FR3114996A1 - Système de traitement thermique pour véhicule - Google Patents

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Mohamed Yahia
Bertrand NICOLAS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Abstract

Système de traitement thermique pour véhicule La présente invention concerne un système de traitement thermique (1) pour véhicule, comprenant un premier circuit (2) de fluide réfrigérant et un deuxième circuit (3) de fluide caloporteur, le premier circuit (2) comprenant un premier échangeur de chaleur (51), un deuxième échangeur de chaleur (52), un premier organe de détente (63) configuré pour détendre le fluide réfrigérant envoyé vers le deuxième échangeur de chaleur (52), le deuxième circuit (3) comprenant un premier échangeur thermique (55), le système de traitement thermique (1) comprenant un deuxième échangeur thermique (56) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur, caractérisé en ce que le premier circuit (2) comprend un deuxième organe de détente (64) disposé entre le deuxième échangeur thermique (56) et le premier échangeur de chaleur (51). (figure 1)

Description

Système de traitement thermique pour véhicule
Le domaine de la présente invention est celui des systèmes de traitement thermique exploités pour chauffer ou refroidir une enceinte ou un composant d’un véhicule, notamment un habitacle ou un composant d’une chaîne de traction de ce véhicule.
Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’un circuit de fluide réfrigérant et d’un circuit de fluide caloporteur, tous deux utilisés pour participer à un traitement thermique de différentes zones ou différents composants du véhicule. Il est notamment connu d’utiliser le circuit de fluide réfrigérant et/ou le circuit de fluide caloporteur 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 d’utiliser le circuit de fluide caloporteur pour refroidir des composants de la chaîne de traction du véhicule, tel que par exemple un dispositif de stockage électrique, ce dernier étant utilisé pour fournir une énergie à un moteur électrique capable de mettre en mouvement le véhicule. Le système de traitement thermique fournit ainsi l’énergie capable de refroidir le dispositif de stockage électrique pendant son utilisation en phases de roulage.
Les constructeurs automobiles sont dans une optique d’amélioration continuelle de leurs véhicules. Ces améliorations passent notamment par la mise en place de nouveaux modes de traitement thermique, tel qu’un mode de déshumidification de l’habitacle du véhicule, consistant à traiter thermiquement le flux d’air envoyé dans l’habitacle via les deux circuits de fluide afin de chauffer tout en déshumidifiant ledit habitacle.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et vise à proposer un système de traitement thermique pour véhicule, comprenant au moins un premier circuit de fluide réfrigérant et au moins un deuxième circuit de fluide caloporteur, le premier circuit comprenant au moins un dispositif de compression, un premier échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule, un deuxième échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d’air intérieur destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule, un premier organe de détente configuré pour détendre le fluide réfrigérant envoyé vers le deuxième échangeur de chaleur, ledit deuxième circuit comprenant au moins une pompe principale configurée pour mettre en circulation le fluide caloporteur, un premier échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le flux d’air intérieur, le système de traitement thermique comprenant un deuxième échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant du premier circuit et le fluide caloporteur du deuxième circuit, caractérisé en ce que le premier circuit comprend un deuxième organe de détente disposé entre le deuxième échangeur thermique et le premier échangeur de chaleur.
La présence du deuxième organe de détente permet ainsi de détendre et de faire circuler le fluide réfrigérant à travers le premier échangeur de chaleur, puis à travers le deuxième échangeur de chaleur en série du premier échangeur de chaleur. Un tel système de traitement thermique permet donc d’assurer un mode déshumidification en série qui, d’un point de vue énergétique, est plus favorable que les dispositifs connus.
En particulier, le deuxième organe de détente est disposé entre le deuxième échangeur thermique et le premier échangeur de chaleur, en aval du deuxième échangeur thermique et en amont du premier échangeur par rapport à un sens de circulation du fluide réfrigérant.
Le mode déshumidification consiste à récupérer l’air humidifié de l’habitacle et à le renvoyer sec dans ce dernier. Pour déshumidifier le flux d’air intérieur, celui-ci est dans un premier temps refroidi afin de condenser l’eau présente dans ce flux d’air intérieur. Le flux d’air intérieur est alors froid et sec. Ce dernier est ensuite chauffé dans un deuxième temps et est envoyé chaud et sec vers l’habitacle.
Afin de mener à bien la déshumidification du flux d’air intérieur, le système de traitement thermique va donc faire fonctionner simultanément le premier circuit, afin de détendre le fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur de chaleur pour assurer la condensation du flux d’air intérieur, et le deuxième circuit afin que le fluide caloporteur circule à haute température à travers le premier échangeur thermique dans le but de chauffer le flux d’air intérieur devenu sec. Ce dernier passe donc à travers le deuxième échangeur de chaleur puis le premier échangeur thermique, selon cet ordre.
Au sein du premier circuit, le dispositif de compression permet de mettre en circulation le fluide réfrigérant et d’augmenter la pression et la température de celui-ci. Le fluide réfrigérant circule ensuite à travers le deuxième échangeur thermique où un échange de chaleur est effectué entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur. Le deuxième échangeur thermique permet donc de refroidir le fluide réfrigérant, qui passe alors à l’état liquide en se condensant, et de chauffer le fluide caloporteur, par exemple en vue de mettre en œuvre le mode déshumidification.
Le fluide réfrigérant est ensuite détendu par le deuxième organe de détente avant de traverser le premier échangeur de chaleur. Une telle détente permet d’abaisser la pression du fluide réfrigérant, soit à basse pression, soit à une pression moyenne permettant notamment l’application du mode déshumidification en série.
Le premier échangeur de chaleur permet l’échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le flux d’air extérieur. A ce titre, le premier échangeur de chaleur est placé au sein du véhicule de manière à être traversé par le flux d’air extérieur, par exemple au niveau d’une face avant du véhicule. Le premier échangeur de chaleur peut se comporter comme un condenseur ou comme un évaporateur en fonction d’un mode de fonctionnement du système de traitement thermique.
Selon le mode déshumidification en série, après avoir traversé le premier échangeur de chaleur, le fluide réfrigérant traverse le deuxième échangeur de chaleur après avoir été détendu par le premier organe de détente. Le fluide réfrigérant permet donc la condensation du flux d’air intérieur.
Au niveau du deuxième circuit, la pompe principale du deuxième circuit permet la mise en circulation du fluide caloporteur. Comme cela a été dit précédemment, le fluide caloporteur est chauffé par le deuxième échangeur thermique par échange de chaleur avec le fluide réfrigérant. Le fluide caloporteur peut par la suite circuler jusqu’au premier échangeur thermique afin d’assurer sa fonction de chauffage du flux d’air intérieur. Eventuellement, le deuxième circuit peut comprendre un élément de chauffage électrique disposé en amont du premier échangeur thermique afin d’augmenter de manière additionnelle la température du fluide caloporteur ou la température du flux d’air intérieur.
Le fluide réfrigérant peut par exemple être un fluide de type R134a ou R1234yf, ou encore du dioxyde de carbone. Le fluide caloporteur peut par exemple être de l’eau glycolée.
Au-delà du mode déshumidification, le système de traitement thermique est également apte à assurer, à titre d’exemple, une fonction de climatisation de l’habitacle du véhicule ou une fonction de chauffage de l’habitacle du véhicule.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier circuit comprend un troisième échangeur de chaleur disposé en aval du premier échangeur de chaleur et installé en amont du premier échangeur de chaleur par rapport au flux d’air extérieur. Ce troisième échangeur est donc également disposé au sein du trajet du flux d’air extérieur, donc au niveau de la face avant du véhicule selon l’exemple présenté précédemment.
En particulier, le troisième échangeur de chaleur est disposé en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du premier organe de détente par rapport à un sens de circulation du fluide réfrigérant.
