EP4655166A1 - Systeme de conditionnement thermique - Google Patents

Systeme de conditionnement thermique

Info

Publication number
EP4655166A1
EP4655166A1 EP24700084.7A EP24700084A EP4655166A1 EP 4655166 A1 EP4655166 A1 EP 4655166A1 EP 24700084 A EP24700084 A EP 24700084A EP 4655166 A1 EP4655166 A1 EP 4655166A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exchanger
heat transfer
transfer liquid
branch
connection point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24700084.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Moussa Nacer-Bey
Kamel Azzouz
Gael Durbecq
Julien Tissot
Marc BARONNIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP4655166A1 publication Critical patent/EP4655166A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/323—Cooling devices using compression characterised by comprising auxiliary or multiple systems, e.g. plurality of evaporators, or by involving auxiliary cooling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32284—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal conditioning systems. These systems can in particular equip a motor vehicle. Such systems make it possible to achieve thermal regulation of different components of the vehicle, such as for example the passenger compartment or an electrical energy storage battery, in the case of an electrically powered vehicle. Heat exchanges are managed mainly by the compression and expansion of a refrigerant fluid within different heat exchangers making it possible to ensure heating or cooling of different organs.
  • Thermal conditioning systems commonly use a refrigerant circuit and a heat transfer liquid circuit exchanging heat with the refrigerant. Such systems are thus called indirect.
  • the refrigerant fluid circuit is thermally coupled with the heat transfer liquid circuit by a first dual-fluid exchanger. The heat given up to the heat transfer liquid can then be dissipated in a flow of air intended for the passenger compartment in order to heat it.
  • the refrigerant liquid circuit is also coupled to the heat transfer liquid circuit by a second two-fluid exchanger making it possible to cool the heat transfer liquid. Heat-dissipating elements of the vehicle's powertrain, such as the vehicle's electric traction motor or the power electronics controlling the electric motor, can thus be cooled.
  • the heat transfer liquid can also circulate in a heat exchanger receiving a flow of air from outside the vehicle, which allows, depending on the operating modes, to dissipate heat in the flow of outside air or to receive heat from this air flow. Numerous operating modes are thus possible, and allow multiple modes of heat transfer between the different components and exchangers of the vehicle.
  • the circulation of the heat transfer liquid in the different branches of the circuit is managed by different valves allowing the heat transfer liquid to be directed into various portions of the circuit. Many shut-off valves are generally employed. The use of three-way, four-way or even more circulation valves makes it possible to reduce the number of valves used. However, these valves are complex and expensive.
  • the present invention proposes a thermal conditioning system for a motor vehicle, comprising:
  • refrigerant fluid circuit comprising a main refrigerant fluid circulation loop, the main loop comprising successively in one direction of refrigerant circulation:
  • a first heat exchanger arranged jointly on the main refrigerant fluid loop and on the primary heat transfer liquid loop so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid
  • a second heat exchanger arranged jointly on the main refrigerant fluid loop and on the secondary heat transfer liquid loop so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, in which:
  • the primary heat transfer liquid loop comprises a third exchanger configured to exchange heat with a flow of air inside a passenger compartment of the vehicle, and
  • the secondary heat transfer liquid loop comprises a fourth heat exchanger configured to be thermally coupled to a first element of a electric powertrain of the vehicle, in which the heat transfer liquid circuit comprises:
  • the primary heat transfer liquid loop comprises a first bidirectional pump configured to circulate the heat transfer liquid selectively from a first inlet/outlet of the first exchanger to a first inlet/outlet of the third exchanger, or from a second inlet/outlet of the first exchanger towards a second entrance/exit of the third exchanger.
  • the secondary heat transfer liquid loop comprises a second bidirectional pump configured to selectively circulate the heat transfer liquid from a first inlet/outlet of the second exchanger to a first inlet/outlet of the fourth exchanger , or from a second entry/exit of the second exchanger to a second entry/exit of the fourth exchanger.
  • the second bidirectional pump allows for a greater diversity of operating modes.
  • the first bidirectional pump is placed on the primary loop between the second inlet/outlet of the first exchanger and the third connection point.
  • the first bidirectional pump is placed on the primary loop between the first connection point and the first inlet/outlet of the first exchanger.
  • the second bidirectional pump is arranged on a portion of the secondary loop extending between the second connection point and the fourth connection point without passing through the second exchanger.
  • the second bidirectional pump is arranged between the fourth connection point and the second inlet/outlet of the fourth exchanger.
  • the second bidirectional pump is arranged between the second connection point and the first inlet/outlet of the fourth exchanger.
  • the first element of the vehicle's electric traction chain can be an electrical energy storage battery.
  • the fourth exchanger can be formed by the battery itself, that is to say that the heat dissipating battery is directly in contact with the heat transfer fluid, when it is a dielectric fluid.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a third branch branch connecting a fifth connection point arranged on the first branch branch to a sixth connection point arranged on the second branch branch, the third branch bypass comprising a fifth heat exchanger.
  • the fifth heat exchanger is configured to exchange heat with an air flow outside the vehicle cabin.
  • connection point is arranged on the first branch branch between the first connection point and the second connection point.
  • sixth connection point is arranged on the second branch branch between the third connection point and the fourth connection point.
  • the refrigerant circuit comprises an auxiliary branch arranged in parallel with the first expansion device and the second exchanger, the auxiliary branch successively comprising a second expansion device and a sixth exchanger heat exchanger configured to exchange heat with a flow of air inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the sixth exchanger is placed upstream of the third exchanger in the heating, ventilation and air conditioning installation of the vehicle.
  • the auxiliary branch connects a first connection point disposed downstream of an outlet of the compressor and upstream of the first regulator to a second connection point disposed downstream of the second exchanger and upstream of an inlet of the compressor, the auxiliary branch successively comprising a second expander and a sixth heat exchanger.
  • the heat transfer liquid circuit of the thermal conditioning system comprises a fourth branch of diversion connected to the secondary loop in parallel with the fourth exchanger and the second bidirectional pump, the fourth branch of branch comprising a seventh heat exchanger configured to be thermally coupled to a second element of the vehicle's electric traction chain.
  • the second element of the electric traction chain of the vehicle can be an electronic unit for controlling an electric traction motor.
  • the seventh heat exchanger can be formed by the electronic control unit of the electric motor itself, that is to say that the electronic elements dissipating heat are directly in contact with the heat transfer fluid, when this is a dielectric fluid.
  • the fourth branch includes an eighth heat exchanger configured to be thermally coupled to a third element of the vehicle's electric traction chain.
  • the third element of the vehicle's electric traction chain can be an electric vehicle traction motor.
  • the eighth heat exchanger can be formed by the electric motor, that is to say that the heat-dissipating components of the motor are directly in contact with the heat transfer fluid, when the latter is a dielectric fluid.
  • the fourth branch branch connects a seventh connection point arranged on the secondary loop between the second connection point and a first inlet/outlet of the fourth exchanger to an eighth connection point arranged on the secondary loop between the second bidirectional pump and the fourth connection point.
  • the secondary loop comprises a third pump configured to circulate the heat transfer liquid from the fourth connection point to the second inlet/outlet of the second exchanger.
  • the third pump is a unidirectional pump.
  • the third pump is arranged between the fourth connection point and the second inlet/outlet of the second exchanger.
  • the third pump is arranged between the first inlet/outlet of the second exchanger and the second connection point.
  • the secondary loop comprises a first stop valve disposed between the second connection point and the seventh connection point.
  • the first shut-off valve is a two-way valve.
  • the secondary loop includes a second shut-off valve disposed between the eighth connection point and the fourth connection point.
  • the second shut-off valve is a two-way valve.
  • the primary loop comprises a unidirectional valve configured to authorize a circulation of heat transfer liquid from the first inlet/outlet of the third exchanger towards the first connection point and configured to prohibit a circulation of liquid heat carrier from the first connection point to the first inlet/outlet of the third exchanger.
  • the one-way valve is a check valve.
  • the heat transfer liquid circuit of the thermal conditioning system comprises a first three-way valve arranged jointly on the first branch of diversion and on the third branch of branch.
  • the first three-way valve is configured to selectively:
  • the heat transfer liquid circuit comprises a second three-way valve arranged jointly on the second branch of diversion and on the third branch of branch.
  • the second three-way valve is configured to selectively:
  • the thermal conditioning system can thus use a reduced number of valves, in addition to valves of low complexity.
  • two two-way shut-off valves, two three-way valves and one check valve are sufficient to operate the proposed thermal conditioning system.
  • the primary heat transfer liquid loop comprises an electric heating device configured to selectively heat the heat transfer liquid.
  • This electric heating device makes it possible to supplement, or replace, the heat supplied to the heat transfer liquid by the refrigerant fluid.
  • the main refrigerant loop comprises an accumulation device disposed downstream of the second exchanger and upstream of an inlet of the compression device.
  • the accumulation device is an accumulator.
  • the main refrigerant fluid loop comprises an internal heat exchanger configured to allow a thermal exchange between the refrigerant fluid leaving the first exchanger and the refrigerant fluid leaving the device. 'accumulation.
  • the internal heat exchanger comprises a first heat exchange section arranged downstream of the first exchanger and upstream of the first expander and a second heat exchange section arranged downstream of the refrigerant accumulation device and upstream upstream of an inlet of the compressor, the internal heat exchanger being configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid circulating in the first heat exchange section and the refrigerant fluid in the second heat exchange section.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a mode known as heating the traction chain and dehumidifying the passenger compartment, in which: - a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the second expander where it passes at low pressure, in the sixth exchanger where it receives heat from the interior air flow, and returns to the compressor,
  • a first flow of heat transfer liquid circulates successively in the first exchanger where it receives heat from the refrigerant fluid, in the first bidirectional pump, and is divided at the third connection point into:
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as previously described, in a mode known as heating the traction chain and cooling the passenger compartment, in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the second expander where it passes at low pressure, in the sixth exchanger where it receives heat from the interior air flow, and returns to the compressor,
  • a first flow of heat transfer liquid circulates successively in the first bidirectional pump, in the first exchanger where it receives heat from the refrigerant fluid, in the first branch of diversion, in the secondary loop, and is divided at the seventh connection point into:
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a mode known as heating and dehumidification of the passenger compartment, with double energy recovery in which:
  • a first flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid, and is divided into:
  • a first flow of heat transfer liquid circulates successively in the first exchanger where it receives heat from the refrigerant fluid, in the first bidirectional pump, in the third exchanger where it transfers heat to the interior air flow, and returns to the first exchanger,
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called traction chain cooling and passenger compartment heating mode, in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the first expander where it passes at low pressure, in the second exchanger where it receives heat from the heat transfer liquid, and returns to the compressor,
  • a first flow of heat transfer liquid circulates successively in the first exchanger where it receives heat from the refrigerant fluid, in the first bidirectional pump, and is divided at the third connection point into:
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as already described, in a mode known as cooling the traction chain and the passenger compartment, in which:
  • a first flow of refrigerant fluid circulates successively in the compressor where it passes at high pressure, in the first exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid, and is divided into:
  • a first flow of heat transfer liquid circulates successively in the first bidirectional pump, in the first exchanger where it receives heat from the refrigerant fluid, in the first branch of diversion, in the third branch of branch, in the fifth exchanger where it transfers heat to the outside air flow, in the second branch branch, and returns to the first bidirectional pump,
  • FIG. 1 is a schematic view of a thermal conditioning system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a variant of the embodiment of Figure 1,
  • FIG. 3 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 2 according to a first operating mode called heating of the traction chain and dehumidification of the passenger compartment,
  • FIG. 4 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 2 according to a second operating mode called heating of the traction chain and cooling of the passenger compartment
  • FIG. 5 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 2 according to a third operating mode called heating and dehumidification of the passenger compartment, with double energy recovery
  • FIG. 6 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 2 according to a fourth operating mode called traction chain cooling and passenger compartment heating
  • FIG. 7 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 2 according to a fifth operating mode called cooling of the traction chain and the passenger compartment.
  • a first element upstream of a second element means that the first element is placed before the second element with respect to the direction of circulation, or travel, of a fluid.
  • a first element downstream of a second element means that the first element is placed after the second element with respect to the direction of circulation, or travel, of the fluid considered.
  • the term "a first element is upstream of a second element” means that the refrigerant fluid successively travels through the first element, then the second element, without passing through the compression device. In other words, the refrigerant fluid leaves the compression device, possibly passes through one or more elements, then passes through the first element, then the second element, then returns to the compression device, possibly after passing through other elements.
  • exchanger is equivalent to the term “heat exchanger” and to the term “heat exchanger”.
  • expansion device is equivalent to the term “expansion device”
  • compressor is equivalent to the term “compression device”.
  • 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 to pass can be adjusted continuously between a closed position and a maximum open position.
  • an electronic control module controls an electric motor which moves a mobile shutter controlling the passage section offered to the refrigerant fluid.
  • the thermal conditioning system 100 which will be described can be fitted to a motor vehicle.
  • the motor vehicle is electric or hybrid.
  • An electronic control unit receives information from various sensors measuring in particular the characteristics of the refrigerant fluid.
  • the electronic control unit also receives instructions issued by the occupants of the vehicle, such as the desired temperature inside the passenger compartment.
  • the electronic control unit implements control laws allowing the control of the different actuators, in order to ensure the control of the thermal conditioning system 100 so as to ensure the instructions received.
  • a compression device 15 makes it possible to circulate a refrigerant fluid in a closed circuit 10 for circulating refrigerant fluid.
  • the compression device 15 can be an electric compressor, that is to say a compressor whose moving parts are driven by an electric motor.
  • the device of compression 15 has a suction side of the refrigerant fluid at low pressure, also called inlet 15a of the compression device, and a discharge side of the refrigerant fluid at high pressure, also called outlet 15b of the compression device 15.
  • the internal moving parts of the compressor 15 cause the refrigerant fluid to pass from low pressure on the inlet side 15a to high pressure on the outlet side 15b. After expansion in one or more expansion members, the refrigerant fluid returns to inlet 15a of compressor 15 and begins a new thermodynamic cycle.
  • connection point allows the refrigerant fluid to pass into one or other of the circuit portions joining at this connection point.
  • the distribution of the refrigerant fluid between the circuit portions joining at a connection point is done by varying the degree of opening of the expansion devices arranged on each of the branches connected to this point.
  • each connection point is a means of redirecting the refrigerant arriving at this connection point.
