FR3096121A1 - Dispositif de gestion thermique avec vanne de régulation de pression d’évaporation - Google Patents

Dispositif de gestion thermique avec vanne de régulation de pression d’évaporation Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de gestion thermique (1) d’un véhicule automobile, ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant un circuit de fluide réfrigérant dans lequel est destiné à circuler un fluide réfrigérant, ledit circuit de fluide réfrigérant comportant un premier et un deuxième évaporateur (9, 13, 19) fonctionnant en parallèle et une vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) disposée en aval d’au moins un desdits premier et deuxième évaporateurs (9, 13, 19), ladite vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) étant configurée pour s’ouvrir à un différentiel de pression compris entre 0,5 et 5 Bar entre l’amont et l’aval de ladite vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’),le circuit de fluide réfrigérant comportant en outre une conduite de contournement (D, D’, D’’) de la vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’), ladite première conduite de contournement (D, D’, D’’) comprenant une vanne deux voies (51, 51’, 51’’). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Dispositif de gestion thermique avec vanne de régulation de pression d’évaporation
La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de gestion thermique pour un véhicule automobile et plus particulièrement à un dispositif de gestion thermique configuré pour gérer le confort des occupants dans l’habitacle.
Dans le domaine automobile il est connu de gérer le confort des occupants au moyen d’un circuit de climatisation à l’intérieur duquel circule un fluide réfrigérant. Ce circuit de climatisation peut notamment comporter au moins deux échangeurs de chaleur disposés en parallèle l’un de l’autre et pouvant fonctionner simultanément en tant qu’évaporateur. Il est également connu de disposer dans le circuit de climatisation, une vanne à pression constante en aval de l’évaporateur destiné à être traversé par un flux d’air interne. Cette vanne permet de conserver une pression minimum du fluide réfrigérant traversant cet évaporateur. Cela permet de faire fonctionner cet évaporateur à une pression supérieure à celle de l’autre évaporateur. De plus, cela permet de limiter la température du fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur et ainsi cela diminue les risques d’entraîner le givrage de l’évaporateur et d’endommager le compresseur du circuit de climatisation.
Cependant, le fait de limiter la température du fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur génère une perte de charge non voulue qui limite également la puissance de refroidissement disponible et donc limite la capacité de refroidissement maximale du circuit de climatisation au niveau de l’évaporateur principal. De plus une telle vanne est onéreuse ce qui augmente le coût du dispositif de gestion thermique.
Un des buts de la présente invention est de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l’art antérieur et de proposer un dispositif de gestion thermique amélioré permettant une plus grande puissance de refroidissement au niveau de l’évaporateur, en limitant les pertes de charges non voulue, tout en étant moins onéreux que les dispositifs selon l’état de l’art utilisant une vanne à pression constante.
La présente invention concerne donc un dispositif de gestion thermique d’un véhicule automobile, ledit dispositif de gestion thermique comportant un circuit de fluide réfrigérant dans lequel est destiné à circuler un fluide réfrigérant, ledit circuit de fluide réfrigérant comportant un premier et un deuxième évaporateur fonctionnant en parallèle et une vanne de régulation de pression d’évaporation disposée en aval d’au moins un desdits premier et deuxième évaporateurs, ladite vanne de régulation de pression d’évaporation étant configurée pour s’ouvrir à un différentiel de pression compris entre 0,5 et 5 Bar entre l’amont et l’aval de ladite vanne de régulation de pression d’évaporation,
le circuit de fluide réfrigérant comportant en outre une conduite de contournement de la vanne de régulation de pression d’évaporation, ladite première conduite de contournement comprenant une vanne deux voies avec une faible perte de charge.
Selon un aspect de l’invention, le différentiel de pression d’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation est compris entre 0,7 et 1,3 Bar.
Selon un autre aspect de l’invention, la vanne de régulation de pression d’évaporation est une vanne mécanique à différentiel de pression ayant les caractéristiques d’ouverture suivantes :
- en dessous d’un différentiel de pression minimal, l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation est constante,
- entre le différentiel de pression minimal et un différentiel de pression dit de contrôle, l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation augmente jusqu’à une ouverture intermédiaire de contrôle, l’augmentation de l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation s’effectuant selon une première pente rectiligne,
- au-delà du différentiel de pression dit de contrôle, l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation augmente jusqu’à son ouverture maximale, l’augmentation de l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation s’effectuant selon une deuxième pente rectiligne, supérieure à la première pente.
Selon un autre aspect de l’invention, l’ouverture intermédiaire de contrôle de la vanne de régulation de pression d’évaporation possède un diamètre compris entre 1,2 et 3 mm.
Selon un autre aspect de l’invention, l’ouverture maximale de la vanne de régulation de pression d’évaporation possède un diamètre compris entre 3 et 5 mm.
Selon un autre aspect de l’invention, la vanne de régulation de pression d’évaporation est un clapet anti-retour taré.
Selon un autre aspect de l’invention, la vanne deux voies a une ouverture dont le diamètre est compris entre 8 et 15 mm.
