FR3104494A1 - Systeme de traitement thermique destine a un vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

TITRE DE L’INVENTION : SYSTEME DE TRAITEMENT THERMIQUE POUR UN VEHICULE AUTOMOBILE L’invention concerne un système (100) de traitement thermique destiné à un véhicule, comprenant au moins un circuit (110) de fluide réfrigérant, le circuit (110) de fluide réfrigérant comprenant, au moins, un dispositif de compression (120), au moins un premier échangeur thermique (130), au moins un deuxième échangeur thermique (140), au moins un troisième échangeur thermique (150), au moins un premier organe de détente (170) et au moins un deuxième organe de détente (171), le premier échangeur thermique (130) étant configuré pour transmettre des calories issues du fluide réfrigérant à un flux d’air interne destiné à être envoyé dans l’habitacle, le deuxième échangeur thermique (140) étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le flux d’air interne et le troisième échangeur thermique (150) étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d’air externe au véhicule, le premier organe de détente (170) étant configuré pour opérer une détente du fluide réfrigérant qui quitte le premier échangeur thermique (130) et le deuxième organe de détente étant configuré pour opérer une détente du fluide réfrigérant qui quitte le deuxième échangeur thermique (140), caractérisé en ce qu’au moins une première vanne « tout ou rien » est agencée entre le dispositif de compression (120) et le premier échangeur thermique (130) et en ce qu’au moins une deuxième vanne « tout ou rien », distincte de la première vanne « tout ou rien », est agencée entre le dispositif de compression (120) et le troisième échangeur thermique (150). Figure 1

Description

SYSTEME DE TRAITEMENT THERMIQUE DESTINE A UN VEHICULE AUTOMOBILE
Le domaine de la présente invention est celui des systèmes de traitement thermique exploités pour chauffer ou refroidir une enceinte ou un composant d’un véhicule, notamment un composant d’une chaîne de traction de ce véhicule.
Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’un circuit de fluide réfrigérant utilisé pour chauffer ou refroidir différentes zones ou différents composants du véhicule. Il est notamment connu d’utiliser ce circuit de fluide réfrigérant pour traiter thermiquement un flux d’air envoyé dans l’habitacle du véhicule équipé d’un tel circuit.
Dans une autre application de ce circuit, il est connu de l’utiliser pour refroidir composant de la chaîne de traction électrique du véhicule, tel que par exemple un dispositif de stockage d’énergie électrique, ce dernier étant utilisé pour fournir une énergie à un moteur électrique capable de mettre en mouvement le véhicule. Le circuit de fluide réfrigérant fournit ainsi l’énergie capable de refroidir le dispositif de stockage d’énergie électrique pendant son utilisation en phase de roulage. Avantageusement, le circuit de fluide réfrigérant peut également fournir l’énergie nécessaire au refroidissement du dispositif de stockage d’énergie électrique lorsque celui-ci est en phase de charge, et notamment en phase de charge rapide au cours de laquelle sa température tend à fortement augmenter. Ce circuit de fluide réfrigérant peut en outre être adapté pour préchauffer ce dispositif de stockage d’énergie électrique, par exemple en vue de son démarrage lorsque la température extérieure est basse.
Les constructeurs automobiles sont dans une optique d’amélioration continuelle de leurs véhicules. Ces améliorations passent notamment par la réduction des coûts de production des éléments constitutifs de ces véhicules dont fait partie le système de traitement thermique dont il est question ici.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et vise à proposer un système de traitement thermique amélioré par rapport aux systèmes actuellement mis en œuvre en ce que son coût de production est réduit sans que ses performances thermiques ne soient impactées.
Un objet de la présente invention concerne ainsi un système de traitement thermique destiné à un véhicule, comprenant au moins un circuit de fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comprenant, au moins, un dispositif de compression configuré pour comprimer au moins une partie du fluide réfrigérant, au moins un premier échangeur thermique configuré pour transmettre des calories issues du fluide réfrigérant à un flux d’air interne destiné à être envoyé dans un habitacle du véhicule, au moins un deuxième échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le flux d’air interne, au moins un troisième échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d’air externe au véhicule, au moins un premier organe de détente configuré pour opérer une détente du fluide réfrigérant qui quitte le premier échangeur thermique et au moins un deuxième organe de détente configuré pour opérer une détente du fluide réfrigérant qui quitte le deuxième échangeur thermique. Selon l’invention, au moins une première vanne « tout ou rien » est agencée entre le dispositif de compression et le premier échangeur thermique et au moins une deuxième vanne « tout ou rien », distincte de la première vanne «tout ou rien», est agencée entre le dispositif de compression et le troisième échangeur thermique.
On entend par « vanne « tout ou rien » », une vanne configurée pour prendre, alternativement, une position ouverte dans laquelle elle autorise le passage de fluide réfrigérant et une position fermée dans laquelle elle empêche le passage de fluide réfrigérant. Autrement dit, on comprend que, lorsque la première vanne «tout ou rien» est dans sa position ouverte, le premier échangeur thermique est alimenté par du fluide réfrigérant comprimé par le dispositif de compression et lorsque la deuxième vanne « tout ou rien » est dans sa position ouverte, le troisième échangeur thermique est alimenté par du fluide réfrigérant comprimé par le dispositif de compression. Ainsi, le premier échangeur thermique et le troisième échangeur thermique peuvent être alimentés par le fluide réfrigérant comprimé par le dispositif de compression indépendamment l’un de l’autre. Avantageusement, le circuit de fluide réfrigérant selon l’invention est en outre configuré pour permettre une alimentation simultanée du premier échangeur thermique et du troisième échangeur thermique. Selon une caractéristique de la présente invention, au moins le deuxième échangeur thermique est agencé dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule.
Selon une caractéristique de la présente invention le premier échangeur thermique peut être configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le flux d’air interne, ce premier échangeur thermique étant reçu dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule.
Alternativement, le premier échangeur de chaleur est agencé à une interface entre un circuit de fluide caloporteur et le circuit de fluide réfrigérant. Autrement dit, le premier échangeur thermique comprend alors au moins une première passe dans laquelle circule le fluide réfrigérant et au moins une deuxième passe dans laquelle circule le fluide caloporteur, le premier échangeur thermique étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur. Tel qu’évoqué précédemment, le premier échangeur thermique est en outre configuré pour transférer des calories issues du fluide réfrigérant vers le flux d’air interne. A cet effet, le circuit de fluide caloporteur comprend alors au moins un échangeur de chaleur agencé dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule, cet au moins un échangeur de chaleur étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le flux d’air interne. Cet au moins un échangeur de chaleur est en outre fluidiquement connecté au premier échangeur thermique, et plus particulièrement à la deuxième passe de ce premier échangeur thermique. Ainsi, lorsque le système selon cette alternative est mis en œuvre, le fluide caloporteur capte des calories issues du fluide réfrigérant en traversant le premier échangeur thermique puis un échange de chaleur s’opère entre ce fluide caloporteur chargé de ces calories et le fluide d’air interne au sein de l’échangeur de chaleur agencé sur le circuit de fluide caloporteur.
Selon l’invention, le circuit de fluide réfrigérant peut comprendre au moins un quatrième échangeur thermique dédié au traitement thermique d’au moins un composant d’une chaîne de traction électrique du véhicule.
Par exemple, le quatrième échangeur thermique est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le composant de la chaîne de traction électrique. Autrement dit, selon cet exemple, l’échange de chaleur qui s’opère entre le fluide réfrigérant et le composant de la chaîne de traction électrique est réalisé par conduction ou par convection, c’est à dire que les calories sont directement transférées du fluide réfrigérant au composant de la chaîne de traction et vice versa. Alternativement, le quatrième échangeur thermique peut être agencé à une interface entre le circuit de fluide réfrigérant et un autre circuit de fluide caloporteur. Selon cette alternative, le quatrième échangeur thermique est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur, ce fluide caloporteur étant alors configuré pour échanger des calories avec le composant de la chaîne de traction dans un échangeur de chaleur distinct du quatrième échangeur thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de fluide réfrigérant comprend au moins un dispositif d’accumulation agencé en amont du dispositif de compression selon un sens de circulation du fluide réfrigérant.
Optionnellement, le circuit de fluide réfrigérant peut comprendre au moins un premier échangeur de chaleur interne, cet échangeur de chaleur interne étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre du fluide réfrigérant comprimé par le dispositif de compression, et du fluide réfrigérant détendu par le premier organe de détente ou par le deuxième organe de détente. Une première passe de ce premier échangeur de chaleur interne est ainsi par exemple agencée entre le deuxième échangeur thermique et le dispositif de compression et une deuxième passe de ce premier échangeur de chaleur interne est quant à elle agencée entre le troisième échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, un clapet anti-retour est agencé entre le deuxième organe de détente et le troisième échangeur thermique, ce clapet anti-retour étant configuré pour contraindre le fluide réfrigérant à circuler de ce deuxième organe de détente vers le troisième échangeur thermique.
