FR3104493A1 - Dispositif de gestion thermique inversible - Google Patents

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Abstract

Dispositif de gestion thermique inversible (1) d’un véhicule automobile, ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant un circuit de fluide réfrigérant et comportant : une boucle principale (A) comportant successivement un compresseur (3), un condenseur interne (5), un détendeur thermostatique (7) et un évapo/condenseur externe (9), une première branche de dérivation (B), une deuxième branche de dérivation (C), une troisième branche de dérivation (D) comportant au moins un échangeur de chaleur (11, 13), un premier dispositif de redirection (X) du fluide réfrigérant en provenance du compresseur (3) vers le condenseur interne (5) ou vers la première branche de dérivation (B), un deuxième dispositif de redirection (Y) du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique (7) vers l’au moins un échangeur de chaleur (11, 13) de la troisième branche de dérivation (D) ou vers l’évapo/condenseur (9) un échangeur de chaleur interne (15) disposé sur la boucle principale (A) et configuré pour permettre les échanges d’énergie calorifique entre le fluide réfrigérant à haute pression en amont du détendeur thermostatique (7) et le fluide réfrigérant à basse pression en aval de l’au moins un échangeur de chaleur (11, 13). Figure d’abrégé : Fig. 1

Description

Dispositif de gestion thermique inversible
L’invention se rapporte au domaine des véhicules automobiles et plus particulièrement à un dispositif de gestion thermique inversible pour un véhicule automobile.
Les véhicules automobiles actuels comportent de plus en plus souvent un dispositif de gestion thermique. Généralement, dans un dispositif de gestion thermique «classique», un fluide réfrigérant circule dans un circuit de climatisation et passe successivement dans un compresseur, un premier échangeur de chaleur, appelé condenseur, placé en contact avec un flux d'air extérieur au véhicule automobile pour libérer de la chaleur, un dispositif de détente et un deuxième échangeur de chaleur, appelé évaporateur, placé en contact avec un flux d'air intérieur du véhicule automobile pour le refroidir.
Il existe également des architectures de circuit de climatisation plus complexes qui permettent d'obtenir un dispositif de gestion thermique inversible, c'est à dire qu'il peut utiliser un mode de fonctionnement pompe à chaleur dans lequel il est apte à absorber de l'énergie calorifique dans l'air extérieur au niveau du premier échangeur de chaleur, appelé alors évapo/condenseur, et la restituer dans l'habitacle notamment au moyen d'un troisième échangeur de chaleur dédié.
Cela est possible notamment en utilisant un condenseur interne dédié disposé dans le flux d’air interne et permettant de chauffer ledit flux d’air interne.
Le dispositif de gestion thermique peut également comporter un ou plusieurs échangeurs de chaleurs, généralement disposés en parallèle de l’évaporateur, afin par exemple de refroidir des éléments tels que les batteries dans un véhicule hybride ou électrique.
Le dispositif de gestion thermique comporte ainsi généralement un dispositif de détente dédié en amont de chaque échangeur de chaleur. Une telle architecture n’est pas toujours adaptée car elle demande autant de dispositifs de détente que d’échangeurs de chaleur pouvant jouer le rôle d’évaporateur et donc elle est coûteuse.
Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un dispositif de gestion thermique amélioré et moins coûteux.
La présente invention concerne donc un dispositif de gestion thermique inversible d’un véhicule automobile, ledit dispositif de gestion thermique comportant un circuit de fluide réfrigérant dans lequel circule un fluide réfrigérant et comportant:
  • une boucle principale comportant successivement un compresseur, un condenseur interne, un détendeur thermostatique et un évapo/condenseur externe,
  • une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du compresseur, entre le compresseur et le détendeur thermostatique, à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale en amont de l’évapo/condenseur externe, entre ledit évapo/condenseur externe et le détendeur thermostatique,
  • une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval de l’évapo/condenseur externe, entre ledit évapo/condenseur externe et le compresseur, à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle principale en amont du détendeur thermostatique, entre le premier point de raccordement et ledit détendeur thermostatique,
  • une troisième branche de dérivation reliant un cinquième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du détendeur thermostatique, entre ledit détendeur thermostatique et le deuxième point de raccordement, à un sixième point de raccordement disposé sur la boucle principale en amont du compresseur, entre ledit compresseur et le troisième point de raccordement, ladite troisième branche de dérivation comportant au moins un échangeur de chaleur,
  • un premier dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance du compresseur vers le condenseur interne ou vers la première branche de dérivation,
  • une vanne d’arrêt du fluide réfrigérant disposée sur la boucle principale entre le troisième et le sixième point de raccordement,
  • une première vanne antiretour disposée sur la deuxième branche de dérivation de sorte à bloquer le fluide réfrigérant en provenance du quatrième point de raccordement,
  • un deuxième dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique vers l’au moins un échangeur de chaleur de la troisième branche de dérivation ou vers l’évapo/condenseur,
  • un échangeur de chaleur interne disposé sur la boucle principale et configuré pour permettre les échanges d’énergie calorifique entre le fluide réfrigérant à haute pression en amont du détendeur thermostatique et le fluide réfrigérant à basse pression en provenance du sixième point de raccordement.
Selon un aspect de l’invention, le circuit de fluide réfrigérant comporte en outre une deuxième vanne antiretour disposée sur la boucle principale entre le premier et le quatrième point de raccordement de sorte à bloquer le fluide réfrigérant en provenance dudit quatrième point de raccordement.
Selon un autre aspect de l’invention, le détendeur thermostatique comporte un bulbe thermostatique disposé en amont du compresseur entre le côté basse pression de l’échangeur de chaleur interne et ledit compresseur.
