FR3120118A1 - Procédé de régulation d’un circuit de fluide réfrigérant - Google Patents

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Abstract

Procédé de régulation d’un circuit de fluide réfrigérant La présente invention concerne un procédé de régulation d’un circuit de fluide réfrigérant (2) comprenant une branche principale (6), une première branche (7) et une deuxième branche (8), la branche principale (6) comprenant au moins un dispositif de compression (27) apte à être entraîné en rotation, la première branche (7) comprenant un premier échangeur thermique (11) et un premier organe de détente (13), la deuxième branche (8) comprenant un deuxième échangeur thermique (12) et un deuxième organe de détente (14), caractérisé en ce que : - à une première étape, on ouvre le premier organe de détente (13) et on augmente la vitesse de rotation du dispositif de compression (27), - à une deuxième étape, on ouvre le deuxième organe de détente (14) et on augmente la vitesse de rotation du dispositif de compression (27). (figure 1)

Description

Procédé de régulation d’un circuit de fluide réfrigérant
La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de traitement thermique, et concerne plus particulièrement un procédé de régulation d’un circuit de fluide réfrigérant intégré au sein de tels systèmes de traitement thermique.
Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’un système de traitement thermique comprenant au moins un circuit de fluide réfrigérant et au moins 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 un 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 éléments électriques ou électroniques 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.
Au sein du système de traitement thermique, le fluide caloporteur est traité thermiquement par le fluide réfrigérant via échange de chaleur. Le fluide caloporteur permet par la suite de refroidir les éléments électriques ou électroniques. Un objectif d’amélioration d’un tel système de traitement thermique est de maximiser l’efficacité de refroidissement de l’élément de stockage électrique tout en favorisant la surchauffe du fluide réfrigérant et en minimisant la perte de charge. Un autre objectif d’amélioration est de refroidir l’élément de stockage électrique ou électronique au maximum sans nuire au confort de l’habitacle du véhicule lorsque le traitement thermique du flux d’air envoyé dans l’habitacle du véhicule est actif.
La présente invention permet de répondre à ces objectifs en proposant un procédé de régulation d’un circuit de fluide réfrigérant, parcouru par un fluide réfrigérant, pour véhicule comprenant une branche principale, une première branche et une deuxième branche toutes deux en série de la branche principale, la branche principale comprenant au moins un dispositif de compression du fluide réfrigérant et un premier échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un premier fluide, le dispositif de compression étant apte à être entraîné en rotation jusqu’à une vitesse seuil maximale de rotation, la première branche comprenant au moins un premier échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un fluide caloporteur parcourant un circuit de fluide caloporteur, la deuxième branche comprenant au moins un deuxième échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur du circuit de fluide caloporteur, la deuxième branche comprenant en outre un dispositif d’accumulation du fluide réfrigérant, la première branche et la deuxième branche étant en parallèle et se joignant en un premier point de convergence disposé en aval du dispositif d’accumulation et en amont du dispositif de compression, la première branche et la deuxième branche comprenant respectivement un premier organe de détente et un deuxième organe de détente respectivement agencés en amont du premier échangeur thermique et en amont du deuxième échangeur thermique, le circuit de fluide réfrigérant étant configuré pour abaisser la température du fluide caloporteur afin de répondre à un besoin de refroidissement d’un élément électrique ou électronique traité thermiquement par le circuit de fluide caloporteur, le circuit de fluide réfrigérant étant configuré pour autoriser une surchauffe du fluide réfrigérant supérieure à un seuil minimal de surchauffe, caractérisé en ce qu’au cours dudit procédé de régulation :
- à une première étape, on ouvre, avantageusement progressivement, le premier organe de détente et on augmente la vitesse de rotation du dispositif de compression tant que la surchauffe du fluide réfrigérant est supérieure au seuil minimal de surchauffe et/ou que le besoin de refroidissement de l’élément électrique ou électronique n’est pas atteint,
- à une deuxième étape, si la surchauffe du fluide réfrigérant est inférieure ou égale au seuil minimal de surchauffe, on ouvre, avantageusement progressivement, le deuxième organe de détente et on augmente la vitesse de rotation du dispositif de compression tant que le besoin de refroidissement de l’élément électrique ou électronique n’est pas atteint et que le dispositif de compression n’a pas atteint la vitesse seuil maximale de rotation.
Grâce à un tel procédé, l’élément électrique ou électronique est traité thermiquement par le fluide caloporteur qui lui-même est refroidi par le fluide réfrigérant qui traverse le premier échangeur thermique lors de la première étape, ou le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique lors de la deuxième étape. Un tel refroidissement est effectué en minimisant la perte de charge du circuit de fluide réfrigérant et sans nuire au fonctionnement du dispositif de compression. Les termes « première étape » et « deuxième étape » ont uniquement pour but de différencier les deux étapes du procédé de régulation et n’ont pas pour vocation d’instaurer un ordre chronologique entre la première étape et la deuxième étape, le procédé de régulation pouvant lancer directement la deuxième étape sans pour autant avoir mis en œuvre la première étape auparavant.
Au sein du circuit de fluide réfrigérant, le fluide réfrigérant est mis en circulation par le dispositif de compression. Ce dernier compresse le fluide réfrigérant à l’état vapeur et le porte à haute pression et à haute température. Lors du fonctionnement du dispositif de compression, celui-ci entre en rotation afin de compresser le fluide réfrigérant. Le dispositif de compression est apte à augmenter le débit de fluide réfrigérant en augmentant sa vitesse de rotation. Le dispositif de compression présente une vitesse maximum de rotation pouvant être différer en fonction des caractéristiques dudit dispositif de compression. Une fois la vitesse maximale de rotation atteinte, il n’est plus possible d’augmenter le débit de fluide réfrigérant compressé. Par vitesse seuil maximale de rotation, il faut comprendre que la vitesse de rotation du dispositif de compression peut être capée à une vitesse inférieure à la vitesse maximale de rotation, et ce afin d’éviter que le dispositif de compression tourne à une vitesse trop élevée pouvant par exemple entraîner une nuisance sonore ou des vibrations au sein du véhicule.
Le premier échangeur de chaleur est installé en aval du dispositif de compression et permet au moins une condensation partielle du fluide réfrigérant grâce à l’échange de chaleur effectué entre le fluide réfrigérant et le premier fluide. A titre d’exemple, le premier fluide peut être un flux d’air extérieur au véhicule mais il peut également s’agir d’un liquide caloporteur. Afin de pouvoir être agencé en travers d’une trajectoire du flux d’air extérieur, le premier échangeur de chaleur peut par exemple être installé au sein d’une calandre située en face avant du véhicule, où le flux d’air extérieur peut s’engouffrer.
En aval du premier échangeur de chaleur, la première branche et la deuxième branche sont toutes deux installées en série de la branche principale. En fonction de l’étape du procédé, le fluide réfrigérant peut circuler de la branche principale vers la première branche, ou se diviser en deux fractions, une première fraction de fluide réfrigérant circulant dans la première branche et une deuxième fraction circulant dans la deuxième branche, la première branche et la deuxième branche étant en parallèle l’une par rapport à l’autre. La première branche et la deuxième branche comprennent chacune, selon un ordre correspondant au sens de circulation du fluide réfrigérant, un organe de détente et un échangeur thermique. Le premier organe de détente et le deuxième organe de détente permettent de détendre le fluide réfrigérant afin d’abaisser sa température avant sa traversée respectivement du premier échangeur thermique et du deuxième échangeur thermique. Chacun des organes de détente peuvent entièrement se fermer afin d’empêcher la circulation du fluide réfrigérant dans la première branche et dans la deuxième branche.
Ainsi, lors de la première étape, le premier organe de détente est progressivement ouvert afin d’augmenter le débit de fluide réfrigérant circulant dans la première branche et donc dans le premier échangeur thermique. Le refroidissement de l’élément électrique ou électronique s’en retrouve alors amélioré. Cette ouverture du premier organe de détente est accompagnée par l’augmentation de la vitesse du dispositif de compression dans sa limite de vitesse seuil maximale de rotation afin que le dispositif de compression puisse compresser l’intégralité du fluide réfrigérant suite à l’augmentation du débit de fluide réfrigérant circulant dans la première branche.
