EP4077001A1 - Circuit de fluide réfrigérant pour véhicule adapté a une charge rapide d'un dispositif de stockage - Google Patents

Circuit de fluide réfrigérant pour véhicule adapté a une charge rapide d'un dispositif de stockage

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Publication number
EP4077001A1
EP4077001A1 EP20828546.0A EP20828546A EP4077001A1 EP 4077001 A1 EP4077001 A1 EP 4077001A1 EP 20828546 A EP20828546 A EP 20828546A EP 4077001 A1 EP4077001 A1 EP 4077001A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit
heat exchanger
compression device
branch
distance
Prior art date
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Pending
Application number
EP20828546.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Mohamed Yahia
Stefan Karl
Bertrand Nicolas
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 Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP4077001A1 publication Critical patent/EP4077001A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • 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 [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • 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
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    • 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
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the field of the present invention is that of refrigerant fluid circuits for vehicles, in particular for motor vehicles. It relates to a refrigerant circuit equipping a motor vehicle which is provided with an electrical storage device and a method for controlling a temperature of the electrical storage device implementing such a circuit.
  • Motor vehicles are commonly equipped with a refrigerant circuit used to heat or cool different areas or different components of the vehicle. It is in particular known to use this refrigerant circuit to heat treat a flow of air sent into the passenger compartment of the vehicle equipped with such a circuit.
  • this circuit it is known to use G to cool an electrical storage device of the vehicle, the latter being used to supply energy to an electric motor capable of setting the vehicle in motion.
  • the refrigerant circuit thus provides energy capable of cooling the electrical storage device during its use in the driving phases.
  • the refrigerant circuit is thus sized to cool this electrical storage device for temperatures which remain moderate.
  • a new charging technique has recently appeared. It consists in charging the electrical storage device at a high voltage and amperage, so as to charge the electrical storage device in a maximum time of a few tens of minutes. This rapid charge involves heating of the electrical storage device which should be treated. Furthermore, it is necessary to consider the possibility that the occupants of the vehicle remain inside the vehicle all or part of the charging time mentioned above. The passenger compartment must then also be heat treated during this charge. fast to maintain acceptable comfort conditions for the occupants, in particular when the temperature outside the vehicle exceeds 30 ° C.
  • Document FR3075705 describes a circuit designed to achieve these objectives.
  • This circuit includes a main branch which is provided with a main heat exchanger and which extends between a point of convergence and a point of divergence.
  • This circuit also includes a first branch and a second branch which run in parallel with each other between the point of divergence and the point of convergence. The first branch and the second branch are both arranged in series with the main branch.
  • the circuit includes a high pressure line which extends between the two compression devices and the two expansion members.
  • the high pressure line comprises a first part which extends between an outlet of the first compression device and a point of convergence of the first branch and of the second branch, a second part which extends between an outlet of the second compression device and the point of convergence, and a common portion which extends the point of convergence and a point of entry of refrigerant fluid inside the main heat exchanger.
  • the first part, the second part and the common part jointly form an assembly which is interposed between the outlets of the two compression devices and the entry point of refrigerant fluid inside the main heat exchanger.
  • the present invention provides a refrigerant fluid circuit fitted to a vehicle which is configured to simultaneously heat treat an electrical storage device of a vehicle and heat treat a vehicle interior, the circuit comprising at least two compression devices, the circuit comprising a high pressure line which is arranged so that any pressure drops affecting it are minimized and so that the refrigerant pressure inside the circuit remains below a threshold pressure, in n ' any mode of operation of the circuit, including when the two compression devices that the circuit comprises are operating simultaneously.
  • a circuit of the present invention is a circuit for a motor vehicle configured to be traversed by a refrigerant fluid.
  • the circuit comprises at least one main branch comprising at least one main heat exchanger comprising at least one refrigerant fluid inlet.
  • the circuit also includes a first branch and a second branch which extend between a point of divergence and a point of convergence and which are both arranged in series with the main branch.
  • the first branch comprises at least a first compression device, a first expansion member and a first heat exchanger configured to heat treat an electrical storage device of the vehicle.
  • the second branch comprises at least a second compression device, a second expansion member and a second heat exchanger configured to heat treat a vehicle interior.
  • the circuit comprises a high pressure line which comprises a first portion extending between an outlet of the first compression device and the inlet of the main heat exchanger and which comprises a second portion extending between an outlet of the second pressure device. compression and the main heat exchanger inlet.
  • the first portion is a first length and the second portion is a second length.
  • a first distance separates the outlet of the first compression device from the point of convergence and a second distance separates the outlet of the second compression device from the point of convergence.
  • the first distance is greater than half of the first length and the second distance is greater than half of the second length.
  • the circuit advantageously comprises at least any one of the characteristics following techniques, taken alone or in combination:
  • the present invention therefore proposes to make this common part as small as possible, or even to make it non-existent in one of these embodiments,
  • the point of divergence is the zone of the circuit where the main branch splits into two, forming the first branch and the second branch,
  • the point of convergence is, for example, the zone of the circuit where the first branch and the second branch meet, to form the main branch.
  • the point of convergence is for example again the zone of the circuit where the refrigerant fluid coming from the first compression device and the refrigerant fluid coming from the second compression device mix,
  • the second compression device is independent of the first compression device in that one of the compression devices can be active while the other compression device is inactive, or simultaneously rotate at different rotational speeds,
  • the refrigerant fluid is for example a subcritical fluid, such as that known under the reference R134A or R1234YF.
  • the refrigerant fluid can be super critical, such as carbon dioxide whose reference is R744.
  • the refrigerant circuit according to the invention is a closed circuit which implements a thermodynamic cycle, the first compression device and the second compression device are for example compressors, and the invention finds a very particular application when the first compression device and the second compression device are electric compressors with fixed displacement and variable speed . It is thus possible to control the thermal power of the circuit according to the invention,
  • the first branch is arranged in parallel with the second branch, seen from the refrigerant fluid
  • the main heat exchanger can be installed on the front of the vehicle.
  • This main heat exchanger can thus be used as a condenser, or gas cooler in the case of a super-critical fluid, or as an evaporator when the circuit operates as a heat pump,
  • the first heat exchanger is configured to heat treat an electrical storage device of the vehicle.
  • the first heat exchanger exchanges calories between the refrigerant fluid and the vehicle's electrical storage device, either directly, that is to say by convection between the first heat exchanger and the electrical storage device, or indirectly via a fluid loop coolant, the latter being intended to transport the calories from the electrical storage device to the first heat exchanger.
  • the cooling of the electrical storage device can be indirect.
  • the first heat exchanger can be in contact with the electrical storage device. In such a case, the cooling of the electrical storage device is direct.
  • the circuit according to the invention may include a refrigerant storage device arranged in the portion of the second branch located between the second heat exchanger and the second compression device,
  • the first distance is greater than three-quarters of the first length and the second distance is greater than three-quarters of the second length
  • the first distance is greater than 90% of the first length and in that the second distance is greater than 90% of the second length
  • the first portion and the second portion comprise a common portion which extends between the point of convergence and a single refrigerant fluid inlet inside the main heat exchanger, - the first portion comprises a first part which extends between the outlet of the first compression device and the point of convergence, and the second portion comprises a second part which extends between the second outlet of the second compression device and the point convergence,
  • the circuit comprises a circuit element arranged in a "Y", the foot of which consists of the common part and the arms consist of the first part and the second part,
  • the circuit element connects the first compression device and the second compression device to the main heat exchanger
  • the first part has a first passage section
  • the second part has a second passage section
  • the common part has a third passage section, the third passage section being greater than or equal to the sum of the first passage section and of the second passage section
  • the first passage section, the second passage section and the third passage section correspond to a surface offered respectively by the first part, the second part and the part common to the refrigerant fluid to flow, these surfaces being taken orthogonally to the flow of refrigerant fluid within these parts.
  • the first length is equal to the first distance and in that the second length is equal to the second distance
  • the main heat exchanger comprises a first inlet in fluid communication with the first portion and a second inlet in fluid communication with the second portion,
  • the point of convergence includes the first entry and the second entry
  • the point of convergence is housed inside the main heat exchanger and more particularly downstream of the first inlet and of the second inlet in a direction of flow of the refrigerant fluid inside the heat exchanger.
