FR3104495A1 - Circuit de fluide réfrigérant pour véhicule adapté à une charge rapide d’un dispositif de stockage - Google Patents
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Abstract
Circuit de fluide réfrigérant pour véhicule adapté à une charge rapide d’un dispositif de stockage La présente invention a pour objet un circuit (1) pour véhicule configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant (FR). Le circuit (1) comprend une branche principale (2) comprenant un échangeur de chaleur principal (3) comportant au moins une entrée (100 ; 101, 102) de fluide réfrigérant (FR). Le circuit (1) comprend une première branche (4) et une deuxième branche (5) qui s’étendent entre un point de divergence (6) et un point de convergence (7). La première branche (4) comprend un premier dispositif de compression (9), un premier organe de détente (8) et un premier échangeur thermique (10) configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique (11) du véhicule. La deuxième branche (5) comprend un deuxième dispositif de compression (13), un deuxième organe de détente (12) et un deuxième échangeur thermique (14) configuré pour traiter thermiquement un habitacle du véhicule. Le circuit (1) comporte une ligne haute pression (200) qui comprend une première portion (201) s’étendant entre une sortie du premier dispositif de compression (31) et l’entrée (100 ; 101, 102). La ligne haute pression (200) comprend une deuxième portion (202) s’étendant entre une sortie du deuxième dispositif de compression (38) et l’entrée (100 ; 101, 102). La première portion (201) est d’une première longueur (X1) et la deuxième portion (202) est d’une deuxième longueur (X2). Une première distance (Y1) sépare la sortie du premier dispositif de compression (31) du point de convergence (7) et une deuxième distance (Y2) sépare la sortie du deuxième dispositif de compression (38) du point de convergence (7). La première distance (Y1) est supérieure à la moitié de la première longueur (X1) et la deuxième distance (Y2) est supérieure à la moitié de la deuxième longueur (X2). Figure de l'abrégé : Fig. 1
Description
Le domaine de la présente invention est celui des circuits de fluide réfrigérant pour véhicule, notamment pour véhicule automobile. Elle a pour objet un circuit de fluide réfrigérant équipant un véhicule automobile qui est pourvu d’un dispositif de stockage électrique et un procédé de contrôle d’une température du dispositif de stockage électrique mettant en œuvre un tel circuit.
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 un dispositif de stockage électrique du véhicule, 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 électrique pendant son utilisation en phases de roulage. Le circuit de fluide réfrigérant est ainsi dimensionné pour refroidir ce dispositif de stockage électrique pour des températures qui restent modérées.
Il est également connu de charger le dispositif de stockage électrique du véhicule en le raccordant pendant plusieurs heures au réseau électrique domestique. Cette technique de charge longue permet de maintenir la température du dispositif de stockage électrique en dessous d’un certain seuil, ce qui permet de se passer de tout système de refroidissement du dispositif de stockage électrique.
Une nouvelle technique de charge a fait son apparition récemment. Elle consiste à charger le dispositif de stockage électrique sous une tension et un ampérage élevés, de manière à charger le dispositif de stockage électrique en un temps maximum de quelques dizaines de minutes. Cette charge rapide implique un échauffement du dispositif de stockage électrique qu’il convient de traiter. Par ailleurs, il faut considérer la possibilité que les occupants du véhicule restent à l’intérieur du véhicule tout ou partie du temps de charge mentionné ci-dessus. Il faut alors également traiter thermiquement l’habitacle pendant cette charge rapide pour maintenir des conditions de confort acceptables par les occupants, notamment quand la température extérieure au véhicule dépasse 30°C.
Le document FR3075705 décrit un circuit agencé pour atteindre ces objectifs. Ce circuit comprend une branche principale qui est pourvu d’un échangeur de chaleur principal et qui s’étend entre un point de convergence et un point de divergence. Ce circuit comprend aussi une première branche et une deuxième branche qui s’étendent en parallèle l’une de l’autre entre le point de divergence et le point de convergence. La première branche et la deuxième branche sont disposées toutes deux en série de la branche principale.
Il est possible de mettre en fonctionnement les deux dispositifs de compression quand une phase de charge rapide du dispositif de stockage électrique est activée, alors que les occupants restent dans le véhicule et qu’il convient aussi de refroidir l’habitacle.
Dans ce dernier cas, le circuit comprend une ligne haute pression qui s’étend entre les deux dispositifs de compression et les deux organes de détente. La ligne haute pression comprend une première partie qui s’étend entre une sortie du premier dispositif de compression et un point de convergence de la première branche et de la deuxième branche, une deuxième partie qui s’étend entre une sortie du deuxième dispositif de compression et le point de convergence, et une partie commune qui s’étend le point de convergence et un point d’entrée de fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal.
La première partie, la deuxième partie et la partie commune forment conjointement un ensemble qui est interposé entre les sorties des deux dispositifs de compression et le point d’entrée de fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal.
Il apparait à l’intérieur de cet ensemble formé de ces trois parties de circuit des pertes de charge importantes qui nuisent à une efficacité du circuit en réduisant son coefficient de performance. On observe notamment que ces pertes de charge sont trop importantes à l’intérieur de la partie commune, interposée entre le point de convergence et le point d’entrée de fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal, ce qui est préjudiciable à un bon fonctionnement du circuit.
