FR3027557A1 - Dispositif de regulation thermique de l'air de l'habitacle et de composants d'un vehicule automobile propulse totalement ou partiellement par un moteur electrique - Google Patents

Dispositif de regulation thermique de l'air de l'habitacle et de composants d'un vehicule automobile propulse totalement ou partiellement par un moteur electrique Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de régulation thermique (1) de l'air de l'habitacle et de composants d'un véhicule propulsé par un moteur électrique, comprenant : - un premier circuit (100) de circulation d'un premier fluide caloporteur qui passe par des premier (10), deuxième (20) et troisième (30) échangeurs thermiques, - un second circuit (200) de circulation d'un second fluide caloporteur qui passe par un quatrième échangeur thermique (40) et les deuxième et troisième échangeurs thermiques, et qui comprend un moyen de stockage d'énergie thermique (253). Selon l'invention, ledit moyen de stockage d'énergie thermique est un prolongateur d'autonomie du véhicule automobile adapté à restituer et/ou à produire de l'énergie thermique.

Description

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine des dispositifs de régulation thermique des moteurs de véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de régulation thermique de l'air de l'habitacle et de composants d'un véhicule automobile propulsé totalement ou partiellement par un moteur électrique alimenté par une batterie d'accumulateurs, comprenant : - un premier circuit de circulation d'un premier fluide caloporteur, formant pompe à chaleur, qui passe par un premier échangeur thermique adapté à échanger de la chaleur avec l'air extérieur, ainsi que par un deuxième échangeur thermique et un troisième échangeur thermique, - un second circuit de circulation d'un second fluide caloporteur, distinct dudit premier circuit, qui comprend : un premier sous-circuit qui passe par un quatrième échangeur thermique adapté à échanger de la chaleur avec l'air de l'habitacle, ainsi que par le troisième échangeur thermique, et un second sous-circuit qui comprend un moyen de stockage d'énergie thermique, et qui passe par le deuxième échangeur thermique. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Dans tout véhicule automobile, on souhaite permettre à l'usager de réguler la température de l'air à l'intérieur de l'habitacle, aussi bien pour assurer le confort des passagers (avec des fonctions de chauffage ou de climatisation), que pour améliorer la visibilité du conducteur (avec des fonctions de désembuage ou de dégivrage). Par ailleurs, comme tout véhicule automobile, les véhicules à moteur électrique ou hybrides doivent intégrer un système de régulation thermique de leurs composants électriques pour éviter une éventuelle surchauffe de ces composants. Dans les véhicules automobiles à moteur électrique, la fonction de chauffage est assurée par des éléments résistifs qui réchauffent un fluide caloporteur adapté à restituer cette chaleur à l'air de l'habitacle, via un échangeur thermique. Pour fonctionner, ces éléments résistifs consomment une grande quantité de courant électrique. L'utilisation de ces éléments résistifs, dans le cas d'un véhicule à moteur électrique, diminue alors fortement l'autonomie du véhicule et rend l'autonomie du véhicule aléatoire. Pour remédier au moins partiellement à ces problèmes, on connaît du document FR2948898 un système de gestion thermique de l'air de l'habitacle et des composants d'un véhicule automobile électrique ou hybride.
Dans ce document, il est prévu un premier circuit formant pompe à chaleur dans lequel circule un premier fluide caloporteur, et un second circuit dans lequel circule un second fluide caloporteur adapté à réchauffer l'air de l'habitacle. Pour assurer la fonction de chauffage, un élément résistif réchauffe le second fluide caloporteur lorsque le véhicule est branché sur un réseau électrique 15 en vue de sa recharge. Ainsi, une énergie calorifique est emmagasinée par le second fluide caloporteur. Cette énergie peut ensuite être restituée à l'air de l'habitacle, directement, par l'intermédiaire d'un échangeur thermique, ou indirectement, par l'intermédiaire du premier fluide caloporteur circulant dans la pompe à chaleur. 20 Un réservoir de second fluide caloporteur, monté sur le second circuit, permet d'augmenter la quantité du second fluide caloporteur ainsi réchauffé, et par conséquent permet d'augmenter l'énergie stockée dans ce second circuit. Cependant, un tel système présente certains inconvénients. En particulier, le stock d'énergie emmagasinée par le second fluide caloporteur 25 pendant la recharge du véhicule s'amoindrit au fur et à mesure que le véhicule est en marche et que l'usager fait appel à une des fonctions précitées (désembuage, chauffage, climatisation et dégivrage). Par conséquent, l'énergie finit par manquer pour réguler la température de l'air de l'habitacle. Un autre inconvénient réside dans le fait que ce système n'évite pas un 30 potentiel givrage d'un des échangeurs thermiques de la pompe à chaleur situé en face avant du véhicule, notamment sur de longues distances ou des durées d'utilisation plus longues. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose de remplacer le réservoir de second fluide calorifique par un élément actif. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un dispositif de régulation thermique tel que décrit en introduction dans lequel ledit moyen de 5 stockage d'énergie thermique est un prolongateur d'autonomie du véhicule automobile adapté à restituer et/ou à produire de l'énergie thermique. Le prolongateur d'autonomie est capable de produire de l'énergie, de stocker de l'énergie, à la manière d'un réservoir, et de la restituer. Selon l'invention, il n'est donc pas nécessaire de prévoir un réservoir ad hoc, ce qui 10 réduit les coûts. Par ailleurs, grâce à l'invention, l'énergie thermique produite lorsque le prolongateur d'autonomie est en marche n'est plus perdue mais elle peut être utilisée à bon escient afin de réguler la température de l'air de l'habitacle. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du dispositif 15 conforme à l'invention sont les suivantes : - ledit prolongateur d'autonomie est soit une seconde batterie d'accumulateurs, soit un moteur à combustion interne, soit une pile à combustible ; - dans ledit premier circuit, ledit premier échangeur thermique est adapté 20 à être branché en parallèle d'une ligne de fluide comprenant ledit deuxième échangeur thermique ; - dans ledit premier circuit, ledit premier échangeur thermique est adapté à être branché en série dudit deuxième échangeur thermique au moyen d'une première conduite comprenant un premier détendeur et une première vanne 25 adaptée à autoriser et empêcher la circulation du premier fluide caloporteur dans cette première conduite ; - ledit premier circuit comprend, en amont du premier échangeur thermique, une deuxième conduite et une troisième conduite qui sont branchées en parallèle l'une de l'autre et qui sont chacune munie d'une vanne adaptée à 30 autoriser et empêcher la circulation du premier fluide caloporteur, la troisième conduite comprenant un deuxième détendeur ; - ledit premier circuit comprend, sur une ligne de fluide branchée en parallèle du premier échangeur thermique, une quatrième conduite et une cinquième conduite qui sont branchées en parallèle l'une de l'autre et qui sont chacune munie d'une vanne adaptée à autoriser et empêcher la circulation du premier fluide caloporteur, la quatrième conduite comprenant un troisième détendeur ; - ledit premier circuit comprend, en amont du troisième échangeur thermique, une sixième conduite et une septième conduite qui sont branchées en parallèle l'une de l'autre et qui sont chacune munie d'une vanne adaptée à autoriser et empêcher la circulation du premier fluide caloporteur, la sixième conduite comprenant un quatrième détendeur et un cinquième échangeur thermique adapté à échanger de la chaleur avec l'air de l'habitacle ; - le second circuit comprend, en outre, une première conduite de liaison qui relie le premier sous-circuit au second sous-circuit depuis l'aval du troisième échangeur thermique jusqu'à l'amont d'une conduite comprenant le prolongateur d'autonomie, une seconde conduite de liaison qui relie le second sous-circuit au premier sous-circuit depuis l'aval du prolongateur d'autonomie jusqu'à l'amont du quatrième échangeur thermique, cette seconde conduite de liaison étant munie d'une vanne adaptée à autoriser et empêcher la circulation du second fluide caloporteur, et une conduite de bouclage qui relie lesdites première et seconde conduites de liaison depuis l'aval du troisième échangeur thermique jusqu'à l'amont du quatrième échangeur thermique, cette conduite de bouclage étant munie d'une vanne adaptée à autoriser et empêcher la circulation du second fluide caloporteur ; - ledit second sous-circuit comprend une vanne thermostat adaptée à autoriser, au moins en partie, la circulation du second fluide caloporteur dans un sixième échangeur thermique adapté à échanger de la chaleur avec l'air extérieur ; - ledit second sous-circuit comprend un moyen de chauffage électrique adapté à fournir de la chaleur au second fluide caloporteur et/ou audit prolongateur d'autonomie. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est un schéma d'un dispositif de régulation thermique selon l'invention comprenant un prolongateur d'autonomie constitué par un moteur thermique à combustion interne ; et - la figure 2 est un schéma d'une variante de réalisation du dispositif de régulation thermique selon l'invention dans laquelle le prolongateur d'autonomie est constitué par une seconde batterie d'accumulateurs. Dans la suite de la description, les termes « amont » et « aval » seront utilisés dans le sens de l'écoulement des fluides, ce sens d'écoulement étant représenté par des flèches sur les figures 1 et 2. On entend par « circuits autonomes » des circuits qui, pris séparément, sont capables de faire circuler de manière indépendante un fluide les parcourant. On entend par « circuits distincts » des circuits qui sont parcourus par des fluides ne pouvant jamais se mélanger. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un dispositif de régulation thermique 1, utilisé dans un véhicule automobile propulsé au moins en partie par un moteur électrique alimenté par une batterie d'accumulateurs, dite « batterie de traction ». Des fluides caloporteurs, c'est-à-dire adaptés à transporter de la chaleur entre plusieurs sources de chaleur, peuvent circuler dans ce dispositif de régulation thermique 1. Cependant, lesdits fluides ne circulent pas nécessairement en permanence dans l'ensemble du dispositif. Tel qu'il est ici représenté, le dispositif de régulation thermique 1 comprend deux circuits autonomes et distincts de fluide caloporteur : un premier circuit 100 (appelé dans la suite de la description « pompe à chaleur 100 »), et un second circuit 200.