Selon un autre aspect de l’invention, le condenseur interne est disposé sur la boucle principale en aval du premier point de raccordement, entre le premier et le quatrième point de raccordement.
Selon un autre aspect de l’invention, le deuxième dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique comporte:
  • une première vanne d’arrêt disposée sur la boucle principale en amont de l’évapo/condenseur, entre le deuxième point de raccordement et le cinquième point de raccordement,
  • au moins une autre vanne d’arrêt disposée sur la troisième branche de dérivation en amont de l’au moins un échangeur de chaleur, entre le cinquième point de raccordement et l’au moins un échangeur de chaleur.
Selon un autre aspect de l’invention, le circuit de fluide réfrigérant comporte une troisième vanne anti-retour disposée sur la boucle principale entre la première vanne d’arrêt du deuxième dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique et le deuxième point de raccordement de sorte à bloquer le fluide réfrigérant en provenance du deuxième point de raccordement.
Selon un autre aspect de l’invention, la troisième branche de dérivation comporte un évaporateur interne et en ce que le dispositif de gestion thermique inversible comporte une quatrième branche de dérivation comportant un refroidisseur, ladite quatrième branche de dérivation reliant un septième point de raccordement disposé sur la troisième branche de dérivation en aval du cinquième point de raccordement, entre ledit cinquième point de raccordement et l’évaporateur interne, à un huitième point de raccordement disposé sur la troisième branche de dérivation en amont du sixième point de raccordement, entre ledit sixième point de raccordement et l’évaporateur interne, le deuxième dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique étant configuré pour rediriger le fluide vers l’évapo/condenseur ou vers l’évaporateur interne et/ou le refroidisseur.
Selon un autre aspect de l’invention, le deuxième dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique comporte:
  • une deuxième vanne d’arrêt disposée sur la troisième branche de dérivation en amont de l’évaporateur interne, entre ledit évaporateur interne et le septième point de raccordement, et
  • une troisième vanne d’arrêt disposée sur la quatrième branche de dérivation en amont du refroidisseur, entre ledit refroidisseur et le septième point de raccordement.
Selon un autre aspect de l’invention, la première vanne antiretour est également une vanne de régulation de pression configurée pour permettre le passage du fluide réfrigérant dans la deuxième branche de dérivation entre le troisième et le quatrième point de raccordement à une première pression déterminée.
Selon un autre aspect de l’invention, la deuxième vanne antiretour est également une vanne de régulation de pression configurée pour permettre le passage du fluide réfrigérant en provenance du condenseur interne vers le quatrième point de raccordement à une deuxième pression déterminée.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
La figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique inversible,
la figure 2a est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique inversible de la figure 1 selon un premier mode de refroidissement,
la figure 2b est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique inversible de la figure 1 selon un deuxième mode de refroidissement,
la figure 3a est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique inversible de la figure 1 selon un premier mode pompe à chaleur,
la figure 3b est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique inversible de la figure 1 selon un deuxième mode pompe à chaleur,
la figure 4 est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique inversible de la figure 1 selon un mode de déshumidification,
la figure 5 est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique inversible de la figure 1 selon un mode de dégivrage.
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 interchangées 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 interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description.
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 un dispositif de gestion thermique inversible 1 d’un véhicule automobile. Ce dispositif de gestion thermique inversible 1 comporte un circuit de fluide réfrigérant dans lequel circule un fluide réfrigérant. Sur la représentation de la figure 1 ainsi que sur les figures suivantes, le circuit de fluide réfrigérant est notamment divisé en une boucle principale A sur laquelle sont connectées des branches de dérivation B, C, D et E. Le choix de cette boucle principale A est un choix arbitraire utilisé afin de faciliter la compréhension des différents branchements et de la position des différents éléments les uns par rapport aux autres. La boucle principale A est représentée en trait plein et les branches de dérivation B, C, D et E en trait pointillé.
La boucle principale A comporte successivement un compresseur 3, un condenseur interne 5, un détendeur thermostatique 7 et un évapo/condenseur externe 9. On entend ici par «interne» que l’élément est destiné à être traversé par un flux d’air interne (non représenté) qui est lui-même destiné à rejoindre l’habitacle du véhicule automobile. Par «externe», on entend que l’élément est destiné à être traversé par un flux d’air externe (non représenté) en provenance de l’extérieur du véhicule automobile.
Le fluide réfrigérant est notamment destiné à circuler dans le compresseur 3, le condenseur interne 5, le détendeur thermostatique 7 et l’évapo/condenseur externe 9 dans un mode de fonctionnement dit pompe à chaleur qui sera détaillé plus loin dans la description. C’est ce sens de circulation du fluide réfrigérant qui est pris en considération arbitrairement pour faciliter la compréhension et définir les termes «amont» et «aval».
Le dispositif de gestion thermique inversible 1 comporte également une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement 51 à un deuxième point de raccordement 52. Le premier point de raccordement 51 est disposé sur la boucle principale A en aval du compresseur 3, entre ledit compresseur 3 et le détendeur thermostatique 7. Le deuxième point de raccordement 52 est quant à lui disposé sur la boucle principale A en amont de l’évapo/condenseur externe 9, entre ledit évapo/condenseur externe 9 et le détendeur thermostatique 7.
Le dispositif de gestion thermique inversible 1 comporte aussi une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement 53 à un quatrième point de raccordement 54. Le troisième point de raccordement 53 est disposé sur la boucle principale A en aval de l’évapo/condenseur externe 9, entre ledit évapo/condenseur externe 9 et le compresseur 3. Le quatrième point de raccordement 54 est quant à lui disposé sur la boucle principale A en amont du détendeur thermostatique 7, entre le premier point de raccordement 51 et ledit détendeur thermostatique 7. Selon le mode de réalisation illustré à la figure 1, le quatrième point de raccordement 54 est disposé en aval du condenseur interne 5.