Selon un exemple d’application particulier de la présente invention, le circuit de fluide réfrigérant comprend un système de sous-refroidissement additionnel, ce système de sous-refroidissement additionnel comprenant au moins un cinquième échangeur thermique agencé à une interface entre le circuit de fluide réfrigérant et une boucle de fluide caloporteur, au moins un sixième échangeur thermique agencé à une interface entre le circuit de fluide réfrigérant et la boucle de fluide caloporteur et au moins un septième échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le flux d’air externe, le cinquième échangeur thermique, le sixième échangeur thermique et le septième échangeur thermique étant agencés entre le troisième échangeur thermique et le premier organe de détente.
Avantageusement, ce système de sous-refroidissement additionnel est mis en œuvre dans un mode de fonctionnement dans lequel l’utilisateur du véhicule souhaite refroidir au moins l’habitacle du véhicule et/ou le composant de la chaîne de traction du véhicule. Ces cinquième, sixième et septième échangeurs thermiques sont configurés pour capter des calories issues du fluide réfrigérant et pour les transmettre au fluide caloporteur qui circule dans la boucle de fluide caloporteur ou au flux d’air externe. Le fluide réfrigérant rejoint ainsi le premier organe de détente ou le troisième organe de détente à une température inférieure par rapport à la température qu’il présente dans le circuit de fluide réfrigérant dépourvu de ce système de sous-refroidissement additionnel, améliorant ainsi les performances thermiques, respectivement, du deuxième échangeur thermique et du quatrième échangeur thermique. Selon différents exemples de réalisation de la présente invention, on pourra prévoir que le système de sous-refroidissement additionnel ne comprenne que l’un des cinquième, sixième et septième échangeurs thermiques, ou bien une combinaison de deux de ces échangeurs thermiques, par exemple le sixième échangeur thermique et le septième échangeur thermique, sans sortir du contexte de la présente invention.
Optionnellement, le système de traitement thermique selon l’invention peut également comprendre au moins un organe de compression configuré pour comprimer le fluide réfrigérant, cet organe de compression étant agencé entre le quatrième échangeur thermique et la deuxième vanne « tout ou rien ». Avantageusement, l’utilisation simultanée du dispositif de compression et de l’organe de compression permet d’augmenter un débit de fluide réfrigérant circulant dans le deuxième sous-circuit, ce qui permet d’améliorer les performances thermiques de ce deuxième sous-circuit.
Selon une caractéristique de l’exemple d’application particulier de l’invention, le circuit de fluide réfrigérant peut comprendre au moins un deuxième échangeur de chaleur interne configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant comprimé par le dispositif de compression et/ou par l’organe de compression et le fluide réfrigérant détendu par le premier organe de détente ou par le troisième organe de détente.
L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant au moins un système de traitement thermique tel qu’évoqué ci-dessus.
D’autres détails, caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après en relation avec les différents modes de fonctionnement illustrés, à titre indicatif, sur les figures suivantes:
est une représentation schématique d’un système de traitement thermique, à l’arrêt, selon l’invention ;
est une représentation schématique du système de traitement thermique selon un premier mode de fonctionnement de la présente invention ;
est une représentation schématique du système de traitement thermique selon une variante du premier mode de fonctionnement illustré sur la figure 2 ;
est une représentation schématique du système de traitement thermique selon un deuxième mode de fonctionnement de la présente invention ;
est une représentation schématique du système de traitement thermique selon une première variante du deuxième mode de fonctionnement illustré sur la figure 4 ;
est une représentation schématique du système de traitement thermique selon une première variante d’un troisième mode de fonctionnement;
est une représentation schématique du système de traitement thermique selon une deuxième variante du troisième mode de fonctionnement illustré sur la figure 6;
est une représentation schématique d’un exemple d’application particulier du système de traitement thermique à l’arrêt;
représente un diagramme de Mollier d’un système de sous-refroidissement additionnel présent dans l’exemple d’application particulier du système de traitement thermique illustré sur la figure 8;
est une représentation schématique d’une première variante du premier mode de fonctionnement appliquée à l’exemple d’application particulier du système de traitement thermique illustré sur la figure 8 ;
est une représentation schématique d’une deuxième variante du premier mode de fonctionnement appliquée à l’exemple d’application particulier du système de traitement thermique illustré sur la figure 8 ;
est une représentation schématique d’une troisième variante du premier mode de fonctionnement appliquée à l’exemple d’application particulier du système de traitement thermique illustré sur la figure 8 ;
est une représentation schématique d’une quatrième variante du premier mode de fonctionnement appliquée à l’exemple d’application particulier du système de traitement thermique illustré sur la figure 8.
Dans la suite de la description, les termes “amont” et “aval” s’entendent par rapport à un sens de circulation d’un fluide réfrigérant ou d’un fluide caloporteur dans la conduite concernée. Les termes «système100» et «système 100 de traitement thermique» seront utilisés sans distinction. Sur les figures 2 à 7 et 10 à 13, les traits pleins représentent des conduites du système de traitement thermique dans lesquels circule du fluide réfrigérant ou du fluide caloporteur et les traits discontinus représentent des conduites du système de traitement thermique dans lequel aucun fluide ne circule.
La figure 1 illustre ainsi, schématiquement, le système 100 de traitement thermique selon l’invention. Tel que représenté, ce système 100 comprend au moins un circuit 110 de fluide réfrigérant, ci-après appelé «circuit 110». Ce circuit 110 comprend au moins un dispositif de compression 120, un premier échangeur thermique 130, un deuxième échangeur thermique 140, et un troisième échangeur thermique 150.
Le dispositif de compression 120 est configuré pour comprimer le fluide réfrigérant qui le traverse, c’est-à-dire pour augmenter une pression de ce fluide réfrigérant. Le dispositif de compression 120 peut par exemple être un compresseur, et notamment un compresseur électrique à cylindrée fixe et à vitesse variable.
Plus particulièrement, le dispositif de compression 120 est agencé sur une première conduite 201 du circuit 110 qui s’étend jusqu’à un premier point de raccordement 221 au niveau duquel cette première conduite 201 se sépare en une deuxième conduite 202 sur laquelle est agencé le premier échangeur thermique 130 et en une troisième conduite 203 sur laquelle est agencé le troisième échangeur thermique 150. Tel que représenté, une première vanne “tout ou rien” 160 est agencée sur la deuxième conduite 202, entre le premier point de raccordement 221 et le premier échangeur thermique 130 et une deuxième vanne “tout ou rien” 161 est quant à elle agencée sur la troisième conduite 203, entre le premier point de raccordement 221 et le troisième échangeur thermique 150. On entend par «vanne “tout ou rien”», une vanne configurée pour prendre une position ouverte dans laquelle elle autorise le passage de fluide dans la conduite sur laquelle elle est agencée ou une position fermée dans laquelle elle empêche la circulation de fluide dans la conduite concernée. Cette définition d’un vanne «tout ou rien» est applicable à l’ensemble des vannes «tout ou rien» décrites ici.
Autrement dit, on comprend que la première vanne “tout ou rien” et la deuxième vanne “tout ou rien” permettent de diriger le fluide réfrigérant comprimé par le dispositif de compression 120, l’ouverture de la première vanne “tout ou rien” 160 dirigeant au moins une partie du fluide vers le premier échangeur thermique 130 et la deuxième vanne “tout ou rien” 161 dirigeant au moins une partie du fluide vers le troisième échangeur thermique 150. Avantageusement, la première vanne «tout ou rien» 160 et la deuxième vanne «tout ou rien» 161 permettent ainsi d’alimenter le premier échangeur thermique 130 et le troisième échangeur thermique 150, indépendamment l’un de l’autre.
On entend par « point de raccordement » un point du circuit 110 au niveau duquel se rejoignent, ou bifurquent, au moins deux conduites du circuit 110.
Tel que cela sera plus amplement détaillé ci-dessous en référence aux figures 2 à 7, le premier échangeur thermique 130 est configuré pour opérer un transfert de calories entre le fluide réfrigérant et un flux d’air interne destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule équipé du système 100 selon l’invention et le troisième échangeur thermique 150 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d’air externe au véhicule. Le deuxième échangeur thermique 140 est quant à lui configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le flux d’air interne destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule.