Selon un autre aspect de l’invention, la vanne de régulation de pression d’évaporation et la conduite de contournement sont disposées en aval d’un échangeur de chaleur destiné à être traversé par un flux d’air interne et apte à fonctionner en tant qu’évaporateur.
Selon un autre aspect de l’invention, la vanne de régulation de pression d’évaporation et la conduite de contournement sont disposées en aval d’un échangeur de chaleur destiné à être traversé par un flux d’air externe et apte à fonctionner en tant qu’évaporateur.
Selon un autre aspect de l’invention, la vanne de régulation de pression d’évaporation et la conduite de contournement sont disposées en aval d’un échangeur de chaleur destiné à refroidir un ou plusieurs composants du véhicule automobile et apte à fonctionner en tant qu’évaporateur.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, fournie à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 montre une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon un premier mode de réalisation,
la figure 2 montre une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon le premier mode de réalisation dans un mode de refroidissement,
la figure 3 montre une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon le premier mode de réalisation dans un mode de déshumidification,
la figure 4 montre une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon un deuxième mode de réalisation,
la figure 5 montre une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon le deuxième mode de réalisation dans un mode de refroidissement,
la figure 6 montre une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon le deuxième mode de réalisation dans un mode de déshumidification,
la figure 7 montre une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon un troisième mode de réalisation,
la figure 8 montre une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon un quatrième mode de réalisation,
la figure 9 montre un diagramme de l’évolution de l’ouverture d’une vanne de régulation de pression d’évaporation en fonction d’un différentiel de pression.
Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou inter-changées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément inter-changer de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.
Dans la présente description, on entend par « placé en amont » qu’un élément est placé avant un autre par rapport au sens de circulation d'un fluide. A contrario, on entend par « placé en aval » qu’un élément est placé après un autre par rapport au sens de circulation du fluide.
La figure 1 montre une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique 1 selon un premier mode de réalisation. Ce dispositif de gestion thermique 1 comporte notamment un circuit de fluide réfrigérant dans lequel est destiné à circuler un fluide réfrigérant. Ce circuit de fluide réfrigérant comporte une branche principale A comportant, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant :
- un compresseur 3,
- un premier échangeur de chaleur 5 destiné à être traversé par un flux d’air interne 100,
- un premier dispositif de détente 7,
- un deuxième échangeur de chaleur 9 destiné à être traversé par un flux d’air externe 200,
- un deuxième dispositif de détente 11, et
- un troisième échangeur de chaleur 13 destiné à être traversé par le flux d’air interne 100.
Le premier échangeur de chaleur 5 peut plus particulièrement être un radiateur disposé dans un dispositif de chauffage, ventilation et air conditionné (également appelé HVAC pour « Heating, Ventilation and Air Conditioning » en anglais) à l’intérieur duquel circule le flux d’air interne 100 à destination de l’habitacle du véhicule automobile.
Le premier dispositif de détente 7 peut notamment être un détendeur comportant une fonction d’arrêt, c’est-à-dire pouvant bloquer le flux de fluide réfrigérant lorsqu’il est fermé afin d’empêcher le fluide réfrigérant de traverser le deuxième échangeur de chaleur 9. Une alternative est que le premier dispositif de détente 7 comporte une vanne d’arrêt (non représentée) en amont ou en aval.
Ce premier dispositif de détente 7 peut également être apte à laisser passer le flux de fluide réfrigérant sans perte de pression lorsque ce dernier est ouvert complètement. Une alternative est que ce premier dispositif de détente 7 peut être contourné.
Le deuxième échangeur de chaleur 9 peut plus particulièrement être un évapo-condenseur disposé en face avant du véhicule automobile.
Le deuxième dispositif de détente 11 peut notamment être un détendeur comportant une fonction d’arrêt, c’est-à-dire pouvant bloquer le flux de fluide réfrigérant lorsqu’il est fermé afin d’empêcher le fluide réfrigérant de traverser le troisième échangeur de chaleur 13. Une alternative est que le deuxième dispositif de détente 11 comporte une vanne d’arrêt (non représentée) en amont ou en aval.
Le troisième échangeur de chaleur 13 peut plus particulièrement être un évaporateur disposé dans l’HVAC en amont du premier échangeur de chaleur 5 dans le sens de circulation du flux d’air interne 100.
Le circuit de fluide réfrigérant comporte également une première branche de dérivation B reliant la sortie de fluide réfrigérant du deuxième échangeur de chaleur 9 à l’entrée de fluide réfrigérant du compresseur 3. Cette première branche de dérivation B relie plus précisément un premier point de raccordement 31 à un deuxième point de raccordement 32 disposés sur la branche principale A. Le premier point de raccordement 31 est disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur 9, entre ledit deuxième échangeur de chaleur 9 et le deuxième dispositif de détente 11. Le deuxième point de raccordement 32 est quant à lui disposé en amont du compresseur 3, entre le troisième échangeur de chaleur 13 et ledit compresseur 3.
