrigerant fluid circulating in a circuit in which several heat exchangers are arranged.
  • a compressor allows the refrigerant fluid to pass at high pressure and circulate it in the circuit.
  • the refrigerant circuit usually includes a main loop and several branch branches which make it possible to achieve multiple combinations of refrigerant circulation. Numerous operating modes can thus be obtained, such as for example cooling the air in the passenger compartment, heating the air in the passenger compartment, dehumidifying the air in the passenger compartment, regulating the temperature of the vehicle's batteries, or even recovery of the energy dissipated by these batteries, in order to heat the passenger compartment.
  • the present invention proposes a thermal conditioning system for a motor vehicle, comprising a refrigerant fluid circuit configured to circulate a refrigerant fluid, the refrigerant fluid circuit comprising:
  • a main loop comprising successively according to the direction of circulation of the refrigerant fluid: -- a compressor
  • a first heat exchanger configured to exchange heat with a first heat transfer fluid
  • a first branch branch connecting a first connection point arranged on the main loop between the first refrigerant fluid accumulation device and the second regulator to a second connection point arranged on the main loop between the second heat exchanger and an inlet of the compressor, the first branch branch comprising a third expander and a third heat exchanger,
  • a second branch branch connecting a third connection point arranged on the main loop between the first regulator and the first refrigerant fluid accumulation device to a fourth connection point arranged on the first branch branch between the first connection point and the third regulator,
  • a third branch branch connecting a fifth connection point arranged on the main loop between the first regulator and the third connection point to a sixth connection point arranged on the first branch bypass between the third heat exchanger and the second connection point,
  • a fourth branch branch connecting a seventh connection point arranged on the main loop between an outlet of the compressor and the first heat exchanger to an eighth connection point arranged on the main loop between the second regulator and the second connection point, the fourth branch comprising a fourth regulator.
  • This refrigerant circuit architecture makes it possible to obtain numerous operating modes allowing in particular heating of the first heat transfer fluid at the level of the first exchanger from heat recovered at the level of the second exchanger or the third exchanger.
  • the fourth branch of diversion also makes it possible to increase the flow rate of refrigerant circulating in the circuit and hence the thermal power supplied to the refrigerant.
  • this architecture makes it possible to do without additional heating devices and sub-cooling exchangers.
  • the first heat exchanger is configured to operate as a condenser.
  • the second heat exchanger is configured to operate as an evaporator.
  • the third heat exchanger is configured to exchange heat with a flow of air outside the passenger compartment of a motor vehicle.
  • the third heat exchanger is configured to operate selectively as an evaporator or condenser.
  • the first refrigerant storage device is a desiccant bottle.
  • the main loop comprises a second refrigerant accumulation device disposed between the second heat exchanger and the second connection point.
  • the second refrigerant accumulation device protects the compressor against the presence of refrigerant in liquid form, when the ambient temperature is negative.
  • the second refrigerant accumulation device is an accumulator.
  • the eighth connection point is arranged on the main loop between the second expander and the second heat exchanger.
  • the eighth connection point is arranged on the main loop between the second heat exchanger and the second accumulation device.
  • the thermal conditioning system comprises a refrigerant distribution module comprising:
  • the second accumulation device is arranged on the first channel between the connection point and the outlet, and the fourth expansion device is arranged on the second channel between the second inlet and the connection point.
  • the first heat transfer fluid is a flow of air inside a passenger compartment of the vehicle.
  • the thermal conditioning system comprises a fifth branch branch connecting a ninth connection point arranged on the main loop between the first connection point and the second regulator to a tenth connection point arranged on the main loop between the second accumulation device and the second connection point.
  • the fifth branch branch includes a fifth expander and a fourth heat exchanger.
  • the fourth heat exchanger is configured to operate as an evaporator.
  • the fourth heat exchanger is configured to exchange heat with a flow of air inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the fourth heat exchanger is configured to exchange heat with an element of an electric powertrain of the motor vehicle.
  • the first heat transfer fluid is a heat transfer liquid.
  • the thermal conditioning system comprises a heat transfer liquid circuit configured to circulate a heat transfer liquid.
  • the first heat exchanger is a two-fluid heat exchanger arranged jointly on the refrigerant fluid circuit and on the heat transfer fluid circuit so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid.
  • the heat transfer fluid circuit comprises a fifth heat exchanger configured to exchange heat with a flow of air inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the second heat exchanger is thermally coupled with an element of an electric powertrain of a motor vehicle.
  • An element of the vehicle's electric traction chain may include an electrical energy storage battery.
  • the battery can provide the energy needed to drive the vehicle.
  • the element of the vehicle's electric traction chain may comprise an electric vehicle traction motor.
  • the element of the electric traction chain of the vehicle may comprise an electronic unit for controlling the electric traction motor of the vehicle.
  • the second heat exchanger is thermally coupled with the element via a heat transfer liquid circulating in a secondary heat transfer liquid loop.
  • the heat transfer liquid circulating in the secondary heat transfer liquid loop may be a dielectric fluid.
  • the second heat exchanger is in contact with the element of the vehicle's traction chain.
  • the first branch branch comprises a first one-way valve configured to block a circulation of refrigerant fluid from the fourth connection point to the first connection point.
  • the second branch branch comprises a second unidirectional valve configured to block a circulation of refrigerant fluid from the third connection point to the fourth connection point.
  • the first one-way valve may be a check valve.
  • the second one-way valve may be a check valve.
  • the main loop includes a shut-off valve disposed between the sixth connection point and the second connection point.
  • the fifth branch branch comprises a third check valve configured to block a circulation of refrigerant fluid from the tenth connection point to the fourth heat exchanger.
  • Each check valve can be replaced by a shut-off valve.
  • the thermal conditioning system comprises a sixth branch connection connecting an eleventh connection point arranged on the fourth branch branch between the fourth regulator and the eighth connection point to a twelfth connection point arranged on the first branch branch between the sixth connection point and the second connection point.
  • the main loop comprises an internal heat exchanger configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid downstream of the first connection point and upstream of the second expander and the fluid refrigerant downstream of the second accumulation device and upstream of the second connection point.
  • the internal heat exchanger makes it possible to increase the heat exchange capacity of the system, and also makes it possible to ensure overheating of the refrigerant fluid entering the compressor, that is to say, makes it possible to avoid the presence of droplets of liquid refrigerant at the compressor inlet.
  • the main loop comprises a sixth regulator arranged on the main loop between the seventh connection point and the first heat exchanger.
  • This regulator allows the high pressure refrigerant fluid leaving the compressor to be expanded. It is thus possible to operate the compressor at its maximum admissible outlet pressure, and to expand the refrigerant fluid before its circulation in the first heat exchanger. The compression work is thus increased, which makes it possible to increase the energy transferred to the refrigerant fluid.
  • Each expansion device may be an electronic expansion valve.
  • the thermal conditioning system may include a first three-way valve arranged jointly on the main loop and on the third branch branch, the first three-way valve being configured to selectively: - authorize circulation of the refrigerant fluid leaving the first exchanger towards the third connection point and prohibit circulation of the refrigerant fluid leaving the first exchanger towards the sixth connection point, or
  • the first three-way valve and the first expansion device are arranged in the same body.
  • the thermal conditioning system can also include a second three-way valve arranged jointly on the fourth branch of diversion and on the sixth branch of branch, the second three-way valve being configured to selectively:
  • the second three-way valve and the fourth expansion device can be arranged in the same body.
  • the disclosure also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a first mode of passenger compartment cooling, in which:
  • a flow of refrigerant fluid at low pressure circulates in the compressor where it passes to high pressure, then circulates successively in the first heat exchanger without exchanging heat with the first heat transfer fluid, in the third branch of diversion, in the third exchanger of heat, in the second branch of diversion, in the first refrigerant fluid accumulation device, in the fifth expansion device where it passes at low pressure, in the fourth heat exchanger where it evaporates by absorbing heat from the internal air flow, and returns to the compressor.
  • the disclosure also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called heat pump mode, in which:
  • a flow of refrigerant fluid at low pressure circulates in the compressor where it passes to high pressure, then circulates successively in the first heat exchanger, giving up heat to the first heat transfer fluid, in the first expansion device where it undergoes expansion up to an intermediate pressure, in the first refrigerant fluid accumulation device, in the third expansion device where it passes at low pressure, in the third heat exchanger where it evaporates by absorbing heat from the flow of outside air, and returns to the compressor.
  • the disclosure also concerns a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called energy recovery mode, in which:
  • a flow of refrigerant fluid at low pressure circulates in the compressor where it passes to high pressure, then circulates successively in the first heat exchanger, giving up heat to the first heat transfer fluid, in the first expansion device where it undergoes expansion up to an intermediate pressure, in the first refrigerant accumulation device, in the second expansion device where it passes at low pressure, in the second heat exchanger where it evaporates by absorbing heat, and returns the compressor.
  • the disclosure also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a second passenger compartment cooling mode, in which:
  • a flow of refrigerant fluid at low pressure circulates in the compressor where it passes to high pressure, then circulates successively in the fourth branch of diversion, in the fourth expander, in the sixth branch of diversion, in the third heat exchanger, in the third expansion device, in the second branch branch, in the first accumulation device of refrigerant fluid, in the fifth expansion device where it passes at low pressure, in the fourth heat exchanger where it evaporates by absorbing heat from the internal air flow, and returns to the compressor.
  • FIG. 1 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a variant of the first embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a variant of the second embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a variant of the third embodiment of the invention.
  • FIG. 7 is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 3, operating in a first mode of operation, called first cooling mode,
  • FIG. 8 is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 3, operating in a second mode of operation, called heat pump mode,
  • FIG. 9 is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 3, operating in a third mode of operation, called energy recovery mode,
  • FIG. 10 is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 5, operating in a fourth mode of operation, called second cooling mode.
  • a first element upstream of a second element means that the first element is placed before the second element with respect to the direction of circulation, or travel, of a fluid.
  • a first element downstream of a second element means that the first element is placed after the second element with respect to the direction of circulation, or travel, of the fluid considered.
  • the term “a first element is upstream of a second element” means that the refrigerant fluid successively travels through the first element, then the second element, without passing through the compression device. In other words, the refrigerant fluid leaves the compression device, possibly passes through one or more elements, then passes through the first element, then the second element, then returns to the compression device, possibly after passing through other elements.
  • a second element is placed between a first element and a third element means that the shortest path to go from the first element to the third element passes through the second element.
  • An electronic control unit 44 receives information from different sensors measuring in particular the characteristics of the refrigerant fluid at various points of the circuit.
  • the electronic control unit 44 also receives instructions issued by the occupants of the vehicle, such as for example the desired temperature inside the passenger compartment.
  • the electronic control unit 44 can also receive instructions from other electronic subsystems, such as for example the electrical energy storage battery management system.
  • the electronic control unit 44 implements control laws allowing the control of the different actuators, in order to ensure the control of the thermal conditioning system 100 so as to ensure the instructions received.
  • the refrigerant fluid circuit 10 forms a closed circuit in which the refrigerant fluid can circulate.
  • the refrigerant fluid circuit 10 is sealed when it is in a nominal operating state, that is to say without defects or leaks.
  • Each connection point of circuit 10 allows the refrigerant fluid to pass into one or other of the circuit portions joining at this connection point.
  • the distribution of the refrigerant fluid between the circuit portions joining at a connection point is done by adjusting the opening or closing of the stop valves, non-return valves or expansion devices included on each of the branches.