De plus, et toujours lorsque les deux dispositifs de compression fonctionnent en même temps, une pression de fluide réfrigérant régnant dans la portion haute pression du circuit est susceptible de dépasser une pression-seuil au-delà de laquelle la vitesse de rotation des dispositifs de compression est limitée de manière à empêcher toute surpression, et limiter le risque d’éclatement d’un composant qui l’accompagne.
La présente invention propose un circuit de fluide réfrigérant équipant un véhicule qui est configuré pour simultanément traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique d’un véhicule et traiter thermiquement un habitacle du véhicule, le circuit comprenant au moins deux dispositifs de compression, le circuit comprenant une ligne haute pression qui est agencée de manière à ce que d’éventuelles pertes de charge l’affectant soient minimisées et de manière à ce que la pression de fluide réfrigérant à l’intérieur du circuit demeure inférieure à une pression-seuil, dans n’importe quel mode de fonctionnement du circuit, y compris lorsque les deux dispositifs de compression que le circuit comprend fonctionnent simultanément.
Un circuit de la présente invention est un circuit pour véhicule automobile configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant. Le circuit comprend au moins une branche principale comprenant au moins un échangeur de chaleur principal comportant au moins une entrée de fluide réfrigérant. Le circuit comprend aussi une première branche et une deuxième branche qui s’étendent entre un point de divergence et un point de convergence et qui sont toutes deux disposées en série de la branche principale. La première branche comprend au moins un premier dispositif de compression, un premier organe de détente et un premier échangeur thermique configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique du véhicule. La deuxième branche comprend au moins un deuxième dispositif de compression, un deuxième organe de détente et un deuxième échangeur thermique configuré pour traiter thermiquement un habitacle du véhicule. Le circuit comporte une ligne haute pression qui comprend une première portion s’étendant entre une sortie du premier dispositif de compression et l’entrée de l’échangeur de chaleur principal et qui comprend une deuxième portion s’étendant entre une sortie du deuxième dispositif de compression et l’entrée de l’échangeur de chaleur principal. La première portion est d’une première longueur et la deuxième portion est d’une deuxième longueur. Une première distance sépare la sortie du premier dispositif de compression du point de convergence et une deuxième distance sépare la sortie du deuxième dispositif de compression du point de convergence.
Selon la présente invention, la première distance est supérieure à la moitié de la première longueur et la deuxième distance est supérieure à la moitié de la deuxième longueur.
Le circuit comprend avantageusement l’une quelconque au moins des caractéristiques techniques suivantes, prises seules ou en combinaison:
- le point de convergence est plus proche de l’entrée de fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal que de l’une quelconque des sorties des dispositifs de compression,
- on comprend qu’une telle proximité minimise des pertes de charge que subit le fluide réfrigérant entre les dispositifs de compression et l’échangeur de chaleur principal,
- on comprend en effet que moins une partie commune des canalisations entre le premier dispositif de compression et l’échangeur de chaleur principal d’une part, et entre le deuxième dispositif de compression et l’échangeur de chaleur principal d’autre part est importante, moins ces pertes de charge sont importantes,
- on comprend que la partie commune présente une longueur qui est la plus réduite possible,
- la présente invention propose donc de rendre la plus petite possible cette partie commune, voire à la rendre inexistante dans un de ces modes de réalisation,
- le point de divergence est la zone du circuit où la branche principale se sépare en deux, en formant la première branche et la deuxième branche,
- le point de convergence est par exemple la zone du circuit où la première branche et la deuxième branche se joignent, pour former la branche principale. Le point de convergence est par exemple encore la zone du circuit où le fluide réfrigérant en provenance du premier dispositif de compression et le fluide réfrigérant en provenance du deuxième dispositif de compression se mélangent,
- le deuxième dispositif de compression est indépendant du premier dispositif de compression en ce sens que l’un des dispositifs de compression peut être actif alors que l’autre dispositif de compression est inactif, ou encore simultanément tourner à des vitesses de rotation différentes,
- le fluide réfrigérant est par exemple un fluide sous-critique, tel que celui connu sous la référence R134A ou R1234YF. Alternativement, le fluide réfrigérant peut être super-critique, tel que le dioxyde de carbone dont la référence est R744. Le circuit de fluide réfrigérant selon l’invention est un circuit fermé qui met en œuvre un cycle thermodynamique,
- le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression sont par exemple des compresseurs, et l’invention trouve une application toute particulière lorsque le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression sont des compresseurs électriques à cylindrée fixe et à vitesse variable. Il est ainsi possible de contrôler la puissance thermique du circuit selon l’invention,
- la première branche est ménagée en parallèle de la deuxième branche, vu du fluide réfrigérant,
- l’échangeur de chaleur principal peut être installé en face avant du véhicule. Cet échangeur de chaleur principal peut ainsi être utilisé comme condenseur, ou refroidisseur de gaz dans le cas d’un fluide super-critique, ou comme évaporateur quand le circuit fonctionne en pompe à chaleur,
- le premier échangeur thermique est configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique du véhicule. Le premier échangeur thermique échange des calories entre le fluide réfrigérant et le dispositif de stockage électrique du véhicule, soit directement, c’est-à-dire par convection entre le premier échangeur et le dispositif de stockage électrique, soit indirectement via une boucle de fluide caloporteur, cette dernière étant destinée à transporter les calories du dispositif de stockage électrique vers le premier échangeur thermique. On comprend donc que le refroidissement du dispositif de stockage électrique peut être indirect. De manière alternative, le premier échangeur thermique peut être au contact du dispositif de stockage électrique. Dans un tel cas, le refroidissement du dispositif de stockage électrique est direct.
