FR3024769A1 - Circuit thermodynamique, notamment pour vehicule automobile - Google Patents

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reversible device
refrigerant
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FR1457721A
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Laurent Labaste-Mauhe
Samy Hammi
Regine Haller
Yulia Glavatskaya
Mohamed Yahia
Bertrand Nicolas
Abdelmajid Taklanti
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Abstract

L'invention concerne un circuit thermodynamique, notamment pour véhicule automobile, comportant un premier échangeur de chaleur (1) formant un évaporateur, un deuxième échangeur de chaleur (2) formant un condenseur, un troisième échangeur de chaleur (3) formant un évaporateur, un dispositif réversible (7) apte à former un compresseur ou un moyen de détente, et des moyens aptes à faire circuler un fluide frigorigène dans le circuit selon plusieurs modes de fonctionnement. Le fluide frigorigène est en particulier apte à subir un cycle thermodynamique de Rankine.

Description

1 Circuit thermodynamique, notamment pour véhicule automobile La présente invention concerne un circuit thermodynamique, notamment pour véhicule automobile.
Lors du fonctionnement d'un véhicule équipé d'un moteur thermique, des pertes thermiques importantes sont dissipées par l'intermédiaire des gaz d'échappement ou d'un circuit de refroidissement du moteur. Il existe donc un besoin de valoriser ces pertes thermiques, afin notamment de réduire les émissions de CO2.
Il est par ailleurs connu d'équiper les véhicules automobiles d'un dispositif de climatisation permettant de refroidir de l'air destiné à entrer dans l'habitacle du véhicule, en vue d'améliorer le confort du conducteur et des passagers. Un tel dispositif de climatisation comporte classiquement un circuit de fluide réfrigérant comportant un condenseur, un évaporateur, un compresseur et un détendeur. Le froid est produit au niveau de l'évaporateur tandis que les calories sont évacuées à l'extérieur du véhicule, au niveau du condenseur. Le compresseur est en général entraîné par le moteur thermique (compresseur mécanique).
Suivant les besoins, il peut être nécessaire de faire fonctionner un tel dispositif de climatisation quand le moteur est à l'arrêt. Pour cela, il est connu d'utiliser un circuit thermodynamique du type précité, comportant en outre un compresseur entraîné par un moteur électrique (compresseur électrique). Il est alors possible de faire fonctionner le dispositif de climatisation, à l'aide du compresseur mécanique, lorsque le moteur thermique est démarré, et à l'aide du compresseur électrique, lorsque le moteur thermique est à l'arrêt. Outre sa complexité, un tel dispositif ne permet pas de valoriser une partie des pertes thermiques précitées.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.
3024769 2 A cet effet, elle propose un circuit thermodynamique, notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un premier échangeur de chaleur formant un évaporateur, un deuxième échangeur de chaleur formant un condenseur, un troisième échangeur de chaleur formant 5 un évaporateur, le circuit étant apte à fonctionner selon l'un au moins des modes de fonctionnement suivants : - au moins un mode de fonctionnement, un premier mode et/ou un troisième mode de fonctionnement, dans lequel un fluide frigorigène circule dans le premier échangeur de chaleur où il s'évapore en emmagasinant 10 des calories, et dans le deuxième échangeur de chaleur où il se condense en restituant des calories ; - un deuxième mode de fonctionnement correspondant à un cycle de Rankine, dans lequel un fluide frigorigène circule dans le premier échangeur de chaleur où il s'évapore en emmagasinant des calories, dans 15 le deuxième échangeur de chaleur où il se condense en restituant des calories, et dans le troisième échangeur de chaleur où il s'évapore en emmagasinant des calories pouvant correspondre aux pertes thermiques d'au moins un moteur ; - un quatrième mode de fonctionnement correspondant à un cycle de 20 Rankine, dans lequel un fluide frigorigène circule dans le deuxième échangeur de chaleur où il se condense en restituant des calories, et dans le troisième échangeur de chaleur où il s'évapore en emmagasinant des calories pouvant correspondre aux pertes thermiques d'au moins un moteur.
25 Selon une forme de réalisation de l'invention, le circuit thermodynamique comprend un dispositif réversible apte à former un compresseur ou un moyen de détente, couplé à un moto-générateur électrique apte à former un moteur électrique entraînant le dispositif réversible lorsque ce dernier forme un compresseur, et apte à former un 30 générateur électrique entraîné par le dispositif réversible lorsque ce dernier forme un moyen de détente.