  • At least one pipe connects a portion of the first branch located between the first heat exchanger and the first compression device to a portion of the second branch located between the second heat exchanger and the second compression device
  • the pipe comprises at least one means of controlling the circulation of the refrigerant fluid within the pipe
  • the means for controlling the circulation of the refrigerant fluid within the pipe comprises at least one device for expanding the refrigerant fluid
  • the means for controlling the circulation of the refrigerant fluid within the pipe comprises a first non-return valve
  • the circuit comprises a first pipe arranged in parallel with the pipe,
  • the first pipe includes a second non-return valve.
  • the present invention also relates to a method for controlling the temperature of an electrical storage device of a motor vehicle, implementing such a refrigerant circuit, a method during which the first compression device is simultaneously activated and the second compression device during a rapid charge of the electrical storage device.
  • Figure 1 is a schematic view of the circuit according to the invention, in a first embodiment
  • Figure 2 is a schematic view of the circuit according to the invention, in a second embodiment
  • FIG. 3 is a detailed schematic view of the circuit illustrated in FIG. 1,
  • FIG. 4 is a detailed schematic view of the circuit illustrated in FIG. 2.
  • the circuit according to the invention mainly comprises two devices for compressing the refrigerant fluid, heat exchangers, components. detents, pipes connecting each of these components, and optionally valves or check valve.
  • the circuit can also be placed under the control of a controller which acts on some of these components.
  • the upstream and downstream terms used in the following description refer to the direction of circulation of the fluid considered, that is to say the refrigerant fluid, an interior air flow sent to a vehicle passenger compartment or an air flow. exterior to a vehicle interior.
  • the refrigerant fluid FR is symbolized by an arrow which illustrates the direction of circulation of the latter in the pipe considered.
  • the solid lines illustrate a portion of the circuit where the refrigerant fluid circulates, while the dotted lines show an absence of circulation of the refrigerant fluid.
  • FIGS 1 and 2 thus show a circuit 1 inside which a refrigerant FR circulates.
  • This circuit 1 is a closed loop where the refrigerant fluid FR is circulated by a first compression device 9 and / or by a second compression device 13.
  • these compression devices 9, 13 can take the form of an electric compressor, that is to say a compressor which includes a compression mechanism, an electric motor and possibly a controller.
  • the rotation mechanism is set in rotation by the electric motor whose speed of rotation is placed under the control of the controller, the latter possibly being external or internal to the compression device concerned.
  • Circuit 1 comprises a main branch 2, a first branch 4 and a second branch 5 which are in series with the main branch 2, so as to form a closed circuit where a thermodynamic cycle takes place.
  • the first branch 4 and the second branch 5 separate at a point of divergence 6 and meet at a point of convergence 7. Between these two points, the first branch 4 and the second branch 5 are in parallel, seen from the refrigerant fluid FR .
  • the main branch 2 comprises a main heat exchanger 3.
  • the latter is intended to be traversed by the refrigerant fluid FR and by an external air flow Fl.
  • This main heat exchanger 3 is the seat of an exchange of calories between the refrigerant fluid FR and this flow of external air Fl and it can in particular be used as a condenser.
  • This main heat exchanger 3 can be installed on the front face of the vehicle equipped with the circuit 1 according to the invention and in this situation it is crossed by the flow of air Fl outside the vehicle interior.
  • the first branch 4 begins at the point of divergence 6 and ends at the point of convergence 7, and comprises successively and according to the direction of circulation of the refrigerant fluid FR in the first branch 4 a first expansion member 8, a first heat exchanger 10 and the first compression device 9 of the refrigerant fluid FR.
  • the first heat exchanger 10 is thus interposed between an outlet of the first expansion member 29 and an inlet of the first compression device 30.
  • This first heat exchanger 10 is specifically dedicated to the heat treatment of an electrical storage device 11, the function of which is to supply electrical energy to one or more electric motors which set the vehicle in motion.
  • an electric storage device 11 accumulates or restores this electric energy with a view to setting the motor vehicle in motion, via the dedicated electric motor.
  • This is, for example, a battery pack comprising several electric cells that store electric current.
  • the first heat exchanger 10 directly exchanges calories with the electrical storage device 11, by convection or by conduction. We are talking here about direct heat treatment of the electrical storage device 11.
  • the first heat exchanger 10 is thermally associated with the electrical storage device 11 via a heat transfer fluid loop. This is then referred to as indirect heat treatment of the electrical storage device 11.
  • the heat transfer fluid thus captures the calories at the level of the electrical storage device 11 and transports them to the first heat exchanger 10.
  • the first expansion member 8 acts on a thermal power implemented by the first heat exchanger 10, being able to vary this thermal power from the maximum power of the first heat exchanger 10 to any thermal power below this maximum power. , in particular by reducing the section of passage of the refrigerant fluid in the first expansion member 8.
  • the first expansion member 8 is indifferently a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a tube orifice or the like.
  • the inlet of the first compression device 30 is connected to an outlet of the first heat exchanger 32.
  • An outlet of the first compression device 31 is in turn connected to the point of convergence 7.
  • the first branch 4 of the circuit 1 also comprises a portion of the first branch 33 which extends between the first heat exchanger 10, more particularly the outlet of the first heat exchanger 32, and the first compression device 9, in particular the inlet of the first. compression device 30.
  • the second branch 5 begins at the point of divergence 6 and ends at the point of convergence 7, and comprises successively and according to the direction of circulation of the refrigerant fluid FR in the second branch 5 a second expansion member 12, a second heat exchanger 14, a refrigerant fluid accumulation device 36 and the second refrigerant fluid compression device 13 FR.
  • the second heat exchanger 14 and the storage device 36 are thus interposed between an outlet of the second expansion member 34 and an inlet of the second compression device 35, the second heat exchanger 14 being disposed upstream of the storage device 36, seen from the FR refrigerant.
  • the accumulation device 36 can take the form of an accumulator, where the liquid phase contained in the refrigerant fluid FR accumulates in the accumulator, and where the gas phase of this same refrigerant fluid FR is sucked in by the second device. compression 13.
  • the accumulation device 36 can be a desiccant bottle which can advantageously be integrated into the main heat exchanger 3.
  • the second heat exchanger 14 is intended to heat treat an interior air flow F2 which is sent to the interior of the vehicle cabin.
  • the second heat exchanger 14 can be installed inside a ventilation, heating and / or air conditioning installation 28 which cooperates with circuit 1, to form a heat treatment system for the motor vehicle.
  • This second heat exchanger 14 can then be used as an evaporator to cool the internal air flow F2 which is sent into the vehicle cabin.
  • the second expansion member 12 acts on a thermal power implemented by the second heat exchanger 14, being able to vary this thermal power to more or less cool the internal air flow F2 sent into the passenger compartment.
  • the second expansion member 12 is indifferently a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a tube orifice or the like.
  • the inlet of the second compression device 35 is connected to an outlet of the accumulation device 37.
  • the second compression device 13 also comprises an outlet of the second compression device 38 which is connected to the point of convergence 7.
  • the second branch 5 of the circuit 1 also comprises a portion of the second branch 39 which extends between the second heat exchanger 14, more particularly an outlet of the second heat exchanger 40, and the second compression device 13, in particular the inlet of the second. compression device 35.
  • the accumulation device 36 can be placed in this portion of the second branch 39.
  • Such a circuit 1 comprises a high pressure line 200 which extends between on the one hand the outlet of the first compression device 31 and the outlet of the second compression device 38 and on the other hand an inlet of the first expansion member 51 and an inlet of the second expansion member 52.
  • the refrigerant fluid FR is subjected to a high pressure due to its compression inside the compression devices 9, 13.
  • the high pressure line 200 comprises a first portion 201 which extends between the outlet of the first compression device 31 and an inlet of the main heat exchanger 100, 101, 102.
  • the first portion 201 is of a first length XI measured between the outlet of the first compression device 31 and the inlet of the main heat exchanger 100, 101, 102.
  • the high pressure line 200 comprises a second portion 202 which extends between the outlet of the second compression device 38 and the inlet of the main heat exchanger 100, 101, 102.
  • the second portion 202 is d 'a second length X2 measured between the outlet of the second compression device 38 and the inlet of the main heat exchanger 100, 101, 102.
  • a first distance Y1 separates the outlet of the first compression device 31 from the point of convergence 7 and a second distance Y2 separates the outlet of the second compression device 38 from the point of convergence 7.
  • the present invention advantageously proposes that the first distance Y 1 is greater than half of the first length XI and in that the second distance Y2 is greater than half of the second length X2.