  • each connection point is a means of redirecting the refrigerant fluid arriving at this connection point.
  • Various shut-off valves and non-return valves thus make it possible to selectively direct the refrigerant fluid into the different branches of the refrigerant circuit, in order to ensure different operating modes, as will be described later.
  • the refrigerant fluid used by the refrigerant fluid circuit 10 is here a chemical fluid such as R1234yf.
  • Other refrigerants can also be used instead, such as R134a, or R290.
  • interior air flow Fi means a flow of air intended for the passenger compartment of the motor vehicle.
  • This interior air flow Fi can circulate in a heating, ventilation and/or air conditioning installation, frequently referred to by the English term “HVAC”, for “Heating, Ventilating and Air Conditioning”. This installation has not been shown in the various figures.
  • a first group motorized fan, not shown, is placed in the heating, ventilation and/or air conditioning installation in order to increase, if necessary, the flow rate of the interior air flow Fi.
  • external air flow Fe we mean an air flow which is not intended for the passenger compartment of the vehicle. In other words, this air flow Fe remains outside the vehicle cabin.
  • a second motor-fan group also not shown, can be activated in order to increase, if necessary, the flow rate of the exterior air flow Fe.
  • the air flow rate provided by the first and the second motor-fan group can be adjusted in real time according to heat exchange needs, for example by the electronic unit 44 for controlling the thermal conditioning system 100.
  • first exchanger is equivalent to the term “first heat exchanger”.
  • accumulation device is equivalent to the term “refrigerant accumulation device”.
  • the heat transfer liquid circuit(s) also form one or more closed and sealed circuits in which a heat transfer liquid can circulate.
  • Figure 1 shows a thermal conditioning system 100 for a motor vehicle, according to a first embodiment.
  • This thermal conditioning system 100 comprises a refrigerant fluid circuit 10 configured to circulate a refrigerant fluid, the refrigerant fluid circuit 10 comprising:
  • a main loop A comprising successively according to the direction of circulation of the refrigerant fluid:
  • a first heat exchanger 1 configured to exchange heat with a first heat transfer fluid F1, -- a first expander 31,
  • a first branch B connecting a first point of connection 1 1 arranged on the main loop A between the first accumulation device 8 of refrigerant fluid and the second regulator 32 to a second connection point 12 arranged on the main loop A between the second heat exchanger 2 and an inlet 6a of the compressor 6, the first branch B comprising a third expander 33 and a third heat exchanger 3,
  • a second branch C connecting a third connection point 13 arranged on the main loop A between the first regulator 31 and the first accumulation device 8 of refrigerant fluid to a fourth connection point 14 arranged on the first branch branch B between the first connection point 1 1 and the third regulator 33,
  • a third branch D connecting a fifth connection point 15 arranged on the main loop A between the first regulator 31 and the third connection point 13 to a sixth connection point 16 arranged on the first branch B between the third heat exchanger 3 and the second connection point 12,
  • a fourth branch E connecting a seventh connection point 17 arranged on the main loop A between an outlet 6b of the compressor 6 and the first heat exchanger 1 to an eighth connection point 18 arranged on the main loop A between the second regulator 32 and the second connection point 12, the fourth branch E comprising a fourth regulator 34.
  • This refrigerant circuit architecture makes it possible to obtain numerous operating modes allowing in particular heating of the first heat transfer fluid F1 at the level of the first exchanger 1 from heat recovered at the level of the second exchanger 2 or at the level of the third exchanger 3.
  • the fourth branch E also makes it possible to increase the flow rate of refrigerant fluid compressed by the compressor 6 and circulating in circuit 10, which makes it possible to increase the thermal power supplied to the refrigerant fluid.
  • the heating capacity of the thermal conditioning system is improved, that is to say increased.
  • this architecture makes it possible to do without an additional heating device. She also allows you to do without a sub-cooling exchanger. The system is thus simplified, without loss of performance.
  • the first heat exchanger 1 is configured to operate as a condenser.
  • the first heat transfer fluid F1 is an interior air flow Fi in a passenger compartment of the vehicle.
  • the first exchanger 1 thus makes it possible to directly heat the interior air flow Fi, and thus to heat the passenger compartment of the vehicle.
  • the second heat exchanger 2 is configured to operate as an evaporator.
  • the second heat exchanger 2 is thermally coupled with an element 30 of an electric traction chain of a motor vehicle.
  • the second heat exchanger 2 thus makes it possible to cool the element 30 of the transmission chain, in order to maintain its temperature within an acceptable limit.
  • Element 30 of the vehicle's electric traction chain may include an electrical energy storage battery.
  • the battery can provide the energy needed to drive the vehicle.
  • element 30 of the vehicle's electric traction chain may comprise an electric vehicle traction motor.
  • the element 30 of the electric traction chain of the vehicle may comprise an electronic unit for controlling the electric traction motor of the vehicle.
  • the second heat exchanger 2 is thermally coupled with the element 30 via a heat transfer liquid circulating in a secondary loop 41 of heat transfer liquid.
  • the heat transfer liquid circulating in the secondary heat transfer liquid loop 41 may be a dielectric fluid.
  • the heat transfer liquid circulating in the secondary heat transfer liquid loop 41 can, as a variant, be a mixture of water and glycol.
  • the second heat exchanger 2 is in contact with the element 30 of the vehicle's traction chain.
  • the third heat exchanger 3 is configured to exchange heat with an air flow Fe outside the passenger compartment of a motor vehicle.
  • the third heat exchanger 3 is configured to operate selectively as an evaporator or condenser.
  • the third heat exchanger 3 is designated by the term evapo-condenser.
  • the third exchanger 3 is for example arranged on the front of the vehicle, behind the grille. The third exchanger 3 thus receives a flow of air generated by the advancement of the vehicle.
  • the third heat exchanger 3 can, depending on the operating modes of the thermal conditioning system, recover heat from the external air flow Fe and transfer it to the refrigerant fluid, or dissipate the heat from the refrigerant fluid in the air flow outside.
  • the first refrigerant accumulation device 8 is a desiccant bottle.
  • the desiccant bottle 8 receives at its inlet 8a a two-phase mixture of refrigerant fluid.
  • the refrigerant fluid leaving outlet 8b of the desiccant bottle is in the state of saturated liquid.
  • the first accumulation device makes it possible to compensate for variations depending on the operating conditions of the quantity of refrigerant circulating in circuit 10.
  • the main loop A comprises a second refrigerant fluid accumulation device 9 disposed between the second heat exchanger 2 and the second connection point 12.
  • the second refrigerant accumulation device 9 makes it possible to protect the compressor 6 against the presence of refrigerant in liquid form, particularly when the ambient temperature is negative.
  • the second refrigerant accumulation device 9 is an accumulator.
  • the eighth connection point 18 is arranged on the main loop A between the second regulator 32 and the second heat exchanger 2. This arrangement is common with the variant of the first mode of embodiment, illustrated in Figure 2, with the second embodiment, Figure 3, and with the variant of the third embodiment, Figure 6.
  • the first heat transfer fluid F1 is a heat transfer liquid.
  • the thermal conditioning system comprises a heat transfer liquid circuit 40 configured to circulate a heat transfer liquid.
  • the first heat exchanger 1 is a two-fluid heat exchanger arranged jointly on the refrigerant fluid circuit 10 and on the heat transfer fluid circuit 40 so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid.
  • the heat transfer fluid circuit 40 comprises a fifth heat exchanger 5 configured to exchange heat with an air flow Fi inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the fifth exchanger 5 is located in the heating, ventilation and/or air conditioning installation and allows the passenger compartment of the vehicle to be heated.
  • the first heat transfer fluid F1 is an interior air flow Fi to a passenger compartment of the vehicle. According to variants not shown, the first heat transfer fluid F1 is a heat transfer liquid, as described above for the variant of the first embodiment and shown in Figure 2.
  • Figure 3 represents a second embodiment.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a fifth branch F connecting a ninth connection point 19 arranged on the main loop A between the first connection point 11 and the second regulator 32 to a tenth connection point 20 arranged on the main loop A between the second accumulation device 9 and the second connection point 12.
  • the fifth branch F comprises a fifth regulator 35 and a fourth heat exchanger 4.
  • the fourth heat exchanger 4 is here configured to exchange heat with an air flow Fi inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the fifth expander 35 is arranged upstream of the fourth heat exchanger 4.
  • the fourth heat exchanger 4 is thus configured to operate as an evaporator.
  • the fourth heat exchanger 4 allows the passenger compartment of the vehicle to be cooled in order to ensure the thermal comfort of the occupants.
  • the fourth heat exchanger is arranged in the heating, ventilation and/or air conditioning installation of the vehicle.
  • the fourth heat exchanger 4 is configured to exchange heat with an element of an electric traction chain of the motor vehicle.
  • the fourth heat exchanger 4 can be thermally coupled with an element of an electric powertrain of the motor vehicle.
  • the second exchanger 2 and the fourth exchanger 4 have in this case similar roles, allowing the cooling or energy recovery of one or more elements of the traction chain.
  • connection point 18 is arranged on the main loop A between the second heat exchanger 2 and the second accumulation device 9.
  • the variant of Figure 4 differs from the embodiment of Figure 3 in particular by the position of the connection point of the downstream part of the fourth branch E with the main branch A.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a refrigerant distribution module 45 comprising:
  • the second accumulation device 9 is arranged on the first channel C1 between the connection point P and the output S, and the fourth expansion device 34 is arranged on the second channel C2 between the second input E2 and the point connection P.
  • connection point P corresponds to the eighth connection point 18.
  • Module 45 thus integrates the fourth expansion valve 34, the second refrigerant fluid accumulation device 9, as well as two refrigerant fluid inlets and an outlet.
  • the integration of the thermal conditioning system into the vehicle is thus facilitated, because the module makes it possible to reduce the bulk and the number of fluid connections to be connected. Indeed, the connections necessary to connect the inputs/outputs of the accumulation device 9 and the regulator 34 are internal to the module 45.
  • the module 45 can include a machined casting part in which the different components are integrated.
  • Figure 5 represents a third embodiment.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a sixth branch G connecting an eleventh connection point 21 arranged on the fourth branch E between the fourth regulator 34 and the eighth connection point 18 to a twelfth connection point 22 arranged on the first branch branch B between the sixth connection point 16 and the second connection point 12.
  • the high pressure refrigerant fluid leaving the compressor 6 can thus reach the third exchanger 3, then operating as a condenser, without passing through the first exchanger 1.
  • the load loss is thus minimized, which improves system performance.
  • the main loop A comprises a sixth regulator 36 disposed on the main loop A between the seventh connection point 17 and the first heat exchanger 1.
  • This expander 36 allows the high pressure refrigerant fluid leaving the compressor 6 to be expanded. It is thus possible to operate the compressor at its maximum admissible outlet pressure, and to expand the refrigerant fluid before its circulation in the first exchanger. of heat 1. The work of compression is thus increased, which makes it possible to increase the energy transferred to the refrigerating fluid.
  • the sixth regulator 36 can be implemented in each embodiment.
  • the sixth regulator 36 has also been shown for the variant of the second embodiment illustrated in Figure 4.
  • the first expansion device 31 is an electronic expansion valve.
  • the second expansion device 32 is an electronic expansion valve.
  • Each expansion device 31, 32, 33, 34, 35, 36 can be an electronic expansion valve.
  • the passage section for passing the refrigerant fluid can be adjusted continuously between a closed position and a maximum open position.