Selon l’exemple illustré ici, le premier échangeur de chaleur 130 est agencé dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation 200 du véhicule. Le premier échangeur de chaleur 130 est ainsi configuré pour opérer un échange de chaleur direct entre le fluide réfrigérant et le flux d’air interne qui passe dans cette installation de chauffage, ventilation et climatisation 200 et qui est destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule.
Selon un exemple non illustré ici, le premier échangeur thermique peut, alternativement, être agencé à une interface entre le circuit de fluide réfrigérant et un circuit de fluide caloporteur. Selon cette alternative, le transfert de calories entre le fluide réfrigérant et le flux d’air interne est indirect, c’est-à-dire qu’un premier échange de chaleur s’opère tout d’abord dans le premier échangeur thermique entre le fluide réfrigérant qui circule dans une première passe de ce premier échangeur thermique et le fluide caloporteur qui circule dans une deuxième passe de ce premier échangeur thermique et un deuxième échange de chaleur s’opère ensuite entre le fluide caloporteur et le flux d’air interne. Autrement dit, selon cet exemple non illustré, le transfert de calories opéré entre le fluide réfrigérant et le flux d’air interne est indirect.
La deuxième conduite 202 s’étend depuis le premier point de raccordement 221 jusqu’à un deuxième point de raccordement 222. Selon l’exemple illustré, la deuxième conduite 202 se sépare, au niveau de ce deuxième point de raccordement 222, en une quatrième conduite 204 et en une cinquième conduite 205. Au moins un premier organe de détente 170 et le deuxième échangeur thermique 140 sont agencés sur la quatrième conduite 204. Plus particulièrement, ce deuxième échangeur thermique 140 est agencé dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation 200 du véhicule qui reçoit également le premier échangeur thermique 130. Cette quatrième conduite 204 s’étend jusqu’à un troisième point de raccordement 223 au niveau duquel elle se sépare en une sixième conduite 206 et en une septième conduite 207. La sixième conduite 206 s’étend entre le troisième point de raccordement 223 et un quatrième point de raccordement 224. Au moins un premier dispositif anti-retour 190 est agencé sur la sixième conduite 206, de sorte à contraindre le fluide réfrigérant qui circule dans cette sixième conduite 206 à rejoindre le quatrième point de raccordement 224.
La septième conduite 207 rejoint quant à elle la première conduite 201 en un cinquième point de raccordement 225. En outre, une quatrième vanne “tout ou rien” 163 est agencée sur cette septième conduite 207. Tel que représenté, au moins un dispositif d’accumulation 180 est agencé entre le cinquième point de raccordement 225 et le dispositif de compression 120, c’est-à-dire sur la première conduite 201, en amont du dispositif de compression 120 selon un sens de circulation du fluide réfrigérant dans la première conduite 201. Avantageusement, ce dispositif d’accumulation 180 permet de s’assurer que seul le fluide réfrigérant à l’état gazeux est acheminé jusqu’au dispositif de compression 120.
Au niveau du quatrième point de raccordement 224, la sixième conduite 206 se prolonge par une huitième conduite 208 sur laquelle sont agencés un deuxième organe de détente 171 et un clapet anti-retour 191. Cette huitième conduite 208 s’étend jusqu’à un sixième point de raccordement 226, agencé en amont du troisième échangeur thermique 150, et au niveau duquel cette huitième conduite 208 rejoint la troisième conduite 203. Tel que cela sera plus amplement décrit ci-dessous, le clapet anti-retour 191 agencé sur la huitième conduite 208 est configuré pour contraindre le fluide qui circule dans la troisième conduite 203 et qui arrive au niveau du sixième point de raccordement 226, à rejoindre le troisième échangeur thermique 150. En outre, un septième point de raccordement 227 est agencé sur la huitième conduite 208, entre le deuxième organe de détente 171 et le clapet anti-retour 191. Un deuxième dispositif anti-retour 192 est agencé sur une dixième conduite 210 qui s’étend entre le septième point de raccordement 227 et le troisième point de raccordement 223. Ce deuxième dispositif anti-retour 192 est configuré pour éviter que le fluide réfrigérant qui quitte le deuxième échangeur thermique 140 ne rejoigne le troisième échangeur thermique 150 sans avoir subi de détente autrement opérée par le deuxième organe de détente 171.
La troisième conduite 203, sur laquelle sont agencés, au moins, la deuxième vanne “tout ou rien” 161 et le troisième échangeur thermique 150, s’étend depuis le premier point de raccordement 221 jusqu’à un huitième point de raccordement 228 au niveau duquel cette troisième conduite 203 se sépare en une onzième conduite 211 qui rejoint la première conduite 201 au niveau du cinquième point de raccordement 225 et en une douzième conduite 212 qui rejoint quant à elle le deuxième point de raccordement 222 évoqué ci-dessus. Tel que représenté, au moins une troisième vanne “tout ou rien” 162 est agencée sur la onzième conduite 211 et un troisième dispositif anti-retour 193 est agencé sur la douzième conduite 212. Ce troisième dispositif anti-retour 193 est avantageusement positionné de sorte que le fluide réfrigérant qui quitte le premier échangeur thermique 130 ne puisse pas rejoindre le troisième échangeur thermique 150 par la douzième conduite 212.
En outre, un troisième organe de détente 172 et un quatrième échangeur thermique 300 sont agencés sur la cinquième conduite 205 évoquée précédemment. Cette cinquième conduite 205 s’étend ainsi du deuxième point de raccordement 222 jusqu’au quatrième point de raccordement 224 précédemment décrit. On comprend alors que le premier dispositif anti-retour 190 est configuré pour contraindre le fluide réfrigérant qui quitte le quatrième échangeur thermique 300 à rejoindre le deuxième organe de détente 171 par la huitième conduite 208.
Ce quatrième échangeur thermique 300 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un composant 310 d’une chaîne de traction électrique du véhicule. Par exemple, ce composant 310 peut être un dispositif de stockage d’énergie électrique configuré pour stocker de l’énergie électrique et pour restituer cette énergie à un moteur électrique de propulsion du véhicule. Selon l’exemple illustré ici, l’échange de chaleur opéré entre le fluide réfrigérant et le composant 310 de la chaîne de traction du véhicule est direct, c’est-à-dire qu’il est réalisé par convection ou par conduction. Alternativement, ce quatrième échangeur thermique 300 peut être agencé à une interface entre le circuit 110 et un circuit de fluide caloporteur, distinct du circuit de fluide caloporteur qui peut être couplé au premier échangeur thermique 130, un premier échange de chaleur s’opérant alors entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur, au sein du quatrième échangeur thermique 300 et un deuxième échange de chaleur s’opérant ensuite entre le fluide caloporteur et le composant de la chaîne de traction du véhicule. Selon cette alternative, l’échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le composant de la chaîne de traction du véhicule est alors indirect.
Selon un exemple de la présente invention, le premier organe de détente 170, le deuxième organe de détente 171 et le troisième organe de détente 172 sont tous trois configurés pour opérer une détente du fluide qui les traverse, c’est-à-dire pour réduire la pression de ce fluide. Ces organes de détente sont en outre capables de prendre une position fermée, c’est-à-dire une position dans laquelle ils interdisent toute circulation de fluide dans la conduite sur laquelle ils sont respectivement agencés. Optionnellement, ces organes de détente peuvent être configurés pour être dans une position ouverte, c’est-à-dire une position dans laquelle ils autorisent le passage du fluide réfrigérant dans la conduite concernée sans diminuer la pression de ce fluide réfrigérant.
Optionnellement, le circuit 110 comprend au moins un premier échangeur de chaleur interne 230. On entend par «échangeur de chaleur interne» un échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre deux conduites du circuit 110, avantageusement entre deux conduites du circuit 110 dans lesquelles le fluide réfrigérant circule à des pressions différentes. Ainsi, tel qu’illustré, selon l’invention, le premier échangeur de chaleur interne 230 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre la première conduite 201 et la douzième conduite 212. Plus particulièrement, une première passe 231 de ce premier échangeur de chaleur interne 230 est agencée entre le dispositif d’accumulation 180 et le dispositif de compression 120 et une deuxième passe 232 de ce premier échangeur de chaleur interne 230 est quant à elle agencée sur la douzième conduite 212, entre le huitième point de raccordement 228 et le deuxième point de raccordement 222. Tel que cela sera détaillé ci-dessous, le fluide réfrigérant circule donc à une pression inférieure dans la première passe 231 du premier échangeur de chaleur interne 230 que dans la deuxième passe 232 de ce premier échangeur de chaleur interne 230.
En référence aux figures 2 à 7, nous allons maintenant décrire divers modes de fonctionnement du système 100 selon l’invention.