  • the refrigerant fluid used by the refrigerant fluid circuit 10 is here a chemical fluid such as R1234yf.
  • Other refrigerant fluids could be used, such as R134a, R744 or even R290.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a heat transfer liquid circuit 20 in which a heat transfer liquid can circulate under the action of one or more pumps.
  • the circuit includes different circulation loops connected by different branch branches.
  • Each connection point between two circuit portions allows the heat transfer liquid to pass into one or other of the circuit portions joining at this connection point.
  • each connection point is a means of redirecting the heat transfer liquid arriving at this connection point.
  • interior air flow Fi means a flow of air intended for the passenger compartment of the motor vehicle.
  • This interior 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.
  • external air flow Fe we mean an air flow which is not intended for the passenger compartment of the vehicle. In other words, this air flow remains outside the passenger compartment.
  • Figure 1 shows a thermal conditioning system 100 for a motor vehicle.
  • the thermal conditioning system 100 includes:
  • thermoelectric circuit 20 comprising:
  • a refrigerant fluid circuit 10 comprising a main loop 10A for circulating refrigerant fluid, the main loop 10A comprising successively in one direction of circulation of the refrigerant fluid:
  • a first heat exchanger 1 arranged jointly on the main loop 10A of refrigerant fluid and on the primary loop 20A of heat transfer liquid so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid
  • a second heat exchanger 2 arranged jointly on the main loop 10A of refrigerant fluid and on the secondary loop 20B of heat transfer liquid so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid.
  • the primary heat transfer liquid loop 20A comprises a third exchanger 3 configured to exchange heat with an air flow Fi inside a passenger compartment of the vehicle.
  • the secondary heat transfer liquid loop 20B comprises a fourth heat exchanger 4 configured to be thermally coupled to a first element 41 of an electric traction chain of the vehicle.
  • the heat transfer liquid circuit 20 includes:
  • first branch branch 20C connecting a first connection point 51 arranged on the primary loop 20A between a first input/output 1 B-1 of the first exchanger 1 and a first input/output 3-1 of the third exchanger 3 to a second connection point 52 arranged on the secondary loop 20B between a first inlet/outlet 2B-1 of the second exchanger 2 and a first inlet/outlet 4-1 of the fourth exchanger 4,
  • a second branch branch 20D connecting a third connection point 53 arranged on the primary loop 20A between a second inlet/outlet 1 B-2 of the first exchanger 1 and a second inlet/outlet 3-2 of the third exchanger 3 to a fourth connection point 54 arranged on the secondary loop 20B between a second inlet/outlet 2B-2 of the second exchanger 2 and a second inlet/outlet 4-2 of the fourth exchanger 4.
  • the primary heat transfer liquid loop 20A comprises a first bidirectional pump 21 configured to circulate the heat transfer liquid selectively from a first inlet/outlet 1 B-1 of the first exchanger 1 to a first inlet/outlet 3-1 of the third exchanger 3, or from a second inlet/outlet 1 B-2 of the first exchanger 1 to a second inlet/outlet 3-2 of the third exchanger 3.
  • the secondary heat transfer liquid loop 20B comprises a second bidirectional pump 22 configured to selectively circulate the heat transfer liquid from a first inlet/outlet 2B-1 of the second exchanger 2 to a first inlet/outlet 4-1 of the fourth exchanger 4, or from a second inlet/outlet 2B-2 of the second exchanger 2 to a second inlet/outlet 4-2 of the fourth exchanger 4.
  • the second bidirectional pump 22 makes it possible to obtain a greater diversity of operating modes, without increasing the complexity of the valves used in the circuit.
  • the direction of circulation, or delivery, of the liquid circulated by the pump can be reversed on demand.
  • the direction of rotation of the moving parts of the pump can be reversed to reverse the direction of circulation.
  • the pump may include a controlled electric motor by a bridge of transistors making it possible to control the direction of rotation and the speed of rotation of the motor.
  • the first bidirectional pump 21 is arranged on the primary loop 20A between the second inlet/outlet 1 B-2 of the first exchanger 1 and the third connection point 53.
  • the first bidirectional pump 21 is arranged on the primary loop 20A between the first connection point 51 and the first inlet/outlet 1 B-1 of the first exchanger 1.
  • the second bidirectional pump 22 is arranged on a portion of the secondary loop 20B extending between the second connection point 52 and the fourth connection point 54 without passing through the second exchanger 2.
  • the second bidirectional pump 22 is arranged between the fourth connection point 54 and the second inlet/outlet 4-2 of the fourth exchanger 4.
  • the second bidirectional pump 22 is arranged between the second connection point 52 and the first inlet/outlet 4-1 of the fourth exchanger 4.
  • inlet/outlet designates a path which can be either an inlet of heat transfer liquid or an outlet of heat transfer liquid depending on the direction of flow imposed by the heat transfer liquid circulation pumps and the release valves. in communication with the different portions of the heat transfer liquid circuit 20.
  • first inlet/outlet of an exchanger is a heat transfer liquid inlet
  • second inlet/outlet of this exchanger is a heat transfer liquid outlet.
  • the first inlet/outlet is then a heat transfer liquid outlet.
  • the refrigerant fluid circuit 10 forms a closed circuit configured to circulate a flow of refrigerant fluid.
  • the heat transfer fluid circuit 20 forms a heat transfer fluid circulation circuit, that is to say a closed circuit configured to circulate a flow of heat transfer fluid. In its nominal state of operation, that is to say without fault or anomaly, each of the circuits 10, 20 is waterproof.
  • the primary loop 20A of the heat transfer liquid circuit 20 forms a heat transfer liquid circulation loop.
  • the secondary loop 20B of the circuit forms a heat transfer liquid circulation loop.
  • the 20 of heat transfer liquid forms a heat transfer liquid circulation loop.
  • the primary loop 20A and the secondary loop 20B are connected by branch branches.
  • Each branch branch has exactly one input and one output.
  • Each branch branch is connected at each of its ends to a portion of the heat transfer liquid circuit. Each connection is made at a connection point.
  • the refrigerant fluid and the heat transfer liquid can carry out a heat exchange at the level of the first exchanger 1.
  • the first exchanger 1 comprises a first heat exchange section 1 A through which the refrigerant fluid passes and a second heat exchange section 1 B traversed by the heat transfer liquid. A heat exchange is carried out between the first heat exchange section 1 A and the second heat exchange section 1 B of the first exchanger 1.
  • the refrigerant fluid and the heat transfer fluid can carry out a heat exchange at the level of the second exchanger 2.
  • the second exchanger 2 comprises a first heat exchange section 2A through which the refrigerant fluid passes and a second section heat exchange 2B through which the heat transfer fluid passes. A heat exchange is carried out between the first heat exchange section 2A and the second heat exchange section 2B of the second exchanger 2.
  • the first exchanger 1 makes it possible to condense at least in part the refrigerant fluid at high temperature and high pressure at the outlet of the compression device 15. The heat of condensation of the refrigerant fluid is thus transferred to the heat transfer liquid of the circuit 20. The liquid heat carrier can thus be heated.
  • the second exchanger 2 can make it possible to evaporate at least partially the low pressure refrigerant fluid at the outlet of the first expansion device 31.
  • the heat of vaporization of the refrigerant fluid is taken from the heat transfer liquid. This can thus be cooled.
  • the first exchanger 1 and the second exchanger 2 each have an inlet respectively 1 A-1, 2A-1 of refrigerant fluid and an outlet 1 A-2, 2A-2 of refrigerant fluid.
  • the first exchanger 1 and the second exchanger 2 each comprise a heat transfer liquid inlet and a heat transfer liquid outlet, the role of the inlet and the outlet being able to be reversed according to the operating modes depending on the direction of circulation imposed by the bidirectional heat transfer liquid circulation pumps.
  • the first exchanger 1 and the second exchanger 2 are traversed by two different fluids, each exchanger is a two-fluid exchanger.
  • the first element 41 of the electric traction chain of the vehicle can be an electrical energy storage battery.
  • the battery can provide the energy necessary for an electric traction motor of the vehicle.
  • Thermal coupling with the fourth exchanger 4 can be achieved via a heat transfer liquid circulation loop, not shown in the different figures. Thermal coupling can also be done by bringing one or more walls of the fourth exchanger 4 into contact with one or more walls of the battery 41.
  • the fourth exchanger 4 can be formed by the battery itself, that is to say that the heat dissipating battery is directly in contact with the heat transfer fluid, when the latter is a dielectric fluid.
  • the third exchanger 3 is located in the heating, ventilation and air conditioning installation of the vehicle.
  • the third exchanger 3 is a passenger compartment heating radiator.
  • a motor-fan group is placed near the third exchanger 3 and can be activated in order to increase, if necessary, the flow rate of the interior air flow Fi.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a third branch branch 20E connecting a fifth connection point 55 located on the first branch branch 20C to a sixth connection point 56 located on the second branch branch 20D.
  • the third branch 20E includes a fifth heat exchanger 5.
  • the fifth heat exchanger 5 is configured to exchange heat with an air flow Fe outside the passenger compartment of the vehicle.
  • the fifth exchanger 5 is for example arranged on the front of the vehicle, behind the grille.
  • a second motor-fan group, not shown, can be activated in order to increase the flow rate of the outside air flow if necessary.
  • connection point 55 is arranged on the first branch branch 20C between the first connection point 51 and the second connection point 52.
  • the sixth connection point 56 is arranged on the second branch branch 20D between the third connection point 53 and the fourth connection point 54.
  • the refrigerant fluid circuit 10 comprises an auxiliary branch 10B arranged in parallel with the first expansion device 31 and the second exchanger 2.
  • the auxiliary branch 10B successively comprises a second expansion device 32 and a sixth heat exchanger 6 configured to exchange heat with an interior air flow Fi to the passenger compartment of the vehicle.
  • the sixth exchanger 6 is located in the heating, ventilation and air conditioning installation of the vehicle.
  • the sixth exchanger 6 is arranged upstream of the third exchanger 3 in the heating, ventilation and air conditioning installation of the vehicle.
  • the auxiliary branch 10B connects a first connection point 11 disposed downstream of an outlet 15b of the compressor 15 and upstream of the first regulator 31 to a second connection point 12 disposed downstream of the second exchanger 2 and upstream of an inlet 15a of the compressor 15.
  • the auxiliary branch 10B successively comprises a second expander 32 and a sixth heat exchanger 6.
  • the second expansion device 32 is arranged upstream of the sixth heat exchanger 6 in a direction of circulation of the refrigerant fluid.
  • the second expansion device 32 makes it possible to supply the sixth heat exchanger 6 with refrigerant fluid, with a controlled expansion level.
  • the first regulator 31 makes it possible to supply the second exchanger 2 with refrigerant fluid, with a controlled expansion level. Controlling the passage section of the first expander 31 and the second expander 32 makes it possible to control the distribution of the flow of refrigerant fluid between the second exchanger 2 and the sixth exchanger 6.
  • the first expander 31 When the first expander 31 is completely open, the refrigerant fluid does not does not undergo relaxation.
  • the first expansion valve 31 is completely closed, the circulation of the refrigerant fluid is blocked. The same goes for the second regulator.
  • the heat transfer liquid circuit 20 of the thermal conditioning system 100 comprises a fourth branch branch 20F connected to the secondary loop 20B in parallel with the fourth exchanger 4 and the second bidirectional pump 22.
  • the fourth branch branch 20F comprises a seventh heat exchanger 7 configured to be thermally coupled to a second element 42 of the vehicle's electric traction chain.
  • the second element 42 of the electric traction chain of the vehicle can for example be an electronic unit for controlling an electric traction motor.
  • the seventh heat exchanger 7 can be formed by the electronic control unit of the electric motor itself, that is to say that the electronic elements dissipating heat are directly in contact with the heat transfer fluid, when this This is a dielectric fluid.
  • the fourth branch 20F comprises an eighth heat exchanger 8 configured to be thermally coupled to a third element 43 of the vehicle's electric traction chain.
  • the third element 43 of the electric traction chain of the vehicle can be an electric traction motor of the vehicle.
  • the eighth heat exchanger 8 can be formed by the electric motor, that is to say that the heat-dissipating components of the motor are directly in contact with the heat transfer fluid, when the latter is a dielectric fluid.
  • the fourth branch 20F connects a seventh connection point 57 arranged on the secondary loop 20B between the second connection point 52 and a first inlet/outlet 4-1 of the fourth exchanger 4 to an eighth connection point 58 arranged on the secondary loop 20B between the second bidirectional pump 22 and the fourth connection point 54.
  • the secondary loop 20B comprises a third pump 23 configured to circulate the heat transfer liquid from the fourth connection point 54 towards the second inlet/outlet 2B-2 of the second exchanger 2.
  • the third pump 23 is a unidirectional pump. In other words, the third pump always circulates the heat transfer liquid in the same direction.
  • the third pump 23 is electrically controlled.
  • the third pump 23 is arranged between the fourth connection point 54 and the second inlet/outlet 2B-2 of the second exchanger 2.
  • the third pump 23 is arranged between the first inlet/outlet 2B-1 of the second exchanger 2 and the second connection point 52.
  • the secondary loop 20B comprises a first stop valve 25 arranged between the second connection point 52 and the seventh connection point 57.
  • the first stop valve 25 is a two-way valve.
  • the secondary loop 20B comprises a second stop valve 26 disposed between the eighth connection point 58 and the fourth connection point 54.
  • the second stop valve 26 is a two-way valve.
  • the first stop valve 25 and the second stop valve 26 are electrically controlled.
  • the heat transfer liquid can circulate successively in the second pump 22, in the fourth exchanger 4, pass to the seventh connection point 57, circulate in the seventh exchanger 7, then in the eighth exchanger 8, go to the eighth connection point 58, and return to the second pump 22.
  • the heat transfer liquid can circulate successively in the second pump 22, pass to the eighth connection point 58, circulate in the eighth exchanger 8, in the seventh exchanger 7, pass to the seventh point connection 57, then in the fourth exchanger 4, and return to the second bidirectional pump 22.
  • the primary loop 20A comprises a one-way valve 27 configured to authorize a circulation of heat transfer liquid from the first inlet/outlet 3-1 of the third exchanger 3 towards the first connection point 51 and configured to prohibit a circulation of heat transfer liquid from the first connection point 51 towards the first input/output 3-1 of the third exchanger 3.
  • the one-way valve 27 is here a non-return valve.
