FR3116471A1 - Système de conditionnement thermique pour véhicule automobile - Google Patents
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Abstract
Il est proposé un système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comprenant un circuit (50) de fluide réfrigérant comportant une boucle principale (A) comprenant successivement :- Un dispositif de compression (1),- Un premier échangeur de chaleur (2),- Un premier dispositif de détente (3),- Un deuxième échangeur de chaleur (4),- Un troisième échangeur de chaleur (6),- Un dispositif d’accumulation (7) de fluide réfrigérant,dans lequel un volume interne d’une portion de boucle principale (A) s’étendant depuis une sortie (2b) du premier échangeur de chaleur (2) jusqu’à une entrée (3a) du premier dispositif de détente (3) définit un premier volume de référence,dans lequel un volume interne du dispositif d’accumulation (7) définit un deuxième volume de référence,et dans lequel le rapport du premier volume de référence et du deuxième volume de référence est supérieur à 0,2 de préférence supérieur à 0,4. Figure de l’abrégé : Figure 2
Description
La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique pour véhicule automobile. De tels systèmes permettent d’assurer une régulation thermique de différents organes ou parties du véhicule, tel l’habitacle ou une batterie de stockage d’énergie électrique, dans le cas d’un véhicule à propulsion électrique. 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 multiples branches de dérivation présentes dans le circuit de fluide réfrigérant permettent de réaliser de nombreux modes de fonctionnement différents. En effet, en adaptant la configuration du circuit de fluide réfrigérant en ouvrant ou fermant sélectivement diverses vannes d’arrêts, il est possible de sélectionner les échangeurs de chaleur traversés par le fluide réfrigérant. Il est ainsi possible de réaliser sélectivement notamment le refroidissement de l’air de l’habitacle, ou son chauffage, ou la déshumidification de l’air de l’habitacle.
Suivant le mode de fonctionnement sélectionné, et suivant les conditions ambiantes dans lesquelles le véhicule évolue, la quantité de fluide réfrigérant circulant dans le circuit de fluide réfrigérant n’est pas constante. En effet, la pression minimale et la pression maximale dans le circuit dépendent des conditions d’utilisation, et donc la densité du fluide réfrigérant circulant dans le circuit dépend des conditions d’utilisation. De plus, la longueur des portions de circuit parcourues par du fluide réfrigérant n’est pas toujours la même. Un accumulateur de fluide réfrigérant, disposé dans le circuit en amont du compresseur, permet ainsi de disposer d’une réserve de fluide réfrigérant dans le circuit. Un accumulateur comporte une entrée de fluide réfrigérant, une sortie de fluide réfrigérant et un volume tampon entre l’entrée et la sortie, ce volume permettant de stocker une quantité de fluide réfrigérant. Un accumulateur classique de véhicule automobile peut avoir un volume de 0,8 litre à 1 litre. Ce volume permet de couvrir les variations de la masse de fluide réfrigérant chimique, tel le R1234yf, circulant dans le circuit.
Dans certains véhicules, l’espace disponible sous le capot peut être très limité, et il peut être très difficile voire impossible d’implanter un dispositif d’accumulation possédant le volume classique.
Un but de la présente invention est ainsi de fournir un système de conditionnement thermique pouvant fonctionner en utilisant un accumulateur de volume inférieur à ceux des systèmes l’état de l’art, tout en conservant les mêmes performances thermodynamiques. L’implantation du circuit de conditionnement thermique dans le véhicule est ainsi facilitée.
Résumé
A cette fin, la présente invention propose un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile, comprenant un circuit de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comportant :
- une boucle principale comprenant 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 premier fluide caloporteur,
-- un premier dispositif de détente,
-- un deuxième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule,
-- un deuxième dispositif de détente,
-- un troisième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule,
-- un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant,
- une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le deuxième échangeur de chaleur et le deuxième dispositif de détente à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le troisième échangeur de chaleur et le dispositif d’accumulation, la première branche de dérivation comportant une première vanne d’arrêt ,
dans lequel un volume interne d’une portion de boucle principale s’étendant depuis une sortie du premier échangeur de chaleur jusqu’à une entrée du premier dispositif de détente définit un premier volume de référence ,
dans lequel un volume interne du dispositif d’accumulation définit un deuxième volume de référence,
et dans lequel le rapport du premier volume de référence et du deuxième volume de référence est supérieur à 0,2 de préférence supérieur à 0,4.
- une boucle principale comprenant 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 premier fluide caloporteur,
-- un premier dispositif de détente,
-- un deuxième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule,
-- un deuxième dispositif de détente,
-- un troisième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule,
-- un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant,
- une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le deuxième échangeur de chaleur et le deuxième dispositif de détente à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le troisième échangeur de chaleur et le dispositif d’accumulation, la première branche de dérivation comportant une première vanne d’arrêt ,
dans lequel un volume interne d’une portion de boucle principale s’étendant depuis une sortie du premier échangeur de chaleur jusqu’à une entrée du premier dispositif de détente définit un premier volume de référence ,
dans lequel un volume interne du dispositif d’accumulation définit un deuxième volume de référence,
et dans lequel le rapport du premier volume de référence et du deuxième volume de référence est supérieur à 0,2 de préférence supérieur à 0,4.
Le deuxième volume de référence est choisi inférieur à celui des solutions selon l’état de l’art. Autrement dit, le dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant est plus petit, et est ainsi plus facile à implanter dans le véhicule. Pour compenser, le volume de la portion de boucle principale s’étendant depuis une sortie du premier échangeur de chaleur jusqu’à une entrée du premier dispositif de détente est augmenté par rapport aux solutions selon l’état de l’art. Ce volume additionnel permet de constituer un volume de stockage de fluide réfrigérant qui compense la diminution de volume du dispositif d’accumulation. En effet, cette portion de circuit contient du réfrigérant sous forme liquide dans les modes d’utilisation où la masse circulante de fluide réfrigérant est faible, et constitue donc une zone d’accumulation naturelle de réfrigérant liquide. Le premier et le deuxième volume de référence sont choisis de façon à ce qu’il reste une réserve de fluide réfrigérant dans le dispositif d’accumulation dans toutes les conditions d’utilisation du circuit de conditionnement thermique.
Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres, ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Le deuxième volume de référence est inférieur à 0,65 litre.
