FR3141237A1 - THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR HYBRID OR ELECTRIC VEHICLE - Google Patents
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Abstract
Système de gestion thermique d'un véhicule hybride ou électrique, comportant un circuit (10) de climatisation inversible comportant, un compresseur (12), un premier échangeur de chaleur (14), un deuxième échangeur de chaleur (16), un premier dispositif de stockage (18) de fluide réfrigérant, un premier organe de détente (20) et un échangeur de chaleur bifluide (22) agencé conjointement sur un circuit (11) d’un fluide caloporteur. Le circuit (10 comporte en outre une première branche de dérivation (24) entre un premier point de dérivation (26) situé sur la boucle principale (LP) entre le premier échangeur de chaleur (14) et le deuxième échangeur de chaleur (16) et un premier point de jonction (28) situé sur la boucle principale (LP) entre le premier dispositif de stockage (18) de fluide réfrigérant et le premier organe de détente (20, ladite boucle principale (LP) comportant en outre un deuxième dispositif de stockage (30) de fluide réfrigérant entre le premier échangeur de chaleur (14) et ledit premier point de dérivation (26). Le circuit (11) de troisième fluide caloporteur comporte, outre ledit échangeur de chaleur bifluide (22), un quatrième échangeur de chaleur (32). Figure 1Thermal management system for a hybrid or electric vehicle, comprising an inverter air conditioning circuit (10) comprising, a compressor (12), a first heat exchanger (14), a second heat exchanger (16), a first device storage (18) of refrigerant fluid, a first expansion member (20) and a two-fluid heat exchanger (22) arranged jointly on a circuit (11) of a heat transfer fluid. The circuit (10 further comprises a first branch branch (24) between a first branch point (26) located on the main loop (LP) between the first heat exchanger (14) and the second heat exchanger (16) and a first junction point (28) located on the main loop (LP) between the first refrigerant fluid storage device (18) and the first expansion member (20, said main loop (LP) further comprising a second device storage (30) of refrigerant fluid between the first heat exchanger (14) and said first diversion point (26). The circuit (11) of the third heat transfer fluid comprises, in addition to said bifluid heat exchanger (22), a fourth. heat exchanger (32).
Description
L’invention se rapporte au domaine des véhicules automobiles et plus particulièrement à un circuit de gestion thermique pour véhicule automobile hybride ou électrique.The invention relates to the field of motor vehicles and more particularly to a thermal management circuit for a hybrid or electric motor vehicle.
Dans les véhicules électriques et hybrides, la gestion thermique de l’habitacle est généralement gérée par un circuit de climatisation inversible. Par inversible, on entend que ce circuit de climatisation peut fonctionner dans un mode de refroidissement afin de refroidir l’air à destination de l’habitacle et dans un mode pompe à chaleur afin de réchauffer l’air à destination de l’habitacle. Ce circuit de climatisation inversible peut également comporter une dérivation afin de gérer la température des batteries du véhicule électrique ou hybride. Il est ainsi possible de refroidir ou même de réchauffer les batteries grâce à la boucle de climatisation inversible. En mode de pompe à chaleur, les calories sont prélevées dans l'air extérieur pour être transmise à un flux d'air interne qui est soufflé dans l'habitacle pour le réchauffer.In electric and hybrid vehicles, the thermal management of the passenger compartment is generally managed by an invertible air conditioning circuit. By invertible, we mean that this air conditioning circuit can operate in a cooling mode in order to cool the air intended for the passenger compartment and in a heat pump mode in order to heat the air intended for the passenger compartment. This reversible air conditioning circuit may also include a bypass in order to manage the temperature of the batteries of the electric or hybrid vehicle. It is thus possible to cool or even heat the batteries using the reversible air conditioning loop. In heat pump mode, calories are taken from the outside air to be transmitted to an internal air flow which is blown into the passenger compartment to heat it.
Il est connu d’utiliser un circuit de fluide réfrigérant comprenant successivement un compresseur, un condenseur interne, un détendeur et un évaporateur. L’évaporateur est par exemple utilisé pour refroidir l’air de la cabine. En outre, le circuit peut également comprend typiquement une branche de dérivation vers un evapo-condenseur en face avant du véhicule, qui est utiliser en condenseur en mode climatisation et en évaporateur en mode pompe à chaleur.It is known to use a refrigerant fluid circuit successively comprising a compressor, an internal condenser, an expander and an evaporator. The evaporator is for example used to cool the air in the cabin. In addition, the circuit can also typically include a branch branch to an evapo-condenser on the front of the vehicle, which is used as a condenser in air conditioning mode and as an evaporator in heat pump mode.
Un des buts de la présente invention est donc d’améliorer les performances en mode climatisation d’un tel système, tout en gardant de bonnes performances en mode pompe à chaleur.One of the aims of the present invention is therefore to improve the performance in air conditioning mode of such a system, while maintaining good performance in heat pump mode.
Un aspect de l’invention concerne un système de gestion thermique d'un véhicule hybride ou électrique, le système de gestion thermique comportant un circuit de climatisation inversible dans lequel circule un fluide réfrigérant, le circuit de climatisation inversible comportant successivement, dans une boucle principale de fluide réfrigérant, un compresseur, un premier échangeur de chaleur agencé pour échanger des calories avec un premier fluide caloporteur, par exemple de façon directe ou indirecte, le premier fluide caloporteur étant par exemple un flux d’air interne soufflé dans l’habitacle du véhicule, un deuxième échangeur de chaleur agencé pour échanger des calories avec un deuxième fluide caloporteur, par exemple de façon directe ou indirecte, le deuxième fluide caloporteur étant par exemple un flux d’air externe en face avant du véhicule, un premier dispositif de stockage de fluide réfrigérant, notamment pour assurer une fonction de séparation gaz / liquide, un premier organe de détente du fluide réfrigérant et un échangeur de chaleur bifluide agencé conjointement sur un circuit d’un troisième fluide caloporteur, le troisième fluide caloporteur étant par exemple un liquide caloporteur,One aspect of the invention relates to a thermal management system for a hybrid or electric vehicle, the thermal management system comprising an invertible air conditioning circuit in which a refrigerant fluid circulates, the invertible air conditioning circuit successively comprising, in a main loop refrigerant fluid, a compressor, a first heat exchanger arranged to exchange calories with a first heat transfer fluid, for example directly or indirectly, the first heat transfer fluid being for example a flow of internal air blown into the passenger compartment of the vehicle, a second heat exchanger arranged to exchange calories with a second heat transfer fluid, for example directly or indirectly, the second heat transfer fluid being for example an external air flow on the front of the vehicle, a first storage device of refrigerant fluid, in particular to ensure a gas/liquid separation function, a first expansion member of the refrigerant fluid and a two-fluid heat exchanger arranged jointly on a circuit of a third heat transfer fluid, the third heat transfer fluid being for example a liquid heat carrier,
le circuit de fluide réfrigérant comportant en outre une première branche de dérivation entre un premier point de dérivation situé sur la boucle principale entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur, et un premier point de jonction situé sur la boucle principale entre le premier dispositif de stockage de fluide réfrigérant et le premier organe de détente, ladite boucle principale de fluide réfrigérant comportant en outre un deuxième dispositif de stockage de fluide réfrigérant entre le premier échangeur de chaleur et ledit premier point de dérivation,the refrigerant fluid circuit further comprising a first branch branch between a first branch point located on the main loop between the first heat exchanger and the second heat exchanger, and a first junction point located on the main loop between the first refrigerant fluid storage device and the first expansion member, said main refrigerant fluid loop further comprising a second refrigerant fluid storage device between the first heat exchanger and said first diversion point,
ledit circuit de troisième fluide caloporteur comportant, outre ledit échangeur de chaleur bifluide, un quatrième échangeur de chaleur agencé pour échanger des calories, de façon directe ou indirecte, avec un quatrième fluide caloporteur, le quatrième fluide caloporteur étant par exemple un flux d’air externe en face avant du véhicule.said third heat transfer fluid circuit comprising, in addition to said bifluid heat exchanger, a fourth heat exchanger arranged to exchange calories, directly or indirectly, with a fourth heat transfer fluid, the fourth heat transfer fluid being for example a flow of air external on the front of the vehicle.
Ce système permet, grâce au sous-refroidissement autorisé par le premier dispositif de stockage de fluide réfrigérant, de diminuer l’enthalpie du fluide à l’entrée de l’évaporateur et de la sorte la performance du système en mode climatisation. Cet aspect de l’invention est également une façon originale et peu coûteuse de réaliser le mode de pompe à chaleur, en utilisant l’échangeur de chaleur bifluide (« chiller ») qui est aussi utilisé pour refroidir les batteries en mode refroidissement des batteries, en évaporateur de fluide réfrigérant, ledit troisième fluide caloporteur circulant dans l’échangeur de chaleur bifluide étant refroidi de façon passive par l’échangeur de chaleur externe (dit quatrième échangeur de chaleur).This system makes it possible, thanks to the subcooling authorized by the first refrigerant fluid storage device, to reduce the enthalpy of the fluid at the entrance to the evaporator and thus the performance of the system in air conditioning mode. This aspect of the invention is also an original and inexpensive way of producing the heat pump mode, using the bifluid heat exchanger (“chiller”) which is also used to cool the batteries in battery cooling mode, as a refrigerant fluid evaporator, said third heat transfer fluid circulating in the two-fluid heat exchanger being cooled passively by the external heat exchanger (said fourth heat exchanger).
