EP4308392A1 - Système de conditionnement thermique - Google Patents

Système de conditionnement thermique

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Publication number
EP4308392A1
EP4308392A1 EP22712592.9A EP22712592A EP4308392A1 EP 4308392 A1 EP4308392 A1 EP 4308392A1 EP 22712592 A EP22712592 A EP 22712592A EP 4308392 A1 EP4308392 A1 EP 4308392A1
Authority
EP
European Patent Office
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loop
heat
fluid
exchanger
heat transfer
Prior art date
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Pending
Application number
EP22712592.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Mohamed Yahia
Bertrand Nicolas
Stefan Karl
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 EP4308392A1 publication Critical patent/EP4308392A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal conditioning systems.
  • a possible application for such systems is to ensure thermal conditioning of a motor vehicle.
  • Thermal regulation of various parts of the vehicle can thus be ensured.
  • These various components can be, for example, the passenger compartment of the vehicle, or an electrical energy storage battery, in the case of an electrically powered vehicle.
  • Heat exchanges are mainly managed by the compression and expansion of a refrigerant fluid that can circulate in several heat exchangers.
  • Thermal conditioning systems commonly use a refrigerant loop and a coolant loop exchanging heat with the refrigerant. Such systems are thus called indirect.
  • Patent EP2933586 B1 is an example.
  • the refrigerant loop is formed so that the refrigerant transfers heat to the liquid heat transfer fluid in a two-fluid exchanger, then passes through a heat exchanger located in the passenger compartment, also called an evaporator. This exchanger cools the passenger compartment.
  • the heating of the passenger compartment is ensured in particular by a heating radiator which dissipates the heat of the coolant in the flow of air sent to the passenger compartment.
  • the different heat exchangers are conventionally distributed in different locations of the vehicle. Some exchangers are arranged in the passenger compartment of the vehicle. Other exchangers are arranged under the bonnet, close to the front face of the vehicle.
  • the various components must be connected by pipes allowing the circulation of the refrigerant fluid and the heat transfer fluid. The integration of all of these components can be difficult, due to their size. Furthermore, the presence in the passenger compartment of components containing refrigerant may be prohibited. This is the case, for example, when the refrigerant fluid used is likely to be toxic for the occupants in the event of a leak, or even when the refrigerant fluid is flammable.
  • thermal conditioning systems that are easier to integrate, allowing the use of any type of refrigerant fluid, and offering better thermodynamic performance.
  • the present invention proposes a thermal conditioning system, comprising:
  • refrigerant fluid circuit comprising a main refrigerant circulation loop comprising successively in a direction of circulation of the refrigerant fluid:
  • a first two-fluid heat exchanger arranged jointly on the refrigerant circuit and on a first loop of the heat transfer liquid circuit so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid of the first loop
  • a second two-fluid heat exchanger arranged jointly on the refrigerant circuit and on a second loop of the heat transfer liquid circuit so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid of the second loop
  • a third two-fluid heat exchanger arranged jointly on the refrigerant circuit and on a third loop of the heat transfer liquid circuit so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid of the third loop
  • the first loop of heat transfer liquid comprises a first heat exchanger configured to exchange heat with a first flow of air
  • the second loop of heat transfer liquid comprises a second heat exchanger configured to exchange heat with a second flow of air
  • the third heat transfer liquid loop includes a third heat exchanger configured to exchange heat with the first stream of air
  • the first loop of heat transfer liquid comprises a fourth heat exchanger configured to exchange heat with the second flow of air.
  • the first air flow can be thermally conditioned thanks to the first exchanger and the third exchanger, in which the heat transfer liquid circulates. There is therefore no risk of the first air flow containing refrigerant fluid, even in the event of a leak in the circuit.
  • the structure proposed for the thermal conditioning system with two two-fluid exchangers in series in the direction of the circulation of the refrigerant fluid, with each two-fluid exchanger being coupled to an exchanger capable of absorbing or dissipating heat in the second flow of air, allows multiple modes of operation to optimize performance depending on the operating conditions.
  • the proposed structure is particularly simple for the coolant fluid circulation lines, which makes it possible to obtain a particularly compact coolant fluid circuit, using a small quantity of coolant fluid.
  • the thermal conditioning system is a thermal conditioning system for a vehicle automobile.
  • the first loop of the coolant circuit comprises a main loop and an auxiliary loop.
  • the second heat exchanger is arranged upstream of the fourth heat exchanger in a flow direction of the second air flow.
  • the third heat exchanger is arranged upstream of the first heat exchanger in a direction of flow of the first air flow.
  • the first airflow is an airflow inside a passenger compartment of a motor vehicle.
  • the second airflow is an airflow outside a passenger compartment of the vehicle.
  • the refrigerant circuit comprises a first bypass branch connecting a first connection point arranged on the main loop downstream of the second bifluid exchanger and upstream of the third bifluid exchanger to a second connection point arranged on the main loop in downstream of the third dual-fluid exchanger and upstream of the compression device, the first bypass branch comprising a fourth dual-fluid exchanger configured to exchange heat with a fourth loop of coolant liquid.
  • the first expansion device is arranged on the main refrigerant loop downstream of the first connection point and upstream of the third two-fluid heat exchanger.
  • the first bypass branch comprises a second expansion device arranged upstream of the fourth two-fluid heat exchanger.
  • the fourth two-fluid heat exchanger is configured to be thermally coupled with a first element of an electric traction chain of the vehicle.
  • the first element of the vehicle's electric powertrain is configured to exchange heat with the coolant circulating in the fourth loop of coolant.
  • the first element of the vehicle's electric powertrain is an electrical energy storage battery.
  • the refrigerant circuit comprises a second bypass branch connecting a third connection point arranged on the first bypass branch upstream of the fourth two-fluid heat exchanger to a fourth connection point arranged on the first branch bypass downstream of the fourth dual-fluid exchanger and upstream of the second connection point, the second bypass branch comprising a fifth dual-fluid exchanger configured to exchange heat with a fifth loop of heat transfer liquid.
  • the refrigerant circuit comprises a second bypass branch connecting a third connection point arranged on the main loop downstream of the second two-fluid heat exchanger and upstream of the upstream of the third exchanger bifluid to a fourth connection point disposed on the main loop downstream of the third bifluid exchanger and upstream of the compression device, the second bypass branch comprising a fifth bifluid exchanger configured to exchange heat with a fifth loop of heat transfer liquid.
  • the second bypass branch comprises a third expansion device arranged upstream of the fifth two-fluid exchanger.
  • the main loop comprises an expansion device arranged upstream of the first connection point and a shut-off valve arranged between the first connection point and the third two-fluid exchanger
  • the first bypass branch comprises a valve to stop arranged upstream of the fourth two-fluid exchanger
  • the second bypass branch comprises a shut-off valve arranged upstream of the fifth two-fluid exchanger.
  • the fifth two-fluid heat exchanger is configured to be thermally coupled with a second element of the vehicle's electric powertrain.
  • the second element of the vehicle's electric powertrain is configured to exchange heat with the coolant flowing in the fifth loop of coolant.
  • the second element of the vehicle's electric traction chain is an electric vehicle traction motor.
  • the second element of the vehicle's electric traction chain is an electronic module for controlling an electric traction motor of the vehicle.
  • the first heat transfer liquid loop comprises:
  • a bypass branch connecting a first connection point arranged upstream of the first dual-fluid exchanger to a second connection point disposed downstream of the first dual-fluid exchanger, the fourth heat exchanger being arranged on the bypass branch.
  • the third coolant loop and the second coolant loop are configured to be fluidly connected.
  • the coolant circuit comprises a first connection branch connecting a third connection point arranged on the second coolant loop between the second heat exchanger and the second two-fluid exchanger to a fourth connection point arranged on the third loop of coolant between the third heat exchanger and the third two-fluid exchanger.
  • the coolant circuit comprises a second connection branch connecting a fifth connection point arranged on the third coolant loop between the third two-fluid exchanger and the third heat exchanger to a sixth connection point arranged on the second loop of heat transfer liquid between the second two-fluid exchanger and the second heat exchanger.
  • the fourth coolant loop and the second coolant loop are configured to be fluidly connected.
  • the coolant circuit comprises a third connection branch connecting a seventh connection point arranged on the second coolant loop between the second heat exchanger and the third connection point to an eighth connection point arranged on the fourth coolant loop between the fourth two-fluid heat exchanger and the first element.
  • the coolant circuit comprises a fourth connection branch connecting a ninth connection point arranged on the fourth coolant loop between the first element of the traction chain and the fourth two-fluid exchanger to a tenth connection point arranged on the second heat transfer liquid loop between the sixth connection point and the second heat exchanger.
  • the fifth coolant loop and the first coolant loop are configured to be fluidly connected.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a fifth connection branch connecting an eleventh connection point arranged on the fifth liquid loop coolant upstream of the second element of the traction chain and downstream of the fifth dual-fluid exchanger at a twelfth connection point arranged on the first loop of coolant liquid downstream of the first connection point and upstream of the fourth heat exchanger.
  • the coolant circuit comprises a sixth connection branch connecting a thirteenth connection point arranged on the fifth coolant loop downstream of the fifth two-fluid exchanger and upstream of the second element of the traction chain to a fourteenth point of connection. connection arranged on the first heat transfer liquid loop downstream of the fourth heat exchanger and upstream of the second connection point.
  • the first coolant loop is configured to be separated from the second coolant loop.
  • the first heat transfer liquid loop comprises a first heat transfer liquid circulation pump.
  • the first heat transfer liquid circulation pump is arranged in a common portion of the main loop and the auxiliary loop.
  • the second heat transfer liquid loop comprises a second heat transfer liquid circulation pump.
  • the second coolant circulation pump is arranged on the second coolant loop between the seventh connection point and the third connection point.
  • the third coolant loop includes a third coolant circulation pump.
  • the third heat transfer liquid circulation pump is arranged on the third heat transfer liquid loop between the third heat exchanger and the fourth connection point.
  • the fourth coolant loop includes a fourth coolant circulation pump.
  • the fourth coolant circulation pump is arranged on the fourth coolant loop between the eighth connection point and the first element of the traction chain.
  • the fifth coolant loop includes a fifth coolant circulation pump.
  • the fifth coolant circulation pump is arranged on the fifth coolant loop between the eleventh connection point and the second element of the traction chain.
  • the first heat transfer liquid circulation loop comprises a first three-way valve arranged jointly on the main loop and on the bypass branch.
  • the second heat transfer liquid circulation loop comprises a second three-way valve arranged jointly on the first connection branch.
  • the fifth heat transfer liquid circulation loop comprises a third three-way valve arranged jointly on the fifth circulation loop and on the sixth connection branch.
  • the second coolant circulation loop has a first shut-off valve.
  • the first shut-off valve is arranged between the second heat exchanger and the seventh connection point.
  • the third connection branch has a second shut-off valve.
  • the main refrigerant loop includes a refrigerant accumulation device located downstream of the second connection point and upstream of the compression device.
  • the main loop comprises an internal heat exchanger, the internal heat exchanger comprising a first heat exchange section disposed downstream of the second two-fluid exchanger and upstream of the first connection point and a second heat exchange section arranged downstream of the accumulation device and upstream of the compression device, the heat exchanger internal heat being configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid in the first heat exchange section and the refrigerant fluid in the second heat exchange section.
  • the thermal conditioning system comprises a device configured to vary a passage section of the second air flow to the second heat exchanger.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called decoupled heating mode, the method comprising the steps:
  • the first circulation loop of the coolant circuit includes an electric heater configured to heat the coolant, the method comprising the step:
  • the electric heating device is arranged on the main loop of the first circulation loop of the coolant liquid.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called decoupled cooling mode, the method comprising the steps:
  • the fifth heat transfer liquid circulation loop and the first heat transfer liquid circulation loop are placed in communication when the temperature of the heat transfer liquid circulating in the fifth loop is greater than a predetermined threshold.
  • the invention also applies to a method of operating a thermal conditioning system as already described, in a so-called series dehumidification and accessory heating mode, in which:
  • the refrigerant circulates in the compression device where it passes to high pressure, and circulates successively in the first two-fluid exchanger, in the second two-fluid exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid of the second loop, in the first expansion device where it passes to low pressure, in the third two-fluid exchanger where it absorbs heat, the low-pressure refrigerant fluid returning to the compression device,
  • the heat transfer liquid of the second loop circulates successively in the second two-fluid exchanger where it receives heat from the refrigerant fluid, in the fourth connection branch, in the first element where it transfers heat to the first element.
  • the refrigerant circulates in the compression device where it passes at high pressure, and circulates successively in the first dual-fluid exchanger, in the second dual-fluid exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid of the second loop, in the third expansion where it passes at low pressure, in the fifth two-fluid exchanger where it absorbs heat, the low-pressure refrigerant fluid returning to the compression device,
  • the heat transfer liquid of the second loop circulates successively in the second two-fluid exchanger where it receives heat from the refrigerant fluid, in the fourth connection branch, in the first element where it transfers heat to the first element,
  • the heat transfer liquid of the fifth loop circulates successively in the second element by absorbing heat and in the fifth two-fluid exchanger where it yields heat to the refrigerant fluid.
  • the flow rate of the first air flow is zero.
  • 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 second embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a first variant of the second embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a second variant of the second embodiment of the invention
  • FIG. 5 is a block diagram of a method of operating a thermal conditioning system according to the invention.
  • FIG. 6 is a schematic view of the thermal conditioning system according to the second embodiment, operating according to a first operating mode, called decoupled heating mode,
  • FIG. 7 is a schematic view of the thermal conditioning system according to the second embodiment, operating according to a second operating mode, called decoupled cooling mode
  • FIG. 8 is a schematic view of the thermal conditioning system according to the second embodiment, operating according to a third operating mode, called series dehumidification and accessory heating mode
  • FIG. 9 is a schematic view of the thermal conditioning system according to the second embodiment, operating according to a fourth operating mode, called recovery and accessory heating 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 course, 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 in question.