- le circuit selon l’invention peut comprendre un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé dans la portion de la deuxième branche située entre le deuxième échangeur thermique et le deuxième dispositif de compression,
- la première distance est supérieure aux trois-quarts de la première longueur et la deuxième distance est supérieure aux trois-quarts de la deuxième longueur,
- la première distance est supérieure à 90% de la première longueur et en ce que la deuxième distance est supérieure à 90% de la deuxième longueur,
- la première portion et la deuxième portion comprennent une partie commune qui s’étend entre le point de convergence et une entrée unique de fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal,
- la première portion comprend une première partie qui s’étend entre la sortie du premier dispositif de compression et le point de convergence, et la deuxième portion comprend une deuxième partie qui s’étend entre la deuxième sortie du deuxième dispositif de compression et le point de convergence,
- le circuit comprend un élément de circuit agencé en «Y» dont le pied est constitué de la partie commune et les bras sont constitués de la première partie et de la deuxième partie,
- l’élément de circuit relie le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression à l’échangeur de chaleur principal,
- la première partie présente une première section de passage, la deuxième partie présente une deuxième section de passage et la partie commune présente une troisième section de passage, la troisième section de passage étant supérieure ou égale à la somme de la première section de passage et de la deuxième section de passage,
- la première section de passage, la deuxième section de passage et la troisième section de passage correspondent à une surface offerte respectivement par la première partie, la deuxième partie et la partie commune au fluide réfrigérant pour s’écouler, ces surfaces étant prises orthogonalement au flux de fluide réfrigérant à l’intérieur de ces parties.
- la première longueur est égale à la première distance et en ce que la deuxième longueur est égale à la deuxième distance,
- on comprend que dans ce dernier mode de réalisation, la partie commune est inexistante,
- l’échangeur de chaleur principal comprend une première entrée en communication fluidique avec la première portion et une deuxième entrée en communication fluidique avec la deuxième portion,
- le point de convergence comprend la première entrée et la deuxième entrée,
- le point de convergence est logé à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal et plus particulièrement en aval de la première entrée et de la deuxième entrée selon un sens d’écoulement du fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal,
- la première portion et la deuxième portion ne comporte pas de point commun et forment des portions de circuit parallèles l’une à l’autre,
- au moins une conduite relie une portion de première branche située entre le premier échangeur thermique et le premier dispositif de compression à une portion de deuxième branche située entre le deuxième échangeur thermique et le deuxième dispositif de compression,
- la conduite comprend au moins un moyen de contrôle de la circulation du fluide réfrigérant au sein de la conduite,
- le moyen de contrôle de la circulation du fluide réfrigérant au sein de la conduite comprend au moins un dispositif de détente du fluide réfrigérant,
- le moyen de contrôle de la circulation du fluide réfrigérant au sein de la conduite comprend un premier clapet anti-retour,
- le circuit comprend une première canalisation disposée en parallèle de la conduite,
- la première canalisation comprend un deuxième clapet anti-retour.
La présente invention a aussi pour objet un procédé de contrôle de la température d’un dispositif de stockage électrique d’un véhicule automobile, mettant en œuvre un tel circuit de fluide réfrigérant, procédé au cours duquel on active simultanément le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression pendant une charge rapide du dispositif de stockage électrique.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
Il faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention, le cas échéant. Ces figures sont des représentations schématiques qui illustrent comment est réalisé le circuit, ce qui le compose et comment le fluide réfrigérant circule en son sein. En particulier, le circuit selon l’invention comprend principalement deux dispositifs de compression du fluide réfrigérant, des échangeurs de chaleurs, des organes de détentes, des canalisations reliant chacun de ces composants, et optionnellement des vannes ou clapet. Le circuit peut également être placé sous la dépendance d’un contrôleur qui agit sur certains de ces composants.
Les termes amont et aval employés dans la description qui suit se réfèrent au sens de circulation du fluide considéré, c’est-à-dire le fluide réfrigérant, un flux d’air intérieur envoyé vers un habitacle du véhicule ou un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule. Le fluide réfrigérant FR est symbolisé par une flèche qui illustre le sens de circulation de ce dernier dans la canalisation considérée. Les traits pleins illustrent une portion de circuit où le fluide réfrigérant circule, tandis que les traits pointillés montrent une absence de circulation du fluide réfrigérant.