Le troisième échangeur de chaleur est en aval du premier échangeur de chaleur par rapport au sens de circulation du fluide réfrigérant. Ce dernier traverse donc d’abord le premier échangeur puis le troisième échangeur de chaleur. En revanche, le troisième échangeur de chaleur est disposé de sorte à ce que le flux d’air extérieur traverse d’abord le troisième échangeur de chaleur, puis le premier échangeur de chaleur. Le troisième échangeur de chaleur fait ainsi office de sous-refroidisseur du fluide réfrigérant avant son passage au sein du deuxième échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier circuit comprend une branche principale qui débute en un premier point de convergence et qui se termine en un premier point de divergence, et qui comprend un accumulateur, le dispositif de compression, le deuxième échangeur thermique et le premier échangeur de chaleur. L’accumulateur est disposé en amont du dispositif de compression par rapport au sens de circulation du fluide réfrigérant. L’accumulateur est un organe de stockage de la masse circulante du fluide réfrigérant. La présence de l’accumulateur permet aussi d’éviter que le fluide réfrigérant sous forme liquide entre dans le dispositif de compression et endommage ce dernier.
Le premier point de divergence permet de diviser la branche principale en au moins deux branches, chacune des deux branches assurant une fonction liée au système de traitement thermique, par exemple en faisant passer le fluide réfrigérant à travers un échangeur de chaleur ou en faisant contourner le fluide réfrigérant autour dudit échangeur de chaleur. Le premier point de convergence permet de regrouper l’ensemble des branches débutées par un quelconque point de divergence, ici le premier point de divergence.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier point de divergence est disposé en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du troisième échangeur de chaleur, le premier circuit comprenant une première branche qui débute au premier point de divergence et qui se termine au premier point de convergence, la première branche comprenant le troisième échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur. Autrement dit, si l’objectif est d’alimenter le deuxième échangeur de chaleur afin de climatiser l’habitacle du véhicule ou de le déshumidifier, le fluide réfrigérant doit circuler au moins au sein de la première branche du premier circuit.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier circuit comprend une deuxième branche qui débute au premier point de divergence et qui se termine au premier point de convergence, la deuxième branche étant disposée en parallèle de la première branche. La deuxième branche débute donc en amont du troisième échangeur de chaleur et s’étend jusqu’au premier point de convergence. La deuxième branche rejoint la branche principale en contournant le troisième échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur. Cette deuxième branche permet ainsi de faire circuler le fluide réfrigérant lorsqu’il n’est par exemple pas nécessaire de refroidir le flux d’air intérieur.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier circuit comprend un échangeur de chaleur interne configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans la branche principale du premier circuit et le fluide réfrigérant circulant dans la première branche du premier circuit. L’échangeur de chaleur interne comprend une première passe interposée entre l’accumulateur et le dispositif de compression au niveau de la branche principale, et une seconde passe disposée entre le troisième échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur. L’échangeur de chaleur interne améliore le coefficient de performance du circuit de fluide réfrigérant.
Selon une caractéristique de l’invention, la première branche comprend un deuxième point de divergence disposé en amont du deuxième échangeur de chaleur, le premier circuit comprenant une troisième branche qui débute au deuxième point de divergence et qui se termine au premier point de convergence, la troisième branche comprenant un troisième échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant du premier circuit et le fluide caloporteur du deuxième circuit, et un troisième organe de détente disposé entre le deuxième point de divergence et le troisième échangeur thermique. Avantageusement, le deuxième point de divergence est également disposé en aval de l’échangeur de chaleur interne, car le fluide réfrigérant circulant au sein de la troisième branche peut également nécessiter un refroidissement supplémentaire avant d’y circuler.
Tout comme le deuxième échangeur thermique, le troisième échangeur thermique garantit un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur. Au sein du troisième échangeur, le fluide caloporteur est refroidi par le fluide réfrigérant. Le fluide caloporteur refroidi peut alors exercer une fonction de refroidissement de composants du véhicule. Ainsi, même si le besoin n’est pas de refroidir le flux d’air intérieur, le fluide réfrigérant peut circuler au moins partiellement dans la première branche, puis dans la troisième branche pour refroidir le fluide caloporteur. Après avoir traversé le troisième échangeur thermique, le fluide réfrigérant rejoint la branche principale via le premier point de convergence. Ce dernier permet donc la connexion de la première branche, de la deuxième branche et de la troisième branche à la branche principale.
Le troisième organe de détente est disposé en amont du troisième échangeur thermique, et assure la détente du fluide réfrigérant afin d’optimiser le refroidissement du fluide caloporteur.
Selon une caractéristique de l’invention, la branche principale comprend un troisième point de divergence disposé en amont du deuxième organe de détente, le premier circuit comprenant une quatrième branche qui débute au troisième point divergence et qui se termine à un deuxième point de convergence situé sur la première branche et en aval du troisième échangeur de chaleur. La quatrième branche permet de contourner le premier échangeur de chaleur et le troisième échangeur de chaleur mais de rejoindre toutefois la première branche par la suite, en amont du deuxième échangeur de chaleur. Cette quatrième branche est utilisée lorsque le système de traitement thermique est en mode déshumidification en parallèle, qui entraîne une déshumidification de l’air présent dans l’habitacle du véhicule, tout comme le mode déshumidification en série.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier circuit comprend une première vanne disposée sur la deuxième branche et une deuxième vanne disposée sur la quatrième branche, le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur étant parcourus en série par le fluide réfrigérant quand la première vanne et la deuxième vanne sont en position fermée, le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur étant parcourus en parallèle par le fluide réfrigérant quand la première vanne et la deuxième vanne sont en position ouverte. Les vannes permettent d’autoriser ou d’interdire la circulation du fluide réfrigérant dans la deuxième branche et/ou dans la quatrième branche. Ainsi, si les deux vannes sont fermées, le fluide réfrigérant circule nécessairement dans la première branche, et donc à travers le premier échangeur de chaleur, le troisième échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur en série. Lorsque les deux vannes sont ouvertes, le fluide réfrigérant circule en parallèle dans la deuxième branche et dans la quatrième branche.
Selon une caractéristique de l’invention, le deuxième circuit est configuré pour traiter thermiquement au moins un moteur électrique et/ou un module électronique de commande et/ou au moins un élément de stockage électrique. Quel que soit le type de véhicule utilisé, certains composants électriques ou électroniques du véhicule dégagent des calories lors de l’utilisation du véhicule. Afin d’éviter une surchauffe de ces composants, le deuxième circuit, en plus d’avoir comme fonction de chauffer le flux d’air intérieur, peut également être chargé de refroidir ces composants. Le fluide caloporteur peut ainsi refroidir l’élément de stockage électrique par échange de chaleur, et/ou, si le véhicule est électrique ou hybride, le moteur électrique et le module électronique de commande, ce dernier ayant pour fonction de commander le moteur électrique.
Dans certains cas, le fluide caloporteur peut également servir à chauffer le moteur électrique et/ou le module électronique de commande et/ou l’élément de stockage électrique, par exemple lorsque la température ambiante est très faible et peut conduire à un dysfonctionnement des composants suscités.
Selon une caractéristique de l’invention, le deuxième circuit comprend un quatrième échangeur thermique configuré pour être traversé par le flux d’air extérieur et disposé en aval du premier échangeur de chaleur, par rapport au flux d’air extérieur. Tout comme le premier échangeur de chaleur et le troisième échangeur de chaleur, le quatrième échangeur thermique est placé au niveau d’une trajectoire du flux d’air extérieur, par exemple en face avant du véhicule. Par rapport au sens de circulation du flux d’air extérieur, le quatrième échangeur thermique est disposé en aval du premier échangeur de chaleur et du troisième échangeur de chaleur car le fluide caloporteur est moins impacté par l’influence des températures découlant de la traversée du premier échangeur de chaleur et du troisième échangeur de chaleur par le flux d’air extérieur. Le quatrième échangeur thermique est configuré pour chauffer ou pour refroidir le fluide caloporteur par échange de chaleur avec le flux d’air extérieur, et ce en fonction d’un besoin auquel doit répondre le deuxième circuit.