Une fois détendu, le fluide réfrigérant traverse le premier échangeur thermique, et éventuellement le deuxième échange thermique si la deuxième étape du procédé est en cours. Le premier échangeur thermique permet d’opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à basse température et le fluide caloporteur circulant dans le circuit de fluide caloporteur. Le circuit de fluide caloporteur correspond à une boucle fermée où le fluide caloporteur est, de manière continue, refroidi par le fluide réfrigérant via les échangeurs thermiques, puis refroidi l’élément électrique ou électronique nécessitant d’être traité thermiquement. Le fluide réfrigérant, en traversant les échangeurs thermiques, participe donc au traitement thermique de l’élément électrique ou électronique, ce dernier étant susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement et risquant ainsi de monter à une température telle que son fonctionnement puisse s’en retrouver dégradé. L’élément électrique ou électronique acquiert donc un besoin de refroidissement auquel le fluide caloporteur, et donc de manière indirecte le fluide réfrigérant, doit répondre.
En sortie respectivement du premier échangeur thermique et du deuxième échangeur thermique, la première branche et la deuxième branche se rejoignent entre elles au premier point de convergence, de manière à être toutes deux connectées à la branche principale, en amont du dispositif de compression. La deuxième branche présente la particularité de comprendre le dispositif d’accumulation, agencé entre le deuxième échangeur thermique et le point de convergence. Tout fluide circulant dans la deuxième branche passe donc par le dispositif d’accumulation.
Lors de la circulation du fluide réfrigérant, celui-ci est à l’état vapeur lors de sa compression par le dispositif de compression, passe au moins partiellement sous forme liquide en traversant le premier échangeur de chaleur, puis passe totalement sous forme liquide lors de sa détente par les organes de détente. Le fluide réfrigérant est ensuite évaporé par le fluide caloporteur lors de l’échange de chaleur se produisant au sein des échangeurs thermiques. Il peut cependant arriver que le fluide réfrigérant ne s’évapore pas en totalité. Le dispositif d’accumulation a donc pour fonction de retenir une potentielle fraction de fluide réfrigérant maintenue à l’état liquide avant que ladite fraction liquide ne circule jusqu’au dispositif de compression, ce dernier pouvant s’endommager en cas de circulation de fluide réfrigérant sous forme liquide.
Le dispositif d’accumulation est agencé sur la deuxième branche. Autrement dit, tout fluide passant par la première branche contourne le dispositif d’accumulation et circule directement jusqu’au dispositif de compression. Le fait de contourner le dispositif d’accumulation est avantageux en ce qu’un tel contournement permet de diminuer la perte de charge du fluide réfrigérant. En revanche, si une phase liquide contourne le dispositif d’accumulation, celle-ci circule à travers le dispositif de compression et risque d’endommager celui-ci.
Le procédé de régulation selon l’invention est notamment paramétré pour qu’une telle situation ne survienne pas et que le fonctionnement du dispositif de compression reste optimal. Ainsi, une surveillance de la surchauffe du fluide réfrigérant est effectuée afin de s’assurer que le fluide réfrigérant soit intégralement à l’état vapeur en sortie du premier échangeur thermique.
Le seuil minimal de surchauffe correspond à une limite minimale de température du fluide réfrigérant où celui-ci risque de n’être pas entièrement évaporé. Autrement dit, le seuil minimal de surchauffe est relatif à une température de saturation du fluide réfrigérant, ladite température de saturation étant spécifique au type de fluide réfrigérant utilisé. Un tel risque d’évaporation partielle peut survenir par exemple lorsque le fluide caloporteur a déjà refroidi suffisamment l’élément électrique ou électronique de sorte à ce que la hausse de la température du fluide caloporteur en refroidissant l’élément électrique ou électronique faiblisse. Le fluide caloporteur évapore ainsi moins efficacement le fluide réfrigérant au sein du premier échangeur thermique.
Le risque d’évaporation partielle en sortie du premier échangeur thermique peut donc survenir lorsque la surchauffe du fluide réfrigérant devient inférieure au seuil minimal de surchauffe. C’est à partir d’une telle situation que le procédé de régulation initie la deuxième étape consistant à ouvrir progressivement le deuxième organe de détente afin de répartir le fluide réfrigérant entre la première branche et la deuxième branche. Le fluide réfrigérant peut donc passer par le dispositif d’accumulation, ce qui assure la retenue de la phase liquide du fluide réfrigérant. Le fonctionnement du dispositif de compression s’en retrouve alors préservé.
Que ce soit lors de la première étape ou lors de la deuxième étape, le procédé de régulation est stoppé lorsque le dispositif de compression atteint sa vitesse seuil maximale de rotation ou que le besoin de refroidissement de l’élément électrique ou électronique est atteint.
Selon une caractéristique du procédé, lors de la première étape, la vitesse de rotation du dispositif de compression ainsi qu’un degré d’ouverture du premier organe de détente sont figés lorsque le besoin de refroidissement est atteint. Lorsque le besoin de refroidissement est atteint durant la première étape du procédé de régulation, cela signifie que l’élément électrique ou électronique est suffisamment refroidi pour fonctionner correctement et que le fluide réfrigérant circulant dans la première branche suffit à réguler thermiquement la température de l’élément électrique ou électronique. Dans cette situation, il n’est plus nécessaire de modifier le degré d’ouverture du premier organe de détente, ni la vitesse de rotation du dispositif de compression. Ces paramètres sont donc figés pour éviter une nouvelle hausse de la température de l’élément électrique ou électronique.
Selon une caractéristique du procédé, lors de la deuxième étape, la vitesse de rotation du dispositif de compression ainsi qu’un degré d’ouverture du premier organe de détente et du deuxième organe de détente sont figés lorsque le besoin de refroidissement est atteint. Le principe est identique que lorsque le besoin de refroidissement est atteint lors de la première étape, à l’exception que le degré d’ouverture du deuxième organe de détente est également figé lorsque le besoin de refroidissement est atteint lors de la deuxième étape, étant donné que le fluide réfrigérant circule dans la première branche et dans la deuxième branche lors de la deuxième étape.
Selon une caractéristique du procédé, le seuil minimal de surchauffe correspond à une température de 5°C plus élevée qu’une température de saturation du fluide réfrigérant. Un seuil minimal de surchauffe à 5°C permet donc au procédé de régulation de passer à la deuxième étape lorsque la surchauffe du fluide réfrigérant est inférieure ou égale au seuil minimal de surchauffe sans risquer une évaporation partielle en sortie du premier échangeur thermique entraînant le passage de fluide réfrigérant sous forme liquide à travers le dispositif de compression.
Selon une caractéristique du procédé, lors de la première étape, un degré d’ouverture du premier organe de détente est figé lorsque le dispositif de compression atteint la vitesse seuil maximale de rotation. Le fait que le dispositif de compression atteigne la vitesse seuil maximale de rotation signifie que le débit de fluide réfrigérant circulant dans la première branche ne peut pas être augmenté, le dispositif de compression ne pouvant pas augmenter sa vitesse de rotation pour compresser le fluide réfrigérant en plus grande quantité. Le degré d’ouverture du premier organe de détente est donc figé, et le dispositif de compression maintient sa vitesse de rotation à la vitesse seuil maximale.
Selon une caractéristique du procédé, lors de la deuxième étape, un degré d’ouverture du premier organe de détente et du deuxième organe de détente est figé lorsque le dispositif de compression atteint la vitesse seuil maximale de rotation. Le principe est identique que lorsque le dispositif de compression atteint la vitesse seuil maximale de rotation lors de la première étape, à l’exception que le degré d’ouverture du deuxième organe de détente est également figé lorsque le dispositif de compression atteint la vitesse seuil maximale de rotation lors de la deuxième étape, étant donné que le fluide réfrigérant circule dans la première branche et dans la deuxième branche lors de la deuxième étape.
Selon une caractéristique du procédé, le fluide réfrigérant circule au sein d’une troisième branche en série de la branche principale et en parallèle de la première branche et de la deuxième branche, la troisième branche comprenant au moins un deuxième échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur avec un flux d’air intérieur envoyé dans un habitacle du véhicule, la troisième branche comprenant en outre un capteur de température configuré pour relever une température du flux d’air intérieur en sortie du deuxième échangeur de chaleur.