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 premier échangeur de chaleur et le premier dispositif de détente à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le premier point de raccordement et le deuxième dispositif de détente, la deuxième branche de dérivation comporte une deuxième vanne d’arrêt,
la somme du premier volume de référence et d’un volume interne d’une portion de deuxième branche de dérivation s’étendant depuis le troisième point de raccordement jusqu’à une entrée de la vanne d’arrêt définit un troisième volume de référence,
et le rapport du troisième volume de référence et du deuxième volume de référence est supérieur à 0,3 de préférence supérieur à 0,5.
la somme du premier volume de référence et d’un volume interne d’une portion de deuxième branche de dérivation s’étendant depuis le troisième point de raccordement jusqu’à une entrée de la vanne d’arrêt définit un troisième volume de référence,
et le rapport du troisième volume de référence et du deuxième volume de référence est supérieur à 0,3 de préférence supérieur à 0,5.
Selon un mode de réalisation, le premier échangeur de chaleur comporte une première section d’échange thermique configurée pour assurer une condensation du fluide réfrigérant et une deuxième section d’échange thermique configurée pour assurer un sous-refroidissement du fluide réfrigérant,
la somme du troisième volume de référence et d’un volume interne de la deuxième section d’échange thermique du premier échangeur de chaleur définit un quatrième volume de référence,
et le rapport du quatrième volume de référence et du deuxième volume de référence est supérieur à 0,65 de préférence supérieur à 0,95.
la somme du troisième volume de référence et d’un volume interne de la deuxième section d’échange thermique du premier échangeur de chaleur définit un quatrième volume de référence,
et le rapport du quatrième volume de référence et du deuxième volume de référence est supérieur à 0,65 de préférence supérieur à 0,95.
Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le premier échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
Selon un autre mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le premier échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans un circuit de liquide caloporteur.
Le circuit de liquide caloporteur comporte un cinquième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à 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 deuxième dispositif de détente à un sixième point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le deuxième point de raccordement et le dispositif d’accumulation, la troisième branche de dérivation comportant un troisième dispositif de détente disposé en amont d’un quatrième échangeur de chaleur.
Le quatrième échangeur de chaleur 20 est couplé thermiquement avec un élément 30 d’une chaine de traction électrique du véhicule. L’élément 30 de la chaine de traction électrique peut être une batterie 30 de stockage d’énergie électrique. L’élément 30 de la chaine de traction électrique peut être un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule.
Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, une somme d’un volume interne d’une portion de boucle principale s’étendant depuis une sortie du deuxième échangeur de chaleur jusqu’au premier point de raccordement et d’un volume interne d’une portion de première branche de dérivation s’étendant depuis le premier point de raccordement jusqu’à une entrée de la première vanne d’arrêt définit un cinquième volume de référence, et le cinquième volume de référence est inférieur à 0,03 litre.
Selon un mode de réalisation, le rapport du cinquième volume de référence et du deuxième volume de référence est inférieur à 0,5 de préférence inférieur à 0,1.
Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, un diamètre interne d’une portion de boucle principale comprise entre une sortie du premier échangeur de chaleur et une entrée du premier dispositif de détente est supérieur à 13 millimètres, de préférence supérieur à 15 millimètres.
Selon un mode de réalisation, la boucle principale comporte un clapet antiretour disposé entre le premier point de raccordement et le quatrième point de raccordement, une longueur d’une portion de boucle principale s’étendant depuis le premier point de raccordement jusqu’au clapet antiretour définit une première distance de référence et une longueur d’une portion de boucle principale s’étendant depuis le clapet antiretour jusqu’au quatrième point de raccordement définit une deuxième distance de référence, et le rapport de la première distance de référence et de la deuxième distance de référence est inférieur à 0,5.
De préférence, un volume d’une portion de boucle principale s’étendant depuis le premier point de raccordement jusqu’au clapet antiretour est inférieur à 0,03 litre.
Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, une portion de boucle principale s’étendant depuis une sortie du premier échangeur de chaleur jusqu’à une entrée du premier dispositif de détente comporte une première partie possédant une première section de passage de fluide réfrigérant et une deuxième partie possédant une deuxième section de passage de fluide réfrigérant, le rapport entre la deuxième section de passage et la première section de passage étant supérieur à 2.
L’invention concerne aussi un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode de chauffage, dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au fluide caloporteur et passe à l’état liquide, dans le premier dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur où il absorbe de la chaleur du flux d’air extérieur et passe à l’état gazeux, dans la première branche de dérivation, dans le dispositif d’accumulation,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression.
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au fluide caloporteur et passe à l’état liquide, dans le premier dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur où il absorbe de la chaleur du flux d’air extérieur et passe à l’état gazeux, dans la première branche de dérivation, dans le dispositif d’accumulation,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression.
L’invention se rapporte également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de refroidissement, dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur sans céder de chaleur au flux d’air intérieur, dans le premier dispositif de détente, dans le deuxième échangeur de chaleur où il cède de la chaleur du flux d’air extérieur et passe à l’état liquide,
- dans le deuxième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur où il passe à l’état gazeux et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur, dans le dispositif d’accumulation,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression.
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur sans céder de chaleur au flux d’air intérieur, dans le premier dispositif de détente, dans le deuxième échangeur de chaleur où il cède de la chaleur du flux d’air extérieur et passe à l’état liquide,
- dans le deuxième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur où il passe à l’état gazeux et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur, dans le dispositif d’accumulation,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression.
L’invention se rapporte aussi à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de refroidissement, dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au liquide caloporteur et passe à l’état liquide, dans le premier dispositif de détente, dans le deuxième échangeur de chaleur,
- dans le deuxième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur où il passe à l’état gazeux et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur, dans le dispositif d’accumulation,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression.
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au liquide caloporteur et passe à l’état liquide, dans le premier dispositif de détente, dans le deuxième échangeur de chaleur,
- dans le deuxième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur où il passe à l’état gazeux et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur, dans le dispositif d’accumulation,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression.
L’invention se rapporte également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de déshumidification parallèle, dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au fluide caloporteur et passe à l’état liquide,
- le fluide réfrigérant se divise entre un premier débit circulant dans la boucle principale et un deuxième débit circulant dans la deuxième branche de dérivation,
- le premier débit circule dans le premier dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur où il absorbe de la chaleur du flux d’air extérieur et passe à l’état gazeux, puis circule dans la première branche de dérivation,
- le deuxième débit rejoint la boucle principale en amont du deuxième dispositif de détente où il passe à basse pression, et circule dans le troisième échangeur de chaleur où il absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur et passe à l’état gazeux,
- le premier débit et le deuxième débit se rejoignent au deuxième point de raccordement, puis circulent dans le dispositif d’accumulation,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression.