D'une manière générale, la pompe à chaleur 100 est un circuit diphasique classique, du même type que ceux utilisés dans les circuits frigorifiques. Son fonctionnement sera détaillé dans la suite, et peut être résumé de la façon suivante : un compresseur met en pression un fluide caloporteur d'une phase vapeur basse pression à une phase vapeur haute pression, un condenseur refroidit le fluide caloporteur afin de le faire passer d'une phase vapeur haute pression à une phase liquide haute pression, un détendeur fait passer le fluide caloporteur d'une phase liquide haute pression à une phase liquide basse pression, et un évaporateur permet de vaporiser le fluide caloporteur d'une phase liquide basse pression à une phase vapeur basse pression avant que celui-ci n'alimente à nouveau le compresseur. Ainsi, la pompe à chaleur comprend au moins deux échangeurs thermiques (le condenseur et l'évaporateur) et permet d'échanger de la chaleur 5 avec au moins un autre fluide caloporteur dans au moins un de ces deux échangeurs thermiques. La pompe à chaleur 100, représentée en traits continus sur les figures, est parcourue par un premier fluide caloporteur, par exemple un fluide réfrigérant. Le second circuit 200, représenté en pointillés sur les figures, est 10 parcouru par un second fluide caloporteur. Le second fluide caloporteur est par exemple de l'eau glycolée. Le dispositif de régulation 1 tel qu'illustré en figure 1 est basé sur des échanges thermiques, à savoir des échanges de chaleur entre différents fluides. Ces échanges thermiques prennent place dans sept échangeurs thermiques dont 15 un premier échangeur thermique 10, un deuxième échangeur thermique 20, un troisième échangeur thermique 30, un quatrième échangeur thermique 40, un cinquième échangeur thermique 50, un sixième échangeur thermique 60, et un septième échangeur thermique 70, qui permettent à deux fluides d'échanger de la chaleur sans entrer en contact direct l'un avec l'autre. 20 En particulier, les premier, quatrième, cinquième, sixième et septième échangeurs thermiques 10, 40, 50, 60, 70 permettent des échanges thermiques entre l'un des fluides caloporteurs et de l'air. Les deuxième et troisième échangeurs thermiques 20, 30 permettent des échanges thermiques entre le premier fluide caloporteur et le second fluide caloporteur. 25 Les premier, sixième et septième échangeurs thermiques 10, 60 ,70 sont placés en face avant du véhicule. Les deuxième et troisième échangeurs thermiques 20, 30 sont traversés à la fois par une conduite de la pompe à chaleur 100 et par une conduite du second circuit 200. 30 Les premier et deuxième échangeurs thermiques 10, 20 peuvent chacun avoir à la fois une fonction d'évaporateur et une fonction de condenseur du premier fluide caloporteur. Le troisième échangeur thermique 30 a une fonction de condenseur du premier fluide caloporteur.
Le cinquième échangeur thermique 50 a une fonction d'évaporateur du premier fluide caloporteur. La pompe à chaleur 100 comprend neuf conduites, dont une première conduite 110, une deuxième conduite 120, une troisième conduite 130, une quatrième conduite 140, une cinquième conduite 150, une sixième conduite 160, une septième conduite 170, une huitième conduite 180 et une neuvième conduite 190. Ces neuf conduites forment des boucles qui sont reliées entre elles et dans lesquelles peut circuler le premier fluide caloporteur. En outre, la pompe à chaleur 100 comprend un premier moyen de mise en circulation 101 du fluide caloporteur qui le parcourt, à savoir ici un compresseur 101. Ce compresseur 101 impose le sens de l'écoulement dudit premier fluide caloporteur dans la pompe à chaleur 100. Lorsque le compresseur 101 est en fonctionnement, le premier fluide caloporteur circule nécessairement dans au moins une partie des conduites formant une boucle fermée de circulation.
Dans l'exemple de la figure 1, le compresseur 101 est situé sur la neuvième conduite 190, directement en amont du troisième échangeur thermique 30 (appelé dans le reste de la description condenseur 30). La neuvième conduite 190 se sépare en aval du condenseur 30 en quatre conduites : la deuxième conduite 120, la troisième conduite 130, la quatrième conduite 140 et la cinquième conduite 150. La deuxième conduite 120 comprend une deuxième vanne 121. Elle permet de relier l'aval du condenseur 30 à l'amont du premier échangeur thermique 10 (appelé dans la suite de la description évaporateur-condenseur 10). La deuxième vanne 121 est ici une vanne bistable. Elle peut ainsi être fermée, ou ouverte pour autoriser la circulation du premier fluide caloporteur dans la deuxième conduite 120. Comme cela sera bien décrit dans la suite de cet exposé, en position ouverte, cette deuxième vanne 121 permettra un fonctionnement en mode dégivrage de l'évaporateur-condenseur 10, ou un fonctionnement en mode climatisation de l'habitacle.
Pour tous les autres modes de fonctionnement du dispositif de régulation thermique 1, la deuxième vanne 121 sera fermée pour empêcher la circulation du premier fluide caloporteur dans la deuxième conduite 121. La troisième conduite 130 comprend une troisième vanne 131 et un deuxième détendeur 132. Elle permet également de relier l'aval du condenseur 30 à l'amont de l'évaporateur-condenseur 10. La troisième vanne 131 est ici une vanne bistable. Elle peut ainsi être fermée, ou ouverte pour autoriser la circulation du premier fluide caloporteur dans la troisième conduite 130. Comme cela sera bien décrit dans la suite de cet exposé, en position ouverte, cette troisième vanne 131 permettra un fonctionnement en mode chauffage ou préchauffage de l'habitacle via la pompe à chaleur 100, ou en mode stockage de chaleur. Les deuxième 120 et troisième 130 conduites sont ainsi branchées en parallèle l'une de l'autre, en amont de l'évaporateur-condenseur 10. Leurs vannes sont pilotées de telle sorte que quand la deuxième vanne 121 autorise la circulation du premier fluide caloporteur dans la deuxième conduite 120, la troisième vanne 131 empêche la circulation du premier fluide caloporteur dans la troisième conduite 130, et inversement. De façon avantageuse, le premier fluide caloporteur peut donc soit être 15 détendu avant l'évaporateur-condenseur 10 pour être réchauffé par cet évaporateur-condenseur 10, soit arriver sous pression dans l'évaporateur-condenseur 10 pour le dégivrer ou pour y céder ses calories. Les deuxième et troisième vannes 121, 131 peuvent toutes les deux empêcher la circulation du premier fluide caloporteur dans les deuxième et 20 troisième conduites 120, 130 de sorte que le premier fluide caloporteur ne circule pas dans l'évaporateur-condenseur 10 pour le préserver des risques de givrage lorsque la pompe à chaleur 100 est utilisée pour chauffer l'air de l'habitacle. De façon avantageuse, l'invention propose ainsi de préserver l'évaporateur-condenseur 10, qui n'est plus utilisé lorsqu'il risque de givrer. 25 La quatrième conduite 140 comprend une quatrième vanne 141 et un troisième détendeur 142. Elle permet de relier l'aval du condenseur 30 à l'amont du deuxième échangeur thermique 20. La quatrième vanne 141 est ici une vanne bistable. Elle peut ainsi être fermée, ou ouverte pour autoriser la circulation du premier fluide caloporteur dans 30 la quatrième conduite 140. Comme cela sera bien décrit dans la suite de cet exposé, en position ouverte, cette quatrième vanne 141 permettra un fonctionnement du dispositif de régulation thermique 1 en mode chauffage de l'habitacle via la pompe à chaleur 100, ou en mode dégivrage de l'évaporateur-condenseur 10.
La cinquième conduite 150 comprend une cinquième vanne 151. Elle permet également de relier directement l'aval du condenseur 30 à l'amont du deuxième échangeur thermique 20. La cinquième vanne 151 est ici une vanne bistable. Elle peut ainsi être fermée, ou ouverte pour autoriser la circulation du premier fluide caloporteur dans la cinquième conduite 150. Comme cela sera bien décrit dans la suite de cet exposé, en position ouverte, cette cinquième vanne 151 permettra un fonctionnement en mode désembuage de l'habitacle ou un fonctionnement en mode climatisation de l'habitacle.