3024769 3 Selon une forme de réalisation de l'invention, dans le premier mode de fonctionnement, le dispositif réversible forme un compresseur qui est entraîné par le moto-générateur fonctionnant en tant que moteur électrique, et dans le second et quatrième mode de fonctionnement, le dispositif 5 réversible forme un moyen de détente et entraîne le moto-générateur fonctionnant en tant que générateur électrique. Selon une forme de réalisation de l'invention, le circuit thermodynamique comprend une pompe et un compresseur, dans le premier mode de fonctionnement, la pompe et le compresseur ne sont pas 10 fonctionnels, dans le second mode de fonctionnement, la pompe et le compresseur sont entraînés par un moteur thermique qui est démarré, dans le troisième mode de fonctionnement, le compresseur est entraîné par un moteur thermique qui est démarré, et dans le quatrième mode de fonctionnement, la pompe est entraînée par un moteur thermique qui est 15 démarré. Selon une forme de réalisation de l'invention, dans le premier mode de fonctionnement, le mouvement du fluide frigorigène dans le circuit est assuré par le dispositif réversible. Selon une forme de réalisation de l'invention, dans le deuxième et 20 quatrième mode de fonctionnement, le dispositif réversible procède à la détente du fluide frigorigène ayant emmagasiné lesdites calories lors de son passage dans le troisième échangeur de chaleur, ce qui permet d'entraîner le moto-générateur qui fonctionne en tant que générateur électrique.
25 Le premier mode de fonctionnement du circuit thermodynamique selon l'invention permet ainsi de climatiser à l'aide notamment du premier échangeur de chaleur par exemple l'habitacle dudit véhicule automobile alors que le moteur n'est pas démarré. Le second mode de fonctionnement du circuit thermodynamique selon l'invention permet de climatiser ledit 30 habitacle à l'aide notamment du premier échangeur de chaleur tout en récupérant de l'énergie électrique grâce au dispositif réversible. Le 3024769 4 troisième mode de fonctionnement du circuit thermodynamique selon l'invention permet de climatiser à l'aide notamment du premier échangeur de chaleur l'habitacle dudit véhicule automobile lorsque le moteur est démarré. Le quatrième mode de fonctionnement du circuit 5 thermodynamique selon l'invention permet de récupérer de l'énergie électrique grâce au dispositif réversible, lorsque l'on ne souhaite pas climatiser l'habitacle. Préférentiellement, le moteur qui peut entraîner la pompe et/ou le compresseur et dont les pertes thermiques peuvent être emmagasinées 10 par le fluide frigorigène est un moteur thermique dudit véhicule automobile. Selon une forme de réalisation de l'invention, le circuit thermodynamique comprend un dispositif réversible apte à former un compresseur ou un moyen de détente, et : - dans le premier mode de fonctionnement, une première boucle 15 traverse au moins successivement le second échangeur de chaleur, le premier échangeur de chaleur et le dispositif réversible formant un compresseur, - dans le deuxième mode de fonctionnement, une deuxième boucle traverse au moins successivement le deuxième échangeur de chaleur, une 20 première partie du fluide frigorigène traversant le troisième échangeur de chaleur, le dispositif réversible formant un moyen de détente, avant de traverser à nouveau le deuxième échangeur de chaleur, alors qu'une seconde partie du fluide frigorigène traverse le premier échangeur de chaleur avant de traverser à nouveau le deuxième échangeur de chaleur, 25 - dans le troisième mode de fonctionnement, une troisième boucle traverse au moins successivement le deuxième échangeur de chaleur et le premier échangeur de chaleur, - dans le quatrième mode de fonctionnement, une quatrième boucle traverse au moins successivement le deuxième échangeur de chaleur, le 30 troisième échangeur de chaleur et le dispositif réversible formant un moyen de détente.
3024769 5 Un dispositif réversible pouvant être utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention est par exemple connu du document US 7 347 673. Il est ainsi possible de placer le deuxième échangeur de chaleur (condenseur) en face avant d'un véhicule automobile, de façon à évacuer 5 des calories vers l'extérieur. Par ailleurs, le premier échangeur de chaleur (évaporateur) permet par exemple de refroidir un flux d'air prélevé à l'extérieur du véhicule avant de le faire entrer dans l'habitacle du véhicule. La pompe et le compresseur sont de préférence de type mécanique, c'est-à-dire sont entraînés par le moteur thermique lorsque celui-ci est démarré.
10 A l'inverse, le dispositif réversible peut être couplé à un moto-générateur apte à former un moteur électrique ou un générateur électrique. Enfin, le troisième échangeur de chaleur (évaporateur), également appelé bouilleur, peut permettre de récupérer des calories issues des pertes thermiques dues au fonctionnement du moteur, telles par exemple 15 que des calories prélevées sur le flux de gaz d'échappement ou sur le circuit de refroidissement du moteur. Dans une telle configuration, le premier mode de fonctionnement permet de climatiser le véhicule lorsque le moteur est à l'arrêt. Le dispositif réversible agit alors comme un compresseur, entraîné par exemple par le 20 moto-générateur précité. Le second mode de fonctionnement permet de climatiser le véhicule tout en récupérant de l'énergie électrique grâce au dispositif réversible couplé par exemple à un moto-générateur agissant en tant que générateur électrique. De plus, le troisième mode de fonctionnement permet de climatiser le véhicule lorsque le compresseur et 25 la pompe sont entraînés par le moteur thermique qui est démarré. Enfin, le quatrième mode de fonctionnement permet de récupérer de l'énergie électrique à l'aide du dispositif réversible, lorsque l'on ne souhaite pas climatiser l'habitacle. Les deuxième et troisième modes de fonctionnement correspondent 30 à des cycles de Rankine.