Les figures 1 et 2 montrent ainsi un circuit 1 à l’intérieur duquel un fluide réfrigérant FR circule. Ce circuit 1 est une boucle fermée où le fluide réfrigérant FR est mis en circulation par un premier dispositif de compression 9 et/ou par un deuxième dispositif de compression 13. On notera que ces dispositifs de compression 9, 13 peuvent prendre la forme d’un compresseur électrique, c’est-à-dire un compresseur qui comprend un mécanisme de compression, un moteur électrique et éventuellement un contrôleur. Le mécanisme de rotation est mis en rotation par le moteur électrique dont la vitesse de rotation est placée sous la dépendance du contrôleur, celui-ci pouvant être externe ou interne au dispositif de compression concerné.
Le circuit 1 comprend une branche principale 2, une première branche 4 et une deuxième branche 5 qui sont en série de la branche principale 2, de sorte à former un circuit fermé où un cycle thermodynamique prend place.
La première branche 4 et la deuxième branche 5 se séparent à un point de divergence 6 et se rejoignent à un point de convergence 7. Entre ces deux points, la première branche 4 et la deuxième branche 5 sont en parallèle, vu du fluide réfrigérant FR.
La branche principale 2 comprend un échangeur de chaleur principal 3. Ce dernier est destiné à être traversé par le fluide réfrigérant FR et par un flux d’air extérieur F1. Cet échangeur de chaleur principal 3 est le siège d’un échange de calories entre le fluide réfrigérant FR et ce flux d’air extérieur F1 et il peut notamment être utilisé comme condenseur. Cet échangeur de chaleur principal 3 peut être installé en face avant du véhicule équipé du circuit 1 selon l’invention et il est dans cette situation traversé par le flux d’air extérieur F1 à l’habitacle du véhicule.
La première branche 4 débute au point de divergence 6 et se termine au point de convergence 7, et comprend successivement et selon le sens de circulation du fluide réfrigérant FR dans la première branche 4 un premier organe de détente 8, un premier échangeur thermique 10 et le premier dispositif de compression 9 du fluide réfrigérant FR. Le premier échangeur thermique 10 est ainsi interposé entre une sortie du premier organe de détente 29 et une entrée du premier dispositif de compression 30.
Ce premier échangeur thermique 10 est spécifiquement dédié au traitement thermique d’un dispositif de stockage électrique 11, dont la fonction est de fournir une énergie électrique à un ou plusieurs moteurs électriques qui mettent en mouvement le véhicule. Un tel dispositif de stockage électrique 11 accumule ou restitue cette énergie électrique en vue de mettre en mouvement le véhicule automobile, via le moteur électrique dédié. Il s’agit par exemple d’un pack de batteries regroupant plusieurs cellules électriques qui stockent le courant électrique.
Le premier échangeur thermique 10 échange directement des calories avec le dispositif de stockage électrique 11, par convection ou par conduction. On parle ici de traitement thermique direct du dispositif de stockage électrique 11.
Selon une autre alternative, le premier échangeur thermique 10 est associé thermiquement au dispositif de stockage électrique 11 via une boucle de fluide caloporteur. On parle alors de traitement thermique indirect du dispositif de stockage électrique 11. Le fluide caloporteur capte ainsi les calories au niveau du dispositif de stockage électrique 11 et les transporte vers le premier échangeur thermique 10.
Le premier organe de détente 8 agit sur une puissance thermique mise en œuvre par le premier échangeur thermique 10, en étant en mesure de faire varier cette puissance thermique de la puissance maximale du premier échangeur de chaleur 10 à toutes puissances thermiques inférieures à cette puissance maximale, notamment en réduisant la section de passage du fluide réfrigérant dans le premier organe de détente 8. Le premier organe de détente 8 est indifféremment un détendeur thermostatique, un détendeur électronisé, un orifice tube ou analogue.
L’entrée du premier dispositif de compression 30 est raccordée à une sortie du premier échangeur thermique 32. Une sortie du premier dispositif de compression 31 est quant à elle raccordée au point de convergence 7.
La première branche 4 du circuit 1 comprend également une portion de première branche 33 qui s’étend entre le premier échangeur thermique 10, plus particulièrement la sortie du premier échangeur thermique 32, et le premier dispositif de compression 9, notamment l’entrée du premier dispositif de compression 30.
La deuxième branche 5 débute au point de divergence 6 et se termine au point de convergence 7, et comprend successivement et selon le sens de circulation du fluide réfrigérant FR dans la deuxième branche 5 un deuxième organe de détente 12, un deuxième échangeur thermique 14, un dispositif d’accumulation 36 de fluide réfrigérant et le deuxième dispositif de compression 13 du fluide réfrigérant FR. Le deuxième échangeur thermique 14 et le dispositif d’accumulation 36 sont ainsi interposés entre une sortie du deuxième organe de détente 34 et une entrée du deuxième dispositif de compression 35, le deuxième échangeur thermique 14 étant disposé en amont du dispositif d’accumulation 36, vu du fluide réfrigérant FR. Le dispositif d’accumulation 36 peut prendre la forme d’un accumulateur, où la phase liquide contenue dans le fluide réfrigérant FR s’accumule dans l’accumulateur, et où la phase gazeuse de ce même fluide réfrigérant FR est aspirée par le deuxième dispositif de compression 13. Alternativement, le dispositif d’accumulation 36 peut être une bouteille déshydratante qui peut avantageusement être intégrée à l’échangeur de chaleur principal 3.
