FR3082784A1 - Systeme de traitement thermique destine a un vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de traitement thermique (3) destiné à un véhicule automobile, le système de traitement thermique (3) comprenant au moins un circuit (110) de fluide réfrigérant qui comprend au moins un dispositif de compression (111), au moins un premier échangeur thermique (112) configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d'air extérieur (FAe) à un habitacle du véhicule, le système de traitement thermique (3) comprenant au moins un module thermochimique (310) qui comprend au moins un premier échangeur de chaleur (311) et un deuxième échangeur de chaleur (312) aptes à être parcourus par au moins un fluide réactif, le premier échangeur de chaleur (311) du module thermochimique (310) étant agencé sur le circuit (110) de fluide réfrigérant.
Description
SYSTEME DE TRAITEMENT THERMIQUE DESTINE A UN VEHICULE AUTOMOBILE
Le domaine de la présente invention concerne les systèmes de traitement thermique destinés aux véhicules automobiles, et plus particulièrement les systèmes de traitement thermique qui comprennent au moins une boucle de circulation d’un fluide caloporteur fonctionnant avec un circuit de fluide réfrigérant.
Un circuit de fluide réfrigérant est généralement associé à une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation d’un habitacle de véhicule pour traiter thermiquement un flux d’air se dirigeant vers l’habitacle. En effet, un tel circuit de fluide réfrigérant permet à l’aide des changements d’état du fluide réfrigérant de chauffer et/ou de refroidir le flux d’air envoyé à l’intérieur de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation.
D’autre part, une boucle de fluide caloporteur est généralement associée à au moins un des éléments à refroidir de la chaîne de traction du véhicule. Pour cela, le fluide caloporteur, étant de nature différente du fluide réfrigérant, nécessite d’être refroidi pour être en mesure de traiter thermiquement la chaîne de traction. A cet effet, le fluide caloporteur est généralement refroidi par un flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule.
Il est également connu de refroidir le fluide caloporteur qui circule dans cette chaîne de traction du véhicule en utilisant le circuit de fluide réfrigérant évoqué ci-dessus. Dans un tel cas, un échangeur de calories est disposé à l’interface entre la boucle de fluide caloporteur et le circuit de fluide réfrigérant. Cet échangeur de calories est par exemple installé en série avec les autres organes qui composent le circuit de fluide réfrigérant et il est configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur.
Ces systèmes de refroidissement peuvent par exemple être intégrés sur des véhicules dont la chaîne de traction est électrique, c’est-à-dire qui comporte au moins un moteur fonctionnant au moins partiellement à l’énergie électrique et commandé par un boîtier électronique de commande. Ces moteurs électriques sont couramment alimentés électriquement par un ou plusieurs dispositifs de stockage d’énergie électrique embarqués sur le véhicule. L’ensemble de ces éléments supporte mal les changements de températures trop importants et il convient donc de les refroidir. On comprend alors que les véhicules hybrides ou électriques nécessitent des systèmes de refroidissement de plus en plus performants.
De plus, les techniques de charge de ces dispositifs de stockage électrique sont de plus en plus rapides, ce qui tend à entrainer une surchauffe de ces dispositifs de stockage d’énergie électrique. Bien que cette surchauffe ne dure qu’un temps relativement court, à savoir le temps que dure la charge du dispositif de stockage d’énergie électrique en question, il est nécessaire de refroidir davantage de tels dispositifs de stockage d’énergie électrique au cours de ces phases de charge rapide.
Les systèmes de refroidissement sont le plus souvent agencés au moins en partie en face avant des véhicules. Plus exactement, ces systèmes de refroidissement comprennent classiquement plusieurs échangeurs thermiques qui sont agencés au niveau de ces faces avant. L’espace disponible au niveau de ces faces avant étant de plus en plus limité, les constructeurs automobiles cherchent des solutions pour améliorer le rendement des systèmes de refroidissement et ainsi pouvoir diminuer les dimensions des échangeurs thermiques destinés à être installés en face avant.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et vise à proposer un système de traitement thermique dont les performances thermiques sont améliorées par rapport à l’art antérieur, tout en respectant les contraintes d’encombrement inhérentes à l’industrie automobile.
Un objet de la présente invention concerne ainsi un système de traitement thermique destiné à un véhicule automobile, le système de traitement thermique comprenant au moins un circuit de fluide réfrigérant qui comprend au moins un dispositif de compression, au moins un premier échangeur thermique configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule et au moins un deuxième échangeur thermique configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d’air destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule, le système de traitement thermique comprenant au moins un module thermochimique qui comprend au moins un premier échangeur de chaleur et au moins un deuxième échangeur de chaleur aptes à être parcourus par au moins un fluide réactif, le module thermochimique comprenant au moins un dispositif de régulation de la circulation du fluide réactif agencé entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur. Selon l’invention, le premier échangeur de chaleur du module thermochimique est agencé sur le circuit de fluide réfrigérant.
Selon une caractéristique de la présente invention, le premier échangeur de chaleur du module thermochimique est disposé entre le dispositif de compression et le premier échangeur thermique. Selon l’invention, le système de traitement thermique comprend au moins un organe de régulation de la circulation de fluide réfrigérant agencé entre le dispositif de compression, le premier échangeur de chaleur du module thermochimique et le premier échangeur thermique du circuit de fluide réfrigérant.
On entend par « module thermochimique » un module configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre au moins deux fluides grâce à une énergie dégagée au cours d’une réaction chimique. Plus précisément, l’énergie dégagée au cours de la réaction chimique est stockée au cours d’une phase de régénération du module thermochimique et cette énergie est ensuite utilisée pour réaliser l’échange de chaleur au cours d’une phase de production de froid du module thermochimique. Autrement dit, le module thermochimique est configuré pour alterner entre la phase de régénération et la phase de production de froid. Avantageusement, l’alternance de ces deux phases peut être répétée indéfiniment.
On entend par « fluide réactif », un fluide qui comprend au moins l’une des espèces chimiques nécessaires à la réalisation de la réaction chimique susmentionnée.
Selon l’invention, le passage d’une phase à l’autre est opéré grâce au dispositif de régulation de la circulation de fluide réactif et à l’organe de régulation de la circulation de fluide réfrigérant. Dans la description qui va suivre, les termes « dispositif de régulation de la circulation de fluide réactif » et « dispositif de régulation » seront utilisés sans distinction, de même que les termes « organe de régulation de la circulation de fluide réfrigérant » et « organe de régulation ».
Tel que cela sera plus amplement détaillé ci-après, lors des phases de production de froid du module thermochimique, le dispositif de régulation autorise la circulation du fluide réactif, du deuxième échangeur de chaleur vers le premier échangeur de chaleur et l’organe de régulation interdit quant à lui le passage de fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur du module thermochimique. A contrario, lors des phases de régénération de ce module thermochimique, le dispositif de régulation autorise la circulation de ce fluide réactif du premier échangeur de chaleur vers le deuxième échangeur de chaleur et l’organe de régulation autorise quant à lui le passage du fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur du module thermochimique.