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au fluide caloporteur et passe à l’état liquide,
- le fluide réfrigérant se divise entre un premier débit circulant dans la boucle principale et un deuxième débit circulant dans la deuxième branche de dérivation,
- le premier débit circule dans le premier dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur où il absorbe de la chaleur du flux d’air extérieur et passe à l’état gazeux, puis circule dans la première branche de dérivation,
- le deuxième débit rejoint la boucle principale en amont du deuxième dispositif de détente où il passe à basse pression, et circule dans le troisième échangeur de chaleur où il absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur et passe à l’état gazeux,
- le premier débit et le deuxième débit se rejoignent au deuxième point de raccordement, puis circulent dans le dispositif d’accumulation,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
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, ou de parcours, 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, ou de parcours, du fluide considéré. Dans le cas du circuit de fluide réfrigérant, le terme « un premier élément est en amont d’un deuxième élément » signifie que le fluide réfrigérant parcourt successivement le premier élément, puis le deuxième élément, sans passer par le dispositif de compression. Autrement dit, le fluide réfrigérant sort du dispositif de compression, traverse éventuellement ou plusieurs éléments, puis traverse le premier élément, puis le deuxième élément, puis regagne le dispositif de compression, éventuellement après avoir traversé d’autres éléments.
Quand il est précisé qu'un sous-système comporte un élément donné, cela n'exclut pas la présence d'autres éléments dans ce sous-système.
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 peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation, souvent désignée par le terme Anglais « HVAC » signifiant « Heating, Ventilating and Air Conditioning ». Cette installation n’a pas été représentée sur les figures.
On entend par flux d’air extérieur Fe un flux d’air qui n’est pas à destination de l’habitacle. Autrement dit, ce flux d’air reste à l’extérieur du véhicule. Un groupe moto-ventilateur, non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur Fe. De même, un autre groupe moto-ventilateur, non représenté sur les figures, est disposé dans l’installation de chauffage afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air intérieur Fi.
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 100.
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.
Le dispositif de compression 1 peut être un compresseur électrique, c'est-à-dire un compresseur dont les pièces mobiles sont entrainées par un moteur électrique. Le dispositif de compression comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée du dispositif de compression, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie du dispositif de compression 1. Les pièces mobiles internes du compresseur font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée à une haute pression côté sortie. Après détente dans un ou plusieurs organes de détente du circuit 1, le fluide réfrigérant revient à l’entrée du compresseur 1 et recommence un nouveau cycle thermodynamique.
Chaque point de raccordement 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 en un point de raccordement se fait en jouant sur l’ouverture ou la fermeture des vannes d’arrêt ou dispositifs de détente compris sur chacune des deux branches. Autrement dit, chaque point de raccordement est un moyen de redirection du fluide arrivant à ce point de raccordement.
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.
Ainsi, la première vanne d’arrêt 8 est configurée pour sélectivement autoriser ou interdire le passage du fluide réfrigérant dans la première branche de dérivation B. De la même manière, la deuxième vanne d’arrêt 9 est configurée pour sélectivement autoriser ou interdire le passage du fluide réfrigérant dans la deuxième branche de dérivation C.
Le circuit de fluide réfrigérant 1 comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 7 disposé sur la boucle principale A en amont du dispositif de compression 1. 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.
On a représenté sur la un premier mode de réalisation de l’invention. La représente ainsi un système de conditionnement thermique 100 pour véhicule automobile, comprenant un circuit 50 de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit 50 de fluide réfrigérant comportant :
- une boucle principale A comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
-- un dispositif de compression 1,
-- un premier échangeur de chaleur 2 configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur Fc,
-- un premier dispositif de détente 3,
-- un deuxième échangeur de chaleur 4 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe à un habitacle du véhicule,
-- un deuxième dispositif de détente 5,
-- un troisième échangeur de chaleur 6 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule,
-- un dispositif d’accumulation 7 de fluide réfrigérant,
- 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 deuxième dispositif de détente 5 à un deuxième point de raccordement 12 disposé sur la boucle principale A et compris entre le troisième échangeur de chaleur 6 et le dispositif d’accumulation 7, la première branche de dérivation B comportant une première vanne d’arrêt 8,
dans lequel un volume interne d’une portion de boucle principale A s’étendant depuis une sortie 2b du premier échangeur de chaleur 2 jusqu’à une entrée 3a du premier dispositif de détente 3 définit un premier volume de référence V1,
dans lequel un volume interne du dispositif d’accumulation 7 définit un deuxième volume de référence V2,
et dans lequel le rapport R1 du premier volume de référence V1 et du deuxième volume de référence V2 est supérieur à 0,2 de préférence supérieur à 0,4.
- une boucle principale A comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
-- un dispositif de compression 1,
-- un premier échangeur de chaleur 2 configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur Fc,
-- un premier dispositif de détente 3,
-- un deuxième échangeur de chaleur 4 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe à un habitacle du véhicule,
-- un deuxième dispositif de détente 5,
-- un troisième échangeur de chaleur 6 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule,
-- un dispositif d’accumulation 7 de fluide réfrigérant,
- 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 deuxième dispositif de détente 5 à un deuxième point de raccordement 12 disposé sur la boucle principale A et compris entre le troisième échangeur de chaleur 6 et le dispositif d’accumulation 7, la première branche de dérivation B comportant une première vanne d’arrêt 8,
dans lequel un volume interne d’une portion de boucle principale A s’étendant depuis une sortie 2b du premier échangeur de chaleur 2 jusqu’à une entrée 3a du premier dispositif de détente 3 définit un premier volume de référence V1,
dans lequel un volume interne du dispositif d’accumulation 7 définit un deuxième volume de référence V2,
et dans lequel le rapport R1 du premier volume de référence V1 et du deuxième volume de référence V2 est supérieur à 0,2 de préférence supérieur à 0,4.
Le deuxième volume de référence V2 est inférieur à 0,65 litre.
Pour calculer le rapport R1, on divise la valeur du premier volume de référence V1 par la valeur du deuxième volume de référence V2, chaque volume V1 et V2 étant exprimé dans la même unité de mesure, par exemple en litre. Le rapport R1 est donc une grandeur sans dimension. A titre d’exemple, si le premier volume de référence V1 vaut 0,3 litre et si le deuxième volume de référence V2 vaut 0,5 litre, la valeur du rapport R1 est alors 0,6.
Le premier volume de référence V1 est déterminé en calculant le volume interne de la portion de circuit de fluide réfrigérant commençant à la sortie 2b du premier échangeur de chaleur 2 et se terminant à l’entrée 3a du premier dispositif de détente 3. C’est ainsi le volume offert au fluide réfrigérant entre la sortie 2b et l’entrée 3a.