Le deuxième échangeur thermique 14 est destiné à traiter thermiquement un flux d’air intérieur F2 qui est envoyé à l’intérieur de l’habitacle du véhicule. Le deuxième échangeur thermique 14 peut être installé à l’intérieur d’une installation 28 de ventilation, chauffage et/ou climatisation qui coopère avec le circuit 1, pour former un système de traitement thermique du véhicule automobile. Ce deuxième échangeur thermique 14 peut alors être utilisé en tant qu’évaporateur pour refroidir le flux d’air intérieur F2 qui est envoyé dans l’habitacle du véhicule.
Le deuxième organe de détente 12 agit sur une puissance thermique mise en œuvre par le deuxième échangeur thermique 14, en étant en mesure de faire varier cette puissance thermique pour plus ou moins refroidir le flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle. Le deuxième organe de détente 12 est indifféremment un détendeur thermostatique, un détendeur électronisé, un orifice tube ou analogue.
L’entrée du deuxième dispositif de compression 35 est raccordée à une sortie du dispositif d’accumulation 37. Le deuxième dispositif de compression 13 comprend aussi une sortie du deuxième dispositif de compression 38 qui est raccordée au point de convergence 7.
La deuxième branche 5 du circuit 1 comprend également une portion de deuxième branche 39 qui s’étend entre le deuxième échangeur thermique 14, plus particulièrement une sortie de deuxième échangeur thermique 40, et le deuxième dispositif de compression 13, notamment l’entrée du deuxième dispositif de compression 35. Le dispositif d’accumulation 36 peut être disposé dans cette portion de deuxième branche 39.
Un tel circuit 1 comprend une ligne haute pression 200 qui s’étend entre d’une part la sortie du premier dispositif de compression 31 et la sortie du deuxième dispositif de compression 38 et d’autre part une entrée du premier organe de détente 51 et une entrée du deuxième organe de détente 52. A l’intérieur de la ligne haute pression 200, le fluide réfrigérant FR est soumis à une haute pression en raison de sa compression à l’intérieur des dispositifs de compression 9, 13.
Plus particulièrement, la ligne haute pression 200 comporte une première portion 201 qui s’étend entre la sortie du premier dispositif de compression 31 et une entrée de l’échangeur de chaleur principal 100, 101, 102. La première portion 201 est d’une première longueur X1 mesurée entre la sortie du premier dispositif de compression 31 et l’entrée de l’échangeur de chaleur principal 100, 101, 102.
Plus particulièrement encore, la ligne haute pression 200 comporte une deuxième portion 202 qui s’étend entre la sortie du deuxième dispositif de compression 38 et l’entrée de l’échangeur de chaleur principal 100, 101, 102. La deuxième portion 202 est d’une deuxième longueur X2 mesurée entre la sortie du deuxième dispositif de compression 38 et l’entrée de l’échangeur de chaleur principal 100, 101, 102.
Par ailleurs, une première distance Y1 sépare la sortie du premier dispositif de compression 31 du point de convergence 7 et une deuxième distance Y2 sépare la sortie du deuxième dispositif de compression 38 du point de convergence 7.
La présente invention propose avantageusement que la première distance Y1 soit supérieure à la moitié de la première longueur X1 et en ce que la deuxième distance Y2 soit supérieure à la moitié de la deuxième longueur X2.
On comprend que le point de convergence 7 est plus proche de l’entrée 100, 101, 102 de fluide réfrigérant FR à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal 3 que de la sortie du premier dispositif de compression 31 et/ou de la sortie du deuxième dispositif de compression 38.
Une telle proximité permet de minimiser des pertes de charge que subit le fluide réfrigérant FR entre les dispositifs de compression 9, 13 et l’échangeur de chaleur principal 3, et de maintenir une pression à l’intérieur de la première portion 201 et de la deuxième portion 202 inférieure à une pression-seuil, typiquement de l’ordre de 27 bars. On comprend que moins une partie commune des canalisations entre le premier dispositif de compression 9 et l’échangeur de chaleur principal 3 d’une part, et entre le deuxième dispositif de compression 13 et l’échangeur de chaleur principal 3 d’autre part est importante, moins ces pertes de charge sont importantes. Il en résulte que la partie commune aux deux portions 201, 202 présente une longueur qui est la plus réduite possible. La présente invention propose donc de rendre la plus petite possible cette partie commune, voire de la rendre inexistante dans une de ces variantes de réalisation. Ainsi, les pertes de charges sont réduites. Le risque d’avoir à réduire la capacité de la boucle frigorifique en raison d’une valeur trop élevée de la haute pression en sortie d’un des deux compresseurs est ainsi réduit. La performance de refroidissement est ainsi améliorée.