  • the one-way valve is here a passive element, that is to say without electrical control.
  • the heat transfer liquid circuit 20 of the thermal conditioning system 100 comprises a first three-way valve 29 arranged jointly on the first branch of diversion 20C and on the third branch of branch 20E.
  • the first three-way valve 29 is configured to selectively:
  • the first three-way valve 29 makes it possible to selectively put the fifth exchanger 5 in communication either with the primary heat transfer liquid circulation loop 20A or with the secondary loop 20B.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a second three-way valve 30 arranged jointly on the second branch of diversion 20D and on the third branch of branch 20E.
  • the second three-way valve 30 is configured to selectively:
  • the second three-way valve 30 makes it possible to selectively put the fifth exchanger 5 in communication either with the primary loop 20A or with the secondary loop 20B.
  • the first three-way valve 29 and the second three-way valve 30 are electrically controlled.
  • the fifth connection point 55 of the heat transfer liquid circuit 20 is part of the first three-way valve 29.
  • the sixth connection point 56 of the heat transfer liquid circuit 20 is part of the second three-way valve 30.
  • the thermal conditioning system can thus use a reduced number of valves, in addition to valves of low complexity.
  • two two-way shut-off valves, two three-way valves and one check valve are sufficient to operate the proposed thermal conditioning system.
  • More complex valves, for example with four, five or six flow paths, used by prior art systems, are not necessary and are not used.
  • the primary heat transfer liquid loop 20A comprises an electric heating device 24 configured to selectively heat the heat transfer liquid. This electric heating device 24 makes it possible to supplement, or replace, the heat supplied to the heat transfer liquid by the refrigerant fluid.
  • the main refrigerant fluid loop 10A comprises an accumulation device 16 disposed downstream of the second exchanger 2 and upstream of an inlet 15a of the compression device 15.
  • the accumulation device 16 is an accumulator. This accumulator, placed on the low pressure side of the refrigerant circuit 10, makes it possible to compensate for variations in the quantity of refrigerant circulating in the circuit depending on the operating modes. It also prevents liquid refrigerant from being sucked in by compressor 15.
  • the main refrigerant fluid loop 10A may comprise an accumulation device disposed downstream of the first exchanger 1 and upstream of the first connection point 11.
  • the accumulation device is a desiccant bottle.
  • Figure 2 represents a variant of the embodiment of Figure 1.
  • the main refrigerant fluid loop 10A comprises an internal heat exchanger 9 configured to allow a thermal exchange between the refrigerant fluid leaving the first exchanger 1 and the refrigerant fluid leaving the cooling device. accumulation 16.
  • the internal heat exchanger 9 comprises a first heat exchange section 9A arranged downstream of the first exchanger 1 and upstream of the first expander 31 and a second heat exchange section 9B arranged downstream of the accumulation device 16 of refrigerant fluid and upstream of an inlet 15a of the compressor 15.
  • the internal heat exchanger 9 is configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid circulating in the first heat exchange section 9A and the refrigerant fluid in the second heat exchange section 9B.
  • the internal exchanger makes it possible to increase the enthalpy variation of the refrigerant fluid during the thermodynamic cycle and thus improve the performance of the thermal conditioning system.
  • Many operating modes of the thermal conditioning system are possible.
  • Figures 3 to 7 illustrate different operating methods of a packaging system as described above.
  • each of the circuits 10, 20 traversed by the fluid corresponding to this circuit are represented in thick continuous lines, and the portions of circuit which are not traversed by a fluid are represented in thin dotted lines.
  • the double arrows schematize the direction of circulation of the refrigerant fluid
  • the single arrows schematize the direction of circulation of the heat transfer liquid.
  • the arrows placed next to the bidirectional pumps show the direction of delivery of the bidirectional pumps.
  • Figure 3 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described previously, in a mode known as heating the traction chain and dehumidifying the passenger compartment.
  • a flow rate Qr of refrigerant fluid circulates in the compressor 15 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger 1 where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the second expander 32 where it passes at low pressure, in the sixth exchanger 6 where it receives heat from the interior air flow Fi, and returns to the compressor 15.
  • a first flow Qc1 of heat transfer liquid circulates successively in the first exchanger 1 where it receives heat from the refrigerant fluid, in the first bidirectional pump 21, and is divided at the third connection point 53 into:
  • the interior air flow Fi is cooled at the sixth exchanger 6 and is heated at the third exchanger 3.
  • the interior air flow Fi is thus dehumidified.
  • the heat received by the heat transfer liquid at the level of the first exchanger 1 is dissipated partly in the interior air flow Fi and partly in the elements of the electric traction chain, at the level of the fourth exchanger 4, the seventh exchanger 7 and of the eighth exchanger 8.
  • the elements of the electric traction chain are thus heated.
  • the first bidirectional pump 21 circulates the heat transfer liquid in a first direction of circulation, corresponding to circulation from the first connection point 51 to the third connection point 53.
  • the second bidirectional pump 22 circulates the heat transfer liquid in a second direction of circulation, corresponding to circulation from the eighth connection point 58 to the seventh connection point 57.
  • the first three-way valve 29 and the second three-way valve 30 block the circulation of heat transfer liquid in the third branch of diversion 20E and therefore in the fifth exchanger 5.
  • the fifth exchanger 5 does not participate in heat transfers.
  • the first regulator 31 is in the closed position, the second exchanger 2 does not carry a flow of refrigerant fluid.
  • the third pump 23 is inactive.
  • the secondary loop portion 20B extending between the fourth connection point 54 and the second connection point 52, and comprising the third pump 23 as well as the second heat exchange section 2B of the second exchanger 2, is not covered by the heat transfer liquid.
  • the first stop valve 25 and the second stop valve 26 are both in the open position and allow the heat transfer liquid to pass.
  • Figure 4 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as previously described, in a mode known as heating the traction chain and cooling the passenger compartment.
  • a flow rate Qr of refrigerant fluid circulates in the compressor 15 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger 1 where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the second expander 32 where it passes at low pressure, in the sixth exchanger 6 where it receives heat from the interior air flow Fi, and returns to the compressor 15.
  • a first flow rate Qc1 of heat transfer liquid circulates successively in the first bidirectional pump 21, in the first exchanger 1 where it receives heat from the refrigerant fluid, in the first branch 20C, in the secondary loop 20B, and is divided at level of the seventh connection point 57 in:
  • the interior air flow Fi is cooled at the level of the sixth exchanger 6.
  • the heat received by the heat transfer liquid at the level of the first exchanger 1 is dissipated in the elements of the electric traction chain, at the level of the fourth exchanger 4, the seventh exchanger 7 and the eighth exchanger 8, which allows these elements of the traction chain to be heated.
  • the first bidirectional pump 21 circulates the heat transfer liquid in a second direction of circulation, corresponding to circulation from the third connection point 53 towards the first connection point 51.
  • the second bidirectional pump 22 circulates the heat transfer liquid in a first direction of circulation, corresponding to circulation from the seventh connection point 57 to the eighth connection point 58.
  • the two pumps have a reverse delivery direction compared to the previous operating mode, illustrated in Figure 3.
  • the first three-way valve 29 and the second three-way valve 30 block the circulation of heat transfer liquid in the third branch 20E and therefore in the fifth exchanger 5.
  • the fifth exchanger 5 does not participate in heat exchange.
  • the one-way valve 27 prevents the heat transfer liquid from circulating towards the third exchanger 3.
  • the pressure is lower than the pressure at the first connection point.
  • connection 51 due to the pressure loss generated by the first three-way valve 29, the stop valve 25, the fourth exchanger 4, the seventh and eighth exchangers 7,8 and the corresponding circuit portions.
  • the heat transfer liquid does not circulate in the third exchanger 3, which does not participate in the heat exchanges and does not heat the interior air flow Fi.
  • the sixth exchanger 6 cools the interior air flow Fi. Reversing the direction of delivery of the first pump 21 makes it possible to move from a circulation of heat transfer liquid allowing heating or dehumidification of the passenger compartment to a circulation allowing cooling of the passenger compartment.
  • the first expansion valve 31 is in the closed position, the second exchanger 2 does not carry a flow of refrigerant fluid and is inactive for heat exchanges.
  • the third pump 23 is inactive.
  • the first stop valve 25 and the second stop valve 26 are both in the open position and allow the heat transfer liquid to pass.
  • FIG. 5 schematically shows an operating method of a thermal conditioning system 100 as described above, in a mode known as heating and dehumidification of the passenger compartment, with double energy recovery.
  • this operating mode :
  • a first flow rate Qr1 of refrigerant fluid circulates in the compressor 15 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger 1 where it transfers heat to the heat transfer liquid, and is divided into:
  • a first flow Qc1 of heat transfer liquid circulates successively in the first exchanger 1 where it receives heat from the refrigerant fluid, in the first bidirectional pump 21, in the third exchanger 3 where it transfers heat to the internal air flow Fi , and returns to the first interchange 1,
  • the interior air flow Fi is cooled at the sixth exchanger 6 and is heated at the third exchanger 3.
  • the interior air flow Fi is thus dehumidified.
  • the quantity of heat supplied by the third exchanger 3 is greater than the quantity of heat absorbed by the sixth exchanger 6, the air flow is thus heated.
  • the heat transfer liquid can receive heat from the exterior air flow Fe at the level of the fifth exchanger 5. Heating of the passenger compartment is thus achieved by recovering energy both from the traction chain, and of the exterior air flow Fe, that is to say by achieving double energy recovery.
  • the first bidirectional pump 21 circulates the heat transfer liquid in the first direction of circulation.
  • the second bidirectional pump 22 circulates the heat transfer liquid in the first direction of circulation.
  • the primary loop 20A and the secondary loop 20B of heat transfer liquid are not connected.
  • the portion of the first branch 20C between the second connection point 52 and the fifth connection point 55 is traversed by a flow rate Qc6 of heat transfer liquid.
  • the portion of the second branch of diversion 20D between the fourth connection point 54 and the sixth connection point 54 is traversed by a flow rate Qc6 of heat transfer liquid.
  • the first three-way valve 29 blocks the circulation of heat transfer liquid between the first connection point 51 and the fifth connection point 55.
  • the second three-way valve 30 blocks the circulation of heat transfer liquid between the sixth connection point 56 and the third point connection 53.
  • the stop valves 25, 26 are both in the open position. In this operating mode, all heat exchangers are active and participate in heat exchange.
  • Figure 6 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described above, in a mode known as traction chain cooling and passenger compartment heating.
  • a flow rate Qr of refrigerant fluid circulates in the compressor 15 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger 1 where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the first expander 31 where it passes at low pressure, in the second exchanger 2 where it receives heat from the heat transfer liquid, and returns to the compressor 15.
  • a first flow Qc1 of heat transfer liquid circulates successively in the first exchanger 1 where it receives heat from the refrigerant fluid, in the first bidirectional pump 21, and is divided at the third connection point 53 into:
  • a fourth flow rate Qc4 of heat transfer liquid circulates in the secondary loop 20B successively in the third pump 23, in the second exchanger 2 where it transfers heat to the refrigerant fluid, and is divided at the seventh connection point 57 into:
  • the first bidirectional pump 21 circulates the heat transfer liquid in the first direction of circulation.
  • the second bidirectional pump 22 circulates the heat transfer liquid in the first direction of circulation.
  • the primary loop 20A and the secondary loop 20B of heat transfer liquid are not connected.
  • the first 3-way valve 29 blocks the circulation of heat transfer liquid in the first branch 20C.
  • the second diversion valve 30 blocks the circulation of heat transfer liquid in the second diversion branch 20D.
  • the first stop valve 25 and the second stop valve 26 are in the open position.
  • the second regulator 32 is in the closed position, the sixth exchanger 6 is inactive.
  • Figure 7 schematizes an operating method of a thermal conditioning system 100 as already described, in a so-called cooling mode of the traction chain and the passenger compartment.
  • a first flow rate Qr1 of refrigerant fluid circulates successively in the compressor 15 where it passes at high pressure, in the first exchanger 1 where it transfers heat to the heat transfer liquid, and is divided into:
  • a first flow Qc1 of heat transfer liquid circulates successively in the first bidirectional pump 21, in the first exchanger 1 where it receives heat from the refrigerant fluid, in the first branch of diversion 20C, in the third branch of diversion 20E, in the fifth exchanger 5 where it transfers heat to the external air flow Fe, in the second branch of diversion 20D, and returns to the first bidirectional pump 21,
  • the first bidirectional pump 21 circulates the heat transfer liquid in the second direction of circulation.
  • the second bidirectional pump 22 circulates the heat transfer liquid in the first direction of circulation.
  • the direction of delivery of the first pump 21 is reversed compared to the previous operating mode.
  • the one-way valve 27 prevents the heat transfer liquid from circulating towards the third exchanger 3.
  • the pressure is lower than the pressure at the first connection point 51, due to the pressure loss generated by the first three-way valve 29, the fifth exchanger 5 and the corresponding circuit portions.
  • the heat transfer liquid does not circulate in the third exchanger 3, which therefore does not heat the interior air flow Fi.
  • the sixth exchanger 6 cools the interior air flow Fi.

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Abstract

Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comportant : •- un circuit de liquide caloporteur (20) comportant : •-- une boucle primaire (20A), •-- une boucle secondaire (20B), •- un circuit de fluide réfrigérant (10) comportant une boucle principale (10A) de circulation de fluide réfrigérant comprenant: •-- un compresseur (15), •-- un premier échangeur (1), agencé conjointement sur la boucle principale (1 OA) et sur la boucle primaire (20A), •-- un détendeur (31), •-- un deuxième échangeur (2), agencé conjointement sur la boucle principale (10A) et sur la boucle secondaire (20B), dans lequel : - la boucle primaire (20A) comprend un troisième échangeur (3) couplé thermiquement avec un flux d'air (Fi) intérieur à l'habitacle, et une première pompe bidirectionnelle (21). •- la boucle secondaire (20B) de liquide caloporteur comprend un quatrième échangeur (4) couplé thermiquement à un premier élément (41) d'une chaine de traction électrique du véhicule.

Description

Description
Titre : SYSTEME DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE
Domaine technique
[1] La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique. Ces systèmes peuvent notamment équiper un véhicule automobile. De tels systèmes permettent de réaliser une régulation thermique de différents organes du véhicule, comme par exemple l’habitacle 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 au sein de différents échangeurs de chaleur permettant d’assurer un chauffage ou un refroidissement de différents organes.