Avantageusement, le dispositif de régulation peut par exemple être une vanne double sens, c’est-à-dire une vanne apte à autoriser le passage d’un fluide selon deux sens contraires. On comprend également que le premier échangeur de chaleur du module thermochimique est agencé en aval du dispositif de compression et en amont du premier échangeur thermique du circuit de fluide réfrigérant, par rapport à un sens de circulation de ce fluide réfrigérant dans ce circuit de fluide réfrigérant, l’organe de régulation étant ainsi configuré pour permettre ou non au fluide réfrigérant de contourner le premier échangeur de chaleur du module thermochimique. Il en résulte que cet organe de régulation doit pouvoir autoriser et interdire la circulation de fluide réfrigérant dans deux conduites s’étendant dans des directions différentes mais dans lesquelles le fluide réfrigérant circule selon un même sens. Cet organe de régulation peut donc par exemple être une vanne trois voies ou trois vannes deux voies.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de fluide réfrigérant comprend au moins un troisième échangeur thermique, le système de traitement thermique comprenant au moins une boucle de circulation d’un fluide caloporteur destinée au traitement thermique d’au moins un élément d’une chaîne de traction électrique du véhicule, au moins le troisième échangeur thermique étant agencé sur cette boucle, ce troisième échangeur thermique étant configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans le circuit de fluide réfrigérant et le fluide caloporteur circulant dans la boucle de fluide caloporteur.
Autrement dit, ce troisième échangeur thermique est agencé à l’interface entre le circuit de fluide réfrigérant et la boucle de circulation du fluide caloporteur de sorte que ce fluide réfrigérant et ce fluide caloporteur peuvent circuler simultanément dans le troisième échangeur thermique, ce dernier étant conçu pour que ces deux fluides ne se mélangent pas. Avantageusement, le fluide caloporteur est ainsi traité thermiquement, par exemple refroidi, par le fluide réfrigérant circulant dans ce troisième échangeur thermique de sorte que ce fluide caloporteur puisse ensuite, à son tour, traiter thermiquement l’au moins un élément d’une chaîne de traction du véhicule agencé sur cette boucle de circulation du fluide caloporteur. Avantageusement, au moins un radiateur peut également être agencé sur cette boucle de circulation de fluide caloporteur, ce radiateur étant configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le flux d’air extérieur et le fluide caloporteur circulant dans ce radiateur, par exemple pour refroidir ce fluide caloporteur en vue du refroidissement de l’élément de la chaîne de traction du véhicule. Selon une caractéristique de la présente invention, le fluide caloporteur peut être un liquide caloporteur.
Selon un exemple d’application de la présente invention, l’au moins un élément de la chaîne de traction du véhicule traité thermiquement par la boucle de circulation du fluide caloporteur est un dispositif de stockage d’énergie électrique destiné à alimenter électriquement un moteur d’entrainement du véhicule.
Selon l’invention, le fluide réactif apte à parcourir le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur du module thermochimique comprend au moins de l’ammoniac. Au moins le premier échangeur de chaleur du module thermochimique est configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et au moins une partie de ce fluide réactif. Ainsi, le premier échangeur de chaleur du module thermochimique comprend au moins un premier compartiment dans lequel peut circuler le fluide réfrigérant et au moins un deuxième compartiment dans lequel peut circuler le fluide réactif. Il est entendu que le premier compartiment est étanche par rapport au deuxième compartiment de sorte que les fluides qui circulent respectivement dans chacun de ces compartiments ne se mélangent pas.
Plus en détail, des sels et du graphite sont disposés dans le premier échangeur de chaleur et le fluide réactif circule quant à lui, sous forme liquide ou gazeuse, entre ce premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur. En phase de production de froid du module thermochimique, le fluide réactif est à l’état essentiellement liquide dans le deuxième échangeur de chaleur et ce deuxième échangeur de chaleur fonctionne comme un évaporateur par rapport à ce fluide réactif, lors de cette phase. Autrement dit, en phase de production de froid du module thermochimique, le fluide réactif présent dans ce deuxième échangeur de chaleur capte des calories présentes dans l’environnement immédiat du deuxième échangeur de chaleur jusqu’à s’évaporer. On comprend donc qu’en s’évaporant le fluide réactif refroidit cet environnement immédiat, et surtout les éléments présents dans ce dernier. Ce fluide réactif, alors sous forme essentiellement gazeuse rejoint le premier échangeur de chaleur dans lequel il est absorbé par les sels et le graphite présents dans ce premier échangeur de chaleur, ce qui génère une émission de chaleur. En d’autres termes, en phase de production de froid du module thermochimique, le premier échangeur de chaleur fonctionne comme un réacteur dans lequel s’opère l’absorption d’au moins une partie du fluide réactif, cette absorption dégageant de la chaleur, tandis que le deuxième échangeur de chaleur fonctionne comme un évaporateur et dégage du froid.
Lorsque le deuxième échangeur de chaleur est vide, c’est-à-dire lorsque la totalité, ou la quasi-totalité, du fluide réactif a été absorbé par les sels et le graphite présents dans le premier échangeur de chaleur, alors une phase de régénération du module thermochimique peut être amorcée. Lors de cette phase de régénération, l’organe de régulation est positionné de sorte que le fluide réfrigérant qui sort du dispositif de compression rejoigne le premier échangeur de chaleur du module thermochimique. A la sortie du dispositif de compression, le fluide réfrigérant est à l’état gazeux et à haute température. L’apport de calories par ce fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur entraîne la désorption du fluide réactif emprisonné par les sels présents dans ce premier échangeur de chaleur. Ce fluide réactif quitte alors le premier échangeur de chaleur à l’état gazeux et rejoint le deuxième échangeur de chaleur qui se comporte alors comme un condenseur. Autrement dit, le fluide réactif est liquéfié dans ce condenseur de sorte qu’une nouvelle phase de production de froid peut ensuite être amorcée. Tel que cela sera plus amplement détaillé ci-après, la liquéfaction du fluide réactif dans ce deuxième échangeur de chaleur est permise grâce au refroidissement de ce deuxième échangeur de chaleur, soit par le fluide caloporteur circulant dans la boucle de fluide caloporteur, soit par le flux d’air destiné à être envoyé dans l’habitacle.
Selon une caractéristique de la présente invention, au moins un dispositif de ventilation peut être agencé en regard du premier échangeur de chaleur du module thermochimique. Ce dispositif de ventilation permet d’évacuer la chaleur générée par l’absorption du fluide réactif par les sels et le graphite lors des phases de production de froid du module thermochimique.