  • the point of convergence 7 is closer to the inlet 100, 101, 102 of refrigerant fluid FR inside the main heat exchanger 3 than to the outlet of the first compression device 31 and / or of the output of the second device compression 38.
  • Such proximity makes it possible to minimize the pressure losses which the refrigerant fluid FR undergoes between the compression devices 9, 13 and the main heat exchanger 3, and to maintain a pressure inside the first portion 201 and the second portion 202 below a threshold pressure, typically of the order of 27 bars.
  • a threshold pressure typically of the order of 27 bars.
  • at least one common part of the pipes between the first compression device 9 and the main heat exchanger 3 on the one hand, and between the second compression device 13 and the main heat exchanger 3 on the other hand is important, the less these pressure drops are important.
  • the result is that the part common to the two portions 201, 202 has a length which is as small as possible.
  • the present invention therefore proposes to make this common part as small as possible, or even to make it non-existent in one of these variant embodiments.
  • the pressure losses are reduced.
  • the risk of having to reduce the capacity of the refrigeration loop due to an excessively high value of the high pressure at the outlet of one of the two compressors is thus reduced.
  • the cooling performance is
  • the first distance Y1 is preferably greater than three-quarters of the first length XI and the second distance Y2 is preferably greater than three-quarters of the second length X2.
  • the first distance Y 1 is greater than 90% of the first length XI and the second distance Y2 is greater than 90% of the second length X2.
  • the first portion 201 and the second portion 202 comprise a common portion 300 which extends between the point of convergence 7 and a single inlet 100 of refrigerant fluid FR inside the main heat exchanger 3.
  • a third distance Y3 separates the point of convergence 7 and the single inlet 100 of refrigerant fluid FR inside the main heat exchanger 3.
  • the common part 300 is therefore of a length equivalent to this third distance Y3, which is non-zero according to this variant, but which is as small as possible to minimize the pressure losses.
  • the present invention thus proposes that the common part 300 be as short as possible so that the pressure drops are minimized and so that the pressure prevailing inside the common part remains below the threshold pressure. .
  • the first length XI is equal to the sum of the first distance Y1 and the third distance Y3. It is also noted that according to this variant, the second length X2 is equal to the sum of the second distance Y2 and of the third distance Y3.
  • the first portion 201 comprises a first part 301 which extends between the outlet of the first compression device 31 and the point of convergence 7.
  • the first part 301 is of a length corresponding to the first distance Yl.
  • the second portion 202 comprises a second part 302 which extends between the second outlet of the second compression device 38 and the point of convergence 7.
  • the second part 302 is of a length corresponding to the second distance Y2
  • the circuit 1 comprises a circuit element 400 arranged in a "Y", the foot of which consists of the common part 300 and the arms consist of the first part 301 and of the second part 302.
  • the circuit element 400 connects the first compression device 9 and the second compression device 13 to the main heat exchanger 3.
  • the first part 301 having a first passage section S1, the second part 302 having a second passage section S2 and the common part 300 having a third passage section S3, the third passage section S3 is advantageously greater or equal to the sum of the first passage section SI and the second passage section S2, to reduce the pressure drops that the refrigerant fluid FR is liable to undergo inside the common part 300.
  • the first passage section S1, the second passage section S2 and the third passage section S3 are defined as being a surface offered respectively by the first part 301, the second part 302 and the common part 300 to the refrigerant fluid FR to flow inside of these parts 300, 301, 302, these surfaces being taken orthogonally to the flow of refrigerant fluid FR inside these parts 300, 301, 302.
  • the first length XI is equal to the first distance Y1 and the second length X2 is equal to the second distance Y2.
  • the distance which separates the outlet of any one of the compression devices 9, 13 is equal to the distance which separates this outlet of the compression device 9, 13 from the inlet of the main heat exchanger 100, 101, 102.
  • first portion 201 and the second portion 202 do not include any common part and are arranged in two parallel and independent lines, the first portion 201 connecting the outlet of the first compression device 31 to a first inlet 101 of the main heat exchanger 3, and the second portion 202 connecting the outlet of the second device compression 38 to a second inlet 102 of the main heat exchanger 3.
  • the point of convergence 7 is located downstream of the first inlet 101 and of the second inlet 102, the point of convergence 7 being the point of the circuit 1 where the refrigerant fluid FR coming from the first compression device 9 and the refrigerant fluid FR from the second compression device 13 mix with each other. It is understood that according to this variant the point of convergence 7 is likely to be housed inside the main heat exchanger 3.
  • the circuit 1 comprises at least one pipe 15 which fluidly connects the portion of the first branch 33 to the portion of the second branch 39.
  • a pipe 15 makes it possible to put in communication the first branch 4 and the second branch 5, thus offering the possibility of mutualizing the use of the two compression devices 9, 13 when the vehicle is in a rapid charge situation and when the occupants of this vehicle also request cooling of the vehicle. air sent into the passenger compartment.
  • the pipe 15 is thus connected to a first point 41 located in the portion of the first branch 33 and to a second point 42 located in the portion of the second branch 39.
  • the circulation of the refrigerant fluid FR in the line 15 can be controlled.
  • the pipe 15 can comprise a means 16 for controlling the circulation of the refrigerant fluid FR within the pipe 15.
  • This means of control 16 can comprise or be constituted by an expansion device 17, the function of which is either to close the pipe 15, or to open it completely, or to implement a pressure drop so as to generate an expansion of the refrigerant fluid FR.
  • the means 16 for controlling the circulation of the refrigerant fluid FR within the pipe 15 may comprise a first non-return valve 18.
  • the latter thus allows circulation of the refrigerant fluid FR from the portion of the first branch 33 towards the second branch portion 39, and prohibits such circulation in the opposite direction, that is to say from the second branch portion 39 and towards the first branch portion 33.
  • Circuit 1 may also include a first pipe 19 arranged in parallel with pipe 15, seen from the refrigerant fluid FR.
  • the first pipe 19 thus extends from the portion of the second branch 39 to the portion of the first branch 33.
  • the first pipe 19 extends between a third point 43 located in the portion of the second branch 39 and the first point 4L.
  • the first pipe 19 may include a second non-return valve 20.
  • the latter thus allows circulation of the refrigerant fluid FR from the portion of the second branch 39 to the portion of the first branch 33, and prohibits such circulation in the opposite direction, c ' that is to say from the portion of the first branch 33 and towards the portion of the second branch 39.
  • Circuit 1 is likely to be used in simultaneous cooling mode for the electrical storage device 11 and the passenger compartment. This is particularly the case of a rapid charge imposed on the electrical storage device 11, while the occupants remain in the vehicle during the time of this rapid charge.
  • the two compression devices 9, 13 are in operation and compress the refrigerant fluid FR. These two compression devices 9, 13 thus pooled make it possible to deliver the cooling power necessary for cooling the passenger compartment and the electrical storage device 11, without causing noise pollution, for example.
  • the main heat exchanger 3 discharges the calories of the refrigerant fluid FR into the external air flow Fl.
  • the refrigerant fluid FR then circulates both in the first branch 4 and in the second branch 5.
  • the first expansion member 8 expands the refrigerant fluid FR and the first heat exchanger 10 cools the thermal storage device 11.
  • the refrigerant fluid FR is sucked in by the first compression device 9.
  • the second expansion member 12 expands the refrigerant fluid FR and the second heat exchanger 14 cools the interior air flow F2 sent into the passenger compartment.
  • the refrigerant FR which leaves the second heat exchanger 14 is then sucked by the second compression device 13, after passing through the accumulation device 36.
  • the pipe 15 can be traversed by a part of the refrigerant fluid FR which leaves the first heat exchanger 10, this part coming to join the portion 39 of the second branch 5.
  • the second compression device 13 thus compresses a quantity of refrigerant fluid FR which corresponds to the sum of the refrigerant fluid which leaves the second heat exchanger 14 with the portion of refrigerant fluid which runs through the pipe 15.
  • the expansion device 17 performs an expansion which manages the flow of the refrigerant fluid which is directed towards the first compression device 9 relative to the portion of refrigerant fluid which circulates in the pipe 15.
  • Such an organization makes it possible to relieve the work of the first. compression device 9 by sending part of the refrigerant which has cooled the electrical storage device 11 to the second compression device 13.
  • Such an organization makes it possible to reduce the size of the first compression device 9 and / or to reduce its speed by rotation. A reduction in the speed of rotation of the first compression device 9 thus makes it possible to reduce the noise generated. In other words, the acoustic comfort is improved.