  • the term “a first element is upstream of a second element” means that the refrigerant successively passes through the first element, then the second element, without passing through the compression device. In other words, the refrigerant leaves the compression device, possibly crosses one or more elements, then crosses the first element, then the second element, then returns to the compression device, possibly after having crossed other elements.
  • Interior airflow means airflow to the passenger compartment of the motor vehicle.
  • This indoor air flow can circulate in a heating, ventilation and air conditioning installation, often referred to by the English term “HVAC” meaning “Heating, Ventilating and Air Conditioning”. This installation has not been shown in the various figures.
  • flow of outside air is meant a flow of air which is not intended for the passenger compartment of the vehicle. In other words, this air flow remains outside the vehicle.
  • a motorized fan unit can be activated in order to increase the flow rate of the flow of outside air if necessary.
  • another motor-fan unit is arranged in the heating system in order to increase the flow rate of the interior air flow if necessary.
  • An electronic control unit receives information from various sensors measuring in particular the characteristics of the refrigerant at various points in the circuit. The electronic unit also receives the instructions requested by the occupants of the vehicle, such as for example the temperature desired inside the passenger compartment. The electronic unit implements control laws allowing the piloting of the various actuators, in order to ensure the control of the thermal conditioning system 100.
  • Each of the expansion devices used can be an electronic expansion valve, a thermostatic expansion valve, or a calibrated orifice.
  • the passage section allowing the refrigerant fluid to pass can be adjusted continuously between a closed position and a maximum open position.
  • the system control unit controls an electric motor which moves a mobile shutter controlling the section of passage offered to the refrigerant fluid.
  • the compression device 3 can be an electric compressor, that is to say a compressor whose moving parts are driven by an electric motor.
  • the compression device 3 comprises a suction side of the low-pressure refrigerant fluid, also called inlet 3a of the compression device, and a discharge side of the high-pressure refrigerant fluid, also called outlet 3b of the compression device 3.
  • the internal moving parts of the compressor 3 cause the refrigerant fluid to pass from a low pressure on the inlet side to a high pressure on the outlet side. After expansion in one or more expansion devices, the refrigerant fluid returns to the inlet 3a of the compressor 3 and begins a new thermodynamic cycle.
  • connection point allows the coolant to pass through one or the 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 acting on the opening or closing of the stop 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.
  • the various valves and expansion devices thus make it possible to selectively direct the refrigerant fluid into the various branches of the refrigerant circuit, in order to ensure different modes of operation, as will be described later.
  • the third expansion device 18 is configured to selectively authorize or prohibit the passage of the refrigerant fluid in the second bypass branch C.
  • the refrigerant used by the refrigerant circuit 1 is here a chemical fluid such as R1234yf.
  • Other refrigerants could be used, such as R134a, or R290, for example.
  • the heat transfer liquid used is for example a mixture of water and glycol.
  • thermal conditioning system 100 comprises:
  • a refrigerant fluid circuit 2 comprising a main refrigerant circulation loop A comprising successively, in a direction of circulation of the refrigerant fluid:
  • a first two-fluid heat exchanger 4 arranged jointly on the refrigerant circuit 2 and on a first loop 5 of the heat transfer liquid circuit 1 so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid of the first loop 5,
  • a second two-fluid heat exchanger 6 arranged jointly on the refrigerant circuit 2 and on a second loop 7 of the heat transfer liquid circuit 1 so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid of the second loop 7,
  • a third two-fluid heat exchanger 9 arranged jointly on the refrigerant circuit 2 and on a third loop 10 of the heat transfer liquid circuit 1 so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid of the third loop 10, in which the first loop 5 of heat transfer liquid comprises a first heat exchanger 11 configured to exchange heat with a first airflow F1, in which the second loop 7 of coolant liquid comprises a second heat exchanger 12 configured to exchange heat with a second airflow F2, wherein the third loop 10 of heat transfer liquid comprises a third heat exchanger 13 configured to exchange heat with the first air flow F1, and in which the first loop 5 of heat transfer liquid comprises a fourth heat exchanger 14 configured to exchanging heat with the second airflow F2.
  • the first air flow F1 can be thermally conditioned thanks to the first exchanger 11 and the third exchanger 13, in which heat transfer liquid circulates.
  • the thermal conditioning system 100 When the thermal conditioning system 100 is fitted to a vehicle, the passenger compartment of the vehicle can thus be thermally conditioned without having an exchanger containing refrigerant in the passenger compartment.
  • the structure proposed for the thermal conditioning system with two two-fluid exchangers 4, 6 in series in the direction of the circulation of the refrigerant fluid, with each two-fluid exchanger 4, 6 respectively coupled to an exchanger 14, 12 able to absorb or dissipate heat in the second air flow F2, allows multiple operating modes to optimize the thermodynamic performance depending on the operating conditions.
  • the proposed structure is particularly simple for the circulation lines of the refrigerant circuit 2, which makes it possible to obtain a particularly compact refrigerant circuit 2, thus using a small quantity of refrigerant fluid.
  • the thermal conditioning system 100 is a thermal conditioning system for a motor vehicle.
  • Each loop 5, 7, 10 of the coolant circuit 1 is capable of forming a closed circuit for the circulation of coolant liquid. Depending on the configuration of the various valves of the coolant circuit 1, certain loops may be isolated from each other, or may be placed in communication.
  • the first loop 5 of the heat transfer liquid circuit 1 comprises a main loop 21 and an auxiliary loop 22.
  • the main loop 21 defines a closed circuit of heat transfer liquid circulation.
  • the auxiliary loop 22 defines a closed circuit for circulation of coolant liquid, partly separate from that of the main loop 21.
  • a portion of the main loop 21 is common with the auxiliary loop 22. Another portion of the main loop 21 is separated from the auxiliary loop 22.
  • the heat transfer liquid can thus circulate either only in the main loop 21, or only in the auxiliary loop 22, or jointly in the main loop 21 and in the auxiliary loop 22.
  • the first loop 5 of the heat transfer liquid circuit 1 is configured to circulate a flow of heat transfer liquid in a fourth heat exchanger 14 configured to exchange heat with the second air flow F2.
  • the second heat exchanger 12 is arranged upstream of the fourth heat exchanger 14 in a flow direction of the second air flow F2.
  • the third heat exchanger 13 is arranged upstream of the first heat exchanger 11 in a flow direction of the first air flow F1.
  • the first airflow F1 is here an airflow inside a passenger compartment of a motor vehicle.
  • the second flow of air F2 is a flow of air outside a passenger compartment of the vehicle.
  • FIG. 2 schematically shows a second embodiment of the thermal conditioning system 100.
  • the refrigerant circuit 2 comprises a first bypass branch B connecting a first connection point 31 disposed on the main loop A downstream from the second dual-fluid exchanger 6 and upstream of the third dual-fluid exchanger 9 to a second connection point 32 arranged on the main loop A downstream of the third dual-fluid exchanger 9 and upstream of the compression device 3, the first bypass branch B comprising a fourth two-fluid exchanger 16 configured to exchange heat with a fourth loop 17 of coolant liquid.
  • the first bypass branch B is arranged in parallel with the assembly formed by the first expansion device 8 and the third two-fluid exchanger 9.
  • the first expansion device 8 is arranged on the main refrigerant loop A downstream of the first connection point 31 and upstream of the third two-fluid heat exchanger 9.
  • the first bypass branch B comprises a second expansion device 15 arranged upstream of the fourth two-fluid exchanger 16.
  • the fourth two-fluid exchanger 16 is configured to be thermally coupled with a first element 35 of an electric traction chain of the vehicle.
  • the first element 35 of the electric traction chain of the vehicle is configured to exchange heat with the coolant flowing in the fourth loop 17 of coolant.
  • the first element 35 of the electric traction chain of the vehicle is an electric energy storage battery.
  • the loop 17 of the heat transfer liquid circuit 1 is able to form a closed circuit for the circulation of heat transfer liquid.
  • the refrigerant circuit comprises a second bypass branch C connecting a third connection point 33 disposed on the first bypass branch B upstream of the fourth two-fluid exchanger 16 to a fourth connection point 34 disposed on the first bypass branch B downstream of the fourth dual-fluid exchanger 16 and upstream of the second connection point 32, the second bypass branch C comprising a fifth dual-fluid exchanger 19 configured to exchange heat with a fifth loop 20 of heat transfer liquid.
  • the second bypass branch C is connected to the first bypass branch B.
  • the second bypass branch C and the first bypass branch B can also be arranged in parallel to one another.
  • the refrigerant circuit comprises a second bypass branch C connecting a third connection point 33 disposed on the main loop downstream of the second dual-fluid exchanger 6 and upstream of the third dual-fluid exchanger 9 to a fourth connection point 34 arranged on the main loop A downstream of the third dual-fluid exchanger 9 and upstream of the compression device 3, the second bypass branch C comprising a fifth dual-fluid exchanger 19 configured to exchange heat with a fifth loop 20 of coolant.
  • the second branch C comprises a third expansion device 18 disposed upstream of the fifth two-fluid exchanger 19.
  • the main loop A and each branch branch B, C has its own trigger device, designated respectively by the signs 8, 15, 18.
  • the main loop A comprises an expansion device 8 disposed upstream of the first connection point 31 and a shut-off valve 77 disposed between the first point connection 31 and the third dual-fluid exchanger 9.
  • the first bypass branch B comprises a stop valve 78 arranged upstream of the fourth dual-fluid exchanger 16.
  • the second bypass branch C comprises a shut-off valve 79 arranged upstream of the fifth two-fluid heat exchanger 19.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a single expansion device 8 arranged on the circuit portion common to the main loop A and to the two bypass branches B and C, and arranged downstream of the second two-fluid heat exchanger 6.
  • Shut-off valves 77, 78, 79 are used to control the distribution of the flow of refrigerant fluid between the main loop A and the bypass branches B and C.
  • the fifth two-fluid exchanger 19 is configured to be thermally coupled with a second element 36 of an electric traction chain of the vehicle.
  • the second element 36 of the electric traction chain of the vehicle is configured to exchange heat with the heat transfer liquid circulating in the fifth loop 20 of heat transfer liquid.
  • the second element 36 of the electric traction chain of the vehicle is an electric traction motor of the vehicle.
  • the second element 36 of the electric traction chain of the vehicle can also be an electronic module for controlling an electric traction motor of the vehicle.
  • the first heat transfer liquid loop 5 comprises:
  • bypass branch 23 connecting a first connection point 41 arranged in upstream of the first two-fluid exchanger 4 to a second connection point 42 arranged downstream of the first two-fluid exchanger 4, the fourth heat exchanger 14 being arranged on the branch branch 23.
  • the auxiliary loop 22 is formed by the bypass branch 23 as well as by a main loop portion 21 .
  • the main loop portion 21 between the first connection point 41 and the second connection point 42 is common to the main loop 21 and to the auxiliary loop 22.
  • the circuit portion formed by the branch branch 23 and by the portion of main loop 21 between the first connection point 41 and the second connection point 42 thus forms the auxiliary loop 22.
  • the third loop 10 of heat transfer liquid and the second loop 7 of heat transfer liquid are configured to be fluidly connected.
  • the heat transfer liquid circuit 1 comprises a first connection branch 61 connecting a third connection point 43 arranged on the second loop 7 of heat transfer liquid between the second heat exchanger 12 and the second two-fluid exchanger 6 to a fourth connection point 44 arranged on the third loop 10 of heat transfer liquid between the third heat exchanger 13 and the third two-fluid exchanger 9.
  • the third connection point 43 is arranged on the second loop 7 of heat transfer liquid downstream of the second heat exchanger heat exchanger 12 and upstream of the second dual-fluid exchanger 6.
  • the fourth connection point 44 is arranged on the third loop 10 downstream of the third heat exchanger 13 and upstream of the third dual-fluid exchanger 9.
  • the heat transfer liquid circuit 1 comprises a second connection branch 62 connecting a fifth connection point 45 arranged on the third heat transfer liquid loop 10 between the third two-fluid exchanger 9 and the third heat exchanger 13 to a sixth connection point.
  • connection 46 arranged on the second loop 7 of heat transfer liquid between the second two-fluid exchanger 6 and the second heat exchanger 12.
  • the fifth connection point 45 is arranged on the third loop 10 of heat transfer liquid downstream of the third two-fluid exchanger 9 and in upstream of the third heat exchanger 13.
  • the sixth connection point 46 arranged on the second loop 7 of heat transfer liquid in downstream of the second two-fluid exchanger 6 and upstream of the second heat exchanger 12.
  • the fourth loop 17 of heat transfer liquid and the second loop 7 of heat transfer liquid are configured to be fluidly connected.
  • the heat transfer liquid circuit 1 comprises a third connection branch 63 connecting a seventh connection point 47 arranged on the second loop 7 of heat transfer liquid between the second heat exchanger 12 and the third connection point 43 to an eighth connection point 48 disposed on the fourth loop 17 of heat transfer liquid between the fourth two-fluid exchanger 16 and the first element 35.
  • the seventh connection point 47 is disposed on the second loop 7 of heat transfer liquid downstream of the second heat exchanger 12 and upstream of the third connection point 43.
  • the eighth connection point 48 is arranged on the fourth loop 17 of heat transfer liquid downstream of the fourth two-fluid exchanger 16 and upstream of the first element 35.
  • the heat transfer liquid circuit 1 also comprises a fourth connection branch 64 connecting a ninth connection point 49 arranged on the fourth loop 17 of heat transfer liquid between the first element 35 of the traction chain and the fourth two-fluid exchanger 16 to a tenth connection point 50 disposed on the second loop 7 of heat transfer liquid between the sixth connection point 46 and the second heat exchanger 12.