Cette première branche de dérivation B comporte notamment une vanne deux voies 51.
Le circuit de fluide réfrigérant comporte en outre une deuxième branche de dérivation C reliant la sortie de fluide réfrigérant du premier échangeur de chaleur 5 à l’entrée de fluide réfrigérant du deuxième dispositif de détente 11. Cette deuxième branche de dérivation C relie plus précisément un troisième point de raccordement 33 à un quatrième point de raccordement 34 disposé sur la branche principale A. Le troisième point de raccordement 33 est disposé en aval du premier échangeur de chaleur 5, entre ledit premier échangeur de chaleur 5 et le premier dispositif de détente 7. Le quatrième point de raccordement 34 est quant à lui disposé en amont du deuxième dispositif de détente 11, entre le deuxième échangeur de chaleur 9 et ledit deuxième dispositif de détente 11.
Cette deuxième branche de dérivation C comporte également une vanne deux voies 52. La branche principale A peut comporter également entre le premier point de raccordement 31 et le quatrième point de raccordement 34, un clapet anti-retour 41 configuré pour bloquer une circulation du fluide réfrigérant allant du quatrième point de raccordement 34, donc provenant de la deuxième branche de dérivation C, vers le premier point de raccordement 31, donc vers le deuxième échangeur de chaleur 9.
Le circuit de fluide réfrigérant peut également comporter sur sa branche principale A, un dispositif de séparation de phase 50 disposé en amont du compresseur 3. Plus précisément, ce dispositif de séparation de phase 50 peut être disposé entre le deuxième point de raccordement 32 et le compresseur 3.
Le dispositif de gestion thermique 1 peut également comporter, au sein du HVAC, un volet 300 disposé de sorte à permettre ou empêcher le flux d’air interne 100 de traverser le premier échangeur de chaleur 5.
Le circuit de fluide réfrigérant comporte également une vanne de régulation de pression d’évaporation 15 disposée en aval du troisième échangeur de chaleur 13. Plus précisément, cette vanne de régulation de pression d’évaporation 15 est disposée entre le troisième échangeur de chaleur 13 et le deuxième point de raccordement 32.
Le circuit de fluide réfrigérant comporte en outre une conduite de contournement D de la vanne de régulation de pression d’évaporation 15. Cette conduite de contournement D relie un cinquième point de raccordement 35 à un sixième point de raccordement 36 disposés sur la branche principale A. Le cinquième point de raccordement 35 est disposé en amont de la vanne de régulation de pression 15, entre le troisième échangeur de chaleur 13 et ladite vanne de régulation de pression 15. Cette vanne de régulation de pression d’évaporation permet de maintenir une pression minimale du fluide réfrigérant en sortie du troisième échangeur de chaleur 13.
La conduite de contournement D comprend également une vanne deux voies 53.
Le dispositif de gestion thermique 1 illustré à la figure 1 est apte à fonctionner selon différents modes de fonctionnements illustrés aux figures 2 et 3. Sur ces figures 2 et 3 seuls les éléments actifs sont représentés. Le flux de fluide réfrigérant est quant à lui représenté par des flèches.
1) mode de refroidissement :
Le mode de fonctionnement, illustré à la figure 2, est un mode de refroidissement.
Dans ce mode de refroidissement, le fluide réfrigérant passe tout d’abord dans le compresseur 3 au niveau duquel il subit une augmentation de pression et passe à haute pression. Le fluide réfrigérant à haute pression passe ensuite dans le premier échangeur de chaleur 5 qu’il traverse sans échanger de l’énergie calorifique avec le flux d’air interne 100 du fait que le volet 300 est fermé. En sortie du premier échangeur de chaleur 5, le fluide réfrigérant à haute pression ne passe pas dans la deuxième branche de dérivation C du fait que sa vanne deux voies 52 est fermée. Le fluide réfrigérant à haute pression arrive ensuite au niveau du premier dispositif de détente 7 qu’il passe ou contourne tout en restant à haute pression. Le fluide réfrigérant à haute pression traverse ensuite le deuxième échangeur de chaleur 9 au niveau duquel il cède de l’énergie calorifique au flux d’air externe 200. Le deuxième échangeur de chaleur 9 fonctionne en tant que condenseur externe. En sortie du deuxième échangeur de chaleur 9, le fluide réfrigérant à haute pression ne passe pas dans la première branche de dérivation B du fait que sa vanne deux voies 51 est fermée.
Le fluide caloporteur à haute pression arrive ensuite au deuxième dispositif de détente 11 qu’il traverse en subissant une perte de pression. Le fluide réfrigérant passe alors en basse pression. Le fluide réfrigérant à basse pression traverse ensuite le troisième échangeur de chaleur 13 au niveau duquel il absorbe de l’énergie calorifique du flux d’air interne 100. Le troisième échangeur de chaleur 13 fonctionne en tant qu’évaporateur interne. En sortie du troisième échangeur de chaleur 13, le fluide réfrigérant à basse pression contourne la vanne de régulation de pression d’évaporation 15 en passant par la conduite de contournement D du fait que sa vanne deux voies 53 est ouverte. Le fluide réfrigérant à basse pression rejoint ensuite le compresseur 3.