Le dispositif de gestion thermique inversible 1 comporte enfin une troisième branche de dérivation D reliant un cinquième point de raccordement 55 à un sixième point de raccordement 56. Le cinquième point de raccordement 55 est disposé sur la boucle principale A en aval du détendeur thermostatique 7, entre ledit détendeur thermostatique 7 et le deuxième point de raccordement 52. Le sixième point de raccordement 56 est quant à lui disposé sur la boucle principale A en amont du compresseur 3, entre ledit compresseur 3 et le troisième point de raccordement 53. Cette troisième branche de dérivation D comporte notamment au moins un échangeur de chaleur 11, 13.
Le condenseur interne 5 peut, selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 1, être disposé en aval du premier point de raccordement 51, entre le premier 51 et le quatrième 54 point de raccordement. Ce positionnement permet que le fluide réfrigérant ne circule dans le condenseur interne 5 que lorsqu’il est nécessaire d’échanger de l’énergie calorifique avec le flux d’air interne le traversant, comme par exemple dans un mode pompe à chaleur.
Selon un deuxième mode de réalisation (non représenté), le condenseur interne 5 peut être disposé en amont du premier point de raccordement 51. Dans ce deuxième mode de réalisation, le fluide réfrigérant circule dans le condenseur interne 5 dans tous les modes de fonctionnement. Si dans l’un de ces modes de fonctionnement il n’est pas nécessaire d’échanger de l’énergie calorifique avec le flux d’air interne traversant le condenseur interne 5, ledit flux d’air interne doit être stoppé ou détourné afin qu’il ne traverse pas le condenseur interne. Le premier mode de réalisation est ainsi préféré car plus simple à mettre en œuvre.
Le dispositif de gestion thermique inversible 1 comporte également un premier dispositif de redirection X du fluide réfrigérant en provenance du compresseur 3 vers le quatrième point de raccordement 54 ou vers la première branche de dérivation B. Ce premier dispositif de redirection X permet de choisir si le fluide réfrigérant en provenance du compresseur 3 est redirigé vers le quatrième point de raccordement 54 ou vers la première branche de dérivation B selon le mode de fonctionnement choisi.
Ce premier dispositif de redirection X peut notamment être composé d’une première 21 et d’une deuxième 22 vanne d’arrêt. La première vanne d’arrêt 21 est disposée sur la boucle principale A en amont du quatrième point de raccordement 54, entre le premier 51 et ledit quatrième point de raccordement 54. La deuxième vanne d’arrêt 22 est disposée sur la première branche de dérivation B. En fonction de l’ouverture ou de la fermeture de ces vannes d’arrêt 21-22 il est ainsi possible de contrôler la direction du fluide réfrigérant. Une alternative peut être une vanne trois-voies disposée au niveau du premier point de raccordement.
Le dispositif de gestion thermique inversible 1 comporte également divers éléments de contrôle de la circulation du fluide réfrigérant permettant le fonctionnement selon différents modes de fonctionnement.
Le dispositif de gestion thermique inversible 1 comporte ainsi un échangeur de chaleur interne 15 disposé sur la boucle principale A et configuré pour permettre les échanges d’énergie calorifique entre le fluide réfrigérant à haute pression en amont du détendeur thermostatique 7 et le fluide réfrigérant à basse pression en provenance du sixième point de raccordement 56. Le côté haute pression de l’échangeur de chaleur interne 15 est notamment disposé entre le quatrième point de raccordement 54 et le détendeur thermostatique 7. Le côté basse pression de l’échangeur de chaleur interne 15 est quant à lui disposé entre le sixième point de raccordement 56 et le compresseur 3.
La deuxième branche de dérivation C comporte ainsi une première vanne antiretour 24 disposée de sorte à bloquer le fluide réfrigérant en provenance du du quatrième point de raccordement 54. Cette première vanne antiretour 24 peut être un clapet anti-retour. Selon une variante, cette première vanne antiretour 24 peut notamment être une vanne de régulation de pression configurée pour permettre le passage du fluide réfrigérant dans la deuxième branche de dérivation C entre le troisième 53 et le quatrième 54 point de raccordement à une première pression déterminée. Cette première pression déterminée est notamment utile pour permettre au fluide réfrigérant à haute pression de subir un sous-refroidissement optimal lorsqu’il traverse l’échangeur de chaleur interne 15 notamment dans un mode de refroidissement tel que décrit plus loin dans la description. Cela permet une amélioration du coefficient de performance du dispositif de gestion thermique inversible 1. Cette première pression déterminée peut notamment être choisie parmi des tables d’essais en fonction de différents paramètres tels que la température extérieure, la température cible au sein de l’habitacle, ainsi que la pression et la température du fluide réfrigérant à différentes positions dans le dispositif de gestion thermique inversible 1.
La boucle principale A comporte une vanne d’arrêt 23 du fluide réfrigérant disposée entre le troisième 53 et le sixième 56 point de raccordement.