  • a control unit of the thermal conditioning system controls an electric motor which moves a mobile shutter controlling the passage section offered to the refrigerant fluid.
  • the first branch branch B comprises a first one-way valve 25 configured to block a circulation of refrigerant fluid from the fourth connection point 14 to the first connection point 11.
  • the first one-way valve 25 is configured to allow circulation of refrigerant fluid from the first connection point 11 to the fourth connection point 14.
  • the second branch C comprises a second one-way valve 26 configured to block a circulation of refrigerant fluid from the third connection point 13 to the fourth connection point 14.
  • the second one-way valve 26 is configured to allow circulation of refrigerant fluid from the fourth connection point 14 to the third connection point 13.
  • the first one-way valve 25 is here a non-return valve.
  • the second one-way valve 26 is here a non-return valve.
  • a non-return valve is a passive device that does not require electrical control.
  • the third branch D does not include a shut-off valve or heat exchanger.
  • the main loop A comprises a stop valve 29 arranged between the sixth connection point 16 and the second connection point 12.
  • the stop valve 29 makes it possible to selectively interrupt the circulation of refrigerant fluid in the first branch B between the sixth connection point 16 and the second connection point 12.
  • the stop valve 29 is electrically controlled , for example by the control unit 44.
  • the fifth branch F comprises a third one-way valve 27 configured to block a circulation of refrigerant fluid from the tenth connection point 20 to the fourth heat exchanger 4.
  • the third one-way valve 27 is configured to allow circulation of refrigerant fluid from the fourth heat exchanger 4 to the tenth connection point 20.
  • the third one-way valve 27 is here a non-return valve.
  • each non-return valve 25, 26, 27 can be replaced by an electrically controlled shut-off valve.
  • the main loop A of the thermal conditioning system 100 may comprise an internal heat exchanger 7 configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid downstream of the first point of connection 1 1 and upstream of the second regulator 32 and the refrigerant fluid downstream of the second accumulation device 9 and upstream of the second connection point 12.
  • the internal heat exchanger 7 makes it possible to increase the heat exchange capacity of the thermal conditioning system 100, and also contributes to ensuring overheating of the refrigerant fluid entering the compressor 1, that is to say say helps to avoid the presence of droplets of liquid refrigerant at the inlet of the compressor 1.
  • the internal heat exchanger 7 comprises a first heat exchange section 7a arranged on the main loop A downstream of the first connection point 11 and upstream of the second expander 32, as well as a second section of heat exchange 7b arranged on the main loop A downstream of the second accumulation device 9 and upstream of the second connection point 12.
  • the first internal heat exchanger 7 is configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid in the first heat exchange section 7a and the refrigerant fluid in the second heat exchange section 7b.
  • the refrigerant fluid circulating at high pressure in the main loop A can thus transfer heat to the refrigerant fluid circulating at a lower pressure in the main loop A, after expansion in the second expander 32.
  • the first heat exchange section 7a is arranged downstream of the first connection point 1 1 and upstream of the ninth connection point 19.
  • the second heat exchange section 7b is arranged between the tenth point of connection 20 and the second connection point 12.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a first three-way valve 47 arranged jointly on the main loop A and on the third branch D.
  • the first three-way valve 47 is configured to selectively:
  • the first three-way valve 47 and the first expansion device 31 are arranged in the same body.
  • the body can for example be a foundry body.
  • the body receiving the first three-way valve 47 and the first expansion device 31 can be in one piece.
  • the same component integrates the functions of three-way valve and expansion device.
  • the integration of the component into the thermal conditioning system is facilitated.
  • the thermal conditioning system 100 also comprises a second three-way valve 48 arranged jointly on the fourth branch of diversion E and on the sixth branch of derivation G.
  • the second three-way valve 48 is configured to selectively:
  • the second three-way valve 48 and the fourth expansion device 34 can be arranged in the same body.
  • the body can for example be a foundry body.
  • the body receiving the second three-way valve 48 and the fourth expansion device 34 can be in one piece. This body is distinct from the body receiving the first three-way valve 47 and the first expansion device 31.
  • Each three-way valve 47, 48 can also be replaced by two two-way valves.
  • Figure 7 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described above, in a first mode of passenger compartment cooling.
  • a flow rate Q of refrigerant fluid at low pressure circulates in the compressor 6 where it passes at high pressure, then circulates successively in the first heat exchanger 1 without exchanging heat with the first heat transfer fluid F1, in the third branch of diversion D , in the third heat exchanger 3, in the second branch C, in the first storage device 8 of refrigerant fluid, in the fifth expansion device 35 where it passes at low pressure, in the fourth heat exchanger 4 where it evaporates by absorbing heat from the interior air flow Fi, and returns to the compressor 1.
  • the first expansion valve 31 is wide open so as not to expand the refrigerant fluid at high pressure.
  • a flap not shown, isolates the first exchanger 1 from the interior air flow Fi which is here the first heat transfer fluid F1. A heat exchange between the refrigerant fluid and the interior air flow Fi is thus avoided.
  • the first three-way valve 47 directs the refrigerant fluid at high pressure to the third branch D.
  • the stop valve 29 is closed, so that the refrigerant flows from the sixth connection point 16 to the fourth connection point 14 and condenses in the third exchanger 3. Partial expansion in the third expander 33 is possible.
  • the refrigerant fluid then circulates in the second branch branch C.
  • the first non-return valve 25 blocks the circulation from the fourth connection point 14 to the first connection point 1 1.
  • the second non-return valve return 26 allows circulation of refrigerant fluid from the fourth connection point 14 to the third connection point 13.
  • the refrigerant fluid then passes through the first accumulator 8, then joins the ninth connection point 19.
  • the second regulator 32 is in the closed position, so that there is no circulation of refrigerant fluid in the second exchanger 2.
  • the refrigerant fluid is relaxed by passing through the fifth regulator 35, and passes to low pressure.
  • the low pressure refrigerant fluid evaporates in the fourth exchanger 4 and cools the interior air flow Fi.
  • the refrigerant fluid joins the compressor 6, passing successively through the tenth connection point
  • Figure 8 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described previously, in a so-called heat pump mode.
  • the high pressure refrigerant fluid leaving the compressor 6 condenses in the first exchanger 1, which makes it possible to heat the interior air flow Fi, which is here the first heat transfer fluid F1. Then the refrigerant fluid undergoes partial expansion in the first expansion device 31 and passes to intermediate pressure. Intermediate pressure is a pressure lower than high pressure and higher than low pressure. Partial expansion makes it possible to reduce the enthalpy of the refrigerant fluid leaving the first accumulation device 8, and thus increase the recoverable energy at the level of the third exchanger 3.
  • the first three-way valve 47 blocks the circulation of refrigerant fluid in the third branch branch C and directs the refrigerant fluid from the fifth connection point 15 to the third connection point 13.
  • the refrigerant fluid then passes through the first accumulation device 8.
  • the second regulator 32 and the fifth regulator 35 are in the closed position, so that there is no circulation of refrigerant fluid from the first connection point 1 1 towards the ninth connection point 19.
  • the first non-return valve 25 allows circulation of refrigerant fluid in the first branch B, from the first connection point 1 1 to the second connection point 12.
  • the third regulator 33 expands the refrigerant fluid to a low pressure state.
  • the low pressure refrigerant fluid evaporates in the third exchanger 3 by absorbing heat from the external air flow Fe.
  • the stop valve 29 is open, and the evaporated refrigerant fluid returns to the inlet 6a of the compressor 6. We note that the direction of travel of the refrigerant fluid in the third exchanger 3 is reversed compared to the previous operating mode.
  • Figure 9 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described previously, in a so-called energy recovery mode.
  • a flow rate Q of refrigerant fluid at low pressure circulates in the compressor 6 where it passes to high pressure, then circulates successively in the first heat exchanger 1 while giving up heat to the first heat transfer fluid F1, in the first expansion device 31 where it undergoes expansion to an intermediate pressure, in the first accumulation device 8 of refrigerant fluid, in the second expansion device 32 where it passes at low pressure, in the second heat exchanger 2 where it evaporates by absorbing heat, and returns to the compressor 6.
  • Figure 10 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described previously, in a second passenger compartment cooling mode.
  • a flow rate Q of refrigerant fluid at low pressure circulates in the compressor 1 where it passes to high pressure, then circulates successively in the fourth branch of diversion E, in the fourth expander 34, in the sixth branch of diversion G, in the third heat exchanger 3, in the third expansion device 33, in the second branch of diversion C, in the first accumulation device 8 of refrigerant fluid, in the fifth expansion device 35 where it passes at low pressure, in the fourth heat exchanger 4 where it evaporates by absorbing heat from the interior air flow Fi, and returns to the compressor 1.
  • This mode of operation concerns a thermal conditioning system according to the third embodiment as well as its variant, illustrated respectively in Figures 5 and 6.
  • the first expansion valve 31 is in the closed position, which prevents the circulation of refrigerant fluid in the first exchanger 1.
  • the fourth regulator 34 is in the open position.
  • the second three-way valve 48 blocks the circulation in the fourth branch E between the eleventh connection point 21 and the eighth connection point 18, and directs the refrigerant fluid at high pressure into the sixth branch G.
  • the valve stop 29 is in the closed position, so that the refrigerant fluid circulates in the third exchanger 3.
  • the circulation of the refrigerant fluid between the sixth connection point 16 and the inlet 6a of the compressor 6 is identical to that described in the first mode of passenger compartment cooling, shown in Figure 7.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comportant un circuit de fluide réfrigérant (10) comprenant: • - Une boucle principale (A) comprenant successivement: • -- un compresseur (6), • -- un premier échangeur thermique (1) configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur (F1), • -- un premier détendeur (31), • -- un premier dispositif d'accumulation (8) de fluide réfrigérant, • -- un deuxième détendeur (32), • -- un deuxième échangeur thermique (2), • - Une première branche de dérivation (B) comprenant un troisième détendeur (33) et un troisième échangeur de chaleur (3), • - Une deuxième branche de dérivation (C) reliant la boucle principale (A) et la première branche de dérivation (B), • - Une troisième branche de dérivation (D) reliant la boucle principale (A) et la première branche de dérivation (B), • - Une quatrième branche de dérivation (E) permettant au fluide réfrigérant en sortie du compresseur (6) de rejoindre la boucle principale (A), sans passer par le premier échangeur (1) et le deuxième détendeur (32), la quatrième branche de dérivation (E) comprenant un quatrième détendeur (34).

Description

Description
Titre : Système de conditionnement thermique
Domaine technique
[1] La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique. De tels systèmes peuvent par exemple équiper des véhicules automobiles. Ces systèmes permettent d’assurer une régulation thermique de différents organes, comme par exemple l’habitacle ou une batterie de stockage d’énergie électrique, lorsque le véhicule est à propulsion électrique. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant circulant dans un circuit dans lequel sont disposés plusieurs échangeurs de chaleur. Un compresseur permet de faire passer le fluide réfrigérant à haute pression et de le faire circuler dans le circuit.
Technique antérieure
[2] Le circuit de fluide réfrigérant comporte habituellement une boucle principale et plusieurs branches de dérivation qui permettent de réaliser de multiples combinaisons de circulation du fluide réfrigérant. De nombreux modes de fonctionnement peuvent ainsi être obtenus, comme par exemple le refroidissement de l’air de l’habitacle, le chauffage de l’air de l’habitacle, la déshumidification de l’air de l’habitacle, une régulation de la température des batteries du véhicule, ou encore une récupération de l’énergie dissipée par ces batteries, afin de chauffer l’habitacle.
