FR3111097A1 - Système de conditionnement thermique pour véhicule automobile - Google Patents

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Abstract

Système de conditionnement thermique pour véhicule automobile L’invention concerne un système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comportant un circuit (1) de fluide réfrigérant comprenant : Une boucle principale (A) comportant : - Un dispositif de compression (2), - Un premier échangeur de chaleur (3) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur (Fe) à un habitacle du véhicule, - Un deuxième échangeur de chaleur (4) configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur (Fe), - Un premier dispositif de détente (5) - Un troisième échangeur de chaleur (6) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi), caractérisé en ce que le circuit (1) de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la température (8) du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur (3) et une entrée du deuxième échangeur de chaleur (4). Figure pour l’abrégé : Figure 1

Description

Système de conditionnement thermique pour véhicule automobile
La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique pour véhicule automobile. De tels systèmes permettent par exemple une régulation thermique de l’habitacle du véhicule, ainsi qu’une régulation thermique d’une batterie de stockage d’énergie électrique destinée à la propulsion des véhicules automobiles électriques et hybrides. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant au sein de plusieurs échangeurs de chaleur.
De tels systèmes permettent notamment un fonctionnement selon un mode refroidissement de l’habitacle, dans lequel de l’énergie calorifique est prélevée d’un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule, permettant ainsi de refroidir cet habitacle et d’assurer le confort thermique des occupants. L’énergie calorifique prélevée au flux d’air intérieur est restituée à un flux d’air extérieur à l’habitacle, au niveau d’un échangeur de chaleur qui fonctionne alors en mode condenseur. Afin d’augmenter la capacité de refroidissement, il est connu d’assurer un sous-refroidissement du fluide réfrigérant après sa sortie du condenseur, en le faisant passer dans un autre échangeur. Cet autre échangeur, dit de sous-refroidissement, est disposé généralement en amont du condenseur de façon à recevoir un flux d’air n’ayant pas été échauffé par l’échange thermique avec le condenseur. Afin de réguler le fonctionnement du système, il est usuel de mesurer la valeur de la pression et de la température du fluide réfrigérant qui sort de l’échangeur de sous-refroidissement. La valeur du sous-refroidissement déterminée à partir de cette mesure de pression et température, ainsi qu’à partir de la courbe de saturation caractéristique du fluide réfrigérant permet de contrôler le débit de fluide réfrigérant à faire circuler pour optimiser l’efficacité thermodynamique du système.
Lorsque l’échangeur de sous-refroidissement possède une capacité d’échange thermique suffisamment élevée, la température du fluide réfrigérant en sortie de l’échangeur de sous-refroidissement est pratiquement égale à la température du flux d’air extérieur arrivant sur cet échangeur de sous-refroidissement, et ce quelquesoit le débit de réfrigérant parcourant le circuit de fluide réfrigérant. Autrement dit, la valeur du sous-refroidissement ne dépend plus du débit de fluide réfrigérant. Il est dans ce cas difficile de contrôler correctement le système.
La présente invention vise à remédier au problème ci-dessus grâce à une architecture permettant un contrôle du système de conditionnement thermique même lorsque le fluide réfrigérant sort de l’échangeur de sous-refroidissement à la même température, ou du moins à une température très proche de celle de l’air alimentant l’échangeur de sous-refroidissement. L’invention propose également un procédé de contrôle assurant un fonctionnement optimisé du système grâce à une consigne particulière du sous-refroidissement.
Ainsi, l’invention propose un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile, comportant un circuit de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comprenant une boucle principale comportant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
- Un dispositif de compression,
- Un premier échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule,
- Un deuxième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur,
- Un premier dispositif de détente
- Un troisième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur,
caractérisé en ce que le circuit de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur et une entrée du deuxième échangeur de chaleur.
Cette configuration permet de mesurer la température du fluide réfrigérant entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur. Le deuxième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur, de façon à assurer un sous-refroidissement du fluide réfrigérant.
Selon un mode de réalisation, le circuit de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la pression du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur et une entrée du deuxième échangeur de chaleur.
Il est ainsi possible de mesurer également la pression du fluide réfrigérant entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur.
Avantageusement, le deuxième échangeur de chaleur est disposé en amont du premier échangeur de chaleur selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur.
Le deuxième échangeur de chaleur reçoit ainsi un flux d’air extérieur qui n’a pas subi d’échange thermique avec le premier échangeur de chaleur, et qui n’a donc pas été échauffé par le premier échangeur. Le deuxième échangeur permet ainsi de refroidir plus efficacement le fluide réfrigérant.
Selon un mode de réalisation, le capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant et le capteur de mesure de la pression du fluide réfrigérant font partie d’un même corps de capteur.
Selon un mode de réalisation, une sortie du premier échangeur de chaleur comporte une embase de réception du corps de capteur.
Le capteur de mesure de la pression et de la température du fluide réfrigérant peut ainsi être intégré au premier échangeur de chaleur. L’encombrement global est diminué et le montage est facilité.
En variante, une entrée du deuxième échangeur de chaleur comporte une embase de réception du corps de capteur.
Le capteur de mesure de la pression et de la température du fluide réfrigérant peut ainsi être intégré au deuxième échangeur de chaleur. Comme précédemment, l’encombrement global est diminué et le montage est facilité.
Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant, disposé selon le sens de parcours du fluide réfrigérant entre le troisième échangeur de chaleur et le dispositif de compression. Ce dispositif d’accumulation permet d’ajuster, suivant les conditions d’utilisation, la quantité de fluide circulant dans le système.
Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte un échangeur de chaleur interne permettant un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression circulant selon le sens de parcours de fluide réfrigérant entre le deuxième échangeur de chaleur et le premier dispositif de détente et le fluide réfrigérant à basse pression circulant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant entre le dispositif d’accumulation et le dispositif de compression.
L’échangeur interne permet d’augmenter la variation d’enthalpie du fluide réfrigérant au cours du cycle thermodynamique, ce qui améliore la puissance de refroidissement disponible.
Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le deuxième échangeur de chaleur et le premier dispositif de détente à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le troisième échangeur de chaleur et le dispositif de compression, la première branche de dérivation comportant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant un deuxième dispositif de détente et un quatrième échangeur de chaleur.