La figure 2 illustre ainsi un premier mode de fonctionnement du système 100 dans lequel un utilisateur du véhicule cherche à refroidir l’habitacle du véhicule équipé d’un tel système 100. Selon ce premier mode de fonctionnement, la deuxième vanne «tout ou rien» 161 est dans sa position ouverte et la première vanne «tout ou rien» 160 est dans sa position fermée de sorte que la totalité du fluide réfrigérant comprimé par le dispositif de compression 120 alimente le troisième échangeur thermique 150.
Le fluide réfrigérant FR à l’état gazeux et comprimé par le dispositif de compression 120 rejoint ainsi le premier point de raccordement 221 au niveau duquel il est contraint d’emprunter la troisième conduite 203 pour rejoindre le troisième échangeur thermique 150 au sein duquel il cède des calories au flux d’air externe FAe. Autrement dit, ce troisième échangeur thermique 150 se comporte comme un condenseur par rapport au fluide réfrigérant FR. Ce fluide réfrigérant FR quitte donc le troisième échangeur thermique 150 à l’état liquide ou diphasique. La troisième vanne “tout ou rien” 162 agencée sur la onzième conduite 211 étant dans sa position fermée, le fluide réfrigérant qui arrive au niveau du huitième point de raccordement 228 emprunte la douzième conduite 212 jusqu’au deuxième point de raccordement 222. Selon ce premier mode de fonctionnement, le troisième organe de détente 172 est dans sa position fermée de sorte que le fluide réfrigérant FR qui rejoint le deuxième point de raccordement 222 emprunte la quatrième conduite 204. Le fluide réfrigérant FR subit une détente, c’est-à-dire une diminution de sa pression, opérée par le premier organe de détente 170, puis il rejoint le deuxième échangeur thermique 140 dans lequel il capte des calories issues du flux d’air interne FAi. Autrement dit, ce deuxième échangeur thermique 140 se comporte comme un évaporateur vis-à-vis du fluide réfrigérant FR et permet au flux d’air interne FAi de se décharger de ses calories. Ce flux d’air interne FAi ainsi refroidi peut alors être envoyé dans l’habitacle du véhicule pour refroidir ce dernier. La quatrième vanne “tout ou rien” 163 est dans sa position ouverte tandis que le deuxième organe de détente 171 est dans sa position fermée, de sorte que le fluide réfrigérant FR qui quitte le deuxième échangeur thermique 140 emprunte la septième conduite 207 jusqu’au cinquième point de raccordement 225 puis il rejoint la première conduite 201 le long de laquelle il passe par le dispositif d’accumulation 180, puis par la première passe 231 du premier échangeur de chaleur interne 230. Dans cette première passe 231 du premier échangeur de chaleur interne 230, le fluide réfrigérant FR capte des calories issues du fluide réfrigérant FR qui circule dans la deuxième passe 232 de cet échangeur de chaleur interne 230. Le fluide réfrigérant FR rejoint alors le dispositif de compression 120 pour entamer un nouveau cycle thermodynamique.
La figure 3 est une représentation schématique d’une variante du premier mode de fonctionnement illustré sur la figure 2. Cette variante illustre une situation dans laquelle l’utilisateur du véhicule cherche à refroidir l’habitacle du véhicule et, également, le composant 310 de la chaîne de traction électrique. Cette variante du premier mode de réalisation pourra par exemple être mise en œuvre si l’utilisateur du véhicule souhaite maintenir l’habitacle de son véhicule à une température prédéterminée, tout en chargeant le dispositif de stockage d’énergie électrique du véhicule, notamment en mode «charge rapide», c’est-à-dire un mode dans lequel le dispositif de stockage d’énergie électrique emmagasine une grande quantité d’énergie – par exemple pour être à sa capacité de stockage maximale – en une courte période – par exemple quelques dizaines de minutes.
Cette variante diffère de ce qui vient d’être décrit en référence à la figure 2, en ce que le troisième organe de détente 172 et le deuxième organe de détente 171 sont tous deux configurés pour autoriser la circulation de fluide réfrigérant FR, respectivement, dans la cinquième conduite 205 et dans la huitième conduite 208. Ainsi, au niveau du deuxième point de raccordement 222, une première partie du fluide réfrigérant FR1 emprunte la quatrième conduite 204 tel que précédemment décrit, et une deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 emprunte quant à elle la cinquième conduite 205. Cette deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 rejoint ainsi le quatrième échangeur thermique 300 dans lequel il capte des calories issues du composant 310 de la chaîne de traction, refroidissant ainsi ce dernier. Autrement dit, le quatrième échangeur thermique 300 se comporte comme un évaporateur vis-à-vis de la deuxième partie du fluide réfrigérant FR2. Cette deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 rejoint ensuite le quatrième point de raccordement 224, au niveau duquel il est contraint, de par la présence du premier dispositif anti-retour 190, de rejoindre le septième point de raccordement 227. Le dispositif de compression 120 étant en fonctionnement et la quatrième vanne “tout ou rien” 163 étant dans sa position ouverte, cette deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 emprunte enfin la dixième conduite 210 jusqu’au troisième point de raccordement 223 où il est alors mélangé à la première partie du fluide réfrigérant FR1 quant à elle au moins partiellement évaporée par son passage par le deuxième échangeur thermique 140. Le fonctionnement du reste du système 100 est par ailleurs identique au fonctionnement du système 100 selon le premier mode fonctionnement et la description qui en a été donnée ci-dessus en référence à la figure 2 s’applique donc mutatis mutandis à cette variante du premier mode de fonctionnement.
Les figures 4 et 5 illustrent deux variantes d’un deuxième mode de fonctionnement du système 100 selon l’invention. Ce deuxième mode de fonctionnement est mis en œuvre par l’utilisateur du véhicule lorsque celui-ci souhaite réchauffer l’habitacle de son véhicule. Selon ce deuxième mode de fonctionnement, la première vanne «tout ou rien» 160 est dans sa position ouverte et la deuxième vanne «tout ou rien» 161 est dans sa position fermée de sorte que la totalité du fluide réfrigérant FR comprimée par le dispositif de compression 120 alimente le premier échangeur thermique 130.
Le fluide réfrigérant FR à l’état gazeux et comprimé par le dispositif de compression 120 rejoint ainsi le premier point de raccordement 221 au niveau duquel il est contraint d’emprunter la deuxième conduite 202 pour rejoindre le premier échangeur thermique 130. Au sein de ce premier échangeur thermique 130, le fluide réfrigérant FR échange des calories avec le flux d’air interne FAi, et plus particulièrement, ce fluide réfrigérant cède des calories au flux d’air interne FAi. Autrement dit, ce premier échangeur thermique 130 se comporte comme un condenseur vis-à-vis du fluide réfrigérant FR, ce qui permet de réchauffer le flux d’air interne FAi destiné à être envoyé dans l’habitacle. Selon ce deuxième mode de fonctionnement, le premier organe de détente 170 est dans sa position ouverte et le troisième organe de détente 172 est dans sa position fermée, de sorte qu’au niveau du deuxième point de raccordement 222, le fluide réfrigérant FR emprunte la quatrième conduite 204 dans laquelle il subit une pré-détente, c’est-à-dire une diminution partielle de sa pression, opérée par le premier organe de détente 170. Le fluide réfrigérant partiellement détendu rejoint le deuxième échangeur thermique 140 dans lequel il cède à nouveau des calories au flux d’air interne FAi. Ce deuxième échangeur thermique 140 se comporte ainsi comme un condenseur vis-à-vis du fluide réfrigérant FR. Afin d’optimiser ce deuxième échange de chaleur entre le fluide réfrigérant FR et le flux d’air interne FAi, le deuxième échangeur thermique 140 est agencé en amont du premier échangeur thermique 130 par rapport à un sens de circulation du flux d’air interne FAi. Un tel agencement permet de maintenir un écart de température suffisant entre le fluide réfrigérant FR et le flux d’air interne FAi pour réaliser un échange de chaleur efficace.