Selon certains aspects de l’invention, le système ci-dessus comprend l’un ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :According to certain aspects of the invention, the above system comprises one or more of the characteristics below taken in isolation or in all technically possible combinations:
- le premier dispositif de stockage de fluide réfrigérant est intégré au deuxième échangeur de chaleur , le deuxième échangeur de chaleur comportant une passe de sous refroidissement en aval du premier dispositif de stockage de fluide réfrigérant.- the first refrigerant storage device is integrated into the second heat exchanger, the second heat exchanger comprising a sub-cooling pass downstream of the first refrigerant storage device.
-le circuit de fluide réfrigérant comporte une première vanne trois voies reliant le deuxième dispositif de stockage de fluide réfrigérant, le deuxième échangeur de chaleur et la première branche de dérivation au premier point de jonction.-the refrigerant fluid circuit comprises a first three-way valve connecting the second refrigerant fluid storage device, the second heat exchanger and the first branch branch to the first junction point.
- l’échangeur de chaleur bifluide est relié au compresseur sans présence d’un autre échangeur de chaleur entre l’échangeur de chaleur bifluide et le compresseur.- the bifluid heat exchanger is connected to the compressor without the presence of another heat exchanger between the bifluid heat exchanger and the compressor.
- le circuit de fluide réfrigérant comporte en outre une deuxième branche de dérivation de fluide réfrigérant entre un deuxième point de dérivation et un deuxième point de jonction, le deuxième point de dérivation étant situé sur la boucle principale entre le deuxième échangeur de chaleur et le premier organe de détente, par exemple entre le premier point de jonction et le premier organe de détente, et le deuxième point de jonction étant situé sur la boucle principale entre l’échangeur de chaleur bifluide et le compresseur.- the refrigerant fluid circuit further comprises a second refrigerant fluid diversion branch between a second diversion point and a second junction point, the second diversion point being located on the main loop between the second heat exchanger and the first expansion member, for example between the first junction point and the first expansion member, and the second junction point being located on the main loop between the bifluid heat exchanger and the compressor.
- la deuxième branche de dérivation comporte, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, un deuxième organe de détente et un cinquième échangeur de chaleur agencé pour échanger des calories, de façon directe ou indirecte, avec un cinquième fluide caloporteur, notamment de façon à ce que ledit cinquième échangeur de chaleur puisse fonctionner en évaporateur de fluide réfrigérant lorsque le système est en mode de climatisation et en mode de déshumidification, le cinquième fluide caloporteur étant par exemple un flux d’air interne soufflé dans l’habitacle du véhicule.- the second branch of diversion comprises, in the direction of circulation of the refrigerant fluid, a second expansion member and a fifth heat exchanger arranged to exchange calories, directly or indirectly, with a fifth heat transfer fluid, in particular so as to that said fifth heat exchanger can operate as an evaporator of refrigerant fluid when the system is in air conditioning mode and in dehumidification mode, the fifth heat transfer fluid being for example a flow of internal air blown into the passenger compartment of the vehicle.
- le circuit de fluide réfrigérant comporte en outre une troisième branche de dérivation de fluide réfrigérant entre un troisième point de dérivation et un troisième point de jonction, le troisième point de dérivation étant situé sur la boucle principale entre le premier dispositif de stockage de fluide réfrigérant et le premier point de jonction de la première branche de dérivation, et le troisième point de jonction étant situé sur la deuxième branche de dérivation entre le cinquième échangeur de chaleur et le deuxième point de jonction de la deuxième branche de dérivation.- the refrigerant fluid circuit further comprises a third refrigerant fluid diversion branch between a third diversion point and a third junction point, the third diversion point being located on the main loop between the first refrigerant storage device and the first junction point of the first branch branch, and the third junction point being located on the second branch branch between the fifth heat exchanger and the second junction point of the second branch branch.
- la troisième branche de dérivation comporte une vanne d’arrêt.- the third branch includes a shut-off valve.
-la deuxième branche de dérivation comporte un premier clapet anti-retour situé entre le troisième point de jonction de la troisième branche de dérivation et le deuxième point de jonction de la deuxième branche de dérivation.-the second branch branch comprises a first non-return valve located between the third junction point of the third branch branch and the second junction point of the second branch branch.
- la boucle principale comporte un deuxième clapet anti-retour situé entre le premier dispositif de stockage de fluide réfrigérant et le premier point de jonction de la première branche de dérivation.- the main loop comprises a second non-return valve located between the first refrigerant storage device and the first junction point of the first branch branch.
- le deuxième clapet anti-retour est situé entre le troisième point de dérivation de la troisième branche de dérivation et le premier point de jonction de la première branche de dérivation.- the second non-return valve is located between the third branch point of the third branch branch and the first junction point of the first branch branch.
- le système comporte un dispositif de ventilation d’air intérieur dans lequel est agencé ledit premier échangeur de chaleur.- the system comprises an interior air ventilation device in which said first heat exchanger is arranged.
- le circuit de troisième fluide caloporteur comporte une première branche de circulation de fluide caloporteur, la première branche de fluide caloporteur comportant une première pompe et l’échangeur de chaleur bifluide, le circuit de troisième fluide caloporteur comportant aussi une branche dite « externe » de circulation du troisième fluide caloporteur, ladite branche externe comportant ledit quatrième échangeur de chaleur, une extrémité amont de ladite branche externe étant raccordée à une extrémité aval de ladite première branche et une extrémité aval de ladite branche externe étant raccordée à une extrémité amont de ladite première branche, notamment de façon à former ensemble une boucle de circulation de troisième fluide caloporteur.- the third heat transfer fluid circuit comprises a first heat transfer fluid circulation branch, the first heat transfer fluid branch comprising a first pump and the two-fluid heat exchanger, the third heat transfer fluid circuit also comprising a so-called “external” branch of circulation of the third heat transfer fluid, said external branch comprising said fourth heat exchanger, an upstream end of said external branch being connected to a downstream end of said first branch and a downstream end of said external branch being connected to an upstream end of said first branch, in particular so as to together form a circulation loop of the third heat transfer fluid.
- ladite première branche comporte également un dispositif de chauffage électrique, de préférence en amont de l’échangeur de chaleur bifluide, de préférence directement en amont.- said first branch also comprises an electric heating device, preferably upstream of the two-fluid heat exchanger, preferably directly upstream.
- le circuit de troisième fluide caloporteur comporte une deuxième branche de circulation du troisième fluide caloporteur, une extrémité amont de la deuxième branche de circulation étant raccordée à une extrémité aval de ladite première branche, par exemple en aval de l’échangeur de chaleur bifluide, et une extrémité aval de ladite deuxième branche étant raccordée à une extrémité amont de ladite première branche, notamment de façon à former ensemble une boucle de circulation de troisième fluide caloporteur, ladite deuxième branche ne comportant de préférence aucun dispositif susceptible de modifier sensiblement la quantité de chaleur accumulée par le troisième fluide caloporteur.- the third heat transfer fluid circuit comprises a second branch for circulation of the third heat transfer fluid, an upstream end of the second circulation branch being connected to a downstream end of said first branch, for example downstream of the two-fluid heat exchanger, and a downstream end of said second branch being connected to an upstream end of said first branch, in particular so as to form together a circulation loop of third heat transfer fluid, said second branch preferably not comprising any device capable of significantly modifying the quantity of heat accumulated by the third heat transfer fluid.
-le circuit de troisième fluide caloporteur comporte une troisième branche de circulation du troisième fluide caloporteur, ladite troisième branche comportant une deuxième pompe et un sixième échangeur de chaleur, par exemple de type « machines électriques » pour échanger de la chaleur avec des « machines électriques » du véhicule.-the third heat transfer fluid circuit comprises a third branch of circulation of the third heat transfer fluid, said third branch comprising a second pump and a sixth heat exchanger, for example of the "electric machines" type for exchanging heat with "electric machines " of the vehicle.
- le circuit de troisième fluide caloporteur comporte une quatrième branche de circulation du troisième fluide caloporteur, ladite quatrième branche comportant un septième échangeur de chaleur, par exemple de type « batteries » pour échanger de la chaleur avec des « batteries » du véhicule, une extrémité amont de ladite quatrième branche étant raccordée à une extrémité aval de ladite première branche et une extrémité aval de ladite quatrième branche étant raccordée à une extrémité amont de ladite première branche par une cinquième branche de circulation du troisième fluide caloporteur, notamment de façon à former ensemble une boucle de circulation de fluide caloporteur, par exemple de façon à permettre au dispositif de chauffage électrique de chauffer le troisième fluide caloporteur circulant dans le septième échangeur de chaleur, ou par exemple de façon à permettre, l’échangeur de chaleur bifluide étant actif, de refroidir le troisième fluide caloporteur circulant dans le septième échangeur de chaleur.- the third heat transfer fluid circuit comprises a fourth branch for circulation of the third heat transfer fluid, said fourth branch comprising a seventh heat exchanger, for example of the "battery" type for exchanging heat with "batteries" of the vehicle, one end upstream of said fourth branch being connected to a downstream end of said first branch and a downstream end of said fourth branch being connected to an upstream end of said first branch by a fifth branch of circulation of the third heat transfer fluid, in particular so as to form together a heat transfer fluid circulation loop, for example so as to allow the electric heating device to heat the third heat transfer fluid circulating in the seventh heat exchanger, or for example so as to allow, the bifluid heat exchanger being active, to cool the third heat transfer fluid circulating in the seventh heat exchanger.