Ainsi, les quatrième et cinquième conduites 140, 150 sont branchées en parallèle l'une de l'autre, en amont du deuxième échangeur thermique 20, sur une ligne de fluide branchée en parallèle de l'évaporateur-condenseur 10. Les vannes des quatrième et cinquième conduites 140, 150 sont pilotées de telle sorte que lorsque la quatrième vanne 141 autorise la circulation du premier fluide caloporteur dans la quatrième conduite 140, la cinquième vanne 151 empêche la circulation du premier fluide caloporteur dans la cinquième conduite 150, et inversement. De façon avantageuse, le deuxième échangeur thermique 20 peut ainsi être utilisé soit pour réchauffer le premier fluide caloporteur, soit pour le refroidir.
En revanche, les quatrième et cinquième vannes 141, 151 peuvent toutes les deux empêcher la circulation du premier fluide caloporteur dans les quatrième et cinquième conduites 140, 150. Ainsi, pour atteindre le premier échangeur thermique 10, le premier fluide caloporteur peut circuler au choix, dans la deuxième conduite 120 ou dans la troisième conduite 130, et pour circuler dans le deuxième échangeur thermique 20, le premier fluide caloporteur peut circuler au choix, dans la quatrième conduite 140, dans la cinquième conduite 150, ou dans la première conduite 110 comme cela est explicité ci-dessous. Les différents modes de fonctionnement du dispositif de régulation thermique 1 seront détaillés dans la suite de cet exposé. La conduite en aval de l'évaporateur-condenseur 10 se sépare en la première conduite 110 et la huitième conduite 180. La première conduite 110 comprend une première vanne 111 et un premier détendeur 112. Elle permet de relier l'aval de l'évaporateur-condenseur 10 à l'amont du deuxième échangeur thermique 20 de sorte que l'évaporateur-condenseur 10 et le deuxième échangeur thermique 20 soient branchés en série l'un avec l'autre sur la pompe à chaleur 100. La première vanne 111 est ici une vanne bistable. Elle peut ainsi être fermée, ou ouverte pour autoriser la circulation du premier fluide caloporteur dans la première conduite 110. Comme cela sera bien décrit dans la suite de cet exposé, en position ouverte, cette première vanne 111 permettra un fonctionnement en mode dégivrage de l'évaporateur-condenseur 10. La huitième conduite 180 comprend une huitième vanne 181. Elle permet de relier l'aval de l'évaporateur-condenseur 10 à l'aval du deuxième échangeur thermique 20, de sorte que les premier et deuxième échangeurs thermiques 10, 20 soient branchés en parallèle l'un de l'autre sur la pompe à chaleur 100. La huitième vanne 181 est ici une vanne bistable. Elle peut ainsi être fermée, ou ouverte pour autoriser la circulation du premier fluide caloporteur dans la huitième conduite 180. Comme cela sera bien décrit dans la suite de cet exposé, en position ouverte, cette huitième vanne 181 permettra un fonctionnement en mode stockage de chaleur, en mode chauffage de l'habitacle ou un fonctionnement en mode climatisation de l'habitacle via la pompe à chaleur 100.
Comme cela sera bien décrit dans la suite de cet exposé, en position fermée, la huitième vanne 181 permettra d'empêcher la circulation du premier fluide caloporteur dans la huitième conduite180 pour un fonctionnement en mode dégivrage de l'évaporateur-condenseur 10. La conduite en aval du deuxième échangeur thermique 20, se sépare en la sixième conduite 160 et la septième conduite 170, branchées en parallèle l'une de l'autre, en amont du condenseur 30. La sixième conduite 160 comprend une sixième vanne 161, un quatrième détendeur 162 et le cinquième échangeur thermique 50 (appelé dans la suite de la description évaporateur habitacle 50). Elle permet de relier l'aval du deuxième échangeur thermique 20 à un récipient 102 servant de réserve de premier fluide caloporteur situé sur la neuvième conduite 190 et directement en amont du compresseur 101. La sixième vanne 161 est ici une vanne bistable. Elle peut ainsi être fermée, ou ouverte pour autoriser la circulation du premier fluide caloporteur dans la sixième conduite 160. Comme cela sera bien décrit dans la suite de cet exposé, en position ouverte, cette sixième vanne 161 permettra un fonctionnement en mode désembuage de l'habitacle ou un fonctionnement en mode climatisation de l'habitacle.
La septième conduite 170 comprend quant à elle une septième vanne 171. Elle permet de relier directement l'aval du deuxième échangeur thermique 20 à la neuvième conduite 190 et au compresseur 101. La septième vanne 171 est ici une vanne bistable. Elle peut ainsi être fermée, ou ouverte pour autoriser la circulation du premier fluide caloporteur dans la septième conduite 170. Comme cela sera bien décrit dans la suite de cet exposé, en position ouverte, cette septième vanne 171 permettra un fonctionnement en mode chauffage ou préchauffage de l'air de l'habitacle via la pompe à chaleur 100, ou en mode stockage de chaleur. Ainsi, lorsque le compresseur 101 est en fonctionnement, au moins une des sixième et septième vannes 161, 171 autorise la circulation du premier fluide caloporteur, au moins une des deuxième, troisième, quatrième et cinquième vannes 121, 131, 141, 151 autorise la circulation du premier fluide caloporteur, et au moins une des première et huitième vannes 111,181 autorise la circulation du premier fluide caloporteur de sorte que le premier fluide caloporteur puisse circuler en boucle dans au moins une partie de la pompe à chaleur 100. Le second circuit 200 comprend un premier sous-circuit 210 et un deuxième sous-circuit 250 de circulation du second fluide caloporteur. Ces premier et second sous-circuits 210, 250 sont autonomes l'un par rapport à l'autre. Le premier sous-circuit 210 comprend un deuxième moyen de mise en circulation du second fluide caloporteur qui le parcourt, à savoir ici une deuxième pompe 211. Cette deuxième pompe 211 impose le sens de l'écoulement dudit second fluide caloporteur dans le premier sous-circuit 210. La deuxième pompe 211 est située sur une conduite reliant le quatrième échangeur thermique 40 (appelé dans la suite de la description aérotherme 40) et 30 le condenseur 30. En aval du condenseur 30, une conduite de bouclage 212 permet au second fluide caloporteur de rejoindre l'aérotherme 40. La conduite de bouclage 212 comprend une vanne de bouclage 213. La vanne de bouclage 213 est ici une vanne bistable. Elle peut ainsi être fermée, ou ouverte pour autoriser la circulation du second fluide caloporteur dans une partie de la conduite de bouclage 212. Comme cela sera bien décrit dans la suite de cet exposé, lorsque cette vanne de bouclage 213 sera en position ouverte et la vanne 231 fermée, les premier et second sous-circuits 210, 250 seront autonomes. Le second sous-circuit 250 comprend un troisième moyen de mise en circulation du second fluide caloporteur qui le parcourt, à savoir ici une troisième pompe 251. Cette troisième pompe 251 impose le sens de l'écoulement dudit second fluide caloporteur dans le second sous-circuit 250. Lorsque cette troisième pompe 251 est en fonctionnement, le second fluide caloporteur circule nécessairement dans au moins une partie des conduites de ce second sous-circuit 250. La troisième pompe 251 est située en amont d'un premier moyen de chauffage 252, lui-même situé en amont d'un moyen de stockage d'énergie 15 thermique 253. Le premier moyen de chauffage 252 est ici un élément résistif. Ce premier moyen de chauffage 252 permet de fournir de la chaleur au second fluide caloporteur. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le 20 moyen de stockage d'énergie thermique est un prolongateur d'autonomie 253. Le prolongateur d'autonomie 253 pourrait être une batterie d'accumulateurs, de type batterie aluminium-air, comme cela sera mieux décrit à la fin de cet exposé, en référence à la figure 2. Ici, comme cela apparaît sur la figure 1, le prolongateur d'autonomie est 25 un moteur à combustion interne 253. Selon une autre variante non représentée, on pourrait également prévoir que le prolongateur d'autonomie soit une pile à combustible. La conduite en aval du prolongateur d'autonomie 253 se sépare en une conduite menant à une vanne thermostat 254 et en une conduite d'échange 260. 30 La conduite d'échange 260 comprend une vanne d'échange 261. Elle permet de relier l'aval du prolongateur d'autonomie 253 à l'amont du deuxième échangeur thermique 20. L'aval du deuxième échangeur thermique 20 est relié à la conduite comprenant le prolongateur d'autonomie 253.
La vanne d'échange 261 est ici une vanne bistable. Elle peut ainsi être fermée, ou ouverte pour autoriser la circulation du second fluide caloporteur dans la conduite d'échange 260. Comme cela sera bien décrit dans la suite de cet exposé, en position ouverte, cette vanne d'échange 261 permettra un fonctionnement en mode préchauffage de l'air de l'habitacle, en mode chauffage de l'air de l'habitacle, ou en mode climatisation de l'air de l'habitacle. Par conséquent cette vanne d'échange 261 permet d'autoriser ou d'empêcher les échanges de chaleur entre le premier et le second fluide caloporteur dans le deuxième échangeur thermique 20.
