WO2019101735A1 - Circuit de fluide refrigerant pour vehicule - Google Patents

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WO2019101735A1
WO2019101735A1 PCT/EP2018/081914 EP2018081914W WO2019101735A1 WO 2019101735 A1 WO2019101735 A1 WO 2019101735A1 EP 2018081914 W EP2018081914 W EP 2018081914W WO 2019101735 A1 WO2019101735 A1 WO 2019101735A1
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refrigerant
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Mohamed Yahia
Bertrand Nicolas
Jin-ming LIU
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Valeo Systemes Thermiques
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Definitions

  • the field of the present invention is that of refrigerant fluid circuits for a vehicle, especially for a motor vehicle.
  • Motor vehicles are commonly equipped with a refrigerant circuit used to heat or cool different areas or different components of the vehicle. It is in particular known to use this refrigerant circuit to thermally treat a flow of air into the passenger compartment of the vehicle equipped with such a circuit.
  • the life of the electrical storage device depends on the homogeneity of the temperature that prevails within the electrical storage device. Indeed, it is necessary to limit the temperature difference of the heat transfer fluid between its input and its output of the electrical storage device to a maximum of, for example 5 ° C. Such a constraint imposes a minimum flow rate of the heat transfer fluid within the electrical storage device, within the refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger, and more generally within the heat transfer fluid loop.
  • the cooling requirement of the electrical storage device may vary, for example according to the energy requirement of the vehicle or according to the temperature outside the electrical storage device.
  • the minimum flow of heat transfer fluid limits the possibilities of varying the cooling of the electrical storage device.
  • adaptability of the need for cooling of the storage device and temperature homogeneity within the same electrical storage device are objectives that the prior art did not know how to combine correctly.
  • the invention fits into this context and proposes a technical solution that contributes to the achievement of this dual objective, that is to say, to adapt the thermal power of the heat exchanger dedicated to the cooling of the electrical storage device. while limiting the temperature difference of the coolant within the electrical storage device to a maximum of 5 ° C, for example. It is thus possible to limit the overall consumption of the refrigerant circuit, avoiding the generation of a surplus of power finally useless compared to the cooling requirements of the electrical storage device.
  • the subject of the invention is therefore a circuit for a motor vehicle, configured to be traversed by a refrigerant fluid, the circuit comprising at least one device for compressing the refrigerant fluid, the circuit comprising a first branch and a second branch that extend between a point of divergence and a point of convergence, the first branch comprising at least a first heat exchanger and a first expansion member, the second branch comprising at least a second expansion member, the circuit further comprising a first portion which extends between the compression device and the divergence point and which comprises a third heat exchanger, and a second portion which extends between the convergence point and the compression device, characterized in that it comprises a device for control configured to drive the first detent member so as to operate the first heat exchanger heat at a determined power lower than its maximum power.
  • control device is configured to control the second expansion member so as to reach a subcooling value of the refrigerant strictly greater than o ° C, especially greater than 5 ° C.
  • This control of the second detent member may be delayed or simultaneous to the control of the first detent member.
  • the sub-cooling value is a target value which makes it possible to maintain proper operation of the refrigerant circuit, especially when it is equipped with a heat exchanger dedicated to the heat treatment of an electrical storage device of the vehicle.
  • This sub-cooling value is equal to the difference between the condensing temperature of the refrigerant at the pressure considered and the temperature of the same fluid measured at the outlet of the third heat exchanger. More precisely, the temperature value is between 5 ° C and 22 ° C.
  • the coolant is for example a subcritical fluid, such as that known under the reference R134A or 1234YF.
  • the fluid can be supercritical, such as the carbon dioxide whose reference is R744.
  • the refrigerant circuit according to the invention is a closed circuit which implements a thermodynamic cycle.
  • the compression device is for example a compressor, and the invention finds a particular application when the compressor is an electric compressor with fixed displacement and variable speed. It is thus possible to control the thermal power of the circuit according to the invention.
  • the first branch is in parallel with the second branch, as seen from the refrigerant fluid.
  • the point of divergence is the area of the circuit where the first portion splits in two, forming the first branch and the second branch.
  • the point of convergence is the area of the circuit where the first branch and the second branch form a single conduit, which here takes the form of the second portion of the circuit.
  • the first heat exchanger exchanges heat between the refrigerant and a heat transfer fluid of a heat transfer fluid loop, the latter being intended to transport the calories from an electrical storage device to the first heat exchanger. It is understood here that the cooling of the electrical storage device is indirect. Alternatively, the first heat exchanger may be in contact with the electrical storage device. In such a case, the cooling of the electrical storage device is direct.
  • the third heat exchanger can be installed on the front of the vehicle.
  • This third heat exchanger can thus be used as a condenser or gas cooler in the case of a super-critical fluid.
  • this third heat exchanger can be used as an evaporator.
  • This third Heat exchanger can also be arranged in a ventilation, heating and / or air conditioning system of the vehicle. In such a case, the third heat exchanger is used as a condenser, or gas cooler in the case of a supercritical fluid.
  • the first expansion member and the second expansion member may be electrically actuated expansion members, driven for example by electronic means.
  • the first detent member and / or the second detent member are therefore controlled electrically or electronically.
  • the control device may for example take the form of an electronic unit capable of acting on an opening or closing of the first detent member and / or the second detent member.
  • Such an electronic unit drives the first detent member so as to operate the first heat exchanger at a determined power lower than its maximum power.
  • the power determined is a reflection of a request for cooling of the electrical storage device which is less than a maximum cooling demand, the latter corresponding to the maximum power that the first heat exchanger is capable of delivering. To do this, the first detent member tends to close, limiting the flow of refrigerant flowing therethrough.
  • the electronic unit controls or acts on the second expansion member so as to reach a subcooling value of the refrigerant strictly greater than o ° C, in particular equal to or greater than 5 ° C, and for example at most equal to 22 ° C.
  • a subcooling value of the refrigerant strictly greater than o ° C, in particular equal to or greater than 5 ° C, and for example at most equal to 22 ° C.
  • the subcooling of the refrigerant is to lower the temperature of this fluid below its condensation temperature, for the case of a subcritical fluid for example.
  • the temperature value that is the subject of the invention is therefore a difference between the condensing temperature of the refrigerant, at a temperature of given pressure, and the temperature of the refrigerant fluid in the liquid state measured in situ, at any point of the circuit between an output of the third heat exchanger and the point of divergence, this difference must be strictly greater than o ° C but may be be between 5 ° C and 22 ° C as mentioned above.
  • the first heat exchanger is configured to heat-treat an electrical storage device of the vehicle. It is thus specifically dedicated to this electrical storage device and does not have the function of cooling another component.
  • the circuit according to the invention may comprise a refrigerant storage device arranged in the second portion of the circuit.
  • the refrigerant storage device may be disposed in the first portion of the circuit.
  • the circuit may further comprise a device for detecting the temperature of the coolant disposed in the first portion of the circuit, the detection device communicating information to the control device and from which the control device controls the second expansion member.
  • the circuit may also include a refrigerant temperature sensing element disposed in the second portion of the circuit.
  • this detection element is upstream of the accumulation device, when the latter is disposed upstream of the compression device.
  • the sensing element may also be between the accumulation device and the compression device. In both cases, this detection element communicates information to the control device relating to the temperature of the refrigerant which is directed towards the accumulation device.
  • the sensing element measures the overheating of the refrigerant at the outlet of the first heat exchanger and / or the second heat exchanger.
  • the second branch comprises a second heat exchanger.
  • This second heat exchanger is used as an evaporator and is housed in the ventilation system, heating and / or air conditioning of the motor vehicle.
  • the invention also relates to a thermal treatment system for a motor vehicle, comprising an electrical storage device of the motor vehicle and a circuit according to any one of the embodiments described herein, where the first heat exchanger co-operates. with the electrical storage device so as to ensure its cooling.