Selon une caractéristique de l’invention, le deuxième circuit comprend une première voie configurée pour traiter thermiquement le moteur électrique et le module électronique de commande, la première voie étant configurée pour faire circuler le fluide caloporteur issu du troisième échangeur thermique et/ou du deuxième échangeur thermique et/ou du quatrième échangeur thermique. Un tel traitement thermique peut par exemple se faire par échange de chaleur. Le fluide caloporteur est entraîné au sein de la première voie à l’aide d’une première pompe additionnelle située en amont du moteur électrique et/ou du module électronique de commande. Avant de venir traiter thermiquement le moteur électrique et/ou le module électronique de commande, le fluide caloporteur peut avoir été refroidi par le fluide réfrigérant via le troisième échangeur thermique, ou avoir été refroidi ou chauffé par le flux d’air extérieur via le quatrième échangeur thermique. La première voie peut fonctionner comme une boucle fermée, au sein de laquelle le fluide caloporteur est entraîné grâce à la première pompe additionnelle, puis traite thermiquement le moteur électrique et le module de commande électronique, et est chauffé ou refroidi par échange de chaleur via le quatrième échangeur thermique ou et/ou refroidi par le troisième échangeur thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, le deuxième circuit comprend une deuxième voie configurée pour traiter thermiquement l’élément de stockage électrique, la deuxième voie étant configurée pour faire circuler le fluide caloporteur issu du troisième échangeur thermique. Tout comme pour la première voie, la deuxième voie traite thermiquement au moins un composant électrique ou électronique, par exemple par échange de chaleur. A ce titre, la deuxième voie comprend une deuxième pompe additionnelle, disposée en amont du traitement thermique de l’élément de stockage électrique. La deuxième voie peut fonctionner comme une boucle fermée, au sein de laquelle le fluide caloporteur est entraîné grâce à la deuxième pompe additionnelle, traite thermiquement l’élément de stockage électrique, et est refroidi par le troisième échangeur thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, le deuxième circuit comprend une troisième voie comprenant un cinquième échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le flux d’air extérieur et disposé en amont du premier échangeur de chaleur sur le flux d’air extérieur. Le cinquième échangeur thermique étant placé en amont du premier échangeur de chaleur par rapport au sens de circulation du flux d’air extérieur, l’échange de chaleur qui en résulte entraîne un refroidissement conséquent du fluide caloporteur circulant à travers le cinquième échangeur thermique. Le fluide caloporteur sortant du cinquième échangeur thermique est ainsi à très faible température et circule à travers la troisième voie pour rejoindre la première voie afin de refroidir le moteur électrique et le module de commande électronique, et/ou la deuxième voie afin de refroidir l’élément de stockage électrique dans la situation où le troisième échangeur thermique et/ou le quatrième échangeur thermique seuls ne peuvent pas répondre seuls au besoin de refroidissement du moteur électrique et/ou du module électronique de commande et/ou de l’élément de stockage électrique.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
est un schéma d’un système de traitement thermique selon l’invention, comprenant un premier circuit et un deuxième circuit,
est un schéma du système de traitement thermique selon l’invention illustrant une circulation d’un fluide réfrigérant au sein du premier circuit et d’un fluide caloporteur au sein du deuxième circuit selon un premier mode de fonctionnement,
est un schéma du système de traitement thermique selon l’invention illustrant la circulation du fluide réfrigérant au sein du premier circuit et du fluide caloporteur au sein du deuxième circuit selon un deuxième mode de fonctionnement,
est un schéma du système de traitement thermique selon l’invention illustrant la circulation du fluide réfrigérant au sein du premier circuit et du fluide caloporteur au sein du deuxième circuit selon un troisième mode de fonctionnement,
est un schéma du système de traitement thermique selon l’invention illustrant la circulation du fluide réfrigérant au sein du premier circuit et du fluide caloporteur au sein du deuxième circuit selon un quatrième mode de fonctionnement,
est un schéma du système de traitement thermique selon l’invention illustrant la circulation du fluide réfrigérant au sein du premier circuit et du fluide caloporteur au sein du deuxième circuit selon un cinquième mode de fonctionnement.
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, le fluide caloporteur, un flux d’air extérieur 5 à un habitacle du véhicule et/ou un flux d’air intérieur 6 envoyé vers l’habitacle du véhicule.
Sur la figure 1, un premier circuit 2 de fluide réfrigérant est illustré en traits pleins et un deuxième circuit 3 de fluide caloporteur est illustré en traits mixtes. Aux figures 2 à 6, pour chacun des circuits, les portions parcourues par leur fluide respectif sont en traits pleins et les portions sans circulation de fluide sont en traits pointillés. Par ailleurs, la circulation de chacun des fluides est illustrée en indiquant son sens de circulation par des flèches. Les traits pleins indiquant la circulation de fluide sont également d’épaisseur différente concernant le premier circuit 2. Plus précisément, les traits pleins les plus épais correspondent à des portions où le fluide réfrigérant circule à haute pression, les traits pleins d’épaisseur intermédiaire correspondent à des portions où le fluide réfrigérant circule à pression intermédiaire et les traits pleins les plus fins correspondent à des portions où le fluide réfrigérant circule à basse pression.
Les termes « premier », « première », « deuxième », etc…utilisés dans la description n’ont pas vocation à indiquer un niveau de hiérarchisation ou ordonnancer les éléments qu’ils accompagnent. Ces termes permettent de distinguer les éléments qu’ils accompagnent et peuvent être intervertis sans que soit réduite la portée de l’invention.
La figure 1 illustre un système de traitement thermique 1 selon l’invention. Le système de traitement thermique 1 comprend le premier circuit 2 représentés en traits pleins et le deuxième circuit 3 représenté en traits mixtes. Le premier circuit 2 est configuré pour autoriser la circulation du fluide réfrigérant et le deuxième circuit 3 est configuré pour autoriser la circulation du fluide caloporteur. A titre d’exemples, Le fluide réfrigérant peut être un fluide de type R134a ou R1234yf tandis que le fluide caloporteur peut par exemple être de l’eau glycolée.
Le premier circuit 2 comprend une pluralité de branches formant un circuit fermé. Le premier circuit 2 comprend notamment une branche principale 20 qui débute en un premier point de convergence 28 et qui se termine en un premier point de divergence 25. Le fluide réfrigérant circule au sein de la branche principale 20 du premier point de convergence 28 vers le premier point de divergence 25. La branche principale 20 comprend notamment un dispositif de compression 61 et un premier échangeur de chaleur 51.
Le dispositif de compression 61 assure la circulation du fluide réfrigérant au sein du premier circuit 2 et la mise à haute pression et à haute température dudit fluide réfrigérant.
Le premier échangeur de chaleur 51 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le flux d’air extérieur 5 et doit donc être positionné de sorte à être au niveau de la trajectoire dudit flux d’air extérieur 5. A ce titre, le premier échangeur de chaleur 51 peut par exemple être positionné au niveau d’une calandre située en face avant du véhicule. Le premier échangeur de chaleur 51 peut faire office de condenseur ou d’évaporateur en fonction du mode de fonctionnement du système selon l’invention.
Le premier point de divergence 25 est situé en aval du premier échangeur de chaleur 51 et permet la séparation de la branche principale 20 en une première branche 21 et en une deuxième branche 22. La première branche 21 comprend notamment un deuxième échangeur de chaleur 52 disposé au sein d’une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation 4. L’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation 4 est configurée pour traiter thermiquement le flux d’air intérieur 6 afin de l’envoyer vers l’habitacle du véhicule. Le flux d’air intérieur 6 est mis en circulation grâce à l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation 4 qui aspire l’air de l’habitacle pour l’y renvoyer après traitement thermique. Ainsi, lorsque le fluide réfrigérant circule au sein du deuxième échangeur de chaleur 52, le flux d’air intérieur 6 traverse le deuxième échangeur de chaleur 52 et en ressort à température réduite. Le fluide réfrigérant assure ainsi notamment la participation à un refroidissement de l’habitacle du véhicule. La première branche 21 comprend un premier organe de détente 63 permettant d’abaisser la pression du fluide réfrigérant avant son entrée au sein du deuxième échangeur de chaleur 52.