Dans un exemple de mise en œuvre, le quatrième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec une batterie de stockage d’énergie électrique du véhicule.
Un refroidissement de la batterie fournissant l’énergie électrique d’un véhicule à chaine de traction électrique peut ainsi être assuré. Plus généralement une régulation de la température de la batterie peut ainsi être réalisée.
Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le dispositif de compression et le premier échangeur de chaleur à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le deuxième échangeur de chaleur et le premier point de raccordement.
Selon un exemple de mise en œuvre, le système de conditionnement thermique comporte un cinquième échangeur de chaleur disposé sur la deuxième branche de dérivation et configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur.
Le cinquième échangeur de chaleur peut assurer le chauffage de l’habitacle. Dans cet exemple de mise en œuvre, le cinquième échangeur de chaleur est disposé sur la deuxième branche de dérivation du circuit de fluide réfrigérant. Il est ainsi possible de faire en sorte que le cinquième échangeur de chaleur ne soit pas parcouru par le fluide réfrigérant dans certains modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique.
Selon un autre exemple de mise en œuvre, le système de conditionnement thermique comporte un cinquième échangeur de chaleur disposé sur la boucle principale entre le dispositif de compression et le troisième point de raccordement et configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur.
Dans cet exemple de mise en œuvre, le cinquième échangeur de chaleur est disposé sur la boucle principale du circuit de réfrigérant, et est donc parcouru par le fluide réfrigérant dans tous les modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique.
Dans les deux cas, le cinquième échangeur de chaleur est un condenseur interne.
La condensation du fluide réfrigérant à haute pression permet de dissiper des calories dans le flux d’air intérieur et ainsi d’assurer par exemple le chauffage de l’habitacle du véhicule.
Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une troisième branche de dérivation reliant un cinquième point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le quatrième point de raccordement et le premier point de raccordement à un sixième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le troisième point de raccordement et le premier échangeur de chaleur.
Le système de conditionnement thermique comporte un troisième dispositif de détente disposé sur la troisième branche de dérivation.
La troisième branche de dérivation et le troisième dispositif de détente permettent le fonctionnement en mode pompe à chaleur, comme il sera précisé ultérieurement.
Selon un exemple de mise en oeuvre, la boucle principale comporte une vanne antiretour configurée pour bloquer le fluide réfrigérant en provenance du quatrième point de raccordement.
Selon un exemple de mise en œuvre, la boucle principale comporte une première vanne d’arrêt disposée entre le troisième point de raccordement et le premier échangeur de chaleur.
Selon un exemple de mise en œuvre, le système de conditionnement thermique comporte une quatrième branche de dérivation reliant un septième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur à un huitième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le troisième échangeur de chaleur et le deuxième point de raccordement.
La quatrième branche de dérivation comprend une deuxième vanne d’arrêt.
De même, la deuxième branche de dérivation comprend une troisième vanne d’arrêt.
Les vannes d’arrêt et vanne antiretour permettent de diriger sélectivement le fluide réfrigérant dans les différentes branches du circuit de réfrigérant, afin d’assurer différents modes de fonctionnement.
Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comprend sur la boucle principale un capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant disposé entre le dispositif de compression et le cinquième échangeur de chaleur.
Cette information de la valeur de la température permet d’assurer que la température de refoulement du dispositif de compression est inférieure à la limite maximale admissible.
Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comprend sur la boucle principale un deuxième capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant disposé entre le quatrième point de raccordement et le cinquième point de raccordement.
De même, le système de conditionnement thermique comprend sur la boucle principale un deuxième capteur de mesure de la pression du fluide réfrigérant disposé entre le quatrième point de raccordement et le cinquième point de raccordement.
L’information de température et pression du fluide réfrigérant circulant entre le quatrième et le cinquième point de raccordement permet d’assurer le contrôle de la détente du fluide réfrigérant, lorsque le système de conditionnement thermique fonctionne en mode pompe à chaleur, également appelé mode chauffage.
Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comprend sur la boucle principale un troisième capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant disposé entre le deuxième point de raccordement et le dispositif d’accumulation.
De plus, le système de conditionnement thermique comprend sur la boucle principale un troisième capteur de mesure de la pression du fluide réfrigérant disposé entre le deuxième point de raccordement et le dispositif d’accumulation.
Cette information de la valeur de la température ainsi que la pression du fluide réfrigérant entrant dans le dispositif d’accumulation permet de connaitre l’état thermodynamique du fluide réfrigérant.
Selon un exemple de mise en œuvre, le deuxième capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant et le deuxième capteur de mesure de la pression du fluide réfrigérant font partie d’un même corps de capteur.
Selon un exemple de mise en œuvre, le troisième capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant et le troisième capteur de mesure de la pression du fluide réfrigérant font partie d’un même corps de capteur.
Dans chacun des cas, l’intégration d’un capteur unique combinant deux mesures distinctes est plus facile que l’intégration de deux capteurs de mesure distincts.
L’invention concerne également un procédé de contrôle d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, le procédé comportant les étapes :
- Déterminer une valeur de la pression du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur,
- Déterminer une valeur de la température du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur,
- Déterminer une valeur du sous-refroidissement du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur,
- Contrôler un débit de fluide réfrigérant dans le circuit de façon à obtenir une valeur de consigne prédéterminée du sous-refroidissement.
Avantageusement, le procédé de contrôle comporte l’étape :
- Déterminer une vitesse d’avancement du véhicule,
la valeur de consigne du sous-refroidissement étant comprise entre 4°C et 10°C, de préférence égale à 5°C, lorsque la vitesse d’avancement du véhicule est supérieure à 70 km/h.
Avantageusement, la valeur de consigne du sous-refroidissement est comprise entre 8°C et 16°C, de préférence égale à 15°C, lorsque la vitesse d’avancement du véhicule est nulle.
Ces valeurs de sous-refroidissement permettent d’assurer un coefficient de performance optimisé. La valeur consigne du sous-refroidissement est ajustée à la vitesse du flux d’air arrivant sur le premier échangeur et le deuxième échangeur. Cette vitesse d’air est estimée à partir de la vitesse d’avancement du véhicule.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation donnée à titre d’exemples non limitatifs, accompagnée des figures ci-dessous :
– représente une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention,
– représente une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
– est un schéma bloc illustrant les différentes étapes du procédé selon l’invention,
- représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 1 selon un premier mode de fonctionnement,
- représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 1 selon un deuxième mode de fonctionnement,
- représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 1 selon un troisième mode de fonctionnement.
Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre et on peut interchanger les dénominations. Dans la description qui suit, le terme « un premier élément en amont d’un deuxième élément » signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation d'un fluide. De manière analogue, le terme « un premier élément en aval d’un deuxième élément » signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation du fluide considéré.
On a représenté sur la figure 1 un système de conditionnement thermique 100 pour véhicule automobile, comportant un circuit 1 de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant.
Autrement dit, en fonctionnement normal du système de conditionnement thermique 100, un fluide réfrigérant circule au moins dans une partie du circuit 1 de fluide réfrigérant. Le système de conditionnement thermique 100 permet de réguler la température ainsi que le taux d’humidité de l’air présent dans l’habitacle du véhicule, afin d’assurer le confort des passagers. Il permet également de refroidir un ou plusieurs organes d’une chaine de traction électrique du véhicule, comme par exemple une batterie comportant un ensemble de cellules de stockage d’énergie électrique. Le fluide réfrigérant utilisé par le circuit de fluide réfrigérant 1 est ici un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants pourraient être employés, comme par exemple le R134a.
Le circuit 1 de fluide réfrigérant comprend une boucle principale A comportant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
- Un dispositif de compression 2,
- Un premier échangeur de chaleur 3 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe à un habitacle du véhicule,
- Un deuxième échangeur de chaleur 4 configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur Fe,
- Un premier dispositif de détente 5
- Un troisième échangeur de chaleur 6 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi,
et est caractérisé en ce que le circuit 1 de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la température 8 du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur 3 et une entrée du deuxième échangeur de chaleur 4.
Cette configuration permet de mesurer la température du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4. Le deuxième échangeur de chaleur 4 est configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur Fe, de façon à assurer un sous-refroidissement du fluide réfrigérant.
Sur l’exemple ici décrit, le circuit 1 de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la pression 9 du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur 3 et une entrée du deuxième échangeur de chaleur 4.
Il est ainsi possible de mesurer également la pression du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4. Autrement dit, l’état thermodynamique du fluide réfrigérant ayant déjà traversé le premier échangeur de chaleur 3 et n’ayant pas encore traversé le deuxième échangeur de chaleur 4 peut être déterminé.
Sur l’exemple décrit notamment sur la figure 1, le deuxième échangeur de chaleur 4 est disposé en amont du premier échangeur de chaleur 3 selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur Fe.
Le deuxième échangeur de chaleur 4 reçoit ainsi un flux d’air extérieur Fe qui n’a pas subi d’échange thermique avec le premier échangeur de chaleur 3, et qui n’a donc pas été échauffé par le premier échangeur 3. Le deuxième échangeur 4 permet ainsi de refroidir plus efficacement le fluide réfrigérant. Le premier échangeur de chaleur 3 possède une entrée de fluide réfrigérant et une sortie de fluide réfrigérant. De même, le deuxième échangeur de chaleur 4 possède une entrée de fluide réfrigérant et une sortie de fluide réfrigérant.
Le flux d’air extérieur Fe est un flux d’air qui n’est pas destiné à être envoyé vers l’intérieur de l’habitacle du véhicule. Le premier échangeur 3 et le deuxième échangeur 4 peuvent par exemple être placés à l’avant du véhicule, et reçoivent directement le flux d’air crée par l’avancement du véhicule.
Sur le mode de réalisation ici décrit, le capteur de mesure de la température 8 du fluide réfrigérant et le capteur de mesure de la pression 9 du fluide réfrigérant font partie d’un même corps de capteur 10 La fonction mesure de température et la fonction mesure de pression sont alors assurées par un capteur combinant les deux fonctions. Une seule interface de montage sur le circuit de réfrigérant est nécessaire. Le câblage électrique est également simplifié.
Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte un dispositif d’accumulation 21 de fluide réfrigérant, disposé selon le sens de parcours du fluide réfrigérant entre le troisième échangeur de chaleur 6 et le dispositif de compression 2. Ce dispositif d’accumulation permet d’ajuster, suivant les conditions d’utilisation, la quantité de fluide circulant dans le système.
Le système de conditionnement thermique comporte ici un échangeur de chaleur interne 24 permettant un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression circulant selon le sens de parcours de fluide réfrigérant entre le deuxième échangeur de chaleur 4 et le premier dispositif de détente 5 et le fluide réfrigérant à basse pression circulant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant entre le dispositif d’accumulation 21 et le dispositif de compression 2. Cet échangeur de chaleur interne est optionnel et pourrait ne pas être utilisé.
L’échangeur interne permet d’augmenter la variation d’enthalpie du fluide réfrigérant au cours du cycle thermodynamique, ce qui améliore la puissance de refroidissement disponible.
Le système de conditionnement thermique 100 comporte une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement 11 disposé sur la boucle principale A et compris entre le deuxième échangeur de chaleur 4 et le premier dispositif de détente 5 à un deuxième point de raccordement 12 disposé sur la boucle principale A entre le troisième échangeur de chaleur 6 et le dispositif de compression 2, la première branche de dérivation B comportant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant un deuxième dispositif de détente 22 et un quatrième échangeur de chaleur 7.
Le quatrième échangeur de chaleur 7 est ici configuré pour échanger de la chaleur avec une batterie 23 de stockage d’énergie électrique du véhicule.
Le quatrième échangeur de chaleur 7 permet ainsi de réguler la température de la batterie. Le couplage thermique entre le quatrième échangeur de chaleur 7 et la batterie 23 peut être assuré de manière directe, le fluide réfrigérant échangeant directement de la chaleur avec la batterie, ou encore de manière indirecte, par l’intermédiaire d’un circuit de fluide caloporteur, non représenté. Dans ce cas, le fluide réfrigérant refroidit un fluide caloporteur, qui à son tour échange de la chaleur avec la batterie 23 et permet de la refroidir.
Un refroidissement de la batterie fournissant l’énergie électrique d’un véhicule à chaine de traction électrique peut ainsi être assuré. Plus généralement une régulation de la température de la batterie peut ainsi être réalisée.