La boucle principale A peut comporter également une deuxième vanne antiretour 25 disposée entre le premier 51 et le quatrième 54 point de raccordement de sorte à bloquer le fluide réfrigérant en provenance du quatrième point de raccordement 54, plus précisément de la deuxième branche de dérivation C. Cette deuxième vanne antiretour 25 peut être un clapet anti-retour. Selon une variante, cette deuxième vanne antiretour 25 peut également être une vanne de régulation de pression configurée pour permettre le passage du fluide réfrigérant en provenance du premier point de raccordement 51 vers le quatrième point de raccordement 54 à une deuxième pression déterminée. Cette deuxième pression déterminée est notamment utile pour permettre au fluide réfrigérant à haute pression de subir un sous-refroidissement optimal lorsqu’il traverse l’échangeur de chaleur interne 15 notamment dans un mode pompe à chaleur tel que décrit plus loin dans la description. Cela permet une amélioration du coefficient de performance du dispositif de gestion thermique inversible 1 tout en limitant la surchauffe du fluide réfrigérant à basse pression qui rentre dans le compresseur 3. Cette deuxième pression déterminée peut notamment être choisie parmi des tables d’essais en fonction de différents paramètres tels que la température extérieure, la température cible au sein de l’habitacle, ainsi que la pression et la température du fluide réfrigérant à différentes positions dans le dispositif de gestion thermique inversible 1.
Le dispositif de gestion thermique inversible 1 comporte en outre un deuxième dispositif de redirection Y du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 vers l’au moins un échangeur de chaleur 11, 13 de la troisième branche de dérivation D ou vers l’évapo/condenseur 9. Ce deuxième dispositif de redirection Y du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 permet ainsi de rediriger le fluide réfrigérant ayant traversé le détendeur thermostatique.
Le deuxième dispositif de redirection Y du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 peut notamment comporter:
  • une première vanne d’arrêt 31 disposée sur la boucle principale A en amont de l’évapo/condenseur 9, entre le cinquième point de raccordement 55 et la deuxième vanne antiretour 25,
  • au moins une autre vanne d’arrêt 32, 33 disposée sur la troisième branche de dérivation D en amont de l’au moins un échangeur de chaleur 11, 13, entre le cinquième point de raccordement 55 et l’au moins un échangeur de chaleur 11, 13.
La boucle principale A peut également comporter optionnellement une troisième vanne anti-retour 26 disposée entre la première vanne d’arrêt 31 du deuxième dispositif de redirection Y du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 et le deuxième 52 point de raccordement de sorte à bloquer le fluide réfrigérant en provenance du deuxième point de raccordement 52. Cette troisième vanne antiretour 26 peut être un clapet anti-retour. Cette troisième vanne anti-retour 26 permet d’éviter un reflux de fluide réfrigérant en provenance du deuxième point de raccordement 52, par exemple dans un mode de refroidissement vers la première vanne anti-retour 31. L’étanchéité de cette première vanne d’arrêt est alors améliorée et il est possible d’utiliser une première vanne d’arrêt 31 à simple flux moins onéreuse.
Le détendeur thermostatique 7 peut notamment comporter un bulbe thermostatique 70 disposé en amont du compresseur 3 entre le côté basse pression de l’échangeur de chaleur interne 15 et ledit compresseur 3. L’utilisation d’un détendeur thermostatique 7 permet une réduction des coûts de production du dispositif de gestion thermique inversible 1.
Dans l’exemple illustré à la figure 1, le dispositif de gestion thermique inversible 1 comporte deux échangeurs de chaleurs 11, 13 sur la troisième branche de dérivation D. Plus précisément, ces deux échangeurs de chaleurs 11, 13 sont connectés en parallèle l’un de l’autre. Ainsi, la troisième branche de dérivation D comporte un évaporateur interne 11 et un refroidisseur 13. Ce refroidisseur 13 est disposé sur une quatrième branche de dérivation E reliant un septième point de raccordement 57 à un huitième point de raccordement 58. Le septième point de raccordement 57 est disposé sur la troisième branche de dérivation D en aval du cinquième point de raccordement 55, entre ledit cinquième point de raccordement 55 et l’évaporateur interne 11. Le huitième point de raccordement 58 est quant à lui disposé sur la troisième branche de dérivation D en amont du sixième point de raccordement 56, entre ledit sixième point de raccordement 56 et l’évaporateur interne 11.
Dans cet exemple, le deuxième dispositif de redirection Y du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 est configuré pour rediriger le fluide vers l’évapo/condenseur 9 ou vers l’évaporateur interne 11 et/ou le refroidisseur 13. Pour cela, le deuxième dispositif de redirection Y du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 peut notamment comporter:
  • une deuxième vanne d’arrêt 32 disposée sur la troisième branche de dérivation D en amont de l’évaporateur interne 11, entre ledit évaporateur interne 11 et le septième point de raccordement 57, et
  • une troisième vanne d’arrêt 33 disposée sur la quatrième branche de dérivation E en amont du refroidisseur 13, entre ledit refroidisseur 13 et le septième point de raccordement 57.
Il est à noter que l’invention ne se limite pas à un exemple avec un ou deux échangeurs de chaleur 11, 13 et qu’il est possible d’avoir un plus grand nombre d’échangeurs de chaleur 11, 13 sur la troisième branche de dérivation D. Le deuxième dispositif de redirection 7 du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 peut être configuré pour contrôler la distribution du fluide réfrigérant pour chacun de ces échangeurs de chaleur 11, 13.
L’évaporateur Selon un autre aspect de l’invention, 11 peut être plus particulièrement disposé dans le flux d’air interne à destination de l’habitacle afin de refroidir ce dernier. Le refroidisseur 13 peut quant à lui être par exemple un refroidisseur destiné à refroidir des éléments tels que les batteries d’un véhicule automobile électrique ou hybride. Le refroidisseur 13 peut encore être par exemple un autre évaporateur placé dans un flux d’air interne par exemple dans le cas d’une climatisation à plusieurs zones.