  • the ninth connection point 49 disposed on the fourth loop 17 of heat transfer liquid downstream of the first element 35 and upstream of the fourth two-fluid exchanger 16.
  • the tenth connection point 50 is arranged on the second loop 7 of heat transfer liquid downstream of the sixth connection point 46 and upstream of the second heat exchanger 12.
  • the fifth loop 20 of heat transfer liquid and the first loop 5 of heat transfer liquid are configured to be fluidly connected.
  • the fifth loop 20 of heat transfer liquid is configured to be connected to the auxiliary loop 22 of the first loop of heat transfer liquid 5.
  • the coolant circuit 1 comprises a fifth connection branch 65 connecting an eleventh connection point 51 arranged on the fifth loop 20 of coolant liquid upstream of the second element 36 of the traction chain and downstream of the fifth two-fluid exchanger 19 to a twelfth connection point 52 arranged on the first loop 5 of heat transfer liquid between the first connection point 41 and the fourth heat exchanger 14.
  • the twelfth connection point 52 is thus arranged on the branch branch 23
  • the twelfth connection point 52 is downstream of the fourth heat exchanger 14.
  • the heat transfer liquid circuit 1 also comprises a sixth connection branch 66 connecting a thirteenth connection point 53 arranged on the fifth loop 20 of heat transfer liquid upstream of the fifth two-fluid exchanger 19 and downstream of the second element 36 of the chain traction to a fourteenth connection point 54 arranged on the first loop 5 of heat transfer liquid between the fourth heat exchanger 14 and the second connection point 42.
  • the fourteenth connection point 54 is thus arranged on the bypass branch 23.
  • the fourteenth connection point 54 is upstream of the fourth heat exchanger 14.
  • the first loop 5 of heat transfer liquid is configured to be separated from the second loop 7 of heat transfer liquid. In other words, the first loop 5 of heat transfer liquid and the second loop 7 of heat transfer liquid are not connected.
  • the heat transfer liquid circulating in the first heat transfer liquid loop 5 cannot mix with the heat transfer liquid circulating in the second heat transfer liquid loop 7.
  • the two heat transfer liquid circulation loops are thus independent.
  • the second heat exchanger 12 and the fourth heat exchanger 14 cannot be connected via the coolant circuit.
  • the first heat exchanger 11 and the third heat exchanger 13 cannot be connected via a portion of the coolant circuit 1 .
  • the coolant circuit 1 includes several circulation pumps.
  • the first loop 5 of heat transfer liquid comprises a first pump 71 for circulation of the heat transfer liquid.
  • the first pump 71 for circulating the heat transfer liquid is arranged in the portion common to the main loop 21 and to the auxiliary loop 22.
  • the first pump 71 is arranged between the first connection point 41 and the second connection point 42 When the first pump 71 is in operation, the heat transfer liquid circulates from the first connection point 41 to the second connection point 42.
  • the second loop 7 of heat transfer liquid comprises a second pump
  • the second pump 72 for circulation of the heat transfer liquid is arranged on the second loop 7 of heat transfer liquid between the seventh connection point 47 and the third connection point 43.
  • the heat transfer liquid circulates from the seventh point connection 47 and the third connection point 43.
  • the third loop 10 of heat transfer liquid comprises a third pump
  • the third heat transfer liquid circulation pump 73 is arranged on the third heat transfer liquid loop 10 between the third heat exchanger 13 and the fourth connection point 44. When the third pump 73 is in operation, the heat transfer liquid circulates from the third exchanger heat 13 to the fourth connection point 44.
  • the fourth loop 17 of heat transfer liquid comprises a fourth pump 74 for circulating the heat transfer liquid.
  • the fourth heat transfer liquid circulation pump 74 is arranged on the fourth heat transfer liquid loop 17 between the eighth connection point 48 and the first element 35 of the traction chain.
  • the fourth heat transfer liquid circulation pump 74 is configured to circulate the heat transfer liquid from the eighth connection point 48 to the ninth connection point 49.
  • the fifth loop 20 of heat transfer liquid comprises a fifth pump 75 for circulating the heat transfer liquid.
  • the fifth pump 75 for circulation of the coolant liquid is arranged on the fifth loop 20 of coolant liquid between the eleventh connection point 51 and the second element 36 of the traction chain.
  • the fifth heat transfer liquid circulation pump 75 is configured to circulate the heat transfer liquid from the eleventh connection point 51 to the thirteenth connection point 53.
  • several three-way valves make it possible to connect, that is to say to put in fluid communication, various portions of the heat transfer liquid circuit 1.
  • the first loop 5 of heat transfer liquid circulation comprises a first three-way valve 25 arranged jointly on the main loop 21 and on the bypass branch 23.
  • a first channel 25a and a second channel 25b of the first three-way valve 25 are arranged on the main loop 21.
  • a third way 25c of the first three-way valve 25 is arranged on the bypass branch 23.
  • the first three-way valve 25 allows communication between the main loop 21 of the first heat transfer liquid circulation loop 5 and the auxiliary loop 22 of the first heat transfer liquid circulation loop 5.
  • the second loop 7 for circulation of coolant liquid comprises a second three-way valve 26 disposed jointly on the first connection branch 61 .
  • a first channel 26a and a second channel 26b of the second three-way valve 26 are arranged on the second heat transfer liquid circulation loop 7.
  • a third channel 26c of the second three-way valve 26 is arranged on the first connection branch 61 .
  • the second three-way valve 26 thus makes it possible to put the second heat transfer liquid circulation loop 7 and the third heat transfer liquid circulation loop 10 in communication.
  • the fifth loop 20 for circulation of heat transfer liquid comprises a third three-way valve 27 disposed jointly on the fifth circulation loop 20 and on the sixth branch of connection 66.
  • a first channel and a second channel of the third three-way valve 27 are arranged on the fifth heat transfer liquid circulation loop 20.
  • a third channel of the second three-way valve 27 is arranged on the sixth connection branch 66.
  • the third three-way valve 27 makes it possible to put communicating the fifth heat transfer liquid circulation loop 20 and the first heat transfer liquid circulation loop 5.
  • the heat transfer liquid circuit 1 includes several shut-off valves making it possible to control the distribution of the heat transfer liquid flow rates between the different portions of the circuit.
  • the second heat transfer liquid circulation loop 7 comprises a first shut-off valve 29.
  • the first shut-off valve 29 is arranged between the second heat exchanger 12 and the seventh connection point 47.
  • the third connection branch 63 comprises a second shut-off valve 28.
  • Each shut-off valve makes it possible to selectively authorize or prohibit a circulation of heat transfer liquid in the portion on which the shut-off valve is arranged.
  • the main refrigerant loop A comprises a refrigerant fluid accumulation device 24 disposed downstream of the second connection point 32 and upstream of the compression device 2.
  • the accumulation device is thus traversed by refrigerant at low pressure.
  • the main loop A comprises an internal heat exchanger 56, the internal heat exchanger 56 comprising a first heat exchange section 57 disposed downstream of the second two-fluid exchanger 6 and upstream of the first connection point 31 and a second heat exchange section 58 disposed downstream of the storage device 24 and upstream of the compression device 2, the internal heat exchanger 56 being configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid in the first heat exchange section 57 and the refrigerant fluid in the second heat exchange section 58.
  • certain portions of the second loop 7 and of the third loop 10 have not been shown. Their definition remains identical to that shown in the other figures.
  • the internal heat exchanger 56 thus allows an exchange of heat between the high-pressure refrigerant fluid at the outlet of the second two-fluid exchanger 6 and the low-pressure refrigerant fluid at the outlet of the accumulation device 24.
  • the thermal conditioning system comprises a device configured to vary a passage section of the second flow of air F2 to the second heat exchanger 14.
  • This device makes it possible to vary the flow rate of the second flow of air F2 received by the second heat exchanger 14, and thus provides an additional parameter making it possible to control the exchanges of heat within the second exchanger 12 and the fourth exchanger 14.
  • FIGS. 6 to 9 show operating modes of a thermal conditioning system according to the second embodiment.
  • the circuit portions in which coolant or heat transfer fluid circulate are shown in thick lines.
  • the portions in which the refrigerant fluid does not circulate are shown in dotted lines.
  • the portions in which the heat transfer liquid does not circulate are also shown in dotted lines.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called decoupled heating mode.
  • This mode of operation is shown schematically in Figure 6, and the process comprises the steps:
  • the first circulation loop of the coolant circuit 1 includes an electric heater 37 configured to heat the coolant.
  • the method may include the step:
  • the electric heating device 37 is arranged on the main loop 21 of the first circulation loop of the coolant liquid 5.
  • the first exchanger 11 and the third exchanger 13 both contribute to heating the first air flow F1.
  • the air flow F1 undergoes a first level of heating by crossing the third exchanger 13, then undergoes a second level of heating by crossing the first exchanger 11 .
  • the pressure of the refrigerant fluid in the refrigerant circuit is independent of the temperature of the heat transfer liquid in the first loop 5. Indeed, the refrigerant fluid remains in the gaseous state at the outlet of the first two-fluid exchanger 4, its pressure is not not equal to the saturation pressure corresponding to the temperature of the coolant.
  • the compression ratio to be ensured by the compression device 3 can remain low, which reduces the thermomechanical stresses. The reliability of the compression device 3 is improved.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called decoupled cooling mode.
  • the process shown schematically in Figure 7, comprises the steps:
  • the fifth heat transfer liquid circulation loop 20 and the first heat transfer liquid circulation loop 5 are placed in communication when the temperature of the heat transfer liquid circulating in the fifth loop 20 is greater than a predetermined threshold.
  • This case corresponds to an operation in which the second element 36 of the transmission chain dissipates a high thermal power, while the flow rate of the second air flow F2 is low.
  • This case may arise, for example, when the vehicle is heavily loaded and climbs a steep slope.
  • the heat transfer liquid circulating in the fifth heat transfer liquid loop 20 reaches a high temperature.
  • This temperature may be higher than the condensation temperature of the high-pressure refrigerant at the outlet of the compression device 3. Consequently, the refrigerant passing through the first two-fluid exchanger 4 remains gaseous at the outlet of the first two-fluid exchanger 4.
  • the pressure in the refrigerant circuit 2 therefore remains moderate, since this pressure is different from the saturation pressure corresponding to the temperature of the coolant.
  • the refrigerant fluid is condensed at least in part in the second two-fluid exchanger 6, which is coupled to the second heat exchanger 12.
  • the second heat exchanger 12 receives an air flow that is as cool as possible, since this air flow n was not warmed by another heat exchanger.
  • the second two-fluid exchanger 6 is thus configured to allow condensation and/or sub-cooling of the high-pressure refrigerant fluid.
  • the refrigerant condensed in the second two-fluid exchanger 6 is then expanded in the first expansion device 8, and evaporates in the third two-fluid exchanger 9, which makes it possible to absorb heat from the heat transfer liquid circulating in the third loop 10.
  • the heat transfer liquid thus cooled circulates in the third heat exchanger 13, which makes it possible to absorb heat from the first flow of air F1 and thus to cool it.
  • the passenger compartment of the vehicle is cooled.
  • cooling of the second element of the traction chain 36 as well as of the first airflow F1 are ensured.
  • the thermal conditioning system 100 can operate with a moderate refrigerant fluid pressure, and therefore with a compression ratio of the compressor 3 which is itself moderate.
  • the invention also applies to a method of operating a thermal conditioning system as already described, in a so-called series dehumidification and accessory heating mode, in which:
  • the refrigerant fluid circulates in the compression device 3 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first two-fluid exchanger 4, in the second two-fluid exchanger 6 where it transfers heat to the heat transfer liquid of the second loop 7, in the first expansion device 8 where it passes at low pressure, into the third dual-fluid exchanger 9 where it absorbs heat, the low-pressure refrigerant fluid returning to the compression device 3,
  • the heat transfer liquid of the second loop 7 circulates successively in the second two-fluid exchanger 6 where it receives heat from the refrigerant fluid, in the fourth connection branch 64, in the first element 35 where it transfers heat to the first element 35 .
  • FIG. 8 schematizes this mode of operation.
  • the first flow of air F1 which here corresponds to the flow of air inside the passenger compartment of the vehicle, is cooled by crossing the third exchanger 13 then heated by crossing the first exchanger 11 .
  • the air flow F1 is thus dehumidified.
  • a heating of the first element 35 of the traction chain, such as a battery, can be assured.
  • the heated accessory is therefore here the first element 35.
  • the second circulation pump 72 is activated so that the heat transfer liquid circulates in part of the second loop 7, in the fourth connection branch 64, in the first element 35 and in the third connection branch 63.
  • the heat transfer liquid circuit 1 comprises in this mode of operation three independent loops: the loop just mentioned, the main loop 21 of the first loop 5, and the third loop 10.
  • the first pump 71 and the third pump 73 are thus activated in order to circulate the heat transfer liquid.
  • the invention also applies to a method of operating a thermal conditioning system as already described, in a mode called recovery and accessory heating mode, in which:
  • the refrigerant fluid circulates in the compression device 3 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first two-fluid exchanger 4, in the second two-fluid exchanger 6 where it transfers heat to the heat transfer liquid of the second loop 7, in the third expansion device 18 where it passes at low pressure, into the fifth two-fluid exchanger 19 where it absorbs heat, the low-pressure refrigerant fluid returning to the compression device 3,
  • the heat transfer liquid of the second loop 7 circulates successively in the second two-fluid exchanger 6 where it receives heat from the refrigerant fluid, in the fourth connection branch 64, in the first element 35 where it transfers heat to the first element 35 ,
  • the heat transfer liquid of the fifth loop 20 circulates successively in the second element 36 by absorbing heat, and in the fifth two-fluid exchanger 19 where it yields heat to the refrigerant fluid.
  • FIG. 9 schematizes this mode of operation.
  • the high-pressure refrigerant at the outlet of the compression device 3 dissipates heat in the heat transfer liquid at the level of the second two-fluid exchanger 6.