Le système de conditionnement thermique 100 comporte aussi une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement 13 disposé sur la boucle principale A et compris entre le dispositif de compression 2 et le premier échangeur de chaleur 3 à un quatrième point de raccordement 14 disposé sur la boucle principale A et compris entre le deuxième échangeur de chaleur 4 et le premier point de raccordement 11.
Sur l’exemple de la figure 1, le système de conditionnement thermique comporte un cinquième échangeur de chaleur 25 disposé sur la boucle principale A entre le dispositif de compression 2 et le troisième point de raccordement 13 et configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi.
On entend par flux d’air intérieur Fi un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air intérieur, ou interne, peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation, souvent désignée par le terme Anglais « HVAC » signifiant « Heating, Ventilating and Air Conditioning ». Pour des raisons de facilité de représentation, le cinquième échangeur de chaleur 25 n’est pas à coté du troisième échangeur de chaleur 6 sur les figures. En réalité, l’échangeur 6 est situé en amont de l’échangeur 25, les deux échangeurs étant disposés dans un même boitier de l’ installation de chauffage, ventilation et climatisation.
Dans cet exemple de mise en œuvre, le cinquième échangeur de chaleur est disposé sur la boucle principale du circuit de réfrigérant, et est donc parcouru par le fluide réfrigérant dans tous les modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique.
Le cinquième échangeur de chaleur 5 est un condenseur interne. Le cinquième échangeur de chaleur 5 peut ainsi assurer le chauffage de l’habitacle, en dissipant les calories provenant de la condensation du fluide réfrigérant dans le flux d’air intérieur Fi qui est destiné à l’habitacle du véhicule.
Sur l’exemple de la figure 2, le système de conditionnement thermique 100 comporte un cinquième échangeur de chaleur 25 disposé sur la deuxième branche de dérivation C et configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi.
Dans cet exemple de mise en œuvre, le cinquième échangeur de chaleur est disposé sur la deuxième branche de dérivation du circuit de fluide réfrigérant. Il est ainsi possible de faire en sorte que le cinquième échangeur de chaleur ne soit pas parcouru par le fluide réfrigérant dans certains modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique.
Le système de conditionnement thermique 100 comporte aussi une troisième branche de dérivation D reliant un cinquième point de raccordement 15 disposé sur la boucle principale A et compris entre le quatrième point de raccordement 14 et le premier point de raccordement 11 à un sixième point de raccordement 16 disposé sur la boucle principale A entre le troisième point de raccordement 13 et le premier échangeur de chaleur 3.
Sur l’exemple représenté, les points de raccordement 11, 14 15 sont distincts. Cependant, le cinquième point de raccordement 15 peut être confondu avec le quatrième point de raccordement 14. De même, le cinquième point de raccordement 15 peut être confondu avec le premier point de raccordement 11. Les trois points de raccordement 11, 14, 15 peuvent aussi être confondus.
Le système de conditionnement thermique 100 comporte un troisième dispositif de détente 26 disposé sur la troisième branche de dérivation D.
La troisième branche de dérivation et le troisième dispositif de détente permettent le fonctionnement en mode pompe à chaleur, comme il sera précisé ultérieurement.
Chacun des premier, deuxième et troisième dispositif de détente peut être un détendeur électronique, un détendeur thermostatique, ou un orifice calibré. Dans le cas d’un détendeur électronique, la section de passage permettant de faire passer le fluide réfrigérant peut être ajustée de manière continue entre une position de fermeture et une position d’ouverture maximale. Pour cela, l’unité de contrôle du système pilote un moteur électrique qui déplace l’obturateur mobile qui gère la section de passage du dispositif de détente.
Sur l’exemple représenté, la boucle principale A comporte une vanne antiretour 36 configurée pour bloquer le fluide réfrigérant en provenance du quatrième point de raccordement 14. La vanne antiretour 36 peut par exemple un clapet anti-retour, de type passif c'est-à-dire n’étant pas commandé électriquement. La vanne antiretour 36 peut aussi être une vanne d’arrêt commandée électriquement par l’unité de contrôle du système.
La boucle principale A comporte une première vanne d’arrêt 27 disposée entre le troisième point de raccordement 13 et le premier échangeur de chaleur 3. La vanne d’arrêt permet d’empêcher le passage du fluide réfrigérant dans la portion de circuit comprise entre le premier point de raccordement 13 et le premier échangeur 3.
Le système de conditionnement thermique comporte également une quatrième branche de dérivation E reliant un septième point de raccordement 17 disposé sur la boucle principale A entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4 à un huitième point de raccordement 18 disposé sur la boucle principale A entre le troisième échangeur de chaleur 6 et le deuxième point de raccordement 12.
La quatrième branche de dérivation E comprend une deuxième vanne d’arrêt 28. Cette vanne d’arrêt permet aussi d’empêcher le passage de fluide réfrigérant dans la quatrième branche de dérivation E.
La deuxième branche de dérivation C comprend une troisième vanne d’arrêt 33. Comme précédemment, cette vanne d’arrêt permet d’empêcher d’empêcher le passage de fluide réfrigérant dans la deuxième branche de dérivation C.
Chaque point de raccordement 11 à 18 permet au fluide réfrigérant de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit se rejoignant à ce point de raccordement. La répartition du fluide réfrigérant entre les deux portions de circuit se rejoignant au point de raccordement se fait suivant l’ouverture ou la fermeture des vannes comprises sur chacune des deux branches.
Les vannes d’arrêt et la vanne antiretour permettent ainsi de diriger sélectivement le fluide réfrigérant dans les différentes branches du circuit de réfrigérant, afin d’assurer différents modes de fonctionnement, comme il sera décrit ultérieurement.
Une unité électronique de contrôle, non représentée sur les figures, reçoit les informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit. L’unité électronique reçoit également les consignes demandées par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique met en œuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 1.
Le système de conditionnement thermique comprend sur la boucle principale A un capteur de mesure de la température 34 du fluide réfrigérant disposé entre le dispositif de compression 2 et le cinquième échangeur de chaleur 25.
Cette information de la valeur de la température permet d’assurer que la température de refoulement du dispositif de compression est inférieure à la limite maximale admissible.
Le système de conditionnement thermique 100 comprend sur la boucle principale A un deuxième capteur de mesure de la température 29a du fluide réfrigérant disposé entre le quatrième point de raccordement 14 et le cinquième point de raccordement 15.