Selon un premier exemple de réalisation de la présente invention, au moins le deuxième échangeur de chaleur du module thermochimique est agencé sur la boucle de circulation du fluide caloporteur, ce deuxième échangeur de chaleur étant configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et au moins une partie du fluide réactif. On comprend que le deuxième échangeur de chaleur du module thermochimique comprend alors au moins une première chambre dans laquelle peut circuler le fluide caloporteur et au moins une deuxième chambre, étanche au moins par rapport à la première chambre, dans laquelle peut circuler le fluide réactif. Autrement dit, selon ce premier exemple de réalisation, le module thermochimique est destiné au traitement thermique d’au moins un élément de la chaîne de traction électrique du véhicule, par exemple du dispositif de stockage d’énergie électrique de ce véhicule, et il vient en complément du troisième échangeur thermique. Ainsi, lorsque le module est en phase de production de froid, le fluide réactif présent dans le deuxième échangeur de chaleur s’évapore en captant des calories transportées par le fluide caloporteur qui circule également dans ce deuxième échangeur de chaleur de sorte que le fluide caloporteur qui sort de ce deuxième échangeur de chaleur est apte à capter de nouvelles calories. Ainsi, le fluide caloporteur qui quitte le deuxième échangeur de chaleur est apte à capter des calories émises par l’élément de la chaîne de traction électrique du véhicule, ce qui permet d’améliorer le refroidissement de ce dernier. En outre, selon ce premier exemple de réalisation, le fluide caloporteur permet de refroidir le deuxième échangeur de chaleur de ce module thermochimique lorsque celui-ci est en phase de régénération, de sorte à permettre la liquéfaction de du fluide réactif qui arrive dans ce deuxième échangeur de chaleur sous forme gazeuse. Par exemple, le deuxième échangeur de chaleur du module thermochimique peut être agencé en aval du troisième échangeur thermique par rapport à un sens de circulation du fluide caloporteur dans la boucle. Selon un exemple, le deuxième échangeur de chaleur du module thermochimique peut être agencé en amont de l’élément à refroidir de la chaîne de traction électrique, selon le sens de circulation du fluide caloporteur dans la boucle.
Selon une caractéristique de la présente invention, le système de traitement thermique comprend une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation qui loge au moins le deuxième échangeur thermique du circuit de fluide réfrigérant. En d’autres termes, on comprend que le flux d’air destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule traverse d’abord cette installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation dans laquelle il cède des calories au moins au fluide réfrigérant circulant dans le deuxième échangeur thermique, avant d’être envoyé dans l’habitacle du véhicule.
Selon un deuxième exemple de réalisation de la présente invention, au moins le deuxième échangeur de chaleur du module thermochimique est agencé dans cette installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, ce deuxième échangeur de chaleur du module thermochimique étant configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre au moins une partie du fluide réactif et le flux d’air destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule. Autrement dit, selon ce deuxième exemple de réalisation, le module thermochimique est configuré pour refroidir le flux d’air destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule, c’est-à-dire pour capter des calories présentes dans ce flux d’air. Avantageusement, le module thermochimique vient donc en complément du deuxième échangeur thermique également agencé dans cette installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation et le flux d’air destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule refroidit par ce deuxième échangeur thermique permet également de refroidir le deuxième échangeur de chaleur lors des phases de régénération du module thermochimique.
La présente invention concerne également un véhicule automobile qui comprend au moins un système de traitement thermique selon l’invention et au moins une unité de contrôle destinée à piloter au moins le dispositif de régulation de la circulation de fluide réactif agencé entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur du module thermochimique.
Selon une caractéristique de la présente invention, l’unité de contrôle peut également être configurée pour piloter l’organe de régulation de la circulation de fluide réfrigérant agencé entre le dispositif de compression, le premier échangeur de chaleur du module thermochimique et le premier échangeur thermique du circuit de fluide réfrigérant. Alternativement, le véhicule selon l’invention peut comprendre une première unité de contrôle configurée pour piloter le dispositif de régulation et une deuxième unité de contrôle configurée pour piloter l’organe de régulation.
L’invention concerne encore un procédé de mise en œuvre d’un module thermochimique d’un système de traitement thermique d’un véhicule selon l’invention, le procédé comprenant une phase de production de froid et une phase de régénération, la phase de régénération étant opérée par une circulation du fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur en provenance du dispositif de compression. Selon une caractéristique de la présente invention, pendant la phase de régénération, le fluide réactif est refroidi soit par le fluide caloporteur qui a été préalablement refroidi par le troisième échangeur thermique, soit par le flux d’air destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule qui a été préalablement refroidi par le deuxième échangeur thermique. Selon l’invention, pendant la phase de production de froid, le deuxième échangeur de chaleur refroidit soit le fluide caloporteur qui circule dans la boucle de fluide caloporteur, soit le flux d’air destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule.
Selon l’invention, au cours de ce procédé de mise en œuvre du module thermochimique du système de traitement thermique du véhicule automobile selon l’invention, l’unité de contrôle est configurée pour envoyer une première instruction au dispositif de régulation de la circulation de fluide réactif et une deuxième instruction à l’organe de régulation de la circulation de fluide réfrigérant, la première instruction permettant au dispositif de régulation de la circulation de fluide réactif d’autoriser la circulation du fluide réactif du deuxième échangeur de chaleur vers le premier échangeur de chaleur lorsque s’opère une phase de production de froid du module thermochimique et d’autoriser la circulation du fluide réactif du premier échangeur de chaleur vers le deuxième échangeur de chaleur lorsque s’opère une phase de régénération du module thermochimique, et la deuxième instruction permettant à l’organe de régulation de la circulation de fluide réfrigérant d’interdire le passage du fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur du module thermochimique lorsque s’opère une phase de production de froid du module thermochimique et d’autoriser le passage du fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur lorsque s’opère une phase de régénération de ce module thermochimique.
Selon une application particulière de la présente invention, l’entrée en phase de production de froid du module thermochimique est conditionnée par la détection, par l’unité de contrôle, d’une phase de charge rapide du dispositif de stockage électrique du véhicule, c’est-à-dire lorsqu’un besoin en refroidissement de ce dispositif de stockage d’énergie électrique est le plus important. Selon cet exemple d’application particulier, la phase de régénération du module thermochimique est réalisée en dehors de ces phases de charge rapide, c’est-à-dire lorsque le dispositif de stockage d’énergie électrique voit son besoin en refroidissement diminuer, par exemple pendant des phases de roulage du véhicule.
On comprend que selon cette application particulière du premier exemple de réalisation de la présente invention, le deuxième échangeur de chaleur du module thermochimique participe au refroidissement du dispositif de stockage d’énergie électrique lorsque celui-ci est en phase de charge rapide et que, selon cette application particulière du deuxième mode de réalisation, le deuxième échangeur de chaleur du module thermochimique participe au traitement thermique de l’habitacle du véhicule lorsque le dispositif de stockage d’énergie électrique est en phase de charge rapide de sorte que les occupants du véhicule puisse demeurer dans cet habitacle et dans des conditions acceptables quel que soit l’état de charge du dispositif de stockage d’énergie électrique et quelle que soit la température extérieure.
Avantageusement, une durée maximale de la phase de charge rapide du dispositif de stockage d’énergie électrique dépend d’une capacité volumétrique du module thermochimique dont une durée de travail dépend des températures mises en jeu, c’est-àdire de la température d’un flux d’air mis en mouvement par le dispositif de ventilation ainsi que de la température du fluide caloporteur dans la boucle de circulation de fluide caloporteur. Avantageusement, selon l’application particulière de la présente invention évoquée ci-dessus, les espèces chimiques présentes dans ce module thermochimique, c’està-dire les sels, le graphite et l’ammoniac, sont mises en quantité suffisante pour que la phase de production de froid du module thermochimique dure au moins aussi longtemps qu’une phase de charge rapide du dispositif de stockage d’énergie électrique.