  • the second pump 72 is activated so as to circulate refrigerant fluid in the second two-fluid exchanger 6, in the fourth connection branch 64, in the first element 35 and in the third connection branch 63.
  • This heat transfer liquid passes through the first element 35, which makes it possible to heat the latter.
  • the heated accessory is therefore here the first element 35.
  • the refrigerant takes heat supplied by the second element 36 at the level of the fifth two-fluid exchanger 19. In other words, the heat recovered on the second element 36 makes it possible to heat the first element 35.
  • the fifth pump 75 is activated so as to circulate heat transfer liquid in the fifth loop 20.
  • the fourth pump 74 is not activated, so that the flow rate of heat transfer liquid in the fourth two-fluid exchanger 16 is zero .
  • the flow rate of coolant in the first loop 5 can be zero.
  • the quantity of heat transferred to the first element 35 is maximized.
  • the heat exchange between the high-pressure refrigerant at the outlet of the compressor 3 and the heat transfer liquid of the first loop 5 is minimized.
  • the first pump 71 is kept stopped.
  • the heat transfer fluid flow rate can be maintained at a low value and less than 20% of the maximum flow rate of the first pump 71 .
  • the flow rate of the first airflow F1 may be zero.
  • a flap not shown, can block the heat exchange surface of the first heat exchanger 11. The motor-fan assembly of the heating installation can also be kept stopped.

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Abstract

Système de conditionnement thermique (100), comportant un circuit de fluide réfrigérant (2) comprenant successivement: • - un dispositif de compression (3), • - un premier échangeur bifluide (4) agencé conjointement sur une première boucle (5) d'un circuit de liquide caloporteur (1), • - un deuxième échangeur bifluide (6) agencé conjointement sur une deuxième boucle (7) de liquide caloporteur, • - un premier dispositif de détente (8), • - un troisième échangeur bifluide (9) agencé conjointement sur une troisième boucle (10) de liquide caloporteur, dans lequel la première boucle (5) comporte un premier échangeur (11) configuré pour échanger de la chaleur avec un premier flux d'air (F1), dans lequel la deuxième boucle (7) comporte un deuxième échangeur (12) configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième flux d'air (F2), dans lequel la troisième boucle (10) comporte un troisième échangeur (13) configuré pour échanger de la chaleur avec le premier flux d'air (F1), et dans lequel la première boucle (5) comporte un quatrième échangeur de chaleur (14) configuré pour échanger de la chaleur avec le deuxième flux d'air (F2).

Description

SYSTÈME DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE Domaine technique
[1] La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique. Une application possible pour de tels systèmes est d’assurer un conditionnement thermique d’un véhicule automobile. Une régulation thermique de différents organes du véhicule peut ainsi être assurée. Ces différents organes peuvent être par exemple l’habitacle du véhicule, ou une batterie de stockage d’énergie électrique, dans le cas d’un véhicule à propulsion électrique. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant pouvant circuler dans plusieurs échangeurs de chaleur.
Technique antérieure
[2] Les systèmes de conditionnement thermiques font couramment appel à une boucle de fluide réfrigérant et une boucle de fluide caloporteur échangeant de la chaleur avec le fluide réfrigérant. De tels systèmes sont ainsi appelés indirects. Le brevet EP2933586 B1 en est un exemple. La boucle de fluide réfrigérant est formée de sorte que le fluide réfrigérant cède de la chaleur au fluide caloporteur liquide dans un échangeur bifluide, puis traverse un échangeur de chaleur disposé dans l’habitacle, encore appelé évaporateur. Cet échangeur permet de refroidir l’habitacle. Le chauffage de l’habitacle est lui assuré notamment par un radiateur de chauffage qui dissipe la chaleur du fluide caloporteur dans le flux d’air envoyé à l’habitacle.
[3] Les différents échangeurs de chaleur sont classiquement répartis en différents emplacements du véhicule. Certains échangeurs sont disposés dans l’habitacle du véhicule. D’autres échangeurs sont disposés sous le capot, proches de la face avant du véhicule. Les différents composants doivent être reliés par des canalisations permettant la circulation du fluide réfrigérant et du fluide caloporteur. L’intégration de l’ensemble de ces composants peut être difficile, en raison de leur encombrement. Par ailleurs, la présence dans l’habitacle de composants contenant du fluide réfrigérant peut être proscrite. C’est le cas par exemple lorsque le fluide réfrigérant employé est susceptible d’être toxique pour les occupants en cas de fuite, ou encore lorsque le fluide réfrigérant est inflammable. [4] Il existe ainsi un besoin de pouvoir disposer de systèmes de conditionnement thermique plus faciles à intégrer, permettant d’utiliser tout type de fluide réfrigérant, et offrant de meilleures performances thermodynamiques.
Résumé
[5] A cette fin, la présente invention propose un système de conditionnement thermique, comportant :
- un circuit de liquide caloporteur,
- un circuit de fluide réfrigérant comportant une boucle principale de circulation de fluide réfrigérant comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un dispositif de compression,
-- un premier échangeur bifluide agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant et sur une première boucle du circuit de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur de la première boucle,
-- un deuxième échangeur bifluide agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant et sur une deuxième boucle du circuit de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur de la deuxième boucle,
-- un premier dispositif de détente,
-- un troisième échangeur bifluide agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant et sur une troisième boucle du circuit de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur de la troisième boucle, dans lequel la première boucle de liquide caloporteur comporte un premier échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un premier flux d’air, dans lequel la deuxième boucle de liquide caloporteur comporte un deuxième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième flux d’air, dans lequel la troisième boucle de liquide caloporteur comporte un troisième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec le premier flux d’air, et dans lequel la première boucle de liquide caloporteur comporte un quatrième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec le deuxième flux d’air. [6] Le premier flux d’air peut être conditionné thermiquement grâce au premier échangeur et au troisième échangeur, dans lesquels du liquide caloporteur circule. Le premier flux d’air ne risque donc pas de contenir de fluide réfrigérant, même en cas de fuite du circuit. De plus, la structure proposée pour le système de conditionnement thermique, avec deux échangeurs bifluide en série au sens de la circulation de fluide réfrigérant, avec chaque échangeur bifluide étant couplé à un échangeur pouvant absorber ou dissiper de la chaleur dans le deuxième flux d’air, permet de multiples modes de fonctionnement permettant d’optimiser les performances en fonction des conditions de fonctionnement. De plus, la structure proposée est particulièrement simple pour les lignes de circulation du fluide réfrigérant, ce qui permet d’obtenir un circuit de fluide réfrigérant particulièrement compact, utilisant une faible quantité de fluide réfrigérant.
[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 exemple de réalisation, le système de conditionnement thermique est un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile.
[9] La première boucle du circuit de liquide caloporteur comporte une boucle principale et une boucle auxiliaire.
[10] Le deuxième échangeur de chaleur est disposé en amont du quatrième échangeur de chaleur selon un sens d’écoulement du deuxième flux d’air.
[11] Le troisième échangeur de chaleur est disposé en amont du premier échangeur de chaleur selon un sens d’écoulement du premier flux d’air.
[12] Le premier flux d’air est un flux d’air intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile. [13] Le deuxième flux d’air est un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule. [14] Le circuit de fluide réfrigérant comporte une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième échangeur bifluide et en amont du troisième échangeur bifluide à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du troisième échangeur bifluide et en amont du dispositif de compression, la première branche de dérivation comportant un quatrième échangeur bifluide configuré pour échanger de la chaleur avec une quatrième boucle de liquide caloporteur.
[15] Le premier dispositif de détente est disposé sur la boucle principale de fluide réfrigérant en aval du premier point de raccordement et en amont du troisième échangeur bifluide.
[16] La première branche de dérivation comporte un deuxième dispositif de détente disposé en amont du quatrième échangeur bifluide.
[17] Le quatrième échangeur bifluide est configuré pour être couplé thermiquement avec un premier élément d’une chaîne de traction électrique du véhicule.
[18] Le premier élément de la chaîne de traction électrique du véhicule est configuré pour échanger de la chaleur avec le liquide caloporteur circulant dans la quatrième boucle de liquide caloporteur.
[19] Le premier élément de la chaîne de traction électrique du véhicule est une batterie de stockage d’énergie électrique.
[20] Selon un mode de réalisation, le circuit de fluide réfrigérant comporte une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de raccordement disposé sur la première branche de dérivation en amont du quatrième échangeur bifluide à un quatrième point de raccordement disposé sur la première branche de dérivation en aval du quatrième échangeur bifluide et en amont du deuxième point de raccordement, la deuxième branche de dérivation comportant un cinquième échangeur bifluide configuré pour échanger de la chaleur avec une cinquième boucle de liquide caloporteur.
[21] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le circuit de fluide réfrigérant comporte une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième échangeur bifluide et en amont du en amont du troisième échangeur bifluide à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du troisième échangeur bifluide et en amont du dispositif de compression, la deuxième branche de dérivation comportant un cinquième échangeur bifluide configuré pour échanger de la chaleur avec une cinquième boucle de liquide caloporteur.
[22] La deuxième branche de dérivation comporte un troisième dispositif de détente disposé en amont du cinquième échangeur bifluide.
[23] En variante, la boucle principale comporte un dispositif de détente disposé en amont du premier point de raccordement et une vanne d’arrêt disposée entre le premier point de raccordement et le troisième échangeur bifluide, la première branche de dérivation comporte une vanne d’arrêt disposée en amont du quatrième échangeur bifluide, et la deuxième branche de dérivation comporte une vanne d’arrêt disposée en amont du cinquième échangeur bifluide.
[24] Le cinquième échangeur bifluide est configuré pour être couplé thermiquement avec un deuxième élément d’une chaîne de traction électrique du véhicule.
[25] Le deuxième élément de la chaîne de traction électrique du véhicule est configuré pour échanger de la chaleur avec le liquide caloporteur circulant dans la cinquième boucle de liquide caloporteur.
[26] Le deuxième élément de la chaîne de traction électrique du véhicule est un moteur électrique de traction du véhicule.
[27] Le deuxième élément de la chaîne de traction électrique du véhicule est un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule.
[28] Selon un aspect de l’invention, la première boucle de liquide caloporteur comporte :
- une boucle principale comportant le premier échangeur bifluide et le premier échangeur de chaleur,
- une branche de dérivation reliant un premier point de connexion disposé en amont du premier échangeur bifluide à un deuxième point de connexion disposé en aval du premier échangeur bifluide, le quatrième échangeur de chaleur étant disposé sur la branche de dérivation. [29] La troisième boucle de liquide caloporteur et la deuxième boucle de liquide caloporteur sont configurées pour être fluidiquement reliées.
[30] Le circuit de liquide caloporteur comporte une première branche de connexion reliant un troisième point de connexion disposé sur la deuxième boucle de liquide caloporteur entre le deuxième échangeur de chaleur et le deuxième échangeur bifluide à un quatrième point de connexion disposé sur la troisième boucle de liquide caloporteur entre le troisième échangeur de chaleur et le troisième échangeur bifluide .
[31] Le circuit de liquide caloporteur comporte une deuxième branche de connexion reliant un cinquième point de connexion disposé sur la troisième boucle de liquide caloporteur entre le troisième échangeur bifluide et le troisième échangeur de chaleur à un sixième point de connexion disposé sur la deuxième boucle de liquide caloporteur entre le deuxième échangeur bifluide et le deuxième échangeur de chaleur.
[32] La quatrième boucle de liquide caloporteur et la deuxième boucle de liquide caloporteur sont configurées pour être fluidiquement reliées.
[33] Le circuit de liquide caloporteur comporte une troisième branche de connexion reliant un septième point de connexion disposé sur la deuxième boucle de liquide caloporteur entre le deuxième échangeur de chaleur et le troisième point de connexion à un huitième point de connexion disposé sur la quatrième boucle de liquide caloporteur entre le quatrième échangeur bifluide et le premier élément.
[34] Le circuit de liquide caloporteur comporte une quatrième branche de connexion reliant un neuvième point de connexion disposé sur la quatrième boucle de liquide caloporteur entre le premier élément de la chaîne de traction et le quatrième échangeur bifluide à un dixième point de connexion disposé sur la deuxième boucle de liquide caloporteur entre le sixième point de connexion et le deuxième échangeur de chaleur.
[35] La cinquième boucle de liquide caloporteur et la première boucle de liquide caloporteur sont configurées pour être fluidiquement reliées.
[36] Le circuit de liquide caloporteur comporte une cinquième branche de connexion reliant un onzième point de connexion disposé sur la cinquième boucle de liquide caloporteur en amont du deuxième élément de la chaîne de traction et en aval du cinquième échangeur bifluide à un douzième point de connexion disposé sur la première boucle de liquide caloporteur en aval du premier point de connexion et en amont du quatrième échangeur de chaleur. [37] Le circuit de liquide caloporteur comporte une sixième branche de connexion reliant un treizième point de connexion disposé sur la cinquième boucle de liquide caloporteur en aval du cinquième échangeur bifluide et en amont du deuxième élément de la chaîne de traction à un quatorzième point de connexion disposé sur la première boucle de liquide caloporteur en aval du quatrième échangeur de chaleur et en amont du deuxième point de connexion.
[38] La première boucle de liquide caloporteur est configurée pour être dissociée de la deuxième boucle de liquide caloporteur.
[39] La première boucle de liquide caloporteur comporte une première pompe de circulation du liquide caloporteur. [40] La première pompe de circulation du liquide caloporteur est disposée dans une portion commune à la boucle principale et à la boucle auxiliaire.
[41] La deuxième boucle de liquide caloporteur comporte une deuxième pompe de circulation du liquide caloporteur.
[42] La deuxième pompe de circulation du liquide caloporteur est disposée sur la deuxième boucle de liquide caloporteur entre le septième point de connexion et le troisième point de connexion.