3024769 6 Avantageusement, le circuit thermodynamique peut comporter des moyens permettant de réaliser un sous-refroidissement forcé du fluide frigorigène en amont de la pompe, tels par exemple qu'une bouteille. Un tel sous-refroidissement forcé est bénéfique pour l'efficacité de la 5 climatisation et permet de garantir l'alimentation de la pompe en fluide frigorigène sous forme liquide, de façon à éviter toute dégradation de celle-ci. Selon d'autres caractéristiques prises isolément ou en combinaison l'une avec l'autre : 10 - le circuit thermodynamique selon l'invention comprend un détendeur ; - le circuit thermodynamique selon l'invention comprend des moyens aptes à faire circuler un fluide frigorigène dans le circuit ; - dans le premier mode de fonctionnement, la première boucle 15 traverse au moins successivement le second échangeur de chaleur, le détendeur, le premier échangeur de chaleur et le dispositif réversible formant un compresseur ; - dans le deuxième mode de fonctionnement, la deuxième boucle traverse au moins successivement le deuxième échangeur de chaleur, une 20 première partie du fluide frigorigène traverse la pompe, le troisième échangeur de chaleur, le dispositif réversible formant un moyen de détente, avant de traverser à nouveau le deuxième échangeur de chaleur, alors qu'une seconde partie du fluide frigorigène traverse le détendeur, le premier échangeur de chaleur et le compresseur avant de traverser à 25 nouveau le deuxième échangeur de chaleur ; - dans le troisième mode de fonctionnement, la troisième boucle traverse au moins successivement le deuxième échangeur de chaleur, le détendeur, le premier échangeur de chaleur et le compresseur ; - dans le quatrième mode de fonctionnement, la quatrième boucle 30 traverse au moins successivement le deuxième échangeur de chaleur, la 3024769 7 pompe, le troisième échangeur de chaleur et le dispositif réversible formant un moyen de détente. De préférence, le détendeur est un détendeur thermostatique. Un détendeur thermostatique permet de contrôler le débit massique de fluide 5 frigorigène en fonction de la pression et de la température, en assurant la surchauffe en sortie d'évaporateur, ce qui permet avantageusement d'optimiser l'efficacité du système. Selon une forme de réalisation de l'invention, le circuit thermodynamique comporte une première portion s'étendant entre le 10 détendeur et l'entrée du premier échangeur de chaleur, une seconde portion s'étendant entre la sortie du second échangeur de chaleur et une première extrémité du dispositif réversible formant une entrée ou une sortie dudit dispositif réversible, la seconde portion comportant successivement, de la sortie du premier échangeur vers la première extrémité du dispositif 15 réversible, un premier embranchement et un second embranchement optionnel, une troisième portion s'étendant entre le détendeur et l'entrée de la pompe, ladite troisième portion comportant un troisième embranchement, une quatrième portion s'étendant entre la sortie de la pompe et l'entrée du troisième échangeur de chaleur, une cinquième portion s'étendant entre la 20 sortie du troisième échangeur de chaleur et une seconde extrémité du dispositif réversible formant une sortie ou une entrée dudit dispositif réversible, la cinquième portion comportant un quatrième embranchement, une sixième portion s'étendant entre le quatrième embranchement et l'entrée du deuxième échangeur de chaleur, ladite sixième portion 25 comportant successivement, du quatrième embranchement vers l'entrée du deuxième échangeur de chaleur, un cinquième embranchement optionnel et un sixième embranchement, une septième portion s'étendant entre la sortie du deuxième échangeur de chaleur et le troisième embranchement, une huitième portion s'étendant entre le premier embranchement et l'entrée 30 du compresseur, une neuvième portion s'étendant entre la sortie du compresseur et le sixième embranchement, une dixième portion formant 3024769 8 une dérivation du compresseur et reliant la huitième portion à la neuvième portion, optionnellement une onzième portion s'étendant entre le deuxième embranchement et le cinquième embranchement, et des vannes situées au niveau des embranchements et/ou des portions précitées de manière à 5 permettre la circulation de fluide selon les modes de fonctionnement précités. Une première vanne peut être située au niveau du premier embranchement, ladite première vanne étant sélectivement apte à : - assurer la liaison uniquement entre les zones de la deuxième portion 10 situées de part et d'autre du premier embranchement, - assurer la liaison entre les zones de la deuxième portion situées de part et d'autre du premier embranchement, et la huitième portion, - assurer la liaison uniquement entre la zone de la deuxième portion située entre le premier échangeur de chaleur et le premier embranchement, d'une 15 part, et la huitième portion, d'autre part, - assurer la liaison uniquement entre la zone de la deuxième portion située entre le dispositif réversible et le premier embranchement, d'une part, et la huitième portion, d'autre part. En outre, une deuxième vanne peut être située au niveau du 20 troisième embranchement, ladite deuxième vanne étant sélectivement apte à: - assurer la liaison uniquement entre la septième portion, d'une part, et la zone de la troisième portion située entre le troisième embranchement et le détendeur, d'autre part, 25 - assurer la liaison entre la septième portion et les zones de la troisième portion situées de part et d'autre du troisième embranchement, - assurer la liaison uniquement entre la septième portion, d'une part, et la zone de la troisième portion située entre le troisième embranchement et la pompe, d'autre part.