Au niveau de la vanne thermostat 254, la conduite se sépare en une conduite de refroidissement 280 et une conduite de mesure 270. La conduite de refroidissement 280 permet de relier l'aval du prolongateur d'autonomie 253 à l'amont du sixième échangeur thermique 60 (appelé dans la suite de la description radiateur haute température 60).
L'aval de ce radiateur haute température 60 est relié à la conduite comprenant le prolongateur d'autonomie 253. En outre, un bocal de dégazage 281 se trouve en aval de ce radiateur haute température 60 pour assurer qu'aucune des conduites du second sous-circuit 250 ne contienne d'air.
La conduite de mesure 270 permet de relier directement l'aval du prolongateur d'autonomie 253 à l'amont de la troisième pompe 251. La vanne thermostat 254 est ici une vanne trois voies. Elle autorise toujours la circulation du second fluide caloporteur dans la conduite de mesure 270, et, en fonction de la température de second fluide caloporteur, elle peut, en outre, autoriser la circulation d'une partie du second fluide caloporteur dans la conduite de refroidissement 280. La mesure de la température du second fluide caloporteur peut se faire au niveau de la vanne thermostat 254, ou à un autre endroit du second circuit 200, par exemple en amont de ladite vanne thermostat 254.
En variante, la vanne thermostat 254 peut être une vanne bistable positionnée sur la conduite de refroidissement 280. Cette variante sera détaillée dans la description de la figure 2. Ici, le dispositif de régulation thermique 1 commande ses différentes vannes grâce à la mesure de température du second fluide caloporteur (au moyen de la vanne thermostat 254, ou de tout autre moyen). Les premier et second sous-circuits 210, 250 peuvent être reliés l'un à l'autre par des première et seconde conduites de liaison 220, 230. La première conduite de liaison 220 permet de relier le premier sous- circuit 210 au second sous-circuit 250 depuis l'aval du condenseur 30 jusqu'à l'amont de la conduite comprenant le prolongateur d'autonomie 253. La seconde conduite de liaison 230 permet de relier le second sous-circuit 250 au premier sous-circuit 210 depuis l'aval du prolongateur d'autonomie 253 jusqu'à l'amont de l'aérotherme 40.
La seconde conduite de liaison 230 comprend une première vanne de liaison 231. Cette première vanne de liaison 231 est ici une vanne bistable. Elle peut ainsi être fermée, ou ouverte pour autoriser la circulation du second fluide caloporteur dans la seconde conduite de liaison 230.
Ainsi, soit les premier et second sous-circuits 210, 250 sont autonomes, et la vanne de bouclage 213 autorise la circulation du second fluide caloporteur dans la conduite de bouclage 212 alors que la première vanne de liaison 231 empêche la circulation du second fluide caloporteur depuis le second sous-circuit 250 jusqu'au premier sous-circuit 210, soit les premier et second sous-circuits 210, 250 sont reliés, et la vanne de bouclage 213 empêche la circulation du second fluide caloporteur dans une partie de la conduite de bouclage 212 alors que la première vanne de liaison 231 autorise la circulation du second fluide caloporteur depuis le second sous-circuit 250 jusqu'au premier sous-circuit 210. Comme le montre la figure 1, le dispositif de régulation thermique 1 25 comprend en outre un troisième circuit 300 autonome dans lequel peut circuler un troisième fluide caloporteur. Ce troisième circuit 300 constitue un circuit de refroidissement de composants 302 du véhicule automobile, tels que la batterie de traction ou les composants électroniques de puissance par exemple. 30 Le troisième circuit 300 comprend un cinquième moyen de mise en circulation 301 du troisième fluide caloporteur, à savoir ici une cinquième pompe 301. Le troisième fluide caloporteur circule dans le troisième circuit 300, à travers les composants 302 du moteur électrique à refroidir, puis dans le septième échangeur thermique 70 (appelé dans la suite de la description radiateur basse température 70). En variante, comme le montre la figure 2, le troisième circuit 300 de fluide caloporteur peut être relié au second circuit 200 de fluide au moyen d'une troisième et d'une quatrième conduite de liaison 310, 320. Dans cette variante, les second et troisième fluides caloporteurs sont de nature identique. En outre, cette variante est préférée lorsque les second et troisième fluides caloporteurs ont des températures de fonctionnement proches. Cette variante sera détaillée dans la description en référence à la figure 2.
En outre, le dispositif de régulation thermique 1 comprend un premier ventilateur 400 de manière à faire circuler un flux d'air depuis l'extérieur vers l'intérieur (sous le capot) du moteur au travers, dans cet ordre, des septième puis premier puis sixième échangeurs thermiques 70, 10, 60, ces trois échangeurs thermiques étant situés en face avant du véhicule.
Le dispositif de régulation thermique 1 comprend un second ventilateur 500 positionné de manière à faire circuler un flux d'air vers l'intérieur de l'habitacle au travers, dans cet ordre, des cinquième puis quatrième échangeurs thermiques 50, 40. Comme c'est le cas dans bon nombre de véhicules, le flux d'air circulant dans le dispositif de régulation thermique 1 grâce au second ventilateur 500 peut provenir intégralement de l'extérieur du véhicule, peut provenir à la fois de l'intérieur et de l'extérieur de l'habitacle, ou peut provenir intégralement de l'intérieur de l'habitacle. Le dispositif de régulation thermique 1 comprend enfin un volet de mixage 600 qui permet de faire varier l'intensité du flux d'air circulant dans l'aérotherme 40. En variante, on pourrait envisager que le dispositif de régulation thermique de la figure 1 ne comprenne pas de premier moyen de chauffage 252. Dans ce cas, la pompe à chaleur 100 sera alimentée en courant électrique en mode « stockage de chaleur », comme cela est bien expliqué dans la suite de la description. Sur la figure 2, on a représenté une variante du dispositif de régulation thermique 1 de la figure 1, qui ne diffère de celui-ci que par son prolongateur d'autonomie 253, par la position de sa vanne thermostat 254, par son troisième circuit 300 et par l'absence du premier moyen de chauffage 252. Ce prolongateur d'autonomie 253 comprend une batterie aluminium-air 2532, un circuit d'électrolyte 2530, un moyen de mise en circulation de l'électrolyte 2531, un huitième échangeur thermique 2533 et un second moyen de chauffage 2534 pour fournir de la chaleur à l'électrolyte. Le moyen de chauffage 2534 est ici un élément résistif. Le huitième échangeur thermique 2533 permet des échanges thermiques entre le second fluide caloporteur et l'électrolyte. Le moyen de mise en circulation de l'électrolyte 2531 est ici une 10 quatrième pompe 2531. La vanne thermostat 254 est une vanne bistable située sur la conduite de refroidissement 280. La conduite de mesure 270 est alors située en amont de cette vanne thermostat 254 de sorte qu'au moins une partie du second fluide caloporteur circule nécessairement dans cette conduite de mesure 270. Cette 15 disposition est particulièrement adaptée lorsque l'ouverture de la vanne thermostat 254 est pilotée en fonction de la température de l'électrolyte circulant dans la batterie aluminium-air 2532 du prolongateur d'autonomie 253, et non plus en fonction de la température du second fluide caloporteur. Le troisième circuit 300 est relié au deuxième circuit 200 par les 20 troisième et quatrième conduites de liaison 310, 320. La troisième conduite de liaison 310 est munie d'une deuxième vanne de liaison 311. Cette deuxième vanne de liaison 311 est ici une vanne bistable. Elle peut ainsi être fermée, ou ouverte pour relier ou non les troisième et deuxième circuits 300, 200. 25 Lorsque le troisième circuit 300 est activé (à savoir que la cinquième pompe 301 est en fonctionnement et que la deuxième vanne de liaison 311 est ouverte), le troisième fluide caloporteur circule depuis la cinquième pompe 301, à travers les composants 302 du moteur électrique, puis rejoint le second circuit 200 par la quatrième conduite de liaison 320. Dans le second circuit 200, le troisième 30 fluide caloporteur emprunte la conduite 330 la plus directe pour rejoindre la troisième conduite de liaison 310, à contresens du sens habituel de circulation du second fluide caloporteur dans le second circuit 200 (uniquement dans le cas où le circuit 300 est activé). Le troisième fluide caloporteur traverse ensuite le radiateur basse température 70 avant de rejoindre la cinquième pompe 301.
Selon cette configuration, il se peut qu'une partie du troisième fluide caloporteur circule, dans le second circuit 200, à travers la troisième pompe 251, à travers le prolongateur d'autonomie 253, et dans la conduite de mesure 270, avant de rejoindre la troisième conduite de liaison 310.