Il est entendu que tout autre application est envisageable sans sortir du contexte de l’invention, par exemple on pourra prévoir qu’une phase de production de froid soit amorcée lorsque le véhicule est à l’arrêt, par exemple dans les embouteillages, que la température extérieure est élevée, par exemple supérieure à 30°C, et qu’un taux d’humidité est également important. On comprend que, dans une telle situation, un système de traitement thermique classique peut être insuffisant, auquel cas le module thermique viendra en soutien du troisième échangeur thermique destiné au traitement thermique de l’un des éléments de la chaîne de traction électrique du véhicule ou bien en soutien du deuxième échangeur thermique destiné au traitement thermique du flux d’air destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule.
D’autres détails, caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après en relation avec les différents exemples de réalisation illustrés sur les figures suivantes :
- la figure 1 illustre schématiquement un système de traitement thermique selon un premier exemple de réalisation de la présente invention, ce système de traitement thermique comprenant au moins un circuit de fluide réfrigérant associé à une boucle de circulation d’un fluide caloporteur et au moins un module thermochimique destiné au traitement thermique d’au moins un élément d’une chaîne de traction d’un véhicule ;
- les figures 2 et 3 illustrent schématiquement le système de traitement thermique illustré sur la figure 1, respectivement, lorsque le module thermochimique est dans une phase de production de froid et lorsque le module thermochimique est dans une phase de régénération ;
- la figure 4 est une représentation schématique d’un système de traitement thermique selon un deuxième exemple de réalisation de la présente invention, ce système de traitement thermique comprenant au moins un circuit de fluide réfrigérant associé à une boucle de circulation d’un fluide caloporteur et au moins un module thermochimique destiné au traitement thermique d’un flux d’air destiné à être envoyé dans un habitacle d’un véhicule ;
- la figure 5 illustre schématiquement sous forme synoptique, un procédé de mise en œuvre d’un module thermochimique d’un système de traitement thermique selon la présente invention.
Les figures 1 à 4 illustrent différents exemples de réalisation d’un système de traitement thermique 1 selon l’invention. Nous allons dans un premier temps décrire les caractéristiques communes à ces différents exemples de réalisation avant de détailler les caractéristiques particulières de chacun de ces exemples.
Le système de traitement thermique 1 selon l’invention comprend au moins un circuit 110 de fluide réfrigérant et au moins une boucle 120 de circulation d’un fluide caloporteur. On entend par « fluide réfrigérant », un fluide capable de capter et de céder des calories à son environnement immédiat en changeant d’état. On entend par « fluide caloporteur », un fluide capable de capter et de céder des calories à son environnement immédiat et également de transporter ces calories. Ce fluide caloporteur peut par exemple être un liquide caloporteur. Le système de traitement thermique 1 est par exemple destiné à un véhicule automobile hybride ou électrique, c’est-à-dire un véhicule qui comprend un moteur électrique d’entrainement du véhicule, ce moteur électrique assurant tout ou partie des déplacements de ce véhicule.
Dans la description qui va suivre les termes « amont », « aval », « entrée » et « sortie » se réfèrent à un sens de circulation du fluide caloporteur dans la boucle de circulation du fluide caloporteur ou à un sens de circulation du fluide réfrigérant le circuit de fluide réfrigérant.
Selon un exemple illustré schématiquement sur ces figures 1 à 4, le circuit 110 de fluide réfrigérant est destiné au traitement thermique d’un flux d’air FAi destiné à être envoyé dans un habitacle du véhicule comprenant un tel système de traitement thermique 1. La boucle 120 de circulation du fluide caloporteur est quant à elle destinée au traitement thermique d’au moins un élément d’une chaîne de traction électrique du véhicule. Une telle chaîne de traction électrique comporte par exemple au moins le moteur électrique d’entrainement du véhicule, un boîtier électronique de commande de ce moteur électrique et un ou plusieurs dispositifs de stockage d’énergie électrique 109 destinés à alimenter électriquement le moteur électrique.
Le fluide caloporteur circulant dans la boucle 120 est destiné à refroidir au moins un élément 101 d’une chaîne de traction du véhicule. Pour cela, la boucle 120 comprend au moins un organe de traitement thermique 121 dédié au refroidissement de cet élément 101 de la chaîne de traction du véhicule. L’organe de traitement thermique 121 est, d’une part, agencé au plus près de l’élément 101 à refroidir, en formant par exemple un support pour celui-ci, et d’autre part configuré pour faire circuler le fluide caloporteur, en étant par exemple muni de tubes de circulation du fluide caloporteur.
Il est à noter que la boucle 120 est également équipée d’un organe 122 de mise en circulation du fluide caloporteur configuré pour mettre en circulation ce fluide caloporteur au sein de cette boucle 120. Par exemple, cet organe 122 de mise en circulation du fluide caloporteur est une pompe. La boucle 120 peut également comprendre un radiateur 123 disposé en face avant du véhicule et configuré pour opérer un transfert thermique entre un flux d’air extérieur FAe à l’habitacle du véhicule et le fluide caloporteur de sorte à refroidir ce fluide caloporteur afin que celui-ci puisse, ensuite, capter des calories émises par l’élément 101 de la chaîne de traction agencé sur la boucle 120 et ainsi refroidir cet élément 101.
Le circuit 110 de fluide réfrigérant comprend quant à lui un dispositif de compression 111 destiné à élever la pression du fluide réfrigérant, au moins un premier échangeur thermique 112 configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le flux d’air extérieur FAe, au moins un organe de détente 113 destiné à diminuer la pression du fluide réfrigérant, au moins un deuxième échangeur thermique 114 destiné à traiter thermiquement le flux d’air FAi destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule et au moins un dispositif d’accumulation 115. Plus particulièrement, le deuxième échangeur thermique 114 est agencé dans une installation 116 de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation du véhicule. Le fluide réfrigérant circule successivement au moins à travers les composants listés ci-dessus en formant un circuit fermé.
Sur les figures 1 à 4, les traits épais représentent des conduites du circuit 110 de fluide réfrigérant dans lesquelles le fluide réfrigérant circule à haute pression et les traits fins représentent quant à eux des conduites de ce circuit 110 de fluide réfrigérant dans lesquelles le fluide réfrigérant circule à basse pression. Les traits pointillés représentent quant à eux des conduites ou des branches du circuit 110 de fluide réfrigérant dans lesquelles le fluide réfrigérant ne circule pas tandis que les traits pleins illustrent des conduites ou des branches du circuit 110 de fluide réfrigérant dans lesquelles le fluide réfrigérant circule.