  • Such a system may include a ventilation system, heating and / or air conditioning of the passenger compartment of the motor vehicle.
  • the second branch of the circuit then comprises a second heat exchanger disposed in, that is to say within, the ventilation system, heating and / or air conditioning.
  • the invention also covers a method for controlling the thermal power delivered to an electrical storage device of a motor vehicle, implementing a circuit traversed by a refrigerant fluid, the circuit comprising at least one device for compressing the refrigerant fluid, the circuit comprising a first branch and a second branch which extend between a point of divergence and a point of convergence, the first branch comprising at least a first heat exchanger associated with the electrical storage device and a first expansion member, the second branch comprising at least a second expansion member, the circuit further comprising a first portion extending between the compression device and the point of divergence and which comprises a third heat exchanger, and a second portion extending between the point of convergence and the compression device, in which process a uses the thermal power of the first heat exchanger at a determined thermal power lower than its maximum power by driving the first expansion member.
  • the second expansion member is controlled so as to reach a sub-cooling temperature value of the cooling fluid. strictly greater than o ° C, especially greater than 5 ° C.
  • FIG. 1 is a schematic view of the circuit according to the invention, in a first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic view of the circuit according to the invention, in a second embodiment
  • FIG. 3 is a schematic view of a thermal system incorporating a circuit according to a third embodiment of the invention.
  • the circuit according to the invention mainly comprises a device for compressing the refrigerant fluid, heat exchangers, expansion members, pipes connecting each of these components, and optionally valves or valves.
  • the circuit also includes a control device that acts on some of these components.
  • upstream and downstream employed in the description which follows refer to the flow direction of the fluid in question, that is to say the coolant, an interior air flow sent to a passenger compartment of the vehicle or an air flow. outside the vehicle cabin.
  • FIG. 1 thus shows a circuit 1 inside which a refrigerating fluid FR circulates.
  • This circuit 1 is a closed loop where the coolant is circulated by a compression device 2, which takes for example the form of an electric compressor.
  • the refrigerant FR begins its circuit at an output 3 of the compression device 2 and returns to an inlet 4 of the same compression device 2.
  • the circuit 1 comprises a first portion 5, at least two parallel branches 6, 7 and a second portion 8.
  • the first portion 5 extends from the outlet 3 of the compression device 2 at a point of divergence 9, where a first branch 6 and a second branch 7 separate.
  • the first portion 5 of the circuit 1 comprises at least one heat exchanger, hereinafter called third heat exchanger 10, which is installed directly downstream of the outlet 3 of the compression device 2, in the direction of circulation of the refrigerant when it go through the first portion 5.
  • a refrigerant accumulator device 11 is disposed in the first portion 5 of the circuit 1, immediately downstream of the third heat exchanger 10.
  • the accumulator device 11 is a desiccant bottle which can advantageously be integrated in the third heat exchanger 10.
  • the third heat exchanger 10 can be installed opposite the front face of the vehicle equipped with the circuit 1 according to the invention and it is in this situation traversed by a outside air flow 31 to the passenger compartment of the vehicle.
  • the first branch 6 and the second branch 7 start at the point of divergence 9 and meet at a point of convergence 12.
  • the first branch 6 comprises at least one expansion member, hereinafter called first expansion member 13, a first heat exchanger 14 and pipes between these components.
  • the first expansion member 13 acts on a thermal power implemented by the first exchanger 14, being able to vary this thermal power of the maximum power of the first heat exchanger 14 at all thermal power below this maximum power, in particular by reducing the passage section of the coolant in the first expansion member 13.
  • the second branch 7 may consist of a single pipe which joins the point of divergence 9 to the convergence point 12, such a pipe nevertheless comprising an expansion member, hereinafter called the second expansion member 15.
  • the second branch 7 can comprise another heat exchanger, called second heat exchanger 16, installed between the second expansion member 15 and the convergence point 12.
  • the second expansion member 15 can thus control the flow of refrigerant flowing through the second branch 7, in particular within the second heat exchanger 16, such a flow being a function of the thermal power of the first heat exchanger 14 when it is limited.
  • the second heat exchanger 16 can be installed inside a ventilation, heating and / or air conditioning system which cooperates with the circuit 1, to form a heat treatment system for the motor vehicle. This second heat exchanger 16 can then be used as an evaporator to cool an interior air flow 32 which is sent into the passenger compartment of the vehicle.
  • the refrigerant circuit 1 FR terminates in the second portion 8, the latter portion extending between the convergence point 12 and the inlet 4 of the compression device 2.
  • the circuit 1 described above is intended to thermally treat an electrical storage device 17 which equips the motor vehicle.
  • an electrical storage device accumulates or restores electrical energy in order to set the motor vehicle in motion, via a dedicated electric motor.
  • This is for example a battery pack containing several electric cells that store the electric current.
  • the first heat exchanger 14 is thermally associated with the electrical storage device 17. According to a first alternative, the first heat exchanger 14 directly exchanges calories with the electrical storage device 7, by convection or conduction. This is a direct thermal treatment of the electrical storage device 17.
  • the first heat exchanger 14 is thermally associated with the electrical storage device 17 via a loop 18 of heat transfer fluid FC, the latter being set in motion by a pump 19. indirect heat treatment of the electrical storage device 17.
  • the heat transfer fluid FC thus captures the calories at the electrical storage device 17 and transports them to the first heat exchanger 14.
  • the refrigerant circuit 1 FR further comprises means for acquiring information relating to the circuit 1 or the electrical storage device 17, and means for acting on the components of this circuit 1 so as to reach fixed instructions, especially temperatures. of refrigerant at the outlet of the third heat exchanger 10 and a temperature of This storage circuit 17 is controlled by a control device 20 which may take the form of a housing or an electronic unit.
  • the control device 20 is electrically connected to the first expansion element 13 as well as to the second expansion element 15, and it is connected to the vehicle electrical network by a power supply 28 and by control signals 29.
  • control device 20 acts, by a first control 24, on the first expansion member 13 so as to adapt the cooling power of the first heat exchanger 14 to the cooling requirements 26 required by the electrical storage device 17.
  • the control device 20 acts, by a first control 24, on the first expansion member 13 so as to adapt the cooling power of the first heat exchanger 14 to the cooling requirements 26 required by the electrical storage device 17.
  • the 20 acts, by a second control 25, on the second expansion member 15, so as to maintain a sub-cooling temperature value of the refrigerant FR at a level compatible with the cooling of the thermal storage device 17.
  • This value of temperature is determined by measuring the temperature of the refrigerant FR between an outlet 21 of the third heat exchanger 10 and an inlet 22, 23 of one or the other of the expansion members 13, 15, and subtracting this measurement from the condensation temperature of the refrigerant.
  • a device 33 for detecting the temperature of the refrigerant fluid is inserted into the circuit 1 so as to measure the temperature of the refrigerating fluid FR in situ.
  • This detection device 33 which may take the form of a pressure / temperature sensor, sends what it measures to the control device 20 via the information 27.
  • control device 20 is advantageously able to drive the compression device 2, via a third control 30.
  • control 20 thus acts on the speed of rotation of the compression device 2, especially when it is a compressor with an integrated electric motor and fixed displacement.
  • the refrigerant circuit 1 FR which has just been described in detail is as follows. By way of example, this operation is described for a cooling mode of the passenger compartment simultaneously with a cooling mode of the electric storage device 17, for a subcritical refrigerant fluid.
  • a circuit 1 can also be used in heat pump or dehumidification mode of the indoor airflow 32, as is the case of the third embodiment illustrated in FIG.
  • the compression device 2 raises the pressure and the temperature of the refrigerating fluid FR, which through the third heat exchanger 10 gives up its calories to the outside air flow 31. In doing so, the cooling fluid FR condenses, and a liquid phase of it accumulates in the accumulation device 11, in the situation of the first embodiment shown in FIG. 1.