Technique antérieure
[2] Les systèmes de conditionnement thermique font couramment appel à un circuit de fluide réfrigérant et à un circuit de liquide caloporteur échangeant de la chaleur avec le fluide réfrigérant. De tels systèmes sont ainsi appelés indirects. Le circuit de fluide réfrigérant est couplé thermiquement avec le circuit de liquide caloporteur par un premier échangeur bifluide. La chaleur cédée au liquide caloporteur peut ensuite être dissipée dans un flux d’air destiné à l’habitacle afin de le chauffer. Le circuit de liquide réfrigérant est aussi couplé au circuit de liquide caloporteur par un deuxième échangeur bifluide permettant de refroidir le liquide caloporteur. Des éléments de la chaine de traction du véhicule dissipant de la chaleur, comme le moteur électrique de traction du véhicule ou l’électronique de puissance commandant le moteur électrique, peuvent ainsi être refroidis.
[3] De plus, le liquide caloporteur peut également circuler dans un échangeur de chaleur recevant un flux d’air extérieur au véhicule, ce qui permet, suivant les modes de fonctionnement, de dissiper de la chaleur dans le flux d’air extérieur ou de recevoir de la chaleur de ce flux d’air. De nombreux modes de fonctionnement sont ainsi possibles, et permettent de multiples modes de transfert de chaleur entre les différents organes et échangeurs du véhicule. La circulation du liquide caloporteur dans les différentes ramifications du circuit est gérée par différentes vannes permettant de diriger le liquide caloporteur dans diverses portions du circuit. De nombreuses vannes d’arrêt sont généralement employées. L’utilisation de vannes à trois voies de circulation, quatre voies voire davantage permet de réduire le nombre de vannes employées. Toutefois, ces vannes sont complexes et coûteuses.
[4] Il existe ainsi un besoin de pouvoir disposer de systèmes de conditionnement thermique dans lesquels le nombre et la complexité des vannes peut être réduite, tout en conservant ou en améliorant les performances thermodynamiques du système.
Résumé
[5] A cette fin, la présente invention propose un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile, comportant :
- un circuit de liquide caloporteur comportant :
-- une boucle primaire de circulation de liquide caloporteur,
-- une boucle secondaire de circulation de liquide caloporteur,
- un circuit de fluide réfrigérant comportant une boucle principale de circulation de fluide réfrigérant, la boucle principale comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un dispositif de compression,
-- un premier échangeur de chaleur, agencé conjointement sur la boucle principale de fluide réfrigérant et sur la boucle primaire de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur,
-- un premier détendeur,
-- un deuxième échangeur de chaleur, agencé conjointement sur la boucle principale de fluide réfrigérant et sur la boucle secondaire de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, dans lequel :
- la boucle primaire de liquide caloporteur comprend un troisième échangeur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à un habitacle du véhicule, et
- la boucle secondaire de liquide caloporteur comprend un quatrième échangeur de chaleur configuré pour être couplé thermiquement à un premier élément d’une chaîne de traction électrique du véhicule, dans lequel le circuit de liquide caloporteur comprend :
- une première branche de dérivation reliant un premier point de connexion disposé sur la boucle primaire entre une première entrée/sortie du premier échangeur et une première entrée/sortie du troisième échangeur à un deuxième point de connexion disposé sur la boucle secondaire entre une première entrée/sortie du deuxième échangeur et une première entrée/sortie du quatrième échangeur,
- une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de connexion disposé sur la boucle primaire entre une deuxième entrée/sortie du premier échangeur et une deuxième entrée/sortie du troisième échangeur à un quatrième point de connexion disposé sur la boucle secondaire entre une deuxième entrée/sortie du deuxième échangeur et une deuxième entrée/sortie du quatrième échangeur, et dans lequel :
- la boucle primaire de liquide caloporteur comprend une première pompe bidirectionnelle configurée pour faire circuler le liquide caloporteur sélectivement d’une première entrée/sortie du premier échangeur vers une première entrée/sortie du troisième échangeur, ou d’une deuxième entrée/sortie du premier échangeur vers une deuxième entrée/sortie du troisième échangeur.
[6] Grâce à la pompe bidirectionnelle, de nombreux modes de fonctionnement peuvent être obtenus en limitant le nombre et la complexité des vannes employées.
[7] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, la boucle secondaire de liquide caloporteur comprend une deuxième pompe bidirectionnelle configurée pour faire circuler sélectivement le liquide caloporteur d’une première entrée/sortie du deuxième échangeur vers une première entrée/sortie du quatrième échangeur, ou d’une deuxième entrée/sortie du deuxième échangeur vers une deuxième entrée/sortie du quatrième échangeur.
[8] La deuxième pompe bidirectionnelle permet d’obtenir une plus grande diversité de modes de fonctionnement.
[9] Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : [10] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la première pompe bidirectionnelle est disposée sur la boucle primaire entre la deuxième entrée/sortie du premier échangeur et le troisième point de connexion.
[11] En variante, la première pompe bidirectionnelle est disposée sur la boucle primaire entre le premier point de connexion et la première entrée/sortie du premier échangeur.
[12] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, la deuxième pompe bidirectionnelle est disposée sur une portion de la boucle secondaire s’étendant entre le deuxième point de connexion et le quatrième point de connexion sans passer par le deuxième échangeur.
[13] Selon un mode de réalisation, la deuxième pompe bidirectionnelle est disposée entre le quatrième point de connexion et la deuxième entrée/sortie du quatrième échangeur.
[14] Selon une variante, la deuxième pompe bidirectionnelle est disposée entre le deuxième point de connexion et la première entrée/sortie du quatrième échangeur.
[15] Le premier élément de la chaine de traction électrique du véhicule peut être une batterie de stockage d’énergie électrique.
[16] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le quatrième échangeur peut être formé par la batterie elle-même, c’est-à-dire que la batterie dissipant de la chaleur est directement au contact avec le fluide caloporteur, lorsque celui-ci est un fluide diélectrique.
[17] Selon un mode de réalisation, le circuit de liquide caloporteur comporte une troisième branche de dérivation reliant un cinquième point de connexion disposé sur la première branche de dérivation à un sixième point de connexion disposé sur la deuxième branche de dérivation, la troisième branche de dérivation comportant un cinquième échangeur de chaleur.
[18] Le cinquième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule.
[19] Le cinquième point de connexion est disposé sur la première branche de dérivation entre le premier point de connexion et le deuxième point de connexion. [20] Le sixième point de connexion est disposé sur la deuxième branche de dérivation entre le troisième point de connexion et le quatrième point de connexion.
[21] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le circuit de fluide réfrigérant comporte une branche auxiliaire disposée en parallèle du premier dispositif de détente et du deuxième échangeur, la branche auxiliaire comprenant successivement un deuxième dispositif de détente et un sixième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[22] Le sixième échangeur est disposé en amont du troisième échangeur dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule.
[23] La branche auxiliaire relie un premier point de raccordement disposé en aval d’une sortie du compresseur et en amont du premier détendeur à un deuxième point de raccordement disposé en aval du deuxième échangeur et en amont d’une entrée du compresseur, la branche auxiliaire comportant successivement un deuxième détendeur et un sixième échangeur de chaleur.
[24] Selon un mode de réalisation, le circuit de liquide caloporteur du système de conditionnement thermique comporte une quatrième branche de dérivation reliée à la boucle secondaire en parallèle du quatrième échangeur et de la deuxième pompe bidirectionnelle, la quatrième branche de dérivation comportant un septième échangeur de chaleur configuré pour être couplé thermiquement à un deuxième élément de la chaine de traction électrique du véhicule.
[25] Le deuxième élément de la chaine de traction électrique du véhicule peut être une unité électronique de commande d’un moteur électrique de traction.
[26] Le septième échangeur de chaleur peut être formé par l’unité électronique de commande du moteur électrique elle-même, c’est-à-dire que les éléments électroniques dissipant de la chaleur sont directement au contact avec le fluide caloporteur, lorsque celui-ci est un fluide diélectrique.
[27] La quatrième branche de dérivation comporte un huitième échangeur de chaleur configuré pour être couplé thermiquement à un troisième élément de la chaine de traction électrique du véhicule. [28] Le troisième élément de la chaine de traction électrique du véhicule peut être un moteur électrique de traction du véhicule.
[29] Le huitième échangeur de chaleur peut être formé par le moteur électrique, c’est-à-dire que les composants du moteur dissipant de la chaleur sont directement en contact avec le fluide caloporteur, lorsque celui-ci est un fluide diélectrique.
[30] La quatrième branche de dérivation relie un septième point de connexion disposé sur la boucle secondaire entre le deuxième point de connexion et une première entrée/sortie du quatrième échangeur à un huitième point de connexion disposé sur la boucle secondaire entre la deuxième pompe bidirectionnelle et le quatrième point de connexion.
[31] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle secondaire comprend une troisième pompe configurée pour faire circuler le liquide caloporteur du quatrième point de connexion vers la deuxième entrée/sortie du deuxième échangeur.
[32] La troisième pompe est une pompe unidirectionnelle.
[33] Selon un exemple de réalisation, la troisième pompe est disposée entre le quatrième point de connexion et la deuxième entrée/sortie du deuxième échangeur.
[34] Selon un autre exemple de réalisation, la troisième pompe est disposée entre la première entrée/sortie du deuxième échangeur et le deuxième point de connexion.
[35] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, la boucle secondaire comprend une première vanne d’arrêt disposée entre le deuxième point de connexion et le septième point de connexion.
[36] La première vanne d’arrêt est une vanne deux voies.
[37] La boucle secondaire comprend une deuxième vanne d’arrêt disposée entre le huitième point de connexion et le quatrième point de connexion.
[38] La deuxième vanne d’arrêt est une vanne deux voies.
[39] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, la boucle primaire comprend une vanne unidirectionnelle configurée pour autoriser une circulation de liquide caloporteur de la première entrée/sortie du troisième échangeur vers le premier point de connexion et configurée pour interdire une circulation de liquide caloporteur du premier point de connexion vers la première entrée/sortie du troisième échangeur.
[40] La vanne unidirectionnelle est un clapet anti-retour.
[41] Selon un mode de réalisation, le circuit de liquide caloporteur du système de conditionnement thermique comprend une première vanne trois-voies disposée conjointement sur la première branche de dérivation et sur la troisième branche de dérivation.
[42] La première vanne trois-voies est configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation de liquide caloporteur dans la première branche de dérivation et interdire une circulation de liquide caloporteur entre la première branche de dérivation et le cinquième échangeur, ou
- autoriser une circulation de liquide caloporteur entre la boucle secondaire et le cinquième échangeur et interdire une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur et la boucle primaire de liquide caloporteur,
- autoriser une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur et la boucle primaire de liquide caloporteur et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur et la boucle secondaire.
[43] Selon un mode de réalisation, le circuit de liquide caloporteur comprend une deuxième vanne trois-voies disposée conjointement sur la deuxième branche de dérivation et sur la troisième branche de dérivation.
[44] La deuxième vanne trois-voies est configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation de liquide caloporteur dans la deuxième branche de dérivation et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre la deuxième branche de dérivation et le cinquième échangeur, ou
- autoriser une circulation de liquide caloporteur entre la boucle secondaire et le cinquième échangeur et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur et la boucle primaire de liquide caloporteur,
- autoriser une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur et la boucle primaire de liquide caloporteur et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur et la boucle secondaire. [45] Grâce aux possibilités de circulation du liquide caloporteur offerte par les deux pompes bidirectionnelles, le système de conditionnement thermique peut ainsi utiliser un nombre réduit de vannes, de plus des vannes de faible complexité. Ainsi, deux vannes d’arrêt à deux voies, deux vannes à trois voies et un clapet anti-retour suffisent à faire fonctionner le système de conditionnement thermique proposé.
[46] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle primaire de liquide caloporteur comprend un dispositif de chauffage électrique configuré pour sélectivement chauffer le liquide caloporteur.
[47] Ce dispositif de chauffage électrique permet de compléter, ou de remplacer, la chaleur fournie au liquide caloporteur par le fluide réfrigérant.
[48] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle principale de fluide réfrigérant comprend un dispositif d’accumulation disposé en aval du deuxième échangeur et en amont d’une entrée du dispositif de compression.
[49] Le dispositif d’accumulation est un accumulateur.
[50] Dans un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle principale de fluide réfrigérant comprend un échangeur de chaleur interne configuré pour permettre un échange thermique entre le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur et le fluide réfrigérant en sortie du dispositif d’accumulation.
[51] L’échangeur de chaleur interne comporte une première section d’échange thermique disposée en aval du premier échangeur et en amont du premier détendeur et une deuxième section d’échange thermique disposée en aval du dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant et en amont d’une entrée du compresseur, l’échangeur de chaleur interne étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans la première section d’échange thermique et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique.
[52] L’ invention se rapporte également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de chauffage de la chaine de traction et déshumidification de l’habitacle, dans lequel : - un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le deuxième détendeur où il passe à basse pression, dans le sixième échangeur où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur, et retourne au compresseur,
- un premier débit de liquide caloporteur circule successivement dans le premier échangeur où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la première pompe bidirectionnelle, et se divise au niveau du troisième point de connexion en :
-- un deuxième débit de liquide caloporteur circulant dans la boucle primaire puis dans le troisième échangeur où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur, et
-- un troisième débit de liquide caloporteur circulant successivement dans la deuxième branche de dérivation, dans la boucle secondaire, et se divise au niveau du huitième point de connexion en :
- un quatrième débit de liquide caloporteur circulant successivement la deuxième pompe bidirectionnelle, dans le quatrième échangeur, et
- un cinquième débit de liquide caloporteur circulant dans la quatrième branche de dérivation, successivement dans le huitième échangeur, dans le septième échangeur, le quatrième débit de liquide caloporteur et le cinquième débit de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du septième point de connexion, le deuxième débit de liquide caloporteur et le troisième débit de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du premier point de connexion et le premier débit de liquide caloporteur ainsi formé retournant au premier échangeur.