  • circuit 1 of the present invention the main characteristics of which are illustrated in FIGS. 3 and 4, the architecture of circuit 1 being moreover likely to be more complex. than those shown in Figures 1 and 2.
  • a method of controlling the temperature of the electrical storage device 11, implementing such a refrigerant fluid circuit 1 FR, is a method during which the first compression device 9 and the second control device are simultaneously activated. compression 13 during rapid charging of the electrical storage device 11.
  • the present invention thus makes it possible to simply ensure, at optimized costs, without excess consumption and at a reduced noise level, the heat treatment, by heating or cooling, of an electrical storage device, such as a battery or a battery pack, configured to supply electrical energy to an electric drive motor of the vehicle, as well as the thermal treatment of a passenger compartment, by heating or cooling an interior air flow sent into the passenger compartment.
  • an electrical storage device such as a battery or a battery pack
  • circuit architecture refrigerant fluid can be modified without harming the invention insofar as it fulfills the functions described in this document.

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Abstract

La présente invention a pour objet un circuit (1) pour véhicule configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant (FR). Le circuit (1) comprend une branche principale (2) comprenant un échangeur de chaleur principal (3) comportant au moins une entrée (100; 101, 102) de fluide réfrigérant (FR). Le circuit (1) comprend une première branche (4) et une deuxième branche (5) qui s'étendent entre un point de divergence (6) et un point de convergence (7). La première branche (4) comprend un premier dispositif de compression (9), un premier organe de détente (8) et un premier échangeur thermique (10) configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique (11) du véhicule. La deuxième branche (5) comprend un deuxième dispositif de compression (13), un deuxième organe de détente (12) et un deuxième échangeur thermique (14) configuré pour traiter thermiquement un habitacle du véhicule. Le circuit (1) comporte une ligne haute pression (200) qui comprend une première portion (201) s'étendant entre une sortie du premier dispositif de compression (31) et l'entrée (100; 101, 102). La ligne haute pression (200) comprend une deuxième portion (202) s'étendant entre une sortie du deuxième dispositif de compression (38) et l'entrée (100; 101, 102). La première portion (201) est d'une première longueur (X1) et la deuxième portion (202) est d'une deuxième longueur (X2). Une première distance (Y1) sépare la sortie du premier dispositif de compression (31) du point de convergence (7) et une deuxième distance (Y2) sépare la sortie du deuxième dispositif de compression (38) du point de convergence (7). La première distance (Y1) est supérieure à la moitié de la première longueur (X1) et la deuxième distance (Y2) est supérieure à la moitié de la deuxième longueur (X2).

Description

CIRCUIT DE FLUIDE RÉFRIGÉRANT POUR VÉHICULE ADAPTÉ A UNE CHARGE RAPIDE D'UN
DISPOSITIF DE STOCKAGE
Le domaine de la présente invention est celui des circuits de fluide réfrigérant pour véhicule, notamment pour véhicule automobile. Elle a pour objet un circuit de fluide réfrigérant équipant un véhicule automobile qui est pourvu d’un dispositif de stockage électrique et un procédé de contrôle d’une température du dispositif de stockage électrique mettant en œuvre un tel circuit.
Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’un circuit de fluide réfrigérant utilisé pour chauffer ou refroidir différentes zones ou différents composants du véhicule. Il est notamment connu d’utiliser ce circuit de fluide réfrigérant pour traiter thermiquement un flux d’air envoyé dans l’habitacle du véhicule équipé d’un tel circuit.
Dans une autre application de ce circuit, il est connu de G utiliser pour refroidir un dispositif de stockage électrique du véhicule, ce dernier étant utilisé pour fournir une énergie à un moteur électrique capable de mettre en mouvement le véhicule. Le circuit de fluide réfrigérant fournit ainsi l’énergie capable de refroidir le dispositif de stockage électrique pendant son utilisation en phases de roulage. Le circuit de fluide réfrigérant est ainsi dimensionné pour refroidir ce dispositif de stockage électrique pour des températures qui restent modérées.
Il est également connu de charger le dispositif de stockage électrique du véhicule en le raccordant pendant plusieurs heures au réseau électrique domestique. Cette technique de charge longue permet de maintenir la température du dispositif de stockage électrique en dessous d’un certain seuil, ce qui permet de se passer de tout système de refroidissement du dispositif de stockage électrique.
Une nouvelle technique de charge a fait son apparition récemment. Elle consiste à charger le dispositif de stockage électrique sous une tension et un ampérage élevés, de manière à charger le dispositif de stockage électrique en un temps maximum de quelques dizaines de minutes. Cette charge rapide implique un échauffement du dispositif de stockage électrique qu’il convient de traiter. Par ailleurs, il faut considérer la possibilité que les occupants du véhicule restent à l’intérieur du véhicule tout ou partie du temps de charge mentionné ci- dessus. Il faut alors également traiter thermiquement l’habitacle pendant cette charge rapide pour maintenir des conditions de confort acceptables par les occupants, notamment quand la température extérieure au véhicule dépasse 30°C.
Le document FR3075705 décrit un circuit agencé pour atteindre ces objectifs. Ce circuit comprend une branche principale qui est pourvu d’un échangeur de chaleur principal et qui s’étend entre un point de convergence et un point de divergence. Ce circuit comprend aussi une première branche et une deuxième branche qui s’étendent en parallèle l’une de l’autre entre le point de divergence et le point de convergence. La première branche et la deuxième branche sont disposées toutes deux en série de la branche principale.
Il est possible de mettre en fonctionnement les deux dispositifs de compression quand une phase de charge rapide du dispositif de stockage électrique est activée, alors que les occupants restent dans le véhicule et qu’il convient aussi de refroidir l’habitacle.
Dans ce dernier cas, le circuit comprend une ligne haute pression qui s’étend entre les deux dispositifs de compression et les deux organes de détente. La ligne haute pression comprend une première partie qui s’étend entre une sortie du premier dispositif de compression et un point de convergence de la première branche et de la deuxième branche, une deuxième partie qui s’étend entre une sortie du deuxième dispositif de compression et le point de convergence, et une partie commune qui s’étend le point de convergence et un point d’entrée de fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal.
La première partie, la deuxième partie et la partie commune forment conjointement un ensemble qui est interposé entre les sorties des deux dispositifs de compression et le point d’entrée de fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal.
Il apparaît à l’intérieur de cet ensemble formé de ces trois parties de circuit des pertes de charge importantes qui nuisent à une efficacité du circuit en réduisant son coefficient de performance. On observe notamment que ces pertes de charge sont trop importantes à l’intérieur de la partie commune, interposée entre le point de convergence et le point d’entrée de fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal, ce qui est préjudiciable à un bon fonctionnement du circuit.
De plus, et toujours lorsque les deux dispositifs de compression fonctionnent en même temps, une pression de fluide réfrigérant régnant dans la portion haute pression du circuit est susceptible de dépasser une pression- seuil au-delà de laquelle la vitesse de rotation des dispositifs de compression est limitée de manière à empêcher toute surpression, et limiter le risque d’éclatement d’un composant qui l’accompagne.
La présente invention propose un circuit de fluide réfrigérant équipant un véhicule qui est configuré pour simultanément traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique d’un véhicule et traiter thermiquement un habitacle du véhicule, le circuit comprenant au moins deux dispositifs de compression, le circuit comprenant une ligne haute pression qui est agencée de manière à ce que d’éventuelles pertes de charge l’affectant soient minimisées et de manière à ce que la pression de fluide réfrigérant à l’intérieur du circuit demeure inférieure à une pression-seuil, dans n’importe quel mode de fonctionnement du circuit, y compris lorsque les deux dispositifs de compression que le circuit comprend fonctionnent simultanément.
Un circuit de la présente invention est un circuit pour véhicule automobile configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant. Le circuit comprend au moins une branche principale comprenant au moins un échangeur de chaleur principal comportant au moins une entrée de fluide réfrigérant. Le circuit comprend aussi une première branche et une deuxième branche qui s’étendent entre un point de divergence et un point de convergence et qui sont toutes deux disposées en série de la branche principale. La première branche comprend au moins un premier dispositif de compression, un premier organe de détente et un premier échangeur thermique configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique du véhicule. La deuxième branche comprend au moins un deuxième dispositif de compression, un deuxième organe de détente et un deuxième échangeur thermique configuré pour traiter thermiquement un habitacle du véhicule. Le circuit comporte une ligne haute pression qui comprend une première portion s’étendant entre une sortie du premier dispositif de compression et l’entrée de l’échangeur de chaleur principal et qui comprend une deuxième portion s’étendant entre une sortie du deuxième dispositif de compression et l’entrée de l’échangeur de chaleur principal. La première portion est d’une première longueur et la deuxième portion est d’une deuxième longueur. Une première distance sépare la sortie du premier dispositif de compression du point de convergence et une deuxième distance sépare la sortie du deuxième dispositif de compression du point de convergence.