30 De plus, une troisième vanne peut être située au niveau du sixième embranchement, ladite troisième vanne étant sélectivement apte à : 3024769 9 - assurer la liaison entre les zones de la sixième portion situées de part et d'autre du troisième embranchement, - assurer la liaison uniquement entre la huitième portion ou la dixième portion, d'une part, et la zone de la sixième portion située entre le 5 deuxième échangeur de chaleur et le sixième embranchement, d'autre part. Enfin, une quatrième vanne peut être située au niveau du cinquième embranchement, ladite quatrième vanne étant sélectivement apte à : - assurer la liaison uniquement entre les zones de la sixième portion situées de part et d'autre du cinquième embranchement, 10 - assurer la liaison uniquement entre la zone de la sixième portion située entre le cinquième embranchement et le sixième embranchement, d'une part, et la onzième portion, d'autre part. Le nombre de vannes et leurs emplacements peuvent varier en fonction des modes de réalisation de l'invention, l'essentiel étant que ces 15 vannes permettent d'assurer tout ou partie des quatre modes de fonctionnement décrits précédemment. Selon une caractéristique de l'invention, le premier échangeur est apte à échanger de la chaleur avec de l'air destiné à entrer dans l'habitacle d'un véhicule.
20 Selon une autre caractéristique de l'invention, le troisième échangeur de chaleur est apte à échanger de la chaleur avec un fluide chauffé par les pertes thermiques dues au fonctionnement du moteur du véhicule automobile. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, 25 caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1, 3, 5 et 7 sont des vues schématiques d'un circuit thermodynamique selon une première forme de réalisation de l'invention, 30 respectivement selon quatre modes de fonctionnement différents, 3024769 10 - les figures 2, 4, 6 et 8 sont des diagrammes de Mollier illustrant respectivement les modes de fonctionnement des figures 1, 3, 5 et 7, - les figures 9 à 16 sont des vues correspondant 5 respectivement aux figures 1 à 8, illustrant une deuxième forme de réalisation de l'invention. Sur les figures représentant un diagramme de Mollier, les abréviations suivantes sont utilisées : CD signifie condensation, CP signifie compression, E signifie évaporation, D signifie détente, L signifie liquide, Di 10 signifie diphasique, V signifie vapeur. Les figures 1 à 8 illustrent le fonctionnement d'un circuit thermodynamique d'un véhicule automobile, selon une première forme de réalisation de l'invention. Le circuit comprend une boucle fermée de circulation d'un fluide 15 frigorigène et comporte un premier échangeur de chaleur 1 formant un évaporateur, un deuxième échangeur de chaleur 2 formant un condenseur, un troisième échangeur de chaleur 3 formant un évaporateur, une pompe 4, un compresseur 5, un détendeur thermostatique 6 et un dispositif réversible 7 apte à former un compresseur ou un moyen de détente.
20 La pompe 4 et le compresseur 5 sont entraînés en rotation par le moteur thermique du véhicule, lorsque ce moteur est démarré. On peut ainsi les désigner par les termes pompe mécanique et compresseur mécanique. A l'inverse, le dispositif réversible 7 est couplé à un moto-générateur 25 électrique 8 apte à former un moteur électrique entraînant le dispositif réversible 7 lorsque ce dernier forme un compresseur, et apte à former un générateur électrique entraîné par le dispositif réversible 7 lorsque ce dernier forme un moyen de détente. Un dispositif réversible 7 pouvant être utilisé pour la mise en oeuvre 30 de l'invention est par exemple connu du document US 7 347 673.