Le dispositif de gestion thermique inversible 1 peut également comporter un dispositif de séparation de phase (non représenté) comme par exemple un accumulateur. Cet accumulateur peut être par exemple disposé sur la boucle principale A en amont de la partie basse pression de l’échangeur de chaleur interne 15. Plus précisément, cette accumulateur peut être disposé entre le sixième point de raccordement 56 et l’échangeur de chaleur interne 15.
A la place d’un accumulateur, le dispositif de gestion thermique inversible 1 peut comporter un bouteille dessicante (non représentée). Cette bouteille dessicante peut être disposée en aval du condenseur interne 5. Plus précisément, la bouteille dessicante peut être disposée entre le quatrième point de raccordement 54 et la partie haute pression de l’échangeur de chaleur interne 15.
Les figures 2a à 6 montrent le dispositif de gestion thermique inversible 1 selon différents modes de fonctionnement. Sur ces figures 2a à 6, seuls les éléments actifs sont représentés. Le sens de circulation du fluide réfrigérant est représenté par des flèches.
1) P remier mode de refroidissement:
La figure 2a montre le dispositif de gestion thermique inversible 1 selon un premier mode de fonctionnement dit de refroidissement.
Dans ce premier mode de refroidissement, le fluide réfrigérant passe tout d’abord par le compresseur 3 au niveau duquel il subit une augmentation de pression. Le fluide réfrigérant à haute pression passe ensuite dans la première branche de dérivation B et rejoint l’évapo/condenseur 9. Le fluide réfrigérant à haute pression cède de l’énergie calorifique au flux d’air externe et passe dans la deuxième branche de dérivation C. Le fluide réfrigérant à haute pression passe ensuite par l’échangeur de chaleur interne 15 où il subit un sous-refroidissement. Le fluide réfrigérant à haute pression passe ensuite dans le détendeur thermostatique 7 au niveau duquel il subit une perte de pression. Le fluide réfrigérant à basse pression passe ensuite dans la troisième branche de dérivation D et passe dans l’évaporateur interne 11 au niveau duquel il récupère de l’énergie calorifique dans le flux d’air interne. Le fluide réfrigérant à basse pression passe dans l’échangeur de chaleur interne 15 où il subit une surchauffe et retourne ensuite dans le compresseur 3.
Pour que ce trajet soit possible, le premier dispositif de redirection X du fluide réfrigérant en provenance du compresseur 3 redirige le fluide réfrigérant vers la première branche de dérivation B. Pour cela, sa première vanne d’arrêt 21 est fermée et sa deuxième vanne d’arrêt 22 est ouverte.
Dans ce premier mode de refroidissement, le fluide réfrigérant en sortie du détendeur thermostatique 7 passe uniquement dans l’évaporateur interne 11. Le deuxième dispositif de redirection Y du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 redirige le fluide réfrigérant uniquement vers l’évaporateur interne 11. Pour cela, sa première vanne d’arrêt 31 est fermée. Sa deuxième vanne d’arrêt 32 est ouverte et sa troisième vanne d’arrêt 33 est fermée. La vanne d’arrêt 23 est quant à elle fermée.
Dans ce premier mode de refroidissement, le dispositif de gestion thermique inversible 1 est utilisé pour refroidir exclusivement le flux d’air interne traversant l’évaporateur interne 11 afin de refroidir l’habitacle.
2) D euxième mode de refroidissement:
La figure 2b montre le dispositif de gestion thermique inversible 1 selon un deuxième mode de refroidissement.
Ce deuxième mode de refroidissement est identique au premier mode de refroidissement à la différence qu’en sortie du détendeur thermostatique 7 le fluide réfrigérant passe dans la troisième branche de dérivation D et dans la quatrième branche de dérivation E pour traverser à la fois le refroidisseur 13 et l’évaporateur interne 11. Au niveau du refroidisseur 13 et de l’évaporateur interne 11, le fluide réfrigérant récupère de l’énergie calorifique.
Dans ce deuxième mode de refroidissement, le fluide réfrigérant en sortie du détendeur thermostatique 7 passe à la fois dans le refroidisseur 13 et dans l’évaporateur interne 11. Le deuxième dispositif de redirection Y du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 redirige le fluide réfrigérant simultanément vers le refroidisseur 13 et l’évaporateur interne 11. Pour cela, sa première vanne d’arrêt 31 est fermée. Sa deuxième 32 et troisième 33 vanne d’arrêt sont ouvertes. La vanne d’arrêt 23 est quant à elle fermée.
Dans ce deuxième mode de refroidissement, le dispositif de gestion thermique inversible 1 est utilisé pour refroidir à la fois le flux d’air interne et l’élément associé au refroidisseur 13, par exemple les batteries d’un véhicule automobile hybride ou électrique.
Le dispositif de gestion thermique inversible 1 peut également fonctionner selon un troisième mode de refroidissement (non représenté) dans lequel le fluide réfrigérant en sortie du détendeur thermostatique 7 passe uniquement dans le refroidisseur 13. Le deuxième dispositif de redirection Y du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 redirige le fluide réfrigérant uniquement vers le refroidisseur 13. Pour cela, sa première vanne d’arrêt 31 est fermée. Sa deuxième vanne d’arrêt 32 est fermée et sa troisième vanne d’arrêt 33 est ouverte. La vanne d’arrêt 23 est quant à elle fermée. Dans ce troisième mode de refroidissement, le dispositif de gestion thermique inversible 1 est utilisé pour refroidir exclusivement l’élément associé au refroidisseur 13, par exemple les batteries d’un véhicule automobile hybride ou électrique.
3) P remier mode pompe à chaleur:
La figure 3a montre le dispositif de gestion thermique inversible 1 selon un premier mode de fonctionnement dit pompe à chaleur.