La troisième branche permet de refroidir l’habitacle du véhicule via le deuxième échangeur de chaleur. Le deuxième échangeur de chaleur est disposé au niveau d’une trajectoire du flux d’air intérieur. Le deuxième échangeur de chaleur est configuré pour que le fluide réfrigérant y circule à basse température afin de refroidir le flux d’air intérieur qui est envoyé au sein de l’habitacle du véhicule par la suite. De ce fait, la troisième branche comprend un troisième organe de détente permettant de détendre le fluide réfrigérant, et éventuellement de réguler le débit de celui-ci. Le deuxième échangeur de chaleur peut être installé au sein d’une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, qui assure une circulation du flux d’air intérieur de manière cyclique afin de refroidir ou de chauffer l’habitacle selon un mode de fonctionnement du système de traitement thermique.
Lorsque le système de traitement thermique fonctionne selon un mode de fonctionnement devant assurer le refroidissement de l’habitacle du véhicule, le fluide réfrigérant doit alors à la fois circuler dans la première branche et éventuellement la deuxième branche pour refroidir l’élément électrique ou électronique à traiter thermiquement, mais également dans la troisième branche pour assurer le confort de l’habitacle du véhicule. La circulation du fluide réfrigérant dans la troisième branche influence donc la vitesse de rotation du dispositif de compression et est prioritaire au refroidissement de l’élément électrique ou électronique. Le procédé de régulation peut donc être influencé en cas de défaillance du circuit de fluide réfrigérant à refroidir l’habitacle du véhicule à la température demandée, ladite température correspondant à la température du flux d’air intérieur en sortie du deuxième échangeur de chaleur. Le capteur de température permet ainsi de contrôler la température du flux d’air intérieur et de vérifier si cette dernière est conforme à une température demandée par un utilisateur du véhicule ayant activé l’option de climatisation de l’habitacle du véhicule.
Selon une caractéristique du procédé, lors de la première étape, on ferme, avantageusement progressivement, le premier organe de détente tant que la température du flux d’air intérieur mesurée par le capteur de température est supérieure à une température seuil de confort. Cette dernière correspond à la température demandée de refroidissement de l’habitacle du véhicule. Lorsque la température du flux d’air intérieur en sortie du deuxième échangeur de chaleur devient supérieure à la température seuil de confort, cela signifie que le flux d’air intérieur n’est pas assez refroidi pour répondre à la demande de confort de l’habitacle. Le débit de fluide réfrigérant circulant dans la troisième branche doit donc augmenter aux dépens du débit circulant dans la première branche. Fermer progressivement le premier organe de détente permet ainsi de modifier la répartition de fluide réfrigérant circulant entre la première branche et la troisième branche. Cette dernière est donc parcourue par une plus grande quantité de fluide réfrigérant, et ce dans le but d’abaisser la température du flux d’air intérieur en sortie du deuxième échangeur de chaleur afin que cette dernière redevienne inférieure à la température seuil de confort et réponde ainsi correctement à la demande de refroidissement de l’habitacle du véhicule.
Selon une caractéristique du procédé, lors de la deuxième étape, on ferme, avantageusement progressivement, le deuxième organe de détente tant que la température du flux d’air intérieur mesurée par le capteur de température est supérieure à une température seuil de confort. Le principe est identique que lorsque la température du flux d’air intérieur en sortie du deuxième échangeur de chaleur devient supérieure à la température seuil de confort lors de la première étape. Lorsqu’au cours de la deuxième étape, le fluide réfrigérant circule à la fois au sein de la première branche, de la deuxième branche et de la troisième branche et que cette dernière ne permet pas de faire circuler suffisamment de fluide réfrigérant pour que le flux d’air intérieur soit suffisamment refroidi, c’est le deuxième organe de détente qui est progressivement refermé afin d’augmenter le débit de fluide réfrigérant au sein de la troisième branche et ainsi d’améliorer le refroidissement de flux d’air intérieur afin que la température de celui-ci soit conforme à la température seuil de confort.
L’invention couvre également un circuit de fluide réfrigérant comprenant une branche principale pourvue d’un dispositif de compression et d’un premier échangeur de chaleur, une première branche comprenant un premier organe de détente et un premier échangeur thermique, une deuxième branche comprenant un deuxième organe de détente, un deuxième échangeur thermique et un dispositif d’accumulation, ledit circuit de fluide réfrigérant mettant en œuvre un procédé de régulation tel que décrit précédemment.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de fluide réfrigérant comprend une troisième branche en série de la branche principale et en parallèle de la première branche et de la deuxième branche, la troisième branche comprenant au moins un deuxième échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur avec un flux d’air intérieur envoyé dans l’habitacle du véhicule, la deuxième branche et la troisième branche se joignant en un deuxième point de convergence disposé sur la deuxième branche, entre le deuxième échangeur thermique et le dispositif d’accumulation. Autrement dit le fluide réfrigérant circulant dans la troisième branche passe par le dispositif d’accumulation. Le flux d’air intérieur pouvant ne pas être à température suffisamment élevée pour évaporer entièrement le fluide réfrigérant, la troisième branche est connectée à la deuxième branche afin que la fraction liquide de fluide réfrigérant provenant de la troisième branche soit stoppée par le dispositif d’accumulation.
Selon une caractéristique de l’invention, la branche principale comprend un troisième échangeur de chaleur disposé entre le dispositif de compression et le premier échangeur de chaleur, le troisième échangeur de chaleur étant configuré pour opérer un échange de chaleur avec un deuxième fluide pouvant être le flux d’air intérieur ou un liquide caloporteur. Le troisième échangeur de chaleur permet d’assurer le confort de l’habitacle du véhicule en cas de température ambiante faible. L’échange de chaleur est agencé en aval du dispositif de compression et est donc traversé par le fluide réfrigérant à haute température. Ce dernier est donc apte à chauffer le deuxième fluide, par exemple le flux d’air intérieur qui est envoyé par la suite au sein de l’habitacle du véhicule.
Selon une caractéristique de l’invention, la branche principale comprend un dispositif de détente agencé en amont du premier échangeur de chaleur. Le dispositif de détente permet de détendre le fluide réfrigérant avant que celui-ci ne traverse le premier échangeur de chaleur. En fonction du mode de fonctionnement du fluide réfrigérant, le dispositif de détente peut détendre le fluide réfrigérant ou autoriser son passage sans le détendre.
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 :
représente un système de traitement thermique pourvu d’un circuit de fluide réfrigérant apte à mettre en œuvre un procédé de régulation selon l’invention,
est un logigramme permettant de décomposer les différentes étapes du procédé de régulation,
représente la circulation d’un fluide réfrigérant dans le circuit de fluide réfrigérant fonctionnant selon un mode de refroidissement d’un habitacle d’un véhicule, et durant une première étape du procédé de régulation,
représente la circulation du fluide réfrigérant dans le circuit de fluide réfrigérant fonctionnant selon le mode de refroidissement de l’habitacle du véhicule, et durant une deuxième étape du procédé de régulation,
représente la circulation du fluide réfrigérant dans le circuit de fluide réfrigérant fonctionnant selon un mode de chauffage de l’habitacle du véhicule, et durant la première étape du procédé de régulation,
représente la circulation du fluide réfrigérant dans le circuit de fluide réfrigérant fonctionnant selon le mode de chauffage de l’habitacle du véhicule, et durant la deuxième étape du procédé de régulation.
Sur la , un circuit de fluide réfrigérant est illustré en traits pleins. Aux figures 3 à 6, les portions parcourues par le fluide réfrigérant sont en traits pleins et les portions sans circulation de fluide réfrigérant sont en traits pointillés. Par ailleurs, la circulation du fluide réfrigérant 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 circuit de fluide réfrigérant. Plus précisément, les traits pleins les plus épais correspondent à des portions où le fluide réfrigérant circule à haute pression 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 représente un circuit de fluide réfrigérant 2 sans indication de circulation de fluide. Le circuit de fluide réfrigérant 2 est configuré pour faire partie d’un système de traitement thermique 1, par exemple au sein d’un véhicule. Le fluide réfrigérant peut par exemple être un fluide de type R134a ou R1234yf.