Le fluide réfrigérant FR quitte donc le deuxième échangeur thermique 140 à l’état majoritairement liquide. La quatrième vanne “tout ou rien” 163 étant, selon ce deuxième mode de fonctionnement, dans sa position fermée, le fluide réfrigérant FR est contraint, par le premier dispositif anti-retour 190 et par le deuxième dispositif anti-retour 192 d’emprunter la sixième conduite 206, puis la huitième conduite 208 dans laquelle il subit une nouvelle détente, cette fois opérée par le deuxième organe de détente 171. Le fluide réfrigérant ainsi totalement détendu rejoint alors le troisième échangeur thermique 150 dans lequel il capte des calories issues du flux d’air externe FAe. Autrement dit, selon ce deuxième mode de fonctionnement, le troisième échangeur thermique 150 se comporte comme un évaporateur vis-à-vis du fluide réfrigérant FR. le fluide réfrigérant FR quitte le troisième échangeur thermique 150 à l’état majoritairement gazeux et, la troisième vanne “tout ou rien” 162 étant dans sa position ouverte, il emprunte la onzième conduite 211 pour rejoindre le dispositif d’accumulation 180, puis le dispositif de compression 120 pour entamer un nouveau cycle thermodynamique. Selon ce deuxième mode de fonctionnement, aucun échange de chaleur ne s’opère au sein du premier échangeur de chaleur interne 230.
La figure 5 illustre une variante du deuxième mode de fonctionnement du système 100 selon l’invention qui permet d’une part de réchauffer l’habitacle, et d’autre part de refroidir le composant 310 de la chaine de traction. Cette première variante diffère du deuxième mode de fonctionnement qui vient d’être décrit en référence à la figure 4, en ce que le troisième organe de détente 172 autorise le passage du fluide réfrigérant FR dans la cinquième conduite 205. Plus particulièrement, selon cette première variante du deuxième mode de fonctionnement du système 100, le fluide réfrigérant FR qui rejoint le deuxième point de raccordement 222 est séparé en une première partie FR1 qui emprunte la quatrième conduite 204, de façon similaire à ce qui vient d’être décrit en référence à la figure 4, et en une deuxième partie FR2 qui emprunte quant à elle la cinquième conduite 205. En empruntant la cinquième conduite 205, la deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 subit une détente opérée par le troisième organe de détente 172. La deuxième partie de fluide réfrigérant FR2 ainsi détendue rejoint le quatrième échangeur thermique 300 dans lequel elle est alors apte à capter des calories issues du composant 310 de la chaîne de traction. Autrement dit, ce quatrième échangeur thermique 300 se comporte comme un évaporateur vis-à-vis de la deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 et permet ainsi un refroidissement du composant 310 de la chaîne de traction. Le reste du système 100 fonctionne de façon similaire à ce qui vient d’être décrit et la description donnée ci-dessus en référence à la figure 4 s’applique mutatis mutandis.
Alternativement, cette première variante du deuxième mode de fonctionnement peut permettre de préchauffer le composant 310 de la chaîne de traction, par exemple avant de mettre ce dernier en fonctionnement. Ainsi, selon cette alternative, le troisième organe de détente 172 est dans une position ouverte et laisse simplement passer la deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 qui emprunte la cinquième conduite 205. Autrement dit, la deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 ne subit aucune modification de pression entre le deuxième point de raccordement 222 et le quatrième échangeur thermique 300 autre que celles liées aux pertes de charge normalement observées dans une conduite de circuit. La deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 rejoint alors le quatrième échangeur thermique 300 dans lequel il cède des calories au composant 310 de la chaîne de traction. Autrement dit, selon cette alternative de la première variante du deuxième mode de fonctionnement, le quatrième échangeur thermique 300 se comporte comme un condenseur vis-à-vis de la deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 et permet un préchauffage du composant 310 de la chaîne de traction du véhicule. Le reste du système 100 fonctionne tel que précédemment décrit.
Les figures 6 et 7 illustrent, respectivement, une première variante et une deuxième variante d’un troisième mode de fonctionnement du système 100 selon l’invention dans lequel l’utilisateur du véhicule cherche d’une part à réchauffer l’habitacle de son véhicule et, d’autre part, à éviter la formation de buée au sein de cet habitacle. Selon la première variante du troisième mode de fonctionnement, la première vanne «tout ou rien» 160 et la deuxième vanne «tout ou rien» sont toutes deux dans leur position ouverte de sorte qu’une première partie du fluide réfrigérant FR1 comprimée par le dispositif de compression 120 alimente le premier échangeur thermique 130 et qu’une deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 comprimée par le dispositif de compression 120 alimente le troisième échangeur thermique 150.
Selon la première variante de ce troisième mode de fonctionnement illustrée sur la figure 6, le fluide réfrigérant FR à l’état gazeux et comprimé par le dispositif de compression 120 rejoint le premier point de raccordement 221 au niveau duquel il se sépare en la première partie FR1 et en la deuxième partie FR2, la première partie du fluide réfrigérant FR1 empruntant la deuxième conduite 202 et la deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 empruntant la troisième conduite 203. La première partie du fluide réfrigérant FR1 rejoint ainsi le premier échangeur thermique 130 dans lequel elle cède des calories au flux d’air interne FAi de sorte à réchauffer l’habitacle du véhicule et la deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 rejoint quant à elle le troisième échangeur thermique 150 dans lequel elle cède des calories au flux d’air externe FAe. La troisième vanne “tout ou rien” 162 étant dans sa position fermée, la première partie du fluide réfrigérant FR1 et la deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 se rejoignent alors au niveau du deuxième point de raccordement 222, à l’état majoritairement liquide. Tel que représenté, le premier organe de détente 170 est dans sa position ouverte et le troisième organe de détente 172 est dans sa position fermée de sorte que le fluide réfrigérant FR est contraint d’emprunter la quatrième conduite 204 le long de laquelle il subit une détente opérée par le premier organe de détente 170 avant de rejoindre le deuxième échangeur thermique 140 dans lequel il capte des calories issues du flux d’air interne FAi. Cette captation de calories permet, avantageusement, de déshumidifier le flux d’air interne FAi avant que celui-ci ne soit envoyé dans l’habitacle du véhicule, limitant ainsi la génération de buée dans cet habitacle.
Ce deuxième échangeur thermique 140 se comporte ainsi comme un évaporateur vis-à-vis du fluide réfrigérant FR qui rejoint ensuite la septième conduite 207, puis la première conduite 201 à l’état majoritairement gazeux. Autrement dit, selon ce troisième mode de fonctionnement, le deuxième organe de détente 171 est dans sa position fermée tandis que la quatrième vanne “tout ou rien” 163 est dans sa position ouverte. En outre, selon cette première variante du troisième mode de fonctionnement, un échange de chaleur supplémentaire peut s’opérer au sein du premier échangeur de chaleur interne 230, entre le fluide réfrigérant FR à l’état gazeux qui quitte le deuxième échangeur thermique 140 et le fluide réfrigérant FR à l’état majoritairement liquide qui quitte le troisième échangeur thermique 150.
Tel que précédemment évoqué, la figure 7 illustre une deuxième variante du troisième mode de fonctionnement du système 100 selon l’invention. Cette deuxième variante du troisième mode de fonctionnement est mise en œuvre par l’utilisateur du système 100 lorsqu’il souhaite, à la fois réchauffer l’habitacle du véhicule, limiter la formation de buée dans cet habitacle et, également, refroidir le composant 310 de la chaîne de traction.
Tel que représenté, cette deuxième variante diffère de la première variante qui vient d’être décrite en référence à la figure 6 en ce que la deuxième vanne “tout ou rien” 161 est dans sa position fermée. La totalité du fluide réfrigérant FR à l’état gazeux et comprimé par le dispositif de compression 120 qui rejoint le premier point de raccordement 221 emprunte ainsi la deuxième conduite 202 pour rejoindre le premier échangeur thermique 130 dans lequel il cède des calories au flux d’air interne FAi de sorte que celui-ci puisse ensuite réchauffer l’habitacle du véhicule. Le fluide réfrigérant FR qui quitte le premier échangeur thermique 130 à l’état majoritairement liquide rejoint le deuxième point de raccordement 222 au niveau duquel il se sépare en la première partie de fluide réfrigérant FR1 et en la deuxième partie de fluide réfrigérant FR2 qui empruntent, respectivement, la quatrième conduite 204 et la cinquième conduite 205. Autrement dit, le premier organe de détente 170 et le deuxième organe de détente 172 autorisent tous deux le passage du fluide réfrigérant dans ces conduites. Plus particulièrement, le premier organe de détente 170 est configuré pour détendre la première partie du fluide réfrigérant FR1 et le troisième organe de détente 172 est quant à lui configuré pour détendre la deuxième partie du fluide réfrigérant FR2. La première partie du fluide réfrigérant FR1 rejoint alors le deuxième échangeur thermique 140 dans lequel elle capte des calories issues du flux d’air interne FAi de sorte à déshumidifier ce flux d’air interne FAi et limiter la formation de buée dans l’habitacle. La deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 rejoint quant à elle le quatrième échangeur thermique 300 dans lequel elle capte des calories issues du composant 310 de la chaine de traction, refroidissant ce dernier. Autrement dit, le deuxième échangeur thermique 140 se comporte comme un évaporateur vis-à-vis de la première partie de fluide réfrigérant FR1 et le quatrième échangeur thermique 300 se comporte comme un évaporateur vis-à-vis de la deuxième partie de fluide réfrigérant FR2.