Un bocal de dégazage 303 se trouve en amont du radiateur basse température 70 pour assurer qu'aucune des conduites du troisième circuit 300 ne contienne d'air. Quel que soit le mode de réalisation du dispositif de régulation thermique 1, il est prévu plusieurs modes de fonctionnement pour satisfaire les demandes de l'usager : un mode stockage de chaleur parfois associé à un mode préchauffage de l'air de l'habitacle, un mode chauffage de l'air de l'habitacle, un mode climatisation de l'air de l'habitacle, un mode désembuage du pare-brise et un mode dégivrage de l'évaporateur-condenseur 10. Lorsque le véhicule automobile électrique est en recharge, c'est-à-dire qu'il est branché sur un réseau électrique extérieur au véhicule (non représenté), le dispositif de régulation thermique 1 peut fonctionner en mode « stockage de chaleur ». Le réseau électrique est ici un réseau domestique. Le mode « stockage de chaleur » peut être mis en route soit par alimentation en courant électrique du premier moyen de chauffage 252 (figure 1), soit par mise en fonctionnement de la pompe à chaleur 100. Considérons tout d'abord le mode « stockage de chaleur » avec alimentation en courant électrique du premier moyen de chauffage 252 (voir figure 1).
Dans ce mode, la seconde pompe 211 est alimentée en courant électrique et les vannes sont pilotées de telle manière que le second fluide caloporteur circule exclusivement de la manière suivante. Il traverse la deuxième pompe 211, il circule au travers du condenseur 30, puis il se dirige vers la troisième pompe 251 en empruntant la première conduite de liaison 220 (la vanne de bouclage 213 étant en position fermée). Il traverse le premier moyen de chauffage 252 et le prolongateur d'autonomie 253, et il revient à la deuxième pompe 211 en passant par la seconde conduite de liaison 230 et en traversant l'aérotherme 40. La vanne thermostat 254 est en position fermée et permet à une partie du second fluide caloporteur de circuler en boucle à travers la troisième pompe 251, dans le premier moyen de chauffage 252 et dans le prolongateur d'autonomie 253. Quel que soit l'emplacement de la vanne thermostat 254 sur le second circuit 200, une partie du second fluide caloporteur circule en permanence dans la conduite de mesure 270. Ainsi, le second fluide caloporteur est réchauffé par le premier moyen de chauffage 252, afin de mettre en température le prolongateur d'autonomie 253, de manière à stocker de la chaleur dans ce prolongateur d'autonomie 253 et dans le volume circulant du second fluide caloporteur, et/ou afin de préchauffer l'air de l'habitacle. Lorsqu'il a atteint sa température optimale de fonctionnement, le prolongateur d'autonomie 253 peut en effet stocker de la chaleur. Pour cela, au contact du second fluide caloporteur, réchauffé par le premier moyen de chauffage 252, les composants du prolongateur d'autonomie 253 s'échauffent au-delà de leur température optimale de fonctionnement. Dans ce mode, le compresseur 101 est éteint, ce qui implique que le premier fluide caloporteur ne circule pas dans la pompe à chaleur 100. Ainsi, le second fluide caloporteur, lorsqu'il traverse le condenseur 30, n'échange pas de chaleur avec le premier fluide caloporteur. Si le second ventilateur 500 est éteint, le second fluide caloporteur n'échange pas de chaleur avec l'air de l'habitacle dans l'aérotherme 40. Au contraire, si le second ventilateur 500 est allumé et si le volet de mixage 600 est dans une position qui permet à une partie du flux d'air de traverser l'aérotherme 40, le second fluide caloporteur fournit de la chaleur au flux d'air entrant dans l'habitacle afin de préchauffer cet habitacle jusqu'à une température souhaitée et atteignable. Il s'agit du mode « préchauffage de l'air de l'habitacle ». Par ailleurs, on pourra prévoir que la troisième pompe 251 soit également alimentée en courant électrique pour aider la deuxième pompe 211 à faire circuler le second fluide caloporteur et pour faciliter le passage du second fluide caloporteur dans la branche du circuit comprenant le prolongateur d'autonomie 253. En variante, l'une des deuxième et troisième pompes 211, 251 pourrait ne pas être alimentée en courant.
Considérons maintenant le mode « stockage de chaleur » avec alimentation en courant électrique de la pompe à chaleur 100. Dans ce mode, le second fluide caloporteur est réchauffé de façon différente. Néanmoins, la manière dont ce second fluide caloporteur réchauffé est utilisé reste inchangée. Dans ce mode, le compresseur 101 est alimenté en courant électrique, tandis que le premier moyen de chauffage 252 n'est pas nécessairement alimenté en courant électrique. La deuxième pompe 211 est également alimentée en courant électrique, et les vannes sont pilotées de telle manière que les premier et second fluides caloporteurs circulent exclusivement de la manière suivante. Le premier fluide caloporteur traverse le compresseur 101, puis circule à travers le condenseur 30. Il emprunte alors la troisième conduite 130 (les deuxième, quatrième et cinquième vannes 121, 141, 151 étant en position fermée), dans laquelle il est détendu par le deuxième détendeur 132, pour traverser l'évaporateur-condenseur 10. Le premier fluide caloporteur emprunte ensuite la huitième conduite 180 (la première vanne 111 étant en position fermée), puis la septième conduite 170 (la sixième vanne 161 étant en position fermée) et enfin la neuvième conduite 190 où il rejoint le compresseur 101.
Le second fluide caloporteur traverse la deuxième pompe 211, il circule au travers du condenseur 30, puis il se dirige vers la troisième pompe 251 en empruntant la première conduite de liaison 220 (la vanne de bouclage 213 étant en position fermée). Il traverse le premier moyen de chauffage 252 et le prolongateur d'autonomie 253, et il revient à la deuxième pompe 211 en passant par la seconde conduite de liaison 230 et en traversant l'aérotherme 40. La vanne thermostat 254 est en position fermée et permet à au moins une partie du second fluide caloporteur de circuler en boucle au travers de la troisième pompe 251, du premier moyen de chauffage 252 et du prolongateur d'autonomie 253.
Ainsi, le premier fluide caloporteur est réchauffé dans l'évaporateur- condenseur 10 par le flux d'air y circulant grâce au premier ventilateur 400. Le premier fluide caloporteur ainsi réchauffé puis mis en pression au travers du compresseur 101 permet de réchauffer le second fluide caloporteur dans le condenseur 30.
En variante, le mode « stockage de chaleur » peut également être utilisé lorsque le véhicule est en fonctionnement (il n'est plus branché sur une source extérieure de courant électrique), que le prolongateur d'autonomie 253 n'est pas en fonctionnement, et que la pompe à chaleur 100, alimentée par la batterie de traction, présente un bon rendement. Le second fluide caloporteur est alors réchauffé de la même manière qu'en mode « stockage de chaleur » avec alimentation de la pompe à chaleur par le réseau électrique. D'une façon générale, le mode « stockage de chaleur » avec alimentation en courant électrique de la pompe à chaleur 100 permet de stocker (dans le prolongateur d'autonomie et/ou dans le volume circulant de second fluide caloporteur) un surplus de puissance thermique délivré par la pompe à chaleur 100 lorsque celle-ci a un bon rendement. La puissance thermique ainsi stockée pourra être restituée à la pompe à chaleur lorsque celle-ci aura un moins bon rendement. En variante, la puissance thermique ainsi stockée pourra servir à mettre en température l'électrolyte de la batterie aluminium-air 2532 du prolongateur d'autonomie 253 en prévision de sa mise en route. Le prolongateur d'autonomie 253 sera ainsi dans des conditions optimales lors de son démarrage, ce qui peut prolonger l'autonomie dudit prolongateur d'autonomie 253. Le mode « chauffage de l'air de l'habitacle » est mis en oeuvre lorsque l'usager demande à chauffer l'air de l'habitacle alors que le véhicule n'est plus branché sur une source extérieure de courant électrique. Plusieurs sous-modes de fonctionnement sont prévus pour le mode « chauffage de l'air de l'habitacle ». Dans tous ces sous-modes de fonctionnement, le second ventilateur 500 est allumé. En revanche, le premier moyen de chauffage 252 n'est préférentiellement pas alimenté en courant électrique. Un premier sous-mode de fonctionnement intervient lorsque le prolongateur d'autonomie 253 n'est pas utilisé pour prolonger l'autonomie du véhicule mais qu'il a servi de moyen de stockage de chaleur en mode « stockage de chaleur ». Dans ce premier sous-mode de fonctionnement, le prolongateur d'autonomie 253 ne peut pas produire de chaleur. Il peut néanmoins restituer la chaleur qu'il a stockée en mode « stockage de chaleur ». Dans ce premier sous-mode, la deuxième pompe 211 est alimentée en courant électrique et les vannes sont pilotées de telle manière que le second fluide caloporteur circule exclusivement de la manière suivante.
Le second fluide caloporteur traverse la deuxième pompe 211, il circule au travers du condenseur 30, puis il se dirige vers la troisième pompe 251 en empruntant la première conduite de liaison 220 (la vanne de bouclage 213 étant en position fermée). Il traverse le premier moyen de chauffage 252 et le prolongateur d'autonomie 253, et il revient à la deuxième pompe 211 en passant par la seconde conduite de liaison 230 et en traversant l'aérotherme 40. La vanne thermostat 254 est en position fermée et permet à au moins une partie du second fluide caloporteur de circuler en boucle au travers de la troisième pompe 251, du premier moyen de chauffage 252 et du prolongateur d'autonomie 253.