Dans ce premier mode pompe à chaleur, le fluide réfrigérant passe tout d’abord par le compresseur 3 au niveau duquel il subit une augmentation de pression. Le fluide réfrigérant à haute pression passe ensuite dans le condenseur interne 5 qui est traversé par le flux d’air interne. Le fluide réfrigérant à haute pression cède de l’énergie calorifique au flux d’air interne et passe ensuite dans l’échangeur de chaleur interne 15 où il subit un sous-refroidissement. Le fluide réfrigérant passe ensuite dans le détendeur thermostatique 7 au niveau duquel il subit une perte de pression. Le fluide réfrigérant à basse pression passe ensuite dans l’évapo/condenseur 9 au niveau duquel il récupère de l’énergie calorifique dans le flux d’air externe. Le fluide réfrigérant à basse pression passe ensuite dans l’échangeur de chaleur interne 15 où il subit une surchauffe et retourne ensuite dans le compresseur 3.
Dans ce premier mode pompe à chaleur, le fluide réfrigérant circule uniquement dans la boucle principale A.
Pour que ce trajet soit possible, le premier dispositif de redirection X du fluide réfrigérant en provenance du compresseur 3 redirige le fluide réfrigérant vers le détendeur thermostatique 7. Pour cela, sa première vanne d’arrêt 21 est ouverte et sa deuxième vanne d’arrêt 22 est fermée.
Le deuxième dispositif de redirection Y du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 redirige quant à lui le fluide réfrigérant vers l’évapo/condenseur 9. Pour cela, sa première vanne d’arrêt 31 est ouverte et ses deuxième 32 et troisième 33 vannes d’arrêt sont fermées. La vanne d’arrêt 23 est quant à elle ouverte.
Ce premier mode pompe à chaleur permet de réchauffer le flux d’air interne et ainsi de chauffer l’habitacle du véhicule automobile.
4) D euxième mode pompe à chaleur:
La figure 3b montre le dispositif de gestion thermique inversible 1 selon un deuxième mode pompe à chaleur.
Ce deuxième mode pompe à chaleur est identique au premier mode pompe à chaleur à la différence qu’en sortie du détendeur thermostatique 7 le fluide réfrigérant passe également dans la troisième branche de dérivation D et dans la quatrième branche de dérivation E pour traverser à la fois le refroidisseur 13 et l’évaporateur interne 11 en parallèle de l’évapo/condenseur 9. Au niveau du refroidisseur 13 et de l’évaporateur interne 11, le fluide réfrigérant récupère de l’énergie calorifique.
Dans ce deuxième mode pompe à chaleur, le fluide réfrigérant en sortie du détendeur thermostatique 7 passe à la fois dans le refroidisseur 13 et dans l’évaporateur interne 11. Le deuxième dispositif de redirection Y du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 redirige le fluide réfrigérant simultanément vers le refroidisseur 13 et l’évaporateur interne 11. Pour cela, sa première vanne d’arrêt 31 est ouverte. Sa deuxième 32 et troisième 33 vanne d’arrêt sont ouvertes.
Dans ce deuxième mode pompe à chaleur, le dispositif de gestion thermique inversible 1 est utilisé pour réchauffer le flux d’air interne en absorbant de l’énergie calorifique au niveau de l’évapo/condenseur 9 mais également en récupérant de l’énergie calorifique au niveau de l’élément associé au refroidisseur 13, par exemple les batteries d’un véhicule automobile hybride ou électrique et au niveau de l’évaporateur interne 11. Cela est particulièrement utile pour un chauffage rapide du flux d’air interne au niveau du condenseur interne 5 avec une température externe de l’ordre de 5°C.
Il est également possible d’imaginer un mode pompe à chaleur similaire dans lequel le dispositif de gestion thermique inversible 1 permet une récupération d’énergie calorifique au niveau du seul refroidisseur 13 en complément de l’évapo/condenseur 9.
5) M ode de déshumidification:
La figure 4 montre le dispositif de gestion thermique inversible 1 selon un mode de fonctionnement dit de déshumidification.
Dans ce mode de déshumidification, le fluide réfrigérant passe tout d’abord par le compresseur 3 au niveau duquel il subit une augmentation de pression. Le fluide réfrigérant à haute pression passe ensuite dans le condenseur interne 5 qui est traversé par le flux d’air interne. Le fluide réfrigérant à haute pression cède de l’énergie calorifique au flux d’air interne et passe ensuite dans l’échangeur de chaleur interne 15 où il subit un sous-refroidissement. Le fluide réfrigérant passe ensuite dans le détendeur thermostatique 7 au niveau duquel il subit une perte de pression.
Une partie du fluide réfrigérant à basse pression passe ensuite dans l’évapo/condenseur 9 au niveau duquel il récupère de l’énergie calorifique dans le flux d’air externe.
Une autre partie du fluide réfrigérant à basse pression passe quant à elle dans l’évaporateur interne 11 au niveau duquel il récupère de l’énergie au flux d’air interne.
Les deux fluides réfrigérant à basse pression se rejoignent au niveau du sixième point de raccordement 56. Le fluide réfrigérant à basse pression passe ensuite dans l’échangeur de chaleur interne 15 où il subit une surchauffe et retourne ensuite dans le compresseur 3.
Pour que ce trajet soit possible, le premier dispositif de redirection X du fluide réfrigérant en provenance du compresseur 3 redirige le fluide réfrigérant vers le détendeur thermostatique 7. Pour cela, sa première vanne d’arrêt 21 est ouverte et sa deuxième vanne d’arrêt 22 est fermée.