Dans le cas où le quatrième point de raccordement 14 et le cinquième point de raccordement 15 sont confondus, le deuxième capteur de mesure de la température 29a du fluide réfrigérant est disposé en amont du quatrième point de raccordement 14, entre la sortie du deuxième échangeur 4 et le quatrième point de raccordement 14.
Le système de conditionnement thermique comprend également sur la boucle principale A un deuxième capteur de mesure de la pression 29b du fluide réfrigérant disposé entre le quatrième point de raccordement 14 et le cinquième point de raccordement 15.
L’information de température et pression du fluide réfrigérant circulant entre le quatrième et le cinquième point de raccordement permet d’assurer le contrôle de la détente du fluide réfrigérant.
Le système de conditionnement thermique 100 comprend sur la boucle principale A un troisième capteur de mesure de la température 30a du fluide réfrigérant disposé entre le deuxième point de raccordement 12 et le dispositif d’accumulation 21.
Le système de conditionnement thermique 100 comprend aussi sur la boucle principale A un troisième capteur de mesure de la pression 30b du fluide réfrigérant disposé entre le deuxième point de raccordement 12 et le dispositif d’accumulation 21.
Cette information de la valeur de la température ainsi que la pression du fluide réfrigérant entrant dans le dispositif d’accumulation permet de connaitre l’état thermodynamique du fluide réfrigérant.
Le deuxième capteur de mesure de la température 29a du fluide réfrigérant et le deuxième capteur de mesure de la pression 29b du fluide réfrigérant font partie d’un même corps de capteur 31.
Le troisième capteur de mesure de la température 30a du fluide réfrigérant et le troisième capteur de mesure de la pression 30b du fluide réfrigérant ici font partie d’un même corps de capteur 32. Autrement dit, les capteurs utilisés sont des capteurs combinés mesurant conjointement la pression et la température du fluide réfrigérant.
Dans chacun des cas, l’intégration d’un capteur unique combinant deux mesures distinctes est plus facile que l’intégration de deux capteurs de mesure distincts. Il est toutefois tout à fait possible d’utiliser des capteurs séparés, c'est-à-dire un capteur de pression et un capteur de température indépendant.
On décrira maintenant le procédé de contrôle proposé pour le système de conditionnement thermique 100 décrit précédemment. Le procédé comporte les étapes :
- Déterminer une valeur de la pression du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4, (étape 50)
- Déterminer une valeur de la température du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4, (étape 51)
- Déterminer une valeur du sous-refroidissement du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4, (étape 52)
- Contrôler un débit de fluide réfrigérant dans le circuit de façon à obtenir une valeur de consigne prédéterminée du sous-refroidissement. (étape 54)
L’unité de contrôle détermine la valeur du sous-refroidissement à appliquer en fonction des conditions d’utilisation, c'est-à-dire en fonction notamment de la température ambiante, de la puissance thermique fournie où absorbée par les différents échangeurs de chaleur du système. La pression du réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4 peut être mesurée par un capteur de mesure, tel le capteur 9. De même, la température du réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4 peut être mesurée par un capteur de mesure, comme le capteur 8. Il est aussi possible de mesurer chacune de ces grandeurs à un autre endroit du circuit, et de recalculer l’information en modélisant l’évolution de la grandeur entre le point de mesure et le point où on souhaite disposer de l’information.
Le procédé de contrôle comporte également l’étape :
- Déterminer une vitesse d’avancement V du véhicule. (étape 53)
La valeur de consigne du sous-refroidissement est comprise entre 4°C et 10°C, de préférence égale à 5°C, lorsque la vitesse d’avancement V du véhicule est supérieure à 70 km/h.
Comme l’ont montré les plans de test réalisés par le demandeur, cette valeur du sous-refroidissement permet d’optimiser les performances thermodynamiques du système lors des phases de roulage du véhicule. En effet, ces conditions de roulage correspondent à un flux d’air élevé arrivant sur le premier et le deuxième échangeur de chaleur.
La valeur de consigne du sous-refroidissement est comprise entre 8°C et 16°C, de préférence égale à 15°C, lorsque la vitesse d’avancement V du véhicule est nulle.
Ces conditions correspondent à un flux d’air limité sur le premier et le deuxième échangeur de chaleur, et inférieur à celui correspondant aux phases de roulage du véhicule. Ce cas d’utilisation correspond par exemple aux phases de charge rapide de la batterie du véhicule. Durant ces phases, la puissance thermique à dissiper par le système peut être de l’ordre de 10 kilowatt. Même si un groupe moto-ventilateur génère un flux d’air sur le premier échangeur et le deuxième échangeur, la valeur du sous-refroidissement optimal est plus élevée que la valeur optimale en roulage.
Optionnellement, le procédé de contrôle peut aussi prendre en compte le débit d’air du groupe moto-ventilateur contribuant à générer un flux d’air sur le premier et le deuxième échangeur de chaleur.
Les figures 4 à 6 illustrent trois modes de fonctionnement distincts du système de conditionnement thermique 100. D’autres modes de fonctionnement sont également possibles, en jouant sur le débit de fluide réfrigérant traversant la boucle principale A ainsi que chacune des branches de dérivation B, C, D, E.
Sur les figures 4 à 6, les portions de circuit dans lesquelles le fluide réfrigérant circule sont représentées en trait plein. Les portions de circuit dans lesquelles le fluide réfrigérant ne circule pas sont représentées en pointillés.
Premier mode de fonctionnement:
La figure 4 illustre le fonctionnement du système de conditionnement thermique 100 du premier mode réalisation, selon un premier mode de fonctionnement, dit mode « climatisation ».
Dans ce premier mode de fonctionnement du système de conditionnement thermique 100, le fluide réfrigérant circule dans la boucle principale A du circuit de fluide réfrigérant 1 et parcours dans l’ordre :
- le dispositif de compression 2, à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à haute pression,
- le cinquième échangeur de chaleur 25,
- le troisième échangeur de chaleur 3 au niveau duquel il perd de la chaleur et cède cette chaleur au flux d’air extérieur Fe,
- le quatrième échangeur de chaleur 4 au niveau duquel il perd à nouveau de la chaleur et cède cette chaleur au flux d’air extérieur Fe,
- le dispositif de détente 5, au niveau duquel le fluide réfrigérant subit une détente et passe à une basse pression, inférieure à la haute pression,
- le troisième échangeur de chaleur 6 au niveau duquel le fluide réfrigérant absorbe de la chaleur, cette chaleur étant prélevée au flux d’air intérieur Fi qui est ainsi refroidi,
- le dispositif d’accumulation 21,
et rejoint l’étage d’aspiration du dispositif de compression 2.