3024769 11 Le deuxième échangeur de chaleur 2 (condenseur) peut être situé en face avant du véhicule automobile, de façon à évacuer des calories vers l'extérieur. Par ailleurs, le premier échangeur de chaleur 1 (évaporateur) permet de refroidir un flux d'air prélevé à l'extérieur du véhicule ou un flux 5 d'air recyclé prélevé à l'intérieur du véhicule avant de le faire entrer dans l'habitacle du véhicule. Enfin, le troisième échangeur de chaleur 3 (évaporateur), également appelé bouilleur, permet de récupérer directement ou indirectement des calories issues des pertes thermiques dues au fonctionnement du moteur, tels par exemple que des calories 10 prélevées sur le flux de gaz d'échappement ou sur le circuit de refroidissement du moteur. Le circuit comporte les portions suivantes : - une première portion P1 s'étendant entre le détendeur 6 et l'entrée du premier échangeur de chaleur 1, 15 - une seconde portion P2 s'étendant entre la sortie du premier échangeur de chaleur 1 et une première extrémité du dispositif réversible 7 formant une entrée ou une sortie dudit dispositif réversible 7, la seconde portion P2 comportant successivement, de la sortie du premier échangeur 1 vers la première extrémité du dispositif réversible 7, un premier 20 embranchement El et un second embranchement E2, - une troisième portion P3 s'étendant entre le détendeur 6 et l'entrée de la pompe 4, ladite troisième portion P3 comportant un troisième embranchement E3 et, de préférence, une bouteille 9 permettant de réaliser un sous-refroidissement forcé, montée en amont de la pompe 4, 25 c'est-à-dire entre le troisième embranchement E3 et la pompe 4, - une quatrième portion P4 s'étendant entre la sortie de la pompe 4 et l'entrée du troisième échangeur de chaleur 3, - une cinquième portion P5 s'étendant entre la sortie du troisième échangeur de chaleur 3 et une seconde extrémité du dispositif réversible 7 30 formant une sortie ou une entrée dudit dispositif réversible 7, la cinquième portion P5 comportant un quatrième embranchement E4, 3024769 12 - une sixième portion P6 s'étendant entre le quatrième embranchement E4 et l'entrée du deuxième échangeur de chaleur 2, ladite sixième portion P6 comportant successivement, du quatrième embranchement E4 vers l'entrée du deuxième échangeur de chaleur 2, un 5 cinquième embranchement E5 et un sixième embranchement E6, - une septième portion P7 s'étendant entre la sortie du deuxième échangeur de chaleur 2 et le troisième embranchement E3, - une huitième portion P8 s'étendant entre le premier embranchement El et l'entrée du compresseur 5, 10 - une neuvième portion P9 s'étendant entre la sortie du compresseur 5 et le sixième embranchement E6, - une dixième portion P10 formant une dérivation du compresseur 5 et reliant la huitième portion P8 à la neuvième portion P9, - une onzième portion P11 s'étendant entre le deuxième 15 embranchement E2 et le cinquième embranchement E5. Le circuit comporte en outre une première vanne V1 située au niveau du premier embranchement E1, ladite première vanne V1 étant sélectivement apte à : - assurer la liaison uniquement entre les zones de la deuxième portion P2 20 situées de part et d'autre du premier embranchement E1, - assurer la liaison entre les zones de la deuxième portion P2 situées de part et d'autre du premier embranchement E1, et la huitième portion P8, - assurer la liaison uniquement entre la zone de la deuxième portion P2 située entre le premier échangeur de chaleur 1 et le premier 25 embranchement E1, d'une part, et la huitième portion P8, d'autre part, - assurer la liaison uniquement entre la zone de la deuxième portion P2 située entre le dispositif réversible 7 et le premier embranchement E1, d'une part, et la huitième portion P8, d'autre part. Le circuit comporte de plus une deuxième vanne V2 située au niveau 30 du troisième embranchement E3, ladite deuxième vanne V2 étant sélectivement apte à : 3024769 13 - assurer la liaison uniquement entre la septième portion P7, d'une part, et la zone de la troisième portion P3 située entre le troisième embranchement E3 et le détendeur 6, d'autre part, - assurer la liaison entre la septième portion P7 et les zones de la troisième 5 portion P3 situées de part et d'autre du troisième embranchement E3, - assurer la liaison uniquement entre la septième portion P7, d'une part, et la zone de la troisième portion P3 située entre le troisième embranchement E3 et la pompe 4, d'autre part. Le circuit comporte également une troisième vanne V3 située au 10 niveau du sixième embranchement E6, ladite troisième vanne V3 étant sélectivement apte à : - assurer la liaison entre les zones de la sixième portion P6 situées de part et d'autre du sixième embranchement E6, - assurer la liaison uniquement entre la huitième portion P8 ou la dixième 15 portion P10, d'une part, et la zone de la sixième portion P6 située entre le deuxième échangeur de chaleur 2 et le sixième embranchement E6, d'autre part. Le circuit comporte enfin une quatrième vanne V4 située au niveau du cinquième embranchement E5, ladite quatrième vanne V4 étant 20 sélectivement apte à : - assurer la liaison uniquement entre les zones