Selon la présente invention, la première distance est supérieure à la moitié de la première longueur et la deuxième distance est supérieure à la moitié de la deuxième longueur.
Le circuit comprend avantageusement l’une quelconque au moins des caractéristiques techniques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le point de convergence est plus proche de l’entrée de fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal que de l’une quelconque des sorties des dispositifs de compression,
- on comprend qu’une telle proximité minimise des pertes de charge que subit le fluide réfrigérant entre les dispositifs de compression et l’échangeur de chaleur principal,
- on comprend en effet que moins une partie commune des canalisations entre le premier dispositif de compression et l’échangeur de chaleur principal d’une part, et entre le deuxième dispositif de compression et l’échangeur de chaleur principal d’autre part est importante, moins ces pertes de charge sont importantes,
- on comprend que la partie commune présente une longueur qui est la plus réduite possible,
- la présente invention propose donc de rendre la plus petite possible cette partie commune, voire à la rendre inexistante dans un de ces modes de réalisation,
- le point de divergence est la zone du circuit où la branche principale se sépare en deux, en formant la première branche et la deuxième branche,
- le point de convergence est par exemple la zone du circuit où la première branche et la deuxième branche se joignent, pour former la branche principale. Le point de convergence est par exemple encore la zone du circuit où le fluide réfrigérant en provenance du premier dispositif de compression et le fluide réfrigérant en provenance du deuxième dispositif de compression se mélangent,
- le deuxième dispositif de compression est indépendant du premier dispositif de compression en ce sens que l’un des dispositifs de compression peut être actif alors que l’autre dispositif de compression est inactif, ou encore simultanément tourner à des vitesses de rotation différentes,
- le fluide réfrigérant est par exemple un fluide sous-critique, tel que celui connu sous la référence R134A ou R1234YF. Alternativement, le fluide réfrigérant peut être super critique, tel que le dioxyde de carbone dont la référence est R744. Le circuit de fluide réfrigérant selon l’invention est un circuit fermé qui met en œuvre un cycle thermodynamique, - le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression sont par exemple des compresseurs, et l’invention trouve une application toute particulière lorsque le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression sont des compresseurs électriques à cylindrée fixe et à vitesse variable. Il est ainsi possible de contrôler la puissance thermique du circuit selon l’invention,
- la première branche est ménagée en parallèle de la deuxième branche, vu du fluide réfrigérant,
- l’échangeur de chaleur principal peut être installé en face avant du véhicule. Cet échangeur de chaleur principal peut ainsi être utilisé comme condenseur, ou refroidisseur de gaz dans le cas d’un fluide super-critique, ou comme évaporateur quand le circuit fonctionne en pompe à chaleur,
- le premier échangeur thermique est configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique du véhicule. Le premier échangeur thermique échange des calories entre le fluide réfrigérant et le dispositif de stockage électrique du véhicule, soit directement, c’est-à-dire par convection entre le premier échangeur et le dispositif de stockage électrique, soit indirectement via une boucle de fluide caloporteur, cette dernière étant destinée à transporter les calories du dispositif de stockage électrique vers le premier échangeur thermique. On comprend donc que le refroidissement du dispositif de stockage électrique peut être indirect. De manière alternative, le premier échangeur thermique peut être au contact du dispositif de stockage électrique. Dans un tel cas, le refroidissement du dispositif de stockage électrique est direct.
- le circuit selon l’invention peut comprendre un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé dans la portion de la deuxième branche située entre le deuxième échangeur thermique et le deuxième dispositif de compression,
- la première distance est supérieure aux trois-quarts de la première longueur et la deuxième distance est supérieure aux trois-quarts de la deuxième longueur,
- la première distance est supérieure à 90% de la première longueur et en ce que la deuxième distance est supérieure à 90% de la deuxième longueur,
- la première portion et la deuxième portion comprennent une partie commune qui s’étend entre le point de convergence et une entrée unique de fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal, - la première portion comprend une première partie qui s’étend entre la sortie du premier dispositif de compression et le point de convergence, et la deuxième portion comprend une deuxième partie qui s’étend entre la deuxième sortie du deuxième dispositif de compression et le point de convergence,
- le circuit comprend un élément de circuit agencé en « Y » dont le pied est constitué de la partie commune et les bras sont constitués de la première partie et de la deuxième partie,
- l’élément de circuit relie le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression à l’échangeur de chaleur principal,
- la première partie présente une première section de passage, la deuxième partie présente une deuxième section de passage et la partie commune présente une troisième section de passage, la troisième section de passage étant supérieure ou égale à la somme de la première section de passage et de la deuxième section de passage,
- la première section de passage, la deuxième section de passage et la troisième section de passage correspondent à une surface offerte respectivement par la première partie, la deuxième partie et la partie commune au fluide réfrigérant pour s’écouler, ces surfaces étant prises orthogonalement au flux de fluide réfrigérant à l’intérieur de ces parties.
- la première longueur est égale à la première distance et en ce que la deuxième longueur est égale à la deuxième distance,
- on comprend que dans ce dernier mode de réalisation, la partie commune est inexistante,
- l’échangeur de chaleur principal comprend une première entrée en communication fluidique avec la première portion et une deuxième entrée en communication fluidique avec la deuxième portion,
- le point de convergence comprend la première entrée et la deuxième entrée,
- le point de convergence est logé à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal et plus particulièrement en aval de la première entrée et de la deuxième entrée selon un sens d’écoulement du fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal,
- la première portion et la deuxième portion ne comporte pas de point commun et forment des portions de circuit parallèles l’une à l’autre,
- au moins une conduite relie une portion de première branche située entre le premier échangeur thermique et le premier dispositif de compression à une portion de deuxième branche située entre le deuxième échangeur thermique et le deuxième dispositif de compression,
- la conduite comprend au moins un moyen de contrôle de la circulation du fluide réfrigérant au sein de la conduite,
- le moyen de contrôle de la circulation du fluide réfrigérant au sein de la conduite comprend au moins un dispositif de détente du fluide réfrigérant,
- le moyen de contrôle de la circulation du fluide réfrigérant au sein de la conduite comprend un premier clapet anti-retour,
- le circuit comprend une première canalisation disposée en parallèle de la conduite,
- la première canalisation comprend un deuxième clapet anti-retour.
La présente invention a aussi pour objet un procédé de contrôle de la température d’un dispositif de stockage électrique d’un véhicule automobile, mettant en œuvre un tel circuit de fluide réfrigérant, procédé au cours duquel on active simultanément le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression pendant une charge rapide du dispositif de stockage électrique.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
La figure 1 est une vue schématique du circuit selon l’invention, dans un premier mode de réalisation,
La figure 2 est une vue schématique du circuit selon l’invention, dans un deuxième mode de réalisation,
La figure 3 est une vue schématique de détail du circuit illustré sur la figure 1,
La figure 4 est une vue schématique de détail du circuit illustré sur la figure 2.
Il faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention, le cas échéant. Ces figures sont des représentations schématiques qui illustrent comment est réalisé le circuit, ce qui le compose et comment le fluide réfrigérant circule en son sein. En particulier, le circuit selon l’invention comprend principalement deux dispositifs de compression du fluide réfrigérant, des échangeurs de chaleurs, des organes de détentes, des canalisations reliant chacun de ces composants, et optionnellement des vannes ou clapet. Le circuit peut également être placé sous la dépendance d’un contrôleur qui agit sur certains de ces composants.
Les termes amont et aval employés dans la description qui suit se réfèrent au sens de circulation du fluide considéré, c’est-à-dire le fluide réfrigérant, un flux d’air intérieur envoyé vers un habitacle du véhicule ou un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule. Le fluide réfrigérant FR est symbolisé par une flèche qui illustre le sens de circulation de ce dernier dans la canalisation considérée. Les traits pleins illustrent une portion de circuit où le fluide réfrigérant circule, tandis que les traits pointillés montrent une absence de circulation du fluide réfrigérant.