Dans ce premier mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant ne circule pas dans la première branche de dérivation B, ni dans la deuxième branche de dérivation C, ni dans la troisième branche de dérivation D, ni dans la quatrième branche de dérivation E. Pour cela, le deuxième dispositif de détente 22 est en position fermée, ce qui interdit le passage de fluide réfrigérant dans la première branche de dérivation B. La vanne d’arrêt 33 est fermée, ce qui empêche la circulation du fluide réfrigérant dans la deuxième branche de dérivation C. La vanne d’arrêt 28 empêche la circulation du fluide réfrigérant dans la quatrième branche de dérivation E.
Au niveau du troisième point de raccordement 13, le fluide réfrigérant est dirigé vers le premier échangeur de chaleur 3, qui fonctionne en condenseur dans ce mode de fonctionnement. Le fluide réfrigérant à haute pression et haute température cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe. Après avoir traversé le premier échangeur de chaleur 3, et au niveau du septième point de raccordement 17, le fluide réfrigérant est dirigé vers le deuxième échangeur de chaleur 4. La pression et la température du fluide réfrigérant ayant subi un échange thermique dans le premier échangeur 3 et n’ayant pas encore subi d’échange thermique dans le deuxième échangeur 4 est mesuré par le capteur de température 8 et le capteur de pression 9.
A partir de la courbe de saturation caractéristique du fluide réfrigérant employé et de la pression mesurée, la température de condensation du fluide réfrigérant est calculée. A partir de la température de condensation et de la température mesurée du fluide réfrigérant, la valeur du sous-refroidissement est calculée. Cette valeur correspond au sous-refroidissement en sortie du premier échangeur 3, avant de subir un autre refroidissement dans le deuxième échangeur de chaleur 4.
Le fluide réfrigérant est refroidi dans le deuxième échangeur de chaleur 4, qui termine le sous-refroidissement. En raison de l’efficacité thermique de l’échangeur 4, le fluide réfrigérant sort du deuxième échangeur de chaleur 4 à une valeur très proche de la température du flux d’air extérieur Fe. Par très proche, on entend que l’écart entre la température du fluide réfrigérant et la température du flux d’air extérieur Fe est inférieure à 4°C.
Le fluide réfrigérant à haute pression sortant du deuxième échangeur de chaleur 4 traverse la vanne antiretour 36, qui est dans le sens passant, la branche haute pression 24a de l’échangeur interne 24, parvient au quatrième point de raccordement 14, puis au cinquième point de raccordement 15 où le fluide réfrigérant est orienté vers le premier point de raccordement 11 puis vers le premier dispositif de détente 5. En effet, le deuxième dispositif de détente 22 et le troisième dispositif de détente 26 sont en position de fermeture, ce qui interrompt la circulation respectivement dans la première branche de dérivation B et la troisième branche de dérivation D.
Le fluide réfrigérant est détendu au niveau du premier dispositif de détente 5, et rejoint le troisième échangeur de chaleur 6 où il s’évapore en prélevant de la chaleur du flux d’air intérieur Fi. Le flux d’air intérieur Fi est ainsi refroidi, ce qui permet d’assurer le refroidissement de l’habitacle.
La section de passage du premier dispositif de détente 5 est ajustée par l’unité électronique de contrôle de façon à assurer la valeur de sous-refroidissement de consigne au fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur 3 et le deuxième échangeur 4. Le contrôle du système est rendu possible par le fait que l’état du fluide réfrigérant est déterminé après son passage dans le premier échangeur 3 et avant son passage dans le deuxième échangeur 4 qui termine le sous-refroidissement. Dans les systèmes selon l’état de l’art, où l’état du fluide réfrigérant est déterminé après le passage dans le deuxième échangeur 4, le contrôle est rendu instable car le fluide réfrigérant sort de l’échangeur 4 quasiment à la température du flux d’air extérieur Fe, et ce quelquesoit le débit de fluide réfrigérant circulant dans la boucle principale. Les variations de la section de passage du premier dispositif de détente 5 n’ont donc que très peu d’effet sur l’état thermodynamique du fluide réfrigérant en sortie de l’échangeur 5 de sous-refroidissement, ce qui rend le système difficilement contrôlable. Un système selon l’invention peut lui être facilement contrôlé, car les variations de la section de passage du premier dispositif de détente 5 ont une influence directe sur l’état thermodynamique du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur 3.
Au niveau du huitième point de raccordement 18, le fluide réfrigérant à basse pression est dirigé vers le deuxième point de raccordement 12 puis atteint l’entrée du dispositif d’accumulation 21. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la branche basse pression 24b de l’échangeur interne 24 et rejoint ensuite l’entrée du dispositif de compression 2 où il est comprimé à nouveau et boucle le cycle thermodynamique.
Un volet 35 permet d’éviter qu’un flux d’air traverse le cinquième échangeur de chaleur, c'est-à-dire le condenseur interne 25. Dans ce mode de fonctionnement, il n’y a pas d’échange thermique au niveau du condenseur interne 25, ou du moins cet échange thermique est limité à celui rendu possible par les fuites d’air résiduelles autour du volet 35. De la chaleur est absorbée au niveau du troisième échangeur de chaleur 6, et de la chaleur est rejetée au niveau du premier échangeur de chaleur 3 et du deuxième échangeur de chaleur 4. Ce premier mode de fonctionnement permet donc de refroidir le flux d’air intérieur Fi.
Le capteur de température 34 permet de mesurer la température de refoulement du dispositif de compression 2. L’état thermodynamique du fluide réfrigérant sous-refroidi, à haute pression, est déterminé à partir des informations fournies par le deuxième capteur de mesure de la température 29a et le deuxième capteur de mesure de la pression 29b situés en amont du premier dispositif de détente 5.
L’état thermodynamique du fluide réfrigérant à basse pression entrant dans le dispositif d’accumulation 21 est déterminé à partir des informations fournies par le troisième capteur de mesure de la température 30a et le troisième capteur de mesure de la pression 30b, placés en amont du dispositif d’accumulation 21.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, le cinquième échangeur de chaleur 5 est disposé sur le deuxième branche de dérivation C. Cet échangeur n’est donc pas parcouru par le fluide réfrigérant dans le mode « climatisation ». Il n’y a aucun échauffement parasite du flux d’air intérieur Fi, même en cas de fuite d’air autour du volet 35, ce qui améliore l’efficacité du refroidissement.