  • the coolant FR in the liquid state reaches the point of divergence 9 and separates into a first portion which supplies the first expansion member 13, and a second portion which supplies the second expansion member 15.
  • the electrical storage device 17 discloses its need for cooling 26 to the control device 20. According to the invention, it then drives the first expansion member 13 and adjusts the refrigerant flow rate so as to achieve without exceeding the cooling requirement of the device of In a situation where the need is lower than the maximum thermal power that can be generated by the first heat exchanger 14, the control device 20 limits the amount of coolant sent to this heat exchanger, reducing the cross-section of the heat exchanger. passage of the first expansion member 13. The thermal power of the first heat exchanger 14 is then reduced for metr e in adequacy with the need of the electrical storage device 17.
  • the control device 20 anticipates this situation by guaranteeing that the refrigerating fluid FR downstream of the third heat exchanger 10 is undercooled, that is to say with a temperature difference between measured temperature and condensation temperature at least greater than 0 ° C, and for example greater than or equal to 5 ° C. This objective is achieved by controlling a circulation of refrigerant fluid FR in the second branch 7, by opening in a controlled manner the second expansion member 15.
  • the first heat exchanger 14 then behaves like an evaporator.
  • the second heat exchanger 16 can also be used as an evaporator to cool the interior air flow 32 sent into the passenger compartment.
  • FIG. 1 shows the circuit 1 according to a second embodiment.
  • This circuit 1 is identical to the circuit 1 presented in connection with Figure 1 except for the position and type of storage device, and by the addition of a refrigerant temperature sensing element.
  • the accumulation device 11 is disposed in the second portion 8, between the convergence point 12 and the inlet 4 of the compression device 2.
  • the accumulation device 11 takes the form of an accumulator, in which the liquid phase contained in the refrigerant FR accumulates in the accumulator, and in which the gaseous phase of this same refrigerant FR is sucked by the compression device 2.
  • the control device 20 controls the refrigerant circulation in the second branch 7 by opening the second expansion member 15 , thus allowing a part of the refrigerant fluid in the two-phase state to reach the point of convergence 12.
  • the control of the opening of the second expansion member 15 makes it possible to ensure a mixture between the superheated refrigerant from the first branch 6 and the two-phase refrigerant from the second branch 7, so that the refrigerant admitted to the inlet of the accumulation device 11 and then to the suction of the compressor is in a state biphasic.
  • a detection element 46 which can take the form of a pressure / temperature sensor, is disposed either in the second portion 8 of the refrigerant circuit, for example between the convergence point 12 and a inlet 35 of the accumulation device 11, or between an outlet 34 of the first heat exchanger 14 and the convergence point 12.
  • the presence of the subcooling of the refrigerant FR is detected by the detection device 33, while the presence an overheating of the refrigerant FR between the point of convergence 12 and the inlet 35 of the accumulation device 11 is detected by the detection element 46 and sent via the information 47 to the control device 20.
  • the detected superheat is quantified precisely by virtue of the temperature information measured by the detection element 46.
  • the control device 20 can act ur the second expansion member 15, opening it so as to allow a passage of the refrigerant fluid in the two-phase state in the second branch 7, to join the superheated refrigerant FR from the first heat exchanger 14. It can thus checking the value of the enthalpy of the coolant resulting from the mixing of the fluid coming from the second branch 7 and the fluid coming from the first branch 6. In other words, it is possible to control the enthalpy of the refrigerant mixture. It is thus possible to control the title of the mixture. This overheating is thus corrected so as to bring the title of the coolant to a value close to 0.95.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the refrigerant circuit 1, incorporated in a motor vehicle heat treatment system, the system comprising an electrical storage device 17 of the motor vehicle and a ventilation, heating and / or air conditioning installation. 36 shown schematically. This heating and / or air-conditioning ventilation system 36 channels the interior air flow 32 to send it heat-treated into the passenger compartment of the vehicle.
  • FIG. 3 shows the circuit 1 according to the third embodiment.
  • This circuit 1 is identical to the circuit 1 presented in connection with FIG. 2, reference will be made to the description of FIG. 2 to find the means of implementing the components and the architecture of the circuit 1 of FIG. 3.
  • This third embodiment of the circuit 1 offers additional functionalities such as a heat pump mode for heating the interior air flow 32, with recovery of the calories on the third heat exchanger 10 and / or on the first heat exchanger 14 and / or on the second heat exchanger 16, while cooling the electric storage device 17 via an adaptation of the power delivered by the first heat exchanger 14.
  • the circuit 1 of this third embodiment comprises a fourth heat exchanger 37 disposed in the first portion 5 of the circuit 1. View of the refrigerant, this fourth exchanger is disposed between the outlet 3 of the compression device 2 and an inlet 38 of the third heat exchanger 10. Physically, this fourth heat exchanger 37 is positioned inside the ventilation, heating and / or air conditioning unit 36 and is used as an evaporator to transmit the calories to the heat flow. indoor air 32, when the circuit 1 operates in heat pump mode.
  • a third expansion member 39 is also part of this circuit 1, and it is disposed in the first portion 5 of the circuit 1, in particular between the fourth heat exchanger 37 and the inlet 38 of the third heat exchanger 10. detent 39 is controlled by a signal 45 and is placed under the control device 20.
  • This third expansion member 39 allows the third heat exchanger 10 to operate as an evaporator, when the circuit 1 is in heat pump mode.
  • the third embodiment of the circuit 1 is further distinguished from the second embodiment by the presence of a bypass channel 40 which connects an outlet 41 of the fourth heat exchanger 37 and the point of divergence 9.
  • the circulation of the refrigerant in this bypass channel 40 is placed under the control of a first stop valve 42.
  • This bypass channel 40 and this first stop valve 42 are operated in two modes that may be exclusive or complementary: a dehumidification mode of the flow indoor air 32, where it is necessary to heat the air flow while drying through the second heat exchanger 16 which operates in evaporator mode; a heat recovery mode on the electric storage device 17, where the hot point of the thermodynamic cycle is carried out simultaneously by the first heat exchanger 14 and by the third heat exchanger 10.
  • the circuit 1 shown in FIG. 3 also comprises a non-return valve
  • this nonreturn valve 43 which prohibits any circulation of the refrigerant fluid FR from the point of divergence 9 to the third heat exchanger 10. On the contrary, this nonreturn valve allows the circulation of the refrigerant fluid FR from the outlet 21 of the third heat exchanger 10. This non-return valve 43 is of interest in the operating modes where the bypass channel 40 is used.
  • a second stop valve 44 is also included in this circuit 1. This is arranged in the first portion 5 of the circuit 1, between the outlet 21 of the third heat exchanger 10 and the point of convergence 12. This second valve 'stop
  • This stop valve 44 is closed when the third heat exchanger 10 is used as a condenser, that is to say in cooling mode of the passenger compartment and / or the electrical storage device 17. This stop valve 44 is also open when the third heat exchanger 10 is used as an evaporator, i.e. in heat pump mode for heating the inner air flow 32 by heat exchange with the fourth heat exchanger 37.
  • the control device 20 adjusts the heat capacity of the first heat exchanger 14 to the requirements of cooling requested by the electrical storage device 17, controlling the first expansion member 13.
  • a sub-cooling temperature value at least greater than o ° C, and in particular equal to or greater than 5 ° C, is also referred to by acting on the second expansion member 15. If the sub-cooling temperature value of the refrigerant FR is greater than a set subcooling value, the second expansion member 15 tends to increase the circulation of refrigerant fluid FR in the second branch 7. In the opposite case, the second expansion member 15 tends to limit the circulation of refrigerant fluid FR in the second branch 7.
  • the present invention thus makes it possible to simply provide, at optimized costs and without unnecessary excess of power, the heat treatment of an electrical storage device, such as a battery or a battery pack, configured for supplying electric power to an electric drive motor of the vehicle.