Dans le système de traitement thermique 1 selon la présente invention, le fluide réfrigérant quitte le dispositif de compression 111 à l’état gazeux, à haute pression et à haute température pour rejoindre le premier échangeur thermique 112 dans lequel un échange de chaleur s’opère entre ce fluide réfrigérant et le flux d’air extérieur FAe qui le traverse. Selon l’exemple illustré ici, le premier échangeur thermique 112 se comporte comme un condenseur par rapport au fluide réfrigérant de sorte que ce fluide réfrigérant cède des calories au flux d’air extérieur FAe et quitte le premier échangeur thermique 112 majoritairement à l’état liquide. Ce fluide réfrigérant rejoint ensuite l’organe de détente 113 dans lequel il subit une diminution de pression avant de rejoindre le deuxième échangeur thermique 114 agencé dans l’installation 116. Dans ce deuxième échangeur thermique 114, un échange de chaleur a lieu entre le fluide réfrigérant et le flux d’air FAi destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule. Selon l’exemple illustré ici, le deuxième échangeur thermique 114 se comporte comme un évaporateur par rapport au fluide réfrigérant, c’est-à-dire que ce fluide réfrigérant capte des calories présentes dans le flux d’air FAi destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule, refroidissant ainsi ce dernier avant qu’il ne soit envoyé dans l’habitacle du véhicule. Le fluide réfrigérant quitte ainsi le deuxième échangeur thermique 114 à l’état diphasique, c’est-à-dire à que ce fluide réfrigérant quitte le deuxième échangeur thermique 114 pour partie à l’état gazeux et pour partie à l’état liquide, et rejoint le dispositif d’accumulation 115. Ce dispositif d’accumulation 115 est configuré d’une part pour accumuler une phase liquide du fluide réfrigérant de manière à garantir que seule une phase gazeuse du fluide réfrigérant se dirige vers le dispositif de compression 111, et permet d’autre part de gérer la quantité de fluide réfrigérant circulant dans le circuit 110 de fluide réfrigérant. On comprend alors que le dispositif d’accumulation 115 est situé directement en amont du dispositif de compression
111.
On remarque également qu’entre l’organe de détente 113 et le deuxième échangeur thermique 114, le circuit 110 de fluide réfrigérant présente une première bifurcation 103 de laquelle s’étendent une première conduite 117 porteuse du deuxième échangeur thermique 114 et une deuxième conduite 118 quant à elle porteuse d’un troisième échangeur thermique 119. La circulation du fluide réfrigérant à travers l’une ou l’autre de ces conduites 117, 118 est régulée grâce à un moyen de régulation 102. Ce moyen de régulation 102 est par exemple une vanne. Cette première conduite 117 et cette deuxième conduite 118 se rejoignent au niveau d’un premier nœud 106 du circuit 110 de fluide réfrigérant, en amont du dispositif d’accumulation 115. On comprend que ce troisième échangeur thermique 119 se comporte donc comme un évaporateur vis-à-vis du fluide réfrigérant.
Tel que représenté sur les figures, ce troisième échangeur thermique 119 est agencé à l’interface entre le circuit 110 de fluide réfrigérant et la boucle 120 de fluide caloporteur. Autrement dit, ce troisième échangeur thermique 119 comprend au moins un premier espace 119’ dans lequel le fluide réfrigérant est apte à circuler et au moins un deuxième espace 119” dans lequel le fluide caloporteur est apte à circuler. Ce premier et ce deuxième espaces 119’, 119” sont étanches l’un par rapport à l’autre. Avantageusement, le troisième échangeur thermique 119 est ainsi configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans le premier espace 119’ et le fluide caloporteur circulant dans le deuxième espace 119”. En d’autres termes, le fluide réfrigérant circulant dans le premier espace 119’ est apte à capter des calories transportées par le fluide caloporteur qui circule dans le deuxième espace 119”. Ainsi, le fluide réfrigérant quitte ce troisième échangeur de chaleur 119 dans un état majoritairement gazeux et le fluide caloporteur est quant à lui déchargé d’au moins une partie des calories qu’il transporte, de sorte qu’il puisse par la suite capter de nouvelles calories émises par l’élément 101 de la chaîne de traction du véhicule traité thermiquement par la boucle 120.
Tel que représenté sur les figures 1 à 4, le système de traitement thermique 3 selon l’invention est reconnaissable en ce qu’il comprend au moins un module thermochimique 310 associé au moins au circuit 110 de fluide réfrigérant. Ce module thermochimique 310 comprend au moins un premier échangeur de chaleur 311 et au moins un deuxième échangeur de chaleur 312, tous deux aptes à être parcourus par un fluide réactif. Le module thermochimique 310 comprend en outre au moins un dispositif de régulation 313 de la circulation du fluide réactif disposé entre le premier échangeur de chaleur 311 et le deuxième échangeur de chaleur 312. Tel que cela sera plus amplement détaillé ci-après, ce dispositif de régulation 313 est configuré pour permettre la circulation du fluide réactif, alternativement, selon deux sens contraires dans la conduite porteuse de ce dernier. Autrement dit, ce dispositif de régulation 313 est configuré pour permettre la circulation du fluide réactif du premier échangeur de chaleur 311 vers le deuxième échangeur de chaleur 312 et également pour permettre la circulation du fluide réactif du deuxième échangeur de chaleur 312 vers le premier échangeur de chaleur 311. Par exemple, ce dispositif de régulation 313 peut ainsi être une vanne double sens.
Selon l’invention, on entend par « module thermochimique » un module dans lequel a lieu une réaction chimique, et qui est configuré d’une part pour stocker une énergie émise au cours de cette réaction chimique et d’autre part pour décharger l’énergie ainsi stockée dans son environnement immédiat. Autrement dit, le module thermochimique 310 alterne entre deux phases qui se répètent : une phase de régénération au cours de laquelle a lieu la réaction chimique et donc au cours de laquelle l’énergie dégagée par cette réaction chimique est stockée et une phase de production de froid au cours de laquelle cette énergie est libérée.
Selon l’un quelconque des exemples de réalisation de la présente invention illustrés ici, le premier échangeur de chaleur 311 du module thermochimique 310 est agencé sur le circuit 110 de fluide réfrigérant, entre le dispositif de compression 111 et le premier échangeur thermique 112 de ce circuit 110 de fluide réfrigérant. Autrement dit, ce premier échangeur de chaleur 311 est agencé en aval du dispositif de compression 111 et en amont du premier échangeur thermique 112. Plus précisément, le circuit 110 de fluide réfrigérant présente une deuxième bifurcation 107 depuis laquelle s’étendent une première branche 104 porteuse du premier échangeur thermique 112 et une deuxième branche 301 porteuse du premier échangeur de chaleur 311. Tel qu’illustré, la deuxième branche 301 rejoint la première branche 104 au niveau d’un deuxième nœud 108 situé entre le premier échangeur de chaleur 311 et le premier échangeur thermique 112. Autrement dit, ce deuxième nœud 108 est situé en aval du premier échangeur de chaleur 311 et en amont du premier échangeur thermique 112.
Ce premier échangeur de chaleur 311 comprend un premier compartiment 311’ dans lequel le fluide réfrigérant est apte à circuler et un deuxième compartiment 311” dans lequel le fluide réactif est apte à circuler. Le premier compartiment 311’ et le deuxième compartiment 311” de ce premier échangeur de chaleur 311 sont étanches l’un par rapport à l’autre de sorte à éviter que le fluide réfrigérant ne se mélange avec le fluide réactif. Selon l’invention, le premier échangeur de chaleur 311 est au moins configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans le premier compartiment 311’ et le fluide réactif circulant dans le deuxième compartiment 311”.
Le système de traitement thermique 3 selon l’invention comprend en outre au moins un organe de régulation 314 de la circulation de fluide réfrigérant agencé entre le dispositif de compression 111, le premier échangeur de chaleur 311 et le premier échangeur thermique 112. Autrement dit, cet organe de régulation 314 est agencé au niveau de la deuxième bifurcation 107 du circuit 110 de fluide réfrigérant. On comprend que cet organe de régulation 314 est ainsi configuré pour permettre ou non le passage du fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur 311 du module thermochimique 310 avant que ce dernier ne rejoigne le premier échangeur thermique 112. Par exemple, cet organe de régulation 314 peut être une vanne triple voies.