[3] Afin d’optimiser les performances thermodynamiques du système de conditionnement thermique, il est connu d’ajouter un dispositif de chauffage additionnel afin de disposer d’une puissance de chauffage suffisante lorsque la température ambiante est particulièrement froide, par exemple négative. Il est également fréquent d’implanter un échangeur permettant d’assurer un sous- refroidissement du fluide réfrigérant afin d’améliorer notamment la puissance de refroidissement disponible. Toutefois, l’ajout de ces composants a aussi pour effet d’augmenter la complexité du système, ainsi que son cout et son poids. [4] Il existe donc un besoin de disposer de systèmes de conditionnement thermiques présentant des performances améliorées sans faire appel à des dispositifs spécifiques comme un dispositif de chauffage additionnel.
Résumé
[5] A cette fin, la présente invention propose un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile, comportant un circuit de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comportant:
Une boucle principale comprenant successivement selon le sens de circulation du fluide réfrigérant: -- un compresseur,
-- un premier échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur,
-- un premier détendeur,
-- un premier dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant,
-- un deuxième détendeur,
-- un deuxième échangeur de chaleur,
Une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le premier dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant et le deuxième détendeur à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le deuxième échangeur de chaleur et une entrée du compresseur, la première branche de dérivation comprenant un troisième détendeur et un troisième échangeur de chaleur,
- Une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le premier détendeur et le premier dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant à un quatrième point de raccordement disposé sur la première branche de dérivation entre le premier point de raccordement et le troisième détendeur,
- Une troisième branche de dérivation reliant un cinquième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le premier détendeur et le troisième point de raccordement à un sixième point de raccordement disposé sur la première branche de dérivation entre le troisième échangeur de chaleur et le deuxième point de raccordement,
- Une quatrième branche de dérivation reliant un septième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre une sortie du compresseur et le premier échangeur de chaleur à un huitième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le deuxième détendeur et le deuxième point de raccordement, la quatrième branche de dérivation comprenant un quatrième détendeur.
[6] Cette architecture de circuit de fluide réfrigérant permet d’obtenir de nombreux modes de fonctionnement permettant notamment un chauffage du premier fluide caloporteur au niveau du premier échangeur à partir de chaleur récupérée au niveau du deuxième échangeur ou du troisième échangeur. La quatrième branche de dérivation permet de plus d’augmenter le débit de fluide réfrigérant circulant dans le circuit et de là la puissance thermique fournie au fluide réfrigérant. Par rapport aux architectures traditionnelle, cette architecture permet de se passer de dispositif de chauffage additionnel et d’échangeur de sous-refroidissement.
[7] Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
[8] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, le premier échangeur de chaleur est configuré pour fonctionner en condenseur.
[9] Selon un autre aspect du système de conditionnement thermique, Le deuxième échangeur de chaleur est configuré pour fonctionner en évaporateur.
[10] Selon encore un aspect de la présente divulgation, le troisième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à l’habitacle d’un véhicule automobile.
[11] Le troisième échangeur de chaleur est configuré pour fonctionner sélectivement en évaporateur ou en condenseur.
[12] Le premier dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant est une bouteille déshydratante. [13] Selon un mode de réalisation, la boucle principale comprend un deuxième dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé entre le deuxième échangeur de chaleur et le deuxième point de raccordement.
[14] Le deuxième dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant permet de protéger le compresseur contre la présence de fluide réfrigérant sous forme liquide, lorsque la température ambiante est négative.
[15] Le deuxième dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant est un accumulateur.
[16] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le huitième point de raccordement est disposé sur la boucle principale entre le deuxième détendeur et le deuxième échangeur de chaleur.
[17] Selon une variante de réalisation du système de conditionnement thermique, le huitième point de raccordement est disposé sur la boucle principale entre le deuxième échangeur de chaleur et le deuxième dispositif d’accumulation.
[18] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte un module de distribution de fluide réfrigérant comportant :
- une première entrée de fluide réfrigérant,
- une deuxième entrée de fluide réfrigérant,
- une sortie de fluide réfrigérant,
- un premier canal reliant la première entrée à la sortie,
- un deuxième canal reliant la deuxième entrée à un point de connexion disposé sur le premier canal entre la première entrée et la sortie,
- le deuxième dispositif d’accumulation,
- le quatrième dispositif de détente.
Le deuxième dispositif d’accumulation est disposé sur le premier canal entre le point de connexion et la sortie, et le quatrième dispositif de détente est disposé sur le deuxième canal entre la deuxième entrée et le point de connexion.
[19] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le premier fluide caloporteur est un flux d’air intérieur à un habitacle du véhicule. [20] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une cinquième branche de dérivation reliant un neuvième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le premier point de raccordement et le deuxième détendeur à un dixième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le deuxième dispositif d’accumulation et le deuxième point de raccordement. La cinquième branche de dérivation comporte un cinquième détendeur et un quatrième échangeur de chaleur.
[21] Le quatrième échangeur de chaleur est configuré pour fonctionner en évaporateur.
[22] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le quatrième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[23] En variante, le quatrième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un élément d’une chaîne de traction électrique du véhicule automobile.
[24] Selon une variante du système de conditionnement thermique, le premier fluide caloporteur est un liquide caloporteur.
[25] Dans cette variante, le système de conditionnement thermique comporte un circuit de liquide caloporteur configuré pour faire circuler un liquide caloporteur.
[26] Dans cette variante, le premier échangeur de chaleur est un échangeur de chaleur bifluide agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant et sur le circuit de fluide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur.
[27] Toujours dans cette variante, le circuit de fluide caloporteur comprend un cinquième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[28] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, le deuxième échangeur de chaleur est couplé thermiquement avec un élément d’une chaîne de traction électrique d’un véhicule automobile. [29] U élément de la chaîne de traction électrique du véhicule peut comprendre une batterie de stockage d’énergie électrique.
[30] La batterie peut fournir l’énergie nécessaire à la traction du véhicule.
[31] L’ élément de la chaîne de traction électrique du véhicule peut comprendre un moteur électrique de traction du véhicule.
[32] L’ élément de la chaîne de traction électrique du véhicule peut comprendre une unité électronique de contrôle du moteur électrique de traction du véhicule.
[33] Selon un exemple de réalisation, le deuxième échangeur de chaleur est couplé thermiquement avec l’élément par l’intermédiaire d’un liquide caloporteur circulant dans une boucle secondaire de liquide caloporteur.
[34] Le liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire de liquide caloporteur peut être un fluide diélectrique.
[35] Selon un autre exemple de réalisation, le deuxième échangeur de chaleur est en contact avec l’élément de la chaîne de traction du véhicule.
[36] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, la première branche de dérivation comprend une première vanne unidirectionnelle configuré pour bloquer une circulation de fluide réfrigérant du quatrième point de raccordement vers le premier point de raccordement.
[37] Selon un autre aspect du système de conditionnement thermique, la deuxième branche de dérivation comprend une deuxième vanne unidirectionnelle configurée pour bloquer une circulation de fluide réfrigérant du troisième point de raccordement vers le quatrième point de raccordement.
[38] La première vanne unidirectionnelle peut être un clapet anti-retour. De même, la deuxième vanne unidirectionnelle peut être un clapet anti-retour.
[39] La boucle principale comprend une vanne d’arrêt disposée entre le sixième point de raccordement et le deuxième point de raccordement.
[40] La cinquième branche de dérivation comprend un troisième clapet anti-retour configuré pour bloquer une circulation de fluide réfrigérant du dixième point de raccordement vers le quatrième échangeur de chaleur. [41] Chaque clapet anti-retour peut être remplacé par une vanne d’arrêt.
[42] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une sixième branche de dérivation reliant un onzième point de raccordement disposé sur la quatrième branche de dérivation entre le quatrième détendeur et le huitième point de raccordement à un douzième point de raccordement disposé sur la première branche de dérivation entre le sixième point de raccordement et le deuxième point de raccordement.
[43] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle principale comprend un échangeur de chaleur interne configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant en aval du premier point de raccordement et en amont du deuxième détendeur et le fluide réfrigérant en aval du deuxième dispositif d’accumulation et en amont du deuxième point de raccordement.
[44] L’échangeur de chaleur interne permet d’augmenter la capacité d’échange de chaleur du système, et permet aussi d’assurer une surchauffe du fluide réfrigérant en entrée du compresseur, c’est-à-dire permet d’éviter la présence de gouttelettes de réfrigérant liquide à l’entrée du compresseur.
[45] Selon une variante du système de conditionnement thermique, la boucle principale comprend un sixième détendeur disposé sur la boucle principale entre le septième point de raccordement et le premier échangeur de chaleur.
[46] Ce détendeur permet de détendre le fluide réfrigérant à haute pression sortant du compresseur. Il est ainsi possible de faire fonctionner le compresseur à sa pression de sortie maximale admissible, et de détendre le fluide réfrigérant avant sa circulation dans le premier échangeur de chaleur. Le travail de compression est ainsi augmenté, ce qui permet d’augmenter l’énergie transférée au fluide réfrigérant.
[47] Chaque dispositif de détente peut être un détendeur électronique.
[48] Le système de conditionnement thermique peut comporter une première vanne trois voies disposée conjointement sur la boucle principale et sur la troisième branche de dérivation, la première vanne trois voies étant configurée pour sélectivement : - autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur vers le troisième point de raccordement et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur vers le sixième point de raccordement, ou
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur vers le sixième point de raccordement et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur vers le troisième point de raccordement.
[49] Selon un exemple de réalisation, la première vanne trois voies et le premier dispositif de détente sont disposés dans un même corps.
[50] Autrement dit, un même composant intègre les fonctions de vanne trois voies et de dispositif de détente. L’intégration est facilitée.
[51] Le système de conditionnement thermique peut aussi comporter une deuxième vanne trois voies disposée conjointement sur la quatrième branche de dérivation et sur la sixième branche de dérivation, la deuxième vanne trois voies étant configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du quatrième détendeur vers le huitième point de raccordement et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du quatrième détendeur vers le douzième point de raccordement, ou
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du quatrième détendeur vers le douzième point de raccordement et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du quatrième détendeur vers le huitième point de raccordement.
[52] La deuxième vanne trois voies et le quatrième dispositif de détente peuvent être disposés dans un même corps.
[53] La divulgation se rapporte également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un premier mode de refroidissement habitacle, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le compresseur où il passe à haute pression, puis circule successivement dans le premier échangeur de chaleur sans échanger de chaleur avec le premier fluide caloporteur, dans la troisième branche de dérivation, dans le troisième échangeur de chaleur, dans la deuxième branche de dérivation, dans le premier dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant, dans le cinquième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur de chaleur où il s’évapore en absorbant de la chaleur du flux d’air intérieur, et regagne le compresseur.
[54] La divulgation se rapporte aussi à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de pompe à chaleur, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le compresseur où il passe à haute pression, puis circule successivement dans le premier échangeur de chaleur en cédant de la chaleur au premier fluide caloporteur, dans le premier dispositif de détente où il subit une détente jusqu’à une pression intermédiaire, dans le premier dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant, dans le troisième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur où il s’évapore en absorbant de la chaleur du flux d’air extérieur, et regagne le compresseur.