Dans ce mode de refroidissement, l’énergie calorifique récupérée dans le flux d’air interne 100 via le troisième échangeur de chaleur 13, est relâchée dans le flux d’air externe 200 via le deuxième échangeur de chaleur 9.
Le fait que le fluide réfrigérant à basse pression contourne la vanne de régulation de pression d’évaporation 15 permet que la pression du fluide réfrigérant soit la plus basse possible afin que le fluide réfrigérant puisse absorber le plus d’énergie calorifique du flux d’air interne 100. La capacité de refroidissement du troisième échangeur de chaleur 13 n’est donc pas impactée par la présence de cette vanne de régulation de pression d’évaporation 15 dans ce mode de refroidissement.
2) mode de déshumidification :
Le mode de fonctionnement, illustré à la figure 3, est un mode de déshumidification.
Dans ce mode de déshumidification, le fluide réfrigérant passe tout d’abord dans le compresseur 3 au niveau duquel il subit une augmentation de pression et passe à haute pression. Le fluide réfrigérant à haute pression passe ensuite dans le premier échangeur de chaleur 5 qu’il traverse en cédant de l’énergie calorifique au flux d’air interne 100 du fait que le volet 300 est ouvert. En sortie du premier échangeur de chaleur 5, une première portion du fluide réfrigérant à haute pression passe dans la deuxième branche de dérivation C du fait que sa vanne deux voies 52 est ouverte et une deuxième portion du fluide réfrigérant à haute pression rejoint le premier dispositif de détente 7.
La première portion de fluide réfrigérant à haute pression arrive au deuxième dispositif de détente 11 qu’elle traverse en subissant une perte de pression. Le fluide réfrigérant passe alors en basse pression. Le fluide réfrigérant à basse pression traverse ensuite le troisième échangeur de chaleur 13 au niveau duquel il absorbe de l’énergie calorifique du flux d’air interne 100. Le troisième échangeur de chaleur 13 fonctionne en tant qu’évaporateur interne. En sortie du troisième échangeur de chaleur 13, le fluide réfrigérant à basse pression traverse la vanne de régulation de pression d’évaporation 15 du fait que la vanne deux voies 53 est fermée.
La deuxième portion de fluide réfrigérant à haute pression arrive quant à elle au niveau du premier dispositif de détente 7 qu’elle traverse en subissant une perte de pression. Le fluide réfrigérant passe alors en basse pression. Le fluide réfrigérant à basse pression traverse ensuite le deuxième échangeur de chaleur 9 au niveau duquel il absorbe de l’énergie calorifique au flux d’air externe 200. Le deuxième échangeur de chaleur 9 fonctionne en tant qu’évaporateur externe. En sortie du deuxième échangeur de chaleur 9, le fluide réfrigérant à basse pression passe dans la première branche de dérivation B du fait que sa vanne deux voies 51 est ouverte.
Le fluide réfrigérant à haute pression en sortie de la deuxième branche de dérivation C ne reflux pas vers le premier point de raccordement 31 du fait du clapet anti-retour 41. Les deux portions de fluide réfrigérant à basse pression se rejoignent au niveau du deuxième point de raccordement 32 et retournent ensuite au compresseur 3.
Le fait que le fluide réfrigérant à basse pression en sortie du troisième échangeur de chaleur 13 passe par la vanne de régulation de pression d’évaporation 15 permet que la pression du fluide réfrigérant reste à une pression minimale. Cela permet, notamment lorsque la température ambiante est basse ou même négative, de maintenir le troisième échangeur de chaleur 13 à une température d’évaporation positive ou de l’ordre de 0°C afin de limiter les risques de givrage.
Dans ce mode de déshumidification, le deuxième 9 et le troisième 13 échangeur de chaleur ont tous deux un rôle d’évaporateur et fonctionnement en parallèle l’un de l’autre.
Dans ce mode de déshumidification, l’énergie calorifique récupérée dans le flux d’air interne 100 via le troisième échangeur de chaleur 13 et dans le flux d’air externe 200 via le deuxième échangeur de chaleur 9, est relâchée dans le flux d’air interne 100 via le premier échangeur de chaleur 5 qui fonctionne en tant que condenseur interne.
Le dispositif de gestion thermique 1 peut également fonctionner selon d’autres modes de fonctionnement par exemple dans un mode pompe à chaleur dans lequel le troisième échangeur de chaleur 13 n’intervient pas.
La figure 4 montre un dispositif de gestion thermique selon un deuxième mode de réalisation. Ce deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation, illustré à la figure 1, par le fait qu’il comporte une troisième branche de dérivation E. Cette troisième branche de dérivation E est notamment disposée de sorte à être connectée en parallèle du deuxième dispositif de détente 11 et du troisième échangeur de chaleur 13.