Selon un exemple d’application de la présente invention, le fluide réactif circulant dans le module thermochimique 310 comprend au moins de l’ammoniac. En outre, des sels et du graphite sont disposés dans le premier échangeur de chaleur 311 du module thermochimique 310.
Nous allons maintenant décrire plus en détails un premier exemple de réalisation du système de traitement thermique selon l’invention en référence aux figures 1 à 3, puis nous décrirons en détails un deuxième exemple de réalisation du système de traitement thermique selon l’invention illustré sur la figure 4.
Les figures 1 à 3 illustrent le système de traitement thermique 3 selon le premier exemple de réalisation, la figure 1 illustrant ce système de traitement thermique 3 à l’arrêt, la figure 2 illustrant un fonctionnement de ce système de traitement thermique 3 lorsque le module thermochimique 310 est en phase de production de froid et la figure 3 illustrant un fonctionnement de ce système de traitement thermique 3 lorsque le module thermochimique 310 est en phase de régénération.
Selon le premier exemple de réalisation de la présente invention, le deuxième échangeur de chaleur 312 du module thermochimique 310 est agencé sur la boucle 120 de circulation du fluide caloporteur. Avantageusement, ce deuxième échangeur de chaleur 312 est agencé en aval du troisième échangeur thermique 119. Selon l’exemple illustré ici, ce deuxième échangeur de chaleur 312 est agencé entre le troisième échangeur thermique 119 et l’organe de mise en circulation 122 du fluide caloporteur.
Tel qu’illustré, le deuxième échangeur de chaleur 312, selon ce premier exemple de réalisation, comprend une première chambre 312’ dans laquelle circule au moins une partie du fluide réactif et une deuxième chambre 312”, étanche par rapport à la première chambre 312’, dans laquelle circule le fluide caloporteur. Selon le premier exemple de réalisation de la présente invention, ce deuxième échangeur de chaleur 312 est donc configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réactif circulant dans la première chambre 312’ et le fluide caloporteur circulant dans la deuxième chambre 312”. Plus précisément, lors des phases de production de froid, le fluide réactif présent dans le deuxième échangeur de chaleur 312 est configuré pour capter des calories transportées par le fluide caloporteur qui circule dans la boucle 120 de sorte qu’en sortant du deuxième échangeur de chaleur 312, ce fluide caloporteur est déchargé d’au moins une partie de ses calories et peut ainsi venir capter des calories émises par l’élément 101 de la chaîne de traction du véhicule agencé sur la boucle 120 afin de refroidir ce dernier. Autrement dit, selon ce premier exemple de réalisation, le module thermochimique 310 participe ou réalise seul le refroidissement de cet élément 101 de la chaîne de traction du véhicule, en venant par exemple en complément du troisième échangeur thermique 119 et/ou du radiateur 123. Selon un exemple d’application particulier de la présente invention, l’élément 101 de la chaîne de traction agencé sur la boucle 120 est un dispositif de stockage d’énergie électrique 109 destiné à l’alimentation électrique d’un moteur d’entrainement du véhicule.
La figure 2 illustre une phase de production de froid du module thermochimique 310, selon l’exemple illustré sur cette figure 2, cette phase de production de froid permet de refroidir l’élément 101 de la chaîne de traction électrique. Au cours d’une telle phase de production de froid, le deuxième échangeur de chaleur 312 se comporte comme un évaporateur vis-à-vis du fluide réactif Frea qui y circule, c’est-à-dire que ce deuxième échangeur de chaleur 312 permet à ce fluide réactif Frea de capter des calories présentes dans son environnement immédiat jusqu’à ce qu’il s’évapore. Le dispositif de régulation
313 est, pendant ces phases de production de froid, configuré pour permettre la circulation du fluide réactif Frea, ou à tout le moins d’une partie de ce fluide réactif Frea, du deuxième échangeur de chaleur 312 vers le premier échangeur de chaleur 311. Le fluide réactif Frea sort alors de ce deuxième échangeur de chaleur 312 à l’état gazeux rejoint ainsi le premier échangeur de chaleur 311 dans lequel il est absorbé par les sels et le graphite présents dans ce premier échangeur de chaleur 311. Cette absorption du fluide réactif Frea gazeux, ou à tout le moins d’une partie de ce fluide réactif Frea gazeux, dégage de la chaleur. Afin d’évacuer cette chaleur, le système de traitement thermique 3 selon l’invention peut comprendre un dispositif de ventilation 105, agencé en regard du premier échangeur de chaleur 311 et configuré pour générer un flux d’air annexe FAa.
On comprend qu’au cours de ces phases de production de froid, l’organe de régulation 314 est configuré pour empêcher la circulation de fluide réfrigérant FR dans la deuxième branche 301, et donc dans le premier échangeur de chaleur 311. Ainsi, au cours d’une telle phase de production de froid du module thermochimique, l’organe de régulation
314 permet au fluide réfrigérant FR qui quitte le dispositif de compression 111 de rejoindre directement le premier échangeur thermique 112. Autrement dit, en phase de production de froid, le fluide réfrigérant FR ne circule pas dans la deuxième branche 301. Dans le même temps, le dispositif de régulation 313 autorise la circulation d’au moins une partie du fluide réactif Frea, qui se trouve alors à l’état majoritairement gazeux, depuis le deuxième échangeur de chaleur 312 vers le premier échangeur de chaleur 311 tel que décrit cidessus. Une fois que la totalité, ou la quasi-totalité, du fluide réactif Frea est retournée dans le premier échangeur de chaleur 311, une phase de régénération du module thermochimique 310 peut commencer.
Fa figure 3 illustre par exemple une phase de régénération du module thermochimique 310, c’est-à-dire une phase au cours de laquelle a lieu la réaction chimique entre le fluide réactif Frea, les sels et le graphite et qui permet de stocker de l’énergie. Au démarrage d’une phase de régénération de ce module thermochimique 310, la totalité, ou la quasi-totalité, du fluide réactif Frea se trouve dans le premier échangeur de chaleur 311, ce fluide réactif Frea étant emprisonné dans les sels et le graphite. Fors d’une telle phase de régénération, le dispositif de régulation 313 est configuré pour permettre la circulation du fluide réactif Frea, ou à tout le moins d’une partie de ce fluide réactif Frea, depuis le premier échangeur de chaleur 311 vers le deuxième échangeur de chaleur 312. F’organe de régulation 314 est quant à lui configuré pour permettre au fluide réfrigérant FR d’emprunter la deuxième branche 301, c’est-à-dire pour permettre à ce fluide réfrigérant FR de passer à travers le premier échangeur de chaleur 311, et plus particulièrement dans le premier compartiment 311’ de ce premier échangeur de chaleur 311, avant de rejoindre le premier échangeur thermique 112. Tel que précédemment évoqué, le fluide réfrigérant FR quitte le dispositif de compression 111 à haute température, par exemple à plus de 100°C. Il en résulte que ce fluide réfrigérant FR est capable de céder des calories au fluide réactif Frea présent dans le premier échangeur de chaleur 311, et plus particulièrement dans le deuxième compartiment 311” de ce premier échangeur de chaleur 311. Il résulte de cet apport de chaleur, une désorption du fluide réactif Frea, c’est-à-dire que le fluide réactif Frea se libère des sels. Au moins une partie du fluide réactif Frea peut alors emprunter la conduite sur laquelle est agencé le dispositif de régulation 313 pour rejoindre le deuxième échangeur de chaleur 312. En phase de régénération du fluide réactif, le deuxième échangeur de chaleur 312 fonctionne comme un condenseur par rapport au fluide réactif Frea, c’est-à-dire que ce fluide réactif qui arrive dans ce deuxième échangeur de chaleur 312 s’y liquéfie grâce à un refroidissement réalisé par le fluide caloporteur alors préalablement refroidit par le troisième échangeur thermique 119.