Le circuit de fluide réfrigérant 2 comprend notamment une branche principale 6 pourvue d’un dispositif de compression 27. Le dispositif de compression 27 permet de mettre en circulation le fluide réfrigérant et de compresser celui-ci à très haute pression. Grâce au dispositif de compression 27, le fluide réfrigérant peut ainsi circuler dans la branche principale 6. Afin de compresser le fluide réfrigérant, le dispositif de compression 27 est apte à entrer en rotation. Plus la vitesse de rotation du dispositif de compression 27 est élevée, plus le débit de fluide réfrigérant compressé est important. Le dispositif de compression 27 peut être entraîné en rotation jusqu’à une vitesse seuil maximale de rotation, qui peut correspondre à la vitesse maximale de rotation du dispositif de compression 27, ou bien à une vitesse de rotation capée, inférieure à la vitesse maximale de rotation, qui constitue une vitesse limite avant que le dispositif de compression 27 n’entraîne par exemple des nuisances sonores ou des vibrations au sein du véhicule.
La branche principale 6 comprend un premier échangeur de chaleur 21 configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un premier fluide. Tel qu’illustré sur la et sur les figures suivantes, le premier fluide est à titre d’exemple à un flux d’air extérieur 4 à un habitacle du véhicule. La branche principale 6 comprend également un dispositif de détente 16 configuré pour détendre le fluide réfrigérant avant que ce dernier ne traverse le premier échangeur de chaleur 21. Le premier échangeur de chaleur 21 est disposé en aval du dispositif de compression 27, et le dispositif de détente 16 est disposé en amont du premier échangeur de chaleur 21 et en aval du dispositif de compression 27. Le dispositif de détente 16 permet la détente du fluide réfrigérant après que ce dernier a été mis sous haute pression par le dispositif de compression 27. Le dispositif de détente 16 présente néanmoins la capacité de laisser passer le fluide réfrigérant sans détendre celui-ci. Ainsi, le fluide réfrigérant peut traverser le premier échangeur de chaleur 21 à haute pression ou à basse pression, la pression du fluide réfrigérant dépendant d’un mode de fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant 2.
En aval du premier échangeur de chaleur 21, la branche principale 6 se divise en une première branche 7, en une deuxième branche 8 et en une troisième branche 9, toutes agencées en série de la branche principale 6. La première branche 7, la deuxième branche 8 et la troisième branche 9 sont donc agencées en parallèle l’une par rapport à l’autre. La première branche 7 et la troisième branche 9 débutent toutes deux à un premier point de divergence 31 où se termine la branche principale 6. La deuxième branche 8 débute quant à elle au niveau d’un deuxième point de divergence 32 situé sur la branche principale 6, en amont du premier point de divergence 31.
La première branche 7 comprend un premier échangeur thermique 11 ainsi qu’un premier organe de détente 13 agencé entre le premier point de divergence 31 et le premier échangeur thermique 11. Le premier échangeur thermique 11 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans la première branche 7 et un fluide caloporteur circulant au sein d’un circuit de fluide caloporteur 3. Le premier organe de détente 13 est agencé sur la première branche 7, entre le premier point de divergence 31 et le premier échangeur thermique 11. Le premier organe de détente 13 permet de détendre le fluide réfrigérant avant que ce dernier ne traverse le premier échangeur thermique 11.
Le circuit de fluide caloporteur 3 fait partie du système de traitement thermique 1, et a pour objectif de traiter thermiquement au moins un élément électrique ou électronique 25 nécessaire au bon fonctionnement du véhicule automobile, par exemple un moteur électrique ou un élément de stockage électrique. Un tel élément électrique ou électronique 25 est susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement. Le fluide caloporteur a donc notamment pour fonction de refroidir l’élément électrique ou électronique 25 afin de préserver le fonctionnement optimal de celui-ci. L’élément électrique ou électronique 25 présente donc un besoin de refroidissement auquel doit répondre le fluide caloporteur, et donc par analogie le fluide réfrigérant.
Le circuit de fluide caloporteur 3 comprend une pompe 26 apte à mettre en circulation le fluide caloporteur afin que celui-ci traverse le premier échangeur thermique 11. Le fluide réfrigérant à basse température permet donc de refroidir le fluide caloporteur lors de l’échange de chaleur se déroulant dans le premier échangeur thermique 11. Le fluide caloporteur refroidi peut par la suite refroidir l’élément électrique ou électronique 25. Une fois que le fluide caloporteur a capté les calories générées par l’élément électrique ou électronique 25, le fluide caloporteur peut de nouveau être refroidi par le fluide réfrigérant en traversant le premier échangeur thermique 11.
La deuxième branche 8 comprend un deuxième échangeur thermique 12 et un deuxième organe de détente 14 installé entre le deuxième point de divergence 32 et le deuxième échangeur thermique 12. Lorsque le fluide réfrigérant est autorisé à circuler dans la deuxième branche 8, celui-ci est détendu par le deuxième organe de détente 14, puis traverse le deuxième échangeur thermique 12. Le fluide caloporteur circulant dans le circuit de fluide caloporteur 3 peut donc être refroidi de manière simultanée grâce au premier échangeur thermique 11 et au deuxième échangeur thermique 12, améliorant ainsi l’efficacité de refroidissement du fluide caloporteur sur l’élément électrique ou électronique 25.
La première branche 7 et la deuxième branche 8 rejoignent la branche principale 6 au niveau d’un premier point de convergence 41, disposé en amont du dispositif de compression 27, au sein duquel le fluide réfrigérant peut de nouveau y être compressé. Le dispositif de compression 27 est uniquement apte à compresser le fluide réfrigérant à l’état vapeur. Ainsi, il est indispensable d’empêcher tout fluide réfrigérant non évaporé, c’est-à-dire à l’état liquide, de traverser le dispositif de compression 27 afin d’éviter d’endommager ce dernier.
Pour ce faire, la deuxième branche 8 comprend un dispositif d’accumulation 17. Ce dernier correspond à un contenant permettant de retenir toute fraction liquide du fluide réfrigérant afin que celle-ci ne circule pas jusqu’au dispositif de compression 27. Le dispositif d’accumulation 17 est disposé entre le deuxième échangeur thermique 12 et le premier point de convergence 41. Autrement dit, le fluide réfrigérant circulant dans la première branche 7 contourne le dispositif d’accumulation 17 tandis que le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième branche 8 passe par le dispositif d’accumulation 17.
Le fait de contourner le dispositif d’accumulation 17 permet d’éviter la perte de charge du fluide réfrigérant. La circulation du fluide réfrigérant via la première branche 7 est donc privilégiée par rapport à la deuxième branche 8. En revanche, il est indispensable de s’assurer que l’ensemble du fluide réfrigérant passant par la première branche 7, et donc contournant le dispositif d’accumulation 17, est entièrement évaporé en sortie du premier échangeur thermique 11. Pour ce faire, une sonde de température 18 est agencée au niveau du premier échangeur thermique 11, et mesure la température du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur thermique 11, dans le but de vérifier l’état dudit fluide réfrigérant. A partir du relevé de la température du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur thermique 11, il est possible d’en déduire la surchauffe du fluide réfrigérant. Ainsi, la sonde de température 18 n’est qu’un exemple non exhaustif permettant de déterminer la surchauffe du fluide réfrigérant. En fonction de la température mesurée par la sonde de température 18, la circulation du fluide réfrigérant peut être modifiée afin qu’aucune fraction liquide de fluide réfrigérant n’atteigne le dispositif de compression 27.
Afin de maintenir avec certitude une évaporation complète du fluide réfrigérant lorsque celui-ci traverse le premier échangeur thermique 11, la surchauffe du fluide réfrigérant doit rester supérieure à un seuil minimal de surchauffe. Le seuil minimal de surchauffe correspond donc à une température ou une autre donnée relative à une température de saturation du fluide réfrigérant.
La troisième branche 9 débute quant à elle au niveau du premier point de divergence 31, et se termine au niveau d’un deuxième point de convergence 42 agencé sur la deuxième branche 8 entre le deuxième échangeur thermique 12 et le dispositif d’accumulation 17. Le fluide réfrigérant circulant dans la troisième branche 9 passe donc par le dispositif d’accumulation 17.