Selon une première variante de réalisation illustrée sur les figures 1 et 3, la première distance Y1 est préférentiellement supérieure aux trois-quarts de la première longueur X1 et la deuxième distance Y2 est préférentiellement supérieure aux trois-quarts de la deuxième longueur X2.
De préférence encore, la première distance Y1 est supérieure à 90% de la première longueur X1 et la deuxième distance Y2 est supérieure à 90% de la deuxième longueur X2.
Selon cette variante, la première portion 201 et la deuxième portion 202 comprennent une partie commune 300 qui s’étend entre le point de convergence 7 et une entrée unique 100 de fluide réfrigérant FR à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal 3. Une troisième distance Y3 sépare le point de convergence 7 et l’entrée unique 100 de fluide réfrigérant FR à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal 3. La partie commune 300 est donc d’une longueur équivalente à cette troisième distance Y3, qui est non-nulle selon cette variante, mais qui est la plus réduite possible pour minimiser les pertes de charge. La présente invention propose ainsi que la partie commune 300 soit la moins longue possible de manière à ce que les pertes de charge soient minimisées et de manière à ce que la pression régnant à l’intérieur de la partie commune demeure inférieure à la pression-seuil.
On note que selon cette variante, la première longueur X1 est égale à la somme de la première distance Y1 et de la troisième distance Y3. On note aussi que selon cette variante, la deuxième longueur X2 est égale à la somme de la deuxième distance Y2 et de la troisième distance Y3.
La première portion 201 comprend une première partie 301 qui s’étend entre la sortie du premier dispositif de compression 31 et le point de convergence 7. La première partie 301 est d’une longueur correspondant à la première distance Y1. La deuxième portion 202 comprend une deuxième partie 302 qui s’étend entre la deuxième sortie du deuxième dispositif de compression 38 et le point de convergence 7. La deuxième partie 302 est d’une longueur correspondant à la deuxième distance Y2
On comprend que le circuit 1 comprend un élément de circuit 400 agencé en «Y» dont le pied est constitué de la partie commune 300 et les bras sont constitués de la première partie 301 et de la deuxième partie 302. L’élément de circuit 400 relie le premier dispositif de compression 9 et le deuxième dispositif de compression 13 à l’échangeur de chaleur principal 3.
Selon cette variante, la première partie 301 présentant une première section de passage S1, la deuxième partie 302 présentant une deuxième section de passage S2 et la partie commune 300 présentant une troisième section de passage S3, la troisième section de passage S3 est avantageusement supérieure ou égale à la somme de la première section de passage S1 et de la deuxième section de passage S2, pour diminuer des pertes de charge que le fluide réfrigérant FR est susceptible de subir à l’intérieur de la partie commune 300. La première section de passage S1, la deuxième section de passage S2 et la troisième section de passage S3 sont définies comme étant une surface offerte respectivement par la première partie 301, la deuxième partie 302 et la partie commune 300 au fluide réfrigérant FR pour s’écouler à l’intérieur de ces parties 300, 301, 302, ces surfaces étant prises orthogonalement au flux de fluide réfrigérant FR à l’intérieur de ces parties 300, 301, 302.
Selon une deuxième variante de réalisation illustrée sur les figures 2 et 4, la première longueur X1 est égale à la première distance Y1 et la deuxième longueur X2 est égale à la deuxième distance Y2. Autrement dit, la distance qui sépare la sortie de l’un quelconque des dispositifs de compression 9, 13 est égale à la distance qui sépare cette sortie du dispositif de compression 9, 13 de l’entrée de l’échangeur de chaleur principal 100, 101, 102.
Dans ce cas-là, la première portion 201 et la deuxième portion 202 ne comprennent aucune partie commune et sont agencées en deux lignes parallèles et indépendantes, la première portion 201 reliant la sortie du premier dispositif de compression 31 à une première entrée 101 de l’échangeur de chaleur principal 3, et la deuxième portion 202 reliant la sortie du deuxième dispositif de compression 38 à une deuxième entrée 102 de l’échangeur de chaleur principal 3.
Dans cette configuration le point de convergence 7 est situé en aval de la première entrée 101 et de la deuxième entrée 102, le point de convergence 7 étant le point du circuit 1 où le fluide réfrigérant FR en provenance du premier dispositif de compression 9 et le fluide réfrigérant FR en provenance du deuxième dispositif de compression 13 se mélangent l’un à l’autre. On comprend que selon cette variante le point de convergence 7 est susceptible d’être logé à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal 3.
Selon un autre aspect de l’invention visible sur les figures 1 et 2, le circuit 1 comprend au moins une conduite 15 qui relie fluidiquement la portion de première branche 33 à la portion de deuxième branche 39. Une telle conduite 15 permet de mettre en communication la première branche 4 et la deuxième branche 5, offrant ainsi la possibilité de mutualiser l’utilisation des deux dispositifs de compression 9, 13 quand le véhicule est en situation de charge rapide et quand les occupants de ce véhicule demandent aussi un refroidissement de l’air envoyé dans l’habitacle.
La conduite 15 est ainsi raccordée à un premier point 41 situé dans la portion de première branche 33 et à un deuxième point 42 situé dans la portion de deuxième branche 39.