Ainsi, le second fluide caloporteur est réchauffé par le prolongateur d'autonomie 253 lorsqu'il le traverse. Et, le second fluide caloporteur fournit de la chaleur au flux d'air circulant au travers de l'aérotherme 40 grâce au second ventilateur 500. Le volet de mixage 600 est dans une position telle qu'une partie du flux d'air ou tout le flux d'air traverse l'aérotherme 40.
L'air de cet habitacle est ainsi chauffé jusqu'à une température souhaitée et atteignable. Dans ce sous-mode, le compresseur 101 est éteint, ce qui implique que le premier fluide caloporteur ne circule pas dans la pompe à chaleur 100. Ainsi, le second fluide caloporteur, lorsqu'il traverse le condenseur 30, n'échange pas de chaleur avec le premier fluide caloporteur. De même, le second fluide caloporteur n'est pas réchauffé par le premier moyen de chauffage 252 qui est éteint. Un deuxième sous-mode de fonctionnement intervient lorsque le prolongateur d'autonomie 253 est utilisé. Le prolongateur d'autonomie 253, lorsqu'il est utilisé, produit naturellement de la chaleur. La chaleur produite est alors utilisée pour chauffer l'air de l'habitacle. Ce deuxième sous-mode de fonctionnement est en tout point semblable au premier sous-mode de fonctionnement si ce n'est que la vanne thermostat 254 n'est pas nécessairement en position fermée.
En effet, si la température du prolongateur d'autonomie 253 en fonctionnement excède une valeur donnée, la vanne thermostat 254 s'ouvre automatiquement pour autoriser une partie du second fluide caloporteur à circuler dans la conduite de refroidissement 280, dans le radiateur haute température 60 et à nouveau à travers la troisième pompe 251. Le reste du second fluide caloporteur continue de circuler comme le prévoit le premier sous-mode de fonctionnement. Ainsi, le second fluide caloporteur est réchauffé par le prolongateur d'autonomie 253 en fonctionnement lorsqu'il le traverse. Une partie du second fluide caloporteur fournit de la chaleur au flux d'air circulant au travers de l'aérotherme 40 grâce au second ventilateur 500. Une autre partie du second fluide caloporteur est refroidie par l'air extérieur au véhicule au niveau du radiateur haute température 60 afin de contenir la température du prolongateur d'autonomie 253.
Un troisième sous-mode de fonctionnement intervient lorsque la chaleur ou le niveau de température que peut fournir le prolongateur d'autonomie 253 n'est pas, ou plus, suffisante pour réchauffer directement l'air de l'habitacle. On utilise alors la chaleur stockée dans le prolongateur d'autonomie 253 et/ou produite par ce prolongateur d'autonomie 253 en sus de celle produite par la pompe à chaleur 100, pour améliorer le rendement de celle-ci. Dans ce sous-mode, le prolongateur d'autonomie peut soit ne pas être en fonctionnement mais avoir servi de moyen de stockage de chaleur en mode « stockage de chaleur », soit venir d'être mis en fonctionnement et être en phase de montée en température, soit être en fonctionnement.
Le compresseur 101 est alimenté en courant électrique. Les deuxième et troisième pompes 211, 251 sont également alimentées en courant électrique. Les vannes sont pilotées de telle manière que les premier et second fluides caloporteurs circulent exclusivement de la manière suivante. Le premier fluide caloporteur traverse le compresseur 101, puis circule à 30 travers le condenseur 30. En aval du condenseur 30, une partie du premier fluide caloporteur emprunte la troisième conduite 130 (la deuxième vanne 121 étant en position fermée), dans laquelle il est détendu par le deuxième détendeur 132, pour traverser l'évaporateur-condenseur 10. Cette partie de premier fluide caloporteur emprunte ensuite la huitième conduite 180 (la première vanne 111 étant en position fermée). En aval du condenseur 30, l'autre partie du premier fluide caloporteur emprunte la quatrième conduite 140 (la cinquième vanne 151 étant en position fermée), dans laquelle il est détendu par le troisième détendeur 142, pour traverser le deuxième échangeur thermique 20. Les deux parties de premier fluide caloporteur se mélangent et circulent dans la septième conduite 170 (la sixième vanne 161 étant en position fermée) et dans la neuvième conduite 190 où il rejoint le compresseur 101.
Le second fluide caloporteur circule de manière autonome dans les premier et second sous-circuits 210, 250. Dans le premier sous-circuit 210, le second fluide caloporteur traverse la deuxième pompe 211, il circule au travers du condenseur 30, puis il emprunte la conduite de bouclage 212 pour traverser l'aérotherme 40, et il retourne dans la 15 deuxième pompe 211. Dans le deuxième sous-circuit 250, le second fluide caloporteur traverse la troisième pompe 251. Il circule à travers le premier moyen de chauffage 252 (éteint) et à travers le prolongateur d'autonomie 253. Puis une partie du second fluide caloporteur retourne à la troisième pompe 251 en traversant la vanne 20 thermostat 254 (en position fermée) et en empruntant le conduite de mesure 270, quand l'autre partie du second fluide caloporteur retourne à la troisième pompe 251 en empruntant la conduite d'échange 260 afin de traverser le deuxième échangeur thermique 20. Ainsi, le second fluide caloporteur circulant dans le second sous-circuit 25 250 est réchauffé par le prolongateur d'autonomie 253 et permet de réchauffer une partie du premier fluide caloporteur au niveau du deuxième échangeur thermique 20. Le premier fluide caloporteur est réchauffé à la fois par l'air extérieur au véhicule circulant dans l'évaporateur-condenseur 10 grâce au premier ventilateur 30 400, et par le second fluide caloporteur circulant dans le deuxième sous-circuit 250. Le premier fluide caloporteur ainsi réchauffé puis mis en pression par le compresseur 101 permet de réchauffer le second fluide caloporteur circulant dans le premier sous-circuit 210 au niveau du condenseur 30. Le second fluide caloporteur circulant dans le premier sous-circuit 210 permet de réchauffer l'air de l'habitacle circulant dans l'aérotherme 40 grâce au second ventilateur 500. En variante de ce troisième sous-mode de fonctionnement, on peut prévoir, sur la pompe à chaleur 100, de fermer la troisième vanne 131.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'évaporateur-condenseur 10 est ainsi préservé des risques de givrage. En effet, dans cette variante, le premier fluide caloporteur ne traverse plus l'évaporateur-condenseur 10. Ce premier fluide caloporteur n'est alors réchauffé qu'au niveau du deuxième échangeur thermique 20.
Pour le reste, le dispositif de gestion thermique 1 est inchangé. Ce troisième sous-mode de fonctionnement permet, grâce à l'exploitation de l'énergie thermique stockée lors du mode « stockage de chaleur », de modifier les pressions dans la pompe à chaleur 100, d'améliorer le rendement de la pompe à chaleur 100, et de réduire l'accumulation de givre sur l'évaporateur-condenseur 10, notamment en réduisant le flux d'air du ventilateur 400. Le mode « dégivrage de l'évaporateur-condenseur 10 » est enclenché lorsque l'évaporateur-condenseur 10 a été fortement sollicité pendant le mode « chauffage de l'air de l'habitacle » et que ce dernier a givré. Dans ce mode, on utilise la relative chaleur du premier fluide caloporteur 20 en aval du condenseur 30 pour dégivrer l'évaporateur-condenseur 10, et on continue de chauffer l'air de l'habitacle comme en mode « chauffage de l'air de l'habitacle ». Le premier ventilateur 400 est éteint. Le compresseur 101 est alimenté en courant électrique. Les deuxième et troisième pompes 211, 251 sont 25 également alimentées en courant électrique. Les vannes sont pilotées de telle manière que les premier et second fluides caloporteurs circulent exclusivement de la manière suivante. Le premier fluide caloporteur traverse le compresseur 101, puis circule à travers le condenseur 30. 30 En aval du condenseur 30, une partie du premier fluide caloporteur emprunte la deuxième conduite 120 (la troisième vanne 131 étant en position fermée) pour traverser l'évaporateur-condenseur 10. Cette partie de premier fluide caloporteur emprunte ensuite la première conduite 110 (la huitième vanne 181 étant en position fermée), dans laquelle le premier fluide caloporteur est détendu par le premier détendeur 112, pour traverser le deuxième échangeur thermique 20. En aval du condenseur 30, une autre partie du premier fluide caloporteur emprunte la quatrième conduite 140 (la cinquième vanne 151 étant en position fermée), dans laquelle le premier fluide caloporteur est détendu par le troisième détendeur 142, pour traverser le deuxième échangeur thermique 20. Cette fois, les deux parties de premier fluide caloporteur se mélangent avant de traverser ensemble le deuxième échangeur thermique 20. Le premier fluide caloporteur circule ensuite dans la septième conduite 170 (la sixième vanne 161 étant en position fermée) et dans la neuvième conduite 190 où il rejoint le compresseur 101. Le second fluide caloporteur circule de manière autonome dans les premier et second sous-circuits 210, 250. Dans le premier sous-circuit 210, le second fluide caloporteur traverse la deuxième pompe 211, il circule au travers du condenseur 30, puis il emprunte la conduite de bouclage 212 pour traverser l'aérotherme 40, et il retourne dans la deuxième pompe 211. Dans le deuxième sous-circuit 250, le second fluide caloporteur traverse la troisième pompe 251. Il circule à travers le premier moyen de chauffage 252 (éteint) et à travers le prolongateur d'autonomie 253. Puis le second fluide caloporteur retourne à la troisième pompe 251 soit en traversant le vanne thermostat 254 (en position fermée) et en empruntant la conduite de mesure 270, soit en empruntant la conduite d'échange 260 afin de traverser le deuxième échangeur thermique 20.