Le deuxième volume de référence V2, égal au volume interne du dispositif d’accumulation 7, est le volume compris entre l’entrée 7a et la sortie 7b du dispositif d’accumulation 7. La masse de fluide réfrigérant stockée dans le dispositif d’accumulation 7 est donc égale au volume de référence V2 multiplié par la densité moyenne du fluide réfrigérant contenu dans le dispositif d’accumulation.
Le système de conditionnement thermique 100 est configuré pour fonctionner selon de nombreux modes de fonctionnement distincts. Le système de conditionnement thermique 100 peut notamment mettre en œuvre un procédé de fonctionnement dans un mode de chauffage, dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 1 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 2 où il cède de la chaleur au fluide caloporteur et passe à l’état liquide, dans le premier dispositif de détente 3 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur 4 où il absorbe de la chaleur du flux d’air extérieur Fe et passe à l’état gazeux, dans la première branche de dérivation B, dans le dispositif d’accumulation 7,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression 2.
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 1 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 2 où il cède de la chaleur au fluide caloporteur et passe à l’état liquide, dans le premier dispositif de détente 3 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur 4 où il absorbe de la chaleur du flux d’air extérieur Fe et passe à l’état gazeux, dans la première branche de dérivation B, dans le dispositif d’accumulation 7,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression 2.
On entend, par le fait que le fluide réfrigérant passe à haute pression en circulant dans le dispositif de compression, que le fluide réfrigérant sort du dispositif de compression dans un état dit haute pression. La pression en sortie du dispositif de compression est supérieure à la pression en entrée du dispositif de compression. On entend, par passage à l’état liquide, qu’au moins une partie du fluide réfrigérant se condense et passe à l’état liquide. La transformation n’est pas forcément totale et le fluide réfrigérant peut être sous la forme d’un mélange de liquide et de vapeur. De la même manière, on entend par passage à l’état gazeux qu’au moins une partie du fluide réfrigérant se vaporise et passe à l’état gazeux. Là aussi, la transformation n’est pas forcément totale et le fluide réfrigérant peut être sous la forme d’un mélange de liquide et de vapeur.
Autrement dit, dans le mode de fonctionnement en mode chauffage, la portion de boucle principale A s’étendant depuis la sortie 2b du premier échangeur de chaleur 2 jusqu’à l’entrée 3a du premier dispositif de détente 3 contient du fluide réfrigérant à l’état liquide.
Par contre, cette portion de circuit contient du fluide réfrigérant à l’état gazeux lorsque le système de conditionnement thermique opère en mode refroidissement de l’habitacle.
En effet, lorsque le système de conditionnement thermique 100 met en œuvre un procédé de fonctionnement dans un mode dit de refroidissement :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 1 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 2 sans changer d’état, dans le premier dispositif de détente 3, dans le deuxième échangeur de chaleur 4 où il cède de la chaleur du flux d’air extérieur Fe et passe à l’état liquide,
- dans le deuxième dispositif de détente 5 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur 6 où il passe à l’état gazeux et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, dans le dispositif d’accumulation 7,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression 2.
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 1 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 2 sans changer d’état, dans le premier dispositif de détente 3, dans le deuxième échangeur de chaleur 4 où il cède de la chaleur du flux d’air extérieur Fe et passe à l’état liquide,
- dans le deuxième dispositif de détente 5 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur 6 où il passe à l’état gazeux et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, dans le dispositif d’accumulation 7,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression 2.
La est un diagramme pression, enthalpie du fluide réfrigérant au cours du cycle thermodynamique décrit lorsque le système de conditionnement thermique 100 fonctionne en mode refroidissement. La courbe en traits pointillés correspond à la courbe caractéristique des changements d’état du fluide réfrigérant. Le trapèze en traits pleins correspond au cycle thermodynamique réalisé par le fluide réfrigérant.
Le point désigné par p1 schématise l’état du fluide réfrigérant en entrée du dispositif de compression 1. Les points p2 et p3 schématisent respectivement l’état du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur 2 et du premier dispositif de détente 3. Le point 4b schématise l’état du fluide réfrigérant à la sortie du deuxième échangeur 4, et le signe Q4 schématise l’échange de chaleur réalisé entre le fluide réfrigérant à haute pression et le flux d’air extérieur Fe au sein du deuxième échangeur de chaleur 4. Le point p5 représente l’état du fluide en sortie du deuxième dispositif de détente 5. Les points p6, p12, p7b représentent respectivement l’état du fluide réfrigérant en sortie du troisième échangeur de chaleur 6, au niveau du deuxième point de raccordement 12 et au niveau de la sortie 7b de l’accumulateur 7. Ces points sont confondus sur ce schéma, car les pertes de charges et les pertes thermiques par exemple entre le deuxième point de raccordement 12 et l’accumulateur 7 sont considérées négligeables. Le signe Q6 illustre l’échange de chaleur réalisé entre le fluide réfrigérant à basse pression et le flux d’air intérieur Fi au sein du troisième échangeur de chaleur 6. Cet échange de chaleur assure le refroidissement du flux d’air intérieur Fi.
La est un diagramme pression, enthalpie du fluide réfrigérant au cours du cycle thermodynamique décrit lorsque le système de conditionnement thermique 100 fonctionne en mode chauffage.
Le point désigné par p1 schématise l’état du fluide réfrigérant en entrée du dispositif de compression 1. Le point p2 schématise l’état du fluide réfrigérant à l’entrée du premier échangeur 2. Les points p2b et p3a schématisent respectivement l’état du fluide réfrigérant à la sortie du premier échangeur 2 et à l’entrée du premier dispositif de détente 3, c’est-à-dire avant détente. Les signes Q21 et Q22 schématisent l’échange de chaleur réalisé entre le fluide réfrigérant à haute pression et le flux d’air intérieur Fi au sein du premier échangeur de chaleur 2. Cet échange de chaleur assure le chauffage du flux d’air intérieur Fi. Le signe Q21 correspond à l’échange de chaleur durant la phase de condensation du fluide réfrigérant et le signe Q22 correspond à l’échange de chaleur durant la phase de sous-refroidissement du fluide réfrigérant. Le point p4 représente l’état du fluide en entrée du deuxième échangeur de chaleur 4. Les points p4b, p8, p12, p7 représentent respectivement l’état du fluide réfrigérant en sortie du deuxième échangeur de chaleur 4, au niveau de la première vanne d’arrêt 8, au niveau du deuxième point de raccordement 12 et au niveau de la sortie 7b de l’accumulateur 7. Ces points sont confondus sur le schéma, car les pertes de charges et les pertes thermiques par exemple entre la première vanne d’arrêt 8 et l’accumulateur 7 sont considérées négligeables. Le signe Q4 illustre l’échange de chaleur réalisé entre le fluide réfrigérant à basse pression et le flux d’air extérieur Fe au sein du deuxième échangeur de chaleur 4.