Les figures 1 et 2 montrent ainsi un circuit 1 à l’intérieur duquel un fluide réfrigérant FR circule. Ce circuit 1 est une boucle fermée où le fluide réfrigérant FR est mis en circulation par un premier dispositif de compression 9 et/ou par un deuxième dispositif de compression 13. On notera que ces dispositifs de compression 9, 13 peuvent prendre la forme d’un compresseur électrique, c’est-à-dire un compresseur qui comprend un mécanisme de compression, un moteur électrique et éventuellement un contrôleur. Le mécanisme de rotation est mis en rotation par le moteur électrique dont la vitesse de rotation est placée sous la dépendance du contrôleur, celui-ci pouvant être externe ou interne au dispositif de compression concerné.
Le circuit 1 comprend une branche principale 2, une première branche 4 et une deuxième branche 5 qui sont en série de la branche principale 2, de sorte à former un circuit fermé où un cycle thermodynamique prend place.
La première branche 4 et la deuxième branche 5 se séparent à un point de divergence 6 et se rejoignent à un point de convergence 7. Entre ces deux points, la première branche 4 et la deuxième branche 5 sont en parallèle, vu du fluide réfrigérant FR.
La branche principale 2 comprend un échangeur de chaleur principal 3. Ce dernier est destiné à être traversé par le fluide réfrigérant FR et par un flux d’air extérieur Fl. Cet échangeur de chaleur principal 3 est le siège d’un échange de calories entre le fluide réfrigérant FR et ce flux d’air extérieur Fl et il peut notamment être utilisé comme condenseur. Cet échangeur de chaleur principal 3 peut être installé en face avant du véhicule équipé du circuit 1 selon l’invention et il est dans cette situation traversé par le flux d’air extérieur Fl à l’habitacle du véhicule. La première branche 4 débute au point de divergence 6 et se termine au point de convergence 7, et comprend successivement et selon le sens de circulation du fluide réfrigérant FR dans la première branche 4 un premier organe de détente 8, un premier échangeur thermique 10 et le premier dispositif de compression 9 du fluide réfrigérant FR. Le premier échangeur thermique 10 est ainsi interposé entre une sortie du premier organe de détente 29 et une entrée du premier dispositif de compression 30.
Ce premier échangeur thermique 10 est spécifiquement dédié au traitement thermique d’un dispositif de stockage électrique 11, dont la fonction est de fournir une énergie électrique à un ou plusieurs moteurs électriques qui mettent en mouvement le véhicule. Un tel dispositif de stockage électrique 11 accumule ou restitue cette énergie électrique en vue de mettre en mouvement le véhicule automobile, via le moteur électrique dédié. Il s’agit par exemple d’un pack de batteries regroupant plusieurs cellules électriques qui stockent le courant électrique.
Le premier échangeur thermique 10 échange directement des calories avec le dispositif de stockage électrique 11, par convection ou par conduction. On parle ici de traitement thermique direct du dispositif de stockage électrique 11.
Selon une autre alternative, le premier échangeur thermique 10 est associé thermiquement au dispositif de stockage électrique 11 via une boucle de fluide caloporteur. On parle alors de traitement thermique indirect du dispositif de stockage électrique 11. Le fluide caloporteur capte ainsi les calories au niveau du dispositif de stockage électrique 11 et les transporte vers le premier échangeur thermique 10.
Le premier organe de détente 8 agit sur une puissance thermique mise en œuvre par le premier échangeur thermique 10, en étant en mesure de faire varier cette puissance thermique de la puissance maximale du premier échangeur de chaleur 10 à toutes puissances thermiques inférieures à cette puissance maximale, notamment en réduisant la section de passage du fluide réfrigérant dans le premier organe de détente 8. Le premier organe de détente 8 est indifféremment un détendeur thermostatique, un détendeur électronisé, un orifice tube ou analogue.
L’entrée du premier dispositif de compression 30 est raccordée à une sortie du premier échangeur thermique 32. Une sortie du premier dispositif de compression 31 est quant à elle raccordée au point de convergence 7. La première branche 4 du circuit 1 comprend également une portion de première branche 33 qui s’étend entre le premier échangeur thermique 10, plus particulièrement la sortie du premier échangeur thermique 32, et le premier dispositif de compression 9, notamment l’entrée du premier dispositif de compression 30.
La deuxième branche 5 débute au point de divergence 6 et se termine au point de convergence 7, et comprend successivement et selon le sens de circulation du fluide réfrigérant FR dans la deuxième branche 5 un deuxième organe de détente 12, un deuxième échangeur thermique 14, un dispositif d’accumulation 36 de fluide réfrigérant et le deuxième dispositif de compression 13 du fluide réfrigérant FR. Le deuxième échangeur thermique 14 et le dispositif d’accumulation 36 sont ainsi interposés entre une sortie du deuxième organe de détente 34 et une entrée du deuxième dispositif de compression 35, le deuxième échangeur thermique 14 étant disposé en amont du dispositif d’accumulation 36, vu du fluide réfrigérant FR. Le dispositif d’accumulation 36 peut prendre la forme d’un accumulateur, où la phase liquide contenue dans le fluide réfrigérant FR s’accumule dans l’accumulateur, et où la phase gazeuse de ce même fluide réfrigérant FR est aspirée par le deuxième dispositif de compression 13. Alternativement, le dispositif d’accumulation 36 peut être une bouteille déshydratante qui peut avantageusement être intégrée à l’échangeur de chaleur principal 3.
Le deuxième échangeur thermique 14 est destiné à traiter thermiquement un flux d’air intérieur F2 qui est envoyé à l’intérieur de l’habitacle du véhicule. Le deuxième échangeur thermique 14 peut être installé à l’intérieur d’une installation 28 de ventilation, chauffage et/ou climatisation qui coopère avec le circuit 1, pour former un système de traitement thermique du véhicule automobile. Ce deuxième échangeur thermique 14 peut alors être utilisé en tant qu’évaporateur pour refroidir le flux d’air intérieur F2 qui est envoyé dans l’habitacle du véhicule.
Le deuxième organe de détente 12 agit sur une puissance thermique mise en œuvre par le deuxième échangeur thermique 14, en étant en mesure de faire varier cette puissance thermique pour plus ou moins refroidir le flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle.
Le deuxième organe de détente 12 est indifféremment un détendeur thermostatique, un détendeur électronisé, un orifice tube ou analogue.
L’entrée du deuxième dispositif de compression 35 est raccordée à une sortie du dispositif d’accumulation 37. Le deuxième dispositif de compression 13 comprend aussi une sortie du deuxième dispositif de compression 38 qui est raccordée au point de convergence 7.
La deuxième branche 5 du circuit 1 comprend également une portion de deuxième branche 39 qui s’étend entre le deuxième échangeur thermique 14, plus particulièrement une sortie de deuxième échangeur thermique 40, et le deuxième dispositif de compression 13, notamment l’entrée du deuxième dispositif de compression 35. Le dispositif d’accumulation 36 peut être disposé dans cette portion de deuxième branche 39.
Un tel circuit 1 comprend une ligne haute pression 200 qui s’étend entre d’une part la sortie du premier dispositif de compression 31 et la sortie du deuxième dispositif de compression 38 et d’autre part une entrée du premier organe de détente 51 et une entrée du deuxième organe de détente 52. A l’intérieur de la ligne haute pression 200, le fluide réfrigérant FR est soumis à une haute pression en raison de sa compression à l’intérieur des dispositifs de compression 9, 13.
Plus particulièrement, la ligne haute pression 200 comporte une première portion 201 qui s’étend entre la sortie du premier dispositif de compression 31 et une entrée de l’échangeur de chaleur principal 100, 101, 102. La première portion 201 est d’une première longueur XI mesurée entre la sortie du premier dispositif de compression 31 et l’entrée de l’échangeur de chaleur principal 100, 101, 102.
Plus particulièrement encore, la ligne haute pression 200 comporte une deuxième portion 202 qui s’étend entre la sortie du deuxième dispositif de compression 38 et l’entrée de l’échangeur de chaleur principal 100, 101, 102. La deuxième portion 202 est d’une deuxième longueur X2 mesurée entre la sortie du deuxième dispositif de compression 38 et l’entrée de l’échangeur de chaleur principal 100, 101, 102.