Ainsi, le second fluide caloporteur circulant dans le second sous-circuit 250 est réchauffé par le prolongateur d'autonomie 253, si celui-ci est en fonctionnement ou s'il est à une température supérieure à celle du second fluide caloporteur, et permet de réchauffer une partie du premier fluide caloporteur au niveau du deuxième échangeur thermique 20.
Le premier fluide caloporteur, d'une part, permet de dégivrer l'évaporateur-condenseur 10, et, d'autre part, est réchauffé par le second fluide caloporteur circulant dans le deuxième sous-circuit 250 au niveau du deuxième échangeur thermique 20. Le premier fluide caloporteur ainsi réchauffé puis mis en pression par le compresseur 101 permet de réchauffer le second fluide caloporteur circulant dans le premier sous-circuit 210 au niveau du condenseur 30. Le dégivrage de l'évaporateur-condenseur 10 par le premier fluide caloporteur peut s'expliquer par le fait que le premier fluide caloporteur réchauffé puis mis en pression par le compresseur 101 réchauffe l'évaporateur-condenseur pour liquéfier le givre fixé en phase solide sur sa surface externe. Le givre est ainsi évacué sous forme liquide vers l'extérieur. Le second fluide caloporteur circulant dans le premier sous-circuit 210 permet de réchauffer l'air de l'habitacle circulant au travers de l'aérotherme 40 10 grâce au second ventilateur 500. Le mode « désembuage du pare-brise » est utilisé lorsque l'usager souhaite désembuer l'air de l'habitacle pendant le mode « chauffage de l'air de l'habitacle ». Dans ce mode, la pompe à chaleur 100 est utilisée en mode climatisation en ce sens que le premier fluide caloporteur permet de refroidir l'air entrant dans l'habitacle afin de l'assécher, air qui sera ensuite réchauffé par l'aérotherme 40. Le prolongateur d'autonomie 253 n'a pas d'influence sur ce mode. Il peut être en fonctionnement ou non. Le compresseur 101 est alimenté en courant électrique. La deuxième 20 pompe 211 est également alimentée en courant électrique. Les vannes sont pilotées de telle manière que les premier et second fluides caloporteurs circulent exclusivement de la manière suivante. Le premier fluide caloporteur traverse le compresseur 101, puis circule à travers le condenseur 30. Le premier fluide caloporteur emprunte la cinquième 25 conduite 150 (les deuxième, troisième et quatrième vannes 121, 131, 141 étant en position fermée) pour traverser le deuxième échangeur thermique 20. Le premier fluide caloporteur emprunte ensuite la sixième conduite 160 (la septième vanne 171 étant en position fermée) pour être détendu puis il traverse l'évaporateur habitacle 50. Il rejoint ensuite la neuvième conduite 190 et le compresseur 101. 30 Le second fluide caloporteur circule de manière autonome dans le premier sous-circuit 210. Le second fluide caloporteur traverse la deuxième pompe 211, il circule au travers du condenseur 30, puis il emprunte la conduite de bouclage 212 pour traverser l'aérotherme 40, et il retourne dans la deuxième pompe 211.
Ainsi, au niveau de l'évaporateur habitacle 50, le premier fluide caloporteur refroidit, afin de l'assécher, le flux d'air entrant dans l'habitacle grâce au second ventilateur 500. Le premier fluide caloporteur, qui s'est réchauffé et évaporé en refroidissant le flux d'air entrant dans l'habitacle, est mis en pression par le compresseur 101, et réchauffe ensuite, en se condensant, le second fluide caloporteur au niveau du condenseur 30. Le second fluide caloporteur ainsi réchauffé par le premier fluide caloporteur fournit de la chaleur au flux d'air asséché au niveau de l'aérotherme 40.
L'air projeté sur le pare-brise est alors sec et chaud, ce qui permet de désembuer efficacement le pare-brise. Dans ce mode, si le prolongateur d'autonomie 253 est en fonctionnement, on prévoit de pouvoir refroidir le second fluide caloporteur circulant dans le second sous-circuit 250.
La troisième pompe 251 est alimentée en courant électrique et le second fluide caloporteur circule de manière autonome dans le second sous-circuit 250. Le second fluide caloporteur traverse la troisième pompe 251. Il circule à travers le premier moyen de chauffage 252 (éteint) et à travers le prolongateur d'autonomie 253 (en fonctionnement). Puis le second fluide caloporteur retourne à la troisième pompe 251 en traversant la vanne thermostat 254 (en position fermée) et en empruntant la conduite de mesure 270. Si la température du prolongateur d'autonomie 253 en fonctionnement excède une valeur donnée, la vanne thermostat 254 s'ouvre automatiquement pour autoriser une partie du second fluide caloporteur à circuler dans la conduite de refroidissement 280 et dans le radiateur haute température 60. Dans ce radiateur haute température 60, le second fluide caloporteur est refroidi par l'air extérieur y circulant grâce au premier ventilateur 400. Puis le second fluide caloporteur traverse à nouveau la troisième pompe 251. Le reste du second fluide caloporteur circulant dans le second sous- circuit 250 continue de circuler dans la conduite de mesure 270. Il convient de noter que la vanne d'échange 261 est en position fermée. Cela implique que le second fluide caloporteur ne circule pas dans le deuxième échangeur thermique 20. Ainsi, le premier fluide caloporteur, lorsqu'il traverse le deuxième échangeur thermique 20, n'échange pas de chaleur (qui proviendrait du prolongateur d'autonomie 253) avec le second fluide caloporteur. Le mode « climatisation de l'air de l'habitacle » est mis en oeuvre lorsque l'usager souhaite refroidir l'air de l'habitacle. La pompe à chaleur 100 est utilisée en mode climatisation pour que le premier fluide caloporteur refroidisse l'air de l'habitacle. Le prolongateur d'autonomie 253 n'a pas d'influence sur ce mode. Il peut être en fonctionnement ou non. Le compresseur 101 est alimenté en courant électrique, et les vannes sont pilotées de telle manière que les premier et second fluides caloporteurs circulent exclusivement de la manière suivante. Le premier fluide caloporteur traverse le compresseur 101, puis circule à travers le condenseur 30. Le premier fluide caloporteur emprunte la deuxième conduite 120 (les troisième, quatrième et cinquième vannes 131, 141, 151 étant en position fermée) pour traverser l'évaporateur-condenseur 10. Le premier fluide caloporteur emprunte ensuite la huitième conduite 180 (la première vanne 111 étant fermée) pour rejoindre la sixième conduite 160 (la septième vanne 171 étant en position fermée) afin de traverser l'évaporateur habitacle 50. Il rejoint enfin la neuvième conduite 190 et le compresseur 101. Ainsi, au niveau de l'évaporateur habitacle 50, le premier fluide caloporteur s'évapore et refroidit le flux d'air entrant dans l'habitacle grâce au second ventilateur 500. Et le premier fluide caloporteur se refroidit et se condense dans l'évaporateur-condenseur 10 grâce à l'air y circulant au moyen du premier ventilateur 400. Il convient de noter que dans ce mode, la deuxième pompe 211 n'est pas alimentée en courant électrique, et la vanne d'échange 261 ainsi que la vanne 231 sont en position fermée. Cela implique que le second fluide caloporteur ne circule ni dans le premier sous-circuit 210, ni dans le deuxième échangeur thermique 20. Ainsi, le premier fluide caloporteur, lorsqu'il traverse le condenseur 30 ou le deuxième échangeur thermique 20, n'échange pas de chaleur avec le second fluide caloporteur. Si le prolongateur d'autonomie 253 est en fonctionnement, on prévoit, comme en mode « désembuage du pare-brise », de pouvoir refroidir le second fluide caloporteur circulant dans le second sous-circuit 250. En variante, si le prolongateur d'autonomie 253 ne fonctionne pas, le second fluide caloporteur circulant dans le second sous-circuit 250 peut être utilisé pour optimiser le rendement de la pompe à chaleur 100. La circulation du premier fluide caloporteur dans la pompe à chaleur 100 est alors identique à celle du mode « climatisation de l'air de l'habitacle », si ce n'est qu'en aval du condenseur 30, une partie du premier fluide caloporteur emprunte la cinquième conduite 150 (la quatrième vanne 141 étant en position fermée) pour traverser le deuxième échangeur thermique 20. En aval du deuxième échangeur thermique 20, cette partie du premier fluide caloporteur se mélange à l'autre partie du premier fluide caloporteur ayant traversée de manière classique l'évaporateur-condenseur 10. Le second fluide caloporteur circule de manière autonome dans le second sous-circuit 250. Le second fluide caloporteur traverse ainsi la troisième pompe 251. Il circule à travers le premier moyen de chauffage 252 (éteint) et à travers le prolongateur d'autonomie 253 (éteint). Puis le second fluide caloporteur retourne à la troisième pompe 251 soit en traversant le vanne thermostat 254 (en position ouverte) et en empruntant la conduite de refroidissement 280 afin de traverser le sixième échangeur 60, soit en empruntant la conduite d'échange 260 afin de traverser le deuxième échangeur thermique 20. Ainsi, au niveau de l'évaporateur habitacle 50, le premier fluide caloporteur s'évapore et refroidit le flux d'air entrant dans l'habitacle grâce au second ventilateur 500. Et le premier fluide caloporteur se condense et se refroidit ensuite à la fois dans l'évaporateur-condenseur 10, grâce à l'air extérieur y circulant au moyen du premier ventilateur 400, et dans le deuxième échangeur thermique 20, grâce au second fluide caloporteur plus froid que le premier fluide caloporteur. Ainsi, le second fluide caloporteur est réchauffé par le premier fluide caloporteur dans le deuxième échangeur thermique 20, puis il est refroidi dans le radiateur haute température 60 par l'air extérieur y circulant grâce au ventilateur 400.