[43] La troisième boucle de liquide caloporteur comporte une troisième pompe de circulation du liquide caloporteur.
[44] La troisième pompe de circulation du liquide caloporteur est disposée sur la troisième boucle de liquide caloporteur entre le troisième échangeur de chaleur et le quatrième point de connexion.
[45] La quatrième boucle de liquide caloporteur comporte une quatrième pompe de circulation du liquide caloporteur. [46] La quatrième pompe de circulation du liquide caloporteur est disposée sur la quatrième boucle de liquide caloporteur entre le huitième point de connexion et le premier élément de la chaîne de traction.
[47] La cinquième boucle de liquide caloporteur comporte une cinquième pompe de circulation du liquide caloporteur.
[48] La cinquième pompe de circulation du liquide caloporteur est disposée sur la cinquième boucle de liquide caloporteur entre le onzième point de connexion et le deuxième élément de la chaîne de traction.
[49] La première boucle de circulation de liquide caloporteur comporte une première vanne trois voies disposée conjointement sur la boucle principale et sur la branche de dérivation.
[50] La deuxième boucle de circulation de liquide caloporteur comporte une deuxième vanne trois voies disposée conjointement sur la première branche de connexion.
[51] La cinquième boucle de circulation de liquide caloporteur comporte une troisième vanne trois voies disposée conjointement sur la cinquième boucle de circulation et sur la sixième branche de connexion.
[52] La deuxième boucle de circulation de liquide caloporteur comporte une première vanne d’arrêt.
[53] La première vanne d’arrêt est disposée entre le deuxième échangeur de chaleur et le septième point de connexion.
[54] La troisième branche de connexion comporte une deuxième vanne d’arrêt.
[55] La boucle principale de fluide réfrigérant comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé en aval du deuxième point de raccordement et en amont du dispositif de compression.
[56] La boucle principale comprend un échangeur de chaleur interne, l’échangeur de chaleur interne comportant une première section d’échange thermique disposée en aval du deuxième échangeur bifluide et en amont du premier point de raccordement et une deuxième section d’échange thermique disposée en aval du dispositif d’accumulation et en amont du dispositif de compression, l’échangeur de chaleur interne étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique.
[57] Le système de conditionnement thermique comporte un dispositif configuré pour faire varier une section de passage du deuxième flux d’air vers le deuxième échangeur de chaleur.
[58] L’invention concerne également un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de chauffage découplé, le procédé comportant les étapes :
- Déterminer une température de condensation du fluide réfrigérant en sortie du dispositif de compression,
- Chauffer le fluide caloporteur circulant dans la première boucle du circuit de fluide caloporteur à une température supérieure à la température de condensation déterminée,
- Faire circuler du fluide réfrigérant dans le premier échangeur bifluide, de façon à ce que le fluide réfrigérant soit dans un état gazeux en sortie du premier échangeur bifluide,
- Faire circuler du fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur bifluide, de façon à ce que le fluide réfrigérant cède des calories au liquide caloporteur circulant dans la deuxième boucle de liquide caloporteur,
- Mettre en communication la deuxième boucle de liquide caloporteur et la troisième boucle de liquide caloporteur, de façon à ce que le troisième échangeur de chaleur cède des calories au premier flux d’air.
[59] La première boucle de circulation du circuit de liquide caloporteur comporte un dispositif de chauffage électrique configuré pour chauffer le fluide caloporteur, le procédé comportant l’étape :
- commander le dispositif de chauffage électrique de façon à chauffer le fluide caloporteur à une température supérieure à la température de condensation déterminée.
[60] Le dispositif de chauffage électrique est disposé sur la boucle principale de la première boucle de circulation du liquide caloporteur. [61] L’invention se rapporte aussi un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de refroidissement découplé, le procédé comportant les étapes :
- Déterminer une température de condensation du fluide réfrigérant en sortie du dispositif de compression,
- Faire circuler du liquide caloporteur dans la cinquième boucle de circulation du circuit de liquide caloporteur de façon à ce que le liquide caloporteur absorbe de la chaleur du deuxième élément de la chaîne de traction,
- Mettre en communication la cinquième boucle et la première boucle du circuit de liquide caloporteur,
- Faire circuler du fluide réfrigérant dans le premier échangeur bifluide , de façon à chauffer le fluide réfrigérant à une température supérieure à la température de condensation déterminée, de sorte que le fluide réfrigérant soit dans un état gazeux en sortie du premier échangeur bifluide,
- Faire circuler du fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur bifluide,
- Détendre le fluide réfrigérant dans le premier dispositif de détente de façon à le faire passer à basse pression,
- Faire circuler du fluide réfrigérant à basse pression dans le troisième échangeur bifluide de façon à refroidir le liquide caloporteur circulant dans la troisième boucle de liquide caloporteur,
- Faire circuler du liquide caloporteur dans la troisième boucle de circulation de liquide caloporteur de façon à ce que le troisième échangeur de chaleur absorbe de la chaleur du premier flux d’air .
[62] La cinquième boucle de circulation de liquide caloporteur et la première boucle de circulation de liquide caloporteur sont mises en communication lorsque la température du liquide caloporteur circulant dans la cinquième boucle est supérieure à un seuil prédéterminé.
[63] L’invention s’applique également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que déjà décrit, dans un mode dit de déshumidification série et de chauffage accessoire, dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide, dans le deuxième échangeur bifluide où il cède de la chaleur au liquide caloporteur de la deuxième boucle, dans le premier dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur bifluide où il absorbe de la chaleur, le fluide réfrigérant à basse pression retournant au dispositif de compression,
- le liquide caloporteur de la deuxième boucle circule successivement dans le deuxième échangeur bifluide où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la quatrième branche de connexion, dans le premier élément où il cède de la chaleur au premier élément . [64] L’invention s’applique également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que déjà décrit, dans un mode dit mode de récupération et de chauffage accessoire, dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide, dans le deuxième échangeur bifluide où il cède de la chaleur au liquide caloporteur de la deuxième boucle, dans le troisième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le cinquième échangeur bifluide où il absorbe de la chaleur, le fluide réfrigérant à basse pression retournant au dispositif de compression,
- le liquide caloporteur de la deuxième boucle circule successivement dans le deuxième échangeur bifluide où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la quatrième branche de connexion, dans le premier élément où il cède de la chaleur au premier élément,
- le liquide caloporteur de la cinquième boucle circule successivement dans le deuxième élément en absorbant de la chaleur et dans le cinquième échangeur bifluide où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant.
[65] Dans les deux modes précédents, dans lesquels un chauffage du premier élément est assuré, le débit de fluide caloporteur dans la première boucle peut être nul. Ainsi, la quantité de chaleur cédée au premier élément est maximisée. En effet, l’échange thermique avec le liquide caloporteur de la première boucle est ainsi minimisé.
[66] Alternativement ou de manière complémentaire, le débit du premier flux d’air est nul. Brève description des dessins
[67] 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 :
[68] [Fig. 1] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention,
[69] [Fig. 2] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
[70] [Fig. 3] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une première variante du deuxième mode de réalisation de l’invention, [71] [Fig. 4] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une deuxième variante du deuxième mode de réalisation de l’invention,
[72] [Fig. 5] est un schéma bloc d’un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon l’invention,
[73] [Fig. 6] est une vue schématique du système de conditionnement thermique selon le deuxième mode de réalisation, fonctionnant suivant un premier mode de fonctionnement, dit mode de chauffage découplé,
[74] [Fig. 7] est une une vue schématique du système de conditionnement thermique selon le deuxième mode de réalisation, fonctionnant suivant un deuxième mode de fonctionnement, dit mode de refroidissement découplé, [75] [Fig. 8] est une vue schématique du système de conditionnement thermique selon le deuxième mode de réalisation, fonctionnant suivant un troisième mode de fonctionnement, dit mode de déshumidification série et de chauffage accessoire,
[76] [Fig. 9] est une vue schématique du système de conditionnement thermique selon le deuxième mode de réalisation, fonctionnant suivant un quatrième mode de fonctionnement, dit mode de récupération et de chauffage accessoire.
Description des modes de réalisation
[77] 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.
[78] 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.
[79] 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.
[80] On entend par flux d’air intérieur un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air intérieur peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation, souvent désignée par le terme Anglais « HVAC » signifiant « Heating, Ventilating and Air Conditioning ». Cette installation n’a pas été représentée sur les différentes figures.
[81] On entend par flux d’air extérieur un flux d’air qui n’est pas à destination de l’habitacle du véhicule. Autrement dit, ce flux d’air reste à l’extérieur du véhicule. Un groupe moto-ventilateur, non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur. De même, un autre groupe moto- ventilateur, également non représenté, est disposé dans l’installation de chauffage afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air intérieur. [82] Une unité électronique de contrôle, non représentée, reçoit les informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit. L’unité électronique reçoit également les consignes demandées par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique met en oeuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 100.
[83] Chacun des dispositifs de détente employés peut être un détendeur électronique, un détendeur thermostatique, ou un orifice calibré. Dans le cas d’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, l’unité de contrôle du système pilote un moteur électrique qui déplace un obturateur mobile contrôlant la section de passage offerte au fluide réfrigérant.
[84] Le dispositif de compression 3 peut être un compresseur électrique, c'est-à- dire un compresseur dont les pièces mobiles sont entraînées par un moteur électrique. Le dispositif de compression 3 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée 3a du dispositif de compression, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie 3b du dispositif de compression 3. Les pièces mobiles internes du compresseur 3 font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée à une haute pression côté sortie. Après détente dans un ou plusieurs organes de détente, le fluide réfrigérant revient à l’entrée 3a du compresseur 3 et recommence un nouveau cycle thermodynamique.
[85] Chaque point de raccordement 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 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. [86] Les différentes vannes et dispositifs de détente 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. Par exemple, le troisième dispositif de détente 18 est configuré pour sélectivement autoriser ou interdire le passage du fluide réfrigérant dans la deuxième branche de dérivation C.
[87] Le fluide réfrigérant utilisé par le circuit de fluide réfrigérant 1 est ici un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants pourraient être employés, comme par exemple le R134a, ou le R290. Le liquide caloporteur utilisé est par exemple un mélange d’eau et de glycol.
[88] On a représenté sur la figure 1 un système de conditionnement thermique selon un premier mode de réalisation. Le système de conditionnement thermique 100 comporte :
- un circuit de liquide caloporteur 1 ,
- un circuit de fluide réfrigérant 2 comportant une boucle principale A de circulation de fluide réfrigérant comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un dispositif de compression 3,
-- un premier échangeur bifluide 4 agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant 2 et sur une première boucle 5 du circuit de liquide caloporteur 1 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur de la première boucle 5,
-- un deuxième échangeur bifluide 6 agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant 2 et sur une deuxième boucle 7 du circuit de liquide caloporteur 1 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur de la deuxième boucle 7,
-- un premier dispositif de détente 8,
-- un troisième échangeur bifluide 9 agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant 2 et sur une troisième boucle 10 du circuit de liquide caloporteur 1 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur de la troisième boucle 10, dans lequel la première boucle 5 de liquide caloporteur comporte un premier échangeur de chaleur 11 configuré pour échanger de la chaleur avec un premier flux d’air F1 , dans lequel la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur comporte un deuxième échangeur de chaleur 12 configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième flux d’air F2, dans lequel la troisième boucle 10 de liquide caloporteur comporte un troisième échangeur de chaleur 13 configuré pour échanger de la chaleur avec le premier flux d’air F1 , et dans lequel la première boucle 5 de liquide caloporteur comporte un quatrième échangeur de chaleur 14 configuré pour échanger de la chaleur avec le deuxième flux d’air F2.
[89] Le premier flux d’air F1 peut être conditionné thermiquement grâce au premier échangeur 11 et au troisième échangeur 13, dans lesquels du liquide caloporteur circule. Lorsque le système de conditionnement thermique 100 équipe un véhicule, l’habitacle du véhicule peut ainsi être conditionné thermiquement sans avoir dans l’habitacle un échangeur contenant du fluide réfrigérant. De plus, la structure proposée pour le système de conditionnement thermique, avec deux échangeurs bifluide 4, 6 en série au sens de la circulation de fluide réfrigérant, avec chaque échangeur bifluide 4, 6 respectivement couplé à un échangeur 14, 12 pouvant absorber ou dissiper de la chaleur dans le deuxième flux d’air F2, permet de multiples modes de fonctionnement permettant d’optimiser les performances thermodynamiques en fonction des conditions de fonctionnement. De plus, la structure proposée est particulièrement simple pour les lignes de circulation du circuit de fluide réfrigérant 2, ce qui permet d’obtenir un circuit de fluide réfrigérant 2 particulièrement compact, utilisant ainsi une faible quantité de fluide réfrigérant.
[90] Selon l’exemple de réalisation illustré ici, le système de conditionnement thermique 100 est un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile.
[91] Chaque boucle 5, 7, 10 du circuit de liquide caloporteur 1 est apte à former un circuit fermé de circulation de liquide caloporteur. Suivant la configuration des différentes vannes du circuit de liquide caloporteur 1 , certaines boucles peuvent être isolées les unes des autres, ou peuvent être mise en communication. [92] La première boucle 5 du circuit de liquide caloporteur 1 comporte une boucle principale 21 et une boucle auxiliaire 22. La boucle principale 21 définit un circuit fermé de circulation de liquide caloporteur. De même, la boucle auxiliaire 22 définit un circuit fermé de circulation de liquide caloporteur, en partie distinct de celui de la boucle principale 21. Une portion de la boucle principale 21 est commune avec la boucle auxiliaire 22. Une autre portion de la boucle principale 21 est séparée de la boucle auxiliaire 22. Le liquide caloporteur peut ainsi circuler soit uniquement dans la boucle principale 21 , soit uniquement dans la boucle auxiliaire 22, soit conjointement dans la boucle principale 21 et dans la boucle auxiliaire 22.