[53] L’ invention concerne également un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit préalablement, dans un mode dit de chauffage de la chaine de traction et refroidissement de l’habitacle, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le deuxième détendeur où il passe à basse pression, dans le sixième échangeur où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur, et retourne au compresseur,
- un premier débit de liquide caloporteur circule successivement dans la première pompe bidirectionnelle, dans le premier échangeur où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la première branche de dérivation, dans la boucle secondaire, et se divise au niveau du septième point de connexion en :
-- un deuxième débit de liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire successivement dans le quatrième échangeur, dans la deuxième pompe bidirectionnelle, et
-- un troisième débit de liquide caloporteur circulant dans la quatrième branche de dérivation successivement dans le septième échangeur, dans le huitième échangeur, le deuxième débit de liquide caloporteur et le troisième débit de liquide caloporteur se rejoignent au niveau du huitième point de connexion, le premier débit de liquide caloporteur ainsi formé circule ensuite dans la boucle secondaire, dans la deuxième branche de dérivation, dans la première pompe bidirectionnelle et retourne au premier échangeur.
[54] L’ invention se rapporte aussi à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de chauffage et déshumidification de l’habitacle, avec double récupération d’énergie dans lequel :
- un premier débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, et se divise en :
-- un deuxième débit circulant successivement dans le premier détendeur où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et
-- un troisième débit circulant dans le deuxième détendeur où il passe à basse pression, dans le sixième échangeur où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur, le deuxième débit et le troisième débit se rejoignant et regagnant le compresseur,
- un premier débit de liquide caloporteur circule successivement dans le premier échangeur où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la première pompe bidirectionnelle, dans le troisième échangeur où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur, et retourne au premier échangeur,
- un deuxième débit de liquide caloporteur circule dans la boucle secondaire, dans la troisième pompe, dans le deuxième échangeur où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant, et se divise au niveau du deuxième point de connexion en :
-- un troisième débit de liquide caloporteur qui circule dans la boucle secondaire, et se divise au niveau du septième point de connexion en :
— un quatrième débit de liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire successivement dans le quatrième échangeur, dans la deuxième pompe bidirectionnelle, et
- un cinquième débit de liquide caloporteur circulant dans la quatrième branche de dérivation successivement dans le septième échangeur, dans le huitième échangeur, le quatrième débit de liquide caloporteur et le cinquième débit de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du huitième point de connexion, le troisième débit de liquide caloporteur ainsi formé rejoignant le quatrième point de connexion,
-- un sixième débit de liquide caloporteur qui circule successivement dans la première branche de dérivation, dans la troisième branche de dérivation, dans le cinquième échangeur où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur, dans la deuxième branche de dérivation, et rejoint le troisième débit de liquide caloporteur au niveau du quatrième point de connexion.
[55] L’ invention concerne également un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de refroidissement de la chaine de traction et chauffage habitacle, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier détendeur où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et retourne au compresseur,
- un premier débit de liquide caloporteur circule successivement dans le premier échangeur où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la première pompe bidirectionnelle, et se divise au niveau du troisième point de connexion en :
-- un deuxième débit de liquide caloporteur circulant dans la boucle primaire puis dans le troisième échangeur où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur, et -- un troisième débit de liquide caloporteur circulant successivement dans la deuxième branche de dérivation, dans la troisième branche de dérivation, dans le cinquième échangeur où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur, dans la première branche de dérivation, le deuxième débit de liquide caloporteur et le troisième débit de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du premier point de connexion,
- un quatrième débit de liquide caloporteur circule dans la boucle secondaire successivement dans la troisième pompe, dans le deuxième échangeur où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant, et se divise au niveau du septième point de connexion en :
-- un cinquième débit de liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire successivement dans le quatrième échangeur, dans la deuxième pompe bidirectionnelle, et
-- un sixième débit de liquide caloporteur circulant dans la quatrième branche de dérivation successivement dans le septième échangeur, dans le huitième échangeur, le cinquième débit de liquide caloporteur et le sixième débit de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du huitième point de connexion, et le quatrième débit de liquide caloporteur ainsi formé rejoint la troisième pompe.
[56] L’ invention se rapporte aussi à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que déjà décrit, dans un mode dit de refroidissement de la chaine de traction et de l’habitacle, dans lequel :
- un premier débit de fluide réfrigérant circule successivement dans le compresseur où il passe à haute pression, dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, et se divise en :
-- un deuxième débit circulant successivement dans le premier détendeur où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et
-- un troisième débit circulant dans le deuxième détendeur où il passe à basse pression, dans le sixième échangeur où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur, le deuxième débit et le troisième débit se rejoignant et regagnant le compresseur,
- un premier débit de liquide caloporteur circule successivement dans la première pompe bidirectionnelle, dans le premier échangeur où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la première branche de dérivation, dans la troisième branche de dérivation, dans le cinquième échangeur où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur, dans la deuxième branche de dérivation, et regagne la première pompe bidirectionnelle,
- un deuxième débit de liquide caloporteur circule dans la boucle secondaire, dans la troisième pompe, dans le deuxième échangeur où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant, circule dans la boucle secondaire, et se divise au niveau du septième point de connexion en :
-- un troisième débit de liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire successivement dans le quatrième échangeur, dans la deuxième pompe bidirectionnelle, et
-- un quatrième débit de liquide caloporteur circulant dans la quatrième branche de dérivation successivement dans le septième échangeur, dans le huitième échangeur, le troisième débit de liquide caloporteur et le quatrième débit de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du huitième point de connexion, et le deuxième débit de liquide caloporteur ainsi formé regagne la troisième pompe.
Brève description des dessins
[57] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
[58] [Fig. 1 ] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un mode de réalisation de l’invention,
[59] [Fig. 2] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une variante du mode de réalisation de la figure 1 ,
[60] [Fig. 3] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 2 selon un premier mode de fonctionnement dit de chauffage de la chaine de traction et déshumidification de l’habitacle,
[61] [Fig. 4] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 2 selon un deuxième mode de fonctionnement dit de chauffage de la chaine de traction et refroidissement de l’habitacle, [62] [Fig. 5] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 2 selon un troisième mode de fonctionnement dit de chauffage et déshumidification de l’habitacle, avec double récupération d’énergie,
[63] [Fig. 6] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 2 selon un quatrième mode de fonctionnement dit de refroidissement de la chaine de traction et chauffage habitacle
[64] [Fig. 7] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 2 selon un cinquième mode de fonctionnement dit de refroidissement de la chaine de traction et de l’habitacle.
Description des modes de réalisation
[65] 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. On peut ainsi interchanger les dénominations ‘premier’, ’deuxième’, ‘troisième’, etc....
[66] 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 un 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.
[67] L’expression « un deuxième élément est placé entre un premier élément et un troisième élément >> signifie que le plus court trajet pour passer du premier élément au troisième élément passe par le deuxième élément.
[68] 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.
[69] Au sens de la présente divulgation, le terme « échangeur >> est équivalent au terme « échangeur de chaleur >> et au terme « échangeur thermique >>. De même, le terme « détendeur >> est équivalent au terme « dispositif de détente >> , et le terme « compresseur >> est équivalent au terme « dispositif de compression ».
[70] 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, un module électronique de contrôle pilote un moteur électrique qui déplace un obturateur mobile contrôlant la section de passage offerte au fluide réfrigérant.
[71] Le système de conditionnement thermique 100 qui va être décrit peut équiper un véhicule automobile. Le véhicule automobile est électrique ou hybride.
[72] Une unité électronique de contrôle, non représentée, reçoit des informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant. L’unité électronique de contrôle reçoit également des consignes émises par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique de contrôle met en oeuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 100 de façon à assurer les consignes reçues. Un dispositif de compression 15 permet de faire circuler un fluide réfrigérant dans un circuit fermé 10 de circulation de fluide réfrigérant. Le dispositif de compression 15 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 15 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée 15a du dispositif de compression, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie 15b du dispositif de compression 15. Les pièces mobiles internes du compresseur 15 font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée 15a à une haute pression côté sortie 15b. Après détente dans un ou plusieurs organes de détente, le fluide réfrigérant revient à l’entrée 15a du compresseur 15 et recommence un nouveau cycle thermodynamique.
[73] 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 le degré d’ouverture des dispositifs de détente disposés sur chacune des branches raccordées à ce point. Autrement dit, chaque point de raccordement est un moyen de redirection du fluide réfrigérant arrivant à ce point de raccordement.
[74] Le fluide réfrigérant utilisé par le circuit de fluide réfrigérant 10 est ici un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants pourraient être employés, comme par exemple le R134a, le R744 ou encore le R290.
[75] Le système de conditionnement thermique 100 comprend un circuit de liquide caloporteur 20 dans lequel un liquide caloporteur peut circuler sous l’action d’une ou plusieurs pompes. Le circuit comprend différentes boucles de circulation reliées par différentes branches de dérivation. Chaque point de connexion entre deux portions de circuit permet au liquide caloporteur de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit se rejoignant à ce point de connexion. Autrement dit, chaque point de connexion est un moyen de redirection du liquide caloporteur arrivant à ce point de connexion.
[76] On entend par flux d’air intérieur Fi un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air intérieur 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. On entend par flux d’air extérieur Fe un flux d’air qui n’est pas à destination de l’habitacle du véhicule. Autrement dit, ce flux d’air reste à l’extérieur de l’habitacle.
[77] On a représenté sur la figure 1 un système de conditionnement thermique 100 pour véhicule automobile.
Le système de conditionnement thermique 100 comporte :
- un circuit de liquide caloporteur 20 comportant :
-- une boucle primaire 20A de circulation de liquide caloporteur,
-- une boucle secondaire 20B de circulation de liquide caloporteur,
- un circuit de fluide réfrigérant 10 comportant une boucle principale 10A de circulation de fluide réfrigérant, la boucle principale 10A comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un dispositif de compression 15,
-- un premier échangeur de chaleur 1 , agencé conjointement sur la boucle principale 10A de fluide réfrigérant et sur la boucle primaire 20A de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur,
-- un premier détendeur 31 ,
-- un deuxième échangeur de chaleur 2, agencé conjointement sur la boucle principale 10A de fluide réfrigérant et sur la boucle secondaire 20B de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur.
La boucle primaire 20A de liquide caloporteur comprend un troisième échangeur 3 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air Fi intérieur à un habitacle du véhicule.
La boucle secondaire 20B de liquide caloporteur comprend un quatrième échangeur de chaleur 4 configuré pour être couplé thermiquement à un premier élément 41 d’une chaine de traction électrique du véhicule.
Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend :
- une première branche de dérivation 20C reliant un premier point de connexion 51 disposé sur la boucle primaire 20A entre une première entrée/sortie 1 B-1 du premier échangeur 1 et une première entrée/sortie 3-1 du troisième échangeur 3 à un deuxième point de connexion 52 disposé sur la boucle secondaire 20B entre une première entrée/sortie 2B-1 du deuxième échangeur 2 et une première entrée/sortie 4-1 du quatrième échangeur 4,
- une deuxième branche de dérivation 20D reliant un troisième point de connexion 53 disposé sur la boucle primaire 20A entre une deuxième entrée/sortie 1 B-2 du premier échangeur 1 et une deuxième entrée/sortie 3-2 du troisième échangeur 3 à un quatrième point de connexion 54 disposé sur la boucle secondaire 20B entre une deuxième entrée/sortie 2B-2 du deuxième échangeur 2 et une deuxième entrée/sortie 4-2 du quatrième échangeur 4.
La boucle primaire 20A de liquide caloporteur comprend une première pompe bidirectionnelle 21 configurée pour faire circuler le liquide caloporteur sélectivement d’une première entrée/sortie 1 B-1 du premier échangeur 1 vers une première entrée/sortie 3-1 du troisième échangeur 3, ou d’une deuxième entrée/sortie 1 B-2 du premier échangeur 1 vers une deuxième entrée/sortie 3-2 du troisième échangeur 3.
[78] Grâce à la pompe bidirectionnelle, de nombreux modes de fonctionnement peuvent être obtenus en limitant le nombre et la complexité des vannes employées pour faire circuler le liquide caloporteur conformément aux modes de fonctionnement désirés.
[79] La boucle secondaire 20B de liquide caloporteur comprend une deuxième pompe bidirectionnelle 22 configurée pour faire circuler sélectivement le liquide caloporteur d’une première entrée/sortie 2B-1 du deuxième échangeur 2 vers une première entrée/sortie 4-1 du quatrième échangeur 4, ou d’une deuxième entrée/sortie 2B-2 du deuxième échangeur 2 vers une deuxième entrée/sortie 4-2 du quatrième échangeur 4.
[80] La deuxième pompe bidirectionnelle 22 permet d’obtenir une plus grande diversité de modes de fonctionnement, sans augmenter la complexité des vannes employées dans le circuit.
[81] Dans une pompe bidirectionnelle, le sens de circulation, ou de refoulement, du liquide mis en circulation par la pompe peut être inversé à la demande. Par exemple, le sens de rotation des pièces mobiles de la pompe peut être inversé pour inverser le sens de circulation. La pompe peut comporter un moteur électrique commandé par un pont de transistors permettant de contrôler le sens de rotation et le régime de rotation du moteur.
[82] Selon l’exemple illustré, la première pompe bidirectionnelle 21 est disposée sur la boucle primaire 20A entre la deuxième entrée/sortie 1 B-2 du premier échangeur 1 et le troisième point de connexion 53.
[83] Selon une variante non représentée, la première pompe bidirectionnelle 21 est disposée sur la boucle primaire 20A entre le premier point de connexion 51 et la première entrée/sortie 1 B-1 du premier échangeur 1 .
[84] La deuxième pompe bidirectionnelle 22 est disposée sur une portion de la boucle secondaire 20B s’étendant entre le deuxième point de connexion 52 et le quatrième point de connexion 54 sans passer par le deuxième échangeur 2.
[85] Selon l’exemple illustré, la deuxième pompe bidirectionnelle 22 est disposée entre le quatrième point de connexion 54 et la deuxième entrée/sortie 4-2 du quatrième échangeur 4.
[86] Selon une variante non représentée, la deuxième pompe bidirectionnelle 22 est disposée entre le deuxième point de connexion 52 et la première entrée/sortie 4-1 du quatrième échangeur 4.
[87] Le terme « entrée/sortie >> désigne une voie qui peut être soit une entrée de liquide caloporteur, soit une sortie de liquide caloporteur suivant le sens d’écoulement imposé par les pompes de circulation de liquide caloporteur et les vannes de mise en communication des différentes portions du circuit de liquide caloporteur 20. Lorsqu’une première entrée/sortie d’un échangeur est une entrée de liquide caloporteur, la deuxième entrée/sortie de cet échangeur est une sortie de liquide caloporteur. De la même manière, lorsque la deuxième entrée/sortie est une entrée de liquide caloporteur, la première entrée/sortie est alors une sortie de liquide caloporteur.