Dans le mode de fonctionnement en mode refroidissement, la condensation du fluide réfrigérant a lieu dans le deuxième échangeur de chaleur 4. La portion de boucle principale A située en amont de cet échangeur 4 contient donc du réfrigérant gazeux, donc de densité plus faible que le réfrigérant liquide. La masse de fluide réfrigérant circulant dans le circuit 50 est généralement plus élevée en mode refroidissement qu’en mode chauffage, car la pression minimale et la pression maximale du cycle thermodynamique sont plus élevées en mode refroidissement qu’en mode chauffage. Le fluide réfrigérant a donc une densité moyenne plus élevée, et donc la masse de fluide réfrigérant circulant dans le circuit 50 est plus élevée en mode refroidissement. L’accumulateur 7 doit donc stocker davantage de fluide réfrigérant lorsque le système fonctionne en mode chauffage de l’habitacle que lorsque le système fonctionne en mode refroidissement de l’habitacle.
La portion de boucle principale A s’étendant depuis la sortie 2b du premier échangeur de chaleur 2 jusqu’à l’entrée 3a du premier dispositif de détente 3, remplie de liquide dans le mode chauffage, permet de stocker le réfrigérant ne circulant pas dans le circuit, c’est-à-dire ne participant pas au cycle thermodynamique. En choisissant les dimensions de cette portion de boucle principale de manière adéquate, il est ainsi possible d’utiliser un accumulateur 7 de plus faible volume que dans les solutions selon l’art antérieur, puisque cette portion de boucle principale peut jouer le même rôle que l’accumulateur 7. Le dimensionnement est adéquat lorsque le rapport R1 du premier volume de référence V1 et du deuxième volume de référence V2 est supérieur à 0,2 et de préférence supérieur à 0,4.
Le deuxième échangeur de chaleur 4 peut être disposé en face avant du véhicule, et reçoit le flux d’air généré par l’avancement du véhicule. Le premier échangeur 2 et le troisième échangeur 6 peuvent être disposés dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule.
Le premier point de raccordement 11 est disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième échangeur de chaleur 4 et en amont du deuxième dispositif de détente 5. Le deuxième point de raccordement 12 est disposé sur la boucle principale A en aval du troisième échangeur de chaleur 6 et en amont du dispositif d’accumulation 7. Le premier point de raccordement 11 appartient à la fois à la boucle principale A et à la première branche de dérivation B. De même, le deuxième point de raccordement 12 appartient à la fois à la boucle principale A et à la première branche de dérivation B. La première vanne d’arrêt 8 est disposée sur la première branche de dérivation B en aval du premier point de raccordement 11 et en amont du deuxième point de raccordement 12.
La représente un deuxième mode de réalisation de l’invention. Dans ce deuxième mode de réalisation, le système de conditionnement thermique 100 comporte une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement 13 disposé sur la boucle principale A et compris entre le premier échangeur de chaleur 2 et le premier dispositif de détente 3 à un quatrième point de raccordement 14 disposé sur la boucle principale A et compris entre le premier point de raccordement 11 et le deuxième dispositif de détente 5, la deuxième branche de dérivation C comporte une deuxième vanne d’arrêt 9,
la somme du premier volume de référence V1 et d’un volume interne d’une portion de deuxième branche de dérivation C s’étendant depuis le troisième point de raccordement 13 jusqu’à une entrée 9a de la vanne d’arrêt 9 définit un troisième volume de référence V3,
et le rapport du troisième volume de référence V3 et du deuxième volume de référence V2 est supérieur à 0,3 de préférence supérieur à 0,5.
la somme du premier volume de référence V1 et d’un volume interne d’une portion de deuxième branche de dérivation C s’étendant depuis le troisième point de raccordement 13 jusqu’à une entrée 9a de la vanne d’arrêt 9 définit un troisième volume de référence V3,
et le rapport du troisième volume de référence V3 et du deuxième volume de référence V2 est supérieur à 0,3 de préférence supérieur à 0,5.
Le troisième volume de référence V3 est ainsi la somme du deuxième volume de référence V2, déjà calculé, et du volume de la portion de circuit commençant au niveau du troisième point de raccordement 13 et se terminant à l’entrée 9a de la vanne d’arrêt 9.
La deuxième vanne d’arrêt 9 est configurée pour sélectivement autoriser ou interdire le passage du fluide réfrigérant dans la deuxième branche de dérivation C. La boucle principale A comporte un clapet antiretour 23 disposé entre le premier point de raccordement 11 et le quatrième point de raccordement 14. Le troisième point de raccordement 13 est disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur de chaleur 2 et en amont du premier dispositif de détente 3. Le quatrième point de raccordement 14 est disposé sur la boucle principale A en aval du premier point de raccordement 11 et en amont du deuxième dispositif de détente 5. Le clapet antiretour 23 disposé en aval du premier point de raccordement 11 et en amont du quatrième point de raccordement 14.
Dans ce mode de réalisation, la portion de circuit qui contient du réfrigérant à l’état liquide en mode chauffage et du réfrigérant à l’état gazeux en mode refroidissement comprend la même portion que sur le mode de réalisation de la , à laquelle s’ajoute la portion de la deuxième branche de dérivation C commençant au troisième point de raccordement 13 et se terminant à l’entrée 9a de la vanne d’arrêt 9.
Comme précédemment, cette portion de circuit permet de stocker le fluide réfrigérant à l’état liquide, ce qui permet d’utiliser un accumulateur 7 de faible volume tout en assurant les mêmes performances thermodynamiques.
La est une variante du mode de réalisation de la . Dans cette variante, le premier échangeur de chaleur 2 est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule. Le premier fluide caloporteur Fc est ici le flux d’air intérieur Fi. Afin de simplifier les figures, le troisième échangeur de chaleur 6 et le premier échangeur de chaleur 2, qui sont tous les deux configurés pour échanger de la chaleur avec le même flux d’air intérieur Fi, ne sont pas représentés côte à côte. Dans la réalité, l’échangeur 6 et l’échangeur 2 sont montés l’un en amont de l’autre.
Le premier fluide caloporteur Fc est ici un flux d’air Fi intérieur à l’habitacle du véhicule. Le premier échangeur de chaleur 2 permet d’assurer le chauffage du flux d’air intérieur Fi, et ainsi de chauffer l’habitacle du véhicule. Le premier échangeur de chaleur 2 est ici appelé condenseur interne.