- une extrémité amont de la quatrième branche est raccordée à une extrémité aval de ladite troisième branche, et une extrémité aval de ladite quatrième branche est raccordée à une extrémité amont de ladite troisième branche, notamment de façon à former ensemble une boucle de circulation de troisième fluide caloporteur, par exemple de façon à permettre de chauffer le troisième fluide caloporteur circulant dans le septième échangeur de chaleur en récupérant de la chaleur dans le sixième échangeur de chaleur.- an upstream end of the fourth branch is connected to a downstream end of said third branch, and a downstream end of said fourth branch is connected to an upstream end of said third branch, in particular so as to together form a third circulation loop heat transfer fluid, for example so as to allow the third heat transfer fluid circulating in the seventh heat exchanger to be heated by recovering heat in the sixth heat exchanger.
- le circuit de troisième fluide caloporteur comporte une sixième branche e circulation du troisième fluide caloporteur, une extrémité amont de ladite sixième branche étant raccordée à une extrémité aval de ladite troisième branche et une extrémité aval de ladite sixième banche étant raccordée à une extrémité amont de ladite branche externe, notamment de façon à ce que ladite troisième branche, ladite sixième branche et ladite branche externe forment ensemble une boucle de circulation du troisième fluide caloporteur, notamment de façon à permettre le refroidissement « passif » du troisième fluide caloporteur circulant dans ladite sixième échangeur de chaleur.- the third heat transfer fluid circuit comprises a sixth branch for circulation of the third heat transfer fluid, an upstream end of said sixth branch being connected to a downstream end of said third branch and a downstream end of said sixth branch being connected to an upstream end of said external branch, in particular so that said third branch, said sixth branch and said external branch together form a circulation loop of the third heat transfer fluid, in particular so as to allow the “passive” cooling of the third heat transfer fluid circulating in said sixth heat exchanger.
- le circuit de troisième fluide caloporteur comporte une vase d’expansion, par exemple situé sur ladite branche externe.- the third heat transfer fluid circuit includes an expansion tank, for example located on said external branch.
- le circuit de troisième fluide caloporteur comporte une deuxième vanne trois voies reliant une extrémité aval de ladite première branche, une extrémité amont de ladite deuxième branche et une extrémité amont ladite branche externe, configurée pour permettre la circulation du troisième fluide caloporteur entre ladite première branche et la dite deuxième branche ou entre ladite première branche et ladite branche externe, la première branche étant par exemple raccordée par l’intermédiaire d’une septième branche.- the third heat transfer fluid circuit comprises a second three-way valve connecting a downstream end of said first branch, an upstream end of said second branch and an upstream end of said external branch, configured to allow the circulation of the third heat transfer fluid between said first branch and said second branch or between said first branch and said external branch, the first branch being for example connected via a seventh branch.
- le circuit de troisième fluide caloporteur comporte un troisième clapet anti-retour sur une huitième branche raccordant une extrémité amont de ladite première branche et une extrémité aval de ladite quatrième branche, en aval d’un quatrième point de dérivation vers ladite septième branche et en amont d’un quatrième point de jonction de ladite troisième branche à ladite quatrième branche.- the third heat transfer fluid circuit comprises a third non-return valve on an eighth branch connecting an upstream end of said first branch and a downstream end of said fourth branch, downstream of a fourth diversion point towards said seventh branch and in upstream of a fourth junction point of said third branch to said fourth branch.
- le circuit de troisième fluide caloporteur comporte une troisième vanne trois voies reliant une extrémité aval de ladite quatrième branche, une extrémité amont de ladite cinquième branche et une extrémité amont de ladite troisième branche, configurée pour permettre la circulation du troisième fluide caloporteur entre ladite quatrième branche et ladite cinquième branche ou entre ladite quatrième branche et ladite troisième branche.- the third heat transfer fluid circuit comprises a third three-way valve connecting a downstream end of said fourth branch, an upstream end of said fifth branch and an upstream end of said third branch, configured to allow the circulation of the third heat transfer fluid between said fourth branch and said fifth branch or between said fourth branch and said third branch.
- le circuit de troisième fluide caloporteur comporte une quatrième vanne trois voies reliant une extrémité aval de ladite troisième branche, une extrémité amont de ladite quatrième branche et une extrémité amont de la dite sixième branche pour permettre la circulation du troisième fluide caloporteur entre ladite troisième branche et ladite quatrième branche ou entre ladite troisième branche et ladite sixième branche.- the third heat transfer fluid circuit comprises a fourth three-way valve connecting a downstream end of said third branch, an upstream end of said fourth branch and an upstream end of said sixth branch to allow the circulation of the third heat transfer fluid between said third branch and said fourth branch or between said third branch and said sixth branch.
- ladite boucle principale comporte un troisième organe de détente situé entre ledit premier point de dérivation de ladite première branche de dérivation et ledit deuxième échangeur de chaleur, notamment de façon à ce que ledit deuxième échangeur de chaleur puisse fonctionner en évaporateur de fluide réfrigérant lorsque le système est en mode de pompe à chaleur par exemple conjointement ou non avec l’échangeur de chaleur bifluide fonctionnant par exemple lui aussi en évaporateur de fluide réfrigérant lorsque le système est en mode de pompe à chaleur.- said main loop comprises a third expansion member located between said first diversion point of said first diversion branch and said second heat exchanger, in particular so that said second heat exchanger can operate as an evaporator of refrigerant fluid when the system is in heat pump mode for example jointly or not with the bifluid heat exchanger operating for example also as a refrigerant evaporator when the system is in heat pump mode.
- ledit troisième organe de détente est intégré dans une première vanne trois voies reliant le deuxième dispositif de stockage de fluide réfrigérant, le deuxième échangeur de chaleur et la première branche de dérivation au niveau du premier point de jonction.- said third expansion member is integrated into a first three-way valve connecting the second refrigerant storage device, the second heat exchanger and the first branch branch at the first junction point.
Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de fonctionnement d'un système réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, dans un premier mode de pompe à chaleur, ledit premier échangeur de chaleur fonctionne en condenseur ou refroidisseur de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur bifluide fonctionnant en évaporateur de fluide réfrigérant.Another aspect of the invention relates to a method of operating a system produced according to any one of the preceding claims, in which, in a first heat pump mode, said first heat exchanger operates as a condenser or fluid cooler refrigerant, the two-fluid heat exchanger operating as a refrigerant evaporator.
Selon certains aspects de l’invention, le procédé ci-dessus comprend l’un ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :According to certain aspects of the invention, the above process comprises one or more of the characteristics below taken in isolation or in all technically possible combinations:
- dans un deuxième mode de pompe à chaleur, ledit premier échangeur de chaleur et ledit deuxième échangeur de chaleur fonctionnent en condenseur ou refroidisseur de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur bifluide fonctionnant en évaporateur de fluide réfrigérant.- in a second heat pump mode, said first heat exchanger and said second heat exchanger operate as a condenser or refrigerant cooler, the dual-fluid heat exchanger operating as a refrigerant evaporator.
- dans un premier mode de climatisation, ledit premier échangeur de chaleur et ledit deuxième échangeur de chaleur fonctionnent en condenseur ou refroidisseur de fluide réfrigérant, le cinquième échangeur de chaleur fonctionnent en évaporateur de fluide réfrigérant.- in a first air conditioning mode, said first heat exchanger and said second heat exchanger operate as a condenser or refrigerant cooler, the fifth heat exchanger operates as a refrigerant evaporator.
- dans un mode de refroidissement de batteries du véhicule, ledit premier échangeur de chaleur et ledit deuxième échangeur de chaleur fonctionnent en condenseur ou refroidisseur de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur bifluide fonctionnant en évaporateur de fluide réfrigérant.- in a vehicle battery cooling mode, said first heat exchanger and said second heat exchanger operate as a condenser or refrigerant cooler, the dual-fluid heat exchanger operating as a refrigerant evaporator.
- dans un mode de climatisation et refroidissement conjoint des batteries du véhicule, ledit premier échangeur de chaleur (et ledit deuxième échangeur de chaleur fonctionnent en condenseur ou refroidisseur de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur bifluide et ledit cinquième échangeur de chaleur fonctionnant en évaporateur de fluide réfrigérant.- in a mode of air conditioning and joint cooling of the vehicle batteries, said first heat exchanger (and said second heat exchanger operate as a condenser or refrigerant cooler, the dual-fluid heat exchanger and said fifth heat exchanger operating as an evaporator of refrigerant.