La circulation du fluide réfrigérant FR dans la conduite 15 peut être contrôlée. C’est ainsi que la conduite 15 peut comprendre un moyen de contrôle 16 de la circulation du fluide réfrigérant FR au sein de la conduite 15. Ce moyen de contrôle 16 peut comprendre ou être constitué par un dispositif de détente 17, dont la fonction est soit de fermer la conduite 15, soit de l’ouvrir totalement, soit de mettre en œuvre une perte de charge de manière à générer une détente du fluide réfrigérant FR.
De manière cumulative, le moyen de contrôle 16 de la circulation du fluide réfrigérant FR au sein de la conduite 15 peut comprendre un premier clapet anti-retour 18. Ce dernier autorise ainsi une circulation du fluide réfrigérant FR de la portion de première branche 33 vers la portion de deuxième branche 39, et interdit une telle circulation en sens inverse, c’est-à-dire depuis la portion de deuxième branche 39 et vers la portion de première branche 33.
Le circuit 1 peut également comporter une première canalisation 19 disposée en parallèle de la conduite 15, vu du fluide réfrigérant FR. La première canalisation 19 s’étend ainsi de la portion de deuxième branche 39 à la portion de première branche 33. La première canalisation 19 s’étend entre un troisième point 43 situé dans la portion de deuxième branche 39 et le premier point 41.
La première canalisation 19 peut comprendre un deuxième clapet anti-retour 20. Ce dernier autorise ainsi une circulation du fluide réfrigérant FR de la portion de deuxième branche 39 vers la portion de première branche 33, et interdit une telle circulation en sens inverse, c’est-à-dire depuis la portion de première branche 33 et vers la portion de deuxième branche 39.
Le circuit 1 est susceptible d’être utilisé en mode de refroidissement simultané du dispositif de stockage électrique 11 et de l’habitacle. C’est notamment le cas d’une charge rapide imposée au dispositif de stockage électrique 11, alors que les occupants restent dans le véhicule pendant le temps de cette charge rapide.
Dans un tel mode, les deux dispositifs de compression 9, 13 sont en fonctionnement et compriment le fluide réfrigérant FR. Ces deux dispositifs de compression 9, 13 ainsi mutualisés permettent de délivrer la puissance frigorifique nécessaire au refroidissement de l’habitacle et du dispositif de stockage électrique 11, sans causer de nuisance acoustique, par exemple. L’échangeur de chaleur principal 3 décharge les calories du fluide réfrigérant FR dans le flux d’air extérieur F1. Le fluide réfrigérant FR circule ensuite à la fois dans la première branche 4 et dans la deuxième branche 5.
Le premier organe de détente 8 réalise une détente du fluide réfrigérant FR et le premier échangeur thermique 10 refroidit le dispositif de stockage thermique 11. Le fluide réfrigérant FR est aspiré par le premier dispositif de compression 9. Du côté de la deuxième branche 5, le deuxième organe de détente 12 réalise une détente du fluide réfrigérant FR et le deuxième échangeur thermique 14 refroidit le flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle. Le fluide réfrigérant FR qui sort du deuxième échangeur thermique 14 est alors aspiré par le deuxième dispositif de compression 13, après être passé par le dispositif d’accumulation 36.
Dans ce mode de refroidissement simultané de l’habitacle et du dispositif de stockage thermique 11, la conduite 15 peut être parcourue par une partie du fluide réfrigérant FR qui sort du premier échangeur thermique 10, cette partie venant rejoindre la portion 39 de la deuxième branche 5. Le deuxième dispositif de compression 13 comprime ainsi une quantité de fluide réfrigérant FR qui correspond à la somme du fluide réfrigérant qui sort du deuxième échangeur thermique 14 avec la partie de fluide réfrigérant qui parcourt la conduite 15.
Le dispositif de détente 17 réalise une détente qui gère le débit du fluide réfrigérant qui est dirigée vers le premier dispositif de compression 9 par rapport à la partie de fluide réfrigérant qui circule dans la conduite 15. Une telle organisation permet de soulager le travail du premier dispositif de compression 9 en envoyant une partie du fluide réfrigérant qui a refroidi le dispositif de stockage électrique 11 vers le deuxième dispositif de compression 13. Une telle organisation permet de réduire la taille du premier dispositif de compression 9 et/ou de réduire sa vitesse de rotation. Une réduction de la vitesse de rotation du premier dispositif de compression 9 permet ainsi de réduire le bruit généré. Autrement dit, le confort acoustique est amélioré.
On comprend que d’autres modes de fonctionnement sont susceptibles d’être appliqués au circuit 1 de la présente invention dont les caractéristiques principales sont illustrées sur les figures 3 et 4, l’architecture du circuit 1 étant de surcroît susceptible d’être plus complexe que ceux illustrés sur les figures 1 et 2.
On note avantageusement qu’un procédé de contrôle de la température du dispositif de stockage électrique 11, mettant en œuvre un tel circuit 1 de fluide réfrigérant FR est un procédé au cours duquel on active simultanément le premier dispositif de compression 9 et le deuxième dispositif de compression 13 pendant une charge rapide du dispositif de stockage électrique 11.