Selon un mode de réalisation illustré sur la , le premier échangeur de chaleur 2 comporte une première section 21 d’échange thermique configurée pour assurer une condensation du fluide réfrigérant et une deuxième section 22 d’échange thermique configurée pour assurer un sous-refroidissement du fluide réfrigérant,
la somme du troisième volume de référence V3 et d’un volume interne de la deuxième section d’échange thermique 22 du premier échangeur de chaleur 2 définit un quatrième volume de référence V4,
et le rapport du quatrième volume de référence V4 et du deuxième volume de référence V2 est supérieur à 0,65 de préférence supérieur à 0,95.
la somme du troisième volume de référence V3 et d’un volume interne de la deuxième section d’échange thermique 22 du premier échangeur de chaleur 2 définit un quatrième volume de référence V4,
et le rapport du quatrième volume de référence V4 et du deuxième volume de référence V2 est supérieur à 0,65 de préférence supérieur à 0,95.
Autrement dit, la zone d’échange thermique du premier échangeur de chaleur 2 qui sert à assurer le sous-refroidissement du fluide réfrigérant contribue également à créer une zone de stockage de fluide réfrigérant. Cette contribution s’ajoute aux zones déjà définies aux paragraphes précédents. Le quatrième volume de référence V4 est ainsi la somme du troisième volume de référence V3, déjà calculé, et du volume de la partie du premier échangeur de chaleur 2 assurant le sous-refroidissement du fluide réfrigérant.
La est une autre variante du mode de réalisation de la . Selon cette variante, le premier échangeur de chaleur 2 est configuré pour échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans un circuit de liquide caloporteur 40.
Autrement dit, le premier fluide caloporteur Fc est dans ce cas un liquide caloporteur. Un mélange d’eau et de glycol peut par exemple être utilisé. Le premier échangeur de chaleur 2 est ici un échangeur bifluide, configuré pour permettre les échanges thermiques entre le fluide réfrigérant circulant dans le circuit 50 et le fluide caloporteur circulant dans le circuit 40.
Le circuit de liquide caloporteur 40 comporte un cinquième échangeur de chaleur 25 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule. Le chauffage de l’habitacle est assuré par le cinquième échangeur de chaleur 25. Pour cela, le circuit 40 de liquide caloporteur récupère la chaleur provenant de la condensation dans l’échangeur bifluide 2 du fluide réfrigérant à haute pression et haute température provenant du dispositif de compression 1.
Le circuit de liquide caloporteur 40 comporte une pompe 27 configurée pour faire circuler le liquide caloporteur dans le circuit 40. Le circuit de liquide caloporteur 40 comporte aussi un dispositif de chauffage 26 configuré pour chauffer le liquide caloporteur. Le dispositif de chauffage 26 est un chauffage électrique. Le chauffage 26 permet ainsi de compléter l’action de l’échangeur bifluide 2 afin de chauffer le liquide caloporteur. Le circuit de liquide caloporteur 40 comporte également un sixième échangeur de chaleur 28 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe à un habitacle du véhicule. Le sixième échangeur de chaleur 28 permet ainsi de refroidir le liquide caloporteur, dans les modes de fonctionnement où un tel refroidissement est requis.
Selon les modes de réalisation représentés sur les figures 2, 3, 4, le système de conditionnement thermique 100 comporte une troisième branche de dérivation D reliant un cinquième point de raccordement 15 disposé sur la boucle principale et compris entre le quatrième point de raccordement 14 et le deuxième dispositif de détente 5 à un sixième point de raccordement 16 disposé sur la boucle principale A et compris entre le deuxième point de raccordement 12 et le dispositif d’accumulation 7, la troisième branche de dérivation D comportant un troisième dispositif de détente 10 disposé en amont d’un quatrième échangeur de chaleur 20. Le cinquième point de raccordement 15 est disposé sur la boucle principale A en aval du quatrième point de raccordement 14 et en amont du deuxième dispositif de détente 5. Le sixième point de raccordement 16 est disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième point de raccordement 12 et en amont du dispositif d’accumulation 7. Selon une variante non représentée, le cinquième point de raccordement 15 peut être confondu avec le quatrième point de raccordement 14. De même, le sixième point de raccordement 16 peut être confondu avec le deuxième point de raccordement 12.
Selon une variante non représentée, la troisième branche de dérivation D relie un cinquième point de raccordement 15 disposé sur la boucle principale et compris entre le quatrième point de raccordement 14 et le deuxième dispositif de détente 5 à un sixième point de raccordement 16 disposé sur la première branche de dérivation B et compris entre la première vanne d’arrêt 8 et le deuxième point de raccordement 12, la troisième branche de dérivation D comportant un troisième dispositif de détente 10 disposé en amont d’un quatrième échangeur de chaleur 20. Cette variante est équivalente d’un point de vue thermodynamique à la variante des figures 2, 3 et 4.
Le quatrième échangeur de chaleur 20 est configuré pour être couplé thermiquement avec un élément 30 d’une chaine de traction électrique du véhicule. Autrement dit, le troisième échangeur de chaleur 20 est configuré pour échanger de la chaleur avec l’élément 30 de la chaine de traction du véhicule. L’échange de chaleur peut être direct, c’est-à-dire que l’échangeur 20 est en contact avec l’élément 30. L’échange de chaleur peut être indirect, c’est-à-dire que l’échange de chaleur entre l’élément 30 et le quatrième échangeur de chaleur 20 se produit par l’intermédiaire d’un liquide caloporteur circulant dans un circuit fermé. L’élément 30 de la chaine de traction électrique peut être une batterie 30 de stockage d’énergie électrique. La batterie 30 peut fournir l’énergie électrique à un moteur électrique de traction du véhicule. L’élément 30 de la chaine de traction électrique peut être un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule.
Selon un aspect du système de conditionnement thermique, une somme d’un volume interne d’une portion de boucle principale s’étendant depuis une sortie 4b du deuxième échangeur de chaleur 4 jusqu’au premier point de raccordement 11 et d’un volume interne d’une portion de première branche de dérivation B s’étendant depuis le premier point de raccordement 11 jusqu’à une entrée 8a de la première vanne d’arrêt 8 définit un cinquième volume de référence V5, et le cinquième volume de référence est inférieur à 0,03 litre.
Le rapport du cinquième volume de référence V5 et du deuxième volume de référence V2 est inférieur à 0,5 de préférence inférieur à 0,1.
Autrement dit, il est souhaitable que le cinquième volume de référence ait une valeur faible.