Ainsi, l’organe de régulation 314 permet, lors d’une telle phase de régénération, au fluide réfrigérant FR qui quitte le dispositif de compression 111 de passer par le premier échangeur de chaleur 311 avant de rejoindre le premier échangeur thermique 112 afin d’apporter les calories nécessaires à la réaction chimique qui s’opère dans le premier échangeur de chaleur 311. Autrement dit, au niveau de la deuxième bifurcation 107, le fluide réfrigérant FR est dirigé vers la deuxième branche 301 avant de rejoindre la première branche 104. Dans le même temps, le dispositif de régulation 313 permet la circulation d’au moins une partie du fluide réactif Frea à l’état majoritairement gazeux, depuis le premier échangeur de chaleur 311 vers le deuxième échangeur de chaleur 312 dans lequel ce fluide réactif pourra se liquéfier.
Nous allons maintenant décrire le deuxième exemple de réalisation de la présente invention en référence à la figure 4 sur laquelle ce système de traitement thermique 3 selon le deuxième exemple de réalisation est représenté à l’arrêt.
Ce deuxième exemple de réalisation diffère du premier exemple de réalisation notamment par la position du deuxième échangeur de chaleur 312 du module thermochimique 310. Selon ce deuxième exemple de réalisation, ce deuxième échangeur de chaleur 312 est disposé dans l’installation 116 de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation précédemment décrite et qui comprend également le deuxième échangeur thermique 114. Selon ce deuxième exemple de réalisation, le fluide réactif, ou une partie de ce fluide réactif, est apte à circuler dans le deuxième échangeur de chaleur 312, celui-ci étant configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre cette partie du fluide réactif et le flux d’air FAi destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule. Autrement dit, selon ce deuxième exemple de réalisation, le module thermochimique 310 participe au traitement thermique du flux d’air FAi destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule, c’est-à-dire qu’il vient en complément du deuxième échangeur thermique 314.
Selon une application particulière de la présente invention, une phase de production de froid par le module thermochimique 310 peut être opérée pour permettre aux occupants d’un véhicule comprenant un tel module thermochimique 310 de rester dans l’habitacle de ce véhicule, lorsque le moteur est à l’arrêt - par exemple lorsque le dispositif de stockage d’énergie électrique de ce véhicule est en phase de charge rapide - quelle que soit la température extérieure. Avantageusement, le module thermochimique permet alors de refroidir l’habitacle de ce véhicule sans que le circuit 110 de fluide réfrigérant ne soit solliciter, ou à tout le moins de limiter cette sollicitation du circuit 110 de fluide réfrigérant FR, limitant ainsi que le dispositif de compression 111 ne fasse du bruit.
Selon l’invention, les phases de production de froid et de régénération du module thermochimique 310 sont sensiblement identiques que le système de traitement thermique 3 soit réalisé selon le premier exemple de réalisation ou selon le deuxième exemple de réalisation. La différence majeure entre ces deux exemples de réalisation réside dans les moyens qui permettent la liquéfaction du fluide réactif lors des phases de régénération du module thermochimique. Ainsi, selon le deuxième exemple de réalisation illustré sur la figure 4, le fluide réactif présent dans le deuxième échangeur de chaleur 312 est liquéfié grâce à un échange de chaleur avec le flux d’air FAi destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule, après que ce flux d’air FAi ait traversé le deuxième échangeur thermique 114. Pour le reste, la description faite ci-dessus, notamment en référence aux figures 2 et 3, de ces phases de production de froid et de régénération s’applique mutatis mutandis à ce deuxième exemple de réalisation de la présente invention.
On comprend de ce qui vient d’être décrit que le passage d’une phase à l’autre, c’està-dire le passage d’une phase de régénération du module thermochimique à une phase de production de froid de ce module thermochimique ou bien le passage d’une phase de production de froid du module thermochimique à une phase de régénération du module thermochimique, est permis par une modification d’un sens de passage du fluide réactif à travers le dispositif de régulation 313 et par une modification d’une position de l’organe de régulation 314, la position de cet organe de régulation 314 déterminant la branche par laquelle le fluide réfrigérant circule avant de rejoindre le premier échangeur thermique 112.
Aussi, selon un exemple de l’invention, ce dispositif de régulation 313 et cet organe de régulation 314 sont pilotés par une unité de contrôle 400, représentée de façon schématique sur la figure 5. Alternativement, on pourra prévoir que le système de traitement thermique 3 selon l’invention comprennent deux unités de contrôle, une première unité de contrôle étant alors configurée pour piloter le dispositif de régulation et une deuxième unité de contrôle étant quant à elle configurée pour piloter l’organe de régulation.
La figure 5 illustre enfin, sous forme synoptique, un procédé de mise en œuvre du module thermochimique 310 d’un système de traitement thermique 3 selon l’un quelconque des exemples de réalisation décrits ci-dessus.
Tel qu’illustré et selon un exemple de mise en œuvre, l’unité de contrôle 400 reçoit une information 401 relative à un état de charge du dispositif de stockage d’énergie électrique 109 du véhicule sur lequel est intégré le système de traitement thermique selon l’invention. L’unité de contrôle 400 est alors configurée pour envoyer, en conséquence, une première instruction 402 au dispositif de régulation 313 et une deuxième instruction 403 à l’organe de régulation 314. Tel que précédemment décrit, ce dispositif de stockage d’énergie électrique 109 fait partie de la chaîne de traction électrique 101 du véhicule.
Ainsi, lorsque le dispositif de stockage d’énergie électrique 109 est en phase de charge rapide, c’est-à-dire une phase au cours de laquelle le dispositif de stockage d’énergie électrique 109 stocke une grande quantité d’énergie électrique en un temps inférieure à trente minutes, la première instruction 402 envoyée par l’unité de contrôle 400 au dispositif de régulation 313 permet à ce dispositif de régulation 313 d’autoriser le passage du fluide réactif, ou d’au moins une partie de ce fluide réactif, du deuxième échangeur de chaleur du module thermochimique vers le premier échangeur de chaleur de ce module thermochimique et la deuxième instruction 403 envoyée par l’unité de contrôle 400 à l’organe de régulation 314 permet à cet organe de régulation 314 d’interdire le passage du fluide réfrigérant dans la deuxième branche du circuit de fluide réfrigérant, c’est-à-dire d’interdire le passage du fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur du module thermochimique. En d’autres termes, on comprend que le module thermochimique est alors en phase de production de froid. Ainsi, lorsque le dispositif de stockage d’énergie électrique 109 présente un besoin en refroidissement maximal, le module thermochimique vient renforcer les performances thermiques du circuit de fluide réfrigérant. Selon le premier exemple de réalisation, ce complément thermique se traduit par un renforcement du refroidissement d’un élément 101 de la chaîne de traction du véhicule. Selon l’exemple particulier dans lequel cet élément est le dispositif de stockage d’énergie électrique du véhicule, le module thermochimique permet un refroidissement plus important de ce dernier. Selon le deuxième exemple de réalisation illustré à la figure 4, le module thermochimique permet de maintenir l’habitacle du véhicule à une température acceptable pour ses occupants, par exemple pendant cette phase de charge rapide du dispositif de stockage d’énergie électrique 109.