La troisième branche 9 comprend un troisième organe de détente 15 et un deuxième échangeur de chaleur 22 configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d’air intérieur 5 destiné à être envoyé vers l’habitacle du véhicule afin de refroidir celui-ci. Ainsi le deuxième échangeur de chaleur 22 est configuré pour être traversé par le fluide réfrigérant à basse température dans le but de refroidir le flux d’air intérieur 5. A ce titre, le deuxième échangeur de chaleur 22 peut être disposé au sein d’une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, configurée pour faire circuler le flux d’air intérieur 5 en circuit fermé afin de répondre constamment au refroidissement de l’habitacle du véhicule. Le troisième organe de détente 15 permet de détendre le fluide réfrigérant afin d’abaisser sa température avant de traverser le deuxième échangeur de chaleur 22.
Le fluide réfrigérant circule dans la troisième branche 9 lorsque l’habitacle du véhicule nécessite d’être refroidi, par exemple suite à une commande manuelle d’un utilisateur du véhicule. Lorsque la fonction de refroidissement de l’habitacle est active, celle-ci prime sur le refroidissement de l’élément électrique ou électronique 25. Or, la répartition de fluide réfrigérant entre la première branche 7, la deuxième branche 8 et la troisième branche 9 peut potentiellement créer un manque de fluide réfrigérant circulant dans le deuxième échangeur de chaleur 22, conduisant à un refroidissement insuffisant du flux d’air intérieur 5 par rapport à la demande de refroidissement. Afin d’éviter une telle situation, le circuit de fluide réfrigérant 2 comprend un capteur de température 19 agencé sur le deuxième échangeur de chaleur 22 et permettant de mesurer la température du flux d’air intérieur 5 en sortie du deuxième échangeur de chaleur 22, et ce afin de s’assurer si la température du flux d’air intérieur 5 est conforme à une température seuil de confort déterminée suite à la demande de refroidissement de l’habitacle du véhicule.
Le circuit de fluide réfrigérant 2 comprend par ailleurs un troisième échangeur de chaleur 23, agencé sur la branche principale 6 en aval du dispositif de compression 27. Le troisième échangeur de chaleur 23 est donc traversé par le fluide réfrigérant à haute pression et à haute température, et est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un deuxième fluide. Sur la , ainsi que sur les figures suivantes, le deuxième fluide correspond au flux d’air intérieur 5. L’échange de chaleur se déroulant au sein du troisième échangeur de chaleur 23 est donc opéré entre le fluide réfrigérant à haute température et le flux d’air intérieur 5 afin de chauffer ce dernier, qui est alors envoyé vers l’habitacle du véhicule afin de chauffer celui-ci. De ce fait, le troisième échangeur de chaleur 23, tout comme le deuxième échangeur de chaleur 22, peut être installé au sein de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation. En fonction du mode de fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant 2, l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation peut inclure des volets pouvant guider le flux d’air intérieur 5 pour que ce dernier traverse l’échangeur de chaleur relatif au mode de fonctionnement demandé.
Le circuit de fluide réfrigérant 2 peut également comprendre un quatrième échangeur de chaleur 24 configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le flux d’air extérieur 4. Le quatrième échangeur de chaleur 24 est installé sur la branche principale 6, entre le premier échangeur de chaleur 21 et le deuxième point de divergence 32. Le quatrième échangeur de chaleur 24 est donc installé en série du premier échangeur de chaleur 21, et en amont de celui-ci par rapport à un sens de circulation du flux d’air extérieur 4. Le quatrième échangeur de chaleur 24 peut ainsi faire office de sous-refroidisseur afin de condenser le fluide réfrigérant. Sous-refroidir le fluide réfrigérant permet une détente plus efficace de celui-ci par les organes de détente 13, 14, 15.
La branche principale 6 comprend un troisième point de divergence 33 entre le premier échangeur de chaleur 21 et le quatrième échangeur de chaleur 24. Le circuit de fluide réfrigérant 2 comprend une quatrième branche 51 débutant à ce troisième point de divergence 33 et se terminant au deuxième point de convergence 42. La quatrième branche 51 permet au fluide réfrigérant de contourner les échangeurs thermiques 11,12 ainsi que le deuxième échangeur de chaleur 22, et de rejoindre directement le dispositif d’accumulation 17. La quatrième branche 51 permet ainsi une fonction de pompe à chaleur du circuit de fluide réfrigérant 2. La quatrième branche 51 comprend une première vanne 61 autorisant ou non la circulation du fluide réfrigérant dans la quatrième branche 51.
Le circuit de fluide réfrigérant comprend enfin une cinquième branche 52 débutant à un quatrième point de divergence 34 situé entre le troisième échangeur de chaleur 23 et le dispositif de détente 16, et se terminant à un troisième point de convergence 43 situé sur la branche principale 6 entre le quatrième échangeur de chaleur 24 et le deuxième point de divergence 32. La cinquième branche 52 permet au fluide réfrigérant de contourner le premier échangeur de chaleur 21 et le quatrième échangeur de chaleur 24 afin de rejoindre directement la première branche 7 et/ou la deuxième branche 8 et/ou la troisième branche 9. La cinquième branche 52 comprend une deuxième vanne 62 autorisant ou non la circulation du fluide réfrigérant dans la cinquième branche 52. Afin que le fluide réfrigérant circulant dans la cinquième branche 52 ne circule pas vers le quatrième échangeur de chaleur 24 une fois au troisième point de convergence 43, la branche principale 6 comprend un clapet anti-retour 63 agencé en aval du quatrième échangeur de chaleur 24.
La est un logigramme schématisant un procédé de régulation 10 mis en œuvre au sein du circuit de fluide réfrigérant décrit précédemment. Le procédé de régulation 10 permet de répondre de manière optimal à un besoin de refroidissement BR de l’élément électrique ou électronique référencé 25 sur la , tout en évitant de perturber certaines opérations liées au fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant. Au cours du procédé de régulation 10, une pluralité de paramètres seront donc vérifiés régulièrement, notamment une comparaison d’une surchauffe T1 du fluide réfrigérant par rapport au seuil minimal de surchauffe Tsh, la surchauffe T1 du fluide réfrigérant étant relative à la température du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur thermique mesurée par la sonde de température référencée 18 sur la . Il sera également vérifié, si le besoin de refroidissement BR auquel doit répondre le circuit de fluide réfrigérant est atteint et si la vitesse de rotation N du dispositif de compression atteint la vitesse seuil maximale de rotation Nmax. Enfin, il est vérifié si une température d’air conditionnée T2 est supérieure à la température seuil de confort Tconf déterminée par l’utilisateur du véhicule. La température d’air conditionnée T2 correspond à la température du flux d’air intérieur en sortie du deuxième échangeur de chaleur mesurée par le capteur de température référencé 19 sur la . Cette dernière vérification est représentée en pointillées sur la car elle n’est effectuée que si le circuit de fluide réfrigérant répond au mode de refroidissement de l’habitacle du véhicule. Une telle vérification est donc facultative.
Le procédé de régulation 10 débute donc par une phase d’initialisation 100. La phase d’initialisation 100 peut être automatisée, par exemple suite à une détection d’une température trop élevée de l’élément électrique ou électronique.
Le procédé de régulation 10, une fois la phase d’initialisation effectuée, vérifie dans un premier temps si la surchauffe T1 du fluide réfrigérant est supérieure, inférieure ou égale au seuil minimal de surchauffe Tsh. Si la surchauffe T1 du fluide réfrigérant est supérieure au seuil minimal de surchauffe Tsh, le procédé de régulation 10 se poursuit avec une première étape 110. Si la surchauffe T1 du fluide réfrigérant est inférieure ou égale au seuil minimal de surchauffe Tsh, le procédé de régulation 10 se poursuit avec une deuxième étape 120.
