WO2021069831A1 - Circuit de gestion thermique d'un véhicule automobile électrique ou hybride - Google Patents

Circuit de gestion thermique d'un véhicule automobile électrique ou hybride Download PDF

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WO2021069831A1
WO2021069831A1 PCT/FR2020/051755 FR2020051755W WO2021069831A1 WO 2021069831 A1 WO2021069831 A1 WO 2021069831A1 FR 2020051755 W FR2020051755 W FR 2020051755W WO 2021069831 A1 WO2021069831 A1 WO 2021069831A1
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WO
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heat exchanger
refrigerant
heat
exchange section
passes
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/051755
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English (en)
Inventor
Mohamed Yahia
Philippe CHARCOSSET
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/385—Dispositions with two or more expansion means arranged in parallel on a refrigerant line leading to the same evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/13—Economisers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal management circuits for vehicles, in particular for motor vehicles.
  • the thermal management circuits considered allow thermal regulation of the vehicle interior, as well as thermal regulation of an electric energy storage battery intended for the propulsion of electric and hybrid motor vehicles.
  • [3] When the batteries are charged rapidly, using electrical powers of the order of 100 kilowatt, a cooling capacity of several kilowatt must be supplied by the thermal management circuit in order to maintain the temperature of the batteries in their. optimum temperature range. During other operating phases of the vehicle, such as driving in high outside temperature, the need for cooling the passenger compartment may be predominant.
  • Such a thermal management circuit must therefore make it possible to precisely modulate the cooling power supplied to the battery as well as the thermal power supplied to the passenger compartment. It must also make it possible to provide the cooling capacity necessary to ensure the cooling of each of the elements even in extreme cases of use.
  • the present invention provides a thermal conditioning circuit making it possible to precisely distribute the cooling power between the passenger compartment and the batteries, while facilitating the integration into the vehicle passenger compartment of the heat exchanger making it possible to cool. the passenger compartment.
  • the proposed solution also makes it possible to produce two streams of fresh air having a distinct temperature.
  • the invention provides a thermal management circuit for an electric or hybrid motor vehicle configured to circulate a refrigerant fluid, said thermal management circuit comprising:
  • a main loop comprising in the direction of circulation of the refrigerant fluid: o a compressor comprising at least two compression stages, o a first heat exchanger intended to be traversed by an external air flow, o a first expansion device of the refrigerant fluid, and a second heat exchanger intended to be in connection with the batteries of the electric or hybrid motor vehicle, the refrigerant fluid outlet of said second heat exchanger being connected to the first compression stage of the compressor,
  • first circulation branch connecting a first junction point arranged downstream of the first heat exchanger, between said first heat exchanger and the first expansion device, to a compression stage of the compressor different from its first stage, the first branch circulation comprising in the direction of circulation of the coolant: o a second expansion device, and o a first heat exchange section of a third heat exchanger allowing heat exchange with an internal air flow,
  • the first heat exchange section and the second heat exchange section are intended to be traversed by the internal air flow.
  • the first heat exchange section and the second heat exchange section are part of the same third heat exchanger.
  • the first heat exchange section is arranged upstream of the second heat exchange section according to the direction of flow of the internal air flow.
  • the internal air flow is thus cooled a first time by passing through the first heat exchange section, then a second time by passing through the second heat exchange section.
  • the efficiency of heat exchange is improved. Compared to the prior art, it is thus possible to obtain a lower air temperature for the same flow rate, or else the same air temperature for a higher treated air flow rate.
  • the first heat exchange section and the second heat exchange section are arranged side by side according to the direction of flow of the internal air flow.
  • This configuration allows part of the internal airflow to have a first temperature, and another part of the internal airflow to have a second temperature, distinct from the first temperature.
  • the first heat exchange section is arranged below the second heat exchange section.
  • the first heat exchange section has an inlet and an outlet arranged on the same face of the third heat exchanger.
  • the first heat exchange section has an inlet and an outlet disposed on opposite faces of the third heat exchanger.
  • the second heat exchange section comprises an inlet and an outlet arranged on the same face of the third heat exchanger.
  • the second heat exchange section has an inlet and an outlet disposed on opposite faces of the third heat exchanger.
  • the inlet of the first heat exchange section and the inlet of the second heat exchange section are facing each other.
  • the outlet of the first heat exchange section and the outlet of the second heat exchange section are opposite each other.
  • the first heat exchange section has a single pass. [22] According to another embodiment, the first heat exchange section has at least two passes.
  • the first heat exchange section has at least three passes.
  • the second heat exchange section has a single pass.
  • the second heat exchange section has at least two passes.
  • the second heat exchange section has at least three passes.
  • the first heat exchange section of the third heat exchanger comprises a phase change material.
  • the second heat exchange section of the third heat exchanger comprises a phase change material.
  • the energy required to change the phase material can be used to cool the internal air flow in the absence of refrigerant circulation in the circuit, for example when the vehicle is not in operation. It is possible to have only the first heat exchange section equipped with phase change material, only the second heat exchange section equipped with phase change material or to have both heat exchange sections equipped with phase change material.
  • the thermal management circuit comprises an internal heat exchanger allowing heat exchanges between the refrigerant fluid at the outlet of the second expansion device and the refrigerant circulating between the first and the second point junction.
  • the thermal management circuit according to the invention is configured in a first operating mode in which the refrigerant circulates in:
  • a first part of the refrigerant fluid passes through the main loop and passes through the first expansion device at which the refrigerant fluid passes at low pressure, the refrigerant then passing through the second heat exchanger at which it absorbs heat before join the first compression stage of the compressor,
  • a second part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch and passes through the second expansion device at which the refrigerant fluid passes to an intermediate pressure, greater than the low pressure, the refrigerant then passes through the first exchange section thermal of the third heat exchanger at which it absorbs heat before reaching the second compression stage of the compressor.