Il convient de noter que, dans ce mode, la deuxième pompe 211 n'est pas alimentée en courant électrique et que la vanne 231 est en position fermée. Cela implique que le second fluide caloporteur ne circule pas dans le premier sous-circuit 210. Ainsi, le premier fluide caloporteur, lorsqu'il traverse le condenseur 30, n'échange pas de chaleur avec le second fluide caloporteur.
Le troisième circuit 300 sert de circuit de refroidissement des composants du moteur électrique du véhicule. Lorsque les températures des troisième et second fluides caloporteurs sont suffisamment proches, et que ces fluides caloporteurs sont de même nature, la deuxième vanne de liaison 311 peut éventuellement être ouverte pour autoriser le second fluide caloporteur à circuler vers l'amont du radiateur basse température 70 . Le troisième fluide caloporteur et le second fluide caloporteur sont alors mélangés et circulent à travers le radiateur basse température 70, la cinquième pompe 301, les composants 302, avant de rejoindre l'aval de la conduite de mesure 270. Par ailleurs, selon la variante de la figure 2, quel que soit le mode de fonctionnement utilisé, le second fluide caloporteur ne traverse pas l'ensemble du prolongateur d'autonomie 253, mais uniquement le huitième échangeur thermique 2533.
Les modes de fonctionnement du dispositif de gestion thermique 1 de la figure 2 sont alors similaires à ceux du dispositif de gestion thermique de la figure 1, excepté le mode « stockage de chaleur » avec alimentation en courant électrique du moyen de chauffage. En effet, selon cette variante, dans ce mode, le second moyen de chauffage 2534 et la quatrième pompe 2531 sont alimentés en courant électrique. Ainsi, l'électrolyte de la batterie aluminium-air circule dans le circuit d'électrolyte 2530 et l'électrolyte est réchauffé par le second moyen de chauffage 2534. Dans ce cas, le prolongateur d'autonomie 253 est directement mis en température par ce second moyen de chauffage 2534, et non plus par le second fluide caloporteur. Le prolongateur d'autonomie 253 peut aussi stocker de la chaleur en chauffant l'électrolyte au-delà de sa température de fonctionnement optimale. Le second fluide caloporteur est réchauffé par l'électrolyte dans le huitième échangeur thermique 2533, et peut ensuite préchauffer l'air de l'habitacle comme en mode « stockage de chaleur ». Dans une autre variante (non représentée), basée sur le dispositif de la figure 2, on peut prévoir de remplacer le second moyen de chauffage 2534 par un moyen de chauffage situé entre la troisième pompe 251 et le huitième échangeur thermique 2533. Dans ce cas, le second fluide caloporteur est réchauffé par ce moyen de chauffage afin, comme en mode « stockage de chaleur », de mettre en température le prolongateur d'autonomie 253, de manière à stocker de la chaleur dans ce prolongateur d'autonomie 253, et/ou dans le volume circulant de second fluide caloporteur, et/ou à préchauffer l'air de l'habitacle. En effet, en traversant le huitième échangeur thermique 2533, le second fluide caloporteur réchauffe l'électrolyte qui met en température le prolongateur d'autonomie 253.
La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de régulation thermique (1) de l'air de l'habitacle et de composants d'un véhicule automobile propulsé totalement ou partiellement par un moteur électrique alimenté par une batterie d'accumulateurs, comprenant : - un premier circuit (100) de circulation d'un premier fluide caloporteur, formant pompe à chaleur, qui passe par un premier échangeur thermique (10) adapté à échanger de la chaleur avec l'air extérieur, ainsi que par un deuxième échangeur thermique (20) et un troisième échangeur thermique (30), - un second circuit (200) de circulation d'un second fluide caloporteur, distinct dudit premier circuit (100), qui comprend : un premier sous-circuit (210) qui passe par un quatrième échangeur thermique (40) adapté à échanger de la chaleur avec l'air de l'habitacle, ainsi que par le troisième échangeur thermique (30), et un second sous-circuit (250) qui comprend un moyen de stockage d'énergie thermique (253), et qui passe par le deuxième échangeur thermique (20), caractérisé en ce que ledit moyen de stockage d'énergie thermique est un prolongateur d'autonomie (253) du véhicule automobile adapté à restituer et/ou à produire de l'énergie thermique.
  2. 2. Dispositif de régulation thermique (1) selon la revendication 1, dans lequel ledit prolongateur d'autonomie (253) est soit une seconde batterie d'accumulateurs, soit un moteur à combustion interne, soit une pile à combustible.
  3. 3. Dispositif de régulation thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, dans ledit premier circuit (100), ledit premier échangeur thermique (10) est adapté à être branché en parallèle d'une ligne de fluide comprenant ledit deuxième échangeur thermique (20).
  4. 4. Dispositif de régulation thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel, dans ledit premier circuit (100), ledit premier échangeur thermique (10) est adapté à être branché en série dudit deuxième échangeur thermique (20) au moyen d'une première conduite (110) comprenant un premier détendeur (112) et une première vanne (111) adaptée à autoriser et empêcher la circulation du premier fluide caloporteur dans cette première conduite (110).
  5. 5. Dispositif de régulation thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit premier circuit (100) comprend, en amont du premier échangeur thermique (10), une deuxième conduite (120) et une troisième conduite (130) qui sont branchées en parallèle l'une de l'autre et qui sont chacune munie d'une vanne (121 ; 131) adaptée à autoriser et empêcher la circulation du premier fluide caloporteur, la troisième conduite (130) comprenant un deuxième détendeur (132).
  6. 6. Dispositif de régulation thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit premier circuit (100) comprend, sur une ligne de fluide branchée en parallèle du premier échangeur thermique (10), une quatrième conduite (140) et une cinquième conduite (150) qui sont branchées en parallèle l'une de l'autre et qui sont chacune munie d'une vanne (141 ; 151) adaptée à autoriser et empêcher la circulation du premier fluide caloporteur, la quatrième conduite (140) comprenant un troisième détendeur (142).
  7. 7. Dispositif de régulation thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit premier circuit (100) comprend, en amont du troisième échangeur thermique (30), une sixième conduite (160) et une septième conduite (170) qui sont branchées en parallèle l'une de l'autre et qui sont chacune munie d'une vanne (161 ; 171) adaptée à autoriser et empêcher la circulation du premier fluide caloporteur, la sixième conduite (160) comprenant un quatrième détendeur (162) et un cinquième échangeur thermique (50) adapté à échanger de la chaleur avec l'air de l'habitacle.
  8. 8. Dispositif de régulation thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le second circuit (200) comprend, en outre : - une première conduite de liaison (220) qui relie le premier sous-circuit (210) au second sous-circuit (250) depuis l'aval du troisième échangeur thermique (30) jusqu'à l'amont d'une conduite comprenant le prolongateur d'autonomie (253), - une seconde conduite de liaison (230) qui relie le second sous-circuit (250) au premier sous-circuit (210) depuis l'aval du prolongateur d'autonomie (253) jusqu'à l'amont du quatrième échangeur thermique (40), cette seconde conduite de liaison (230) étant munie d'une vanne (231) adaptée à autoriser et empêcher la circulation du second fluide caloporteur, et - une conduite de bouclage (212) qui relie lesdites première et secondeconduites de liaison (220; 230) depuis l'aval du troisième échangeur thermique (30) jusqu'à l'amont du quatrième échangeur thermique (40), cette conduite de bouclage (212) étant munie d'une vanne (213) adaptée à autoriser et empêcher la circulation du second fluide caloporteur.
  9. 9. Dispositif de régulation thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit second sous-circuit (250) comprend une vanne thermostat (254) adaptée à autoriser, au moins en partie, la circulation du second fluide caloporteur dans un sixième échangeur thermique (60) adapté à échanger de la chaleur avec l'air extérieur.
  10. 10. Dispositif de régulation thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit second sous-circuit (250) comprend un moyen de chauffage électrique (252 ; 2534) adapté à fournir de la chaleur au second fluide caloporteur et/ou audit prolongateur d'autonomie (253).
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