Deuxième mode de fonctionnement:
La figure 6 illustre le fonctionnement du système de conditionnement thermique 100 du premier mode de réalisation, selon un deuxième mode de fonctionnement, dit mode « climatisation et refroidissement batterie ».
Dans ce deuxième mode de fonctionnement du système de conditionnement thermique 100, le fluide réfrigérant circule dans la boucle principale de la même manière que dans le premier mode de fonctionnement, à la différence qu’une partie du fluide réfrigérant circule également dans la première branche de dérivation B.
Ainsi, au premier point de raccordement 11, une partie du débit total de fluide réfrigérant est dirigée vers le premier dispositif de détente 5 situé sur la boucle principale A, et la partie complémentaire est dirigée vers le deuxième dispositif de détente 22.
Le fluide réfrigérant est détendu en traversant le deuxième dispositif de détente 22 et s’évapore en traversant le quatrième échangeur de chaleur 7. L’évaporation du fluide réfrigérant absorbe de la chaleur, ce qui permet de refroidir la batterie 23 qui est en couplage thermique avec l’échangeur 7. Le débit de fluide réfrigérant sortant de l’échangeur 7 rejoint la boucle principale A au niveau du deuxième point de raccordement 12, et se mélange au débit de fluide réfrigérant provenant du troisième échangeur 6.
Autrement dit, le deuxième mode de fonctionnement diffère du premier mode de fonctionnement par le fait qu’une partie du fluide réfrigérant traverse le quatrième échangeur de chaleur 7. Aux pertes de charge près, la pression est identique dans l’échangeur 7 et dans l’échangeur 6 puisque les sorties des deux échangeurs de chaleur sont en communication fluidique. Le troisième échangeur 6 et le quatrième échangeur 7 ont donc la même température d’évaporation. Le réglage du débit respectif de fluide réfrigérant dans le troisième échangeur 6 et dans le quatrième échangeur 7 permet de contrôler leur puissance de refroidissement respective.
Ce deuxième mode de fonctionnement permet donc de refroidir le flux d’air intérieur Fi et en même temps de refroidir la batterie 23. Le deuxième mode de fonctionnement peut correspondre à une charge rapide des batteries tout en assurant conjointement un refroidissement efficace de l’habitacle.
Comme dans le premier mode de fonctionnement, les sections de passage du premier dispositif de détente 5 et du deuxième dispositif de détente 22 sont ajustées par l’unité de contrôle de façon à assurer la valeur de sous-refroidissement de consigne au fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur 3 et le deuxième échangeur 4.
Troisième mode de fonctionnement:
La figure 7 illustre le fonctionnement du système de conditionnement thermique 100 du premier mode de réalisation, selon un troisième mode de fonctionnement, dit mode « chauffage », encore appelé mode « pompe à chaleur ».
Dans ce troisième mode de fonctionnement du circuit de gestion thermique 1, le fluide réfrigérant circule dans :
- le dispositif de compression 2, à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à haute pression,
- le cinquième échangeur de chaleur 25, au niveau duquel le fluide réfrigérant perd de la chaleur et cède cette chaleur au flux d’air intérieur Fi,
- le troisième dispositif de détente 5, au niveau duquel le fluide réfrigérant subit une détente et passe à une basse pression, inférieure à la haute pression,
- le dispositif d’accumulation 21,
et rejoint l’étage d’aspiration du dispositif de compression 2.
Dans ce troisième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule dans la deuxième branche de dérivation C, dans la troisième branche de dérivation D ainsi que dans la quatrième branche de dérivation E. Le fluide réfrigérant ne circule pas dans la portion de boucle principale A comprise entre le troisième point de raccordement 13 et le sixième point de raccordement 16, ni dans la portion de boucle principale A comprise entre le septième point de raccordement 17 et le quatrième point de raccordement 14. Le fluide réfrigérant ne circule pas non plus dans la portion de boucle principale A comprise entre le premier point de raccordement 11 et le huitième point de raccordement 18, ni dans la première branche de dérivation B. Pour cela, la vanne d’arrêt 27 est fermée afin d’interdire la circulation de fluide réfrigérant. Les vannes d’arrêt 33 et 28 sont ouvertes afin de permettre la circulation de fluide réfrigérant. La vanne antiretour 36 empêche le fluide réfrigérant à haute pression de parcourir la boucle principale depuis le quatrième point de raccordement 14 vers le septième point de raccordement 17.
Au niveau du troisième point de raccordement 13, le fluide réfrigérant est dirigé vers la deuxième branche de dérivation C. Le fluide réfrigérant à haute pression et haute température échange de la chaleur avec le flux d’air intérieur fi au niveau du cinquième échangeur de chaleur 25. Le fluide réfrigérant se condense dans l’échangeur 25 qui joue le rôle d’un condenseur. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le quatrième point de raccordement 14. La pression de la température du fluide réfrigérant sont mesurées par le capteur de température 29a et le capteur de pression 29b, puis le fluide réfrigérant rejoint le cinquième point de raccordement 15. Au point de raccordement 15, le débit de fluide réfrigérant est dirigé vers la troisième branche de dérivation D. Le fluide réfrigérant est détendu au niveau du troisième dispositif de détente 26 et passe à basse pression. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le premier échangeur de chaleur 2 où il absorbe de la chaleur extraite du flux d’air extérieur Fe, le premier échangeur de chaleur 2 fonctionnant alors en évaporateur. Le fluide réfrigérant atteint le septième point de raccordement 17, et parcourt ensuite la quatrième branche de dérivation E jusqu’au huitième point de raccordement 18, puis l’entrée du dispositif d’accumulation 21. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite l’entrée du dispositif de compression 2 où il est comprimé à nouveau et boucle le cycle thermodynamique.