La troisième branche de dérivation E comporte notamment un troisième dispositif de détente 17 et un quatrième échangeur de chaleur 19 disposé en aval dudit troisième dispositif de détente 17. Ce quatrième échangeur de chaleur 19 peut notamment être un évaporateur destiné à refroidir directement ou indirectement un ou plusieurs composants du véhicule automobile, par exemple des batteries.
Cette troisième branche de dérivation E relie un septième point de raccordement 37 à un huitième point de raccordement 38. Le septième point de raccordement 37 est disposé sur la branche principale A, en amont du deuxième dispositif de détente 11, entre le deuxième échangeur de chaleur 9 et ledit deuxième dispositif de détente 11. Sur la figure 4, le septième point de raccordement 37 est disposé entre le quatrième point de raccordement 34 et le deuxième dispositif de détente 11. Le huitième point de raccordement 38 est quant à lui disposé en aval du sixième point de raccordement 36 ou de la vanne deux voies 51 de la première branche de dérivation B. Plus précisément, le huitième point de raccordement 38 est disposé entre cette vanne deux voie 51 et le compresseur 3 ou bien entre le sixième point de raccordement 36 et le compresseur 3. Sur la figure 4, ce huitième point de raccordement 38 est disposé sur la première branche de dérivation B, entre la vanne deux voies 51 et le deuxième point de raccordement 32.
Le dispositif de gestion thermique 1 illustré à la figure 4 est apte à fonctionner selon différents modes de fonctionnements illustrés aux figures 5 et 6. Sur ces figures 5 et 6 seuls les éléments actifs sont représentés. Le flux de fluide réfrigérant est quant à lui représenté par des flèches.
3) mode de refroidissement :
Le mode de fonctionnement illustré à la figure 5 est un mode de refroidissement.
Ce mode de refroidissement est similaire à celui illustré à la figure 2, à la différence qu’en sortie du deuxième échangeur de chaleur 9, une première portion du fluide réfrigérant à haute pression passe dans la troisième branche de dérivation E et une deuxième portion du fluide réfrigérant à haute pression reste dans la branche principale et rejoint le deuxième dispositif de détente 11.
La première portion du fluide réfrigérant à haute pression passant par la troisième branche de dérivation E, arrive au troisième dispositif de détente 17 qu’il traverse en subissant une perte de pression. Le fluide réfrigérant passe alors en basse pression. Le fluide réfrigérant à basse pression traverse ensuite le quatrième échangeur de chaleur 19 au niveau duquel il absorbe de l’énergie calorifique aux composants du véhicule automobile. Le quatrième échangeur de chaleur 19 fonctionne en tant qu’évaporateur.
La deuxième portion du fluide caloporteur à haute pression arrive quant à elle au deuxième dispositif de détente 11 qu’elle traverse en subissant une perte de pression. Le fluide réfrigérant passe alors en basse pression. Le fluide réfrigérant à basse pression traverse ensuite le troisième échangeur de chaleur 13 au niveau duquel il absorbe de l’énergie calorifique du flux d’air interne 100. Le troisième échangeur de chaleur 13 fonctionne en tant qu’évaporateur interne. En sortie du troisième échangeur de chaleur 13, le fluide réfrigérant à basse pression contourne la vanne de régulation de pression d’évaporation 15 en passant par la conduite de contournement D du fait que sa vanne deux voies 53 est ouverte.
Les deux portions de fluide réfrigérant se rejoignent en amont du compresseur 3, ici au niveau du deuxième point de raccordement 32 et retournent vers ledit compresseur 3.
Dans ce mode de refroidissement, l’énergie calorifique récupérée dans le flux d’air interne 100 via le troisième échangeur de chaleur 13 et au niveau des composants du véhicule automobile via le quatrième échangeur de chaleur 19, est relâchée dans le flux d’air externe 200 via le deuxième échangeur de chaleur 9.
De même que pour le mode de refroidissement de la figure 1, le fait que le fluide réfrigérant à basse pression contourne la vanne de régulation de pression d’évaporation 15 permet que la pression du fluide réfrigérant soit la plus basse possible afin que le fluide réfrigérant puisse absorber le maximum d’énergie calorifique du flux d’air interne 100. La capacité de refroidissement du troisième échangeur de chaleur 13 n’est donc pas impactée par la présence de cette vanne de régulation de pression d’évaporation 15 dans ce mode de refroidissement.
4) mode de déshumidification :
Le mode de fonctionnement illustré à la figure 6 est un mode de déshumidification.
Ce mode de déshumidification est similaire à celui illustré à la figure 3, à la différence qu’en sortie de la deuxième branche de dérivation C, le fluide réfrigérant à haute pression est de nouveau divisé en une première portion passant dans la troisième branche de dérivation E et une deuxième portion restant dans la branche principale et rejoignant le deuxième dispositif de détente 11.
De même que précédemment, la première portion du fluide réfrigérant à haute pression passant par la troisième branche de dérivation E, arrive au troisième dispositif de détente 17 qu’il traverse en subissant une perte de pression. Le fluide réfrigérant passe alors en basse pression. Le fluide réfrigérant à basse pression traverse ensuite le quatrième échangeur de chaleur 19 au niveau duquel il absorbe de l’énergie calorifique aux composants du véhicule automobile. Le quatrième échangeur de chaleur 19 fonctionne en tant qu’évaporateur.