Le deuxième circuit 3 comprend quant à lui entre autres une voie principale 31 pourvue d’une pompe principale 71 assurant la circulation du fluide caloporteur et une voie de chauffage 32 pourvue d’un premier échangeur thermique 55. Le premier échangeur thermique 55 est disposé au sein de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation 4 sur la trajectoire du flux d’air intérieur 6.
Tel que cela sera décrit en détails par la suite, le deuxième circuit 3 assure notamment la circulation à haute température du fluide caloporteur au sein du premier échangeur thermique 55. Le flux d’air intérieur 6 peut ainsi traverser le premier échangeur thermique 55 et en ressort à température plus élevée. Le fluide caloporteur assure ainsi notamment la participation à un chauffage de l’habitacle du véhicule.
Si l’on revient sur le premier circuit 2, il est possible de constater que la branche principale 20 comprend un deuxième échangeur thermique 56 disposé en aval du dispositif de compression 61. Le deuxième échangeur thermique 56 est par ailleurs également disposé en aval de la pompe principale 71 sur la voie principale 31 du deuxième circuit 3. Le deuxième échangeur thermique 56 opère ainsi un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans la branche principale 20 et le fluide caloporteur circulant dans la voie principale 31. Suite à cet échange de chaleur, le fluide réfrigérant, ayant été porté à haute température par le dispositif de compression 61, est refroidi et condensé, tandis que le fluide caloporteur est chauffé.
Après refroidissement via le deuxième échangeur thermique 56, le fluide réfrigérant circule dans la branche principale 20 jusqu’au premier échangeur de chaleur 51. La particularité du système de traitement thermique 1 selon l’invention est que la branche principale 20 comprend un deuxième organe de détente 64 en amont du premier échangeur de chaleur 51 et en aval du deuxième échangeur thermique 56. Le deuxième organe de détente 64 peut assurer une pré-détente du fluide réfrigérant avant son passage au sein du premier échangeur de chaleur 51. En fonction d’un mode de fonctionnement du système de traitement thermique 1, le deuxième organe de détente 64 peut détendre le fluide réfrigérant à basse pression, à une pression intermédiaire, ou encore faire en sorte de conserver le fluide réfrigérant à haute pression.
En sortie du premier échangeur de chaleur 51, le fluide réfrigérant circule jusqu’au premier point de divergence 25 et peut alors circuler au sein de la première branche 21 ou de la deuxième branche 22 en fonction du besoin. A ce titre, la deuxième branche 22 comprend une première vanne 66 qui, en position ouverte, autorise la circulation du fluide réfrigérant au sein de la deuxième branche 22. Dans cette situation, le fluide réfrigérant circule alors jusqu’au premier point de convergence 28 et rejoint ainsi la branche principale 20.
Si la première vanne 66 est en position fermée, le fluide réfrigérant ne peut que circuler au sein de la première branche 21. Le fluide réfrigérant traverse alors un troisième échangeur de chaleur 53, disposé en amont du premier échangeur de chaleur 51 par rapport au sens de circulation du flux d’air extérieur 5. Comme cela sera présenté par la suite, la circulation du fluide réfrigérant au sein de la première branche 21 est effectuée dans un but de refroidissement de la phase liquide du fluide réfrigérant, après sa condensation. Le troisième échangeur de chaleur 53 fait donc office de sous-refroidisseur, et garantit un refroidissement important du fluide réfrigérant de par son positionnement en amont du premier échangeur de chaleur 51 par rapport au flux d’air extérieur 5.
Le fluide réfrigérant, en sortie du troisième échangeur de chaleur 53 circule au sein de la première branche 21 jusqu’à un deuxième point de divergence 26. Le deuxième point de divergence 26 permet au fluide réfrigérant de poursuivre sa circulation au sein de la première branche 21 et/ou de circuler au sein d’une troisième branche 23 du premier circuit 2.
La première branche 21 se poursuit jusqu’au premier organe de détente 63 puis au deuxième échangeur de chaleur 52 évoqué précédemment et garantissant l’opération de refroidissement du flux d’air intérieur 6 au sein de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation 4. La première branche se termine par la suite au niveau du premier point de convergence 28, rejoignant ainsi la branche principale 20.
La troisième branche 23 débute au deuxième point de divergence 26 et se termine au premier point de convergence 28 et comprend un troisième échangeur thermique 57. A l’instar du deuxième échangeur thermique 56, le troisième échangeur thermique 57 permet d’opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur. Toutefois, concernant le troisième échangeur thermique 57, celui-ci peut entraîner un échange de chaleur tel que le fluide réfrigérant est chauffé tandis que le fluide caloporteur est refroidi, contrairement au deuxième échangeur thermique 56.
La troisième branche 23 est ainsi mise en place dans le but seul d’influer sur la température du fluide caloporteur. Afin d’optimiser la pression du fluide réfrigérant, la troisième branche 23 comprend un troisième organe de détente 65, en amont du troisième échangeur thermique 57 et en aval du deuxième point de divergence 26. Le fluide réfrigérant, après avoir traversé le troisième échangeur thermique 57 rejoint par la suite la branche principale 20 via le premier point de convergence 28. Ce dernier permet donc la jonction de la première branche 21, de la deuxième branche 22 et de la troisième branche 23 à la branche principale 20.
La branche principale 20 comprend également un accumulateur 62, en aval du premier point de convergence 28 et en amont du dispositif de compression 61. L’accumulateur 62 permet de récupérer le fluide réfrigérant issu de la première branche 21, de la deuxième branche 22 et de la troisième branche 23 et de conserver une potentielle fraction de fluide réfrigérant sous forme liquide afin que ladite fraction ne poursuive pas sa circulation au sein de la branche principale 20 et n’endommage le dispositif de compression 61.
Le premier circuit 2 comprend également un échangeur de chaleur interne 54 disposé en aval de l’accumulateur 62 et en amont du dispositif de compression 61 au niveau de la branche principale 20, et en aval du troisième échangeur de chaleur 53 et en amont du deuxième point de divergence 26 au niveau de la première branche 21. L’échange de chaleur opéré par l’échangeur de chaleur interne 54 permet d’optimiser le refroidissement du fluide réfrigérant circulant au sein de la première branche 21.
Enfin, le premier circuit 2 comprend une quatrième branche 24 disposé entre un troisième point de divergence 27 et un deuxième point de convergence 29. Le troisième point de divergence 27 est disposé au niveau de la branche principale 20, en aval du deuxième échangeur thermique 56 et en amont du deuxième organe de détente 64. Le deuxième point de convergence 29 quant à lui est disposé au niveau de la première branche, en aval du troisième échangeur de chaleur 53 et en amont de l’échangeur de chaleur interne 54. La quatrième branche 24 permet donc de joindre la branche principale 20 à la première branche 21 sans traverser le premier échangeur de chaleur 51 et le troisième échangeur de chaleur 53. Faire circuler le fluide réfrigérant via la quatrième branche 24 permet notamment de mettre en œuvre un mode de fonctionnement décrit par la suite. La circulation du fluide réfrigérant au sein de la quatrième branche 24 est gérée par une deuxième vanne 67.
Afin d’éviter une circulation du fluide réfrigérant à contre-sens en sortie de la quatrième branche 24, c’est-à-dire selon un sens de circulation allant du deuxième point de convergence 29 vers le troisième échangeur de chaleur 53, la première branche 21 comprend un premier clapet anti-retour 68 disposé en aval du troisième échangeur de chaleur 53 et en amont du deuxième point de convergence 29.
Concernant le deuxième circuit 3, la voie principale 31 forme une boucle fermée qui comprend notamment la pompe principale 71 et le deuxième échangeur thermique 56. La pompe principale 71 met le fluide caloporteur en circulation, qui est alors réchauffé par l’échange de chaleur se produisant au sein du deuxième échangeur thermique 56 tel qu’évoqué précédemment. Le fluide caloporteur circule par la suite jusqu’à une première valve trois voies 75. Cette dernière permet au fluide caloporteur de poursuivre sa circulation au sein de la voie principale 31 et/ou au sein de la voie de chauffage 32.