Comme schématisé notamment sur la , la boucle principale A comporte un clapet antiretour 23 disposé entre le premier point de raccordement 11 et le quatrième point de raccordement 14, une longueur d’une portion de boucle principale A s’étendant depuis le premier point de raccordement 11 jusqu’au clapet antiretour 23 définit une première distance de référence d1 et une longueur d’une portion de boucle principale A s’étendant depuis le clapet antiretour 23 jusqu’au quatrième point de raccordement 14 définit une deuxième distance de référence d2, et le rapport de la première distance de référence d1 et de la deuxième distance de référence d2 est inférieur à 0,5.
De préférence, un volume d’une portion de boucle principale A s’étendant depuis le premier point de raccordement 11 jusqu’au clapet antiretour 23 est inférieur à 0,03 litre. Autrement dit, le volume de la portion de boucle principale A correspondant à la première distance de référence d1 et inférieur à 0,03 litre.
Selon une variante de réalisation du système de conditionnement thermique 100, dont une partie est schématisée sur la , la portion de boucle principale s’étendant depuis une sortie 2b du premier échangeur de chaleur 2 jusqu’à une entrée 3a du premier dispositif de détente 3 comporte une première partie possédant une première section de passage S1 de fluide réfrigérant et une deuxième partie possédant une deuxième section de passage S2 de fluide réfrigérant, le rapport entre la deuxième section de passage S2 et la première section de passage S1 étant supérieur à 2. On entend par section de passage à un emplacement donné du circuit de fluide réfrigérant la surface d’une section droite du circuit à cet emplacement.
Autrement dit, la portion de boucle principale s’étendant depuis une sortie 2b du premier échangeur de chaleur 2 jusqu’à une entrée 3a du premier dispositif de détente 3 ne possède pas une section de passage constante. Un volume additionnel est ajouté aux tubes de circulation de fluide réfrigérant. Ce volume additionnel permet de constituer une zone de stockage du réfrigérant liquide. Ce volume additionnel permet également de réduire le bruit provoqué par la circulation du fluide réfrigérant, en particulier lors des variations brusques de pression.
Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, schématisé sur la , un diamètre interne d’une portion de boucle principale comprise entre une sortie 2b du premier échangeur de chaleur 2 et une entrée 3a du premier dispositif de détente 3 est supérieur à 13 millimètres, de préférence supérieur à 15 millimètres. Autrement dit, les tubes utilisés pour réaliser cette portion de boucle principale possèdent un diamètre supérieur à celui des solutions selon l’art antérieur, afin de constituer une zone de stockage du fluide réfrigérant liquide.
Le système de conditionnement thermique 100 peut fonctionner selon divers modes de fonctionnements, suivant le débit et la pression du fluide réfrigérant circulant dans la boucle principale A ainsi que dans les différentes branches de dérivation B, C, D.
Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique 100 peut également mettre en œuvre un procédé de fonctionnement dans un mode dit de refroidissement, dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 1 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 2 sans céder de chaleur au flux d’air intérieur Fi, dans le premier dispositif de détente 3, dans le deuxième échangeur de chaleur 4 où il cède de la chaleur du flux d’air extérieur Fe et passe à l’état liquide,
- dans le deuxième dispositif de détente 5 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur 6 où il passe à l’état gazeux et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, dans le dispositif d’accumulation 7,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression 2. Ce procédé de fonctionnement s’applique par exemple au mode de réalisation de la .
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 1 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 2 sans céder de chaleur au flux d’air intérieur Fi, dans le premier dispositif de détente 3, dans le deuxième échangeur de chaleur 4 où il cède de la chaleur du flux d’air extérieur Fe et passe à l’état liquide,
- dans le deuxième dispositif de détente 5 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur 6 où il passe à l’état gazeux et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, dans le dispositif d’accumulation 7,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression 2. Ce procédé de fonctionnement s’applique par exemple au mode de réalisation de la
Selon un autre mode de réalisation, le système de conditionnement thermique 100 peut également mettre en œuvre un procédé de fonctionnement dans un autre mode dit de refroidissement dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 1 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 2 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur et passe à l’état liquide, dans le premier dispositif de détente 3, dans le deuxième échangeur de chaleur 4,
- dans le deuxième dispositif de détente 5 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur 6 où il passe à l’état gazeux et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, dans le dispositif d’accumulation 7,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression 2. Ce procédé de fonctionnement s’applique par exemple au mode de réalisation de la .
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 1 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 2 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur et passe à l’état liquide, dans le premier dispositif de détente 3, dans le deuxième échangeur de chaleur 4,
- dans le deuxième dispositif de détente 5 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur 6 où il passe à l’état gazeux et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, dans le dispositif d’accumulation 7,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression 2. Ce procédé de fonctionnement s’applique par exemple au mode de réalisation de la
Le système de conditionnement thermique 100 peut également mettre en œuvre un procédé de fonctionnement dans un mode dit de déshumidification parallèle, dans lequel :
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 1 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 2 où il cède de la chaleur au fluide caloporteur et passe à l’état liquide,
- le fluide réfrigérant se divise entre un premier débit circulant dans la boucle principale A et un deuxième débit circulant dans la deuxième branche de dérivation C,
- le premier débit circule dans le premier dispositif de détente 3 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur 4 où il absorbe de la chaleur du flux d’air extérieur Fe et passe à l’état gazeux, puis circule dans la première branche de dérivation B,
- le deuxième débit rejoint la boucle principale A en amont du deuxième dispositif de détente 5 où il passe à basse pression, et circule dans le troisième échangeur de chaleur 6 où il absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur Fi et passe à l’état gazeux,
- le premier débit et le deuxième débit se rejoignent au deuxième point de raccordement 12, puis circulent dans le dispositif d’accumulation 7,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression 2.
- le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 1 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 2 où il cède de la chaleur au fluide caloporteur et passe à l’état liquide,
- le fluide réfrigérant se divise entre un premier débit circulant dans la boucle principale A et un deuxième débit circulant dans la deuxième branche de dérivation C,
- le premier débit circule dans le premier dispositif de détente 3 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur 4 où il absorbe de la chaleur du flux d’air extérieur Fe et passe à l’état gazeux, puis circule dans la première branche de dérivation B,
- le deuxième débit rejoint la boucle principale A en amont du deuxième dispositif de détente 5 où il passe à basse pression, et circule dans le troisième échangeur de chaleur 6 où il absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur Fi et passe à l’état gazeux,
- le premier débit et le deuxième débit se rejoignent au deuxième point de raccordement 12, puis circulent dans le dispositif d’accumulation 7,
- puis le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression 2.