Par ailleurs, une première distance Y1 sépare la sortie du premier dispositif de compression 31 du point de convergence 7 et une deuxième distance Y2 sépare la sortie du deuxième dispositif de compression 38 du point de convergence 7.
La présente invention propose avantageusement que la première distance Y 1 soit supérieure à la moitié de la première longueur XI et en ce que la deuxième distance Y2 soit supérieure à la moitié de la deuxième longueur X2.
On comprend que le point de convergence 7 est plus proche de l’entrée 100, 101, 102 de fluide réfrigérant FR à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal 3 que de la sortie du premier dispositif de compression 31 et/ou de la sortie du deuxième dispositif de compression 38.
Une telle proximité permet de minimiser des pertes de charge que subit le fluide réfrigérant FR entre les dispositifs de compression 9, 13 et l’échangeur de chaleur principal 3, et de maintenir une pression à l’intérieur de la première portion 201 et de la deuxième portion 202 inférieure à une pression-seuil, typiquement de l’ordre de 27 bars. On comprend que moins une partie commune des canalisations entre le premier dispositif de compression 9 et l’échangeur de chaleur principal 3 d’une part, et entre le deuxième dispositif de compression 13 et l’échangeur de chaleur principal 3 d’autre part est importante, moins ces pertes de charge sont importantes. Il en résulte que la partie commune aux deux portions 201, 202 présente une longueur qui est la plus réduite possible. La présente invention propose donc de rendre la plus petite possible cette partie commune, voire de la rendre inexistante dans une de ces variantes de réalisation. Ainsi, les pertes de charges sont réduites. Le risque d’avoir à réduire la capacité de la boucle frigorifique en raison d’une valeur trop élevée de la haute pression en sortie d’un des deux compresseurs est ainsi réduit. La performance de refroidissement est ainsi améliorée.
Selon une première variante de réalisation illustrée sur les figures 1 et 3, la première distance Y1 est préférentiellement supérieure aux trois-quarts de la première longueur XI et la deuxième distance Y2 est préférentiellement supérieure aux trois-quarts de la deuxième longueur X2.
De préférence encore, la première distance Y 1 est supérieure à 90% de la première longueur XI et la deuxième distance Y2 est supérieure à 90% de la deuxième longueur X2.
Selon cette variante, la première portion 201 et la deuxième portion 202 comprennent une partie commune 300 qui s’étend entre le point de convergence 7 et une entrée unique 100 de fluide réfrigérant FR à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal 3. Une troisième distance Y3 sépare le point de convergence 7 et l’entrée unique 100 de fluide réfrigérant FR à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal 3. La partie commune 300 est donc d’une longueur équivalente à cette troisième distance Y3, qui est non-nulle selon cette variante, mais qui est la plus réduite possible pour minimiser les pertes de charge. La présente invention propose ainsi que la partie commune 300 soit la moins longue possible de manière à ce que les pertes de charge soient minimisées et de manière à ce que la pression régnant à l’intérieur de la partie commune demeure inférieure à la pression-seuil.
On note que selon cette variante, la première longueur XI est égale à la somme de la première distance Y1 et de la troisième distance Y3. On note aussi que selon cette variante, la deuxième longueur X2 est égale à la somme de la deuxième distance Y2 et de la troisième distance Y3.
La première portion 201 comprend une première partie 301 qui s’étend entre la sortie du premier dispositif de compression 31 et le point de convergence 7. La première partie 301 est d’une longueur correspondant à la première distance Yl. La deuxième portion 202 comprend une deuxième partie 302 qui s’étend entre la deuxième sortie du deuxième dispositif de compression 38 et le point de convergence 7. La deuxième partie 302 est d’une longueur correspondant à la deuxième distance Y2
On comprend que le circuit 1 comprend un élément de circuit 400 agencé en « Y » dont le pied est constitué de la partie commune 300 et les bras sont constitués de la première partie 301 et de la deuxième partie 302. L’élément de circuit 400 relie le premier dispositif de compression 9 et le deuxième dispositif de compression 13 à l’échangeur de chaleur principal 3.
Selon cette variante, la première partie 301 présentant une première section de passage SI, la deuxième partie 302 présentant une deuxième section de passage S2 et la partie commune 300 présentant une troisième section de passage S3, la troisième section de passage S3 est avantageusement supérieure ou égale à la somme de la première section de passage SI et de la deuxième section de passage S2, pour diminuer des pertes de charge que le fluide réfrigérant FR est susceptible de subir à l’intérieur de la partie commune 300. La première section de passage SI, la deuxième section de passage S2 et la troisième section de passage S3 sont définies comme étant une surface offerte respectivement par la première partie 301, la deuxième partie 302 et la partie commune 300 au fluide réfrigérant FR pour s’écouler à l’intérieur de ces parties 300, 301, 302, ces surfaces étant prises orthogonalement au flux de fluide réfrigérant FR à l’intérieur de ces parties 300, 301, 302.
Selon une deuxième variante de réalisation illustrée sur les figures 2 et 4, la première longueur XI est égale à la première distance Yl et la deuxième longueur X2 est égale à la deuxième distance Y2. Autrement dit, la distance qui sépare la sortie de l’un quelconque des dispositifs de compression 9, 13 est égale à la distance qui sépare cette sortie du dispositif de compression 9, 13 de l’entrée de l’échangeur de chaleur principal 100, 101, 102.
Dans ce cas-là, la première portion 201 et la deuxième portion 202 ne comprennent aucune partie commune et sont agencées en deux lignes parallèles et indépendantes, la première portion 201 reliant la sortie du premier dispositif de compression 31 à une première entrée 101 de l’échangeur de chaleur principal 3, et la deuxième portion 202 reliant la sortie du deuxième dispositif de compression 38 à une deuxième entrée 102 de l’échangeur de chaleur principal 3.
Dans cette configuration le point de convergence 7 est situé en aval de la première entrée 101 et de la deuxième entrée 102, le point de convergence 7 étant le point du circuit 1 où le fluide réfrigérant FR en provenance du premier dispositif de compression 9 et le fluide réfrigérant FR en provenance du deuxième dispositif de compression 13 se mélangent l’un à l’autre. On comprend que selon cette variante le point de convergence 7 est susceptible d’être logé à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal 3.
Selon un autre aspect de l’invention visible sur les figures 1 et 2, le circuit 1 comprend au moins une conduite 15 qui relie fluidiquement la portion de première branche 33 à la portion de deuxième branche 39. Une telle conduite 15 permet de mettre en communication la première branche 4 et la deuxième branche 5, offrant ainsi la possibilité de mutualiser l’utilisation des deux dispositifs de compression 9, 13 quand le véhicule est en situation de charge rapide et quand les occupants de ce véhicule demandent aussi un refroidissement de l’air envoyé dans l’habitacle.
La conduite 15 est ainsi raccordée à un premier point 41 situé dans la portion de première branche 33 et à un deuxième point 42 situé dans la portion de deuxième branche 39.
La circulation du fluide réfrigérant FR dans la conduite 15 peut être contrôlée. C’est ainsi que la conduite 15 peut comprendre un moyen de contrôle 16 de la circulation du fluide réfrigérant FR au sein de la conduite 15. Ce moyen de contrôle 16 peut comprendre ou être constitué par un dispositif de détente 17, dont la fonction est soit de fermer la conduite 15, soit de l’ouvrir totalement, soit de mettre en œuvre une perte de charge de manière à générer une détente du fluide réfrigérant FR.
De manière cumulative, le moyen de contrôle 16 de la circulation du fluide réfrigérant FR au sein de la conduite 15 peut comprendre un premier clapet anti-retour 18. Ce dernier autorise ainsi une circulation du fluide réfrigérant FR de la portion de première branche 33 vers la portion de deuxième branche 39, et interdit une telle circulation en sens inverse, c’est-à-dire depuis la portion de deuxième branche 39 et vers la portion de première branche 33. Le circuit 1 peut également comporter une première canalisation 19 disposée en parallèle de la conduite 15, vu du fluide réfrigérant FR. La première canalisation 19 s’étend ainsi de la portion de deuxième branche 39 à la portion de première branche 33. La première canalisation 19 s’étend entre un troisième point 43 situé dans la portion de deuxième branche 39 et le premier point 4L
La première canalisation 19 peut comprendre un deuxième clapet anti-retour 20. Ce dernier autorise ainsi une circulation du fluide réfrigérant FR de la portion de deuxième branche 39 vers la portion de première branche 33, et interdit une telle circulation en sens inverse, c’est-à-dire depuis la portion de première branche 33 et vers la portion de deuxième branche 39.