[88] Le circuit de fluide réfrigérant 10 forme un circuit fermé configuré pour faire circuler un débit de fluide réfrigérant. Le circuit de fluide caloporteur 20 forme un circuit de circulation de liquide caloporteur, c’est-à-dire un circuit fermé configuré pour faire circuler un débit de fluide caloporteur. Dans son état nominal de fonctionnement, c’est-à-dire sans défaut ou anomalie, chacun des circuits 10, 20 est étanche.
[89] La boucle primaire 20A du circuit 20 de liquide caloporteur forme une boucle de circulation de liquide caloporteur. De même, la boucle secondaire 20B du circuit
20 de liquide caloporteur forme une boucle de circulation de liquide caloporteur. La boucle primaire 20A et la boucle secondaire 20B sont reliées par des branches de dérivation. Chaque branche de dérivation comprend exactement une entrée et une sortie. Chaque branche de dérivation est reliée à chacune de ses extrémités à une portion du circuit de liquide caloporteur. Chaque liaison est réalisée au niveau d’un point de connexion.
[90] Le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur peuvent réaliser un échange thermique au niveau du premier échangeur 1. Le premier échangeur 1 comprend une première section d’échange thermique 1 A parcourue par le fluide réfrigérant et une deuxième section d’échange thermique 1 B parcourue par le liquide caloporteur. Un échange thermique est réalisé entre la première section d’échange thermique 1 A et la deuxième section d’échange thermique 1 B du premier échangeur 1 .
[91] D’une manière similaire, le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur peuvent réaliser un échange thermique au niveau du deuxième échangeur 2. Le deuxième échangeur 2 comprend une première section d’échange thermique 2A parcourue par le fluide réfrigérant et une deuxième section d’échange thermique 2B parcourue par le fluide caloporteur. Un échange thermique est réalisé entre la première section d’échange thermique 2A et la deuxième section d’échange thermique 2B du deuxième échangeur 2.
[92] Le premier échangeur 1 permet de condenser au moins en partie le fluide réfrigérant à haute température et haute pression en sortie du dispositif de compression 15. La chaleur de condensation du fluide réfrigérant est ainsi transférée au liquide caloporteur du circuit 20. Le liquide caloporteur peut ainsi être chauffé.
Le deuxième échangeur 2 peut permettre d’évaporer au moins en partie le fluide réfrigérant à basse pression en sortie du premier dispositif de détente 31 . La chaleur de vaporisation du fluide réfrigérant est prélevée du liquide caloporteur. Celui-ci peut ainsi être refroidi. [93] Le premier échangeur 1 et le deuxième échangeur 2 comportent chacun une entrée respectivement 1 A-1 , 2A-1 de fluide réfrigérant et une sortie 1 A-2, 2A-2 de fluide réfrigérant. Le premier échangeur 1 et le deuxième échangeur 2 comporte chacun une entrée de liquide caloporteur et une sortie de liquide caloporteur, le rôle de l’entrée et de la sortie pouvant être inversé selon les modes de fonctionnement en fonction du sens de circulation imposé par les pompes bidirectionnelles de circulation de liquide caloporteur. Le premier échangeur 1 et le deuxième échangeur 2 sont parcourus par deux fluides différents, chaque échangeur est un échangeur bifluide.
[94] Le premier élément 41 de la chaine de traction électrique du véhicule peut être une batterie de stockage d’énergie électrique. La batterie peut fournir l’énergie nécessaire à un moteur électrique de traction du véhicule. Le couplage thermique avec le quatrième échangeur 4 peut être réalisé par l’intermédiaire d’une boucle de circulation de liquide caloporteur, non représentée sur les différentes figures. Le couplage thermique peut aussi se faire par mise en contact d’une ou plusieurs parois du quatrième échangeur 4 avec une ou plusieurs parois de la batterie 41 .
[95] Le quatrième échangeur 4 peut être formé par la batterie elle-même, c’est-à- dire que la batterie dissipant de la chaleur est directement au contact avec le fluide caloporteur, lorsque celui-ci est un fluide diélectrique.
[96] Le troisième échangeur 3 est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule. Le troisième échangeur 3 est un radiateur de chauffage de l’habitacle.
Un groupe moto-ventilateur, non représenté, est disposé à proximité du troisième échangeur 3 et peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air intérieur Fi.
[97] Le circuit de liquide caloporteur 20 comporte une troisième branche de dérivation 20E reliant un cinquième point de connexion 55 disposé sur la première branche de dérivation 20C à un sixième point de connexion 56 disposé sur la deuxième branche de dérivation 20D. La troisième branche de dérivation 20E comporte un cinquième échangeur de chaleur 5. [98] Le cinquième échangeur de chaleur 5 est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air Fe extérieur à l’habitacle du véhicule. Le cinquième échangeur 5 est par exemple disposé en face avant du véhicule, derrière la calandre. Un deuxième groupe moto-ventilateur, non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur.
[99] Le cinquième point de connexion 55 est disposé sur la première branche de dérivation 20C entre le premier point de connexion 51 et le deuxième point de connexion 52.
Le sixième point de connexion 56 est disposé sur la deuxième branche de dérivation 20D entre le troisième point de connexion 53 et le quatrième point de connexion 54.
[100] Sur l’exemple illustré, le circuit de fluide réfrigérant 10 comporte une branche auxiliaire 10B disposée en parallèle du premier dispositif de détente 31 et du deuxième échangeur 2. La branche auxiliaire 10B comprend successivement un deuxième dispositif de détente 32 et un sixième échangeur de chaleur 6 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule.
[101] Le sixième échangeur 6 est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule. Le sixième échangeur 6 est disposé en amont du troisième échangeur 3 dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule.
[102] La branche auxiliaire 10B relie un premier point de raccordement 11 disposé en aval d’une sortie 15b du compresseur 15 et en amont du premier détendeur 31 à un deuxième point de raccordement 12 disposé en aval du deuxième échangeur 2 et en amont d’une entrée 15a du compresseur 15. La branche auxiliaire 10B comporte successivement un deuxième détendeur 32 et un sixième échangeur de chaleur 6.
[103] Le deuxième dispositif de détente 32 est disposé en amont du sixième échangeur de chaleur 6 selon un sens de circulation du fluide réfrigérant. Le deuxième dispositif de détente 32 permet d’alimenter le sixième échangeur de chaleur 6 en fluide réfrigérant, avec un niveau de détente contrôlé. De la même manière, le premier détendeur 31 permet d’alimenter le deuxième échangeur 2 en fluide réfrigérant, avec un niveau de détente contrôlé. Le contrôle de la section de passage du premier détendeur 31 et du deuxième détendeur 32 permet de contrôler la répartition du débit de fluide réfrigérant entre le deuxième échangeur 2 et le sixième échangeur 6. Lorsque le premier détendeur 31 est complètement ouvert, le fluide réfrigérant ne subit pas de détente. Lorsque le premier détendeur 31 est complètement fermé, la circulation du fluide réfrigérant est bloquée. Il en est de même pour le deuxième détendeur.
[104] Selon l’exemple illustré, le circuit de liquide caloporteur 20 du système de conditionnement thermique 100 comporte une quatrième branche de dérivation 20F reliée à la boucle secondaire 20B en parallèle du quatrième échangeur 4 et de la deuxième pompe bidirectionnelle 22. La quatrième branche de dérivation 20F comporte un septième échangeur de chaleur 7 configuré pour être couplé thermiquement à un deuxième élément 42 de la chaine de traction électrique du véhicule.
[105] Le deuxième élément 42 de la chaine de traction électrique du véhicule peut être par exemple une unité électronique de commande d’un moteur électrique de traction.
Le septième échangeur de chaleur 7 peut être formé par l’unité électronique de commande du moteur électrique elle-même, c’est-à-dire que les éléments électroniques dissipant de la chaleur sont directement au contact avec le fluide caloporteur, lorsque celui-ci est un fluide diélectrique.
[106] La quatrième branche de dérivation 20F comporte un huitième échangeur de chaleur 8 configuré pour être couplé thermiquement à un troisième élément 43 de la chaine de traction électrique du véhicule.
[107] Le troisième élément 43 de la chaine de traction électrique du véhicule peut être un moteur électrique de traction du véhicule.
Le huitième échangeur de chaleur 8 peut être formé par le moteur électrique, c’est- à-dire que les composants du moteur dissipant de la chaleur sont directement en contact avec le fluide caloporteur, lorsque celui-ci est un fluide diélectrique.
[108] La quatrième branche de dérivation 20F relie un septième point de connexion 57 disposé sur la boucle secondaire 20B entre le deuxième point de connexion 52 et une première entrée/sortie 4-1 du quatrième échangeur 4 à un huitième point de connexion 58 disposé sur la boucle secondaire 20B entre la deuxième pompe bidirectionnelle 22 et le quatrième point de connexion 54.
[109] La boucle secondaire 20B comprend une troisième pompe 23 configurée pour faire circuler le liquide caloporteur du quatrième point de connexion 54 vers la deuxième entrée/sortie 2B-2 du deuxième échangeur 2.
La troisième pompe 23 est une pompe unidirectionnelle. Autrement dit, la troisième pompe fait circuler le liquide caloporteur toujours dans le même sens. La troisième pompe 23 est commandé électriquement.
[110] Selon l’exemple illustré, la troisième pompe 23 est disposée entre le quatrième point de connexion 54 et la deuxième entrée/sortie 2B-2 du deuxième échangeur 2.
Selon un autre exemple de réalisation, non illustré, la troisième pompe 23 est disposée entre la première entrée/sortie 2B-1 du deuxième échangeur 2 et le deuxième point de connexion 52.
[111] La boucle secondaire 20B comprend une première vanne d’arrêt 25 disposée entre le deuxième point de connexion 52 et le septième point de connexion 57.
La première vanne d’arrêt 25 est une vanne deux voies.
[112] La boucle secondaire 20B comprend une deuxième vanne d’arrêt 26 disposée entre le huitième point de connexion 58 et le quatrième point de connexion 54.
La deuxième vanne d’arrêt 26 est une vanne deux voies.
[113] La première vanne d’arrêt 25 et la deuxième vanne d’arrêt 26 sont commandées électriquement.
[114] Lorsque la première vanne d’arrêt 25 et la deuxième vanne d’arrêt 26 sont en position fermée, la portion de circuit s’étendant entre le septième point de connexion 57 et le huitième point de connexion 58 est isolée du reste du circuit.
Ainsi, selon un sens de refoulement de la deuxième pompe bidirectionnelle 22, le liquide caloporteur peut circuler successivement dans la deuxième pompe 22, dans le quatrième échangeur 4, passer au septième point de connexion 57, circuler dans le septième échangeur 7, puis dans le huitième échangeur 8, passer au huitième point de connexion 58, et revenir à la deuxième pompe 22. Selon l’autre sens de refoulement de la deuxième pompe bidirectionnelle 22, le liquide caloporteur peut circuler successivement dans la deuxième pompe 22, passer au huitième point de connexion 58, circuler dans huitième échangeur 8, dans le septième échangeur 7, passer au septième point de connexion 57, puis dans le quatrième échangeur 4, et revenir à la deuxième pompe bidirectionnelle 22.
[115] La boucle primaire 20A comprend une vanne unidirectionnelle 27 configurée pour autoriser une circulation de liquide caloporteur de la première entrée/sortie 3- 1 du troisième échangeur 3 vers le premier point de connexion 51 et configurée pour interdire une circulation de liquide caloporteur du premier point de connexion 51 vers la première entrée/sortie 3-1 du troisième échangeur 3.
[116] La vanne unidirectionnelle 27 est ici un clapet anti-retour. Autrement dit, la vanne unidirectionnelle est ici un organe passif, c’est-à-dire sans commande électrique.
[117] Le circuit de liquide caloporteur 20 du système de conditionnement thermique 100 comprend une première vanne trois-voies 29 disposée conjointement sur la première branche de dérivation 20C et sur la troisième branche de dérivation 20E.
[118] La première vanne trois-voies 29 est configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation de liquide caloporteur dans la première branche de dérivation 20C et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre la première branche de dérivation 20C et le cinquième échangeur 5, ou
- autoriser une circulation de liquide caloporteur entre la boucle secondaire 20B et le cinquième échangeur 5 et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur 5 et la boucle primaire 20A de liquide caloporteur,
- autoriser une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur 5 et la boucle primaire 20A de liquide caloporteur et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur 5 et la boucle secondaire 20B.
[119] La première vanne trois-voies 29 permet de sélectivement mettre en communication le cinquième échangeur 5 soit avec la boucle primaire 20A de circulation de liquide caloporteur, soit avec la boucle secondaire 20B. [120] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une deuxième vanne trois-voies 30 disposée conjointement sur la deuxième branche de dérivation 20D et sur la troisième branche de dérivation 20E.
[121] La deuxième vanne trois-voies 30 est configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation de liquide caloporteur dans la deuxième branche de dérivation 20D et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre la deuxième branche de dérivation 20D et le cinquième échangeur 5, ou
- autoriser une circulation de liquide caloporteur entre la boucle secondaire 20B et le cinquième échangeur 5 et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur 5 et la boucle primaire 20A de liquide caloporteur,
- autoriser une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur 5 et la boucle primaire 20A de liquide caloporteur et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur 5 et la boucle secondaire 20B.
[122] La deuxième vanne trois-voies 30 permet de sélectivement mettre en communication le cinquième échangeur 5 soit avec la boucle primaire 20A, soit avec la boucle secondaire 20B.
[123] La première vanne trois-voies 29 et la deuxième vanne trois-voies 30 sont à commande électrique.
[124] Le cinquième point de connexion 55 du circuit de liquide caloporteur 20 fait partie de la première vanne trois-voies 29. Le sixième point de connexion 56 du circuit de liquide caloporteur 20 fait partie de la deuxième vanne trois-voies 30.