Dans ce mode de déshumidification parallèle, le fluide réfrigérant à basse pression circule à la fois dans le premier échangeur de chaleur 2, dans le deuxième échangeur de chaleur 4 et dans le troisième échangeur de chaleur 6.
Le système de conditionnement thermique 100 peut également fonctionner dans des modes assurant un refroidissement ou un chauffage de l’élément 30 de la chaine de traction électrique.
Claims (12)
- Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comprenant un circuit (50) de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit (50) de fluide réfrigérant comportant :
- une boucle principale (A) comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
-- un dispositif de compression (1),
-- un premier échangeur de chaleur (2) configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur (Fc),
-- un premier dispositif de détente (3),
-- un deuxième échangeur de chaleur (4) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur (Fe) à un habitacle du véhicule,
-- un deuxième dispositif de détente (5),
-- un troisième échangeur de chaleur (6) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi) à l’habitacle du véhicule,
-- un dispositif d’accumulation (7) de fluide réfrigérant,
- 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 deuxième dispositif de détente (5) à un deuxième point de raccordement (12) disposé sur la boucle principale (A) et compris entre le troisième échangeur de chaleur (6) et le dispositif d’accumulation (7), la première branche de dérivation (B) comportant une première vanne d’arrêt (8),
dans lequel un volume interne d’une portion de boucle principale (A) s’étendant depuis une sortie (2b) du premier échangeur de chaleur (2) jusqu’à une entrée (3a) du premier dispositif de détente (3) définit un premier volume de référence (V1),
dans lequel un volume interne du dispositif d’accumulation (7) définit un deuxième volume de référence (V2),
et dans lequel le rapport (R1) du premier volume de référence (V1) et du deuxième volume de référence (V2) est supérieur à 0,2 de préférence supérieur à 0,4. - Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1, dans lequel le deuxième volume de référence (V2) est inférieur à 0,65 litre.
- Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1 ou 2, comportant une deuxième branche de dérivation (C) reliant un troisième point de raccordement (13) disposé sur la boucle principale (A) et compris entre le premier échangeur de chaleur (2) et le premier dispositif de détente (3) à un quatrième point de raccordement (14) disposé sur la boucle principale (A) et compris entre le premier point de raccordement (11) et le deuxième dispositif de détente (5), la deuxième branche de dérivation (C) comportant une deuxième vanne d’arrêt (9),
dans lequel la somme du premier volume de référence (V1) et d’un volume interne d’une portion de deuxième branche de dérivation (C) s’étendant depuis le troisième point de raccordement (13) jusqu’à une entrée (9a) de la vanne d’arrêt (9) définit un troisième volume de référence (V3),
et dans lequel le rapport du troisième volume de référence (V3) et du deuxième volume de référence (V2) est supérieur à 0,3 de préférence supérieur à 0,5. - Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 3, dans lequel le premier échangeur de chaleur (2) comporte une première section (21) d’échange thermique configurée pour assurer une condensation du fluide réfrigérant et une deuxième section (22) d’échange thermique configurée pour assurer un sous-refroidissement du fluide réfrigérant,
dans lequel la somme du troisième volume de référence (V3) et d’un volume interne de la deuxième section d’échange thermique (22) du premier échangeur de chaleur (2) définit un quatrième volume de référence (V4),
et dans lequel le rapport du quatrième volume de référence (V4) et du deuxième volume de référence (V2) est supérieur à 0,65 de préférence supérieur à 0,95. - Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le premier échangeur de chaleur (2) est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi) à l’habitacle du véhicule.
- Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le premier échangeur de chaleur (2) est configuré pour échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans un circuit de liquide caloporteur (40), et dans lequel le circuit de liquide caloporteur (40) comporte un cinquième échangeur de chaleur (25) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi) à l’habitacle du véhicule.
- Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 3 ou selon l’une des revendications 4 à 6 en combinaison avec la revendication 3, comportant une troisième branche de dérivation (D) reliant un cinquième point de raccordement (15) disposé sur la boucle principale et compris entre le quatrième point de raccordement (14) et le deuxième dispositif de détente (5) à un sixième point de raccordement (16) disposé sur la boucle principale (A) et compris entre le deuxième point de raccordement (12) et le dispositif d’accumulation (7), la troisième branche de dérivation (D) comportant un troisième dispositif de détente (10) disposé en amont d’un quatrième échangeur de chaleur (20).
- Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel une somme d’un volume interne d’une portion de boucle principale s’étendant depuis une sortie (4b) du deuxième échangeur de chaleur (4) jusqu’au premier point de raccordement (11) et d’un volume interne d’une portion de première branche de dérivation (B) s’étendant depuis le premier point de raccordement (11) jusqu’à une entrée (8a) de la première vanne d’arrêt (8) définit un cinquième volume de référence (V5), et dans lequel le cinquième volume de référence est inférieur à 0,03 litre.
- Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication précédente, dans lequel le rapport du cinquième volume de référence (V5) et du deuxième volume de référence (V2) est inférieur à 0,5 de préférence inférieur à 0,1.
- Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un diamètre interne d’une portion de boucle principale comprise entre une sortie (2b) du premier échangeur de chaleur (2) et une entrée (3a) du premier dispositif de détente (3) est supérieur à 13 millimètres, de préférence supérieur à 15 millimètres.
- Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 3 ou selon l’une des revendications 4 à 10 en combinaison avec la revendication 3, dans lequel la boucle principale (A) comporte un clapet antiretour (23) disposé entre le premier point de raccordement (11) et le quatrième point de raccordement (14), dans lequel une longueur d’une portion de boucle principale (A) s’étendant depuis le premier point de raccordement (11) jusqu’au clapet antiretour (23) définit une première distance de référence (D1) et dans lequel une longueur d’une portion de boucle principale (A) s’étendant depuis le clapet antiretour (23) jusqu’au quatrième point de raccordement (14) définit une deuxième distance de référence (D2), et dans lequel le rapport de la première distance de référence (D1) et de la deuxième distance de référence (D2) est inférieur à 0,5 et dans lequel un volume d’une portion de boucle principale (A) s’étendant depuis le premier point de raccordement (11) jusqu’au clapet antiretour (23) est inférieur à 0,03 litre.
- Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel une portion de boucle principale s’étendant depuis une sortie (2b) du premier échangeur de chaleur (2) jusqu’à une entrée (3a) du premier dispositif de détente (3) comporte une première partie possédant une première section de passage (S1) de fluide réfrigérant et une deuxième partie possédant une deuxième section de passage (S2) de fluide réfrigérant, le rapport entre la deuxième section de passage (S2) et la première section de passage (S1) étant supérieur à 2.
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