[55] La divulgation concerne aussi un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de récupération d’énergie, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le compresseur où il passe à haute pression, puis circule successivement dans le premier échangeur de chaleur en cédant de la chaleur au premier fluide caloporteur, dans le premier dispositif de détente où il subit une détente jusqu’à une pression intermédiaire, dans le premier dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant, dans le deuxième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur où il s’évapore en absorbant de la chaleur, et regagne le compresseur .
[56] La divulgation se rapporte également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un deuxième mode de refroidissement habitacle, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le compresseur où il passe à haute pression, puis circule successivement dans la quatrième branche de dérivation, dans le quatrième détendeur, dans la sixième branche de dérivation, dans le troisième échangeur de chaleur, dans le troisième dispositif de détente, dans la deuxième branche de dérivation, dans le premier dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant, dans le cinquième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur de chaleur où il s’évapore en absorbant de la chaleur du flux d’air intérieur, et regagne le compresseur.
Brève description des dessins
[57] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
[58] [Fig. 1] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention,
[59] [Fig. 2] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une variante du premier mode de réalisation de l’invention,
[60] [Fig. 3] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
[61] [Fig. 4] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une variante du deuxième mode de réalisation de l’invention,
[62] [Fig. 5] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un troisième mode de réalisation de l’invention,
[63] [Fig. 6] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une variante du troisième mode de réalisation de l’invention,
[64] [Fig. 7] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 3, fonctionnant suivant un premier mode de fonctionnement, dit premier mode de refroidissement,
[65] [Fig. 8] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 3, fonctionnant suivant un deuxième mode de fonctionnement, dit mode pompe à chaleur,
[66] [Fig. 9] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 3, fonctionnant suivant un troisième mode de fonctionnement, dit mode de récupération d’énergie, [67] [Fig. 10] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 5, fonctionnant suivant un quatrième mode de fonctionnement, dit deuxième mode de refroidissement.
Description des modes de réalisation
[68] Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre et on peut interchanger les dénominations.
[69] Dans la description qui suit, le terme " un premier élément en amont d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, d'un fluide. De manière analogue, le terme " un premier élément en aval d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, du fluide considéré. Dans le cas du circuit de fluide réfrigérant, le terme « un premier élément est en amont d’un deuxième élément » signifie que le fluide réfrigérant parcourt successivement le premier élément, puis le deuxième élément, sans passer par le dispositif de compression. Autrement dit, le fluide réfrigérant sort du dispositif de compression, traverse éventuellement ou plusieurs éléments, puis traverse le premier élément, puis le deuxième élément, puis regagne le dispositif de compression, éventuellement après avoir traversé d’autres éléments.
[70] Le terme « un deuxième élément est placé entre un premier élément et un troisième élément » signifie que le plus court trajet pour passer du premier élément au troisième élément passe par le deuxième élément.
[71] Quand il est précisé qu'un sous-système comporte un élément donné, cela n'exclut pas la présence d'autres éléments dans ce sous-système. [72] Une unité électronique de contrôle 44 reçoit des informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit. L’unité électronique de contrôle 44 reçoit également des consignes émises par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique de contrôle 44 peut aussi recevoir des consignes provenant d’autres sous-systèmes électroniques, comme par exemple le système de gestion des batteries de stockage d’énergie électrique. L’unité électronique de contrôle 44 met en oeuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 100 de façon à assurer les consignes reçues.
[73] Le circuit de fluide réfrigérant 10 forme un circuit fermé dans lequel peut circuler le fluide réfrigérant. Le circuit de fluide réfrigérant 10 est étanche lorsque celui-ci est dans un état nominal de fonctionnement, c’est-à-dire sans défaut ou fuite. Chaque point de raccordement du circuit 10 permet au fluide réfrigérant de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit se rejoignant à ce point de raccordement. La répartition du fluide réfrigérant entre les portions de circuit se rejoignant en un point de raccordement se fait en jouant sur l’ouverture ou la fermeture des vannes d’arrêt, clapets anti-retour ou dispositifs de détente compris sur chacune des branches. Autrement dit, chaque point de raccordement est un moyen de redirection du fluide réfrigérant arrivant à ce point de raccordement. Diverses vannes d’arrêt et clapets antiretour permettent ainsi de diriger sélectivement le fluide réfrigérant dans les différentes branches du circuit de réfrigérant, afin d’assurer différents modes de fonctionnement, comme il sera décrit ultérieurement.
[74] Le fluide réfrigérant utilisé par le circuit de fluide réfrigérant 10 est ici un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants peuvent aussi être employés à la place, comme par exemple le R134a, ou le R290.
[75] On entend par flux d’air intérieur Fi un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air intérieur Fi peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, désignée fréquemment par le terme Anglais « HVAC », pour « Heating, Ventilating and Air Conditioning >>. Cette installation n’a pas été représentée sur les différentes figures. Un premier groupe moto-ventilateur, non représenté, est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air intérieur Fi.
[76] On entend par flux d’air extérieur Fe un flux d’air qui n’est pas à destination de l’habitacle du véhicule. Autrement dit, ce flux d’air Fe reste à l’extérieur de l’habitacle du véhicule. Un deuxième groupe moto-ventilateur, également non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur Fe. Le débit d’air assuré par le premier et par le deuxième groupe moto-ventilateur peut être ajusté en temps réel en fonction des besoins d’échanges thermiques, par exemple par l’unité électronique 44 de contrôle du système de conditionnement thermique 100.
[77] Le terme « premier échangeur » est équivalent au terme « premier échangeur de chaleur ». Le terme « dispositif d’accumulation >> est équivalent au terme « dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant ».
[78] Le ou les circuits de liquide caloporteur forment également un ou des circuits fermés et étanches dans lesquels un liquide caloporteur peut circuler.
[79] On a représenté sur la figure 1 un système de conditionnement thermique 100 pour véhicule automobile, selon un premier mode de réalisation.
Ce système de conditionnement thermique 100 comporte un circuit de fluide réfrigérant 10 configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant 10 comportant:
Une boucle principale A comprenant successivement selon le sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un compresseur 6,
-- un premier échangeur de chaleur 1 configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur F1 , -- un premier détendeur 31 ,
-- un premier dispositif d’accumulation 8 de fluide réfrigérant,
-- un deuxième détendeur 32,
-- un deuxième échangeur de chaleur 2,
Une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement 1 1 disposé sur la boucle principale A entre le premier dispositif d’accumulation 8 de fluide réfrigérant et le deuxième détendeur 32 à un deuxième point de raccordement 12 disposé sur la boucle principale A entre le deuxième échangeur de chaleur 2 et une entrée 6a du compresseur 6, la première branche de dérivation B comprenant un troisième détendeur 33 et un troisième échangeur de chaleur 3,
- Une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement 13 disposé sur la boucle principale A entre le premier détendeur 31 et le premier dispositif d’accumulation 8 de fluide réfrigérant à un quatrième point de raccordement 14 disposé sur la première branche de dérivation B entre le premier point de raccordement 1 1 et le troisième détendeur 33,
- Une troisième branche de dérivation D reliant un cinquième point de raccordement 15 disposé sur la boucle principale A entre le premier détendeur 31 et le troisième point de raccordement 13 à un sixième point de raccordement 16 disposé sur la première branche de dérivation B entre le troisième échangeur de chaleur 3 et le deuxième point de raccordement 12,
- Une quatrième branche de dérivation E reliant un septième point de raccordement 17 disposé sur la boucle principale A entre une sortie 6b du compresseur 6 et le premier échangeur de chaleur 1 à un huitième point de raccordement 18 disposé sur la boucle principale A entre le deuxième détendeur 32 et le deuxième point de raccordement 12, la quatrième branche de dérivation E comprenant un quatrième détendeur 34.
[80] Cette architecture de circuit de fluide réfrigérant permet d’obtenir de nombreux modes de fonctionnement permettant notamment un chauffage du premier fluide caloporteur F1 au niveau du premier échangeur 1 à partir de chaleur récupérée au niveau du deuxième échangeur 2 ou au niveau du troisième échangeur 3. La quatrième branche de dérivation E permet de plus d’augmenter le débit de fluide réfrigérant comprimé par le compresseur 6 et circulant dans le circuit 10, ce qui permet d’augmenter la puissance thermique fournie au fluide réfrigérant. La capacité du chauffage du système de conditionnement thermique s’en trouve améliorée, c’est-à-dire augmentée. Par rapport aux architectures traditionnelles, cette architecture permet de se passer de dispositif de chauffage additionnel. Elle permet aussi de se passer d’échangeur de sous-refroidissement. Le système est ainsi simplifié, sans perte de performances.
[81] Le premier échangeur de chaleur 1 est configuré pour fonctionner en condenseur.
[82] Le premier fluide caloporteur F1 est un flux d’air intérieur Fi à un habitacle du véhicule. Le premier échangeur 1 permet ainsi de chauffer directement le flux d’air intérieur Fi, et ainsi de chauffer l’habitacle du véhicule.
[83] Le deuxième échangeur de chaleur 2 est configuré pour fonctionner en évaporateur.
[84] Le deuxième échangeur de chaleur 2 est couplé thermiquement avec un élément 30 d’une chaîne de traction électrique d’un véhicule automobile. Le deuxième échangeur de chaleur 2 permet ainsi de refroidir l’élément 30 de la chaîne de transmission, afin de maintenir sa température dans une limite acceptable.
[85] L’ élément 30 de la chaîne de traction électrique du véhicule peut comprendre une batterie de stockage d’énergie électrique. La batterie peut fournir l’énergie nécessaire à la traction du véhicule.
[86] En variante ou en complément, l’élément 30 de la chaîne de traction électrique du véhicule peut comprendre un moteur électrique de traction du véhicule.
[87] En variante encore, ou en complément, l’élément 30 de la chaîne de traction électrique du véhicule peut comprendre une unité électronique de contrôle du moteur électrique de traction du véhicule.
[88] Selon les exemples illustrés, le deuxième échangeur de chaleur 2 est couplé thermiquement avec l’élément 30 par l’intermédiaire d’un liquide caloporteur circulant dans une boucle secondaire 41 de liquide caloporteur.
[89] Le liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire 41 de liquide caloporteur peut être un fluide diélectrique. Le liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire 41 de liquide caloporteur peut, en variante, être un mélange d’eau et de glycol. [90] Selon une variante non représentée, le deuxième échangeur de chaleur 2 est en contact avec l’élément 30 de la chaîne de traction du véhicule.
[91] Le troisième échangeur de chaleur 3 est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air Fe extérieur à l’habitacle d’un véhicule automobile. Le troisième échangeur de chaleur 3 est configuré pour fonctionner sélectivement en évaporateur ou en condenseur. Le troisième échangeur de chaleur 3 est désigné par le terme évapo-condenseur. Le troisième échangeur 3 est par exemple disposé en face avant du véhicule, derrière la calandre. Le troisième échangeur 3 reçoit ainsi un flux d’air généré par l’avancement du véhicule. Le troisième échangeur de chaleur 3 peut, suivant les modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique, récupérer de la chaleur du flux d’air extérieur Fe et la transférer au fluide réfrigérant, ou dissiper la chaleur du fluide réfrigérant dans le flux d’air extérieur.