- dans un mode de déshumidification de la cabine du véhicule, ledit premier échangeur de chaleur fonctionne en condenseur ou refroidisseur de fluide réfrigérant, et ledit cinquième échangeur de chaleur fonctionne en évaporateur de fluide réfrigérant.- in a vehicle cabin dehumidification mode, said first heat exchanger operates as a condenser or refrigerant cooler, and said fifth heat exchanger operates as a refrigerant evaporator.
- dans un troisième mode de pompe à chaleur, ledit premier échangeur de chaleur fonctionne en condenseur ou refroidisseur de fluide réfrigérant, ledit deuxième échangeur de chaleur fonctionnant en évaporateur de fluide réfrigérant.- in a third heat pump mode, said first heat exchanger operates as a condenser or refrigerant cooler, said second heat exchanger operates as a refrigerant evaporator.
-dans un quatrième mode de pompe à chaleur, ledit premier échangeur de chaleur fonctionne en condenseur ou refroidisseur de fluide réfrigérant, ledit deuxième échangeur de chaleur et l’échangeur de chaleur bifluide fonctionnant en évaporateur de fluide réfrigérant, ledit troisième fluide caloporteur circulant dans ledit échangeur de chaleur bifluide étant par exemple réchauffé dans ledit quatrième échangeur de chaleur.-in a fourth heat pump mode, said first heat exchanger operates as a condenser or cooler of refrigerant fluid, said second heat exchanger and the bifluid heat exchanger operating as an evaporator of refrigerant fluid, said third heat transfer fluid circulating in said bifluid heat exchanger being for example heated in said fourth heat exchanger.
D'autres caractéristiques et avantages des aspects de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre, fournie à titre d’exemple illustratif, et pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés décrits succinctement ci-dessous.Other characteristics and advantages of aspects of the invention will appear during reading of the detailed description which follows, provided by way of illustrative example, and for the understanding of which we will refer to the appended drawings described succinctly below. below.
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Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par une même référence.In the remainder of the description, elements having an identical structure or similar functions will be designated by the same reference.
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. Le sens de circulation est défini par les flèches du compresseur ou par les flèches des pompes le cas échéant.In the description which follows, the term "a first element upstream of a second element" means that the first element is placed before the second element with respect to the direction of circulation, or path, of a fluid. Analogously, the term "a first element downstream of a second element" means that the first element is placed after the second element with respect to the direction of circulation, or travel, of the fluid considered. The direction of circulation is defined by the compressor arrows or by the pump arrows if applicable.
Le terme "branche" se rapporte ici à un tronçon de circuit ouvert à ses deux extrémités comportant uniquement des éléments agencés en série.The term "branch" here refers to a section of circuit open at its two ends comprising only elements arranged in series.
A noter également que le terme « des batteries » ne doit pas s’entendre comme toutes les batteries du véhicule mais comme plusieurs batteries.Also note that the term “batteries” should not be understood as all the batteries in the vehicle but as several batteries.
Le terme « batterie » doit s’entendre de toute unité de stockage d’énergie apte à restituer cette énergie sous forme électrique.The term “battery” must mean any energy storage unit capable of restoring this energy in electrical form.
Dans les dessins, on représentera les conduites dans lesquelles le fluide réfrigérant est en mouvement en traits gras et les conduites dans lesquelles le fluide caloporteur n'est pas en mouvement en traits fins.In the drawings, the pipes in which the refrigerant fluid is moving will be represented in bold lines and the pipes in which the heat transfer fluid is not moving in thin lines.
A noter que les termes « premier », « deuxième », « troisième » sont de simples dénominations n’impliquant pas un nombre précis de composants. Ainsi, on pourra se référer à un « cinquième » échangeur de chaleur sans pour autant qu’il y ait cinq échangeurs de chaleur ou plus dans le circuit, le circuit pouvant par exemple en posséder moins que cinq.Note that the terms “first”, “second”, “third” are simple names that do not imply a precise number of components. Thus, we can refer to a “fifth” heat exchanger without there being five or more heat exchangers in the circuit, the circuit being able for example to have fewer than five.
Comme illustré aux différentes figures, l’invention concerne un système de conditionnement thermique. Il s’agit, par exemple, d’un système de gestion thermique pour véhicule automobile. Il s'agit ici d'un véhicule automobile électrique ou hybride qui comporte un moteur électrique qui fournit un couple moteur à des roues motrices du véhicule. Le moteur électrique est alimenté en courant électrique au moins par des batteries, dites batteries de traction. Pendant le fonctionnement du véhicule, le moteur électrique et la batterie sont susceptibles de produire de la chaleur.As illustrated in the various figures, the invention relates to a thermal conditioning system. This is, for example, a thermal management system for a motor vehicle. This is an electric or hybrid motor vehicle which includes an electric motor which provides engine torque to the drive wheels of the vehicle. The electric motor is supplied with electric current at least by batteries, called traction batteries. During vehicle operation, the electric motor and the battery may produce heat.
Comme plus particulièrement illustré à la
Le fluide caloporteur est, par exemple, un liquide caloporteur tel que de l’eau comprenant un antigel, notamment de l’eau glycolée, ou toute autre fluide caloporteur adapté. Le fluide réfrigérant est par exemple un hydrofluorocarbure, tel que du R-134a ou R1234yf ou R744.The heat transfer fluid is, for example, a heat transfer liquid such as water comprising an antifreeze, in particular glycol water, or any other suitable heat transfer fluid. The refrigerant fluid is for example a hydrofluorocarbon, such as R-134a or R1234yf or R744.
Comme représenté sur la
Le circuit 10 de fluide réfrigérant comporte successivement, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, dans une boucle principale LP de fluide réfrigérant, un compresseur 12, un premier échangeur de chaleur 14 agencé pour échanger des calories avec un premier fluide caloporteur, un deuxième échangeur de chaleur 16 agencé pour échanger des calories avec un deuxième fluide caloporteur, un premier dispositif de stockage 18 de fluide réfrigérant, notamment pour assurer une fonction de séparation gaz / liquide, un premier organe de détente 20 du fluide réfrigérant et un échangeur de chaleur bifluide 22 agencé conjointement sur un circuit 11 d’un troisième fluide caloporteur.The refrigerant fluid circuit 10 successively comprises, in the direction of circulation of the refrigerant fluid, in a main loop LP of refrigerant fluid, a compressor 12, a first heat exchanger 14 arranged to exchange calories with a first heat transfer fluid, a second heat exchanger 16 arranged to exchange calories with a second heat transfer fluid, a first storage device 18 for refrigerant fluid, in particular to ensure a gas/liquid separation function, a first expansion member 20 for the refrigerant fluid and a heat exchanger bifluid 22 arranged jointly on a circuit 11 of a third heat transfer fluid.
Le premier dispositif de stockage de fluide réfrigérant 18 est couramment appelé « bouteille ». Il peut comporter un dessicant de fluide réfrigérant. Il assure une fonction de séparation gaz / liquide de façon à ce que le fluide sortant soit liquide.The first refrigerant storage device 18 is commonly called a “bottle”. It may include a refrigerant desiccant. It provides a gas/liquid separation function so that the outgoing fluid is liquid.
Le premier organe de détente 20 est typiquement une vanne électronique d’expansion de fluide ou « détendeur électronique ».The first expansion member 20 is typically an electronic fluid expansion valve or “electronic expansion valve”.
L’échangeur de chaleur bifluide 22 est ici relié directement au compresseur 12, i.e. sans présence d’un autre échangeur de chaleur entre l’échangeur de chaleur bifluide 22 et le compresseur 12.The bifluid heat exchanger 22 is here connected directly to the compressor 12, i.e. without the presence of another heat exchanger between the bifluid heat exchanger 22 and the compressor 12.
L'échangeur de chaleur bifluide 22 est configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant, circulant dans le circuit 10 de climatisation, et le troisième fluide caloporteur, circulant dans le circuit 11 du troisième fluide caloporteur, sans mélange entre le fluide caloporteur et le fluide réfrigérant. Ce type d’échangeur de chaleur est communément appelé « chiller » par l’homme du métier, dans l’exemple de la
Le premier échangeur de chaleur 14 agencé pour échanger des calories avec un premier fluide caloporteur est ici un condenseur interne d’un dispositif de ventilation 56 d’air intérieur dans l’habitacle du véhicule. Ainsi, ledit premier fluide caloporteur est dans cet exemple un flux d’air interne Fi soufflé dans l’habitacle du véhicule.The first heat exchanger 14 arranged to exchange calories with a first heat transfer fluid is here an internal condenser of an interior air ventilation device 56 in the passenger compartment of the vehicle. Thus, said first heat transfer fluid is in this example an internal air flow Fi blown into the passenger compartment of the vehicle.
Le premier échangeur de chaleur 14 est plus généralement un échangeur de chaleur fonctionnant en condenseur ou refroidisseur du fluide réfrigérant.The first heat exchanger 14 is more generally a heat exchanger operating as a condenser or cooler of the refrigerant fluid.