[125] Grâce aux possibilités de circulation du liquide caloporteur offerte par les deux pompes bidirectionnelles, le système de conditionnement thermique peut ainsi utiliser un nombre réduit de vannes, de plus des vannes de faible complexité. Ainsi, deux vannes d’arrêt à deux voies, deux vannes à trois voies et un clapet anti-retour suffisent à faire fonctionner le système de conditionnement thermique proposé. Des vannes plus complexes, par exemple à quatre, cinq ou six voies de circulation, utilisées par des systèmes de l’art antérieur, ne sont pas nécessaires et ne sont pas utilisées. [126] La boucle primaire 20A de liquide caloporteur comprend un dispositif de chauffage électrique 24 configuré pour sélectivement chauffer le liquide caloporteur. Ce dispositif de chauffage électrique 24 permet de compléter, ou de remplacer, la chaleur fournie au liquide caloporteur par le fluide réfrigérant.
[127] La boucle principale 10A de fluide réfrigérant comprend un dispositif d’accumulation 16 disposé en aval du deuxième échangeur 2 et en amont d’une entrée 15a du dispositif de compression 15.
Le dispositif d’accumulation 16 est un accumulateur. Cet accumulateur, disposé du côté basse pression du circuit de fluide réfrigérant 10, permet de compenser les variations de la quantité de réfrigérant circulant dans le circuit en fonction des modes de fonctionnement. Il permet aussi d’éviter que du réfrigérant à l’état liquide soit aspiré par le compresseur 15.
[128] Selon une variante non représentée, la boucle principale 10A de fluide réfrigérant peut comprendre un dispositif d’accumulation disposé en aval du premier échangeur 1 et en amont du premier point de raccordement 1 1 . Le dispositif d’accumulation est une bouteille déshydratante.
[129] La figure 2 représente une variante du mode de réalisation de la figure 1 . Selon cette variante du système de conditionnement thermique 100, la boucle principale 10A de fluide réfrigérant comprend un échangeur de chaleur interne 9 configuré pour permettre un échange thermique entre le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur 1 et le fluide réfrigérant en sortie du dispositif d’accumulation 16.
[130] L’échangeur de chaleur interne 9 comporte une première section d’échange thermique 9A disposée en aval du premier échangeur 1 et en amont du premier détendeur 31 et une deuxième section d’échange thermique 9B disposée en aval du dispositif d’accumulation 16 de fluide réfrigérant et en amont d’une entrée 15a du compresseur 15. L’échangeur de chaleur interne 9 est configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans la première section d’échange thermique 9A et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique 9B. L’échangeur interne permet d’augmenter la variation d’enthalpie du fluide réfrigérant au cours du cycle thermodynamique et ainsi d’améliorer les performances du système de conditionnement thermique. [131] De nombreux modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique sont possibles. Les figures 3 à 7 illustrent différents procédés de fonctionnement d’un système de conditionnement tel que décrit précédemment. Sur ces figures, les portions de chacun des circuits 10, 20 parcourus par le fluide correspondant à ce circuit sont représentées en traits continus épais, et les portions de circuit qui ne sont pas parcourues par un fluide sont représentées en traits fins pointillés. Sur ces figures, les flèches doubles schématisent le sens de circulation du fluide réfrigérant, et les flèches simples schématisent le sens de circulation du liquide caloporteur. Les flèches disposées à coté des pompes bidirectionnelles schématisent le sens de refoulement des pompes bidirectionnelles.
[132] La figure 3 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit de chauffage de la chaine de traction et déshumidification de l’habitacle.
Selon ce mode de fonctionnement :
- un débit Qr de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 15 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le deuxième détendeur 32 où il passe à basse pression, dans le sixième échangeur 6 où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, et retourne au compresseur 15.
- un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule successivement dans le premier échangeur 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la première pompe bidirectionnelle 21 , et se divise au niveau du troisième point de connexion 53 en :
-- un deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur circulant dans la boucle primaire 20A puis dans le troisième échangeur 3 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur
Fi, et
-- un troisième débit Qc3 de liquide caloporteur circulant successivement dans la deuxième branche de dérivation 20D, dans la boucle secondaire 20B, et se divise au niveau du huitième point de connexion 58 en :
- un quatrième débit Qc4 de liquide caloporteur circulant successivement la deuxième pompe bidirectionnelle 22, dans le quatrième échangeur 4, et
— un cinquième débit Qc5 de liquide caloporteur circulant dans la quatrième branche de dérivation 20F, successivement dans le huitième échangeur 8, dans le septième échangeur 7, le quatrième débit Qc4 de liquide caloporteur et le cinquième débit Qc5 de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du septième point de connexion 57, le deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur et le troisième débit Qc3 de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du premier point de connexion 51 et le premier débit Qc1 de liquide caloporteur ainsi formé retourne au premier échangeur 1 .
[133] Le flux d’air intérieur Fi est refroidi au niveau du sixième échangeur 6 et est réchauffé au niveau du troisième échangeur 3. Le flux d’air intérieur Fi est ainsi déshumidifié. La chaleur reçue par le liquide caloporteur au niveau du premier échangeur 1 est dissipée en partie dans le flux d’air intérieur Fi et en partie dans les éléments de la chaine de traction électrique, au niveau du quatrième échangeur 4, du septième échangeur 7 et du huitième échangeur 8. Les éléments de la chaine de traction électrique sont ainsi chauffés.
[134] La première pompe bidirectionnelle 21 fait circuler le liquide caloporteur selon un premier sens de circulation, correspondant à une circulation depuis le premier point de connexion 51 vers le troisième point de connexion 53.
La deuxième pompe bidirectionnelle 22 fait circuler le liquide caloporteur selon un deuxième sens de circulation, correspondant à une circulation depuis le huitième point de connexion 58 vers le septième point de connexion 57.
[135] La première vanne trois voies 29 et la deuxième vanne trois-voies 30 bloquent la circulation de liquide caloporteur dans la troisième branche de dérivation 20E et donc dans le cinquième échangeur 5. Le cinquième échangeur 5 ne participe pas aux transferts thermiques. Le premier détendeur 31 est en position fermée, le deuxième échangeur 2 n’est pas parcouru par un débit de fluide réfrigérant. La troisième pompe 23 est inactive. La portion de boucle secondaire 20B s’étendant entre le quatrième point de connexion 54 et le deuxième point de connexion 52, et comprenant la troisième pompe 23 ainsi que la deuxième section d’échange thermique 2B du deuxième échangeur 2, n’est pas parcouru par le liquide caloporteur. La première vanne d’arrêt 25 et la deuxième vanne d’arrêt 26 sont toutes les deux en position ouverte et laisse passer le liquide caloporteur. [136] La figure 4 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit préalablement, dans un mode dit de chauffage de la chaine de traction et refroidissement de l’habitacle.
Dans ce mode de fonctionnement :
- un débit Qr de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 15 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le deuxième détendeur 32 où il passe à basse pression, dans le sixième échangeur 6 où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, et retourne au compresseur 15.
- un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule successivement dans la première pompe bidirectionnelle 21 , dans le premier échangeur 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la première branche de dérivation 20C, dans la boucle secondaire 20B, et se divise au niveau du septième point de connexion 57 en :
-- un deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire 20B successivement dans le quatrième échangeur 4, dans la deuxième pompe bidirectionnelle 22, et
-- un troisième débit Qc3 de liquide caloporteur circulant dans la quatrième branche de dérivation 20F successivement dans le septième échangeur 7, dans le huitième échangeur 8, le deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur et le troisième débit Qc3 de liquide caloporteur se rejoignent au niveau du huitième point de connexion 58, le premier débit Qc1 de liquide caloporteur ainsi formé circule ensuite dans la boucle secondaire 20B, dans la deuxième branche de dérivation 20D, dans la première pompe bidirectionnelle 21 et retourne au premier échangeur 1 .
[137] Dans ce mode de fonctionnement, le flux d’air intérieur Fi est refroidi au niveau du sixième échangeur 6. La chaleur reçue par le liquide caloporteur au niveau du premier échangeur 1 est dissipée dans les éléments de la chaine de traction électrique, au niveau du quatrième échangeur 4, du septième échangeur 7 et du huitième échangeur 8, ce qui permet de chauffer ces éléments de la chaine de traction. [138] La première pompe bidirectionnelle 21 fait circuler le liquide caloporteur selon un deuxième sens de circulation, correspondant à une circulation depuis le troisième point de connexion 53 vers le premier point de connexion 51 .
La deuxième pompe bidirectionnelle 22 fait circuler le liquide caloporteur selon un premier sens de circulation, correspondant à une circulation depuis le septième point de connexion 57 vers le huitième point de connexion 58.
Autrement dit, les deux pompes ont un sens de refoulement inversé par rapport au mode de fonctionnement précédent, illustré à la figure 3.
[139] La première vanne trois voies 29 et la deuxième vanne trois-voies 30 bloquent la circulation de liquide caloporteur dans la troisième branche de dérivation 20E et donc dans le cinquième échangeur 5. Le cinquième échangeur 5 ne participe pas aux échanges de chaleur.
[140] Au niveau du premier point de connexion 51 , la vanne unidirectionnelle 27 empêche le liquide caloporteur de circuler vers le troisième échangeur 3. Au niveau du troisième point de connexion 53, la pression est inférieure à la pression au niveau du premier point de connexion 51 , en raison de la perte de charge engendrée par la première vanne trois voies 29, la vanne d’arrêt 25, le quatrième échangeur 4, les septième et huitième échangeurs 7,8 et les portions de circuit correspondantes. Le liquide caloporteur ne circule pas dans le troisième échangeur 3, qui ne participe pas aux échanges de chaleur et ne réchauffe pas le flux d’air intérieur Fi. Le sixième échangeur 6 refroidit le flux d’air intérieur Fi. L’inversion du sens de refoulement de la première pompe 21 permet de passer d’une circulation de liquide caloporteur permettant un chauffage ou une déshumidification de l’habitacle à une circulation permettant un refroidissement de l’habitacle.
[141] Le premier détendeur 31 est en position fermée, le deuxième échangeur 2 n’est pas parcouru par un débit de fluide réfrigérant et est inactif pour les échanges thermiques. La troisième pompe 23 est inactive. La première vanne d’arrêt 25 et la deuxième vanne d’arrêt 26 sont toutes les deux en position ouverte et laissent passer le liquide caloporteur.
[142] La figure 5 schématise un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit de chauffage et déshumidification de l’habitacle, avec double récupération d’énergie. Dans ce mode de fonctionnement :
- un premier débit Qr1 de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 15 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, et se divise en :
-- un deuxième débit Qr2 circulant successivement dans le premier détendeur 31 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur 2 où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et
-- un troisième débit Qr3 circulant dans le deuxième détendeur 32 où il passe à basse pression, dans le sixième échangeur 6 où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, le deuxième débit Qr2 et le troisième débit Qr3 se rejoignant et regagnant le compresseur 15.
- un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule successivement dans le premier échangeur 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la première pompe bidirectionnelle 21 , dans le troisième échangeur 3 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, et retourne au premier échangeur 1 ,
- un deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur circule dans la boucle secondaire 20B, dans la troisième pompe 23, dans le deuxième échangeur 2 où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant, et se divise au niveau du deuxième point de connexion 52 en :
-- un troisième débit Qc3 de liquide caloporteur qui circule dans la boucle secondaire 20B, et se divise au niveau du septième point de connexion 57 en :
- un quatrième débit Qc4 de liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire 20B successivement dans le quatrième échangeur 4, dans la deuxième pompe bidirectionnelle 22, et
- un cinquième débit Qc5 de liquide caloporteur circulant dans la quatrième branche de dérivation 20F successivement dans le septième échangeur 7, dans le huitième échangeur 8, le quatrième débit Qc5 de liquide caloporteur et le cinquième débit Qc6 de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du huitième point de connexion 58, le troisième débit Qc3 de liquide caloporteur ainsi formé rejoignant le quatrième point de connexion 54,
-- un sixième débit Qc6 de liquide caloporteur qui circule successivement dans la première branche de dérivation 20C, dans la troisième branche de dérivation 20E, dans le cinquième échangeur 5 où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur Fe, dans la deuxième branche de dérivation 20D, et rejoint le troisième débit Qc3 de liquide caloporteur au niveau du quatrième point de connexion 54.
[143] Le flux d’air intérieur Fi est refroidi au niveau du sixième échangeur 6 et est réchauffé au niveau du troisième échangeur 3. Le flux d’air intérieur Fi est ainsi déshumidifié. La quantité de chaleur fournie par le troisième échangeur 3 est supérieure à la quantité de chaleur absorbée par le sixième échangeur 6, le flux d’air est ainsi chauffé.
[144] La chaleur dissipée dans les éléments de la chaine de traction électrique est transférée au liquide caloporteur au niveau du quatrième échangeur 4, du septième échangeur 7 et du huitième échangeur 8. Cette chaleur est transférée au fluide réfrigérant au niveau du deuxième échangeur 2.
De plus, le liquide caloporteur peut recevoir de la chaleur du flux d’air extérieur Fe au niveau du cinquième échangeur 5. Le chauffage de l’habitacle est ainsi réalisé en récupérant de l’énergie à la fois de la chaine de traction, et du flux d’air extérieur Fe, c’est-à-dire en réalisant une double récupération d’énergie.
[145] La première pompe bidirectionnelle 21 fait circuler le liquide caloporteur selon le premier sens de circulation.
La deuxième pompe bidirectionnelle 22 fait circuler le liquide caloporteur selon le premier sens de circulation.
[146] La boucle primaire 20A et la boucle secondaire 20B de liquide caloporteur ne sont pas reliées. La portion de la première branche de dérivation 20C comprise entre le deuxième point de connexion 52 et le cinquième point de connexion 55 est parcourue par un débit Qc6 de liquide caloporteur. De la même manière, la portion de la deuxième branche de dérivation 20D comprise entre le quatrième point de connexion 54 et le sixième point de connexion 54 est parcourue par un débit Qc6 de liquide caloporteur. La première vanne trois voies 29 bloque la circulation de liquide caloporteur entre le premier point de connexion 51 et le cinquième point de connexion 55. La deuxième vanne trois voies 30 bloque la circulation de liquide caloporteur entre le sixième point de connexion 56 et le troisième point de connexion 53. Les vannes d’arrêt 25, 26 sont toutes les deux en position ouverte. Dans ce mode de fonctionnement, tous les échangeurs de chaleur sont actifs et participent aux échanges de chaleur.
[147] La figure 6 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit de refroidissement de la chaine de traction et chauffage habitacle.
Selon ce procédé :
- un débit Qr de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 15 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier détendeur 31 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur 2 où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et retourne au compresseur 15.