  • an electrical storage device such as a battery or a battery pack
  • the invention can not, however, be limited to the means and configurations described and illustrated here, and it also extends to any equivalent means or configurations and any technically operating combination of such means.
  • the architecture of the refrigerant circuit can be modified without harming the invention insofar as it fulfills the functionalities described in this document.

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Abstract

L'invention concerne un circuit (1) pour véhicule automobile parcouru par un fluide réfrigérant (FR), le circuit (1) comprenant au moins un dispositif de compression (2), le circuit (1) comprenant une première branche (6) et une deuxième branche (7) qui s'étendent entre un point de divergence (9) et un point de convergence (12), la première branche (6) comprenant au moins un premier échangeur de chaleur (14) et un premier organe de détente (13), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de contrôle (20) configuré pour piloter le premier organe de détente (13) de manière à faire fonctionner le premier échangeur de chaleur (14) à une puissance déterminée inférieure à sa puissance maximale.

Description

CIRCUIT DE FLUIDE REFRIGERANT POUR VEHICULE
Le domaine de la présente invention est celui des circuits de fluide réfrigérant pour véhicule, notamment pour véhicule automobile.
Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’un circuit de fluide réfrigérant utilisé pour chauffer ou refroidir différentes zones ou différents composants du véhicule. Il est notamment connu d’utiliser ce circuit de fluide réfrigérant pour traiter thermiquement un flux d’air envoyé dans l’habitacle du véhicule équipé d’un tel circuit.
Dans une autre application de ce circuit, il est connu de l’utiliser pour refroidir un dispositif de stockage électrique du véhicule. Une boucle de fluide caloporteur est alors disposée entre un échangeur thermique mis au contact du dispositif de stockage électrique et un échangeur de chaleur parcouru à la fois par le fluide caloporteur et par le fluide réfrigérant.
La durée de vie du dispositif de stockage électrique dépend de l’homogénéité de la température qui règne au sein du dispositif de stockage électrique. En effet, il convient de limiter l’écart de température du fluide caloporteur entre son entrée et sa sortie du dispositif de stockage électrique à un maximum par exemple de 5°C. Une telle contrainte impose un débit minimum du fluide caloporteur au sein du dispositif de stockage électrique, au sein de l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur, et plus globalement au sein de la boucle de fluide caloporteur.
Le besoin en refroidissement du dispositif de stockage électrique peut varier, par exemple selon le besoin énergétique du véhicule ou selon la température extérieure au dispositif de stockage électrique. Or, le débit minimum de fluide caloporteur limite les possibilités de faire varier le refroidissement du dispositif de stockage électrique. Dis autrement, adaptabilité du besoin en refroidissement du dispositif de stockage et homogénéité de température au sein de ce même dispositif de stockage électrique sont des objectifs que l’art antérieur n’a pas su combiner correctement. L’invention s’inscrit dans ce contexte et propose une solution technique qui concoure à l’atteinte de ce double objectif, c’est-à-dire adapter la puissance thermique de l’échangeur de chaleur dédié au refroidissement du dispositif de stockage électrique tout en limitant l’écart de température du fluide caloporteur au sein du dispositif de stockage électrique à un maximum de 5°C, par exemple. Il est ainsi possible de limiter la consommation globale du circuit de fluide réfrigérant, en évitant la génération d’un excédent de puissance finalement inutile comparé aux besoins en refroidissement du dispositif de stockage électrique.
L'invention a donc pour objet un circuit pour véhicule automobile, configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant, le circuit comprenant au moins un dispositif de compression du fluide réfrigérant, le circuit comprenant une première branche et une deuxième branche qui s’étendent entre un point de divergence et un point de convergence, la première branche comprenant au moins un premier échangeur de chaleur et un premier organe de détente, la deuxième branche comprenant au moins un deuxième organe de détente, le circuit comprenant en outre une première portion qui s’étend entre le dispositif de compression et le point de divergence et qui comprend un troisième échangeur de chaleur, et une deuxième portion qui s’étend entre le point de convergence et le dispositif de compression, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de contrôle configuré pour piloter le premier organe de détente de manière à faire fonctionner le premier échangeur de chaleur à une puissance déterminée inférieure à sa puissance maximale.
Selon un aspect avantageux, le dispositif de contrôle est configuré pour piloter le deuxième organe de détente de manière à atteindre une valeur de sous- refroidissement du fluide réfrigérant strictement supérieure à o°C, notamment supérieure à 5°C. Ce pilotage du deuxième organe de détente peut intervenir de manière différée ou simultanée au pilotage du premier organe de détente. La valeur de sous refroidissement est une valeur cible qui permet de maintenir un bon fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant, notamment quand celui-ci est équipé d’un échangeur de chaleur dédié au traitement thermique d’un dispositif de stockage électrique du véhicule. Cette valeur de sous refroidissement est égale à l’écart qui sépare la température de condensation du fluide réfrigérant, à la pression considérée, et la température de ce même fluide mesurée en sortie du troisième échangeur de chaleur. De manière plus précise, la valeur de température est comprise entre 5°C et 22°C.
Le fluide réfrigérant est par exemple un fluide sous-critique, tel que celui connu sous la référence R134A ou 1234YF. Alternativement, le fluide peut être super-critique, tel que le dioxyde de carbone dont la référence est R744. Le circuit de fluide réfrigérant selon l’invention est un circuit fermé qui met en œuvre un cycle thermodynamique.
Le dispositif de compression est par exemple un compresseur, et l’invention trouve une application toute particulière lorsque le compresseur est un compresseur électrique à cylindrée fixe et à vitesse variable. Il est ainsi possible de contrôler la puissance thermique du circuit selon l’invention.
La première branche est en parallèle de la deuxième branche, vue du fluide réfrigérant.
Le point de divergence est la zone du circuit où la première portion se sépare en deux, en formant la première branche et la deuxième branche. Le point de convergence est la zone du circuit où la première branche et la deuxième branche ne forment plus qu’un unique conduit, qui prend ici la forme de la deuxième portion du circuit.
Le premier échangeur de chaleur échange des calories entre le fluide réfrigérant et un fluide caloporteur d’une boucle de fluide caloporteur, cette dernière étant destinée à transporter les calories d’un dispositif de stockage électrique vers le premier échangeur de chaleur. On comprend ici que le refroidissement du dispositif de stockage électrique est indirect. De manière alternative, le premier échangeur de chaleur peut être au contact du dispositif de stockage électrique. Dans un tel cas, le refroidissement du dispositif de stockage électrique est direct.
Le troisième échangeur de chaleur peut être installé en face avant du véhicule. Ce troisième échangeur de chaleur peut ainsi être utilisé comme condenseur, ou refroidisseur de gaz dans le cas d’un fluide super-critique. Dans un mode de fonctionnement du circuit tel que celui de la pompe à chaleur, ce troisième échangeur de chaleur peut être utilisé en tant qu’évaporateur. Ce troisième échangeur de chaleur peut également être disposé dans une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation du véhicule. Dans un tel cas, le troisième échangeur de chaleur est utilisé en tant que condenseur, ou refroidisseur de gaz dans le cas d’un fluide super-critique.
Le premier organe de détente et le deuxième organe de détente peuvent être des organes de détente à commande électrique, pilotés par exemple par des moyens électroniques. Le premier organe de détente et/ou le deuxième organe de détente sont donc pilotés électriquement ou électroniquement.
Le dispositif de contrôle peut par exemple prendre la forme d’un boîtier électronique capable d’agir sur une ouverture ou fermeture du premier organe de détente et/ou du deuxième organe de détente. Un tel boîtier électronique pilote le premier organe de détente de manière à faire fonctionner le premier échangeur de chaleur à une puissance déterminée inférieure à sa puissance maximale. La puissance déterminée est le reflet d’une demande de refroidissement du dispositif de stockage électrique qui est inférieure à une demande maximum de refroidissement, cette dernière correspondant à la puissance maximale que le premier échangeur de chaleur est susceptible de délivrer. Pour ce faire, le premier organe de détente tend à se fermer, en limitant le débit de fluide réfrigérant qui passe à son travers.