La première partie du fluide réfrigérant FR1 quitte le deuxième échangeur thermique 140 à l’état majoritairement gazeux et rejoint alors le troisième point de raccordement 223 au niveau duquel elle est contrainte d’emprunter la septième conduite 207 jusqu’au cinquième point de raccordement 225. La deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 quitte quant à elle le quatrième échangeur thermique 300 à l’état majoritairement gazeux et, le deuxième organe de détente 171 étant totalement ouvert, elle rejoint ensuite le troisième échangeur thermique 150 dans lequel elle se décharge des calories captées dans le quatrième échangeur thermique 300. La deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 quitte le troisième échangeur thermique 150 à l’état majoritairement gazeux et emprunte ensuite la onzième conduite 211 pour rejoindre la première partie du fluide réfrigérant FR1 au niveau du cinquième point de raccordement 225, à partir duquel la première partie du fluide réfrigérant FR1 et la deuxième partie du fluide réfrigérant FR2 empruntent, ensemble la première conduite 201 pour rejoindre le dispositif de compression 210 et commencer un nouveau cycle thermodynamique.
Les figures 8 et 10 à 13 illustrent enfin le système 100 selon un exemple de réalisation particulier de l’invention qui intègre un système de sous-refroidissement additionnel 410. Cet exemple de réalisation particulier sera notamment mis en œuvre dans le premier mode de fonctionnement, c’est-à-dire le mode de fonctionnement dans lequel l’utilisateur souhaite refroidir l’habitacle du véhicule. Tel que plus amplement détaillé ci-après, cet exemple de réalisation particulier permet d’améliorer les performances thermiques du système 100 lorsqu’il fonctionne selon le premier mode de fonctionnement.
La figure 8 illustre le système 100 selon cet exemple d’application particulier, à l’arrêt. Le système 100 comprend ainsi, outre les composants déjà décrits, au moins un organe de compression 121 et au moins un système de sous-refroidissement 410. Optionnellement, le circuit 110 comprend également au moins un deuxième échangeur de chaleur interne 240 configuré pour opérer un échange de chaleur entre deux conduites du circuit 110, avantageusement, entre deux conduites dans lesquelles le fluide réfrigérant circule à des pressions différentes.
Tel que représenté, l’organe de compression 121 est agencé sur une neuvième conduite 209 qui s’étend entre le quatrième point de raccordement 224 et un neuvième point de raccordement 229 ménagé sur la première conduite 201, avantageusement entre le dispositif de compression 120 et les première et deuxième vannes «tout ou rien» 160, 161. Selon l’invention, cet organe de compression 121 est configuré pour comprimer le fluide réfrigérant qui le traverse, c’est-à-dire pour augmenter une pression de ce fluide réfrigérant. L’organe de compression 121 peut par exemple être un compresseur, et notamment un compresseur électrique à cylindrée fixe et à vitesse variable.
Le deuxième échangeur de chaleur interne 240 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre la douzième conduite 212 et la neuvième conduite 209. Autrement dit, le deuxième échangeur de chaleur interne 240 comprend au moins une première passe 241 agencée sur la douzième conduite 212, entre le huitième point de raccordement 228 et le deuxième point de raccordement 222, et une deuxième passe 242 agencée sur la neuvième conduite 209, entre le quatrième point de raccordement 224 et l’organe de compression 121. Autrement dit, le deuxième échangeur de chaleur interne 240 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre du fluide réfrigérant comprimé par le dispositif de compression 120 et/ou par l’organe de compression 121 qui circule dans la première passe 241 du deuxième échangeur de chaleur interne 240 et du fluide réfrigérant détendu par le premier organe de détente 170 ou par le troisième organe de détente 172 qui circule dans la deuxième passe 242 du deuxième échangeur de chaleur interne 240.
Selon l’exemple de réalisation particulier illustré, le système 100 selon l’invention comprend le système de sous-refroidissement additionnel 410 évoqué ci-dessus. Ce système de sous-refroidissement additionnel 410 est plus particulièrement réparti entre le circuit 110 de fluide réfrigérant et une boucle 400 de fluide caloporteur. Le circuit 110 comprend ainsi, outre les composants précédemment décrit, au moins un cinquième échangeur thermique 111, un sixième échangeur thermique 112 et un septième échangeur thermique 113 agencés en série les uns par rapport aux autres, entre le troisième échangeur thermique 150 et le deuxième point de raccordement 222. Plus particulièrement, selon l’exemple illustré, le cinquième échangeur thermique 111 est agencé entre le troisième échangeur thermique 150 et le huitième point de raccordement 228 tandis que le sixième échangeur thermique 112 et le septième échangeur thermique 113 sont agencés l’un après l’autre, entre le huitième point de raccordement 228 et le deuxième échangeur de chaleur interne 240. Autrement dit, le cinquième échangeur thermique 111 est agencé sur la troisième conduite 203 tandis que le sixième échangeur thermique 112 et le septième échangeur thermique 113 sont tous deux agencés sur la douzième conduite 212. Il est entendu qu’il ne d’agit que d’un exemple et le cinquième échangeur thermique 111 pourrait par exemple également être agencé sur la douzième conduite 212 sans sortir du contexte de la présente invention.
Le cinquième échangeur thermique 111 et le sixième échangeur thermique 112 sont respectivement agencés à une interface avec la boucle 400 de fluide caloporteur. Autrement dit, le cinquième échangeur thermique 111 comprend une première passe 401 agencée sur la boucle 400 de fluide caloporteur et une deuxième passe 411 agencée sur le circuit 110 de fluide réfrigérant et le sixième échangeur thermique 112 comprend également une première passe 402 agencée sur la boucle 400 de fluide caloporteur et une deuxième passe 412 agencée sur le circuit 110 de fluide réfrigérant. Le cinquième échangeur thermique 111 et le sixième échangeur thermique 112 sont ainsi tous deux configurés pour opérer un échange de chaleur entre leur première passe 401, 402 et leur deuxième passe 411, 412 respectives, c’est-à-dire pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant qui circule dans le circuit 110 et le fluide caloporteur qui circule dans la boucle 400.
Le septième échangeur thermique 113 est quant à lui configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant qui circule dans le circuit 110 et le flux d’air externe également destiné à traverser le troisième échangeur thermique 150. Tel que cela sera plus amplement détaillé ci-dessous, le septième échangeur thermique 113 est agencé en amont du troisième échangeur thermique 150 par rapport à un sens de circulation du flux d’air externe.
La boucle 400 de fluide caloporteur comprend quant à elle un premier échangeur de chaleur 420 configuré pour opérer un échange de chaleur entre un élément de la chaine de traction électrique du véhicule et le fluide caloporteur, au moins un organe 430 de mise en circulation du fluide caloporteur, un deuxième échangeur de chaleur 440, configuré pour opérer un échange de chaleur avec le flux d’air extérieur, ce deuxième échangeur de chaleur 440 étant équipé d’au moins une première passe 441 dans laquelle le fluide caloporteur circule à une première température et d’au moins une deuxième passe 442 dans laquelle le fluide caloporteur circule à une deuxième température inférieure à la première température, le cinquième échangeur thermique 111 et le sixième échangeur thermique 112. Tel que représenté, le cinquième échangeur thermique 111 est plus particulièrement agencé entre la première passe 441 du deuxième échangeur de chaleur 440 et le premier échangeur de chaleur 420 et le sixième échangeur thermique 112 est quant à lui agencé entre la deuxième passe 442 du deuxième échangeur de chaleur 440 et le deuxième échangeur de chaleur 420. Autrement dit, le cinquième échangeur thermique 111 et le sixième échangeur thermique 112 sont agencés en parallèle sur la boucle 400 de fluide caloporteur et en série sur le circuit 110 de fluide réfrigérant.
Selon un exemple de réalisation non illustré ici, la première passe et la deuxième passe du deuxième échangeur de chaleur 440 peuvent être remplacée par deux échangeurs de chaleur distincts.