La première étape 110 comprend notamment une première opération 101 d’ouverture progressive du premier organe de détente et d’augmentation de la vitesse de rotation N du dispositif de compression. Lorsque le premier organe de détente est ouvert, le fluide réfrigérant circule donc dans la première branche et traverse le premier échangeur thermique afin de refroidir le fluide caloporteur et donc de répondre au besoin de refroidissement de l’élément électrique ou électronique. L’ouverture du premier organe de détente est accompagnée par l’augmentation de la vitesse de rotation N du dispositif de compression afin de répondre à l’augmentation de débit de fluide réfrigérant circulant dans le circuit de fluide réfrigérant suite à l’ouverture du premier organe de détente.
Une fois cette première opération 101 effectuée, la première étape 110 se poursuit par une série de vérifications assurant que la première opération 101 n’a pas entraîné de dysfonctionnements collatéraux au sein du circuit de fluide réfrigérant.
Dans un premier lieu, il est important de s’assurer que la surchauffe T1 du fluide réfrigérant est toujours supérieure au seuil minimal de surchauffe Tsh. Cette vérification permet de s’assurer si le fluide réfrigérant traversant le premier échangeur thermique est entièrement évaporé, la première branche contournant le dispositif d’accumulation et ne tolérant donc pas d’évaporation partielle du fluide réfrigérant. Le seuil minimal de surchauffe Tsh peut par exemple correspondre à une température de 5°C supérieure à la température de saturation du fluide réfrigérant, et ce afin d’avoir la certitude que l’évaporation est totale.
Si la surchauffe T1 du fluide réfrigérant est inférieure ou égale au seuil minimal de surchauffe Tsh, alors le procédé de régulation 10 se poursuit avec la deuxième étape 120 qui sera décrite par la suite. Si la surchauffe T1 du fluide réfrigérant est strictement supérieure au seuil minimal de surchauffe Tsh, alors la première étape 110 peut se poursuivre avec la vérification de l’atteinte ou non du besoin de refroidissement BR de l’élément électrique ou électronique.
Si le besoin de refroidissement BR est atteint, alors le procédé de régulation 10 est stoppée via une phase de fin 103. A chaque fois que le procédé de régulation 10 atteint la phase de fin 103, les paramètres du circuit de fluide réfrigérant sont alors figés. Si le besoin de refroidissement BR n’est pas atteint, alors la première étape se poursuit avec la vérification de la vitesse de rotation N du dispositif de compression.
Si la vitesse de rotation N a atteint la vitesse seuil maximale de rotation Nmax, cela signifie que le dispositif de compression ne peut plus tolérer d’augmentation de débit du fluide réfrigérant au sein du circuit de fluide réfrigérant. Le procédé de régulation 10 transite donc vers la phase de fin 103 malgré le fait que le besoin de refroidissement n’est pas atteint.
Si la vitesse de rotation N est toujours inférieure à la vitesse seuil maximale de rotation Nmax, le procédé de régulation 10 peut se poursuivre étant donné que la vitesse de rotation N du dispositif de compression peut encore être augmentée. A ce stade, deux alternatives sont possibles en fonction de l’activité du mode de refroidissement de l’habitacle du véhicule.
Si le mode de refroidissement de l’habitacle du véhicule est inactif, alors les vérifications sont terminées, et la première étape 110 peut se poursuivre avec une nouvelle première opération 101 d’ouverture progressive du premier organe de détente et d’augmentation de la vitesse de rotation N du dispositif de compression, puis de nouveau l’application des vérifications suscitées.
Si le mode de refroidissement de l’habitacle du véhicule est actif, alors il est également nécessaire de vérifier si l’ouverture du premier organe de détente n’a pas perturbé le confort de l’habitacle du véhicule. Ainsi, la température d’air conditionnée T2 est comparée à la température seuil de confort Tconf. Si la température d’air conditionnée T2 est inférieure ou égale à la température seuil de confort, alors la demande de confort dans l’habitacle du véhicule est satisfaite. Les vérifications sont donc terminées, et la première étape 110 peut se poursuivre avec une nouvelle première opération 101 d’ouverture progressive du premier organe de détente et d’augmentation de la vitesse de rotation N du dispositif de compression, puis de nouveau l’application des vérifications suscitées.
Si la température d’air conditionnée T2 est supérieure à la température seuil de confort Tconf, cela signifie que la demande de confort dans l’habitacle du véhicule n’est pas satisfaite. La première étape se poursuit alors avec une première phase de fermeture 104, qui consiste en une fermeture progressive du premier organe de détente afin de réduire le débit de fluide réfrigérant circulant dans la première branche et donc d’augmenter le débit de fluide réfrigérant circulant dans la troisième branche afin de réduite la température du flux d’air intérieur. Une fois cette première phase de fermeture 104 effectuée, la comparaison entre la température d’air conditionnée T2 et la température seuil de confort Tconf est de nouveau vérifiée. La première étape 110 enchaîne les premières phases de fermeture 104 tant que la température d’air conditionnée T2 est supérieure à la température seuil de confort Tconf. Une fois la température d’air conditionnée T2 inférieure ou égale à la température seuil de confort Tconf, la première étape 110 peut se poursuivre avec une nouvelle première opération 101 d’ouverture progressive du premier organe de détente et d’augmentation de la vitesse de rotation N du dispositif de compression.
Lorsqu’au cours de la première étape 110, la surchauffe T1 du fluide réfrigérant est inférieure ou égale au seuil minimal de surchauffe Tsh, cela signifie qu’il y a un risque d’évaporation partielle au sein de la première branche. Afin d’éviter cela, le procédé de régulation 10 bascule vers la deuxième étape 120 et effectue une deuxième opération 102 d’ouverture progressive du deuxième organe de détente et d’augmentation de la vitesse de rotation N du dispositif de compression. Le fluide réfrigérant circule alors au sein de la deuxième branche afin d’éviter que l’évaporation du fluide réfrigérant soit incomplète au niveau de la première branche.
La deuxième opération 102 est identique à la première opération 101, à l’exception que c’est le deuxième organe de détente qui est ouvert au lieu du premier organe de détente. Ainsi, le fluide réfrigérant traverse le deuxième échangeur thermique, ce qui permet au fluide caloporteur d’être refroidi simultanément par le premier échangeur thermique et par le deuxième échangeur thermique.
Une fois la deuxième opération 102 effectuée, la succession de vérifications de la deuxième étape 120 est sensiblement similaire aux vérifications effectuées lors de la première étape 110. Il n’est toutefois pas nécessaire de contrôler la température du fluide réfrigérant en sortie du deuxième échangeur thermique étant donné que le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième branche passe par le dispositif d’accumulation.
En revanche, il est toujours vérifié si le besoin de refroidissement est atteint et si la vitesse seuil maximale de rotation du dispositif de compression est atteinte. Si le besoin de refroidissement est atteint ou si la vitesse seuil maximale de rotation du dispositif de compression est atteinte, alors le procédé de régulation 10 transite vers la phase de fin 103. Si le besoin de refroidissement n’est pas atteint, si la vitesse seuil maximale de rotation du dispositif de compression n’est pas atteinte et si le mode de refroidissement de l’habitacle du véhicule est inactif, alors la deuxième opération 102 est renouvelée.
Si le mode de refroidissement est actif, alors, tout comme pour la première étape 110, la température d’air conditionnée T2 est comparée à la température seuil de confort Tconf. La différence avec la première étape 110 réside dans le fait que lorsque la température d’air conditionnée T2 est supérieure à la température seuil de confort Tconf lors de la deuxième étape 120, alors c’est une deuxième phase de fermeture 105 qui est effectuée, où c’est le deuxième organe de détente qui est progressivement refermé et non le premier organe de détente.
Une fois cette deuxième phase de fermeture 105 effectuée, la comparaison entre la température d’air conditionnée T2 et la température seuil de confort Tconf est de nouveau vérifiée. La deuxième étape 120 enchaîne les deuxièmes phases de fermeture 105 tant que la température d’air conditionnée T2 est supérieure à la température seuil de confort Tconf. Une fois la température d’air conditionnée T2 inférieure ou égale à la température seuil de confort Tconf, la deuxième étape 120 peut se poursuivre avec une nouvelle deuxième opération 102 d’ouverture progressive du deuxième organe de détente et d’augmentation de la vitesse de rotation N du dispositif de compression.
Le procédé de régulation 10 se poursuit de la sorte tant qu’il n’atteint pas la phase de fin 103.