En dehors de ces phases de charge rapide du dispositif de stockage d’énergie électrique 109, par exemple au cours de phases de roulage du véhicule, la première instruction 402 envoyée par l’unité de contrôle 400 permet au dispositif de régulation 313 d’autoriser la circulation du fluide réactif, ou au moins d’une partie de ce fluide réactif, depuis le premier échangeur de chaleur du module thermochimique vers le deuxième échangeur de chaleur de ce module thermochimique et la deuxième instruction 403 envoyée par l’unité de contrôle 400 permet à l’organe de régulation 314 d’autoriser le passage du fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur du module thermochimique. En d’autres termes, en dehors des phases de charge rapide du dispositif de stockage d’énergie électrique 109, le module thermochimique est en phase de régénération de sorte à mettre à disposition une nouvelle phase de production de froid du module thermochimique lorsque l’unité de contrôle 400 recevra une information 401 lui indiquant qu’une nouvelle phase de charge rapide du dispositif de stockage d’énergie électrique 109 du véhicule est en cours.
Par exemple, l’information 401 relative à l’état de charge du dispositif de stockage d’énergie électrique 109 du véhicule peut être transmise à l’unité de contrôle 400 par le dispositif de stockage d’énergie électrique 109 lui-même ou par une borne de charge, quand le véhicule y est connecté.
Avantageusement, le fluide réactif comprend chaque espèce chimique en quantités suffisantes pour que la phase de production de froid du module thermochimique puisse durer sur une durée au moins équivalente à une durée maximale d’une phase de charge rapide du dispositif de stockage d’énergie électrique 109 du véhicule.
H est entendu qu’il ne s’agit ici que d’un exemple d’application de la présente invention et l’amorçage d’une phase de production de froid peut être opéré à la suite d’une toute autre information que celle concernant l’état de charge du dispositif de stockage d’énergie électrique.
On comprend de ce qui précède que la présente invention propose ainsi un moyen simple et durable qui permet d’augmenter, ponctuellement, les performances thermiques d’un système de traitement thermique destiné à un véhicule automobile.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et qu’elle s’étend également à tout moyen ou configuration équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens. En particulier, la disposition des échangeurs de chaleur du module thermochimique pourrait être modifiée sans nuire à l’invention dans la mesure où ces échangeurs de chaleur remplissent les fonctionnalités décrites dans le présent document.
Claims (10)
1. Système de traitement thermique (3) destiné à un véhicule automobile, le système de traitement thermique (3) comprenant au moins un circuit (110) de fluide réfrigérant (FR) qui comprend au moins un dispositif de compression (111), au moins un premier échangeur thermique (112) configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant (FR) et un flux d’air extérieur (FAe) à un habitacle du véhicule et au moins un deuxième échangeur thermique (114) configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant (FR) et un flux d’air (FAi) destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule, le système de traitement thermique (3) comprenant au moins un module thermochimique (310) qui comprend au moins un premier échangeur de chaleur (311) et un deuxième échangeur de chaleur (312) aptes à être parcourus par au moins un fluide réactif (Frea), le module thermochimique (310) comprenant au moins un dispositif de régulation (313) de la circulation du fluide réactif (Frea) agencé entre le premier échangeur de chaleur (311) et le deuxième échangeur de chaleur (312), caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (311) du module thermochimique (310) est agencé sur le circuit (110) de fluide réfrigérant (FR).
2. Système de traitement thermique (3) selon la revendication précédente, dans lequel le premier échangeur de chaleur (311) du module thermochimique (310) est disposé entre le dispositif de compression (111) et le premier échangeur thermique (112).
3. Système de traitement thermique (3) selon la revendication précédente, comprenant au moins un organe de régulation (314) de la circulation de fluide réfrigérant (FR) agencé entre le dispositif de compression (111), le premier échangeur de chaleur (311) du module thermochimique (310) et le premier échangeur thermique (112) du circuit (110) de fluide réfrigérant (FR).
4. Système de traitement thermique (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit (110) de fluide réfrigérant (FR) comprend au moins un troisième échangeur thermique (119), le système de traitement thermique (3) comprenant au moins une boucle (120) de circulation d’un fluide caloporteur destinée au traitement thermique d’au moins un élément (101) d’une chaîne de traction électrique du véhicule, au moins le troisième échangeur thermique (119) étant agencé sur cette boucle (120), ce troisième échangeur thermique (119) étant configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant (FR) circulant dans le circuit (110) et le fluide caloporteur circulant dans la boucle (120).
5. Système de traitement thermique (3) selon la revendication précédente, dans lequel l’au moins un élément (101) de la chaîne de traction électrique du véhicule traité thermiquement par la boucle (120) de circulation du fluide caloporteur est un dispositif de stockage d’énergie électrique (109) destiné à alimenter électriquement un moteur d’entrainement du véhicule.
6. Système de traitement thermique (3) selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel le deuxième échangeur de chaleur (312) du module thermochimique (310) est agencé sur la boucle (120) de circulation du fluide caloporteur, ce deuxième échangeur de chaleur (312) étant configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et au moins une partie du fluide réactif (Frea).
7. Système de traitement thermique (3) selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième échangeur de chaleur (312) du module thermochimique (310) est agencé en aval du troisième échangeur thermique (119) par rapport à un sens de circulation du fluide caloporteur dans la boucle (120) de circulation du fluide caloporteur.
8. Système de traitement thermique (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une installation (116) de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation qui loge au moins le deuxième échangeur thermique (114) du circuit (110) de fluide réfrigérant (FR), et dans lequel au moins le deuxième échangeur de chaleur (312) du module thermochimique (310) est agencé dans cette installation (116) de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, ce deuxième échangeur de chaleur (312) étant configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre au moins une partie du fluide réactif (Frea) et le flux d’air (FAi) destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule.
9. Système de traitement thermique (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fluide réactif (Frea) apte à parcourir le premier échangeur de chaleur (311) et le deuxième échangeur de chaleur (312) du module thermochimique (310) comprend au moins de l’ammoniac.
Tl
10. Procédé de mise en œuvre d’un module thermochimique (310) d’un système de traitement thermique (3) d’un véhicule de l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une phase de production de froid et une phase de régénération, la phase de régénération étant opérée par une circulation du fluide réfrigérant (FR) dans le 5 premier échangeur de chaleur (311) en provenance du dispositif de compression (111).
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2018
- 2018-06-26 FR FR1855725A patent/FR3082784A1/fr not_active Withdrawn
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