Le deuxième échangeur de chaleur 16 agencé pour échanger des calories avec le deuxième fluide caloporteur, est ici un condenseur en face avant du véhicule. Le deuxième fluide caloporteur est donc dans cet exemple un flux d’air externe Fe en face avant du véhicule. Plus généralement, le deuxième échangeur de chaleur 16 est un échangeur de chaleur agencé pour agir en condenseur ou refroidisseur du fluide réfrigérant.The second heat exchanger 16 arranged to exchange calories with the second heat transfer fluid, is here a condenser on the front of the vehicle. The second heat transfer fluid is therefore in this example an external air flow Fe on the front of the vehicle. More generally, the second heat exchanger 16 is a heat exchanger arranged to act as a condenser or cooler of the refrigerant fluid.
Le premier dispositif de stockage 18 de fluide réfrigérant est ici intégré au deuxième échangeur de chaleur 16, qui comporte en aval une passe de sous refroidissement du fluide réfrigérant.The first refrigerant fluid storage device 18 is here integrated into the second heat exchanger 16, which has a downstream sub-cooling pass for the refrigerant fluid.
Le circuit 10 de fluide réfrigérant comporte en outre une première branche de dérivation 24 entre un premier point de dérivation 26 situé sur la boucle principale LP entre le premier échangeur de chaleur 14 et le deuxième échangeur de chaleur 16 et un premier point de jonction 28 situé sur la boucle principale LP entre le premier dispositif de stockage 18 de fluide réfrigérant et le premier organe de détente 20.The refrigerant fluid circuit 10 further comprises a first branch 24 between a first branch point 26 located on the main loop LP between the first heat exchanger 14 and the second heat exchanger 16 and a first junction point 28 located on the main loop LP between the first storage device 18 of refrigerant fluid and the first expansion member 20.
La première branche de dérivation 24 permet de court-circuiter le deuxième échangeur de chaleur 16 et d’amener ainsi le fluide réfrigérant vers l’échangeur de chaleur bifluide 22 comme cela sera expliqué plus en détail plus loin ci-dessous en référence à la
Ladite boucle principale LP de fluide réfrigérant comporte également un deuxième dispositif de stockage 30 de fluide réfrigérant entre le premier échangeur de chaleur 14 et ledit premier point de dérivation 26.Said main refrigerant fluid loop LP also includes a second refrigerant fluid storage device 30 between the first heat exchanger 14 and said first diversion point 26.
Le deuxième dispositif de stockage de fluide réfrigérant 30 est couramment appelé « bouteille ». Il peut comporter un dessicant de fluide réfrigérant. Il assure une fonction de séparation gaz / liquide de façon à ce que le fluide sortant soit liquide.The second refrigerant storage device 30 is commonly called a “bottle”. It may include a refrigerant desiccant. It provides a gas/liquid separation function so that the outgoing fluid is liquid.
Le circuit 11 de troisième fluide caloporteur comporte quant à lui, outre ledit échangeur de chaleur bifluide 22, un quatrième échangeur de chaleur 32 agencé pour échanger des calories, de façon directe ou indirecte, avec un quatrième fluide caloporteur.The third heat transfer fluid circuit 11 comprises, in addition to said bifluid heat exchanger 22, a fourth heat exchanger 32 arranged to exchange calories, directly or indirectly, with a fourth heat transfer fluid.
Le quatrième échangeur de chaleur 32 est ici un radiateur (« externe ») en face avant du véhicule, le quatrième fluide caloporteur étant dans cet exemple un flux d’air externe (Fe) en face avant du véhicule. Il s’agit plus généralement d’un échangeur de chaleur pour refroidir ou réchauffer le troisième fluide caloporteur, i.e. pour refroidir ou réchauffer le liquide caloporteur circulant dans le quatrième échangeur de chaleur 32.The fourth heat exchanger 32 is here an (“external”) radiator on the front of the vehicle, the fourth heat transfer fluid being in this example an external air flow (Fe) on the front of the vehicle. It is more generally a heat exchanger for cooling or heating the third heat transfer fluid, i.e. for cooling or heating the heat transfer liquid circulating in the fourth heat exchanger 32.
Le troisième fluide caloporteur est ici par exemple de l’eau glycolée ou un autre liquide caloporteur de tout type adapté.The third heat transfer fluid here is for example glycol water or another heat transfer liquid of any suitable type.
Le circuit 10 de fluide réfrigérant comporte en outre une deuxième branche de dérivation 34 de fluide réfrigérant entre un deuxième point de dérivation 36 et un deuxième point de jonction 38, le deuxième point de dérivation 34 étant situé sur la boucle principale LP entre le deuxième échangeur de chaleur 26 et le premier organe de détente 20, par exemple entre le premier point de jonction 26 et le premier organe de détente 20, et le deuxième point de jonction 38 étant situé sur la boucle principale LP entre l’échangeur de chaleur bifluide 22 et le compresseur 12.The refrigerant fluid circuit 10 further comprises a second branch 34 of refrigerant fluid between a second branch point 36 and a second junction point 38, the second branch point 34 being located on the main loop LP between the second exchanger heat exchanger 26 and the first expansion member 20, for example between the first junction point 26 and the first expansion member 20, and the second junction point 38 being located on the main loop LP between the bifluid heat exchanger 22 and compressor 12.
La première branche de dérivation 24 comporte, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, un deuxième organe de détente 40 et un cinquième échangeur de chaleur 42 agencé pour échanger des calories, de façon directe ou indirecte, avec un cinquième fluide caloporteur, notamment de façon à ce que ledit cinquième échangeur de chaleur 42 puisse fonctionner en évaporateur de fluide réfrigérant lorsque le système est en mode de climatisation et en mode de déshumidification, le cinquième fluide caloporteur étant dans cet exemple un flux d’air interne (Fi) soufflé dans l’habitacle du véhicule. En effet, le cinquième échangeur de chaleur 42 est typiquement un évaporateur intégré dans le dispositif de ventilation 56 d’air intérieur. Il s’agir plus généralement d’un échangeur de chaleur pour évaporer le fluide réfrigérant circulant en son sein.The first branch 24 comprises, in the direction of circulation of the refrigerant fluid, a second expansion member 40 and a fifth heat exchanger 42 arranged to exchange calories, directly or indirectly, with a fifth heat transfer fluid, in particular so that said fifth heat exchanger 42 can operate as an evaporator of refrigerant fluid when the system is in air conditioning mode and in dehumidification mode, the fifth heat transfer fluid being in this example an internal air flow (Fi) blown into the passenger compartment of the vehicle. Indeed, the fifth heat exchanger 42 is typically an evaporator integrated into the interior air ventilation device 56. It is more generally a heat exchanger to evaporate the refrigerant fluid circulating within it.
Le deuxième organe de détente 40 est typiquement une vanne électronique d’expansion, ou « détenteur » électronique.The second expansion member 40 is typically an electronic expansion valve, or electronic “holder”.
Le circuit 10 de fluide réfrigérant comporte en outre une troisième branche de dérivation 44 de fluide réfrigérant entre un troisième point de dérivation 46 et un troisième point de jonction 48, le troisième point de dérivation 46 étant situé sur la boucle principale LP entre le premier dispositif de stockage 18 de fluide réfrigérant et le premier point de jonction 28 de la première branche de dérivation 24, et le troisième point de jonction 48 étant situé sur la deuxième branche de dérivation 34 entre le cinquième échangeur de chaleur 42 et le deuxième point de jonction 38 de la deuxième branche de dérivation 34.The refrigerant fluid circuit 10 further comprises a third branch 44 of refrigerant fluid between a third branch point 46 and a third junction point 48, the third branch point 46 being located on the main loop LP between the first device storage 18 of refrigerant fluid and the first junction point 28 of the first branch of diversion 24, and the third junction point 48 being located on the second branch of diversion 34 between the fifth heat exchanger 42 and the second junction point 38 of the second branch of diversion 34.
Le circuit 10 de fluide réfrigérant est par ailleurs muni de différents types de vannes ou clapets.The refrigerant fluid circuit 10 is also equipped with different types of valves or valves.
Le circuit 10 de fluide réfrigérant comporte une première vanne trois voies 33 reliant le deuxième dispositif de stockage 30 de fluide réfrigérant, le deuxième échangeur de chaleur 16 et la première branche de dérivation 24 au premier point de jonction 26. Cette première vanne trois voies 33 permet de faire circuler le fluide réfrigérant du premier échangeur de chaleur 14 vers le deuxième échangeur de chaleur 16 ou vers la première branche de dérivation 24. En variante, il s’agit de deux vannes d’arrêt respectivement sur l’une et l’autre des branches en aval du premier point de dérivation 26.The refrigerant fluid circuit 10 comprises a first three-way valve 33 connecting the second refrigerant fluid storage device 30, the second heat exchanger 16 and the first branch 24 to the first junction point 26. This first three-way valve 33 allows the refrigerant fluid to circulate from the first heat exchanger 14 to the second heat exchanger 16 or to the first branch 24. Alternatively, there are two stop valves respectively on one and the other of the branches downstream of the first diversion point 26.