Les figures 3 et 4 représentent la circulation du fluide réfrigérant FR lorsque le circuit de fluide réfrigérant 2 fonctionne selon le mode de refroidissement de l’habitacle du véhicule, respectivement lors de la première étape et de la deuxième étape du procédé de régulation. Dans ce mode de fonctionnement, les évènements représentés en pointillées sur le logigramme de la sont appliqués. La première vanne 61 et la deuxième vanne 62 sont fermées, rendant inaccessibles la quatrième branche 51 et la cinquième branche 52.
Sur la , le fluide réfrigérant FR est mis en circulation au sein de la branche principale 6 et est compressé à haute pression par le dispositif de compression 27. Le fluide réfrigérant FR traverse ensuite le troisième échangeur de chaleur 23 sans influer sur la température du flux d’air intérieur 5 grâce aux volets de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation précédemment évoqués.
Le fluide réfrigérant FR atteint alors le dispositif de détente 16 qui laisse passer le fluide réfrigérant FR sans détendre celui-ci. Le fluide réfrigérant FR poursuit sa circulation dans la branche principale 6 en traversant le premier échangeur de chaleur 21 puis le quatrième échangeur de chaleur 24 au sein desquels le fluide réfrigérant FR est refroidi et au moins partiellement condensé par le flux d’air extérieur 4.
Le fluide réfrigérant FR circule ensuite jusqu’au premier point de divergence 31 et se sépare en deux fractions. Une première fraction circule au sein de la première branche 7 dans le but de refroidir le fluide caloporteur qui lui-même va refroidir l’élément électrique ou électronique 25, tandis qu’une deuxième fraction circule dans la troisième branche 9 dans le but de refroidir le flux d’air intérieur 5 afin que celui-ci refroidisse l’habitacle du véhicule.
La première fraction de fluide réfrigérant FR est donc détendue par le premier organe de détente 13 qui est au moins partiellement ouvert lors de la première étape du procédé de régulation, puis traverse le premier échangeur thermique 11. Parallèlement à cela, la pompe 26 permet de mettre en circulation le fluide caloporteur du circuit de fluide caloporteur 3 afin que l’échange de chaleur puisse être opéré au niveau du premier échangeur thermique 11. Le fluide caloporteur est alors refroidi, et peut alors refroidir l’élément électrique ou électronique 25 avant de rejoindre de nouveau la pompe 26. En sortie du premier échangeur thermique 11, le fluide réfrigérant FR rejoint ensuite le premier point de convergence 41 en contournant le dispositif d’accumulation 17 et est de nouveau compressé par le dispositif de compression 27.
La deuxième fraction de fluide réfrigérant FR circulant dans la troisième branche 9 est détendue par le troisième organe de détente 15, puis traverse le deuxième échangeur de chaleur 22 afin de refroidir le flux d’air intérieur 5. En sortie du deuxième échangeur de chaleur 22, le fluide réfrigérant FR rejoint ensuite la deuxième branche 8 au niveau du deuxième point de convergence 42, circule au sein du dispositif d’accumulation 17 où une potentielle fraction liquide de fluide réfrigérant FR y est retenue, puis rejoint la branche principale 6 via le premier point de convergence 41 avant d’être de nouveau compressé par le dispositif de compression 27.
Sur la , la circulation du fluide réfrigérant FR est celle correspondant à la deuxième étape du procédé de régulation. La circulation du fluide réfrigérant FR est donc identique à l’exception du fait que le fluide réfrigérant FR circule également dans la deuxième branche 8, le deuxième organe de détente 14 étant ouvert lors de la deuxième étape du procédé de régulation. Ainsi, lorsque le fluide réfrigérant FR circule au sein de la branche principale 6 jusqu’au deuxième point de divergence 32, une fraction supplémentaire de fluide réfrigérant FR circule dans la deuxième branche 8, est détendue par le deuxième organe de détente 14 puis traverse le deuxième échangeur thermique 12 afin de refroidir le fluide caloporteur au sein du circuit de fluide caloporteur 3, et ce afin d’améliorer le refroidissement de l’élément électrique ou électronique 25.
En sortie du deuxième échangeur thermique 12, la circulation du fluide réfrigérant FR se poursuit dans la deuxième branche 8 jusqu’au dispositif d’accumulation 17 où une potentielle fraction liquide de fluide réfrigérant FR y est retenue. Le fluide réfrigérant FR rejoint ensuite la branche principale 6 via le premier point de convergence 41 avant d’être de nouveau compressé par le dispositif de compression 27.
Les figures 5 et 6 représentent la circulation du fluide réfrigérant FR lorsque le circuit de fluide réfrigérant 2 fonctionne selon le mode de chauffage de l’habitacle du véhicule, respectivement lors de la première étape et de la deuxième étape du procédé de régulation. Dans ce mode de fonctionnement, le refroidissement de l’habitacle du véhicule est inactif. Les évènements représentés en pointillées sur le logigramme de la ne sont donc pas appliqués. La première vanne 61 et la deuxième vanne 62 sont ouvertes, rendant accessibles la quatrième branche 51 et la cinquième branche 52.
Sur la , le fluide réfrigérant FR est mis en circulation au sein de la branche principale 6 et est compressé à haute pression par le dispositif de compression 27. Le fluide réfrigérant FR traverse ensuite le troisième échangeur de chaleur 23 à haute température, permettant ainsi de chauffer le flux d’air intérieur 5 afin que celui-ci y soit envoyé dans l’habitacle du véhicule pour chauffer ce dernier.
Le fluide réfrigérant FR atteint alors le quatrième point de divergence 34. La deuxième vanne 62 étant ouverte, une première fraction de fluide réfrigérant FR passe par la cinquième branche 52 tandis qu’une deuxième fraction poursuit sa circulation dans la branche principale 6.
La première fraction passe par la cinquième branche 52 et rejoint la branche principale 6 par le troisième point de convergence 43 en contournant le premier échangeur de chaleur 21 et le quatrième échangeur de chaleur 24. La première fraction circule ensuite jusqu’au premier point de divergence 31 et circule exclusivement au sein de la première branche 7, l’accès à la troisième branche 9 étant bloquée par le troisième organe de détente 15 entièrement fermé.
La première fraction est donc détendue par le premier organe de détente 13 qui est au moins partiellement ouvert lors de la première étape du procédé de régulation, puis traverse le premier échangeur thermique 11. Parallèlement à cela, la pompe 26 permet de mettre en circulation le fluide caloporteur du circuit de fluide caloporteur 3 afin que l’échange de chaleur puisse être opéré au niveau du premier échangeur thermique 11. Le fluide caloporteur est alors refroidi, et peut alors refroidir l’élément électrique ou électronique 25 avant de rejoindre de nouveau la pompe 26. En sortie du premier échangeur thermique 11, le fluide réfrigérant FR rejoint ensuite le premier point de convergence 41 en contournant le dispositif d’accumulation 17 et est de nouveau compressé par le dispositif de compression 27.
Concernant la deuxième fraction de fluide réfrigérant FR s’étant formée au niveau du quatrième point de divergence 34, celle-ci poursuit sa circulation dans la branche principale 6, est détendue par le dispositif de détente 16, puis traverse le premier échangeur de chaleur 21 au sein duquel le flux d’air extérieur 4 est refroidi par le fluide réfrigérant FR détendu. En sortie du premier échangeur de chaleur 21, le fluide réfrigérant FR atteint le troisième point de divergence 33. La première vanne 61 étant ouverte, le fluide réfrigérant FR circule au sein de la quatrième branche 51, et rejoint directement le deuxième point de convergence 42. Le fluide réfrigérant FR circule ensuite au sein du dispositif d’accumulation 17 où une potentielle fraction liquide de fluide réfrigérant FR y est retenue, puis rejoint la branche principale 6 via le premier point de convergence 41 avant d’être de nouveau compressé par le dispositif de compression 27.