[93] La première boucle 5 du circuit de liquide caloporteur 1 est configurée pour faire circuler un débit de liquide caloporteur dans un quatrième échangeur de chaleur 14 configuré pour échanger de la chaleur avec le deuxième flux d’air F2.
[94] Le deuxième échangeur de chaleur 12 est disposé en amont du quatrième échangeur de chaleur 14 selon un sens d’écoulement du deuxième flux d’air F2. Le troisième échangeur de chaleur 13 est disposé en amont du premier échangeur de chaleur 11 selon un sens d’écoulement du premier flux d’air F1 .
[95] Le premier flux d’air F1 est ici un flux d’air intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile. Le deuxième flux d’air F2 est un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule.
[96] La figure 2 représente de manière schématique un deuxième mode de réalisation du système de conditionnement thermique 100. Le circuit de fluide réfrigérant 2 comporte une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement 31 disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième échangeur bifluide 6 et en amont du troisième échangeur bifluide 9 à un deuxième point de raccordement 32 disposé sur la boucle principale A en aval du troisième échangeur bifluide 9 et en amont du dispositif de compression 3, la première branche de dérivation B comportant un quatrième échangeur bifluide 16 configuré pour échanger de la chaleur avec une quatrième boucle 17 de liquide caloporteur. Autrement dit, la première branche de dérivation B est disposée en parallèle de l’ensemble formé par le premier dispositif de détente 8 et le troisième échangeur bifluide 9. [97] Le premier dispositif de détente 8 est disposé sur la boucle principale A de fluide réfrigérant en aval du premier point de raccordement 31 et en amont du troisième échangeur bifluide 9. La première branche de dérivation B comporte un deuxième dispositif de détente 15 disposé en amont du quatrième échangeur bifluide 16. Le quatrième échangeur bifluide 16 est configuré pour être couplé thermiquement avec un premier élément 35 d’une chaîne de traction électrique du véhicule.
[98] Le premier élément 35 de la chaîne de traction électrique du véhicule est configuré pour échanger de la chaleur avec le liquide caloporteur circulant dans la quatrième boucle 17 de liquide caloporteur. Le premier élément 35 de la chaîne de traction électrique du véhicule est une batterie de stockage d’énergie électrique. La boucle 17 du circuit de liquide caloporteur 1 est apte à former un circuit fermé de circulation de liquide caloporteur.
[99] Selon ce deuxième mode de réalisation, le circuit de fluide réfrigérant comporte une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement 33 disposé sur la première branche de dérivation B en amont du quatrième échangeur bifluide 16 à un quatrième point de raccordement 34 disposé sur la première branche de dérivation B en aval du quatrième échangeur bifluide 16 et en amont du deuxième point de raccordement 32, la deuxième branche de dérivation C comportant un cinquième échangeur bifluide 19 configuré pour échanger de la chaleur avec une cinquième boucle 20 de liquide caloporteur.
[100] Autrement dit, la deuxième branche de dérivation C est reliée à la première branche de dérivation B. La deuxième branche de dérivation C et la première branche de dérivation B peuvent aussi être disposées en parallèle l’une de l’autre. Ainsi, selon un mode de réalisation non représenté, le circuit de fluide réfrigérant comporte une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement 33 disposé sur la boucle principale en aval du deuxième échangeur bifluide 6 et en amont du troisième échangeur bifluide 9 à un quatrième point de raccordement 34 disposé sur la boucle principale A en aval du troisième échangeur bifluide 9 et en amont du dispositif de compression 3, la deuxième branche de dérivation C comportant un cinquième échangeur bifluide 19 configuré pour échanger de la chaleur avec une cinquième boucle 20 de liquide caloporteur. [101] La deuxième branche de dérivation C comporte un troisième dispositif de détente 18 disposé en amont du cinquième échangeur bifluide 19. Autrement dit, dans dans le deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 2, la boucle principale A ainsi chaque branche de dérivation B, C comporte son propre dispositif de détente, désigné respectivement par les signes 8, 15, 18.
[102] Selon une première variante du deuxième mode de réalisation, illustrée sur la figure 3, la boucle principale A comporte un dispositif de détente 8 disposé en amont du premier point de raccordement 31 et une vanne d’arrêt 77 disposée entre le premier point de raccordement 31 et le troisième échangeur bifluide 9. La première branche de dérivation B comporte une vanne d’arrêt 78 disposée en amont du quatrième échangeur bifluide 16. La deuxième branche de dérivation C comporte une vanne d’arrêt 79 disposée en amont du cinquième échangeur bifluide 19.
[103] Autrement dit, selon cette première variante le système de conditionnement thermique 100 comporte un dispositif de détente 8 unique disposé sur la portion de circuit commune à la boucle principale A et aux deux branches de dérivation B et C, et disposée en aval du deuxième échangeur bifluide 6. Des vannes d’arrêt 77, 78, 79 permettent de contrôler la répartition du débit de fluide réfrigérant entre la boucle principale A et les branches de dérivation B et C.
[104] Selon le deuxième mode de réalisation, le cinquième échangeur bifluide 19 est configuré pour être couplé thermiquement avec un deuxième élément 36 d’une chaîne de traction électrique du véhicule. Le deuxième élément 36 de la chaîne de traction électrique du véhicule est configuré pour échanger de la chaleur avec le liquide caloporteur circulant dans la cinquième boucle 20 de liquide caloporteur. Dans l’exemple illustré, le deuxième élément 36 de la chaîne de traction électrique du véhicule est un moteur électrique de traction du véhicule. Le deuxième élément 36 de la chaîne de traction électrique du véhicule peut également être un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule.
[105] Selon un aspect de l’invention, la première boucle de liquide caloporteur 5 comporte :
- une boucle principale 21 comportant le premier échangeur bifluide 4 et le premier échangeur de chaleur 11 ,
- une branche de dérivation 23 reliant un premier point de connexion 41 disposé en amont du premier échangeur bifluide 4 à un deuxième point de connexion 42 disposé en aval du premier échangeur bifluide 4, le quatrième échangeur de chaleur 14 étant disposé sur la branche de dérivation 23.
[106] Autrement dit, la boucle auxiliaire 22 est formée par la branche de dérivation 23 ainsi que par une portion de boucle principale 21 . La portion de boucle principale 21 comprise entre le premier point de connexion 41 et le deuxième point de connexion 42 est commune à la boucle principale 21 et à la boucle auxiliaire 22. La portion de circuit formée par la branche de dérivation 23 et par la portion de boucle principale 21 comprise entre le premier point de connexion 41 et le deuxième point de connexion 42 forme ainsi la boucle auxiliaire 22.
[107] La troisième boucle 10 de liquide caloporteur et la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur sont configurées pour être fluidiquement reliées.
[108] Pour cela, le circuit de liquide caloporteur 1 comporte une première branche de connexion 61 reliant un troisième point de connexion 43 disposé sur la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur entre le deuxième échangeur de chaleur 12 et le deuxième échangeur bifluide 6 à un quatrième point de connexion 44 disposé sur la troisième boucle 10 de liquide caloporteur entre le troisième échangeur de chaleur 13 et le troisième échangeur bifluide 9. Le troisième point de connexion 43 est disposé sur la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur en aval du deuxième échangeur de chaleur 12 et en amont du deuxième échangeur bifluide 6. Le quatrième point de connexion 44 est disposé sur la troisième boucle 10 en aval du troisième échangeur de chaleur 13 et en amont du troisième échangeur bifluide 9.
[109] Le circuit de liquide caloporteur 1 comporte une deuxième branche de connexion 62 reliant un cinquième point de connexion 45 disposé sur la troisième boucle 10 de liquide caloporteur entre le troisième échangeur bifluide 9 et le troisième échangeur de chaleur 13 à un sixième point de connexion 46 disposé sur la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur entre le deuxième échangeur bifluide 6 et le deuxième échangeur de chaleur 12. Le cinquième point de connexion 45 est disposé sur la troisième boucle 10 de liquide caloporteur en aval du troisième échangeur bifluide 9 et en amont du troisième échangeur de chaleur 13. Le sixième point de connexion 46 disposé sur la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur en aval du deuxième échangeur bifluide 6 et en amont du deuxième échangeur de chaleur 12.
[110] La quatrième boucle 17 de liquide caloporteur et la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur sont configurées pour être fluidiquement reliées.
[111] Pour cela, le circuit de liquide caloporteur 1 comporte une troisième branche de connexion 63 reliant un septième point de connexion 47 disposé sur la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur entre le deuxième échangeur de chaleur 12 et le troisième point de connexion 43 à un huitième point de connexion 48 disposé sur la quatrième boucle 17 de liquide caloporteur entre le quatrième échangeur bifluide 16 et le premier élément 35. Le septième point de connexion 47 est disposé sur la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur en aval du deuxième échangeur de chaleur 12 et en amont du troisième point de connexion 43. Le huitième point de connexion 48 est disposé sur la quatrième boucle 17 de liquide caloporteur en aval du quatrième échangeur bifluide 16 et en amont du premier élément 35.
[112] Le circuit de liquide caloporteur 1 comporte aussi une quatrième branche de connexion 64 reliant un neuvième point de connexion 49 disposé sur la quatrième boucle 17 de liquide caloporteur entre le premier élément 35 de la chaîne de traction et le quatrième échangeur bifluide 16 à un dixième point de connexion 50 disposé sur la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur entre le sixième point de connexion 46 et le deuxième échangeur de chaleur 12. Le neuvième point de connexion 49 disposé sur la quatrième boucle 17 de liquide caloporteur en aval du premier élément 35 et en amont du quatrième échangeur bifluide 16. Le dixième point de connexion 50 est disposé sur la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur en aval du sixième point de connexion 46 et en amont du deuxième échangeur de chaleur 12.
[113] La cinquième boucle 20 de liquide caloporteur et la première boucle 5 de liquide caloporteur sont configurées pour être fluidiquement reliées.
[114] Plus précisément, la cinquième boucle 20 de liquide caloporteur est configurée pour être reliée à la boucle auxiliaire 22 de la première boucle de liquide caloporteur 5. [115] Pour cela, le circuit de liquide caloporteur 1 comporte une cinquième branche de connexion 65 reliant un onzième point de connexion 51 disposé sur la cinquième boucle 20 de liquide caloporteur en amont du deuxième élément 36 de la chaîne de traction et en aval du cinquième échangeur bifluide 19 à un douzième point de connexion 52 disposé sur la première boucle 5 de liquide caloporteur entre le premier point de connexion 41 et le quatrième échangeur de chaleur 14. Le douzième point de connexion 52 est ainsi disposé sur la branche de dérivation 23. Le douzième point de connexion 52 est en aval du quatrième échangeur de chaleur 14.
[116] Le circuit de liquide caloporteur 1 comporte également une sixième branche de connexion 66 reliant un treizième point de connexion 53 disposé sur la cinquième boucle 20 de liquide caloporteur en amont du cinquième échangeur bifluide 19 et en aval du deuxième élément 36 de la chaîne de traction à un quatorzième point de connexion 54 disposé sur la première boucle 5 de liquide caloporteur entre le quatrième échangeur de chaleur 14 et le deuxième point de connexion 42. Le quatorzième point de connexion 54 est ainsi disposé sur la branche de dérivation 23. Le quatorzième point de connexion 54 est en amont du quatrième échangeur de chaleur 14.
[117] La première boucle 5 de liquide caloporteur est configurée pour être dissociée de la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur. Autrement dit, la première boucle 5 de liquide caloporteur et la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur ne sont pas reliées. Le liquide caloporteur circulant dans la première boucle de liquide caloporteur 5 ne peut pas se mélanger avec le liquide caloporteur circulant dans la deuxième boucle de liquide caloporteur 7. Les deux boucles de circulation de liquide caloporteur sont ainsi indépendantes. Le deuxième échangeur de chaleur 12 et le quatrième échangeur de chaleur 14 ne peuvent pas être reliés par l’intermédiaire du circuit de liquide caloporteur. A fortiori, le premier échangeur de chaleur 11 et le troisième échangeur de chaleur 13 ne peuvent pas être reliés par l’intermédiaire d’une portion du circuit de liquide caloporteur 1 .
[118] Le circuit de liquide caloporteur 1 comprend plusieurs pompes de circulation. Ainsi, la première boucle 5 de liquide caloporteur comporte une première pompe 71 de circulation du liquide caloporteur. [119] La première pompe 71 de circulation du liquide caloporteur est disposée dans la portion commune à la boucle principale 21 et à la boucle auxiliaire 22. La première pompe 71 est disposée entre le premier point de connexion 41 et le deuxième point de connexion 42. Lorsque la première pompe 71 est en fonctionnement, le liquide caloporteur circule du premier point de connexion 41 vers le deuxième point de connexion 42.
[120] La deuxième boucle 7 de liquide caloporteur comporte une deuxième pompe
72 de circulation du liquide caloporteur. La deuxième pompe 72 de circulation du liquide caloporteur est disposée sur la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur entre le septième point de connexion 47 et le troisième point de connexion 43. Lorsque la deuxième pompe 72 est en fonctionnement, le liquide caloporteur circule du septième point de connexion 47 et le troisième point de connexion 43.
[121] La troisième boucle 10 de liquide caloporteur comporte une troisième pompe
73 de circulation du liquide caloporteur. La troisième pompe 73 de circulation du liquide caloporteur est disposée sur la troisième boucle 10 de liquide caloporteur entre le troisième échangeur de chaleur 13 et le quatrième point de connexion 44. Lorsque la troisième pompe 73 est en fonctionnement, le liquide caloporteur circule du troisième échangeur de chaleur 13 vers le quatrième point de connexion 44.