La circulation du fluide caloporteur au sein de la voie de chauffage 32 n’est nécessaire que lorsqu’il existe un besoin de chauffage du flux d’air intérieur 6. Le fluide caloporteur circule optionnellement au sein de la voie de chauffage 32 à travers un élément de chauffage électrique 74 avant de traverser le premier échangeur thermique 55. L’élément électrique de chauffage 74 permet d’augmenter la température du fluide caloporteur si celui-ci n’est pas porté à une température suffisante après l’échange de chaleur se déroulant au niveau du deuxième échangeur thermique 56. Par la suite, le fluide caloporteur traverse à température élevée le premier échangeur thermique 55 afin de chauffer le flux d’air intérieur 5 pour que ce dernier réchauffe l’habitacle du véhicule. En sortie du premier échangeur thermique 55, le fluide caloporteur poursuit sa circulation au sein de la voie de chauffage 32, qui s’étend jusqu’à rejoindre la voie principale 31, en amont de la pompe principale 71.
Si le fluide caloporteur circule au sein de la voie principale 31, en aval de la première valve trois voies 75, celui-ci atteint alors un quatrième échangeur thermique 58. Le quatrième échangeur thermique 58 est placé au même niveau que le premier échangeur de chaleur 51 et le troisième échangeur de chaleur 53, plus précisément en aval de ces derniers par rapport au sens de circulation du flux d’air extérieur 5. Ainsi, le quatrième échangeur thermique 58 est apte à traiter thermiquement le fluide caloporteur via le flux d’air extérieur 5 qui a auparavant été potentiellement traité thermiquement par le premier échangeur de chaleur 51 et/ou par le troisième échangeur de chaleur 53.
En sortie du quatrième échangeur thermique 58, le fluide caloporteur peut retourner jusqu’à la pompe principale 71. Le fluide caloporteur peut circuler uniquement au sein de la voie principale 31 en traversant en boucle la pompe principale 71, le deuxième échangeur thermique 56 et le quatrième échangeur thermique 58. Dans cette situation, l’objectif du fluide caloporteur est de refroidir le fluide réfrigérant par échange de chaleur au niveau du deuxième échangeur thermique 56, le fluide caloporteur étant préalablement refroidi au sein du quatrième échangeur thermique 58.
Le fluide caloporteur peut également, en sortie du quatrième échangeur thermique 58, circuler jusqu’à une deuxième valve trois voies 76. Cette dernière peut diriger le fluide caloporteur vers une première voie 33. La première voie 33 comprend une première pompe additionnelle 72 qui assure la circulation du fluide caloporteur au sein de la première voie 33 notamment dans des configurations où la circulation du fluide caloporteur ne peut être assurée par la pompe principale 71.
La première voie 33 est configurée pour faire circuler le fluide caloporteur de manière à ce que ce dernier puisse traiter thermiquement un moteur électrique 7 du véhicule et/ou un module de commande électronique 8 dudit moteur électrique 7. Le traitement thermique du moteur électrique 7 et du module de commande électronique 8 peut par exemple se faire par échange de chaleur. Ainsi, le fluide caloporteur peut par exemple avoir pour rôle de refroidir le moteur électrique 7 et le module de commande électronique 8 lorsque ceux-ci dégagent de la chaleur afin d’empêcher une surchauffe pouvant conduire à leur dysfonctionnement. Le fluide caloporteur peut avoir pour rôle également de réchauffer le moteur électrique 7 et/ou le module de commande électronique 8 qui peuvent également dysfonctionner par exemple en cas de température ambiante très faible.
Une fois le traitement thermique du module de commande électronique 8 puis du moteur électrique 7 effectués, le fluide caloporteur circule jusqu’à une troisième valve trois voies 77. La troisième valve trois voies 77 peut permettre au fluide caloporteur de rejoindre la voie principale 31, en aval de la première valve trois voies 75 et en amont du quatrième échangeur thermique 58.
La troisième valve trois voies 77 peut également faire circuler le fluide caloporteur au sein d’une voie de refroidissement 36. C’est au sein de la voie de refroidissement 36 qu’est disposé le troisième échangeur thermique 57 qui opère l’échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur. Ainsi, la voie de refroidissement 36 n’est empruntée par le fluide caloporteur que si le fluide réfrigérant circule au sein de la troisième branche 23.
En aval du troisième échangeur thermique 57, le fluide caloporteur peut rejoindre la première voie 33 en amont de la première pompe additionnelle 72 dans un objectif de refroidissement du module de commande électronique 8 et du moteur électrique 7, en traversant un deuxième clapet anti-retour 79 empêchant la circulation du fluide caloporteur en sens inverse.
Le fluide caloporteur en sortie du troisième échangeur thermique 57 peut également rejoindre une deuxième voie 34 comprenant une deuxième pompe additionnelle 73 et permettant au fluide caloporteur de traiter thermiquement un élément de stockage électrique 9. Ce dernier peut par exemple avoir pour fonction de fournir de l’énergie électrique au moteur électrique 7. La deuxième pompe additionnelle 73 assure la circulation du fluide caloporteur au sein de la deuxième voie 34 notamment dans des configurations où la circulation du fluide caloporteur ne peut être assurée par la pompe principale 71. Le traitement thermique de l’élément de stockage électrique 9 peut par exemple se faire par échange de chaleur. Tout comme pour la première voie 33 vis-à-vis du module de commande électronique 8 et du moteur électrique 7, le fluide caloporteur circulant au sein de la deuxième voie 34 peut par exemple avoir pour rôle de refroidir l’élément de stockage électrique 9 lorsque celui-ci dégage de la chaleur afin d’empêcher une surchauffe pouvant conduire à son dysfonctionnement. Le fluide caloporteur peut avoir pour rôle également de réchauffer l’élément de stockage électrique 9 qui peut également dysfonctionner par exemple en cas de température ambiante très faible.
Une fois le traitement thermique de l’élément de stockage électrique 9 effectué, le fluide caloporteur circule jusqu’à une quatrième valve trois voies 78. A partir de cette quatrième valve trois voies 78, le fluide caloporteur peut par exemple rejoindre la voie de refroidissement 36, en amont du troisième échangeur thermique 57.
Le deuxième circuit 3 comprend également une troisième voie 35 pourvue d’un cinquième échangeur thermique 59. Le cinquième échangeur thermique 59 est également positionné par exemple en face avant du véhicule, au même titre que le premier échangeur de chaleur 51, le troisième échangeur de chaleur 53 et le quatrième échangeur thermique 58. Le cinquième échangeur thermique 59 est toutefois placé en amont du troisième échangeur de chaleur 53 par rapport au sens de circulation du flux d’air extérieur 5.
Le cinquième échangeur thermique 59 a pour objectif de fournir un apport supplémentaire de fluide caloporteur refroidi, afin d’opérer au refroidissement du moteur électrique 7 du module de commande électronique 8 et/ou de l’élément de stockage électrique 9. Le cinquième échangeur thermique 59 doit donc être placé en amont par rapport au flux d’air extérieur 5 afin que ce dernier refroidisse en priorité le fluide caloporteur circulant au sein du cinquième échangeur thermique 59.
En sortie du cinquième échangeur thermique 59, le fluide caloporteur peut circuler jusqu’à rejoindre la première voie 33, en amont de la première pompe additionnelle 72, afin de participer au refroidissement du module de commande électronique et du moteur électrique 7, et/ou jusqu’à la deuxième voie 34, en amont de la deuxième pompe additionnelle 73 afin de participer au refroidissement de l’élément de stockage électrique 9.
Le fluide caloporteur peut rallier la quatrième branche 35 et ainsi circuler à travers le cinquième échangeur thermique 59, via la deuxième valve trois voies 76 en aval du quatrième échangeur thermique 58, ou via la quatrième valve trois voies 78 en sortie de la deuxième voie 34.
Les figures 2 à 6 illustrent chacune un exemple de mode de fonctionnement du système de traitement thermique 1. Il ne sera donc décrit que les sens de circulation de chacun des fluides et des effets thermodynamiques de ces derniers. On se réfèrera donc à la description de la figure 1 pour la description structurelle du système de traitement thermique 1.