La troisième branche de dérivation 44 comporte une vanne d’arrêt 50, mais ne comporte pas, dans cet exemple, un échangeur de chaleur.The third branch 44 includes a shut-off valve 50, but does not include, in this example, a heat exchanger.
La deuxième branche de dérivation 34 comporte un premier clapet anti-retour 52 situé entre le premier point de jonction de la deuxième branche de dérivation 34 et le troisième point de jonction 48 de la troisième branche de dérivation 44.The second diversion branch 34 comprises a first non-return valve 52 located between the first junction point of the second branch of diversion 34 and the third junction point 48 of the third branch of diversion 44.
La boucle principale LP comporte un deuxième clapet anti-retour 54 situé entre le premier dispositif de stockage 18 de fluide réfrigérant et le premier point de jonction 28 de la première branche de dérivation 24, plus précisément entre le troisième point de dérivation 46 de la troisième branche de dérivation 44 et le premier point de jonction 28 de la première branche de dérivation 24.The main loop LP comprises a second non-return valve 54 located between the first storage device 18 of refrigerant fluid and the first junction point 28 of the first branch of diversion 24, more precisely between the third branch point 46 of the third branch branch 44 and the first junction point 28 of the first branch branch 24.
Les principaux modes de fonctionnement de circuit de la
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Le circuit 11 de troisième fluide caloporteur comporte une première branche B1 de circulation de fluide caloporteur comportant une première pompe 58 et l’échangeur de chaleur bifluide 22. Le circuit 11 de troisième fluide caloporteur comporte aussi une branche dite « externe » BE de circulation du troisième fluide caloporteur, ladite branche externe BE comportant ledit quatrième échangeur de chaleur (32).The circuit 11 of the third heat transfer fluid comprises a first branch B1 for circulation of the heat transfer fluid comprising a first pump 58 and the two-fluid heat exchanger 22. The circuit 11 of the third heat transfer fluid also comprises a so-called “external” branch BE for circulation of the heat transfer fluid. third heat transfer fluid, said external branch BE comprising said fourth heat exchanger (32).
De façon à former une boucle de circulation du troisième fluide caloporteur, une extrémité amont de ladite branche externe BE est raccordée à une extrémité aval de ladite première branche B1 et une extrémité aval de ladite branche externe étant raccordée à une extrémité amont de ladite première branche B1. De cette façon, lorsque la premier pompe 58 est active, le liquide caloporteur circule à travers l’échangeur de chaleur bifluide 22 et à travers le cinquième échangeur de chaleur 32, ce qui permet un réchauffement passif du liquide caloporteur et ainsi un réchauffement passif du fluide réfrigérant traversant l’échangeur de chaleur bifluide.In order to form a circulation loop of the third heat transfer fluid, an upstream end of said external branch BE is connected to a downstream end of said first branch B1 and a downstream end of said external branch being connected to an upstream end of said first branch B1. In this way, when the first pump 58 is active, the heat transfer liquid circulates through the bifluid heat exchanger 22 and through the fifth heat exchanger 32, which allows passive heating of the heat transfer liquid and thus passive heating of the refrigerant fluid passing through the bifluid heat exchanger.
Le circuit 11 de troisième fluide caloporteur comporte également une deuxième branche B2 de circulation du troisième fluide caloporteur, une extrémité amont de la deuxième branche B2 de circulation étant raccordée à une extrémité aval de ladite première branche B1, par exemple en aval de l’échangeur de chaleur bifluide 22, et une extrémité aval de ladite deuxième branche B2 étant raccordée à une extrémité amont de ladite première branche B1, de façon à former ensemble une boucle de circulation de troisième fluide caloporteur.The circuit 11 of the third heat transfer fluid also comprises a second branch B2 for circulation of the third heat transfer fluid, an upstream end of the second circulation branch B2 being connected to a downstream end of said first branch B1, for example downstream of the exchanger of bifluid heat 22, and a downstream end of said second branch B2 being connected to an upstream end of said first branch B1, so as to together form a circulation loop of third heat transfer fluid.
Ladite deuxième branche B2 ne comporte de préférence aucun dispositif susceptible de modifier sensiblement la quantité de chaleur accumulée par le premier fluide caloporteur.Said second branch B2 preferably does not include any device capable of significantly modifying the quantity of heat accumulated by the first heat transfer fluid.
Cet agencement des première et deuxième branches B1, B2 permet la circulation du troisième fluide caloporteur en boucle dans la première pompe 58, le dispositif de chauffage électrique 60 et dans l’échangeur de chaleur bifluide 22, ce qui permet ce réchauffement actif du fluide réfrigérant lorsque le dispositif de chauffage électrique 60 est actif. De préférence le dispositif de chauffage électrique 60 est directement en amont de l’échangeur de chaleur bifluide 22. Ce mode de chauffage du fluide réfrigérant est utile par exemple lorsque la température extérieure est trop froide pour réchauffer le fluide réfrigérant. Cette température minimale dépendra du type de réfrigérant utilisé.This arrangement of the first and second branches B1, B2 allows the circulation of the third heat transfer fluid in a loop in the first pump 58, the electric heating device 60 and in the bifluid heat exchanger 22, which allows this active heating of the refrigerant fluid when the electric heating device 60 is active. Preferably the electric heating device 60 is directly upstream of the dual-fluid heat exchanger 22. This mode of heating the refrigerant fluid is useful for example when the outside temperature is too cold to heat the refrigerant fluid. This minimum temperature will depend on the type of refrigerant used.
Le circuit 11 de troisième fluide caloporteur comporte une troisième branche B3 et une quatrième branche B4 de circulation du troisième fluide caloporteur.The circuit 11 of the third heat transfer fluid comprises a third branch B3 and a fourth branch B4 for circulating the third heat transfer fluid.
La troisième branche B3 comporte une deuxième pompe 62 et un sixième échangeur de chaleur 66, par exemple de type « machines électriques » pour échanger de la chaleur avec des machines électriques du véhicule.The third branch B3 comprises a second pump 62 and a sixth heat exchanger 66, for example of the “electric machines” type for exchanging heat with electrical machines of the vehicle.
La quatrième branche B4 comporte un septième échangeur de chaleur 68, par exemple de type « batteries » pour échanger de la chaleur avec des batteries du véhicule, une extrémité amont de ladite quatrième branche B4 étant raccordée à une extrémité aval de ladite première branche B1 et une extrémité aval de ladite quatrième branche B4 étant raccordée à une extrémité amont de ladite première branche B1 par une cinquième branche B5 de circulation du troisième fluide caloporteur, notamment de façon à former ensemble une boucle de circulation de fluide caloporteur, par exemple de façon à permettre au dispositif de chauffage électrique 60 de chauffer le troisième fluide caloporteur circulant dans le septième échangeur de chaleur 68, ou par exemple de façon à permettre, l’échangeur de chaleur bifluide 22 étant actif, de refroidir le troisième fluide caloporteur circulant dans le septième échangeur de chaleur 68 et ainsi refroidir les batteries du véhicule.The fourth branch B4 comprises a seventh heat exchanger 68, for example of the “battery” type for exchanging heat with vehicle batteries, an upstream end of said fourth branch B4 being connected to a downstream end of said first branch B1 and a downstream end of said fourth branch B4 being connected to an upstream end of said first branch B1 by a fifth branch B5 for circulation of the third heat transfer fluid, in particular so as to form together a heat transfer fluid circulation loop, for example so as to allow the electric heating device 60 to heat the third heat transfer fluid circulating in the seventh heat exchanger 68, or for example so as to allow, the bifluid heat exchanger 22 being active, to cool the third heat transfer fluid circulating in the seventh heat exchanger 68 and thus cool the vehicle batteries.
Une extrémité amont de la quatrième branche B4 est ici raccordée à une extrémité aval de ladite troisième branche(B3, et une extrémité aval de ladite quatrième branche B4 est raccordée à une extrémité amont e ladite troisième branche B3, de façon à former ensemble une boucle de circulation de troisième fluide caloporteur, par exemple de façon à permettre de chauffer le troisième fluide caloporteur circulant dans le septième échangeur de chaleur 68 en récupérant de la chaleur dans le sixième échangeur de chaleur 66, i.e. dans les machines électriques du véhicule (moteur électrique ou électronique de puissance par exemple).An upstream end of the fourth branch B4 is here connected to a downstream end of said third branch (B3, and a downstream end of said fourth branch B4 is connected to an upstream end of said third branch B3, so as to together form a loop circulation of the third heat transfer fluid, for example so as to allow the third heat transfer fluid circulating in the seventh heat exchanger 68 to be heated by recovering heat in the sixth heat exchanger 66, i.e. in the electrical machines of the vehicle (electric motor or power electronics for example).