[122] La quatrième boucle 17 de liquide caloporteur comporte une quatrième pompe 74 de circulation du liquide caloporteur. La quatrième pompe 74 de circulation du liquide caloporteur est disposée sur la quatrième boucle 17 de liquide caloporteur entre le huitième point de connexion 48 et le premier élément 35 de la chaîne de traction. La quatrième pompe 74 de circulation du liquide caloporteur est configurée pour faire circuler le liquide caloporteur du huitième point de connexion 48 vers le neuvième point de connexion 49.
[123] La cinquième boucle 20 de liquide caloporteur comporte une cinquième pompe 75 de circulation du liquide caloporteur. La cinquième pompe 75 de circulation du liquide caloporteur est disposée sur la cinquième boucle 20 de liquide caloporteur entre le onzième point de connexion 51 et le deuxième élément 36 de la chaîne de traction. La cinquième pompe 75 de circulation du liquide caloporteur est configurée pour faire circuler le liquide caloporteur du onzième point de connexion 51 vers le treizième point de connexion 53. [124] Sur les modes de réalisation illustrés, plusieurs vannes trois-voies permettent de relier, c’est-à-dire de mettre en communication fluidique, diverses portions du circuit de liquide caloporteur 1. La première boucle 5 de circulation de liquide caloporteur comporte une première vanne trois voies 25 disposée conjointement sur la boucle principale 21 et sur la branche de dérivation 23.
[125] Comme détaillé sur la figure 1 , une première voie 25a et une deuxième voie 25b de la première vanne trois voies 25 sont disposées sur la boucle principale 21 . Une troisième voie 25c de la première vanne trois voies 25 est disposée sur la branche de dérivation 23. La première vanne trois voies 25 permet de mettre en communication la boucle principale 21 de la première boucle de circulation de liquide caloporteur 5 et la boucle auxiliaire 22 de la première boucle de circulation de liquide caloporteur 5.
[126] La deuxième boucle 7 de circulation de liquide caloporteur comporte une deuxième vanne trois voies 26 disposée conjointement sur la première branche de connexion 61 .
[127] Comme schématisé sur la figure 1 , une première voie 26a et une deuxième voie 26b de la deuxième vanne trois voies 26 sont disposées sur la deuxième boucle de circulation de liquide caloporteur 7. Une troisième voie 26c de la deuxième vanne trois voies 26 est disposée sur la première branche de connexion 61 . La deuxième vanne trois voies 26 permet ainsi de mettre en communication la deuxième boucle de circulation de liquide caloporteur 7 et la troisième boucle de circulation de liquide caloporteur 10.
[128] Selon le deuxième mode de réalisation, et comme schématisé notamment sur la figure 2, la cinquième boucle 20 de circulation de liquide caloporteur comporte une troisième vanne trois voies 27 disposée conjointement sur la cinquième boucle de circulation 20 et sur la sixième branche de connexion 66.
[129] Une première voie et une deuxième voie de la troisième vanne trois voies 27 sont disposées sur la cinquième boucle de circulation de liquide caloporteur 20. Une troisième voie de la deuxième vanne trois voies 27 est disposée sur la sixième branche de connexion 66. La troisième vanne trois voies 27 permet de mettre en communication la cinquième boucle de circulation de liquide caloporteur 20 et la première boucle de circulation de liquide caloporteur 5.
[130] Le circuit de liquide caloporteur 1 comprend plusieurs vannes d’arrêt permettant de contrôler la répartition des débits de liquide caloporteur entre les différentes portions de circuit. Ainsi, la deuxième boucle 7 de circulation de liquide caloporteur comporte une première vanne d’arrêt 29. La première vanne d’arrêt 29 est disposée entre le deuxième échangeur de chaleur 12 et le septième point de connexion 47. La troisième branche de connexion 63 comporte une deuxième vanne d’arrêt 28. Chaque vanne d’arrêt permet de sélectivement autoriser ou interdire une circulation de liquide caloporteur dans la portion sur laquelle la vanne d’arrêt est disposée.
[131] La boucle principale A de fluide réfrigérant comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 24 disposé en aval du deuxième point de raccordement 32 et en amont du dispositif de compression 2. Le dispositif d’accumulation est ainsi traversé par du fluide réfrigérant à basse pression.
[132] Selon une deuxième variante du deuxième mode de réalisation, illustrée sur la figure 4, la boucle principale A comprend un échangeur de chaleur interne 56, l’échangeur de chaleur interne 56 comportant une première section d’échange thermique 57 disposée en aval du deuxième échangeur bifluide 6 et en amont du premier point de raccordement 31 et une deuxième section d’échange thermique 58 disposée en aval du dispositif d’accumulation 24 et en amont du dispositif de compression 2, l’échangeur de chaleur interne 56 étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique 57 et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique 58. Afin de simplifier la figure 4, certaines portions de la deuxième boucle 7 et de la troisième boucle 10 n’ont pas été représentées. Leur définition reste identique à celle représentée sur les autres figures. L’échangeur de chaleur interne 56 permet ainsi un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en sortie du deuxième échangeur bifluide 6 et le fluide réfrigérant à basse pression en sortie du dispositif d’accumulation 24.
[133] Selon une variante non représentée, le système de conditionnement thermique comporte un dispositif configuré pour faire varier une section de passage du deuxième flux d’air F2 vers le deuxième échangeur de chaleur 14. Ce dispositif permet de faire varier le débit du deuxième flux d’air F2 reçu par le deuxième échangeur de chaleur 14, et procure ainsi un paramètre supplémentaire permettant de contrôler les échanges de chaleur au sein du deuxième échangeur 12 et du quatrième échangeur 14.
[134] Les figures 6 à 9 schématisent des modes de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon le deuxième mode de réalisation. Sur ces figures, les portions de circuit dans lesquelles du fluide réfrigérant ou du liquide caloporteur circulent sont représentées en traits épais. Les portions dans lesquelles le fluide réfrigérant ne circulent pas sont représentées en traits pointillés. De même, les portions dans lesquelles le liquide caloporteur ne circulent pas sont également représentées en traits pointillés.
[135] L’invention concerne également un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de chauffage découplé. Ce mode de fonctionnement est schématisé sur la figure 6, et le procédé comporte les étapes :
- Déterminer une température de condensation Ts du fluide réfrigérant en sortie du dispositif de compression 3, (étape 50)
- Chauffer le fluide caloporteur circulant dans la première boucle 5 du circuit de fluide caloporteur 1 à une température supérieure à la température de condensation Ts déterminée, (étape 51 )
- Faire circuler du fluide réfrigérant dans le premier échangeur bifluide 4, de façon à ce que le fluide réfrigérant soit dans un état gazeux en sortie du premier échangeur bifluide 4, (étape 52)
- Faire circuler du fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur bifluide 6, de façon à ce que le fluide réfrigérant cède des calories au liquide caloporteur circulant dans la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur, (étape 53)
- Mettre en communication la deuxième boucle 7 de liquide caloporteur et la troisième boucle 10 de liquide caloporteur, (étape 54) de façon à ce que le troisième échangeur de chaleur 13 cède des calories au premier flux d’air F1 . [136] La première boucle de circulation du circuit de liquide caloporteur 1 comporte un dispositif de chauffage électrique 37 configuré pour chauffer le fluide caloporteur. Le procédé peut comporter l’étape :
- commander le dispositif de chauffage électrique 37 de façon à chauffer le fluide caloporteur à une température supérieure à la température de condensation Ts déterminée.
[137] Le dispositif de chauffage électrique 37 est disposé sur la boucle principale 21 de la première boucle de circulation du liquide caloporteur 5.
[138] Dans ce mode de fonctionnement, le premier échangeur 11 et le troisième échangeur 13 contribuent tous les deux à chauffer le premier flux d’air F1. Le flux d’air F1 subit un premier niveau de chauffe en traversant le troisième échangeur 13, puis subit un deuxième niveau de chauffe en traversant le premier échangeur 11 . La pression du fluide réfrigérant dans le circuit de fluide réfrigérant est indépendante de la température du liquide caloporteur dans la première boucle 5. En effet, le fluide réfrigérant reste à l’état gazeux en sortie du premier échangeur bifluide 4, sa pression n’est pas égale à la pression de saturation correspondant à la température du liquide de refroidissement. Le rapport de compression devant être assuré par le dispositif de compression 3 peut rester peu élevé, ce qui diminue les contraintes thermomécaniques. La fiabilité du dispositif de compression 3 est améliorée.
[139] L’invention se rapporte aussi un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de refroidissement découplé. Le procédé, schématisé sur la figure 7, comporte les étapes :
- Déterminer une température de condensation Ts du fluide réfrigérant en sortie du dispositif de compression 3, (étape 50)
- Faire circuler du liquide caloporteur dans la cinquième boucle 20 de circulation du circuit de liquide caloporteur 1 de façon à ce que le liquide caloporteur absorbe de la chaleur du deuxième élément 36 de la chaîne de traction, (étape 55)
- Mettre en communication la cinquième boucle 20 et la première boucle 5 du circuit de liquide caloporteur 1 , (étape 56)
- Faire circuler du fluide réfrigérant dans le premier échangeur bifluide 4, de façon à chauffer le fluide réfrigérant à une température supérieure à la température de condensation Ts déterminée, de sorte que le fluide réfrigérant soit dans un état gazeux en sortie du premier échangeur bifluide 4,
- Faire circuler du fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur bifluide 6, (étape 57)
- Détendre le fluide réfrigérant dans le premier dispositif de détente 8 de façon à le faire passer à basse pression,
- Faire circuler du fluide réfrigérant à basse pression dans le troisième échangeur bifluide 9 de façon à refroidir le liquide caloporteur circulant dans la troisième boucle 10 de liquide caloporteur,
- Faire circuler du liquide caloporteur dans la troisième boucle 10 de circulation de liquide caloporteur de façon à ce que le troisième échangeur de chaleur 13 absorbe de la chaleur du premier flux d’air F1 .
[140] La cinquième boucle de circulation de liquide caloporteur 20 et la première boucle 5 de circulation de liquide caloporteur sont mises en communication lorsque la température du liquide caloporteur circulant dans la cinquième boucle 20 est supérieure à un seuil prédéterminé.
[141] Ce cas correspond à un fonctionnement dans lequel le deuxième élément 36 de la chaîne de transmission dissipe une puissance thermique importante, alors que le débit du deuxième flux d’air F2 est faible. Ce cas peut se présenter par exemple lorsque le véhicule est fortement chargé et monte une pente de forte déclivité. Dans ces conditions, le liquide caloporteur circulant dans la cinquième boucle de liquide caloporteur 20 atteint une température élevée. Cette température peut être plus élevée que la température de condensation du fluide réfrigérant à haute pression en sortie du dispositif de compression 3. Par conséquent, le fluide réfrigérant traversant le premier échangeur bifluide 4 reste gazeux en sortie du premier échangeur bifluide 4. La pression dans le circuit de fluide réfrigérant 2 reste donc modérée, puisque cette pression est différente de la pression de saturation correspondant à la température du liquide caloporteur. Le fluide réfrigérant est condensé au moins en partie dans le deuxième échangeur bifluide 6, qui est couplé au deuxième échangeur de chaleur 12. Le deuxième échangeur de chaleur 12 reçoit un flux d’air aussi frais que possible, puisque ce flux d’air n’a pas été réchauffé par un autre échangeur de chaleur. Le deuxième échangeur bifluide 6 est ainsi configuré pour permettre une condensation et/ou un sous-refroidissement du fluide réfrigérant à haute pression. Le fluide réfrigérant condensé dans le deuxième échangeur bifluide 6 est ensuite détendu dans le premier dispositif de détente 8, et s’évapore dans le troisième échangeur bifluide 9 ce qui permet d’absorber de la chaleur du liquide caloporteur circulant dans la troisième boucle 10. Le liquide caloporteur ainsi refroidi circule dans le troisième échangeur de chaleur 13, ce qui permet d’absorber de la chaleur du premier flux d’air F1 et ainsi de le refroidir. Dans l’exemple illustré, l’habitacle du véhicule est refroidi. Dans ce mode de refroidissement découplé, un refroidissement du deuxième élément de la chaîne de traction 36 ainsi que du premier flux d’air F1 sont assurés. Le système de conditionnement thermique 100 peut fonctionner avec une pression de fluide réfrigérant modérée, et donc avec un rapport de compression du compresseur 3 qui est lui-même modéré.
[142] L’invention s’applique également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que déjà décrit, dans un mode dit de déshumidification série et de chauffage accessoire, dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 3 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide 4, dans le deuxième échangeur bifluide 6 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur de la deuxième boucle 7, dans le premier dispositif de détente 8 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur bifluide 9 où il absorbe de la chaleur, le fluide réfrigérant à basse pression retournant au dispositif de compression 3,
- le liquide caloporteur de la deuxième boucle 7 circule successivement dans le deuxième échangeur bifluide 6 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la quatrième branche de connexion 64, dans le premier élément 35 où il cède de la chaleur au premier élément 35.
[143] La figure 8 schématise ce mode de fonctionnement. Le premier flux d’air F1 , qui correspond ici au flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule, est refroidi en traversant le troisième échangeur 13 puis réchauffé en traversant le premier échangeur 11 . Le flux d’air F1 est ainsi déshumidifié. En même temps, un chauffage du premier élément 35 de la chaîne de traction, comme une batterie, peut être assuré. L’accessoire chauffé est donc ici le premier élément 35. Dans ce mode de fonctionnement, la deuxième pompe 72 de circulation est activée afin que le liquide caloporteur circule dans une partie de la deuxième boucle 7, dans la quatrième branche de connexion 64, dans le premier élément 35 et dans la troisième branche de connexion 63. Le circuit de liquide caloporteur 1 comporte dans ce mode de fonctionnement trois boucles indépendantes : la boucle venant d’être énoncée, la boucle principale 21 de la première boucle 5, et la troisième boucle 10. La première pompe 71 et la troisième pompe 73 sont ainsi activées afin de faire circuler du liquide caloporteur.