Le premier mode de fonctionnement présenté en figure 2 est un mode déshumidification en série, spécifique au système de traitement thermique 1 selon l’invention. L’objectif d’un mode déshumidification d’une manière générale est d’assécher l’air ambiant de l’habitacle du véhicule. L’air ambiant est ainsi aspiré humide par l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation 4 afin de former le flux d’air intérieur 6. Le flux d’air intérieur 6 est dans un premier temps refroidi pour condenser l’humidité et la retenir au sein de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation 4, puis de chauffer le flux d’air intérieur 6 asséché pour l’envoyer dans l’habitacle du véhicule. Autrement dit, le flux d’air intérieur 6 est dans un premier temps refroidi en traversant le deuxième échangeur de chaleur 52, puis chauffé en traversant le premier échangeur thermique 55.
Afin de mettre en œuvre le mode déshumidification en série, le fluide réfrigérant doit donc circuler à travers le deuxième échangeur de chaleur 52 et le fluide caloporteur doit circuler à travers le premier échangeur thermique 55.
Pour ce faire, le fluide réfrigérant est compressé et chauffé par le dispositif de compression 61 et circule dans la branche principale 20 jusqu’au deuxième échangeur thermique 56. Le deuxième échangeur thermique 56 permet le refroidissement du fluide réfrigérant et le chauffage du fluide caloporteur.
Le fluide réfrigérant circule jusqu’au deuxième organe de détente 64 où il y est détendu à une pression intermédiaire avant de traverser le premier échangeur de chaleur 51 pour échanger avec le flux d’air extérieur 7. La première vanne 66 étant fermée, le fluide réfrigérant ne peut que circuler au sein de la première branche 21 et traverse le troisième échangeur de chaleur 53 pour être sous-refroidi par le flux d’air extérieur 7.
Le fluide réfrigérant poursuit ensuite sa circulation au sein de la première branche 21, traverse l’échangeur de chaleur interne 54, puis atteint le premier organe de détente 63 qui détend le fluide réfrigérant à basse pression avant la traversée du deuxième échangeur de chaleur 52 assurant la condensation du flux d’air intérieur 6 humide. Ce dernier sort froid et sec du deuxième échangeur de chaleur. Le fluide réfrigérant poursuit quant à lui sa circulation dans la première branche 21 jusqu’à rejoindre la branche principale 20.
Le fluide caloporteur quant à lui est entraîné par la pompe principale 71 et circule au sein de la voie principale 31, en étant chauffé par l’échange de chaleur se produisant au niveau du deuxième échangeur thermique 56. Après avoir été chauffé, le fluide caloporteur circule jusqu’à la première valve trois voies 75, puis au sein de la voie de chauffage 32. A ce stade, il peut optionnellement être chauffé de manière supplémentaire par l’élément de chauffage électrique 74 si l’échange de chaleur via le deuxième échangeur thermique 56 a augmenté la température du fluide caloporteur de manière insuffisante. Ceci étant fait, le fluide caloporteur circule à haute température à travers le premier échangeur thermique 55 afin d’opérer un échange de chaleur avec le flux d’air intérieur 6 avant de rejoindre la voie principale 31 en amont de la pompe principale 71.
Ainsi, après avoir traversé le deuxième échangeur de chaleur 52 pour en ressortir froid et sec, le flux d’air intérieur 6 traverse ensuite le premier échangeur thermique 55 parcouru par le fluide caloporteur pour être renvoyé dans l’habitacle chaud et sec. Le flux d’air intérieur 6 a ainsi été déshumidifié par le système de traitement thermique 1.
L’avantage du système de traitement thermique 1 est la présence du deuxième organe de détente 64 qui permet la pré-détente du fluide réfrigérant à pression intermédiaire avant son entrée au sein du premier échangeur de chaleur 51. Une telle pré-détente permet une mode déshumidification en série, qui signifie que le fluide réfrigérant traverse le premier échangeur de chaleur 51, puis le deuxième échangeur de chaleur 52 en série du premier échangeur de chaleur 51. Une telle configuration garantit une condensation efficace du flux d’air intérieur 6 et un bon niveau de performance du premier circuit.
La figure 3 représente la circulation des fluides selon un deuxième mode de fonctionnement du système de traitement thermique 1. Ce deuxième mode de fonctionnement a pour objectif de refroidir l’habitacle du véhicule, tout en garantissant un refroidissement de l’élément de stockage électrique 9.
Tout comme pour le premier mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant doit circuler à travers le deuxième échangeur de chaleur 52 afin de refroidir le flux d’air intérieur 6 pour refroidir l’habitacle du véhicule. Le fluide réfrigérant circule donc toujours au sein de la branche principale 20 et est refroidi par le fluide caloporteur au sein du deuxième échangeur thermique 56. Le fluide réfrigérant n’est en revanche pas pré-détendu par le deuxième organe de détente 64 avant d’être refroidi à deux reprises par le flux d’air extérieur 5 via le premier échangeur de chaleur 51 puis le troisième échangeur de chaleur 53.
Arrivé au deuxième point de divergence 26, une partie du fluide réfrigérant continue sa circulation au sein de la première branche 21 pour être détendu à basse pression par le premier organe de détente 63 avant de traverser le deuxième échangeur de chaleur 52 afin de refroidir le flux d’air intérieur 6, tandis que l’autre partie du fluide réfrigérant circule au sein de la troisième branche 23.
Le fluide réfrigérant circulant dans la troisième branche 23 est détendu par le troisième organe de détente 65 puis traverse le troisième échangeur thermique 57. Les deux parties du fluide réfrigérant s’étant séparées au niveau du deuxième point de divergence 26 se rejoignent par la suite au niveau du premier point de convergence 28 pour rallier la branche principale 20.
Au sujet du fluide caloporteur, celui-ci circule au sein du deuxième circuit 3 selon deux sous-circuit fermés. Un premier sous-circuit fermé consiste en une circulation du fluide caloporteur le long de la voie principale 31, c’est-à-dire en circulant dans l’ordre à travers la pompe principale 71, le deuxième échangeur thermique 56, la première valve trois voies 75 n’autorisant la circulation du fluide caloporteur qu’au sein de la voie principale 31, et le quatrième échangeur thermique 58, le tout de manière continuelle. Ce premier sous-circuit a pour fonction de pré-refroidir le fluide réfrigérant circulant à travers le deuxième échangeur thermique 56. Le fluide caloporteur sort ainsi du deuxième échangeur de chaleur 56 à une température plus élevée qu’en entrée. La chaleur du fluide caloporteur est par la suite dissipée dans le flux d’air extérieur 5 suite à la traversée du quatrième échangeur thermique 58 par le fluide caloporteur. Ce dernier peut ainsi de nouveau refroidir le fluide réfrigérant en traversant le deuxième échangeur thermique 56.
Le deuxième sous-circuit de fluide caloporteur a pour fonction de refroidir l’élément de stockage électrique 9. Le fluide caloporteur circulant selon le deuxième sous-circuit est donc entraîné au sein de la deuxième voie 34 par la deuxième pompe additionnelle 73 et permet de refroidir l’élément de stockage électrique 9 en captant la chaleur de ce dernier. Le fluide caloporteur chaud circule ensuite jusqu’à la quatrième valve trois voies 78 qui dirige celui-ci au sein de la voie de refroidissement 36. Le fluide caloporteur est alors refroidi en traversant le troisième échangeur thermique 57, grâce à l’échange de chaleur opéré avec le fluide réfrigérant circulant au sein de la troisième branche 23 du premier circuit 2. En sortie du troisième échangeur thermique 57, le fluide caloporteur froid rejoint de nouveau la deuxième voie 34, en amont de la deuxième pompe additionnelle.
Ainsi, grâce à ce deuxième mode de fonctionnement, l’habitacle du véhicule est refroidi via le flux d’air intérieur 6, et l’élément de stockage électrique 9 est protégé d’une potentielle surchauffe en étant refroidi par le fluide caloporteur.