De manière avantageuse, le boîtier électronique pilote ou agit sur le deuxième organe de détente de manière à atteindre une valeur de sous-refroidissement du fluide réfrigérant strictement supérieure à o°C, notamment égale ou supérieure à 5°C, et par exemple au maximum égale à 22°C. On notera que la valeur de sous- refroidissement tend à augmenter quand on limite la section de passage du fluide réfrigérant au travers du deuxième organe de détente. A l’inverse, la valeur de sous- refroidissement diminue quand on augmente la section de passage du deuxième organe de détente.
Le sous-refroidissement du fluide réfrigérant consiste à abaisser la température de ce fluide en dessous de sa température de condensation, pour le cas d’un fluide sous-critique par exemple. La valeur de température objet de l’invention est donc un écart entre la température de condensation du fluide réfrigérant, à une pression donnée, et la température du fluide réfrigérant à l’état liquide mesuré in situ, en tout point du circuit compris entre une sortie du troisième échangeur de chaleur et le point de divergence, cet écart devant être strictement supérieur à o°C mais pouvant être compris entre 5°C et 22°C comme évoqué plus haut.
De manière avantageuse, le premier échangeur de chaleur est configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique du véhicule. Il est ainsi spécialement dédié à ce dispositif de stockage électrique et n’a pas pour fonction de refroidir un autre composant.
Le circuit selon l’invention peut comprendre un dispositif accumulateur de fluide réfrigérant disposé dans la deuxième portion du circuit. Alternativement, le dispositif accumulateur de fluide réfrigérant peut être disposé dans la première portion du circuit.
Le circuit peur encore comprendre un dispositif de détection de la température du fluide réfrigérant disposé dans la première portion du circuit, le dispositif de détection communiquant une information au dispositif de contrôle et à partir de laquelle le dispositif de contrôle pilote le deuxième organe de détente.
Le circuit peut également comprendre un élément de détection de la température du fluide réfrigérant disposé dans la deuxième portion du circuit. Avantageusement, cet élément de détection est en amont du dispositif d’accumulation, quand ce dernier est disposé en amont du dispositif de compression. En variante, l’élément de détection peut aussi être entre le dispositif d’accumulation et le dispositif de compression. Dans les deux cas, cet élément de détection communique une information au dispositif de contrôle relative à la température du fluide réfrigérant qui se dirige vers le dispositif d’accumulation. L’élément de détection mesure la surchauffe du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur et/ou du deuxième échangeur de chaleur.
De manière avantageuse, la deuxième branche comprend un deuxième échangeur de chaleur. Ce deuxième échangeur de chaleur est utilisé en tant qu’évaporateur et est logé dans l’installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation du véhicule automobile. L’invention vise également un système de traitement thermique d’un véhicule automobile, comprenant un dispositif de stockage électrique du véhicule automobile et un circuit selon l’un quelconque des modes de réalisation décrits dans le présent document, où le premier échangeur de chaleur coopère avec le dispositif de stockage électrique de manière à assurer son refroidissement.
Un tel système peut comprendre une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation de l’habitacle du véhicule automobile. La deuxième branche du circuit comprend alors un deuxième échangeur de chaleur disposé dans, c’est-à-dire à l’intérieur de, l’installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation.
L’invention couvre aussi un procédé de contrôle de la puissance thermique délivré à un dispositif de stockage électrique d’un véhicule automobile, mettant en œuvre un circuit parcouru par un fluide réfrigérant, le circuit comprenant au moins un dispositif de compression du fluide réfrigérant, le circuit comprenant une première branche et une deuxième branche qui s’étendent entre un point de divergence et un point de convergence, la première branche comprenant au moins un premier échangeur de chaleur associé au dispositif de stockage électrique et un premier organe de détente, la deuxième branche comprenant au moins un deuxième organe de détente, le circuit comprenant en outre une première portion qui s’étend entre le dispositif de compression et le point de divergence et qui comprend un troisième échangeur de chaleur, et une deuxième portion qui s’étend entre le point de convergence et le dispositif de compression, procédé au cours duquel on ajuste la puissance thermique du premier échangeur de chaleur à une puissance thermique déterminée inférieure à sa puissance maximum en pilotant le premier organe de détente.
Selon un aspect de ce procédé, postérieurement ou simultanément à l’ajustement de la puissance thermique du premier échangeur de chaleur à la puissance thermique déterminée, on pilote le deuxième organe de détente de manière atteindre une valeur de température de sous-refroidissement du fluide réfrigérant strictement supérieure à o°C, notamment supérieure à 5°C.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique du circuit selon l’invention, dans un premier mode de réalisation,
- la figure 2 est une vue schématique du circuit selon l’invention, dans un deuxième mode de réalisation,
- la figure 3 est une vue schématique d’un système thermique qui incorpore un circuit selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
Il faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention, le cas échéant. Ces figures sont des représentations schématiques qui illustrent comment est réalisé le circuit, ce qui le compose et comment le fluide réfrigérant circule en son sein. En particulier, le circuit selon l’invention comprend principalement un dispositif de compression du fluide réfrigérant, des échangeurs de chaleurs, des organes de détentes, des canalisations reliant chacun de ces composants, et optionnellement des vannes ou clapet. Le circuit comprend également un dispositif de contrôle qui agit sur certains de ces composants. Les termes amont et aval employés dans la description qui suit se réfèrent au sens de circulation du fluide considéré, c’est-à-dire le fluide réfrigérant, un flux d’air intérieur envoyé vers un habitacle du véhicule ou un flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule.
La figure 1 montre ainsi un circuit 1 à l’intérieur duquel un fluide réfrigérant FR circule. Ce circuit 1 est une boucle fermée où le fluide réfrigérant est mis en circulation par un dispositif de compression 2, qui prend par exemple la forme d’un compresseur électrique. Le fluide réfrigérant FR débute son circuit à une sortie 3 du dispositif de compression 2 et revient à une entrée 4 de ce même dispositif de compression 2.
Selon les modes de réalisation illustrés aux figures 1 à 3, le circuit 1 comprend une première portion 5, au moins deux branches parallèles 6, 7 et une deuxième portion 8. La première portion 5 s’étend de la sortie 3 du dispositif de compression 2 à un point de divergence 9, où une première branche 6 et une deuxième branche 7 se séparent. La première portion 5 du circuit 1 comprend au moins un échangeur chaleur, ci-après appelé troisième échangeur de chaleur 10, qui est installé directement en aval de la sortie 3 du dispositif de compression 2, selon le sens de circulation du fluide réfrigérant quand il parcourt la première portion 5.
Selon un premier mode de réalisation montré à la figure 1, un dispositif accumulateur 11 de fluide réfrigérant est disposé dans la première portion 5 du circuit 1, immédiatement en aval du troisième échangeur de chaleur 10. Dans le cas d’espèce, le dispositif accumulateur 11 est une bouteille déshydratante qui peut avantageusement être intégrée au troisième échangeur de chaleur 10. Le troisième échangeur de chaleur 10 peut être installé en face en face avant du véhicule équipé du circuit 1 selon l’invention et il est dans cette situation traversé par un flux d’air extérieur 31 à l’habitacle du véhicule.
Sur les figures 1 à 3, on constate que la première branche 6 et la deuxième branche 7 débutent au point de divergence 9 et se rejoignent à un point de convergence 12. La première branche 6 comprend au moins un organe de détente, ci-après appelé premier organe de détente 13, un premier échangeur de chaleur 14 et des canalisations entre ces composants. Le premier organe de détente 13 agit sur une puissance thermique mise en œuvre par le premier échangeur 14, en étant en mesure de faire varier cette puissance thermique de la puissance maximale du premier échangeur de chaleur 14 à toutes puissances thermiques inférieures à cette puissance maximale, notamment en réduisant la section de passage du fluide réfrigérant dans le premier organe de détente 13.