Le circuit 11 de troisième fluide caloporteur comporte aussi une sixième branche B6 de circulation du troisième fluide caloporteur, une extrémité amont de ladite sixième branche étant raccordée à une extrémité aval de ladite troisième branche B3 et une extrémité aval de ladite sixième banche B6 étant raccordée à une extrémité amont de ladite branche externe BE, notamment de façon à ce que ladite troisième branche B3, ladite sixième branche B6 et ladite branche externe BE forment ensemble une boucle de circulation du troisième fluide caloporteur, notamment de façon à permettre le refroidissement « passif » du troisième fluide caloporteur circulant dans ladite sixième échangeur de chaleur (66).The circuit 11 of the third heat transfer fluid also comprises a sixth branch B6 for circulating the third heat transfer fluid, an upstream end of said sixth branch being connected to a downstream end of said third branch B3 and a downstream end of said sixth branch B6 being connected to an upstream end of said external branch BE, in particular so that said third branch B3, said sixth branch B6 and said external branch BE together form a circulation loop of the third heat transfer fluid, in particular so as to allow "passive" cooling of the third heat transfer fluid circulating in said sixth heat exchanger (66).
Par ailleurs, le circuit 11 de fluide caloporteur comporte ici différentes vannes ou clapets de façon à aiguiller la circulation du fluide caloporteur.Furthermore, the heat transfer fluid circuit 11 here comprises different valves or valves so as to direct the circulation of the heat transfer fluid.
Le circuit 11 de troisième fluide caloporteur comporte une « deuxième » vanne trois voies 74, une « troisième » vannes trois voies 76 et une « quatrième » vannes trois voies 78.The third heat transfer fluid circuit 11 comprises a “second” three-way valve 74, a “third” three-way valve 76 and a “fourth” three-way valve 78.
Ladite deuxième vannes trois voies 74 relie une extrémité aval de ladite première branche B1, une extrémité amont de ladite deuxième branche B2 et une extrémité amont ladite branche externe BE, configurée pour permettre la circulation du troisième fluide caloporteur entre ladite première branche B1 et la dite deuxième branche B2 ou entre ladite première branche B1 et ladite branche externe BE, la première branche B1 étant par exemple raccordée par l’intermédiaire d’une septième branche B7.Said second three-way valve 74 connects a downstream end of said first branch B1, an upstream end of said second branch B2 and an upstream end of said external branch BE, configured to allow the circulation of the third heat transfer fluid between said first branch B1 and said second branch B2 or between said first branch B1 and said external branch BE, the first branch B1 being for example connected via a seventh branch B7.
La troisième vanne trois voies 76 relie une extrémité aval de ladite quatrième branche B4, une extrémité amont de ladite cinquième branche B5 et une extrémité amont de ladite troisième branche B3, configurée pour permettre la circulation du troisième fluide caloporteur entre ladite quatrième branche B4 et ladite cinquième branche B5 ou entre ladite quatrième branche B4 et ladite troisième branche B3.The third three-way valve 76 connects a downstream end of said fourth branch B4, an upstream end of said fifth branch B5 and an upstream end of said third branch B3, configured to allow the circulation of the third heat transfer fluid between said fourth branch B4 and said fifth branch B5 or between said fourth branch B4 and said third branch B3.
La quatrième vanne trois voies 78 relie une extrémité aval de ladite troisième branche B3, une extrémité amont de ladite quatrième branche B4 et une extrémité amont de la dite sixième branche B6 pour permettre la circulation du troisième fluide caloporteur entre ladite troisième branche B3 et ladite quatrième branche B4 ou entre ladite troisième brancheB3 et ladite sixième branche B6.The fourth three-way valve 78 connects a downstream end of said third branch B3, an upstream end of said fourth branch B4 and an upstream end of said sixth branch B6 to allow the circulation of the third heat transfer fluid between said third branch B3 and said fourth branch B4 or between said third branch B3 and said sixth branch B6.
En outre, un « troisième » clapet anti-retour 80 est agencé sur une huitième branche B8 raccordant une extrémité amont de ladite première branche B1 et une extrémité aval de ladite quatrième branche B4, en aval d’un quatrième point de dérivation 82 vers ladite septième branche B7 et en amont d’un quatrième point de jonction 84 de ladite troisième branche B3 à ladite quatrième branche B4. Ce clapet anti-retour 80 permet par exemple la circulation en boucle dans la deuxième pompe 62, le sixième échangeur de chaleur 66 et le septième échangeur de 68, tout en permettant également la circulation de fluide caloporteur de la première branche B1 vers la quatrième branche B4.In addition, a “third” non-return valve 80 is arranged on an eighth branch B8 connecting an upstream end of said first branch B1 and a downstream end of said fourth branch B4, downstream of a fourth diversion point 82 towards said seventh branch B7 and upstream of a fourth junction point 84 of said third branch B3 to said fourth branch B4. This non-return valve 80 allows for example loop circulation in the second pump 62, the sixth heat exchanger 66 and the seventh exchanger 68, while also allowing the circulation of heat transfer fluid from the first branch B1 to the fourth branch B4.
La circulation de fluide caloporteur de la première branche B1 vers la septième branche B7 est ici obtenue en fermant l’extrémité aval de la quatrième branche B4 au niveau de ladite troisième vannes trois voies 76.The circulation of heat transfer fluid from the first branch B1 to the seventh branch B7 is here obtained by closing the downstream end of the fourth branch B4 at said third three-way valves 76.
A noter par ailleurs quel le circuit 11 de troisième fluide caloporteur comporte une vase d’expansion 72, situé sur ladite branche externe BE. En variante, le vase d’expansion est situé ailleurs dans le circuit 11 de troisième fluide caloporteur.Note also that the circuit 11 of the third heat transfer fluid includes an expansion tank 72, located on said external branch BE. Alternatively, the expansion tank is located elsewhere in the circuit 11 of the third heat transfer fluid.
Différents modes de fonctionnement du circuit de climatisation inversible sont illustrés en référence aux figures 3 à 5.Different operating modes of the inverter air conditioning circuit are illustrated with reference to Figures 3 to 5.
Sur la
La première vanne trois voies 33 ferme la circulation vers ledit deuxième échangeur de chaleur 16 et assure la circulation du premier échangeur de chaleur 14 vers la première branche de dérivation 24. Le deuxième organe de détente 40 est fermé, interdisant la circulation vers ledit cinquième échangeur e chaleur 42. Le premier organe de détente 20 est en revanche partiellement ouvert, de façon à faire subir une détente au fluide réfrigérant avant d’arriver dans ledit échangeur de chaleur bifluide 22. Le fluide réfrigérant est ensuite conduit vers le compresseur 12 en raison du clapet anti-retour 52. La vanne d’arrêt 50 est ouverte si besoin pour amener de la charge du condenseur vers la boucle active.The first three-way valve 33 closes the circulation towards said second heat exchanger 16 and ensures the circulation from the first heat exchanger 14 towards the first branch of diversion 24. The second expansion member 40 is closed, prohibiting circulation towards said fifth exchanger e heat 42. The first expansion member 20 is, however, partially open, so as to cause the refrigerant fluid to undergo expansion before arriving in said bifluid heat exchanger 22. The refrigerant fluid is then led to the compressor 12 due to of the check valve 52. The stop valve 50 is opened if necessary to bring the condenser load to the active loop.
Le circuit 10 de fluide réfrigérant forme ainsi une boucle fermée de fluide réfrigérant circulant successivement dans le compresseur 12, dans le premier échangeur de chaleur 14 fonctionnant en condenseur ou refroidisseur de fluide réfrigérant, dans le deuxième dispositif de stockage 30 de type bouteille, dans le premier organe de détente 20, et dans l’échangeur de chaleur bifluide 22 fonctionnant en évaporateur de fluide réfrigérant réchauffant ainsi le fluide réfrigérant. Pour amener cette chaleur nécessaire au fluide réfrigérant, le troisième fluide caloporteur est par exemple mis en mouvement vers le radiateur externe 32 pour capter des calories dans le flux d’air externe Fe, comme précédemment expliqué ci-dessus en référence à la
Pour résumer, ce premier mode de pompe à chaleur utilise le chiller 22 (« échangeur de chaleur bidluide ») de refroidissement des batteries comme évaporateur.To summarize, this first heat pump mode uses the chiller 22 (“bidluide heat exchanger”) for cooling the batteries as an evaporator.
Dans un mode de refroidissement des batteries illustré sur la
Le circuit 10 de fluide réfrigérant forme ainsi une boucle active de fluide réfrigérant circulant successivement à travers le compresseur 12, le premier échangeur de chaleur 14 fonctionnant en condenseur ou refroidisseur de fluide réfrigérant, dans le deuxième dispositif de stockage 30 de type bouteille, dans le deuxième échangeur de chaleur 16 fonctionnant en condenseur ou refroidisseur de fluide réfrigérant, dans le premier organe de détente 20, et dans l’échangeur de chaleur bifluide 22 fonctionnant en évaporateur de fluide réfrigérant réchauffant ainsi le fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant refroidit ainsi le troisième fluide caloporteur, ce qui permet de refroidir les batteries par circulation du troisième fluide caloporteur dans le septième échangeur de chaleur « batteries » 68. L’évacuation de la chaleur des batteries conjointement dans le premier échangeur de chaleur 1’ et dans le deuxième échangeur de chaleur 16 permet de maximiser la puissance de refroidissement des batteries.The refrigerant fluid circuit 10 thus forms an active loop of refrigerant fluid circulating successively through the compressor 12, the first heat exchanger 14 operating as a condenser or cooler of refrigerant fluid, in the second storage device 30 of bottle type, in the second heat exchanger 16 operating as a condenser or cooler of refrigerant fluid, in the first expansion member 20, and in the two-fluid heat exchanger 22 operating as an evaporator of refrigerant fluid thus heating the refrigerant fluid. The refrigerant fluid thus cools the third heat transfer fluid, which makes it possible to cool the batteries by circulation of the third heat transfer fluid in the seventh heat exchanger "batteries" 68. The evacuation of the heat from the batteries jointly in the first heat exchanger 1 ' and in the second heat exchanger 16 makes it possible to maximize the cooling power of the batteries.