La deuxième portion de fluide réfrigérant à haute pression arrive au deuxième dispositif de détente 11 qu’elle traverse en subissant une perte de pression. Le fluide réfrigérant passe alors en basse pression. Le fluide réfrigérant à basse pression traverse ensuite le troisième échangeur de chaleur 13 au niveau duquel il absorbe de l’énergie calorifique du flux d’air interne 100. Le troisième échangeur de chaleur 13 fonctionne en tant qu’évaporateur interne. En sortie du troisième échangeur de chaleur 13, le fluide réfrigérant à basse pression traverse la vanne de régulation de pression d’évaporation 15 du fait que la vanne deux voies 53 est fermée.
Le fluide réfrigérant à haute pression en sortie de la deuxième branche de dérivation C ne reflux pas vers le premier point de raccordement 31 du fait du clapet anti-retour 41. Les deux portions de fluide réfrigérant à basse pression se rejoignent au niveau du deuxième point de raccordement 32 et retournent ensuite au compresseur 3.
Le fait que le fluide réfrigérant à basse pression en sortie du troisième échangeur de chaleur 13 passe par la vanne de régulation de pression d’évaporation 15 permet que la pression du fluide réfrigérant reste à une pression minimale. Cela permet, notamment lorsque la température ambiante est basse ou même négative, de maintenir le troisième échangeur de chaleur 13 à une température d’évaporation positive ou de l’ordre de 0°C afin de limiter les risques de givrage.
Dans ce mode de déshumidification, le deuxième 9 le troisième 13 et le quatrième 19 échangeur de chaleur ont tous un rôle d’évaporateur et fonctionnent en parallèle les uns des autres.
Dans ce mode de déshumidification, l’énergie calorifique récupérée dans le flux d’air interne 100 via le troisième échangeur de chaleur 13, dans le flux d’air externe 200 via le deuxième échangeur de chaleur 9 et au niveau des composants du véhicule automobile via le quatrième échangeur de chaleur 19, est relâchée dans le flux d’air interne 100 via le premier échangeur de chaleur 5 qui fonctionne en tant que condenseur interne.
La figure 7 montre un dispositif de gestion thermique 1 dans lequel la troisième branche de dérivation E peut comporter une vanne de régulation de pression 15’ ainsi qu’une conduite de contournement D’ de la vanne de régulation de pression d’évaporation 15’ disposées en aval du quatrième échangeur de chaleur 19. Cette conduite de contournement D’ relie deux points de raccordement 35’, 36’ disposés de part et d’autre de la vanne de régulation de pression 15’. La conduite de contournement D’ comprend également une vanne deux voies 53’.
Comme précédemment concernant le troisième échangeur de chaleur 13, cette vanne de régulation de pression 15’ permet de maintenir une pression minimale du fluide réfrigérant en sortie du quatrième échangeur de chaleur 19. Cela est particulièrement utile lorsque le quatrième échangeur de chaleur 19 doit fonctionner à une pression de fluide réfrigérant supérieure à au moins un évaporateur fonctionnant en parallèle, par exemple le troisième échangeur de chaleur 13 en mode de refroidissement ou le troisième 13 et le deuxième 9 échangeur de chaleur en mode de déshumidification. Cela permet au quatrième échangeur de chaleur 19 d’avoir une température d’évaporation positive ou de l’ordre de 0°C afin de limiter les risques de refroidir trop les composants du véhicule automobile afin par exemple de ne pas les détériorer ou alors de nuire au confort des passagers en utilisant une part trop importante de la puissance de refroidissement du dispositif de gestion thermique 1.
Lorsque le fait d’avoir une pression minimale du fluide réfrigérant en sortie du quatrième échangeur de chaleur 19 n’est plus nécessaire, la vanne deux voie 53’ est ouverte afin que le fluide réfrigérant contourne la vanne de régulation de pression d’évaporation 15’ et ainsi que le quatrième échangeur de chaleur 19 atteigne sa pleine capacité de refroidissement.
La figure 8 montre un dispositif de gestion thermique 1 dans lequel la branche principale A du circuit de fluide réfrigérant peut également comporter une vanne de régulation de pression 15’’ ainsi qu’une conduite de contournement D’’ de la vanne de régulation de pression d’évaporation 15’’ disposées en aval du deuxième échangeur de chaleur 9. Cette conduite de contournement D’’ reliant deux points de raccordement 35’’, 36’’ disposés de part et d’autre de la vanne de régulation de pression 15’’. La vanne de régulation de pression 15’’ et sa conduite de contournement D’’ sont plus particulièrement disposées entre le deuxième échangeur de chaleur 9 et le premier point de raccordement 31. La conduite de contournement D’’ comprend également une vanne deux voies 53’’.