Selon l’un quelconque des modes de fonctionnement décrits ci-dessous, le fluide caloporteur est mis en circulation par l’organe 430 de mise en circulation. Ce fluide caloporteur rejoint alors la première passe 441 du deuxième échangeur de chaleur 440 dans lequel il cède des calories à son environnement, par exemple à un flux d’air qui le traverse. Le fluide caloporteur ainsi refroidi rejoint alors soit la deuxième passe 442 du deuxième échangeur de chaleur 440, soit la première passe 401 du cinquième échangeur thermique 111. Au sein du cinquième échangeur thermique 111, le fluide caloporteur est configuré pour capter des calories issues du fluide réfrigérant qui circule dans la deuxième passe 411 de ce cinquième échangeur de chaleur 111. Le fluide caloporteur réchauffé rejoint alors le premier échangeur de chaleur 420 dans lequel il capte des calories issues de l’environnement de ce premier échangeur de chaleur 420, par exemple issues de l’élément de la chaîne de traction électrique du véhicule. Par exemple, cet élément de la chaîne de traction électrique du véhicule peut être un moteur électrique.
Au sein de la deuxième passe 442 du deuxième échangeur de chaleur 440, le fluide caloporteur subit un sous-refroidissement, c’est-à-dire qu’il continue à céder des calories à l’environnement de ce deuxième échangeur de chaleur 440. Le fluide caloporteur ainsi sous-refroidi rejoint ensuite la première passe 402 du sixième échangeur thermique 112 dans lequel il capte des calories issues du fluide réfrigérant qui circule dans la deuxième passe 412 de ce sixième échangeur thermique 112. Le fluide caloporteur ainsi réchauffé rejoint ensuite le premier échangeur de chaleur 420 dans lequel il capte des calories dans l’environnement de ce premier échangeur de chaleur 420, par exemple des calories émises par le moteur électrique.
On comprend de ce qui précède que le fluide caloporteur qui circule dans la première passe 401 du cinquième échangeur thermique 111 présente une température supérieure à une température du fluide caloporteur qui circule dans la première passe 402 du sixième échangeur thermique 112.
Il est entendu qu’il ne s’agit que d’un exemple de réalisation de la présente invention qui ne limite pas cette invention. On pourra ainsi par exemple prévoir de n’utiliser que le cinquième échangeur thermique 111, que le sixième échangeur thermique 112, que le septième échangeur thermique 113, ou bien une combinaison du cinquième échangeur thermique 111 et du sixième échangeur thermique 112, une combinaison du cinquième échangeur thermique 111 et du septième échangeur thermique 113, ou encore une combinaison du sixième échangeur thermique 112 et du septième échangeur thermique 113 sans sortir du contexte de la présente invention. Le choix sera fait en fonction des performances thermiques à atteindre.
Le diagramme de Mollier représenté à la figure 9 illustre plus particulièrement les changements d’état du fluide réfrigérant qui traverse les échangeurs thermiques du système de sous-refroidissement additionnel, en représentant une pression du fluide réfrigérant en fonction de son enthalpie. Ainsi, le fluide réfrigérant quitte le troisième échangeur thermique 150 à l’état diphasique L+G après avoir céder des calories au flux d’air externe. Ce fluide réfrigérant rejoint le cinquième échangeur thermique 111 dans lequel il poursuit sa condensation, de sorte qu’il quitte ce cinquième échangeur thermique 111 à l’état diphasique L+G, majoritairement liquide. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le sixième échangeur thermique 112 dans lequel il termine sa condensation, de sorte qu’il quitte ce sixième échangeur thermique 112 à l’état liquide L. Enfin le fluide réfrigérant traverse le septième échangeur thermique 113 dans lequel il est sous-refroidi et il quitte donc ce septième échangeur thermique 113 à l’état liquide L et à une température inférieure à la température qu’il présentait à l’entrée de ce septième échangeur thermique 113. Le détail des échanges thermiques est plus amplement décrit ci-dessous en référence à la figure 10.
Les figures 10 à 13 illustrent, schématiquement, différentes variantes de réalisation du premier mode de fonctionnement du système 100 selon l’exemple de réalisation particulier qui vient d’être décrit. Selon l’une quelconque de ces variantes, la première vanne «tout ou rien» 160 est dans sa position fermée et la deuxième vanne «tout ou rien» 161 est dans sa position ouverte de sorte que la totalité du fluide réfrigérant FR comprimé par le dispositif de compression 120 et/ou par l’organe de compression 121 alimente le troisième échangeur thermique 150.
Les figures 10 et 11 illustrent, respectivement, une première variante et une deuxième variante du premier mode de fonctionnement du système 100 mis en œuvre lorsque l’utilisateur du véhicule souhaite refroidir l’habitacle du véhicule.
La figure 10 illustre ainsi une première variante du premier mode de fonctionnement du système 100 selon l’exemple d’application particulier illustré sur la figure 8, c’est-à-dire un mode de fonctionnement dans lequel l’utilisateur cherche à refroidir l’habitacle. Plus particulièrement, cette variante s’applique à des conditions normales d’utilisation, c’est-à-dire par exemple lorsque le véhicule roule et que la température extérieure est élevée, par exemple supérieure à 20°C. La circulation du fluide réfrigérant FR dans le circuit 110 est identique à celle décrite ci-dessus en référence à la figure 2 de sorte que la description donnée de cette figure 2 est transposable à la figure 10. Le système 100 illustré sur la figure 10 diffère de celui illustré sur la figure 2 par la présence du système de sous-refroidissement additionnel 410. Ainsi, tel que représenté, le fluide réfrigérant FR qui quitte le troisième échangeur thermique 150 à l’état diphasique, rejoint le cinquième échangeur thermique 111 dans lequel il cède des calories au fluide caloporteur qui circule dans la première passe 401 de ce cinquième échangeur thermique 111, puis il rejoint le sixième échangeur thermique 112 dans lequel il cède des calories au fluide caloporteur qui circule dans la première passe 402 de ce sixième échangeur thermique 112, puis il rejoint le septième échangeur thermique 113 dans lequel il cède des calories au flux d’air externe FAe avant de rejoindre la deuxième passe 232 du premier échangeur de chaleur interne 230 tel que précédemment décrit. On note que le deuxième échangeur de chaleur interne 240 est ici inopérant. Cette variante diffère également du mode de fonctionnement décrit et illustré sur la figure 2 en ce que, grâce au système de sous-refroidissement additionnel 410, le fluide réfrigérant FR rejoint le premier organe de détente 170 à une température très basse, ce qui améliore la détente, puis l’échange de chaleur opéré dans le deuxième échangeur thermique 140. Autrement dit, le système de sous-refroidissement additionnel 410 permet d’améliorer les performances thermiques du système 100 selon l’invention surtout en usage dit «urbain».
L’échange de chaleur opéré dans le sixième échangeur thermique 112 est notamment permis par le fait que le fluide caloporteur qui circule dans la première passe 401 du cinquième échangeur thermique 111 présente une température supérieure à la température du fluide caloporteur qui circule dans la première passe 402 du sixième échangeur thermique 112. Tel que précédemment mentionné, cette différence de température est liée au refroidissement subi par le fluide caloporteur au sein de la deuxième passe 442 du deuxième échangeur de chaleur 440.
La figure 11 illustre une deuxième variante du premier mode de fonctionnement du système 100 selon l’exemple particulier illustré sur la figure 8, quant à elle applicable lorsque l’utilisateur souhaite abaisser rapidement la température de l’habitacle de son véhicule. Par exemple, cette deuxième variante du premier mode de fonctionnement pourra être utilisée après que le véhicule est passé une longue période en plein soleil. Cette deuxième variante diffère de la première variante illustrée sur la figure 10 en ce que l’organe de compression 121 est mis en fonctionnement. Ainsi, le fluide réfrigérant FR qui quitte le deuxième échangeur thermique 140 à l’état majoritairement gazeux est séparé en une première partie FR1 qui rejoint la septième conduite 207 tel que décrit ci-dessus en référence à la figure 2, et en une deuxième partie FR2 qui est quant à elle aspirée par l’organe de compression 121 et qui rejoint ainsi cet organe de compression 121 par la neuvième conduite 209. Avantageusement, la deuxième partie de fluide réfrigérant FR2 passe par la deuxième passe 242 du deuxième échangeur de chaleur interne 240 dans laquelle il capte des calories issues du fluide réfrigérant qui circule dans la première passe 241 de ce deuxième échangeur de chaleur interne 240, avant de rejoindre l’organe de compression 121. La deuxième partie FR2 comprimée par l’organe de compression 121 rejoint la première partie du fluide réfrigérant FR1 comprimée par le dispositif de compression 120 au niveau du neuvième point de raccordement 229 et le fluide réfrigérant FR continue ensuite le cycle thermodynamique tel que précédemment décrit. Avantageusement, l’utilisation simultanée du dispositif de compression 120 et de l’organe de compression 121 permet d’augmenter le débit du fluide réfrigérant qui circule dans le circuit 110, ce qui améliore, in fine, l’échange de chaleur qui s’opère dans le deuxième échangeur thermique 140. Ainsi, cette autre variante du premier mode de fonctionnement permet un refroidissement rapide de l’habitacle, par exemple particulièrement adapté lorsque le véhicule est resté en plein soleil pour une longue période.