On comprend de ce qui précède que la présente invention permet ainsi d’assurer simplement, à coûts optimisés, sans excès de consommation et à un niveau sonore réduit, le traitement thermique, par chauffage ou refroidissement, d’un dispositif de stockage électrique, tel qu’une batterie ou un pack de batteries, configuré pour fournir une énergie électrique à un moteur électrique d’entraînement du véhicule, ainsi que le traitement thermique d’un habitacle, par chauffage ou refroidissement d’un flux d’air intérieur envoyé dans l’habitacle.
L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tous moyens ou configurations équivalentes et à toute combinaison techniquement opérant de tels moyens. En particulier, l’architecture du circuit de fluide réfrigérant peut être modifiée sans nuire à l’invention dans la mesure où il remplit les fonctionnalités décrites dans le présent document.
Claims (10)
- Circuit (1) pour véhicule automobile configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant (FR), le circuit (1) comprenant au moins une branche principale (2) comprenant au moins un échangeur de chaleur principal (3) comportant au moins une entrée (100; 101, 102) de fluide réfrigérant (FR), ainsi qu’une première branche (4) et une deuxième branche (5) qui s’étendent entre un point de divergence (6) et un point de convergence (7) et qui sont toutes deux disposées en série de la branche principale (2), la première branche (4) comprenant au moins un premier dispositif de compression (9), un premier organe de détente (8) et un premier échangeur thermique (10) configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique (11) du véhicule, la deuxième branche (5) comprenant au moins un deuxième dispositif de compression (13), un deuxième organe de détente (12) et un deuxième échangeur thermique (14) configuré pour traiter thermiquement un habitacle du véhicule, le circuit (1) comportant une ligne haute pression (200) qui comprend une première portion (201) s’étendant entre une sortie du premier dispositif de compression (31) et l’entrée (100; 101, 102) de l’échangeur de chaleur principal (3) et qui comprend une deuxième portion (202) s’étendant entre une sortie du deuxième dispositif de compression (38) et l’entrée (100; 101, 102) de l’échangeur de chaleur principal (3), la première portion (201) étant d’une première longueur (X1) et la deuxième portion (202) étant d’une deuxième longueur (X2), une première distance (Y1) séparant la sortie du premier dispositif de compression (31) du point de convergence (7) et une deuxième distance (Y2) séparant la sortie du deuxième dispositif de compression (38) du point de convergence (7), caractérisé en que la première distance (Y1) est supérieure à la moitié de la première longueur (X1) et en ce que la deuxième distance (Y2) est supérieure à la moitié de la deuxième longueur (X2).
- Circuit (1) selon la revendication 1, dans lequel la première distance (Y1) est supérieure aux trois-quarts de la première longueur (X1) et en ce que la deuxième distance (Y2) est supérieure aux trois-quarts de la deuxième longueur (X2).
- Circuit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première distance (Y1) est supérieure à 90% de la première longueur (X1) et en ce que la deuxième distance (Y2) est supérieure à 90% de la deuxième longueur (X2).
- Circuit l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première portion (201) et la deuxième portion (202) comprennent une partie commune (300) qui s’étend entre le point de convergence (7) et une entrée unique (100) de fluide réfrigérant (FR) à l’intérieur de l’échangeur de chaleur principal (3).
- Circuit selon la revendication 4, dans lequel la première portion (201) comprend une première partie (301) qui s’étend entre la sortie du premier dispositif de compression (31) et le point de convergence (7), et la deuxième portion (202) comprend une deuxième partie (302) qui s’étend entre la deuxième sortie du deuxième dispositif de compression (38) et le point de convergence (7).
- Circuit selon la revendication 5, dans lequel la première partie (301) présente une première section de passage (S1), la deuxième partie (302) présente une deuxième section de passage (S2) et la partie commune (300) présente une troisième section de passage (S3), la troisième section de passage (S3) étant supérieure ou égale à la somme de la première section de passage (S1) et de la deuxième section de passage (S2).
- Circuit (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première longueur (X1) est égale à la première distance (Y1) et en ce que la deuxième longueur (X2) est égale à la deuxième distance (Y2).
- Circuit (1) selon la revendication 7, dans lequel l’échangeur de chaleur principal (3) comprend une première entrée (101) en communication fluidique avec la première portion (201) et une deuxième entrée (102) en communication fluidique avec la deuxième portion (202).
- Circuit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une conduite (15) relie une portion de première branche (33) située entre le premier échangeur thermique (10) et le premier dispositif de compression (9) à une portion de deuxième branche (39) située entre le deuxième échangeur thermique (14) et le deuxième dispositif de compression (13).
- Procédé de contrôle de la température d’un dispositif de stockage électrique (11) d’un véhicule automobile, mettant en œuvre un circuit (1) de fluide réfrigérant selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, procédé au cours duquel on active simultanément le premier dispositif de compression (9) et le deuxième dispositif de compression (13) pendant une charge rapide du dispositif de stockage électrique (11).
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