de la sixième portion P6 situées de part et d'autre du cinquième embranchement E5, - assurer la liaison uniquement entre la zone de la sixième portion P6 située entre le cinquième embranchement E5 et le sixième embranchement 25 E6, d'une part, et la onzième portion P11, d'autre part. Le fonctionnement de ce circuit va maintenant être décrit plus en détail. Un premier mode de fonctionnement est illustré aux figures 1 et 2. Dans ce mode de fonctionnement, le fluide frigorigène circule dans une 30 première boucle traversant successivement le second échangeur de chaleur 2 (évaporation du fluide frigorigène), la deuxième vanne V2, le 3024769 14 détendeur 6, le premier échangeur de chaleur 1 (condensation du fluide frigorigène), la première vanne V1, le dispositif réversible 7 formant un compresseur, la quatrième vanne V4 et la troisième vanne V3 avant de traverser à nouveau le deuxième échangeur de chaleur 2. Sur la figure 1 et 5 sur les figures correspondantes suivantes, les portions ou les éléments du circuit traversés par le flux de fluide frigorigène sont représentés en traits forts tandis que les portions ou les éléments du circuit dans lequel le fluide frigorigène ne circule pas sont représentés en traits pointillés. Le dispositif réversible 7 est entraîné par le moto-générateur 8 10 fonctionnant en tant que moteur électrique. Le flux d'air destiné à entrer dans l'habitacle est refroidi par l'évaporateur 1, les calories étant ensuite rejetées par le condenseur 2. Dans le premier mode de fonctionnement, le circuit peut fonctionner même lorsque le moteur thermique est à l'arrêt. En effet, la pompe 4 et le compresseur 5 ne sont pas fonctionnels et le 15 mouvement du fluide frigorigène le long du circuit est assuré par le dispositif réversible 7. Le cycle thermodynamique correspondant est illustré sur le diagramme de Mollier de la figure 2. Sur ce diagramme, l'abscisse est formée par l'enthalpie H et l'ordonnée est formée par la pression p du fluide 20 frigorigène. Des points référencés il à i4 ont été reportés à la fois sur le diagramme de Mollier et sur le circuit illustré à la figure 1 afin de faciliter la compréhension. Les phases (liquide ; diphasique, c'est-à-dire liquide et vapeur ; vapeur) sont également indiquées sur le diagramme, ainsi que les 25 différentes étapes du cycle (évaporation, condensation, compression, détente). Un deuxième mode de fonctionnement est illustré aux figures 3 et 4. Dans ce mode de fonctionnement, le fluide frigorigène circule dans une deuxième boucle traversant successivement le deuxième échangeur 30 de chaleur 2, la deuxième vanne V2, le fluide frigorigène se scindant alors en une première partie et une seconde partie. La première partie du fluide 3024769 15 frigorigène traverse la bouteille 9, la pompe 4, le troisième échangeur de chaleur 3, le dispositif réversible 7 formant un moyen de détente, la quatrième vanne V4, jusqu'à atteindre la troisième vanne V3. La seconde partie du fluide frigorigène traverse le détendeur 6, le premier échangeur de 5 chaleur 1, la première vanne V1 et le compresseur 5 jusqu'à la troisième vanne V3. L'ensemble du fluide frigorigène traverse ensuite à nouveau le deuxième échangeur de chaleur 2. Le deuxième mode de fonctionnement correspond à un cycle de Rankine et permet de climatiser le véhicule à l'aide de l'évaporateur 1, tout 10 en récupérant de l'énergie électrique grâce au dispositif réversible 7. En effet, dans ce mode de fonctionnement, le dispositif réversible 7 forme un moyen de détente et entraîne le moto-générateur 8 fonctionnant en tant que générateur électrique, de façon à récupérer une quantité non négligeable d'énergie. Dans ce mode de fonctionnement également, le 15 compresseur 5 et la pompe 4 sont entraînés par le moteur thermique du véhicule, qui est démarré. Des calories issues des pertes thermiques du moteur sont récupérées à l'aide du troisième échangeur de chaleur 3. Un troisième mode de fonctionnement est illustré aux figures 5 et 6. Dans ce mode de fonctionnement, le fluide frigorigène circule dans 20 une troisième boucle traversant successivement le deuxième échangeur de chaleur 2, la deuxième vanne V2, le détendeur 6, le premier échangeur de chaleur 1, la première vanne V1, le compresseur 5 et la troisième vanne V3 avant de traverser à nouveau le deuxième échangeur de chaleur 2. Ce mode de fonctionnement permet de climatiser le véhicule à l'aide 25 de l'évaporateur 1, lorsque le compresseur 5 et la pompe 4 sont entraînés par le moteur thermique, qui est démarré. Les calories sont rejetées à l'extérieur, par l'intermédiaire du condenseur 2. Un quatrième mode de fonctionnement est illustré aux figures 7 et 8. Dans ce mode de fonctionnement, le fluide frigorigène circule dans 30 une quatrième boucle traversant successivement le deuxième échangeur de chaleur 2, la deuxième vanne V2, la bouteille 9, la pompe 4, le troisième 3024769 16 échangeur de chaleur 3, le dispositif réversible 7 formant un moyen de détente, la première vanne V1, la cinquième vanne V5 (en évitant ainsi le compresseur 5) et la troisième vanne V3 avant de traverser à nouveau le deuxième échangeur de chaleur 2.