La figure 12 illustre une troisième variante du système 100 tel que décrit en référence à la figure 8 qui permet un refroidissement simultané du composant 310 de la chaine de traction du véhicule et de l’habitacle. Cette troisième variante est par exemple mise en œuvre lorsque ce composant 310 est un dispositif de stockage d’énergie électrique en phase de charge très rapide, c’est-à-dire une phase au cours de laquelle il emmagasine une grande quantité d’énergie, c’est-à-dire une quantité proche de sa capacité maximale de stockage, en un temps très court, de l’ordre de quelques minutes. La demande en refroidissement de ce composant 310 est alors très importante. La troisième variante illustrée sur la figure 12 permet avantageusement de traiter efficacement ce composant 310. Le circuit 110 de fluide réfrigérant selon cette troisième variante fonctionne de la même façon que le circuit 110 de fluide réfrigérant décrit ci-dessus en référence à la figure 3, à la différence que l’organe de compression 121 aspire une partie du fluide réfrigérant qui quitte le quatrième échangeur thermique 300. Ainsi, une première partie FR1 du fluide réfrigérant qui quitte le quatrième échangeur thermique 300 emprunte la huitième conduite 208 tel que décrit en référence à la figure 3 et une deuxième partie FR2 du fluide réfrigérant qui quitte le quatrième échangeur thermique 300 emprunte la neuvième conduite pour rejoindre l’organe de compression 121, puis cette deuxième partie FR2 se mélange à la première partie FR1 de fluide réfrigérant quant à elle comprimée par le dispositif de compression 120. De façon similaire à ce qui a été décrit ci-dessus en référence à la figure 11, l’utilisation simultanée du dispositif de compression 120 et de l’organe de compression 121, combinée à l’utilisation du système de sous-refroidissement additionnel 410 améliore les performances thermiques du système 100.
La figure 13 illustre enfin une quatrième variante du premier mode de fonctionnement du système 100 tel que décrit en référence à la figure 8. Cette quatrième variante s’applique par exemple lorsque le dispositif de stockage d’énergie électrique demande un refroidissement qui reste modéré, c’est-à-dire par exemple lorsque le véhicule équipé du système de traitement thermique 100 selon l’invention circule sur l’autoroute avec une température ambiante supérieure ou égale à 30°C. Cette demande est alors réalisée par l’organe de compression 121 qui aspire le fluide réfrigérant qui quitte le quatrième échangeur thermique 300 à l’état majoritairement gazeux et partiellement détendu, c’est-à-dire du fluide réfrigérant ayant subi une détente partielle, opérée par le troisième organe de détente 172, et ayant été évaporé par son passage à travers le quatrième échangeur thermique 300. Avantageusement, un tel mode de fonctionnement permet de réduire, de manière significative, une consommation d’énergie électrique de l’organe de compression 121 puisqu’un taux de compression assuré par cet organe de compression 121 est modéré. Cette quatrième variante diffère ainsi de la troisième variante en ce que le deuxième organe de détente 171 est dans sa position fermée. Autrement dit, la totalité du fluide réfrigérant qui quitte le quatrième échangeur thermique 300 est aspiré par l’organe de compression 121. Le dispositif de compression 120 est ainsi quant à lui dédié à la compression du fluide réfrigérant qui quitte le deuxième échangeur thermique 140. Le reste du système 100 fonctionne tel que précédemment décrit.
On comprend de ce qui précède que la présente invention propose ainsi un système de traitement thermique destiné à un véhicule automobile moins coûteux que les systèmes de traitement thermique actuellement connu, notamment par le fait que le circuit de fluide réfrigérant est configuré pour permettre une alimentation du premier échangeur thermique indépendante de l’alimentation du troisième échangeur thermique, supprimant ainsi des composants coûteux par rapport aux systèmes de traitement thermique actuellement mis en œuvre.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tout moyen et configuration équivalent ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens. Ces moyens et configurations pourront être modifiés sans nuire à l’invention dans la mesure où ils remplissent les fonctionnalités décrites dans le présent document.

Claims (11)

  1. Système (100) de traitement thermique destiné à un véhicule, comprenant au moins un circuit (110) de fluide réfrigérant (FR), le circuit (110) de fluide réfrigérant (FR) comprenant, au moins, un dispositif de compression (120) configuré pour comprimer au moins une partie du fluide réfrigérant (FR), au moins un premier échangeur thermique (130) configuré pour transmettre des calories issues du fluide réfrigérant (FR) à un flux d’air interne (FAi) destiné à être envoyé dans un habitacle du véhicule, au moins un deuxième échangeur thermique (140) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant (FR) et le flux d’air interne (FAi), au moins un troisième échangeur thermique (150) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant (FR) et un flux d’air externe (FAe) au véhicule, au moins un premier organe de détente (170) configuré pour opérer une détente du fluide réfrigérant (FR) qui quitte le premier échangeur thermique (130) et au moins un deuxième organe de détente (171) configuré pour opérer une détente du fluide réfrigérant (FR) qui quitte le deuxième échangeur thermique (140), caractérisé en ce qu’au moins une première vanne «tout ou rien» (160) est agencée entre le dispositif de compression (120) et le premier échangeur thermique (130) et en ce qu’au moins une deuxième vanne «tout ou rien» (161), distincte de la première vanne «tout ou rien» (160), est agencée entre le dispositif de compression (120) et le troisième échangeur thermique (150).
  2. Système (100) de traitement thermique selon la revendication précédente, dans lequel le premier échangeur thermique (130) est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant (FR) et le flux d’air interne (FAi), ce premier échangeur thermique (130) étant reçu dans une installation (200) de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule.
  3. Système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit (110) de fluide réfrigérant (FR) comprend au moins un quatrième échangeur thermique (300) dédié au traitement thermique d’au moins un composant (310) d’une chaîne de traction électrique du véhicule.
  4. Système (100) de traitement thermique selon la revendication précédente, dans lequel le quatrième échangeur thermique (300) est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant (FR) et le composant (310) de la chaîne de traction électrique.
  5. Système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit (110) de fluide réfrigérant (FR) comprend au moins un dispositif d’accumulation (180) agencé en amont du dispositif de compression (120) selon un sens de circulation du fluide réfrigérant (FR).
  6. Système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit (110) de fluide réfrigérant (FR) comprend au moins un premier échangeur de chaleur interne (230), cet échangeur de chaleur interne (230) étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre du fluide réfrigérant (FR) comprimé par le dispositif de compression (120), et du fluide réfrigérant (FR) détendu par le premier organe de détente (170) ou par le deuxième organe de détente (171).
  7. Système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un clapet anti-retour (191) est agencé entre le deuxième organe de détente (171) et le troisième échangeur thermique (150), ce clapet anti-retour (191) étant configuré pour contraindre le fluide réfrigérant (FR) à circuler de ce deuxième organe de détente (171) vers le troisième échangeur thermique (150).
  8. Système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel le circuit (110) de fluide réfrigérant (FR) comprend un système de sous-refroidissement additionnel (410), ce système de sous-refroidissement additionnel (410) comprenant au moins un cinquième échangeur thermique (111) agencé à une interface entre le circuit (110) de fluide réfrigérant (FR) et une boucle (400) de fluide caloporteur, au moins un sixième échangeur thermique (112) agencé à une interface entre le circuit (110) de fluide réfrigérant (FR) et la boucle (400) de fluide caloporteur et au moins un septième échangeur thermique (113) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant (FR) et le flux d’air externe (FAe), le cinquième échangeur thermique (111), le sixième échangeur thermique (112) et le septième échangeur thermique (113) étant agencés entre le troisième échangeur thermique (150) et le premier organe de détente (170).
  9. Système (100) de traitement thermique selon la revendication précédente, comprenant au moins un organe de compression (121) configuré pour comprimer le fluide réfrigérant (FR), cet organe de compression (121) étant agencé entre le quatrième échangeur thermique (300) et la deuxième vanne « tout ou rien » (161).
  10. Système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, dans lequel le circuit (110) de fluide réfrigérant (FR) comprend au moins un deuxième échangeur de chaleur interne (240) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant (FR) comprimé par le dispositif de compression (120) et/ou par l’organe de compression (121) et le fluide réfrigérant (FR) détendu par le premier organe de détente (170) ou par le troisième organe de détente (172).
  11. Véhicule automobile comprenant au moins un système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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