Le deuxième dispositif de redirection Y du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 redirige quant à lui le fluide réfrigérant vers l’évapo/condenseur 9 et vers l’évaporateur interne 11. Pour cela, ses première 31 et deuxième 32 vannes d’arrêt 31 sont ouvertes et sa troisième vanne d’arrêt 33 est fermée. La vanne d’arrêt 23 est quant à elle ouverte.
Généralement, le condenseur interne 5 est disposé en aval de l’évaporateur interne 11 dans le sens de circulation du flux d’air interne. Ainsi le flux d’air interne subit dans ce mode de déshumidification un refroidissement et un réchauffement ce qui conduit à sa déshumidification.
Il est possible d’imaginer un autre mode de déshumidification dans le cas où le condenseur interne 5 est disposé en amont du premier point de raccordement 51. Dans ce cas de figure il est possible que le fluide réfrigérant à haute pression circule successivement dans le condenseur interne 5 au niveau duquel il réchauffe le flux d’air interne. Le fluide réfrigérant à haute pression emprunte ensuite la première branche de dérivation B et rejoint l’évapo/condenseur 9 où il cède de l’énergie calorifique au flux d’air externe. Le fluide réfrigérant à haute pression passe ensuite par la deuxième branche de dérivation C et l’échangeur de chaleur interne 15 où il subit un sous-refroidissement. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le détendeur thermostatique 7 où il subit une perte de pression. Le fluide réfrigérant à basse pression passe ensuite dans l’évaporateur interne 11 au niveau duquel il refroidit le flux d’air interne. Le fluide réfrigérant à basse pression passe ensuite par l’échangeur de chaleur interne 15 où il subit une surchauffe avant de retourner au compresseur 3. La circulation du fluide réfrigérant ce fait ici en série entre les différents échangeurs de chaleur.
6) M ode de dégivrage:
La figure 5 montre le dispositif de gestion thermique inversible 1 selon un mode de fonctionnement dit de dégivrage.
Dans ce mode de dégivrage, le fluide réfrigérant passe tout d’abord par le compresseur 3 au niveau duquel il subit une augmentation de pression. Le fluide réfrigérant à haute pression passe ensuite dans la première branche de dérivation B et rejoint l’évapo/condenseur 9. Le fluide réfrigérant à haute pression traverse l’évapo/condenseur 9 et cède de l’énergie calorifique non pas au flux d’air externe mais à l’évapo/condenseur 9 lui-même afin de le dégivrer. Le flux d’air externe est pour cela bloqué afin qu’il ne traverse pas l’évapo/condenseur 9, par exemple par la fermeture de volets d’un dispositif d’obturation de face avant. Le fluide réfrigérant à haute pression passe ensuite par l’échangeur de chaleur interne 15 où il subit un sous-refroidissement via la deuxième branche de dérivation C. Le fluide réfrigérant à haute pression passe ensuite dans le détendeur thermostatique 7 au niveau duquel il subit une perte de pression. Le fluide réfrigérant à basse pression passe ensuite dans la troisième branche de dérivation D et passe dans le refroidisseur 13 au niveau duquel il récupère de l’énergie calorifique de l’élément qui lui est lié. Le fluide réfrigérant à basse pression passe dans l’échangeur de chaleur interne 15 où il subit une surchauffe et retourne ensuite dans le compresseur 3.
Pour que ce trajet soit possible, le premier dispositif de redirection X du fluide réfrigérant en provenance du compresseur 3 redirige le fluide réfrigérant vers la première branche de dérivation B. Pour cela, sa première vanne d’arrêt 21 est fermée et sa deuxième vanne d’arrêt 22 est ouverte.
Dans ce mode de dégivrage, le fluide réfrigérant en sortie du détendeur thermostatique 7 passe uniquement dans le refroidisseur 13. Le deuxième dispositif de redirection Y du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique 7 redirige le fluide réfrigérant uniquement vers le refroidisseur 13. Pour cela, sa première vanne d’arrêt 31 est fermée. Sa deuxième vanne d’arrêt 32 est fermée et sa troisième vanne d’arrêt 33 est ouverte. La vanne d’arrêt 23 est quant à elle fermée.
Ce mode de dégivrage permet de dégivrer l’évapo/condenseur 9 du givre pouvant se former lors du mode pompe à chaleur en récupérant de l’énergie calorifique au niveau du refroidisseur 13. Cela est particulièrement efficace lors d’un trajet à grande vitesse par exemple sur autoroute durant lequel les volets d’un dispositif d’obturation de face avant sont fermés.
Ainsi, on voit bien que part son architecture, le dispositif de gestion thermique inversible 1 est économique tout en conservant une grande variété de modes de fonctionnement. De plus le dispositif de gestion thermique inversible 1 est également efficace et performant.