[92] Le premier dispositif d’accumulation 8 de fluide réfrigérant est une bouteille déshydratante. La bouteille déshydratante 8 reçoit à son entrée 8a un mélange diphasique de fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant sortant de la sortie 8b de la bouteille déshydratante est à l’état de liquide saturé. Le premier dispositif d’accumulation permet de compenser les variations en fonction des conditions de fonctionnement de la quantité de fluide réfrigérant circulant dans le circuit 10.
[93] Selon les exemples illustrés, la boucle principale A comprend un deuxième dispositif d’accumulation 9 de fluide réfrigérant disposé entre le deuxième échangeur de chaleur 2 et le deuxième point de raccordement 12.
[94] Le deuxième dispositif d’accumulation 9 de fluide réfrigérant permet de protéger le compresseur 6 contre la présence de fluide réfrigérant sous forme liquide, notamment lorsque la température ambiante est négative. Le deuxième dispositif d’accumulation 9 de fluide réfrigérant est un accumulateur.
[95] Selon le mode de réalisation de la figure 1 , le huitième point de raccordement 18 est disposé sur la boucle principale A entre le deuxième détendeur 32 et le deuxième échangeur de chaleur 2. Cette disposition est commune avec la variante du premier mode de réalisation, illustré sur la figure 2, avec le deuxième mode de réalisation, figure 3, et avec la variante du troisième mode de réalisation, figure 6. [96] Selon une variante de ce premier mode de réalisation, illustrée sur la figure 2, le premier fluide caloporteur F1 est un liquide caloporteur.
[97] Dans cette variante, le système de conditionnement thermique comporte un circuit de liquide caloporteur 40 configuré pour faire circuler un liquide caloporteur. Le premier échangeur de chaleur 1 est un échangeur de chaleur bifluide agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant 10 et sur le circuit de fluide caloporteur 40 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur.
[98] Toujours dans cette variante, le circuit de fluide caloporteur 40 comprend un cinquième échangeur de chaleur 5 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air Fi intérieur à l’habitacle du véhicule. Le cinquième échangeur 5 est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation et permet de chauffer l’habitacle du véhicule.
[99] Dans le deuxième mode de réalisation et le troisième mode de réalisation, ainsi que leurs variantes, illustrées sur les figures 3 à 6, le premier fluide caloporteur F1 est un flux d’air intérieur Fi à un habitacle du véhicule. Selon des variantes non représentées, le premier fluide caloporteur F1 est un liquide caloporteur, comme décrit ci-dessus pour la variante du premier mode de réalisation et représenté à la figure 2.
[100] La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation.
[101] Selon ce deuxième mode de réalisation, le système de conditionnement thermique 100 comporte une cinquième branche de dérivation F reliant un neuvième point de raccordement 19 disposé sur la boucle principale A entre le premier point de raccordement 1 1 et le deuxième détendeur 32 à un dixième point de raccordement 20 disposé sur la boucle principale A entre le deuxième dispositif d’accumulation 9 et le deuxième point de raccordement 12. La cinquième branche de dérivation F comporte un cinquième détendeur 35 et un quatrième échangeur de chaleur 4.
[102] Le quatrième échangeur de chaleur 4 est ici configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air Fi intérieur à l’habitacle du véhicule. Le cinquième détendeur 35 est disposé en amont du quatrième échangeur de chaleur 4. Le quatrième échangeur de chaleur 4 est ainsi configuré pour fonctionner en évaporateur. Le quatrième échangeur de chaleur 4 permet de refroidir l’habitacle du véhicule afin d’assurer le confort thermique des occupants. Le quatrième échangeur de chaleur est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule.
Selon une variante non représentée, le quatrième échangeur de chaleur 4 est configuré pour échanger de la chaleur avec un élément d’une chaîne de traction électrique du véhicule automobile. Autrement dit, le quatrième échangeur de chaleur 4 peut être couplé thermiquement avec un élément d’une chaîne de traction électrique du véhicule automobile. Le deuxième échangeur 2 et le quatrième échangeur 4 ont dans ce cas des rôles similaires, permettant le refroidissement ou la récupération d’énergie d’un ou plusieurs éléments de la chaîne de traction.
[103] Selon une variante du deuxième mode de réalisation, schématisée sur la figure 4, le huitième point de raccordement 18 est disposé sur la boucle principale A entre le deuxième échangeur de chaleur 2 et le deuxième dispositif d’accumulation 9.
[104] Autrement dit, la variante de la figure 4 diffère du mode de réalisation de la figure 3 notamment par la position du point de raccordement de la partie aval de la quatrième branche de dérivation E avec la branche principale A.
[105] Cette variante de la position du huitième point de raccordement 18 est également applicable au premier mode de réalisation, et n’a pas été représentée pour ce premier mode de réalisation.
[106] Dans cette variante du deuxième mode de réalisation, le système de conditionnement thermique 100 comporte un module de distribution 45 de fluide réfrigérant comportant :
- une première entrée E1 de fluide réfrigérant,
- une deuxième entrée E2 de fluide réfrigérant,
- une sortie S de fluide réfrigérant,
- un premier canal C1 reliant la première entrée E1 à la sortie S,
- un deuxième canal C2 reliant la deuxième entrée E2 à un point de connexion P disposé sur le premier canal C1 entre la première entrée E1 et la sortie S,
- le deuxième dispositif d’accumulation 9,
- le quatrième dispositif de détente 34.
[107] Le deuxième dispositif d’accumulation 9 est disposé sur le premier canal C1 entre le point de connexion P et la sortie S, et le quatrième dispositif de détente 34 est disposé sur le deuxième canal C2 entre la deuxième entrée E2 et le point de connexion P.
[108] Le point de connexion P correspond au huitième point de raccordement 18.
[109] Le module 45 intègre ainsi le quatrième détendeur 34, le deuxième dispositif d’accumulation 9 de fluide réfrigérant, ainsi que deux entrées et une sortie de fluide réfrigérant. L’intégration du système de conditionnement thermique dans le véhicule est ainsi facilitée, car le module permet de réduire l’encombrement et le nombre de connexions fluidiques à connecter. En effet, les connexions nécessaires pour relier les entrées/sorties du dispositif d’accumulation 9 et du détendeur 34 sont internes au module 45. Le module 45 peut comporter une pièce de fonderie usinée dans laquelle les différents composants sont intégrés.
[110] La figure 5 représente un troisième mode de réalisation.
[111] Selon ce troisième mode de réalisation, le système de conditionnement thermique 100 comporte une sixième branche de dérivation G reliant un onzième point de raccordement 21 disposé sur la quatrième branche de dérivation E entre le quatrième détendeur 34 et le huitième point de raccordement 18 à un douzième point de raccordement 22 disposé sur la première branche de dérivation B entre le sixième point de raccordement 16 et le deuxième point de raccordement 12.
[112] Le fluide réfrigérant à haute pression en sortie du compresseur 6 peut ainsi rejoindre le troisième échangeur 3, fonctionnant alors en condenseur, sans passer par le premier échangeur 1 . La perte de charge est ainsi minimisée, ce qui permet d’améliorer les performances du système.
[113] Le douzième point de raccordement 22 peut être confondu avec le sixième point de raccordement 16. [114] Selon une variante du troisième mode de réalisation, illustrée sur la figure 6, la boucle principale A comprend un sixième détendeur 36 disposé sur la boucle principale A entre le septième point de raccordement 17 et le premier échangeur de chaleur 1 .
[115] Ce détendeur 36 permet de détendre le fluide réfrigérant à haute pression sortant du compresseur 6. Il est ainsi possible de faire fonctionner le compresseur à sa pression de sortie maximale admissible, et de détendre le fluide réfrigérant avant sa circulation dans le premier échangeur de chaleur 1. Le travail de compression est ainsi augmenté, ce qui permet d’augmenter l’énergie transférée au fluide réfrigérant.
[116] Le sixième détendeur 36 peut être mis en oeuvre sur chaque mode de réalisation. Le sixième détendeur 36 a été représenté également pour la variante de deuxième mode de réalisation illustrée à la figure 4.
[117] Le premier dispositif de détente 31 est un détendeur électronique. Le deuxième dispositif de détente 32 est un détendeur électronique.
[118] Chaque dispositif de détente 31 , 32, 33, 34, 35, 36 peut être un détendeur électronique.
[119] Dans un détendeur électronique, la section de passage permettant de faire passer le fluide réfrigérant peut être ajustée de manière continue entre une position de fermeture et une position d’ouverture maximale. Pour cela, une unité de contrôle du système de conditionnement thermique pilote un moteur électrique qui déplace un obturateur mobile contrôlant la section de passage offerte au fluide réfrigérant.
[120] Sur les exemples illustrés, la première branche de dérivation B comprend une première vanne unidirectionnelle 25 configurée pour bloquer une circulation de fluide réfrigérant du quatrième point de raccordement 14 vers le premier point de raccordement 1 1 .
[121] La première vanne unidirectionnelle 25 est configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du premier point de raccordement 11 vers le quatrième point de raccordement 14. [122] La deuxième branche de dérivation C comprend une deuxième vanne unidirectionnelle 26 configurée pour bloquer une circulation de fluide réfrigérant du troisième point de raccordement 13 vers le quatrième point de raccordement 14.
[123] La deuxième vanne unidirectionnelle 26 est configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du quatrième point de raccordement 14 vers le troisième point de raccordement 13.
[124] La première vanne unidirectionnelle 25 est ici un clapet anti-retour. De même, la deuxième vanne unidirectionnelle 26 est ici un clapet anti-retour. Un clapet antiretour est un organe passif ne demandant pas de commande électrique.
[125] La troisième branche de dérivation D ne comprend ni vanne d’arrêt ni échangeur de chaleur.
[126] La boucle principale A comprend une vanne d’arrêt 29 disposée entre le sixième point de raccordement 16 et le deuxième point de raccordement 12.
[127] La vanne d’arrêt 29 permet d’interrompre sélectivement la circulation de fluide réfrigérant dans la première branche de dérivation B entre le sixième point de raccordement 16 et le deuxième point de raccordement 12. La vanne d’arrêt 29 est commandée électriquement, par exemple par l’unité de contrôle 44.
[128] La cinquième branche de dérivation F comprend une troisième vanne unidirectionnelle 27 configurée pour bloquer une circulation de fluide réfrigérant du dixième point de raccordement 20 vers le quatrième échangeur de chaleur 4.
[129] La troisième vanne unidirectionnelle 27 est configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du quatrième échangeur de chaleur 4 vers le dixième point de raccordement 20. La troisième vanne unidirectionnelle 27 est ici un clapet anti-retour.
[130] Selon des variantes non représentées, chaque clapet anti-retour 25, 26, 27 peut être remplacé par une vanne d’arrêt à commande électrique.
[131] La boucle principale A du système de conditionnement thermique 100 peut comprendre un échangeur de chaleur interne 7 configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant en aval du premier point de raccordement 1 1 et en amont du deuxième détendeur 32 et le fluide réfrigérant en aval du deuxième dispositif d’accumulation 9 et en amont du deuxième point de raccordement 12.
[132] Cette caractéristique, présente sur le deuxième et troisième mode de réalisation, figures 3 à 6, peut s’appliquer également au premier mode de réalisation ainsi qu’à leurs variantes.
[133] L’échangeur de chaleur interne 7 permet d’augmenter la capacité d’échange de chaleur du système de conditionnement thermique 100, et contribue aussi à assurer une surchauffe du fluide réfrigérant en entrée du compresseur 1 , c’est-à- dire contribue à éviter la présence de gouttelettes de réfrigérant liquide à l’entrée du compresseur 1 .