Comme précédemment concernant le troisième échangeur de chaleur 13 ou le quatrième 19 échangeur de chaleur, cette vanne de régulation de pression 15’’ permet de maintenir une pression minimale du fluide réfrigérant en sortie du deuxième échangeur de chaleur 9. Cela est particulièrement utile lorsque le deuxième échangeur de chaleur 9 doit fonctionner à une pression de fluide réfrigérant supérieure à au moins un évaporateur fonctionnant en parallèle, par exemple le troisième échangeur de chaleur 13 et/ou le quatrième échangeur de chaleur 19 en mode de déshumidification. Cela permet au deuxième échangeur de chaleur 9 d’avoir une température d’évaporation positive ou de l’ordre de 0°C par exemple afin de limiter les risques de givrage par exemple en mode déshumidification ou pompe à chaleur. Cela permet également de dégivrer ledit deuxième échangeur de chaleur 9 si besoin.
Lorsque le fait d’avoir une pression minimale du fluide réfrigérant en sortie du deuxième échangeur de chaleur 9 n’est plus nécessaire, la vanne deux voie 53’’ est ouverte afin que le fluide réfrigérant contourne la vanne de régulation de pression d’évaporation 15’’ et ainsi que le deuxième échangeur de chaleur 9 atteigne sa pleine capacité de refroidissement lorsqu’il fonctionne en tant qu’évaporateur ou de dissipation de chaleur lorsqu’il fonctionne en tant que condenseur externe.
Ainsi, on voit bien que pour un circuit de fluide réfrigérant comportant un premier et un deuxième évaporateur 9, 13, 19 fonctionnant en parallèle, une vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’ disposée en aval d’au moins un desdits premier et deuxième évaporateurs 9, 13, 19. permet de maintenir une pression minimale d’évaporation au sein dudit évaporateur 9, 13, 19. Afin que la pression minimale d’évaporation permette un fonctionnement à une température d’évaporation positive ou de l’ordre de 0°C, ladite vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’ est configurée pour s’ouvrir à un différentiel de pression compris entre 0,5 et 5 Bar. De préférence, le différentiel de pression d’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’ est compris entre 0,7 et 1,3 Bar pour un meilleur contrôle de cette température d’évaporation. Le différentiel de pression correspond ici à la différence de pression entre l’amont et l’aval de la vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’.
Le circuit de fluide réfrigérant comporte également une conduite de contournement D, D’, D’’ de la vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’. Cette première conduite de contournement D, D’, D’’ comprend une vanne deux voies 51, 51’, 51’’ afin de contrôler le passage du flux de fluide réfrigérant et appliquer ou non une pression d’évaporation au sein de l’évaporateur 9, 13, 19.
Afin limiter les pertes de charge lorsque le fluide réfrigérant passe dans la conduite de contournement D, D’, D’’, la vanne deux voies 51, 51’, 51’’ a de préférence une ouverture dont le diamètre équivalent est compris entre 8 et 15 millimètres (mm). On entend par là que la section efficace de passage du fluide dans la vanne est la même que celle d’un tube cylindrique d’un diamètre compris entre 8 et 15 millimètres. Autrement dit, la section efficace de passage du fluide est comprise entre 50 et 175 millimètres carrés. (mm2)
Afin de limiter les coûts de fabrication du dispositif de gestion thermique 1, la vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’ peut être une vanne mécanique à différentiel de pression ayant des caractéristiques d’ouverture en fonction du différentiel de pression du fluide réfrigérant entre son amont et son aval tel qu’illustré à la figure 9. La figure 9 représente le diamètre de la section de passage équivalente de la vanne en fonction de la différence de pression aux bornes de la vanne.
Sur le diagramme de la figure 9, en dessous d’un différentiel de pression minimal DPmin, l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’ est constante. Par constante, on entend ici que l’ouverture de la vanne de régulation reste nulle ou presque nulle jusqu’à ce que le différentiel de pression atteigne la valeur de DPmin. Par exemple, l’ouverture de la vanne de régulation peut rester nulle c’est-à-dire fermée jusqu’à une ouverture de 0,8 mm au DPmin. Par ouverture presque nulle, on entend l’ouverture correspondant au débit de fuite de la vanne 15, 15’, 15’’.
Entre le différentiel de pression minimal Dpmin et un différentiel de pression dit de contrôle DPcont, l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’ augmente jusqu’à une ouverture intermédiaire de contrôle Ocont. L’augmentation de l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’ s’effectue selon une première pente P1 constante. Par exemple, l’ouverture intermédiaire de contrôle Ocont peut avoir un diamètre compris entre 1,2 et 3 mm de diamètre . On entend par là que l’ouverture intermédiaire présente une section de passage du fluide équivalente à un tube dont le diamètre est compris entre 1,2 et 3 millimètres. La section efficace de passage du fluide est ainsi comprise entre 1,1 mm2et 7,0 mm2.