5 Ce quatrième mode de fonctionnement correspond à un cycle de Rankine et permet de récupérer de l'énergie électrique à l'aide du dispositif réversible 7, lorsque l'on ne souhaite pas climatiser l'habitacle. Comme précédemment, le dispositif réversible 7 forme un moyen de détente et entraîne le moto-générateur 8 fonctionnant en tant que générateur 10 électrique, de façon à récupérer une quantité non négligeable d'énergie. Dans ce mode de fonctionnement, la pompe 4 est entraînée par le moteur thermique du véhicule, qui est démarré. Des calories issues des pertes thermiques du moteur sont récupérées à l'aide du troisième échangeur de chaleur 3.
15 Les figures 9 à 16 illustrent le fonctionnement d'un circuit thermodynamique d'un véhicule automobile, selon une deuxième forme de réalisation de l'invention. Ce circuit diffère de celui décrit précédemment en ce qu'il ne comporte pas de deuxième embranchement E2, de cinquième 20 embranchement E5 et de onzième portion P11, les autres portions et/ou éléments ayant été conservés. Un premier mode de fonctionnement de ce circuit est illustré aux figures 9 et 10 et est identique au mode de fonctionnement décrit précédemment aux références aux figures 1 et 2.
25 Un deuxième mode de fonctionnement est illustré aux figures 11 et 12. Dans ce mode de fonctionnement, le fluide frigorigène circule dans une deuxième boucle traversant successivement le deuxième échangeur de chaleur 2, la deuxième vanne V2, le fluide frigorigène se scindant alors 30 en une première partie et une seconde partie. La première partie du fluide frigorigène traverse la bouteille 9, la pompe 4, le troisième échangeur de 3024769 17 chaleur 3, le dispositif réversible 7 formant un moyen de détente, jusqu'à atteindre la première vanne V1. La seconde partie du fluide frigorigène traverse le détendeur 6 et le premier échangeur de chaleur 1 jusqu'à atteindre la première vanne V1. L'ensemble du fluide frigorigène traverse 5 ensuite le compresseur 5, la troisième vanne V3 puis à nouveau le deuxième échangeur de chaleur 2. Le deuxième mode de fonctionnement correspond à un cycle de Rankine et permet de climatiser le véhicule à l'aide de l'évaporateur 1, tout en récupérant de l'énergie électrique grâce au dispositif réversible 7. En 10 effet, dans ce mode de fonctionnement, le dispositif réversible 7 forme un moyen de détente et entraîne le moto-générateur 8 fonctionnant en tant que générateur électrique, de façon à récupérer une quantité non négligeable d'énergie. Dans ce mode de fonctionnement également, le compresseur 5 et la pompe 4 sont entraînés par le moteur thermique du 15 véhicule, qui est démarré. Des calories issues des pertes thermiques du moteur sont récupérées à l'aide du troisième échangeur de chaleur 3. En comparant le diagramme de Mollier de la figure 12 avec celui de la figure 4, il peut sembler peu efficace de détendre un débit de fluide frigorigène jusqu'à la basse pression (voir détente entre les points i4 et i5 à 20 la figure 12), pour ensuite le recomprimer (voir compression entre les points i5 et il à la figure 12). Cependant, un tel mode de fonctionnement peut permettre, dans le cas où le compresseur 5 a une faible efficacité à faible débit, de compenser la perte due à la non-isentropie de la détente et de la compression par l'amélioration de l'efficacité du compresseur 5 en faisant 25 passer un débit important de fluide frigorigène à travers ce dernier. Un troisième mode de fonctionnement du circuit selon la deuxième forme de réalisation de l'invention est illustré aux figures 13 et 14 et est identique au mode de fonctionnement décrit précédemment aux références aux figures 5 et 6.
30 Enfin, un quatrième mode de fonctionnement du circuit selon la deuxième forme de réalisation de l'invention est illustré aux figures 15 et 16

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Circuit thermodynamique, notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un premier échangeur de chaleur (1) formant un évaporateur, un deuxième échangeur de chaleur (2) formant un condenseur, un troisième échangeur de chaleur (3) formant un évaporateur, le circuit étant apte à fonctionner selon l'un au moins des modes de fonctionnement suivants : - au moins un mode de fonctionnement, un premier mode et/ou un troisième mode de fonctionnement, dans lequel un fluide frigorigène circule dans le premier échangeur de chaleur (1) où il s'évapore en emmagasinant des calories, et dans le deuxième échangeur de chaleur (2) où il se condense en restituant des calories ; - un deuxième mode de fonctionnement correspondant à un cycle de Rankine, dans lequel un fluide frigorigène circule dans le premier échangeur de chaleur (1) où il s'évapore en emmagasinant des calories, dans le deuxième échangeur de chaleur (2) où il se condense en restituant des calories, et dans le troisième échangeur de chaleur (3) où il s'évapore en emmagasinant des calories pouvant correspondre aux pertes thermiques d'au moins un moteur ; - un quatrième mode de fonctionnement correspondant à un cycle de Rankine, dans lequel un fluide frigorigène circule dans le deuxième échangeur de chaleur (2) où il se condense en restituant des calories, et dans le troisième échangeur de chaleur (3) où il s'évapore en emmagasinant des calories pouvant correspondre aux pertes thermiques d'au moins un moteur.