[134] L’échangeur de chaleur interne 7 comporte une première section d’échange thermique 7a disposée sur la boucle principale A en aval du premier point de raccordement 1 1 et en amont du deuxième détendeur 32, ainsi qu’une deuxième section d’échange thermique 7b disposée sur la boucle principale A en aval du deuxième dispositif d’accumulation 9 et en amont du deuxième point de raccordement 12. Le premier échangeur de chaleur interne 7 est configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique 7a et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique 7b. Le fluide réfrigérant circulant à haute pression dans la boucle principale A peut ainsi céder de la chaleur au fluide réfrigérant circulant à une pression plus faible dans la boucle principale A, après détente dans le deuxième détendeur 32. Lorsque le système de conditionnement thermique 100 comprend la cinquième branche de dérivation F, la première section d’échange thermique 7a est disposée en aval du premier point de raccordement 1 1 et en amont du neuvième point de raccordement 19. La deuxième section d’échange thermique 7b est disposée entre le dixième point de raccordement 20 et le deuxième point de raccordement 12.
[135] Sur les exemples illustrés, le système de conditionnement thermique 100 comporte une première vanne trois voies 47 disposée conjointement sur la boucle principale A et sur la troisième branche de dérivation D. La première vanne trois voies 47 est configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur 1 vers le troisième point de raccordement 13 et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur 1 vers le sixième point de raccordement 16, ou
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur 1 vers le sixième point de raccordement 16 et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur 1 vers le troisième point de raccordement 13.
[136] Selon un exemple de réalisation, la première vanne trois voies 47 et le premier dispositif de détente 31 sont disposés dans un même corps. Le corps peut par exemple être un corps de fonderie. Le corps recevant la première vanne trois voies 47 et le premier dispositif de détente 31 peut être monobloc.
[137] Autrement dit, un même composant intègre les fonctions de vanne trois voies et de dispositif de détente. L’intégration du composant dans le système de conditionnement thermique est facilitée.
[138] Selon le troisième mode de réalisation et sa variante, illustrés sur les figures 5 et 6, le système de conditionnement thermique 100 comporte aussi une deuxième vanne trois voies 48 disposée conjointement sur la quatrième branche de dérivation E et sur la sixième branche de dérivation G.
La deuxième vanne trois voies 48 est configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du quatrième détendeur 34 vers le huitième point de raccordement 18 et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du quatrième détendeur 34 vers le douzième point de raccordement 22, ou
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du quatrième détendeur 34 vers le douzième point de raccordement 22 et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du quatrième détendeur 34 vers le huitième point de raccordement 18.
[139] La deuxième vanne trois voies 48 et le quatrième dispositif de détente 34 peuvent être disposés dans un même corps. Le corps peut par exemple être un corps de fonderie. Le corps recevant deuxième vanne trois voies 48 et le quatrième dispositif de détente 34 peut être monobloc. Ce corps est distinct du corps recevant la première vanne trois voies 47 et le premier dispositif de détente 31 .
[140] Chaque vanne trois voies 47, 48 peut aussi être remplacée par deux vannes deux voies.
[141] La figure 7 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un premier mode de refroidissement habitacle.
Dans ce mode dit de refroidissement habitacle :
- un débit Q de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le compresseur 6 où il passe à haute pression, puis circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 1 sans échanger de chaleur avec le premier fluide caloporteur F1 , dans la troisième branche de dérivation D, dans le troisième échangeur de chaleur 3, dans la deuxième branche de dérivation C, dans le premier dispositif d’accumulation 8 de fluide réfrigérant, dans le cinquième dispositif de détente 35 où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur de chaleur 4 où il s’évapore en absorbant de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, et regagne le compresseur 1 .
[142] Dans ce mode de fonctionnement, le premier détendeur 31 est grand ouvert de façon à ne pas détendre le fluide réfrigérant à haute pression. Un volet, non représenté, isole le premier échangeur 1 du flux d’air intérieur Fi qui est ici le premier fluide caloporteur F1 . Un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le flux d’air intérieur Fi est ainsi évité.
[143] La première vanne trois-voies 47 dirige le fluide réfrigérant à haute pression vers la troisième branche de dérivation D. La vanne d’arrêt 29 est fermée, de sorte que le fluide réfrigérant circule du sixième point de raccordement 16 vers le quatrième point de raccordement 14 et se condense dans le troisième échangeur 3. Une détente partielle dans le troisième détendeur 33 est possible.
[144] Le fluide réfrigérant circule ensuite dans la deuxième branche de dérivation C. En effet, le premier clapet anti-retour 25 bloque la circulation depuis le quatrième point de raccordement 14 vers le premier point de raccordement 1 1. Le deuxième clapet anti-retour 26 permet une circulation de fluide réfrigérant du quatrième point de raccordement 14 vers le troisième point de raccordement 13. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le premier accumulateur 8, puis rejoint le neuvième point de raccordement 19. Le deuxième détendeur 32 est en position fermée, de sorte qu’il n’y a pas de circulation de fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur 2. Le fluide réfrigérant est détendu en traversant le cinquième détendeur 35, et passe à basse pression. Le fluide réfrigérant à basse pression s’évapore dans le quatrième échangeur 4 et refroidit le flux d’air intérieur Fi. Le fluide réfrigérant rejoint le compresseur 6, en passant successivement par le dixième point de raccordement
10 et le deuxième point de raccordement 12.
[145] La figure 8 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit pompe à chaleur.
Dans ce mode dit pompe à chaleur :
- un débit Q de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le compresseur 6 où
11 passe à haute pression, puis circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 1 en cédant de la chaleur au premier fluide caloporteur F1 , dans le premier dispositif de détente 31 où il subit une détente jusqu’à une pression intermédiaire, dans le premier dispositif d’accumulation 8 de fluide réfrigérant, dans le troisième dispositif de détente 33 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur 3 où il s’évapore en absorbant de la chaleur du flux d’air extérieur Fe, et regagne le compresseur 6.
[146] Dans ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant à haute pression en sortie du compresseur 6 se condense dans le premier échangeur 1 , ce qui permet de chauffer le flux d’air intérieur Fi, qui est ici le premier fluide caloporteur F1 . Puis le fluide réfrigérant subit une détente partielle dans le premier dispositif de détente 31 et passe à pression intermédiaire. La pression intermédiaire est une pression inférieure à la haute pression, et supérieure à la basse pression. La détente partielle permet de diminuer l’enthalpie du fluide réfrigérant en sortie du premier dispositif d’accumulation 8, et ainsi augmenter l’énergie récupérable au niveau du troisième échangeur 3. La première vanne trois-voies 47 bloque la circulation de fluide réfrigérant dans la troisième branche de dérivation C et dirige le fluide réfrigérant du cinquième point de raccordement 15 vers le troisième point de raccordement 13. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le premier dispositif d’accumulation 8. Le deuxième détendeur 32 et le cinquième détendeur 35 sont en position fermée, de sorte qu’il n’y a pas de circulation de fluide réfrigérant du premier point de raccordement 1 1 vers le neuvième point de raccordement 19. Le premier clapet anti-retour 25 permet une circulation de fluide réfrigérant dans la première branche de dérivation B, du premier point de raccordement 1 1 vers le deuxième point de raccordement 12. Le troisième détendeur 33 détend le fluide réfrigérant jusqu’à un état de basse pression. Le fluide réfrigérant à basse pression s’évapore dans le troisième échangeur 3 en absorbant de la chaleur du flux d’air extérieur Fe. La vanne d’arrêt 29 est ouverte, et le fluide réfrigérant évaporé regagne l’entrée 6a du compresseur 6. On remarque que le sens de parcours du fluide réfrigérant dans le troisième échangeur 3 est inversé par rapport au mode de fonctionnement précédent.
[147] La figure 9 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit de récupération d’énergie.
Selon ce mode dit de récupération d’énergie :
- un débit Q de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le compresseur 6 où il passe à haute pression, puis circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 1 en cédant de la chaleur au premier fluide caloporteur F1 , dans le premier dispositif de détente 31 où il subit une détente jusqu’à une pression intermédiaire, dans le premier dispositif d’accumulation 8 de fluide réfrigérant, dans le deuxième dispositif de détente 32 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur 2 où il s’évapore en absorbant de la chaleur, et regagne le compresseur 6.
[148] La circulation de fluide réfrigérant entre la sortie 6b du compresseur 6 et le premier point de raccordement 1 1 est identique au mode de fonctionnement précédent. Dans le mode de fonctionnement de la figure 9, le troisième détendeur 33 est en position fermée, et le deuxième détendeur 32 est en position d’ouverture partielle. Il n’y a donc pas de circulation de fluide réfrigérant dans le troisième échangeur 3, tandis que le fluide réfrigérant circule dans le deuxième échangeur 2. Le fluide réfrigérant détendu par le deuxième détendeur 32 s’évapore dans le deuxième échangeur 2 en absorbant de la chaleur de l’élément 30 de la chaîne de traction. Ce mode de fonctionnement permet de récupérer de l’énergie de la chaîne de traction du véhicule au niveau du deuxième échangeur 2 et de la transférer au flux d’air intérieur Fi au niveau du premier échangeur 1 . Le fluide réfrigérant évaporé traverse le deuxième dispositif d’accumulation 9 et rejoint le compresseur 6. Lorsque la température ambiante est négative, le deuxième dispositif d’accumulation 9 évite que des gouttes de réfrigérant liquide parviennent à l’entrée 6a du compresseur 6.
[149] Ces trois modes de fonctionnement ont été représentés pour un système de conditionnement thermique selon le deuxième mode de réalisation. Ils sont également applicables aux autres modes de réalisation du système de conditionnement thermique, ainsi qu’à leur variante.
[150] La figure 10 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un deuxième mode de refroidissement habitacle.
Selon ce mode de fonctionnement :
- un débit Q de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le compresseur 1 où il passe à haute pression, puis circule successivement dans la quatrième branche de dérivation E, dans le quatrième détendeur 34, dans la sixième branche de dérivation G, dans le troisième échangeur de chaleur 3, dans le troisième dispositif de détente 33, dans la deuxième branche de dérivation C, dans le premier dispositif d’accumulation 8 de fluide réfrigérant, dans le cinquième dispositif de détente 35 où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur de chaleur 4 où il s’évapore en absorbant de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, et regagne le compresseur 1 .
[151] Ce mode de fonctionnement concerne un système de conditionnement thermique selon le troisième mode de réalisation ainsi que sa variante, illustrés respectivement sur les figures 5 et 6.
[152] Dans ce mode de fonctionnement, le premier détendeur 31 est en position fermée, ce qui empêche la circulation de fluide réfrigérant dans le premier échangeur 1 . Le quatrième détendeur 34 est en position ouverte. La deuxième vanne trois-voies 48 bloque la circulation dans la quatrième branche de dérivation E entre le onzième point de raccordement 21 et la huitième point de raccordement 18, et dirige le fluide réfrigérant à haute pression dans la sixième branche de dérivation G. La vanne d’arrêt 29 est en position fermée, de sorte que le fluide réfrigérant circule dans le troisième échangeur 3. La circulation du fluide réfrigérant entre le sixième point de raccordement 16 et l’entrée 6a du compresseur 6 est identique à celle décrite dans le premier mode de refroidissement habitacle, représenté à la figure 7.