La figure 4 représente un troisième mode de fonctionnement du système de traitement thermique 1. Ce troisième mode de fonctionnement présente les mêmes fonctions que le deuxième mode de fonctionnement, avec en plus un besoin de refroidir également le moteur électrique 7 et/ou le module de commande électronique 8.
Dans ce troisième mode de fonctionnement, la circulation du fluide réfrigérant est strictement identique à celle du deuxième mode de fonctionnement. On se réfèrera donc à la description de la figure 3 pour l’ensemble des éléments relatifs à la circulation du fluide réfrigérant.
Au niveau du deuxième circuit 3, le sous-circuit assurant le refroidissement de l’élément de stockage électrique 9 est strictement identique à celui du mode de réalisation précédent, et ne sera donc pas abordé non plus ici. On retrouve également au sein de ce troisième mode de fonctionnement la circulation du fluide caloporteur le long de la voie principale 31 à travers la pompe principale 71, le deuxième échangeur thermique 56, la première valve trois voies 75 n’autorisant la circulation du fluide caloporteur qu’au sein de la voie principale 31, et le quatrième échangeur thermique 58.
En revanche, le deuxième circuit 3 devant également assurer le refroidissement du moteur électrique 7 et/ou du module de commande électronique 8, le fluide caloporteur, en sortie du quatrième échangeur thermique 58 se sépare en deux fractions. Une première fraction de fluide caloporteur circule au sein de la voie principale 31 jusqu’à la pompe principale 71 tel que décrit à la figure 3, tandis qu’une deuxième fraction de fluide caloporteur circule jusqu’à la deuxième valve trois voies 76 qui dirige le fluide caloporteur vers la première voie 33. Le fluide caloporteur, entraîné par la première pompe additionnelle 72 circule ainsi au sein de la première voie 33 afin de refroidir le moteur électrique 7 et le module de commande électronique 8. Ceci étant fait, le fluide caloporteur circulant dans la première voie 33 atteint la troisième valve trois voies 77 et est redirigé vers la voie principale 31, en aval de la première valve trois voies 75 et en amont du quatrième échangeur thermique 78.
Dans cette situation, l’échange de chaleur se produisant au niveau du quatrième échangeur thermique 58 entre le fluide caloporteur et le flux d’air extérieur 5 peut ne pas suffire à simultanément refroidir le fluide réfrigérant via le deuxième échangeur thermique 56 et refroidir le moteur électrique 7 et le module de commande électronique 8 en circulant au sein de la première voie 33.
Pour pallier cette insuffisance, la deuxième fraction de fluide caloporteur atteignant la deuxième valve trois voies 76 est divisée en deux sous-fractions. Une première sous-fraction de fluide caloporteur circule au sein de la première voie 33 tel que décrit précédemment, tandis qu’une deuxième sous-fraction est redirigée vers la troisième voie 35 afin d’être refroidie par échange de chaleur avec le flux d’air extérieur 5 via le cinquième échangeur thermique 59. En sortie de celui-ci, la deuxième sous-fraction de fluide caloporteur circule au sein de la troisième voie 35 jusqu’à rejoindre la première voie 33 en amont de la première pompe additionnelle 72.
La circulation du fluide caloporteur au sein de la troisième voie 35 offre ainsi un refroidissement supplémentaire du moteur électrique 7 et/ou du module de commande électronique 8. Il est à noter que le fluide caloporteur en sortie du cinquième échangeur thermique 59 peut également rejoindre la deuxième voie 34 dans le cas où c’est l’élément de stockage électrique 9 qui nécessite un refroidissement plus intense.
La figure 5 représente un quatrième mode de fonctionnement du système de traitement thermique 1. Dans ce quatrième mode de fonctionnement, le premier circuit assure simultanément une fonction de pompe à chaleur, tandis que le troisième circuit assure simultanément une fonction de chauffage de l’habitacle et de refroidissement du moteur électrique 7 et du module de commande électronique 8.
Tout comme les modes de fonctionnement précédents, le fluide réfrigérant est mis en circulation sous haute pression et haute température par le dispositif de compression 61, puis est pré-refroidi par échange de chaleur avec le fluide caloporteur au sein du deuxième échangeur thermique 56.
Le fluide réfrigérant est ensuite détendu à basse pression par le deuxième organe de détente 64 et traverse le premier échangeur de chaleur 51 jusqu’à atteindre le premier point de divergence 25. A ce niveau, le fluide réfrigérant est divisé en une première fraction qui circule au sein de la première branche 21 pour assurer la fonction de refroidissement du fluide caloporteur, et en une deuxième fraction qui circule au sein de de la deuxième branche 22 afin de rejoindre la branche principale 20 et assurer la fonction de pompe à chaleur. Afin d’autoriser la circulation du fluide réfrigérant au sein de la deuxième branche 22, la première vanne 66 est en position ouverte.
La première fraction de fluide réfrigérant circule au sein de la première branche 21 et traverse le troisième échangeur de chaleur 53 et circule jusqu’au deuxième point de divergence 26. Le flux d’air intérieur 6 ne nécessitant pas d’être refroidi selon ce quatrième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule donc uniquement au sein de la troisième branche 23 afin de traverser le troisième échangeur thermique 57 puis de rejoindre la branche principale 20 via le premier point de convergence 28.
Concernant le deuxième circuit 3, Le fluide caloporteur circule selon un premier sous-circuit fermé dont la circulation est entraînée par la pompe principale 71. Le fluide caloporteur circule au sein de la voie principale 31, en étant chauffé par l’échange de chaleur se produisant au niveau du deuxième échangeur thermique 56. Après avoir été chauffé, le fluide caloporteur circule jusqu’à la première valve trois voies 75, puis exclusivement au sein de la voie de chauffage 32. A ce stade, il peut alors être chauffé de manière supplémentaire par l’élément de chauffage électrique 74 si l’échange de chaleur via le deuxième échangeur thermique 56 a augmenté la température du fluide caloporteur de manière insuffisante. Ceci étant fait, le fluide caloporteur circule à haute température à travers le premier échangeur thermique 55 afin d’opérer un échange de chaleur avec le flux d’air intérieur 6 avant de rejoindre la voie principale 31 en amont de la pompe principale 71. Ainsi, au moins partiellement par le biais du fluide réfrigérant, le fluide caloporteur est placé à haute température afin de chauffer le flux d’air intérieur 6, ce dernier permettant ainsi de chauffer l’habitacle du véhicule.
Dans ce mode de fonctionnement, le fluide caloporteur circule selon un deuxième sous-circuit fermé garantissant le refroidissement du moteur électrique 7 et du module de commande électronique 8. Le fluide caloporteur est ainsi entraîné au sein de la première voie 33 afin de refroidir le module de commande électronique 8, puis le moteur électrique 7 de manière similaire à ce qui a été décrit précédemment. Le fluide circule ensuite jusqu’à la troisième valve trois voies 77 qui, contrairement au troisième mode de réalisation, va diriger le fluide caloporteur au sein de la voie de refroidissement 36. Le fluide caloporteur, chauffé suite au refroidissement du module de commande électronique 8 et/ou du moteur électrique 7, est alors refroidi au sein du troisième échangeur thermique 57 par le fluide réfrigérant circulant au sein de la troisième branche 23. Une fois sorti du troisième échangeur thermique 57, le fluide caloporteur refroidi circule jusqu’à rejoindre la première voie 33, en amont de la première pompe additionnelle 72.
La figure 6 représente un cinquième mode de fonctionnement du système de traitement thermique 1. Le cinquième mode de fonctionnement, tout comme le premier mode de fonctionnement, correspond à un mode déshumidification en parallèle, c’est-à-dire un mode de fonctionnement où le flux d’air intérieur 6 est asséché par condensation après avoir traversé le deuxième échangeur de chaleur 52 puis est chauffé en traversant le premier échangeur thermique 55.
Ainsi, la circulation du fluide caloporteur au sein du deuxième circuit 3 selon le cinquième mode de réalisation est strictement identique à la circulation du fluide caloporteur au sein du deuxième circuit 3 selon le premier mode de réalisation. On se réfèrera donc à la description de la figure 2 pour tout ce qui est relatif à la circulation du fluide caloporteur.