Claims (10)

  1. Dispositif de gestion thermique inversible (1) d’un véhicule automobile, ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant un circuit de fluide réfrigérant dans lequel circule un fluide réfrigérant et comportant:
    • une boucle principale (A) comportant successivement un compresseur (3), un condenseur interne (5), un détendeur thermostatique (7) et un évapo/condenseur externe (9),
    • une première branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement (51) disposé sur la boucle principale (A) en aval du compresseur (3), entre le compresseur (3) et le détendeur thermostatique (7), à un deuxième point de raccordement (52) disposé sur la boucle principale (A) en amont de l’évapo/condenseur externe (9), entre ledit évapo/condenseur externe (9) et le détendeur thermostatique (7),
    • une deuxième branche de dérivation (C) reliant un troisième point de raccordement (53) disposé sur la boucle principale (A) en aval de l’évapo/condenseur externe (9), entre ledit évapo/condenseur externe (9) et le compresseur (3), à un quatrième point de raccordement (54) disposé sur la boucle principale (A) en amont du détendeur thermostatique (7), entre le premier point de raccordement (51) et ledit détendeur thermostatique (7),
    • une troisième branche de dérivation (D) reliant un cinquième point de raccordement (55) disposé sur la boucle principale (A) en aval du détendeur thermostatique (7), entre ledit détendeur thermostatique (7) et le deuxième point de raccordement (52), à un sixième point de raccordement (56) disposé sur la boucle principale (A) en amont du compresseur (3), entre ledit compresseur (3) et le troisième point de raccordement (53), ladite troisième branche de dérivation (D) comportant au moins un échangeur de chaleur (11, 13),
    • un premier dispositif de redirection (X) du fluide réfrigérant en provenance du compresseur (3) vers le condenseur interne (5) ou vers la première branche de dérivation (B),
    • une vanne d’arrêt (23) du fluide réfrigérant disposée sur la boucle principale (A) entre le troisième (53) et le sixième (56) point de raccordement,
    • une première vanne antiretour (24) disposée sur la deuxième branche de dérivation (C) de sorte à bloquer le fluide réfrigérant en provenance du quatrième point de raccordement (54),
    • un deuxième dispositif de redirection (Y) du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique (7) vers l’au moins un échangeur de chaleur (11, 13) de la troisième branche de dérivation (D) ou vers l’évapo/condenseur (9),
    • un échangeur de chaleur interne (15) disposé sur la boucle principale (A) et configuré pour permettre les échanges d’énergie calorifique entre le fluide réfrigérant à haute pression en amont du détendeur thermostatique (7) et le fluide réfrigérant à basse pression en provenance du sixième point de raccordement (56).
  2. Dispositif de gestion thermique inversible (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit de fluide réfrigérant comporte en outre une deuxième vanne antiretour (25) disposée sur la boucle principale (A) entre le premier (51) et le quatrième (54) point de raccordement de sorte à bloquer le fluide réfrigérant en provenance dudit quatrième point de raccordement (54).
  3. Dispositif de gestion thermique inversible (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détendeur thermostatique (7) comporte un bulbe thermostatique (70) disposé en amont du compresseur (3) entre le côté basse pression de l’échangeur de chaleur interne (15) et ledit compresseur (3).
  4. Dispositif de gestion thermique inversible (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le condenseur interne (5) est disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier point de raccordement (51), entre le premier (51) et le quatrième (54) point de raccordement.
  5. Dispositif de gestion thermique inversible (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième dispositif de redirection (Y) du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique (7) comporte:
    • une première vanne d’arrêt (31) disposée sur la boucle principale (A) en amont de l’évapo/condenseur (9), entre le deuxième point de raccordement (52) et le cinquième point de raccordement (55),
    • au moins une autre vanne d’arrêt (32, 33) disposée sur la troisième branche de dérivation (D) en amont de l’au moins un échangeur de chaleur (11, 13), entre le cinquième point de raccordement (55) et l’au moins un échangeur de chaleur (11, 13).
  6. Dispositif de gestion thermique inversible (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit de fluide réfrigérant comporte une troisième vanne anti-retour (26) disposée sur la boucle principale (A) entre la première vanne d’arrêt (31) du deuxième dispositif de redirection (Y) du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique (7) et le deuxième point de raccordement (52) de sorte à bloquer le fluide réfrigérant en provenance du deuxième point de raccordement (52).
  7. Dispositif de gestion thermique inversible (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième branche de dérivation (D) comporte un évaporateur interne (11) et en ce que le dispositif de gestion thermique inversible (1) comporte une quatrième branche de dérivation (E) comportant un refroidisseur (15), ladite quatrième branche de dérivation (E) reliant un septième point de raccordement (57) disposé sur la troisième branche de dérivation (D) en aval du cinquième point de raccordement (55), entre ledit cinquième point de raccordement (55) et l’évaporateur interne (11), à un huitième point de raccordement (58) disposé sur la troisième branche de dérivation (D) en amont du sixième point de raccordement (56), entre ledit sixième point de raccordement (56) et l’évaporateur interne (11), le deuxième dispositif de redirection (Y) du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique (7) étant configuré pour rediriger le fluide vers l’évapo/condenseur (9) ou vers l’évaporateur interne (11) et/ou le refroidisseur (15).
  8. Dispositif de gestion thermique inversible (1) selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le deuxième dispositif de redirection (Y) du fluide réfrigérant en provenance du détendeur thermostatique (7) comporte:
    • une deuxième vanne d’arrêt (32) disposée sur la troisième branche de dérivation (D) en amont de l’évaporateur interne (11), entre ledit évaporateur interne (11) et le septième point de raccordement (57), et
    • une troisième vanne d’arrêt (33) disposée sur la quatrième branche de dérivation (E) en amont du refroidisseur (13), entre ledit refroidisseur (13) et le septième point de raccordement (57).
  9. Dispositif de gestion thermique inversible (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première vanne antiretour (24) est également une vanne de régulation de pression configurée pour permettre le passage du fluide réfrigérant dans la deuxième branche de dérivation (C) entre le troisième (53) et le quatrième (54) point de raccordement à une première pression déterminée.
  10. Dispositif de gestion thermique inversible (1) selon la revendication 2 ou selon l’une quelconque des revendications 3 à 9 en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que la deuxième vanne antiretour (25) est également une vanne de régulation de pression configurée pour permettre le passage du fluide réfrigérant en provenance du condenseur interne (5) vers le quatrième point de raccordement (54) à une deuxième pression déterminée.
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