[153] De nombreux autres modes de fonctionnement sont également possibles, et n’ont pas été représentés.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comportant un circuit de fluide réfrigérant (10) configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant (10) comportant:
Une boucle principale (A) comprenant successivement selon le sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un compresseur (6),
-- un premier échangeur de chaleur (1 ) configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur (F1 ),
-- un premier détendeur (31 ),
-- un premier dispositif d’accumulation (8) de fluide réfrigérant,
-- un deuxième détendeur (32),
-- un deuxième échangeur de chaleur (2),
Une première branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement (1 1 ) disposé sur la boucle principale (A) entre le premier dispositif d’accumulation (8) de fluide réfrigérant et le deuxième détendeur (32) à un deuxième point de raccordement (12) disposé sur la boucle principale (A) entre le deuxième échangeur de chaleur (2) et une entrée (6a) du compresseur (6), la première branche de dérivation (B) comprenant un troisième détendeur (33) et un troisième échangeur de chaleur (3),
- Une deuxième branche de dérivation (C) reliant un troisième point de raccordement (13) disposé sur la boucle principale (A) entre le premier détendeur (31 ) et le premier dispositif d’accumulation (8) de fluide réfrigérant à un quatrième point de raccordement (14) disposé sur la première branche de dérivation (B) entre le premier point de raccordement (1 1 ) et le troisième détendeur (33),
- Une troisième branche de dérivation (D) reliant un cinquième point de raccordement (15) disposé sur la boucle principale (A) entre le premier détendeur (31 ) et le troisième point de raccordement (13) à un sixième point de raccordement (16) disposé sur la première branche de dérivation (B) entre le troisième échangeur de chaleur (3) et le deuxième point de raccordement (12),
- Une quatrième branche de dérivation (E) reliant un septième point de raccordement (17) disposé sur la boucle principale (A) entre une sortie (6b) du compresseur (6) et le premier échangeur de chaleur (1 ) à un huitième point de raccordement (18) disposé sur la boucle principale (A) entre le deuxième détendeur (32) et le deuxième point de raccordement (12), la quatrième branche de dérivation (E) comprenant un quatrième détendeur (34).
[Revendication 2] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1 , dans lequel la boucle principale (A) comprend un deuxième dispositif d’accumulation (9) de fluide réfrigérant disposé entre le deuxième échangeur de chaleur (2) et le deuxième point de raccordement (12).
[Revendication 3] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le huitième point de raccordement (18) est disposé sur la boucle principale (A) entre le deuxième détendeur (32) et le deuxième échangeur de chaleur (2).
[Revendication 4] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 2, dans lequel le huitième point de raccordement (18) est disposé sur la boucle principale (A) entre le deuxième échangeur de chaleur (2) et le deuxième dispositif d’accumulation (9).
[Revendication 5] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 2, comportant un module de distribution (45) de fluide réfrigérant comportant :
- une première entrée (E1 ) de fluide réfrigérant,
- une deuxième entrée (E2) de fluide réfrigérant,
- une sortie (S) de fluide réfrigérant,
- un premier canal (C1 ) reliant la première entrée (E1 ) à la sortie (S),
- un deuxième canal (C2) reliant la deuxième entrée (E2) à un point de connexion (P) disposé sur le premier canal (C1 ) entre la première entrée (E1 ) et la sortie (S),
- le deuxième dispositif d’accumulation (9),
- le quatrième dispositif de détente (34), dans lequel le deuxième dispositif d’accumulation (9) est disposé sur le premier canal (C1 ) entre le point de connexion (P) et la sortie (S), et dans lequel le quatrième dispositif de détente (34) est disposé sur le deuxième canal (C2) entre la deuxième entrée (E2) et le point de connexion (P).
[Revendication 6] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le premier fluide caloporteur (F1 ) est un flux d’air (Fi) intérieur à un habitacle du véhicule.
[Revendication 7] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 2, comportant une cinquième branche de dérivation (F) reliant un neuvième point de raccordement (19) disposé sur la boucle principale (A) entre le premier point de raccordement (11 ) et le deuxième détendeur (32) à un dixième point de raccordement (20) disposé sur la boucle principale (A) entre le deuxième dispositif d’accumulation (9) et le deuxième point de raccordement (12), la cinquième branche de dérivation (F) comportant un cinquième détendeur (35) et un quatrième échangeur de chaleur (4), dans lequel le quatrième échangeur de chaleur (4) est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air (Fi) intérieur à l’habitacle du véhicule ou avec un élément d’une chaîne de traction électrique du véhicule automobile.
[Revendication 8] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 5 ou selon la revendication 7, dans lequel le premier fluide caloporteur (F1 ) est un liquide caloporteur, dans lequel le système de conditionnement thermique (100) comporte un circuit de liquide caloporteur (40) configuré pour faire circuler un liquide caloporteur, dans lequel le premier échangeur de chaleur (1 ) est un échangeur de chaleur bifluide agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant (10) et sur le circuit de fluide caloporteur (40) de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, et dans lequel le circuit de fluide caloporteur (40) comprend un cinquième échangeur de chaleur (5) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air (Fi) intérieur à l’habitacle du véhicule.
[Revendication 9] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le deuxième échangeur de chaleur (2) est couplé thermiquement avec un élément (30) d’une chaîne de traction électrique d’un véhicule automobile, l’élément (30) de la chaîne de traction électrique du véhicule comprenant une batterie de stockage d’énergie électrique, ou un moteur électrique de traction du véhicule, ou une unité électronique de contrôle du moteur électrique de traction du véhicule.
[Revendication 10] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première branche de dérivation (B) comprend une première vanne unidirectionnelle (25) configuré pour bloquer une circulation de fluide réfrigérant du quatrième point de raccordement (14) vers le premier point de raccordement (1 1 ), et dans lequel la deuxième branche de dérivation (C) comprend une deuxième vanne unidirectionnelle (26) configuré pour bloquer une circulation de fluide réfrigérant du troisième point de raccordement (13) vers le quatrième point de raccordement (14).
[Revendication 11] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant une sixième branche de dérivation (G) reliant un onzième point de raccordement (21 ) disposé sur la quatrième branche de dérivation (E) entre le quatrième détendeur (34) et le huitième point de raccordement (18) à un douzième point de raccordement (22) disposé sur la première branche de dérivation (B) entre le sixième point de raccordement (16) et le deuxième point de raccordement (12).
[Revendication 12] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 2, dans lequel la boucle principale (A) comprend un échangeur de chaleur interne (7) configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant en aval du premier point de raccordement (1 1 ) et en amont du deuxième détendeur (32) et le fluide réfrigérant en aval du deuxième dispositif d’accumulation (9) et en amont du deuxième point de raccordement (12).
[Revendication 13] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la boucle principale (A) comprend un sixième détendeur (36) disposé sur la boucle principale (A) entre le septième point de raccordement (17) et le premier échangeur de chaleur (1 ).
[Revendication 14] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant une première vanne trois voies (47) disposée conjointement sur la boucle principale (A) et sur la troisième branche de dérivation (D), la première vanne trois voies (47) étant configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur (1 ) vers le troisième point de raccordement (13) et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur (1 ) vers le sixième point de raccordement (16), ou
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur (1 ) vers le sixième point de raccordement (16) et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur (1 ) vers le troisième point de raccordement (13), et dans lequel la première vanne trois voies (47) et le premier dispositif de détente (31 ) sont disposés dans un même corps.
[Revendication 15] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 1 1 , comportant une deuxième vanne trois voies (48) disposée conjointement sur la quatrième branche de dérivation (E) et sur la sixième branche de dérivation (G), la deuxième vanne trois voies (48) étant configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du quatrième détendeur (34) vers le huitième point de raccordement (18) et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du quatrième détendeur (34) vers le douzième point de raccordement (22), ou
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du quatrième détendeur (34) vers le douzième point de raccordement (22) et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du quatrième détendeur (34) vers le huitième point de raccordement (18), et dans lequel la deuxième vanne trois voies (48) et le quatrième dispositif de détente (34) sont disposés dans un même corps.
EP23772828.2A 2022-09-21 2023-09-15 Système de conditionnement thermique Pending EP4590527A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2209561A FR3139758A1 (fr) 2022-09-21 2022-09-21 Système de conditionnement thermique
PCT/EP2023/075497 WO2024061774A1 (fr) 2022-09-21 2023-09-15 Système de conditionnement thermique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4590527A1 true EP4590527A1 (fr) 2025-07-30

Family

ID=83899697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23772828.2A Pending EP4590527A1 (fr) 2022-09-21 2023-09-15 Système de conditionnement thermique

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20260109198A1 (fr)
EP (1) EP4590527A1 (fr)
CN (1) CN120225374A (fr)
FR (1) FR3139758A1 (fr)
WO (1) WO2024061774A1 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3163021A1 (fr) * 2024-06-06 2025-12-12 Valeo Systemes Thermiques Ensemble de climatisation pour un véhicule

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2999689A1 (fr) * 2012-12-14 2014-06-20 Valeo Systemes Thermiques Circuit et procede de conditionnement d'air, notamment pour vehicule automobile
DE102013206626A1 (de) * 2013-04-15 2014-10-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Wärmepumpenanlage sowie Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeuges
WO2021204914A1 (fr) * 2020-04-08 2021-10-14 Valeo Systemes Thermiques Systeme de conditionnement thermique pour vehicule automobile
FR3120684B1 (fr) * 2021-03-15 2023-02-24 Valeo Systemes Thermiques Système de conditionnement thermique

Also Published As

Publication number Publication date
FR3139758A1 (fr) 2024-03-22
US20260109198A1 (en) 2026-04-23
CN120225374A (zh) 2025-06-27
WO2024061774A1 (fr) 2024-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4308393B1 (fr) Système de conditionnement thermique
EP4308392A1 (fr) Système de conditionnement thermique
EP4507907A1 (fr) Système de conditionnement thermique
WO2023025902A1 (fr) Système de conditionnement thermique pour véhicule automobile
WO2021204914A1 (fr) Systeme de conditionnement thermique pour vehicule automobile
EP4392276A1 (fr) Système de conditionnement thermique
EP4499424A1 (fr) Système de conditionnement thermique
EP4072876A1 (fr) Système de traitement thermique destiné a un véhicule automobile
WO2024061774A1 (fr) Système de conditionnement thermique
WO2021249929A1 (fr) Système de conditionnement thermique pour véhicule automobile
FR3117197A1 (fr) Système de conditionnement thermique
EP4626720A1 (fr) Système de conditionnement thermique
FR3167075A1 (fr) Système de conditionnement thermique
FR3161728A1 (fr) Système de conditionnement thermique
WO2025026777A1 (fr) Systeme de conditionnement thermique
FR3163313A1 (fr) Système de conditionnement thermique
FR3160010A1 (fr) Système de conditionnement thermique
WO2025228702A1 (fr) Système de conditionnement thermique
WO2026027272A1 (fr) Système de conditionnement thermique
FR3145311A1 (fr) Système de conditionnement thermique
FR3153283A1 (fr) Système de conditionnement thermique
WO2024008476A1 (fr) Module de distribution de fluide réfrigérant
FR3157835A1 (fr) Procédé de contrôle d’un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile
FR3165810A1 (fr) Système de conditionnement thermique
WO2025153577A1 (fr) Procédé de contrôle d'un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250312

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: YAHIA, MOHAMED

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: VALEO ELECTRIFICATION

17Q First examination report despatched

Effective date: 20260304