  2. 2. Circuit thermodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit thermodynamique comprend un dispositif réversible (7) apte à former un compresseur ou un moyen de détente, couplé à un moto- 3024769 20 générateur électrique (8) apte à former un moteur électrique entraînant le dispositif réversible (7) lorsque ce dernier forme un compresseur, et apte à former un générateur électrique entraîné par le dispositif réversible (7) lorsque ce dernier forme un moyen de détente. 5
  3. 3. Circuit thermodynamique selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans le premier mode de fonctionnement, le dispositif réversible (7) forme un compresseur qui est entraîné par le moto-générateur (8) fonctionnant en tant que moteur électrique, et dans le second et quatrième 10 mode de fonctionnement, le dispositif réversible (7) forme un moyen de détente et entraîne le moto-générateur (8) fonctionnant en tant que générateur électrique.
  4. 4. Circuit thermodynamique selon l'une des revendications 1 à 3, 15 caractérisé en ce que le circuit thermodynamique comprend une pompe (4) et un compresseur (5), dans le premier mode de fonctionnement, la pompe (4) et le compresseur (5) ne sont pas fonctionnels, dans le second mode de fonctionnement, la pompe (4) et le compresseur (5) sont entraînés par un moteur thermique qui est démarré, dans le troisième mode de 20 fonctionnement, le compresseur (5) est entraîné par un moteur thermique qui est démarré, et dans le quatrième mode de fonctionnement, la pompe (4) est entraînée par un moteur thermique qui est démarré.
  5. 5. Circuit thermodynamique selon l'une des revendications 2 à 4, 25 caractérisé en ce que dans le premier mode de fonctionnement, le mouvement du fluide frigorigène dans le circuit est assuré par le dispositif réversible (7).
  6. 6. Circuit thermodynamique selon l'une des revendications 2 à 5, 30 caractérisé en ce que dans le deuxième et quatrième mode de fonctionnement, le dispositif réversible (7) procède à la détente du fluide 3024769 21 frigorigène ayant emmagasiné lesdites calories lors de son passage dans le troisième échangeur de chaleur (3), ce qui permet d'entraîner le moto-générateur (8) qui fonctionne en tant que générateur électrique. 5
  7. 7. Circuit thermodynamique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit thermodynamique comprend un dispositif réversible (7) apte à former un compresseur ou un moyen de détente, et : - dans le premier mode de fonctionnement, une première boucle 10 traverse au moins successivement le second échangeur de chaleur (2), le premier échangeur de chaleur (1) et le dispositif réversible (7) formant un compresseur ; - dans le deuxième mode de fonctionnement, une deuxième boucle traverse au moins successivement le deuxième échangeur de chaleur (2), 15 une première partie du fluide frigorigène traversant le troisième échangeur de chaleur (3), le dispositif réversible (7) formant un moyen de détente, avant de traverser à nouveau le deuxième échangeur de chaleur (2), alors qu'une seconde partie du fluide frigorigène traverse le premier échangeur de chaleur (1) avant de traverser à nouveau le deuxième échangeur de 20 chaleur (2) ; - dans le troisième mode de fonctionnement, une troisième boucle traverse au moins successivement le deuxième échangeur de chaleur (2) et le premier échangeur de chaleur (1), - dans le quatrième mode de fonctionnement, une quatrième boucle 25 traverse au moins successivement le deuxième échangeur de chaleur (2), le troisième échangeur de chaleur (3) et le dispositif réversible (7) formant un moyen de détente.
  8. 8. Circuit thermodynamique selon l'une des revendications 4 à 7, 30 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de réaliser un 3024769 22 sous-refroidissement forcé du fluide frigorigène en amont de la pompe (4), tels par exemple qu'une bouteille (9).
  9. 9. Circuit thermodynamique selon l'une des revendications 1 à 8, 5 caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (1) est apte à échanger de la chaleur avec de l'air destiné à entrer dans l'habitacle d'un véhicule.
  10. 10. Circuit thermodynamique selon l'une des revendications 1 à 9, 10 caractérisé en ce que le troisième échangeur de chaleur (3) est apte à échanger de la chaleur avec un fluide chauffé par les pertes thermiques dues au fonctionnement du moteur du véhicule automobile.
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