La deuxième branche 7 peut être constituée d’une unique canalisation qui joint le point de divergence 9 au point de convergence 12, une telle canalisation comprenant néanmoins un organe de détente, ci-après appelé deuxième organe de détente 15. De manière optionnelle, la deuxième branche 7 peut comprendre un autre échangeur de chaleur, appelé deuxième échangeur de chaleur 16, installé entre le deuxième organe de détente 15 et le point de convergence 12. Le deuxième organe de détente 15 peut ainsi contrôler le débit de fluide réfrigérant qui circule dans la deuxième branche 7, notamment au sein du deuxième échangeur de chaleur 16, un tel débit étant fonction de la puissance thermique du premier échangeur de chaleur 14 quand celle-ci est limitée. On notera que le deuxième échangeur de chaleur 16 peut être installé à l’intérieur d’une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation qui coopère avec le circuit 1, pour former un système de traitement thermique du véhicule automobile. Ce deuxième échangeur de chaleur 16 peut alors être utilisé en tant qu’évaporateur pour refroidir un flux d’air intérieur 32 qui est envoyé dans l’habitacle du véhicule.
Le circuit 1 de fluide réfrigérant FR se termine par la deuxième portion 8, cette dernière s’étendant entre le point de convergence 12 et l’entrée 4 du dispositif de compression 2.
Le circuit 1 décrit ci-dessus est destiné à traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique 17 qui équipe le véhicule automobile. Un tel dispositif de stockage électrique accumule ou restitue une énergie électrique en vue de mettre en mouvement le véhicule automobile, via un moteur électrique dédié. Il s’agit par exemple d’un pack de batteries regroupant plusieurs cellules électriques qui stockent le courant électrique.
Le premier échangeur de chaleur 14 est thermiquement associé au dispositif de stockage électrique 17. Selon une première alternative, le premier échangeur de chaleur 14 échange directement des calories avec le dispositif de stockage électrique 7, par convection ou par conduction. On parle ici de traitement thermique direct du dispositif de stockage électrique 17.
Selon une autre alternative visible sur les figures 1 à 3, le premier échangeur de chaleur 14 est associé thermiquement au dispositif de stockage électrique 17 via une boucle 18 de fluide caloporteur FC, ce dernier étant mis en mouvement par une pompe 19. On parle alors de traitement thermique indirect du dispositif de stockage électrique 17. Le fluide caloporteur FC capte ainsi les calories au niveau du dispositif de stockage électrique 17 et les transporte vers le premier échangeur de chaleur 14.
Le circuit 1 de fluide réfrigérant FR comprend encore des moyens pour acquérir des informations relatives au circuit 1 ou au dispositif de stockage électrique 17, et des moyens pour agir sur les composants de ce circuit 1 de manière à atteindre des consignes fixées, notamment des températures de fluide réfrigérant en sortie du troisième échangeur de chaleur 10 et une température de refroidissement du dispositif de stockage 17. Cette gestion du circuit 1 est opérée par un dispositif de contrôle 20 qui peut prendre la forme d’un boîtier ou d’une unité électronique.
Le dispositif de contrôle 20 est relié électriquement au premier organe de détente 13 ainsi qu’au deuxième organe de détente 15, et il est relié au réseau électrique de bord de véhicule par une alimentation de puissance 28 et par des signaux de commande 29. Le dispositif de contrôle 20 agit, par une première commande 24, sur le premier organe de détente 13 de manière à adapter la puissance de refroidissement du premier échangeur de chaleur 14 aux besoins en refroidissement 26 demandés par le dispositif de stockage électrique 17. En fonction de la manière dont est piloté le premier organe de détente 13, le dispositif de contrôle
20 agit, par une deuxième commande 25, sur le deuxième organe de détente 15, de manière à maintenir une valeur de température de sous-refroidissement du fluide réfrigérant FR à un niveau compatible avec le refroidissement du dispositif de stockage thermique 17. Cette valeur de température est déterminée en mesurant la température du fluide réfrigérant FR entre une sortie 21 du troisième échangeur de chaleur 10 et une entrée 22, 23 de l’un ou l’autre des organes de détente 13, 15, et en soustrayant cette mesure à la température de condensation du fluide réfrigérant.
De manière avantageuse, une telle mesure pourra être effectuée entre la sortie
21 du troisième échangeur de chaleur 10 et le point de divergence 9, et cette mesure pourra être fournie au dispositif de contrôle 20 par une information 27. Cette mesure de la température du fluide réfrigérant est mesurée, tandis que la température de condensation est déduite de la pression relevée en sortie du troisième échangeur de chaleur 10.
Selon le premier mode de réalisation illustré par la figure 1, un dispositif de détection 33 de la température du fluide réfrigérant est inséré dans le circuit 1 de manière à mesurer in situ la température du fluide réfrigérant FR. Ce dispositif de détection 33, qui peut prendre la forme d’un capteur pression/température, envoie ce qu’il mesure au dispositif de contrôle 20 via l’information 27.
Le dispositif de contrôle 20 est avantageusement en capacité de piloter le dispositif de compression 2, via une troisième commande 30. Le dispositif de contrôle 20 agit ainsi sur la vitesse de rotation du dispositif de compression 2, notamment quand il s’agit d’un compresseur à moteur électrique intégré et cylindrée fixe.
Le fonctionnement du circuit 1 de fluide réfrigérant FR qui vient d’être décrit en détails est le suivant. A titre d’exemple, ce fonctionnement est décrit pour un mode de refroidissement de l’habitacle simultanément à un mode de refroidissement du dispositif de stockage électrique 17, pour un fluide réfrigérant sous-critique. Bien entendu, un tel circuit 1 peut également être utilisé en mode pompe à chaleur ou déshumidification du flux d’air intérieur 32, comme c’est le cas du troisième mode de réalisation illustré à la figure 3.
Le dispositif de compression 2 élève la pression et la température du fluide réfrigérant FR, qui en traversant le troisième échangeur de chaleur 10 cède ses calories au flux d’air extérieur 31. Ce faisant, le fluide réfrigérant FR se condense, et une phase liquide de celui-ci s’accumule dans le dispositif d’accumulation 11, dans la situation du premier mode de réalisation montré à la figure 1.
Le fluide réfrigérant FR à l’état liquide atteint le point de divergence 9 et se sépare en une première partie qui alimente le premier organe de détente 13, et une deuxième partie qui alimente le deuxième organe de détente 15. Le dispositif de stockage électrique 17 fait part de son besoin en refroidissement 26 au dispositif de contrôle 20. Selon l’invention, celui-ci pilote alors le premier organe de détente 13 et règle le débit de fluide réfrigérant de manière à atteindre sans dépasser le besoin en refroidissement du dispositif de stockage électrique 17. Dans une situation où le besoin est inférieur à la puissance thermique maximum que peut générer le premier échangeur de chaleur 14, le dispositif de contrôle 20 limite la quantité de fluide réfrigérant envoyée à cet échangeur de chaleur, en réduisant la section de passage du premier organe de détente 13. La puissance thermique du premier échangeur de chaleur 14 est alors réduite pour la mettre en adéquation avec le besoin du dispositif de stockage électrique 17.
Dans une telle situation, une surchauffe du fluide réfrigérant FR peut être constaté en sortie du premier échangeur de chaleur 14. Cette surchauffe peut provoquer un phénomène de cyclage du dispositif de compression 2. Selon un aspect intéressant de l’invention, le dispositif de contrôle 20 anticipe cette situation en garantissant que le fluide réfrigérant FR en aval du troisième échangeur de chaleur 10 est sous-refroidie, c’est-à-dire avec un écart de température entre température mesurée et température de condensation au moins supérieur à o°C, et par exemple supérieur ou égale à 5°C. Cet objectif est atteint en pilotant une circulation de fluide réfrigérant FR dans la deuxième branche 7, en ouvrant de manière contrôlée le deuxième organe de détente 15.