Au sujet de la circulation du fluide réfrigérant, selon le cinquième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant est mis en circulation à haute pression et haute température par le dispositif de compression 61 et est refroidi par le fluide caloporteur via le deuxième échangeur thermique 56. Le fluide réfrigérant circule ensuite jusqu’au troisième point de divergence 27. La deuxième vanne 67 étant dans ce mode de fonctionnement en position ouverte, une fraction du fluide réfrigérant circule donc au sein de la quatrième branche 24 et rejoint la première branche 21 via le deuxième point de convergence 29 en contournant le premier échangeur de chaleur 51. Une fraction restante du fluide réfrigérant est détendue à basse pression par le deuxième organe de détente 64 avant de circuler à travers le premier échangeur de chaleur 51. L’ensemble de la fraction restante circule ensuite au sein de la deuxième branche 22, la première vanne 66 étant également en position ouverte, et rejoint le branche principale 20.
Après avoir rejoint la première branche 21 via le deuxième point de convergence 29, la fraction de fluide réfrigérant ayant circulé au sein de la quatrième branche 24 circule au sein de la première branche 21 jusqu’à être détendue à basse pression par le premier organe de détente 63 et pour ensuite traverser le deuxième échangeur de chaleur 52 afin de condenser le flux d’air intérieur 6 humide. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite la branche principale 20.
Le fluide caloporteur, tout comme pour le premier mode de réalisation, permet de chauffer le flux intérieur 6 après que ce dernier a été asséché en traversant le deuxième échangeur de chaleur 52. Ce cinquième mode de fonctionnement est un mode déshumidification en parallèle et correspond à une alternative au mode déshumidification en série présenté à la figure 2.
Selon le mode déshumidification en parallèle, le fluide réfrigérant traverse simultanément le premier échangeur de chaleur 51 et le deuxième échangeur de chaleur 52, après avoir été détendu par leur organe de détente respectif.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.
L’invention, telle qu’elle vient d’être décrite, atteint bien le but qu’elle s’était fixée, et permet de proposer un système de traitement thermique pour véhicule assurant une fonction de déshumidification en série. Des variantes non décrites ici pourraient être mises en œuvre sans sortir du contexte de l’invention, dès lors que, conformément à l’invention, elles comprennent un système de traitement thermique conforme à l’invention.

Claims (14)

  1. Système de traitement thermique (1) pour véhicule, comprenant au moins un premier circuit (2) de fluide réfrigérant et au moins un deuxième circuit (3) de fluide caloporteur, le premier circuit (2) comprenant au moins un dispositif de compression (61), un premier échangeur de chaleur (51) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d’air extérieur (5) à un habitacle du véhicule, un deuxième échangeur de chaleur (52) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d’air intérieur (6) destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule, un premier organe de détente (63) configuré pour détendre le fluide réfrigérant envoyé vers le deuxième échangeur de chaleur (52), ledit deuxième circuit (3) comprenant au moins une pompe principale (71) configurée pour mettre en circulation le fluide caloporteur, un premier échangeur thermique (55) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le flux d’air intérieur (6), le système de traitement thermique (1) comprenant un deuxième échangeur thermique (56) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant du premier circuit (2) et le fluide caloporteur du deuxième circuit (3), caractérisé en ce que le premier circuit (2) comprend un deuxième organe de détente (64) disposé entre le deuxième échangeur thermique (56) et le premier échangeur de chaleur (51).
  2. Système de traitement thermique (1) selon la revendication 1, dans lequel le premier circuit (2) comprend un troisième échangeur de chaleur (53) disposé en aval du premier échangeur de chaleur (51) et installé en amont du premier échangeur de chaleur (51), par rapport au flux d’air extérieur (5).
  3. Système de traitement thermique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier circuit (2) comprend une branche principale (20) qui débute en un premier point de convergence (28) et qui se termine en un premier point de divergence (25), et qui comprend un accumulateur (62), le dispositif de compression (61), le deuxième échangeur thermique (56) et le premier échangeur de chaleur (51).
  4. Système de traitement thermique selon la revendication précédente, combiné à la revendication 2, dans lequel le premier point de divergence (25) est disposé en aval du premier échangeur de chaleur (51) et en amont du troisième échangeur de chaleur (53), le premier circuit (2) comprenant une première branche (21) qui débute au premier point de divergence (25) et qui se termine au premier point de convergence (28), la première branche (21) comprenant le troisième échangeur de chaleur (53) et le deuxième échangeur de chaleur (52).
  5. Système de traitement thermique selon la revendication précédente, dans lequel le premier circuit (2) comprend une deuxième branche (22) qui débute au premier point de divergence (25) et qui se termine au premier point de convergence (28), la deuxième branche (22) étant disposée en parallèle de la première branche (21).
  6. Système de traitement thermique selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le premier circuit (2) comprend un échangeur de chaleur interne (54) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans la branche principale (20) et le fluide réfrigérant circulant dans la première branche (21).
  7. Système de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel la première branche (21) comprend un deuxième point de divergence (26) disposé en amont du deuxième échangeur de chaleur (52), le premier circuit (2) comprenant une troisième branche (23) qui débute au deuxième point de divergence (26) et qui se termine au premier point de convergence (28), la troisième branche (23) comprenant un troisième échangeur thermique (57) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant du premier circuit (2) et le fluide caloporteur du deuxième circuit (3), et un troisième organe de détente (65) disposé entre le deuxième point de divergence (26) et le troisième échangeur thermique (57).
  8. Système de traitement thermique selon la revendication précédente, combiné à la revendication 2, dans lequel la branche principale (20) comprend un troisième point de divergence (27) disposé en amont du deuxième organe de détente (64), le premier circuit (2) comprenant une quatrième branche (24) qui débute au troisième point de divergence (27) et qui se termine à un deuxième point de convergence (29) situé sur la première branche (21) et en aval du troisième échangeur de chaleur (53).
  9. Système de traitement thermique selon la revendication précédente, combiné à la revendication 5, dans lequel le premier circuit (2) comprend une première vanne (66) disposée sur la deuxième branche (22) et une deuxième vanne (67) disposée sur la quatrième branche (24), le premier échangeur de chaleur (51) et le deuxième échangeur de chaleur (52) étant parcourus en série par le fluide réfrigérant quand la première vanne (66) et la deuxième vanne (67) sont en position fermée, le premier échangeur de chaleur (51) et le deuxième échangeur de chaleur (52) étant parcourus en parallèle par le fluide réfrigérant quand la première vanne (66) et la deuxième vanne (67) sont en position ouverte.
  10. Système de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième circuit (3) est configuré pour traiter thermiquement au moins un moteur électrique (7) et/ou un module électronique de commande (8) et/ou au moins un élément de stockage électrique (9).
  11. Système de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième circuit (3) comprend un quatrième échangeur thermique (58) configuré pour être traversé par le flux d’air extérieur (5) et disposé en aval du premier échangeur de chaleur (51) par rapport au flux d’air extérieur (5).
  12. Système de traitement thermique selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième circuit (3) comprend une première voie (33) configurée pour traiter thermiquement le moteur électrique (7) et/ou le module électronique de commande (8), la première voie (33) étant configurée pour faire circuler le fluide caloporteur issu du troisième échangeur thermique (57) et/ou du deuxième échangeur thermique (56) et/ou du quatrième échangeur thermique (58).
  13. Système de traitement thermique selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième circuit (3) comprend une deuxième voie (34) configurée pour traiter thermiquement l’élément de stockage électrique (9), la deuxième voie (34) étant configurée pour faire circuler le fluide caloporteur issu du troisième échangeur thermique (57).
  14. Système de traitement thermique selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième circuit (3) comprend une troisième voie (35) comprenant un cinquième échangeur thermique (59) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le flux d’air extérieur (5) et disposé en amont du premier échangeur de chaleur (51) sur le flux d’air extérieur (5).
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