Dans un mode de fonctionnement non représenté, qui diffère du mode de la
Dans un autre mode de fonctionnement non représenté, qui diffère du mode de la
Sur la
La première vanne trois voies ferme la circulation vers la première branche de dérivation 24 et assure la circulation du premier échangeur de chaleur 14 vers le deuxième échangeur de chaleur 16. Le premier organe de détente 20 et le deuxième organe de détente 40 sont partiellement ouverts de façon à détendre le fluide réfrigérant et à ce que l’échangeur de chaleur bifluide 22 et ledit cinquième échangeur de chaleur 42 fonctionnent en évaporateur de fluide réfrigérant.The first three-way valve closes the circulation towards the first branch of diversion 24 and ensures the circulation of the first heat exchanger 14 towards the second heat exchanger 16. The first expansion member 20 and the second expansion member 40 are partially open from so as to expand the refrigerant fluid and so that the bifluid heat exchanger 22 and said fifth heat exchanger 42 operate as a refrigerant evaporator.
La vanne d’arrêt 50 est ouverte si besoin pour amener de la charge du condenseur vers la boucle active.Shut-off valve 50 is opened if necessary to bring charge from the condenser to the active loop.
Le premier échangeur de chaleur 14 et le deuxième échangeur de chaleur 16 fonctionnent tous deux en condenseur (ou refroidisseur) de fluide réfrigérant. Comme dans le mode de fonctionnement de la
Un autre mode de déshumidification non représenté diffère simplement du mode de la
La
Dans cet exemple, ledit troisième organe de détente 70 est intégré dans la première vanne trois voies (33). En variante, le troisième organe de détente 70 est indépendant de la première vanne trois voies 26.In this example, said third expansion member 70 is integrated into the first three-way valve (33). Alternatively, the third expansion member 70 is independent of the first three-way valve 26.
Le troisième organe de détente 70 est de tout type adapté. Il s’agit par exemple d’un dispositif d’une vanne électronique d’expansion de fluide ou « détendeur électronique ».The third expansion member 70 is of any suitable type. This is for example a device of an electronic fluid expansion valve or “electronic expansion valve”.
Le troisième organe de détente 70 permet de faire subir une détente au fluide réfrigérant arrivant dans le deuxième échangeur de chaleur 16 et de faire fonctionner ainsi le deuxième échangeur de chaleur en évaporateur de fluide réfrigérant tout en circulant dans le même sens dans ledite deuxième échangeur de chaleur, comparé au sens de circulation dans lequel le deuxième échangeur de chaleur 16 est utilisé en tant que condenseur (ou refroidisseur) de fluide réfrigérant.The third expansion member 70 makes it possible to cause the refrigerant fluid arriving in the second heat exchanger 16 to undergo expansion and thus to operate the second heat exchanger as an evaporator of refrigerant fluid while circulating in the same direction in said second heat exchanger. heat, compared to the direction of circulation in which the second heat exchanger 16 is used as a condenser (or cooler) of refrigerant fluid.
de façon à ce que ledit deuxième échangeur de chaleur 16 puisse fonctionner en évaporateur de fluide réfrigérant lorsque le système est en mode de pompe à chaleur par exemple conjointement ou non avec l’échangeur de chaleur bifluide (22) fonctionnant par exemple lui aussi en évaporateur de fluide réfrigérant lorsque le système est en mode de pompe à chaleur.so that said second heat exchanger 16 can operate as an evaporator of refrigerant fluid when the system is in heat pump mode, for example jointly or not with the bifluid heat exchanger (22) operating for example also as an evaporator of refrigerant when the system is in heat pump mode.
Le circuit de la
Sur la
La
Le circuit 10 de fluide réfrigérant 10 de la
Le circuit 10 de fluide réfrigérant forme ainsi une boucle de circulation de fluide réfrigérant du compresseur 12 vers le premier échangeur de chaleur 14 puis vers le deuxième échangeur de chaleur 16 avant de circuler vers l’échangeur de chaleur bifluide 22.The refrigerant fluid circuit 10 thus forms a refrigerant fluid circulation loop from the compressor 12 to the first heat exchanger 14 then to the second heat exchanger 16 before circulating to the bifluid heat exchanger 22.
Le premier échangeur de chaleur 1’ fonctionne en condenseur (ou refroidisseur de fluide réfrigérant), tandis que le deuxième échangeur de chaleur 14 et l’échangeur de chaleur bifluide 22 fonctionnent en évaporateur.The first heat exchanger 1' operates as a condenser (or refrigerant cooler), while the second heat exchanger 14 and the dual-fluid heat exchanger 22 operate as an evaporator.
Plus particulièrement, le deuxième échangeur de chaleur 16 fonctionne en évaporateur sur l’air extérieur Fe et l’échangeur de chaleur bifluide 22 fonctionne en évaporateur sur le troisième fluide caloporteur, lequel, comme expliqué en référence à la
Le mode de réalisation de la
Enfin, la
Claims (14)
le circuit (10) de fluide réfrigérant comportant en outre une première branche de dérivation (24) entre un premier point de dérivation (26) situé sur la boucle principale (LP) entre le premier échangeur de chaleur (14) et le deuxième échangeur de chaleur (16) et un premier point de jonction (28) situé sur la boucle principale (LP) entre le premier dispositif de stockage (18) de fluide réfrigérant et le premier organe de détente (20), notamment de façon à ce que ledit échangeur de chaleur bifluide (22) puisse fonctionner en évaporateur de fluide réfrigérant lorsque le système est en mode de pompe à chaleur, ladite boucle principale (LP) de fluide réfrigérant comportant en outre un deuxième dispositif de stockage (30) de fluide réfrigérant entre le premier échangeur de chaleur (14) et ledit premier point de dérivation (26),
ledit circuit (11) de troisième fluide caloporteur comportant, outre ledit échangeur de chaleur bifluide (22), un quatrième échangeur de chaleur (32) agencé pour échanger des calories, de façon directe ou indirecte, avec un quatrième fluide caloporteur, le quatrième fluide caloporteur étant par exemple un flux d’air externe (Fe) en face avant du véhicule.Thermal management system of a hybrid or electric vehicle, the thermal management system comprising a reversible air conditioning circuit (10) in which a refrigerant fluid circulates, the reversible air conditioning circuit (10) comprising, in the direction of circulation of the fluid refrigerant, in a main loop (LP) of refrigerant fluid, a compressor (12), a first heat exchanger (14) arranged to exchange calories with a first heat transfer fluid, for example directly or indirectly, the first heat transfer fluid being for example an internal air flow (Fi) blown into the passenger compartment of the vehicle, a second heat exchanger (16) arranged to exchange calories with a second heat transfer fluid, for example directly or indirectly, the second fluid heat transfer being for example an external air flow (Fe) on the front of the vehicle, in particular so that said second heat exchanger (16) can operate as a cooler or condenser of refrigerant fluid when the system is in air conditioning mode , a first storage device (18) for refrigerant fluid, in particular to ensure a gas/liquid separation function, a first expansion member (20) for the refrigerant fluid and a two-fluid heat exchanger (22) arranged jointly on a circuit ( 11) a third heat transfer fluid, the third heat transfer fluid being for example a heat transfer liquid,
the refrigerant fluid circuit (10) further comprising a first branch (24) between a first branch point (26) located on the main loop (LP) between the first heat exchanger (14) and the second heat exchanger heat (16) and a first junction point (28) located on the main loop (LP) between the first storage device (18) of refrigerant fluid and the first expansion member (20), in particular so that said bifluid heat exchanger (22) can operate as a refrigerant evaporator when the system is in heat pump mode, said main loop (LP) of refrigerant fluid further comprising a second storage device (30) of refrigerant fluid between the first heat exchanger (14) and said first diversion point (26),
said circuit (11) of third heat transfer fluid comprising, in addition to said bifluid heat exchanger (22), a fourth heat exchanger (32) arranged to exchange calories, directly or indirectly, with a fourth heat transfer fluid, the fourth fluid heat transfer being for example an external air flow (Fe) on the front of the vehicle.
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2023
- 2023-10-23 WO PCT/EP2023/079521 patent/WO2024088986A1/en unknown
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| Publication number | Publication date |
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