Au-delà du différentiel de pression dit de contrôle DPcont, l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’ augmente jusqu’à son ouverture maximale Omax, L’augmentation de l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’ s’effectue selon une deuxième pente P2 constante, supérieure à la première pente P1. Par exemple, l’ouverture maximale de contrôle Omax peut avoir un diamètre compris entre 3 et 5 mm de diamètre . Autrement dit, la section efficace de passage du fluide est alors comprise entre 7,0 mm2et 19,6 mm2.
La vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’ peut notamment être un clapet anti-retour taré qui a un coût faible, bien inférieur au coût d’une vanne à pression constante selon l’état de l’art. Le coût total du dispositif de gestion thermique est ainsi réduit.
Dans les exemples illustrés aux figures 1 à 8, le deuxième 9, le troisième 13 et le quatrième 19 échangeur de chaleur sont tous trois aptes à fonctionner en tant qu’évaporateur. Lorsqu’ils fonctionnent en tant qu’évaporateur, ils ont tous un dispositif de détente 7, 11, 17 dédié. Il est cependant tout à fait possible d’imaginer d’autres architectures de circuit de fluide réfrigérant avec au moins deux échangeurs de chaleur aptes à fonctionner en tant qu’évaporateur et disposé en parallèle l’un de l’autre. De plus il est également possible d’imaginer d’autres architectures par exemple dans lesquelles un dispositif de détente peut être commun à plusieurs évaporateurs en parallèle.
Ainsi, on voit bien que le dispositif de gestion thermique 1 selon l’invention du fait qu’il comporte une vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’ s’ouvrant à un différentiel de pression compris entre 0,5 et 5 Bar et une conduite de contournement D, D’, D’’ en aval d’au moins un évaporateur 9, 13, 19 fonctionnant en parallèle d’un autre évaporateur 9, 13, 19, permet de faire fonctionner ces évaporateurs 9, 13, 19 à des pressions d’évaporation différentes selon les besoins par exemple dans un mode de déshumidification ou de dégivrage. La conduite de contournement D, D’, D’’ permet quant à elle de contourner la vanne de régulation de pression d’évaporation 15, 15’, 15’’et ainsi permet d’utiliser la pleine capacité de refroidissement de l’évaporateur, par exemple dans un mode de refroidissement.

Claims (10)

  1. Dispositif de gestion thermique (1) d’un véhicule automobile, ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant un circuit de fluide réfrigérant dans lequel est destiné à circuler un fluide réfrigérant, ledit circuit de fluide réfrigérant comportant un premier et un deuxième évaporateur (9, 13, 19) fonctionnant en parallèle et une vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) disposée en aval d’au moins un desdits premier et deuxième évaporateurs (9, 13, 19), ladite vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) étant configurée pour s’ouvrir à un différentiel de pression compris entre 0,5 et 5 Bar entre l’amont et l’aval de ladite vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’),
    le circuit de fluide réfrigérant comportant en outre une conduite de contournement (D, D’, D’’) de la vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’), ladite première conduite de contournement (D, D’, D’’) comprenant une vanne deux voies (51, 51’, 51’’).
  2. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le différentiel de pression d’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) est compris entre 0,7 et 1,3 Bar.
  3. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) est une vanne mécanique à différentiel de pression ayant les caractéristiques d’ouverture suivantes :
    - en dessous d’un différentiel de pression minimal (DPmin), l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) est constante,
    - entre le différentiel de pression minimal (Dpmin) et un différentiel de pression dit de contrôle (DPcont), l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) augmente jusqu’à une ouverture intermédiaire de contrôle (Ocont), l’augmentation de l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) s’effectuant selon une première pente (P1) constante,
    - au-delà du différentiel de pression dit de contrôle (DPcont), l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) augmente jusqu’à son ouverture maximale (Omax), l’augmentation de l’ouverture de la vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) s’effectuant selon une deuxième pente (P2) connstante, supérieure à la première pente (P1).
  4. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’ouverture intermédiaire de contrôle de la vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) possède un diamètre compris entre 1,2 et 3 mm.
  5. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l’ouverture maximale de la vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) possède un diamètre compris entre 3 et 5 mm.
  6. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne de régulation de pression d’évaporation (15, 15’, 15’’) est un clapet anti-retour taré.
  7. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne deux voies (51, 51’, 51’’) a une ouverture dont le diamètre est compris entre 8 et 15 mm.
  8. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne de régulation de pression d’évaporation (15) et la conduite de contournement (D) sont disposées en aval d’un échangeur de chaleur (13) destiné à être traversé par un flux d’air interne (100) et apte à fonctionner en tant qu’évaporateur.
  9. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne de régulation de pression d’évaporation (15’’) et la conduite de contournement (D’’) sont disposées en aval d’un échangeur de chaleur (9) destiné à être traversé par un flux d’air externe (200) et apte à fonctionner en tant qu’évaporateur.
  10. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne de régulation de pression d’évaporation (15’) et la conduite de contournement (D’) sont disposées en aval d’un échangeur de chaleur (19) destiné à refroidir un ou plusieurs composants du véhicule automobile et apte à fonctionner en tant qu’évaporateur.
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