Dans le mode de fonctionnement présenté ci-dessus, le premier échangeur de chaleur 14 se comporte alors comme un évaporateur. Le deuxième échangeur de chaleur 16 peut également être utilisé comme évaporateur pour refroidir le flux d’air intérieur 32 envoyé dans l’habitacle.
La figure 2 montre le circuit 1 selon un deuxième mode réalisation. Ce circuit 1 est identique au circuit 1 présenté en rapport avec la figure 1 à l’exception de la position et du type de dispositif d’accumulation, et de par l’ajout d’un élément de détection de la température du fluide réfrigérant. En dehors de ces aspects, on se reportera à la description de la figure 1 pour trouver les moyens de mettre en œuvre les composants et l’architecture du circuit 1 de la figure 2.
Sur la figure 2, le dispositif d’accumulation 11 est disposé dans la deuxième portion 8, entre le point de convergence 12 et l’entrée 4 du dispositif de compression 2. Dans ce second mode de réalisation, le dispositif d’accumulation 11 prend la forme d’un accumulateur, où la phase liquide contenue dans le fluide réfrigérant FR s’accumule dans l’accumulateur, et où la phase gazeuse de ce même fluide réfrigérant FR est aspirée par le dispositif de compression 2.
Comme pour le premier mode de réalisation, il convient de garantir que le fluide réfrigérant FR est au moins en partie à l’état liquide avant d’entrer dans le dispositif d’accumulation, même si la puissance thermique du premier échangeur de chaleur 14 a été fortement réduite, par exemple en raison d’un faible besoin en refroidissement du dispositif de stockage électrique 17. Pour ce faire, le dispositif de contrôle 20 pilote la circulation de fluide réfrigérant dans la deuxième branche 7 en ouvrant le deuxième organe de détente 15, permettant ainsi à une partie du fluide réfrigérant à l’état diphasique de rejoindre le point de convergence 12. Ainsi, même lorsque le débit de réfrigérant dans l’échangeur de chaleur 14 est faible, ce qui entraîne une surchauffe du réfrigérant en sortie de cet échangeur de chaleur 14, le contrôle de l’ouverture du deuxième organe de détente 15 permet d’assurer un mélange entre le réfrigérant surchauffé provenant de la première branche 6 et le réfrigérant diphasique provenant de la deuxième branche 7, de sorte que le réfrigérant admis à l’entrée du dispositif d’accumulation 11 puis à l’aspiration du compresseur soit dans un état diphasique.
Selon ce deuxième mode de réalisation, un élément de détection 46, qui peut prendre la forme d’un capteur pression/température, est disposé soit dans la deuxième portion 8 du circuit de fluide réfrigérant, par exemple entre le point de convergence 12 et une entrée 35 du dispositif d’accumulation 11, soit entre une sortie 34 du premier échangeur de chaleur 14 et le point de convergence 12. La présence du sous-refroidissement du fluide réfrigérant FR est détecté par le dispositif de détection 33, tandis que la présence d’une surchauffe du fluide réfrigérant FR entre le point de convergence 12 et l’entrée 35 du dispositif d’accumulation 11 est détectée par l’élément de détection 46 et envoyée via l’information 47 au dispositif de contrôle 20. La surchauffe détectée est quantifiée précisément grâce à l’information de température mesurée par l’élément de détection 46. En cas de détection de cette surchauffe, le dispositif de contrôle 20 peut agir sur le deuxième organe de détente 15, en l’ouvrant de manière à autoriser un passage du fluide réfrigérant à l’état diphasique dans la deuxième branche 7, pour rejoindre le fluide réfrigérant FR surchauffé issu du premier échangeur de chaleur 14. On peut ainsi contrôler la valeur de l’enthalpie du fluide réfrigérant résultant du mélange du fluide provenant de la deuxième branche 7 et du fluide provenant de la première branche 6. Autrement dit, on peut contrôler l’enthalpie du mélange de fluide réfrigérant. On peut ainsi contrôler le titre du mélange. On corrige ainsi cette surchauffe de manière à ramener le titre du fluide réfrigérant à une valeur proche de 0,95. Autrement dit, le titre du fluide réfrigérant au niveau de l’entrée dans le dispositif d’accumulation 11 est contrôlé en temps réel. Cela permet d’assurer que le dispositif d’accumulation 11 contienne toujours une réserve de réfrigérant liquide. Un bon fonctionnement du circuit de conditionnement thermique est ainsi assuré sur toute la plage de puissance de refroidissement fournie. La figure 3 montre un troisième mode de réalisation du circuit 1 de fluide réfrigérant, incorporé dans un système de traitement thermique de véhicule automobile, le système comprenant un dispositif de stockage électrique 17 du véhicule automobile et une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation 36 représentée schématiquement. Cette installation de ventilation chauffage et/ou climatisation 36 canalise le flux d’air intérieur 32 pour l’envoyer thermiquement traité dans l’habitacle du véhicule.
La figure 3 montre le circuit 1 selon le troisième mode réalisation. Ce circuit 1 est identique au circuit 1 présenté en rapport avec la figure 2, on se reportera à la description de la figure 2 pour trouver les moyens de mettre en œuvre les composants et l’architecture du circuit 1 de la figure 3.
Ce troisième mode de réalisation du circuit 1 offre des fonctionnalités supplémentaires telles qu’un mode pompe à chaleur pour chauffer le flux d’air intérieur 32, avec récupération des calories sur le troisième échangeur de chaleur 10 et/ou sur le premier échangeur de chaleur 14 et/ou sur le deuxième échangeur de chaleur 16, tout en assurant le refroidissement du dispositif de stockage électrique 17 via une adaptation de la puissance délivrée par le premier échangeur de chaleur 14.
Le circuit 1 de ce troisième mode de réalisation comprend un quatrième échangeur de chaleur 37 disposé dans la premier portion 5 du circuit 1. Vue du fluide réfrigérant, ce quatrième échangeur est disposé entre la sortie 3 du dispositif de compression 2 et une entrée 38 du troisième échangeur de chaleur 10. Physiquement, ce quatrième échangeur de chaleur 37 est positionné à l’intérieur de l’installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation 36 et il est utilisé en tant qu’évaporateur pour transmettre les calories au flux d’air intérieur 32, quand le circuit 1 fonctionne en mode pompe à chaleur. Un troisième organe de détente 39 fait également partie de ce circuit 1, et il est disposé dans la première portion 5 du circuit 1, notamment entre le quatrième échangeur de chaleur 37 et l’entrée 38 du troisième échangeur de chaleur 10. Ce troisième organe de détente 39 est piloté par un signal 45 et il est placé sous la dépendance du dispositif de contrôle 20.
Ce troisième organe de détente 39 permet au troisième échangeur de chaleur 10 de fonctionner en tant qu’évaporateur, quand le circuit 1 est en mode pompe à chaleur.
Le troisième mode de réalisation du circuit 1 se distingue encore du deuxième mode de réalisation par la présence d’un canal de contournement 40 qui relie une sortie 41 du quatrième échangeur de chaleur 37 et le point de divergence 9. La circulation du fluide réfrigérant dans ce canal de contournement 40 est placée sous la dépendance d’une première vanne d’arrêt 42. Ce canal de contournement 40 et cette première vanne d’arrêt 42 sont exploités dans deux modes qui peuvent être exclusifs ou complémentaires : un mode déshumidification du flux d’air intérieur 32, où il convient de chauffer ce flux d’air tout en l’asséchant via le deuxième échangeur de chaleur 16 qui fonctionne en mode évaporateur ; un mode récupération de calories sur le dispositif de stockage électrique 17, où le point chaud du cycle thermodynamique est réalisé simultanément par le premier échangeur de chaleur 14 et par le troisième échangeur de chaleur 10.