Le circuit 1 est susceptible d’être utilisé en mode de refroidissement simultané du dispositif de stockage électrique 11 et de l’habitacle. C’est notamment le cas d’une charge rapide imposée au dispositif de stockage électrique 11, alors que les occupants restent dans le véhicule pendant le temps de cette charge rapide.
Dans un tel mode, les deux dispositifs de compression 9, 13 sont en fonctionnement et compriment le fluide réfrigérant FR. Ces deux dispositifs de compression 9, 13 ainsi mutualisés permettent de délivrer la puissance frigorifique nécessaire au refroidissement de l’habitacle et du dispositif de stockage électrique 11, sans causer de nuisance acoustique, par exemple. L’échangeur de chaleur principal 3 décharge les calories du fluide réfrigérant FR dans le flux d’air extérieur Fl. Le fluide réfrigérant FR circule ensuite à la fois dans la première branche 4 et dans la deuxième branche 5.
Le premier organe de détente 8 réalise une détente du fluide réfrigérant FR et le premier échangeur thermique 10 refroidit le dispositif de stockage thermique 11. Le fluide réfrigérant FR est aspiré par le premier dispositif de compression 9. Du côté de la deuxième branche 5, le deuxième organe de détente 12 réalise une détente du fluide réfrigérant FR et le deuxième échangeur thermique 14 refroidit le flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle. Le fluide réfrigérant FR qui sort du deuxième échangeur thermique 14 est alors aspiré par le deuxième dispositif de compression 13, après être passé par le dispositif d’accumulation 36.
Dans ce mode de refroidissement simultané de l’habitacle et du dispositif de stockage thermique 11, la conduite 15 peut être parcourue par une partie du fluide réfrigérant FR qui sort du premier échangeur thermique 10, cette partie venant rejoindre la portion 39 de la deuxième branche 5. Le deuxième dispositif de compression 13 comprime ainsi une quantité de fluide réfrigérant FR qui correspond à la somme du fluide réfrigérant qui sort du deuxième échangeur thermique 14 avec la partie de fluide réfrigérant qui parcourt la conduite 15.
Le dispositif de détente 17 réalise une détente qui gère le débit du fluide réfrigérant qui est dirigée vers le premier dispositif de compression 9 par rapport à la partie de fluide réfrigérant qui circule dans la conduite 15. Une telle organisation permet de soulager le travail du premier dispositif de compression 9 en envoyant une partie du fluide réfrigérant qui a refroidi le dispositif de stockage électrique 11 vers le deuxième dispositif de compression 13. Une telle organisation permet de réduire la taille du premier dispositif de compression 9 et/ou de réduire sa vitesse de rotation. Une réduction de la vitesse de rotation du premier dispositif de compression 9 permet ainsi de réduire le bruit généré. Autrement dit, le confort acoustique est amélioré.
On comprend que d’autres modes de fonctionnement sont susceptibles d’être appliqués au circuit 1 de la présente invention dont les caractéristiques principales sont illustrées sur les figures 3 et 4, l’architecture du circuit 1 étant de surcroît susceptible d’être plus complexe que ceux illustrés sur les figures 1 et 2.
On note avantageusement qu’un procédé de contrôle de la température du dispositif de stockage électrique 11, mettant en œuvre un tel circuit 1 de fluide réfrigérant FR est un procédé au cours duquel on active simultanément le premier dispositif de compression 9 et le deuxième dispositif de compression 13 pendant une charge rapide du dispositif de stockage électrique 11.
On comprend de ce qui précède que la présente invention permet ainsi d’assurer simplement, à coûts optimisés, sans excès de consommation et à un niveau sonore réduit, le traitement thermique, par chauffage ou refroidissement, d’un dispositif de stockage électrique, tel qu’une batterie ou un pack de batteries, configuré pour fournir une énergie électrique à un moteur électrique d’entraînement du véhicule, ainsi que le traitement thermique d’un habitacle, par chauffage ou refroidissement d’un flux d’air intérieur envoyé dans l’habitacle.
L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tous moyens ou configurations équivalentes et à toute combinaison techniquement opérant de tels moyens. En particulier, l’architecture du circuit de fluide réfrigérant peut être modifiée sans nuire à l’invention dans la mesure où il remplit les fonctionnalités décrites dans le présent document.

Claims

REVENDICATIONS
1. Circuit (1) pour véhicule automobile configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant (FR), le circuit (1) comprenant au moins une branche principale (2) comprenant au moins un échangeur de chaleur principal (3) comportant au moins une entrée (100 ; 101, 102) de fluide réfrigérant (FR), ainsi qu’une première branche (4) et une deuxième branche (5) qui s’étendent entre un point de divergence (6) et un point de convergence (7) et qui sont toutes deux disposées en série de la branche principale (2), la première branche (4) comprenant au moins un premier dispositif de compression (9), un premier organe de détente (8) et un premier échangeur thermique (10) configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique (11) du véhicule, la deuxième branche (5) comprenant au moins un deuxième dispositif de compression (13), un deuxième organe de détente (12) et un deuxième échangeur thermique (14) configuré pour traiter thermiquement un habitacle du véhicule, le circuit (1) comportant une ligne haute pression (200) qui comprend une première portion (201) s’étendant entre une sortie du premier dispositif de compression (31) et l’entrée (100 ; 101, 102) de l’échangeur de chaleur principal (3) et qui comprend une deuxième portion (202) s’étendant entre une sortie du deuxième dispositif de compression (38) et l’entrée (100 ; 101, 102) de l’échangeur de chaleur principal (3), la première portion (201) étant d’une première longueur (XI) et la deuxième portion (202) étant d’une deuxième longueur (X2), une première distance (Yl) séparant la sortie du premier dispositif de compression (31) du point de convergence (7) et une deuxième distance (Y2) séparant la sortie du deuxième dispositif de compression (38) du point de convergence (7), caractérisé en que la première distance (Yl) est supérieure à la moitié de la première longueur (XI) et en ce que la deuxième distance (Y2) est supérieure à la moitié de la deuxième longueur (X2).
2. Circuit (1) selon la revendication 1, dans lequel la première distance (Yl) est supérieure aux trois-quarts de la première longueur (XI) et en ce que la deuxième distance (Y2) est supérieure aux trois-quarts de la deuxième longueur (X2).
3. Circuit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première distance (Yl) est supérieure à 90% de la première longueur (XI) et en ce que la deuxième distance (Y2) est supérieure à 90% de la deuxième longueur (X2).
4. Circuit l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première portion (201) et la deuxième portion (202) comprennent une partie commune (300) qui s’étend entre le point de convergence (7) et une entrée unique (100) de fluide réfrigérant (FR) à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal (3).
5. Circuit selon la revendication 4, dans lequel la première portion (201) comprend une première partie (301) qui s’étend entre la sortie du premier dispositif de compression (31) et le point de convergence (7), et la deuxième portion (202) comprend une deuxième partie (302) qui s’étend entre la deuxième sortie du deuxième dispositif de compression (38) et le point de convergence (7).
6. Circuit selon la revendication 5, dans lequel la première partie (301) présente une première section de passage (SI), la deuxième partie (302) présente une deuxième section de passage (S2) et la partie commune (300) présente une troisième section de passage (S3), la troisième section de passage (S3) étant supérieure ou égale à la somme de la première section de passage (SI) et de la deuxième section de passage (S2).
7. Circuit (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première longueur (XI) est égale à la première distance (Yl) et en ce que la deuxième longueur (X2) est égale à la deuxième distance (Y2).
8. Circuit (1) selon la revendication 7, dans lequel l’échangeur de chaleur principal (3) comprend une première entrée (101) en communication fluidique avec la première portion (201) et une deuxième entrée (102) en communication fluidique avec la deuxième portion (202).
9. Circuit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une conduite (15) relie une portion de première branche (33) située entre le premier échangeur thermique (10) et le premier dispositif de compression (9) à une portion de deuxième branche (39) située entre le deuxième échangeur thermique (14) et le deuxième dispositif de compression (13).
10. Procédé de contrôle de la température d’un dispositif de stockage électrique (11) d’un véhicule automobile, mettant en œuvre un circuit (1) de fluide réfrigérant selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, procédé au cours duquel on active simultanément le premier dispositif de compression (9) et le deuxième dispositif de compression (13) pendant une charge rapide du dispositif de stockage électrique (11).
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