[144] L’invention s’applique également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que déjà décrit, dans un mode dit mode de récupération et de chauffage accessoire, dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 3 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide 4, dans le deuxième échangeur bifluide 6 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur de la deuxième boucle 7, dans le troisième dispositif de détente 18 où il passe à basse pression, dans le cinquième échangeur bifluide 19 où il absorbe de la chaleur, le fluide réfrigérant à basse pression retournant au dispositif de compression 3,
- le liquide caloporteur de la deuxième boucle 7 circule successivement dans le deuxième échangeur bifluide 6 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la quatrième branche de connexion 64, dans le premier élément 35 où il cède de la chaleur au premier élément 35,
- le liquide caloporteur de la cinquième boucle 20 circule successivement dans le deuxième élément 36 en absorbant de la chaleur, et dans le cinquième échangeur bifluide 19 où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant.
[145] La figure 9 schématise ce mode de fonctionnement. Le fluide réfrigérant à haute pression en sortie du dispositif de compression 3 dissipe de la chaleur dans le liquide caloporteur au niveau du deuxième échangeur bifluide 6. La deuxième pompe 72 est activée de façon à faire circuler du fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur bifluide 6, dans la quatrième branche de connexion 64, dans le premier élément 35 et dans la troisième branche de connexion 63. Ce liquide caloporteur traverse le premier élément 35, ce qui permet de chauffer celui-ci. Comme précédemment, l’accessoire chauffé est donc ici le premier élément 35. Le fluide réfrigérant prélève de la chaleur fournie par le deuxième élément 36 au niveau du cinquième échangeur bifluide 19. Autrement dit, la chaleur récupérée sur le deuxième élément 36 permet de chauffer le premier élément 35. La cinquième pompe 75 est activée de façon à faire circuler du liquide caloporteur dans la cinquième boucle 20. La quatrième pompe 74 n’est pas activée, de sorte que le débit de liquide caloporteur dans le quatrième échangeur bifluide 16 est nul.
[146] Dans ce mode de fonctionnement dit mode dit mode de récupération et de chauffage accessoire, ainsi que dans le mode dit de déshumidification série et de chauffage accessoire, le débit de fluide caloporteur dans la première boucle 5 peut être nul. Ainsi, la quantité de chaleur cédée au premier élément 35 est maximisée. En effet, l’échange thermique entre le fluide réfrigérant à haute pression en sortie du compresseur 3 et le liquide caloporteur de la première boucle 5 est minimisé. Pour cela, la première pompe 71 est maintenue à l’arrêt. En variante, le débit de fluide caloporteur peut être maintenu à une valeur faible et inférieure à 20% du débit maximal de la première pompe 71 .
[147] Alternativement ou de manière complémentaire, le débit du premier flux d’air F1 peut être nul. Pour cela, un volet, non représenté, peut obturer la surface d’échange thermique du premier échangeur de chaleur 11. Le groupe moto- ventilateur de l’installation de chauffage peut également être maintenu à l’arrêt.
[148] Selon les deux derniers modes de fonctionnement décrit, tout le débit de fluide réfrigérant traverse soit le troisième échangeur bifluide 9, soit le cinquième échangeur bifluide 19. Il est également possible de répartir le débit de fluide réfrigérant entre les deux échangeurs bifluide 9 et 19, en jouant sur le degré d’ouverture du premier dispositif de détente 8 et du troisième dispositif de détente 18. Un mode de fonctionnement intermédiaire entre les deux modes est alors obtenu.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de conditionnement thermique (100), comportant :
- un circuit de liquide caloporteur (1 ),
- un circuit de fluide réfrigérant (2) comportant une boucle principale (A) de circulation de fluide réfrigérant comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un dispositif de compression (3),
-- un premier échangeur bifluide (4) agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant (2) et sur une première boucle (5) du circuit de liquide caloporteur (1 ) de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur de la première boucle (5),
-- un deuxième échangeur bifluide (6) agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant (2) et sur une deuxième boucle (7) du circuit de liquide caloporteur (1 ) de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur de la deuxième boucle (7),
-- un premier dispositif de détente (8),
-- un troisième échangeur bifluide (9) agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant (2) et sur une troisième boucle (10) du circuit de liquide caloporteur (1 ) de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur de la troisième boucle (10), dans lequel la première boucle (5) de liquide caloporteur comporte un premier échangeur de chaleur (11 ) configuré pour échanger de la chaleur avec un premier flux d’air (F1 ), dans lequel la deuxième boucle (7) de liquide caloporteur comporte un deuxième échangeur de chaleur (12) configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième flux d’air (F2), dans lequel la troisième boucle (10) de liquide caloporteur comporte un troisième échangeur de chaleur (13) configuré pour échanger de la chaleur avec le premier flux d’air (F1 ), et dans lequel la première boucle (5) de liquide caloporteur comporte un quatrième échangeur de chaleur (14) configuré pour échanger de la chaleur avec le deuxième flux d’air (F2). [Revendication 2] Système de conditionnement thermique selon la revendication 1 , dans lequel le deuxième échangeur de chaleur (12) est disposé en amont du quatrième échangeur de chaleur (14) selon un sens d’écoulement du deuxième flux d’air
(F2), et dans lequel le troisième échangeur de chaleur (13) est disposé en amont du premier échangeur de chaleur (11 ) selon un sens d’écoulement du premier flux d’air (F1 ).
[Revendication 3] Système de conditionnement thermique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier flux d’air (F1 ) est un flux d’air intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile et dans lequel le deuxième flux d’air (F2) est un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule.
[Revendication 4] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de fluide réfrigérant comporte une première branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement (31 ) disposé sur la boucle principale (A) en aval du deuxième échangeur bifluide (6) et en amont du troisième échangeur bifluide (9) à un deuxième point de raccordement (32) disposé sur la boucle principale (A) en aval du troisième échangeur bifluide (9) et en amont du dispositif de compression (3), la première branche de dérivation (B) comportant un quatrième échangeur bifluide (16) configuré pour échanger de la chaleur avec une quatrième boucle (17) de liquide caloporteur, et dans lequel le quatrième échangeur bifluide (16) est configuré pour être couplé thermiquement avec un premier élément (35) d’une chaîne de traction électrique du véhicule.
[Revendication 5] Système de conditionnement thermique selon la revendication précédente, dans lequel le circuit de fluide réfrigérant comporte une deuxième branche de dérivation (C) reliant un troisième point de raccordement (33) disposé sur la première branche de dérivation (B) en amont du quatrième échangeur bifluide (16) à un quatrième point de raccordement (34) disposé sur la première branche de dérivation (B) en aval du quatrième échangeur bifluide (16) et en amont du deuxième point de raccordement (32), la deuxième branche de dérivation (C) comportant un cinquième échangeur bifluide (19) configuré pour échanger de la chaleur avec une cinquième boucle (20) de liquide caloporteur et dans lequel le cinquième échangeur bifluide (19) est configuré pour être couplé thermiquement avec un deuxième élément (36) d’une chaîne de traction électrique du véhicule.
[Revendication 6] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première boucle de liquide caloporteur comporte :
- une boucle principale (21 ) comportant le premier échangeur bifluide (4) et le premier échangeur de chaleur (11 ),
- une branche de dérivation (23) reliant un premier point de connexion (41 ) disposé en amont du premier échangeur bifluide (4) à un deuxième point de connexion (42) disposé en aval du premier échangeur bifluide (4), le quatrième échangeur de chaleur (14) étant disposé sur la branche de dérivation (23).
[Revendication 7] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la troisième boucle (10) de liquide caloporteur et la deuxième boucle (7) de liquide caloporteur sont configurées pour être fluidiquement reliées.
[Revendication 8] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première boucle (5) de liquide caloporteur est configurée pour être dissociée de la deuxième boucle (7) de liquide caloporteur.
[Revendication 9] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 4, dans lequel la boucle principale (A) comprend un échangeur de chaleur interne (56), l’échangeur de chaleur interne (56) comportant une première section d’échange thermique (57) disposée en aval du deuxième échangeur bifluide (6) et en amont du premier point de raccordement (31 ) et une deuxième section d’échange thermique (58) disposée en aval d’un dispositif d’accumulation (24) et en amont du dispositif de compression (2), l’échangeur de chaleur interne (56) étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique (57) et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique (58).
[Revendication 10] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 4, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (1 ) comporte une première branche de connexion (61) reliant un troisième point de connexion (43) disposé sur la deuxième boucle (7) de liquide caloporteur entre le deuxième échangeur de chaleur (12) et le deuxième échangeur bifluide (6) à un quatrième point de connexion (44) disposé sur la troisième boucle (10) de liquide caloporteur entre le troisième échangeur de chaleur (13) et le troisième échangeur bifluide (9), dans lequel le circuit de liquide caloporteur (1 ) comporte une troisième branche de connexion (63) reliant un septième point de connexion (47) disposé sur la deuxième boucle (7) de liquide caloporteur entre le deuxième échangeur de chaleur (12) et le troisième point de connexion (43) à un huitième point de connexion (48) disposé sur la quatrième boucle (17) de liquide caloporteur entre le quatrième échangeur bifluide (16) et le premier élément (35), et dans lequel la deuxième boucle (7) de liquide caloporteur comporte une deuxième pompe (72) de circulation du liquide caloporteur disposée sur la deuxième boucle (7) de liquide caloporteur entre le septième point de connexion (47) et le troisième point de connexion (43).
[Revendication 11] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon l’une des revendications 1 à 10, dans un mode dit de chauffage découplé, le procédé comportant les étapes :
- Déterminer une température de condensation (Ts) du fluide réfrigérant en sortie du dispositif de compression (3), (étape 50)
- Chauffer le fluide caloporteur circulant dans la première boucle (5) du circuit de fluide caloporteur (1 ) à une température supérieure à la température de condensation (Ts) déterminée, (étape 51 )
- Faire circuler du fluide réfrigérant dans le premier échangeur bifluide (4), de façon à ce que le fluide réfrigérant soit dans un état gazeux en sortie du premier échangeur bifluide (4), (étape 52)
- Faire circuler du fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur bifluide (6), de façon à ce que le fluide réfrigérant cède des calories au liquide caloporteur circulant dans la deuxième boucle (7) de liquide caloporteur, (étape 53)
- Mettre en communication la deuxième boucle (7) de liquide caloporteur et la troisième boucle (10) de liquide caloporteur, (étape 54) de façon à ce que le troisième échangeur de chaleur (13) cède des calories au premier flux d’air (F1 ).
[Revendication 12] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon l’une des revendications 1 à 10, dans un mode dit de refroidissement découplé, le procédé comportant les étapes :
- Déterminer une température de condensation (Ts) du fluide réfrigérant en sortie du dispositif de compression (3), (étape 50)
- Faire circuler du liquide caloporteur dans la cinquième boucle (20) de circulation du circuit de liquide caloporteur (1 ) de façon à ce que le liquide caloporteur absorbe de la chaleur du deuxième élément (36) de la chaîne de traction, (étape 55)
- Mettre en communication la cinquième boucle (20) et la première boucle (5) du circuit de liquide caloporteur 1 , (étape 56)
- Faire circuler du fluide réfrigérant dans le premier échangeur bifluide (4), de façon à chauffer le fluide réfrigérant à une température supérieure à la température de condensation (Ts) déterminée, de sorte que le fluide réfrigérant soit dans un état gazeux en sortie du premier échangeur bifluide (4),
- Faire circuler du fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur bifluide (6), (étape 57)
- Détendre le fluide réfrigérant dans le premier dispositif de détente (8) de façon à le faire passer à basse pression,
- Faire circuler du fluide réfrigérant à basse pression dans le troisième échangeur bifluide (9) de façon à refroidir le liquide caloporteur circulant dans la troisième boucle (10) de liquide caloporteur,
- Faire circuler du liquide caloporteur dans la troisième boucle (10) de circulation de liquide caloporteur de façon à ce que le troisième échangeur de chaleur (13) absorbe de la chaleur du premier flux d’air (F1 ).
[Revendication 13] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon l’une des revendications 1 à 10, dans un mode dit de déshumidification série et de chauffage accessoire, dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression (3) où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide (4), dans le deuxième échangeur bifluide (6) où il cède de la chaleur au liquide caloporteur de la deuxième boucle (7), dans le premier dispositif de détente (8) où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur bifluide (9) où il absorbe de la chaleur, le fluide réfrigérant à basse pression retournant au dispositif de compression (3),
- le liquide caloporteur de la deuxième boucle (7) circule successivement dans le deuxième échangeur bifluide (6) où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la quatrième branche de connexion (64), dans le premier élément (35) où il cède de la chaleur au premier élément (35).
[Revendication 14] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon l’une des revendications 1 à 10, dans un mode dit de récupération et de chauffage accessoire, dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression (3) où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide (4), dans le deuxième échangeur bifluide (6) où il cède de la chaleur au liquide caloporteur de la deuxième boucle (7), dans le troisième dispositif de détente (18) où il passe à basse pression, dans le cinquième échangeur bifluide (19) où il absorbe de la chaleur, le fluide réfrigérant à basse pression retournant au dispositif de compression (3),
- le liquide caloporteur de la deuxième boucle (7) circule successivement dans le deuxième échangeur bifluide (6) où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la quatrième branche de connexion (64), dans le premier élément (35) où il cède de la chaleur au premier élément (35),
- le liquide caloporteur de la cinquième boucle (20) circule successivement dans le deuxième élément (36) en absorbant de la chaleur, et dans le cinquième échangeur bifluide (19) où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant.
[Revendication 15] Procédé selon la revendication 13 ou 14, dans lequel le débit de fluide caloporteur dans la première boucle (5) est nul.
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