Le circuit 1 montré sur la figure 3 comprend par ailleurs un clapet anti-retour
43 qui interdit toute circulation du fluide réfrigérant FR depuis le point de divergence 9 vers le troisième échangeur de chaleur 10. A contrario, ce clapet anti retour autorise la circulation du fluide réfrigérant FR en provenance de la sortie 21 du troisième échangeur de chaleur 10. Ce clapet anti-retour 43 trouve son intérêt dans les modes de fonctionnement où le canal de contournement 40 est utilisé.
Une deuxième vanne d’arrêt 44 est également comprise dans ce circuit 1. Celle- ci est disposée dans la première portion 5 du circuit 1, entre la sortie 21 du troisième échangeur de chaleur 10 et le point de convergence 12. Cette deuxième vanne d’arrêt
44 est fermée quand le troisième échangeur de chaleur 10 est utilisé comme condenseur, c’est-à-dire en mode de refroidissement de l’habitacle et/ou du dispositif de stockage électrique 17. Cette vanne d’arrêt 44 est par ailleurs ouverte quand le troisième échangeur de chaleur 10 est utilisé comme évaporateur, c’est-à- dire en mode pompe à chaleur en vue de chauffer le flux d’air intérieur 32 par échange thermique avec le quatrième échangeur de chaleur 37.
Dans tous les cas évoqués ci-dessus, le dispositif de contrôle 20 ajuste la capacité thermique du premier échangeur de chaleur 14 aux besoins en refroidissement demandés par le dispositif de stockage électrique 17, en pilotant le premier organe de détente 13. De manière optionnelle et néanmoins intéressante, une valeur de température de sous-refroidissement au moins supérieure à o°C, et notamment égale ou supérieure à 5 °C, est également visée en agissant sur le deuxième organe de détente 15. Si la valeur de température de sous-refroidissement du fluide réfrigérant FR est supérieure à une valeur de consigne de sous- refroidissement, le deuxième organe de détente 15 à tendance à augmenter la circulation de fluide réfrigérant FR dans la deuxième branche 7. Dans le cas contraire, le deuxième organe de détente 15 tend à limiter la circulation de fluide réfrigérant FR dans la deuxième branche 7.
On comprend de ce qui précède que la présente invention permet ainsi d’assurer simplement, à coûts optimisés et sans excès inutile de puissance, le traitement thermique d’un dispositif de stockage électrique, tel qu’une batterie ou un pack de batteries, configuré pour fournir une énergie électrique à un moteur électrique d’entraînement du véhicule.
L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tous moyens ou configurations équivalentes et à toute combinaison techniquement opérant de tels moyens. En particulier, l’architecture du circuit de fluide réfrigérant peut être modifiée sans nuire à l’invention dans la mesure où il remplit les fonctionnalités décrites dans le présent document.

Claims

REVENDICATIONS
1. Circuit (1) pour véhicule automobile configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant (FR), le circuit (1) comprenant au moins un dispositif de compression (2) du fluide réfrigérant (FR), le circuit (1) comprenant une première branche (6) et une deuxième branche (7) qui s’étendent entre un point de divergence (9) et un point de convergence (12), la première branche (6) comprenant au moins un premier échangeur de chaleur (14) et un premier organe de détente (13), la deuxième branche (7) comprenant au moins un deuxième organe de détente (15), le circuit (1) comprenant en outre une première portion (5) qui s’étend entre le dispositif de compression (2) et le point de divergence (9) et qui comprend un troisième échangeur de chaleur (10), et une deuxième portion (8) qui s’étend entre le point de convergence (12) et le dispositif de compression (2), caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de contrôle (20) configuré pour piloter le premier organe de détente (13) de manière à faire fonctionner le premier échangeur de chaleur (14) à une puissance déterminée inférieure à sa puissance maximale.
2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de contrôle (20) est configuré pour piloter le deuxième organe de détente (15) de manière à atteindre une valeur de température de sous-refroidissement du fluide réfrigérant (FR) strictement supérieure à o°C, notamment supérieure à 5°C.
3. Circuit selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier échangeur de chaleur (14) est configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique (17) du véhicule.
4. Circuit selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif accumulateur (11) de fluide réfrigérant disposé dans la deuxième portion (8) du circuit (1).
5. Circuit selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un dispositif accumulateur (11) de fluide réfrigérant disposé dans la première portion (5) du circuit (1).
6. Circuit selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier organe de détente (13) et/ou le deuxième organe de détente (15) sont pilotés électriquement.
7. Circuit selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif de détection (33) de la température du fluide réfrigérant (FR) disposé dans la première portion (5) du circuit (1), le dispositif de détection (33) communiquant une information (27) au dispositif de contrôle (20) et à partir de laquelle le dispositif de contrôle (20) pilote le deuxième organe de détente (15).
8. Circuit selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un élément de détection (46) de la température du fluide réfrigérant (FR) disposé dans la deuxième portion (8) du circuit (1).
9. Circuit selon la revendication 8, comprenant un dispositif accumulateur (11) de fluide réfrigérant disposé dans la deuxième portion (8) du circuit (1), dans lequel l’élément de détection (46) de la température du fluide réfrigérant (FR) est disposé en amont du dispositif accumulateur (11) ou entre le dispositif accumulateur (11) et le dispositif de compression (2).
10. Circuit selon la revendication 8 ou 9 lorsqu’elle dépend de la revendication 4 ou 5, dans lequel le dispositif de contrôle (20) est configuré pour agir sur le deuxième organe de détente (15), en l’ouvrant de manière à autoriser un passage d’un fluide réfrigérant (FR) à l’état diphasique dans la deuxième branche (7), pour rejoindre un fluide réfrigérant (FR) surchauffé issu du premier échangeur de chaleur (14), afin de contrôler l’enthalpie du fluide réfrigérant (FR) issu du mélange.
11. Circuit selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième branche (7) comprend un deuxième échangeur de chaleur (16).
12. Système de traitement thermique d’un véhicule automobile, comprenant un dispositif de stockage électrique (17) du véhicule automobile et un circuit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le premier échangeur de chaleur (14) coopère avec le dispositif de stockage électrique (17) de manière à assurer son refroidissement.
13. Système selon la revendication précédente, comprenant une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation de l’habitacle du véhicule automobile, dans lequel la deuxième branche (7) du circuit (1) comprend un deuxième échangeur de chaleur (16) disposé dans l’installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation.
14. Procédé de contrôle de la puissance thermique délivré à un dispositif de stockage électrique (7) d’un véhicule automobile, mettant en œuvre un circuit (1) parcouru par un fluide réfrigérant (FR), le circuit (1) comprenant au moins un dispositif de compression (2) du fluide réfrigérant (FR), le circuit (1) comprenant une première branche (6) et une deuxième branche (7) qui s’étendent entre un point de divergence (9) et un point de convergence (12), la première branche (6) comprenant au moins un premier échangeur de chaleur (14) associé au dispositif de stockage électrique (17) et un premier organe de détente (13), la deuxième branche (7) comprenant au moins un deuxième organe de détente (15), le circuit (1) comprenant en outre une première portion (5) qui s’étend entre le dispositif de compression (2) et le point de divergence (9) et qui comprend un troisième échangeur de chaleur (10), et une deuxième portion (8) qui s’étend entre le point de convergence (12) et le dispositif de compression (2), procédé au cours duquel on ajuste la puissance thermique du premier échangeur de chaleur (14) à une puissance thermique déterminée inférieure à sa puissance maximum en pilotant le premier organe de détente (13).
15. Procédé selon la revendication précédente, au cours duquel, postérieurement ou simultanément, on pilote le deuxième organe de détente (15) de manière à atteindre une valeur de température de sous-refroidissement du fluide réfrigérant (FR) strictement supérieure à o°C, notamment supérieure à 5°C.
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