Sur la , la circulation du fluide réfrigérant FR est celle correspondant à la deuxième étape du procédé de régulation. La circulation du fluide réfrigérant FR est donc identique à l’exception du fait que le fluide réfrigérant FR circule également dans la deuxième branche 8, le deuxième organe de détente 14 étant ouvert lors de la deuxième étape du procédé de régulation. Ainsi, lorsque le fluide réfrigérant FR circule au sein de la cinquième branche 52 puis rejoint la branche principale 6 et circule jusqu’au deuxième point de divergence 32, une fraction supplémentaire de fluide réfrigérant FR circule dans la deuxième branche 8, est détendue par le deuxième organe de détente 14 puis traverse le deuxième échangeur thermique 12 afin de refroidir le fluide caloporteur au sein du circuit de fluide caloporteur 3, et ce afin d’améliorer le refroidissement de l’élément électrique ou électronique 25.
En sortie du deuxième échangeur thermique 12, la circulation du fluide réfrigérant FR se poursuit dans la deuxième branche 8 jusqu’au dispositif d’accumulation 17 où une potentielle fraction liquide de fluide réfrigérant FR y est retenue. Le fluide réfrigérant FR rejoint ensuite la branche principale 6 via le premier point de convergence 41 avant d’être de nouveau compressé par le dispositif de compression 27.
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 procédé de régulation thermique d’un circuit de fluide réfrigérant permettant d’optimiser le refroidissement d’un élément électrique ou électronique sans entraîner de dysfonctionnements collatéraux. 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 procédé de régulation conforme à l’invention.

Claims (13)

  1. Procédé de régulation (10) d’un circuit de fluide réfrigérant (2), parcouru par un fluide réfrigérant (FR), pour véhicule comprenant une branche principale (6), une première branche (7) et une deuxième branche (8) toutes deux en série de la branche principale (6), la branche principale (6) comprenant au moins un dispositif de compression (27) du fluide réfrigérant (FR) et un premier échangeur de chaleur (21) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant (FR) et un premier fluide, le dispositif de compression (27) étant apte à être entraîné en rotation jusqu’à une vitesse seuil maximale de rotation (Nmax), la première branche (7) comprenant au moins un premier échangeur thermique (11) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant (FR) et un fluide caloporteur parcourant un circuit de fluide caloporteur (3), la deuxième branche (8) comprenant au moins un deuxième échangeur thermique (12) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant (FR) et le fluide caloporteur du circuit de fluide caloporteur (3), la deuxième branche (8) comprenant en outre un dispositif d’accumulation (17) du fluide réfrigérant (FR), la première branche (7) et la deuxième branche (8) étant en parallèle et se joignant en un premier point de convergence (41) disposé en aval du dispositif d’accumulation (17) et en amont du dispositif de compression (27), la première branche (7) et la deuxième branche (8) comprenant respectivement un premier organe de détente (13) et un deuxième organe de détente (14) respectivement agencés en amont du premier échangeur thermique (11) et en amont du deuxième échangeur thermique (12), le circuit de fluide réfrigérant (2) étant configuré pour abaisser la température du fluide caloporteur afin de répondre à un besoin de refroidissement (BR) d’un élément électrique ou électronique (25) traité thermiquement par le circuit de fluide caloporteur (3), le circuit de fluide réfrigérant (2) étant configuré pour autoriser une surchauffe (T1) du fluide réfrigérant (FR) supérieure à un seuil minimal de surchauffe (Tsh), caractérisé en ce qu’au cours dudit procédé de régulation (10) :
    - à une première étape (110), on ouvre le premier organe de détente (13) et on augmente la vitesse de rotation (N) du dispositif de compression (27) tant que la surchauffe (T1) du fluide réfrigérant (FR) est supérieure au seuil minimal de surchauffe (Tsh) et/ou que le besoin de refroidissement (BR) de l’élément électrique ou électronique (25) n’est pas atteint,
    - à une deuxième étape (120), si la surchauffe (T1) du fluide réfrigérant (FR) est inférieure ou égale au seuil minimal de surchauffe (Tsh), on ouvre le deuxième organe de détente (14) et on augmente la vitesse de rotation (N) du dispositif de compression (27) tant que le besoin de refroidissement (BR) de l’élément électrique ou électronique (25) n’est pas atteint et que le dispositif de compression (27) n’a pas atteint la vitesse seuil maximale de rotation (Nmax).
  2. Procédé de régulation (10) selon la revendication 1, au cours duquel, lors de la première étape (110), la vitesse de rotation (N) du dispositif de compression (27) ainsi qu’un degré d’ouverture du premier organe de détente (13) sont figés lorsque le besoin de refroidissement (BR) est atteint.
  3. Procédé de régulation (10) selon la revendication 1 ou 2, au cours duquel, lors de la deuxième étape (120), la vitesse de rotation (N) du dispositif de compression (27) ainsi qu’un degré d’ouverture du premier organe de détente (13) et du deuxième organe de détente (14) sont figés lorsque le besoin de refroidissement (BR) est atteint.
  4. Procédé de régulation (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, au cours duquel le seuil minimal de surchauffe (Tsh) correspond à une température de 5°C plus élevée qu’une température de saturation du fluide réfrigérant.
  5. Procédé de régulation (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, au cours duquel, lors de la première étape (110), un degré d’ouverture du premier organe de détente (13) est figé lorsque le dispositif de compression (27) atteint la vitesse seuil maximale de rotation (Nmax).
  6. Procédé de régulation (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, au cours duquel, lors de la deuxième étape (120), un degré d’ouverture du premier organe de détente (13) et du deuxième organe de détente (14) est figé lorsque le dispositif de compression (27) atteint la vitesse seuil maximale de rotation (Nmax).
  7. Procédé de régulation (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, au cours duquel le fluide réfrigérant (FR) circule au sein d’une troisième branche (9) en série de la branche principale (6) et en parallèle de la première branche (7) et de la deuxième branche (8), la troisième branche (9) comprenant au moins un deuxième échangeur de chaleur (22) configuré pour opérer un échange de chaleur avec un flux d’air intérieur (5) envoyé dans un habitacle du véhicule, la troisième branche (9) comprenant en outre un capteur de température (19) configuré pour relever une température du flux d’air intérieur (5) en sortie du deuxième échangeur de chaleur (22).
  8. Procédé de régulation (10) selon la revendication précédente, au cours duquel, lors de la première étape (110), on ferme le premier organe de détente (13) tant que la température du flux d’air intérieur (5) mesurée par le capteur de température (19) est supérieure à une température seuil de confort (Tconf).
  9. Procédé de régulation (10) selon la revendication 7 ou 8, au cours duquel, lors de la deuxième étape (120), on ferme le deuxième organe de détente (14) tant que la température du flux d’air intérieur (5) mesurée par le capteur de température (19) est supérieure à une température seuil de confort (Tconf).
  10. Circuit de fluide réfrigérant (2) comprenant une branche principale (6) pourvue d’un dispositif de compression (27) et d’un premier échangeur de chaleur (21), une première branche (7) comprenant un premier organe de détente (13) et un premier échangeur thermique (11), une deuxième branche (8) comprenant un deuxième organe de détente (14), un deuxième échangeur thermique (12) et un dispositif d’accumulation (17), ledit circuit de fluide réfrigérant (2) mettant en œuvre un procédé de régulation (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  11. Circuit de fluide réfrigérant (2) selon la revendication précédente, comprenant une troisième branche (9) en série de la branche principale (6) et en parallèle de la première branche (7) et de la deuxième branche (8), la troisième branche (9) comprenant au moins un deuxième échangeur de chaleur (22) configuré pour opérer un échange de chaleur avec un flux d’air intérieur (5) envoyé dans l’habitacle du véhicule, la deuxième branche (8) et la troisième branche (9) se joignant en un deuxième point de convergence (42) disposé sur la deuxième branche (8), entre le deuxième échangeur thermique (12) et le dispositif d’accumulation (17).
  12. Circuit de fluide réfrigérant (2) selon la revendication précédente, dans lequel la branche principale (6) comprend un troisième échangeur de chaleur (23) disposé entre le dispositif de compression (27) et le premier échangeur de chaleur (21), le troisième échangeur de chaleur (23) étant configuré pour opérer un échange de chaleur avec un deuxième fluide pouvant être le flux d’air intérieur (5) ou un liquide caloporteur.
  13. Circuit de fluide réfrigérant (2) selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel la branche principale (6) comprend un dispositif de détente (16) agencé en amont du premier échangeur de chaleur (21).
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