- un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule successivement dans le premier échangeur 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la première pompe bidirectionnelle 21 , et se divise au niveau du troisième point de connexion 53 en :
-- un deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur circulant dans la boucle primaire 20A puis dans le troisième échangeur 3 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, et
-- un troisième débit Qc3 de liquide caloporteur circulant successivement dans la deuxième branche de dérivation 20D, dans la troisième branche de dérivation 20E, dans le cinquième échangeur 5 où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe, dans la première branche de dérivation 20C, le deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur et le troisième débit Qc3 de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du premier point de connexion 51 ,
- un quatrième débit Qc4 de liquide caloporteur circule dans la boucle secondaire 20B successivement dans la troisième pompe 23, dans le deuxième échangeur 2 où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant, et se divise au niveau du septième point de connexion 57 en :
-- un cinquième débit Qc5 de liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire 20B successivement dans le quatrième échangeur 4, dans la deuxième pompe bidirectionnelle 22, et
-- un sixième débit Qc6 de liquide caloporteur circulant dans la quatrième branche de dérivation 20F successivement dans le septième échangeur 7, dans le huitième échangeur 8, le cinquième débit Qc5 de liquide caloporteur et le sixième débit Qc6 de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du huitième point de connexion 58, et le quatrième débit Qc4 de liquide caloporteur ainsi formé rejoint la troisième pompe 23.
[148] La chaleur dissipée dans les éléments de la chaine de traction électrique est transférée au liquide caloporteur au niveau du quatrième échangeur 4, du septième échangeur 7 et du huitième échangeur 8. Cette chaleur est ensuite transférée au fluide réfrigérant au niveau du deuxième échangeur 2. Les éléments 41 , 42, 43 de la chaine de traction sont ainsi refroidis.
[149] Une partie de la chaleur fournie au liquide caloporteur au niveau du premier échangeur 1 est transférée au flux d’air intérieur Fi au niveau du troisième échangeur 3, et une partie est transférée au flux d’air extérieur Fe au niveau du cinquième échangeur 5. Le contrôle du débit des différentes pompes permet de contrôler cette répartition et ainsi le chauffage du flux d’air intérieur Fi.
[150] La première pompe bidirectionnelle 21 fait circuler le liquide caloporteur selon le premier sens de circulation.
La deuxième pompe bidirectionnelle 22 fait circuler le liquide caloporteur selon le premier sens de circulation.
[151] La boucle primaire 20A et la boucle secondaire 20B de liquide caloporteur ne sont pas reliées. La première vanne 3 voies 29 bloque la circulation de liquide caloporteur dans la première branche de dérivation 20C. La deuxième vanne de dérivation 30 bloque la circulation de liquide caloporteur dans la deuxième branche de dérivation 20D. La première vanne d’arrêt 25 et la deuxième vanne d’arrêt 26 sont en position ouverte. Le deuxième détendeur 32 est en position fermée, le sixième échangeur 6 est inactif.
[152] La figure 7 schématise un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que déjà décrit, dans un mode dit de refroidissement de la chaine de traction et de l’habitacle.
Dans ce mode de fonctionnement : - un premier débit Qr1 de fluide réfrigérant circule successivement dans le compresseur 15 où il passe à haute pression, dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, et se divise en :
-- un deuxième débit Qr2 circulant successivement dans le premier détendeur 31 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur 2 où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et
-- un troisième débit Qr3 circulant dans le deuxième détendeur 32 où il passe à basse pression, dans le sixième échangeur 6 où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, le deuxième débit Qr2 et le troisième débit Qr3 se rejoignant et regagnant le compresseur 15.
- un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule successivement dans la première pompe bidirectionnelle 21 , dans le premier échangeur 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans la première branche de dérivation 20C, dans la troisième branche de dérivation 20E, dans le cinquième échangeur 5 où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe, dans la deuxième branche de dérivation 20D, et regagne la première pompe bidirectionnelle 21 ,
- un deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur circule dans la boucle secondaire 20B, dans la troisième pompe 23, dans le deuxième échangeur 2 où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant, circule dans la boucle secondaire 20B, et se divise au niveau du septième point de connexion 57 en :
-- un troisième débit Qc3 de liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire 20B successivement dans le quatrième échangeur 4, dans la deuxième pompe bidirectionnelle 22, et
-- un quatrième débit Qc4 de liquide caloporteur circulant dans la quatrième branche de dérivation 20F successivement dans le septième échangeur 7, dans le huitième échangeur 8, le troisième débit Qc3 de liquide caloporteur et le quatrième débit Qc4 de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du huitième point de connexion 58, et le deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur ainsi formé regagne la troisième pompe 23. [153] Dans ce mode de fonctionnement, le flux d’air intérieur Fi est refroidi au niveau du sixième échangeur 6. La chaleur dissipée par les éléments de la chaine de traction électrique, au niveau du quatrième échangeur 4, du septième échangeur 7 et du huitième échangeur 8 est transférée au fluide réfrigérant au niveau du deuxième échangeur 2. Les éléments de la chaine de traction sont ainsi refroidis. La chaleur reçue par le liquide caloporteur au niveau du premier échangeur 1 est dissipée dans le flux d’air extérieur Fe au niveau du cinquième échangeur.
[154] La première pompe bidirectionnelle 21 fait circuler le liquide caloporteur selon le deuxième sens de circulation.
La deuxième pompe bidirectionnelle 22 fait circuler le liquide caloporteur selon le premier sens de circulation.
[155] Autrement dit, le sens de refoulement de la première pompe 21 est inversé par rapport au mode de fonctionnement précédent. Au niveau du premier point de connexion 51 , la vanne unidirectionnelle 27 empêche le liquide caloporteur de circuler vers le troisième échangeur 3. Au niveau du troisième point de connexion 53, la pression est inférieure à la pression au niveau du premier point de connexion 51 , en raison de la perte de charge engendrée par la première vanne trois voies 29, le cinquième échangeur 5 et les portions de circuit correspondantes. Le liquide caloporteur ne circule pas dans le troisième échangeur 3, qui ne chauffe donc pas le flux d’air intérieur Fi. Le sixième échangeur 6 refroidit le flux d’air intérieur Fi.
[156] Comme vu précédemment, l’inversion du sens de refoulement de la première pompe 21 permet de désactiver la circulation de liquide caloporteur dans le troisième échangeur 3, ce qui permet de passer d’un mode ou l’habitacle est chauffé à un mode ou l’habitacle est refroidi.
[157] De nombreux autres modes de fonctionnement, non illustrés, sont également possibles.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comportant :
- un circuit de liquide caloporteur (20) comportant :
-- une boucle primaire (20A) de circulation de liquide caloporteur,
-- une boucle secondaire (20B) de circulation de liquide caloporteur,
- un circuit de fluide réfrigérant (10) comportant une boucle principale (10A) de circulation de fluide réfrigérant, la boucle principale (10A) comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un dispositif de compression (15),
-- un premier échangeur de chaleur (1 ), agencé conjointement sur la boucle principale (10A) de fluide réfrigérant et sur la boucle primaire (20A) de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur,
-- un premier détendeur (31 ),
-- un deuxième échangeur de chaleur (2), agencé conjointement sur la boucle principale (10A) de fluide réfrigérant et sur la boucle secondaire (20B) de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, dans lequel :
- la boucle primaire (20A) de liquide caloporteur comprend un troisième échangeur (3) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air (Fi) intérieur à un habitacle du véhicule, et
- la boucle secondaire (20B) de liquide caloporteur comprend un quatrième échangeur de chaleur (4) configuré pour être couplé thermiquement à un premier élément (41 ) d’une chaine de traction électrique du véhicule, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (20) comprend :
- une première branche de dérivation (20C) reliant un premier point de connexion (51 ) disposé sur la boucle primaire (20A) entre une première entrée/sortie (1 B-1 ) du premier échangeur (1 ) et une première entrée/sortie (3-1 ) du troisième échangeur (3) à un deuxième point de connexion (52) disposé sur la boucle secondaire (20B) entre une première entrée/sortie (2B-1 ) du deuxième échangeur (2) et une première entrée/sortie (4-1 ) du quatrième échangeur (4),
- une deuxième branche de dérivation (20D) reliant un troisième point de connexion (53) disposé sur la boucle primaire (20A) entre une deuxième entrée/sortie (1 B-2) du premier échangeur (1 ) et une deuxième entrée/sortie (3-2) du troisième échangeur (3) à un quatrième point de connexion (54) disposé sur la boucle secondaire (20B) entre une deuxième entrée/sortie (2B-2) du deuxième échangeur (2) et une deuxième entrée/sortie (4-2) du quatrième échangeur (4), et dans lequel :
- la boucle primaire (20A) de liquide caloporteur comprend une première pompe bidirectionnelle (21 ) configurée pour faire circuler le liquide caloporteur sélectivement d’une première entrée/sortie (1 B-1 ) du premier échangeur (1 ) vers une première entrée/sortie (3-1 ) du troisième échangeur (3), ou d’une deuxième entrée/sortie (1 B-2) du premier échangeur (1 ) vers une deuxième entrée/sortie (3- 2) du troisième échangeur (3).
[Revendication 2] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1 , dans lequel la boucle secondaire (20B) de liquide caloporteur comprend une deuxième pompe bidirectionnelle (22) configurée pour faire circuler sélectivement le liquide caloporteur d’une première entrée/sortie (2B-1 ) du deuxième échangeur (2) vers une première entrée/sortie (4-1 ) du quatrième échangeur (4), ou d’une deuxième entrée/sortie (2B-2) du deuxième échangeur (2) vers une deuxième entrée/sortie (4-2) du quatrième échangeur (4).
[Revendication 3] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première pompe bidirectionnelle (21 ) est disposée sur la boucle primaire (20A) entre la deuxième entrée/sortie (1 B-2) du premier échangeur (1 ) et le troisième point de connexion (53).
[Revendication 4] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 2, dans lequel la deuxième pompe bidirectionnelle (22) est disposée sur une portion de la boucle secondaire (20B) s’étendant entre le deuxième point de connexion (52) et le quatrième point de connexion (54) sans passer par le deuxième échangeur (2).
[Revendication 5] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (20) comporte une troisième branche de dérivation (20E) reliant un cinquième point de connexion (55) disposé sur la première branche de dérivation (20C) à un sixième point de connexion (56) disposé sur la deuxième branche de dérivation (20D), la troisième branche de dérivation (20E) comportant un cinquième échangeur de chaleur (5), dans lequel le cinquième échangeur de chaleur (5) est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air (Fe) extérieur à l’habitacle du véhicule.
[Revendication 6] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de fluide réfrigérant (10) comporte une branche auxiliaire (10B) disposée en parallèle du premier dispositif de détente (31 ) et du deuxième échangeur (2), la branche auxiliaire (10B) comprenant successivement un deuxième dispositif de détente (32) et un sixième échangeur de chaleur (6) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi) à l’habitacle du véhicule.
[Revendication 7] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 2, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (20) comporte une quatrième branche de dérivation (20F) reliée à la boucle secondaire (20B) en parallèle du quatrième échangeur (4) et de la deuxième pompe bidirectionnelle (22), la quatrième branche de dérivation (20F) comportant un septième échangeur de chaleur (7) configuré pour être couplé thermiquement à un deuxième élément (42) de la chaine de traction électrique du véhicule, et un huitième échangeur de chaleur (8) configuré pour être couplé thermiquement à un troisième élément (43) de la chaine de traction électrique du véhicule.
[Revendication 8] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la boucle secondaire (20B) comprend une troisième pompe (23) configurée pour faire circuler le liquide caloporteur du quatrième point de connexion (54) vers la deuxième entrée/sortie (2B-2) du deuxième échangeur (2), et dans lequel la troisième pompe (23) est une pompe unidirectionnelle.
[Revendication 9] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 2 à 8 en combinaison avec la revendication 7, dans lequel la quatrième branche de dérivation (20F) relie un septième point de connexion (57) disposé sur la boucle secondaire (20B) entre le deuxième point de connexion (52) et une première entrée/sortie (4-1 ) du quatrième échangeur (4) à un huitième point de connexion (58) disposé sur la boucle secondaire (20B) entre la deuxième pompe bidirectionnelle (22) et le quatrième point de connexion (54), et dans lequel la boucle secondaire (20B) comprend une première vanne d’arrêt (25) disposée entre le deuxième point de connexion (52) et le septième point de connexion (57), et une deuxième vanne d’arrêt (26) disposée entre le huitième point de connexion (58) et le quatrième point de connexion (54).
[Revendication 10] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la boucle primaire (20A) comprend une vanne unidirectionnelle (27) configurée pour autoriser une circulation de liquide caloporteur de la première entrée/sortie (3-1 ) du troisième échangeur (3) vers le premier point de connexion (51 ) et configurée pour interdire une circulation de liquide caloporteur du premier point de connexion (51 ) vers la première entrée/sortie (3-1 ) du troisième échangeur (3).
[Revendication 11] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 5, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (20) comprend une première vanne trois-voies (29) disposée conjointement sur la première branche de dérivation (20C) et sur la troisième branche de dérivation (20E), et dans lequel la première vanne trois-voies (29) est configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation de liquide caloporteur dans la première branche de dérivation (20C) et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre la première branche de dérivation (20C) et le cinquième échangeur (5), ou
- autoriser une circulation de liquide caloporteur entre la boucle secondaire (20B) et le cinquième échangeur (5) et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur (5) et la boucle primaire (20A) de liquide caloporteur,
- autoriser une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur (5) et la boucle primaire (20A) de liquide caloporteur et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur (5) et la boucle secondaire (20B).
[Revendication 12] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 5, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (20) comprend une deuxième vanne trois-voies (30) disposée conjointement sur la deuxième branche de dérivation (20D) et sur la troisième branche de dérivation (20E), et dans lequel la deuxième vanne trois-voies (30) est configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation de liquide caloporteur dans la deuxième branche de dérivation (20D) et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre la deuxième branche de dérivation (20D) et le cinquième échangeur (5), ou
- autoriser une circulation de liquide caloporteur entre la boucle secondaire (20B) et le cinquième échangeur (5) et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur (5) et la boucle primaire (20A) de liquide caloporteur,
- autoriser une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur (5) et la boucle primaire (20A) de liquide caloporteur et conjointement interdire une circulation de liquide caloporteur entre le cinquième échangeur (5) et la boucle secondaire (20B).
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