Le volet 35 est en position ouverte, permettant à un flux d’air Fi de traverser le condenseur interne 25 afin d’être chauffé. Dans ce mode de fonctionnement, la chaleur est rejetée au niveau du condenseur interne 25, et de la chaleur est absorbée au niveau du premier échangeur de chaleur 3 qui fonctionne alors en évaporateur. Il n’y a pas d’échange thermique au niveau du deuxième échangeur de chaleur 4 car il n’est pas parcouru par le fluide réfrigérant. Ce mode de fonctionnement permet donc de chauffer le flux d’air intérieur Fi afin d’assurer le confort des passagers.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, le cinquième échangeur de chaleur 25 est disposé sur la deuxième branche de dérivation C. Le fonctionnement décrit préalablement dans le cadre du mode de réalisation de la figure 1 est identique.
D’autres modes de fonctionnement, non représentés, sont possibles. Par exemple, en ouvrant la section de passage du dispositif de détente 5 de façon à faire passer un débit de réfrigérant à travers le troisième échangeur de chaleur 6, il est possible de chauffer le flux d’air intérieur Fi tout en le déshumidifiant. Celui est en fait refroidi au niveau du troisième échangeur de chaleur 6 et rechauffé au niveau du cinquième échangeur 25. Il est également possible de refroidir simultanément la batterie 23, en ouvrant la section de passage du dispositif de détente 22 de façon à faire passer un débit de réfrigérant à travers le quatrième échangeur de chaleur 7. Il est ainsi possible de chauffer l’habitacle et refroidir simultanément la batterie 23.
Selon des modes de réalisation non représentés, le circuit de gestion thermique selon l’invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou combinées entre elles :
Selon un mode de réalisation, une sortie du premier échangeur de chaleur (3) comporte une embase de réception du corps de capteur 10. Le capteur de mesure de la pression et de la température du fluide réfrigérant peut ainsi être intégré au premier échangeur de chaleur. L’encombrement global est diminué et le montage est facilité.
En variante, une entrée du deuxième échangeur de chaleur 4 comporte une embase de réception du corps de capteur 10. Le capteur de mesure de la pression et de la température du fluide réfrigérant peut ainsi être intégré au deuxième échangeur de chaleur. Comme précédemment, l’encombrement global est diminué et le montage est facilité.
Bien entendu, d’autres modifications et variations se suggèrent d’elles même à l’homme du métier, après réflexion sur les différents modes de réalisation illustrés. L’invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés dans cette demande, qui sont donnés à titre d’exemples et ne sont pas destinés à limiter la portée de l’invention.

Claims (10)

  1. Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comportant un circuit (1) de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comprenant une boucle principale (A) comportant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
    - Un dispositif de compression (2),
    - Un premier échangeur de chaleur (3) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur (Fe) à un habitacle du véhicule,
    - Un deuxième échangeur de chaleur (4) configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur (Fe),
    - Un premier dispositif de détente (5),
    - Un troisième échangeur de chaleur (6) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi),
    caractérisé en ce que le circuit (1) de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la température (8) du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur (3) et une entrée du deuxième échangeur de chaleur (4).
  2. Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1, dans lequel le circuit (1) de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la pression (9) du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur (3) et une entrée du deuxième échangeur de chaleur (4).
  3. Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le deuxième échangeur de chaleur (4) est disposé en amont du premier échangeur de chaleur (3) selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur (Fe).
  4. Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant un dispositif d’accumulation (21) de fluide réfrigérant, disposé selon le sens de parcours du fluide réfrigérant entre le troisième échangeur de chaleur (6) et le dispositif de compression (2), et comportant un échangeur de chaleur interne (24) permettant un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression circulant selon le sens de parcours de fluide réfrigérant entre le deuxième échangeur de chaleur (4) et le premier dispositif de détente (5) et le fluide réfrigérant à basse pression circulant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant entre le dispositif d’accumulation (21) et le dispositif de compression (2).
  5. Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant une première branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement (11) disposé sur la boucle principale (A) et compris entre le deuxième échangeur de chaleur (4) et le premier dispositif de détente (5) à un deuxième point de raccordement (12) disposé sur la boucle principale (A) entre le troisième échangeur de chaleur (6) et le dispositif de compression (2), la première branche de dérivation (B) comportant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant un deuxième dispositif de détente (22) et un quatrième échangeur de chaleur (7).
  6. Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication précédente, comportant une deuxième branche de dérivation (C) reliant un troisième point de raccordement (13) disposé sur la boucle principale (A) et compris entre le dispositif de compression (2) et le premier échangeur de chaleur (3) à un quatrième point de raccordement (14) disposé sur la boucle principale (A) et compris entre le deuxième échangeur de chaleur (4) et le premier point de raccordement (11).
  7. Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication précédente, comportant une troisième branche de dérivation (D) reliant un cinquième point de raccordement (15) disposé sur la boucle principale (A) et compris entre le quatrième point de raccordement (14) et le premier point de raccordement (11) à un sixième point de raccordement (16) disposé sur la boucle principale (A) entre le troisième point de raccordement (13) et le premier échangeur de chaleur (3).
  8. Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 5 à 7, comportant une quatrième branche de dérivation (E) reliant un septième point de raccordement (17) disposé sur la boucle principale (A) entre le premier échangeur de chaleur (3) et le deuxième échangeur de chaleur (4) à un huitième point de raccordement (18) disposé sur la boucle principale (A) entre le troisième échangeur de chaleur (6) et le deuxième point de raccordement (12).
  9. Procédé de contrôle d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant les étapes :
    - Déterminer une valeur de la pression du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur (3) et le deuxième échangeur de chaleur (4), (étape 50)
    - Déterminer une valeur de la température du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur (3) et le deuxième échangeur de chaleur (4), (étape 51)
    - Déterminer une valeur du sous-refroidissement du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur (3) et le deuxième échangeur de chaleur (4), (étape 52)
    - Déterminer une vitesse d’avancement (V) du véhicule, (étape 53)
    - Contrôler un débit de fluide réfrigérant dans le circuit de façon à obtenir une valeur de consigne prédéterminée du sous-refroidissement, (étape 54)
    la valeur de consigne du sous-refroidissement étant comprise entre 4°C et 10°C, de préférence égale à 5°C, lorsque la vitesse d’avancement (V) du véhicule est supérieure à 70 km/h.
  10. Procédé de contrôle selon la revendication précédente, dans lequel la valeur de consigne du sous-refroidissement est comprise entre 8°C et 16°C, de préférence égale à 15°C, lorsque la vitesse d’avancement (V) du véhicule est nulle.
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