  • the second exchanger is crossed by refrigerant at the lowest pressure, therefore having the lowest evaporation temperature.
  • the first heat exchange section of the third heat exchanger is crossed by coolant at intermediate pressure.
  • the internal air flow is cooled by this first exchange section.
  • the second heat exchange section of the third heat exchanger is not traversed by the refrigerant fluid, and does not modify the temperature of the internal air flow.
  • the thermal management circuit according to the invention is also configured in a second operating mode in which the refrigerant circulates in: the compressor, the first heat exchanger at which it loses heat, a first part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch and passes through the second expansion device at which the refrigerant fluid passes to an intermediate pressure, the refrigerant then passes through the first heat exchange section of the third heat exchanger at which it absorbs heat before reaching the second compression stage of the compressor, a second part of the refrigerant fluid passes through the first expansion device at which the refrigerant fluid passes at a low pressure, lower than the intermediate pressure, the refrigerant then passes through the second heat exchanger at which it absorbs heat before re- join the first compression stage of the compressor, a third part of the refrigerant fluid passes through the second circulation branch and passes through the third expansion device at which the refrigerant fluid passes at low pressure, the refrigerant then passes through the second section d heat exchange of the third heat exchanger at which it absorbs heat before reaching
  • the second heat exchanger and the first heat exchange section of the third heat exchanger are both traversed by refrigerant at the lowest pressure, therefore having the evaporation temperature. the weakest.
  • the second heat exchange section of the third heat exchanger is traversed by the coolant at intermediate pressure.
  • the internal air flow is therefore cooled by the first heat exchange section to a first level of temperature, then is again cooled by the second heat exchange section to a second temperature level.
  • the second temperature level is cooler than the first temperature level since the evaporation of the refrigerant occurs at a lower pressure.
  • the thermal management circuit according to the invention is also configured in a third operating mode in which the refrigerant circulates in:
  • a second part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch and passes through the second expansion device at which the refrigerant fluid passes to an intermediate pressure, greater than the low pressure, the refrigerant then passes through the first exchange section thermal of the third heat exchanger at which it absorbs heat before reaching the second compression stage of the compressor.
  • the first heat exchange section of the third heat exchanger is crossed by the refrigerant at the lowest pressure, therefore having the lowest evaporation temperature.
  • the second heat exchange section of the third heat exchanger is traversed by the coolant at intermediate pressure.
  • the circulation of refrigerant fluid is interrupted in the second heat exchanger. All available cooling capacity can be used to cool the air flow through the third heat exchanger.
  • the air flow is cooled to a first temperature level by the first heat exchange section, and is at again cooled to a second temperature level by the second heat exchange section.
  • FIG. 39 shows a schematic view of a thermal management circuit according to one embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a schematic view of the thermal management circuit of Figure 1 according to a first mode of operation
  • FIG. 3 shows a diagram of the pressure as a function of the enthalpy of the refrigerant during operation according to the first operating mode of Figure 2,
  • FIG. 4 shows a schematic view of the thermal management circuit of Figure 1 according to a second mode of operation
  • FIG. 5 shows a diagram of the pressure as a function of the enthalpy of the refrigerant during operation according to the second operating mode of Figure 4,
  • FIG. 6 shows a schematic view of the thermal management circuit of Figure 1 according to a third operating mode
  • FIG. 7 shows a diagram of the pressure as a function of the enthalpy of the refrigerant during operation according to the third operating mode of Figure 6,
  • FIG. 8 shows a schematic view of a heat exchanger of the circuit of Figure 1, comprising two separate heat exchange sections, according to a first embodiment
  • FIG. 9 shows a schematic view of a heat exchanger of the circuit of Figure 1, comprising two separate heat exchange sections, according to a second embodiment
  • first element or second element or even first parameter and second parameter, and so on.
  • the purpose of this indexing is to differentiate elements or parameters that are similar, but not identical. This indexing does not imply a priority of one element, or parameter over another, and the names can be interchanged.
  • 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 flow of a fluid.
  • 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 flow of the fluid considered.
  • the thermal management circuit 1 is configured to circulate a refrigerant fluid.
  • a refrigerant fluid circulates at least in part of circuit 1.
  • the thermal management circuit 1 makes it possible to regulate the temperature as well as the humidity level of the air present in the passenger compartment. of the vehicle, to ensure passenger comfort. It also makes it possible to cool one or more components of an electric drive train of the vehicle, such as for example a set of battery cells for storing electric energy.
  • the refrigerant fluid used can be a conventional chemical fluid such as R-1234yf (chemical formula 2, 3,3,3-Tetrafluoropropene) or else R-134a (chemical formula 1,1,1, 2-
  • the thermal management circuit 1 comprises a main loop A, a first circulation branch B, a second circulation branch C.
  • the main loop A comprises in the direction of circulation of the refrigerant fluid: o a compressor 3 comprising at least two compression stages, o a first heat exchanger 5 intended to be passed through by an external air flow 100, o a first expansion device 7 for the refrigerant fluid, and o a second heat exchanger 9 intended to be connected with the batteries of the motor vehicle electric or hybrid, the refrigerant fluid outlet of said second heat exchanger 9 being connected to the first compression stage of compressor 3.
  • the first circulation branch B connects a first junction point 31 arranged downstream of the first heat exchanger 5, between said first heat exchanger 5 and the first expansion device 7, to a different compression stage of the compressor 3 of its first stage, the first circulation branch B comprising in the direction of circulation of the refrigerant fluid: o a second expansion device 11, and o a first heat exchange section 15 of a third heat exchanger 20 allowing exchanges heat with internal air flow 200.
  • the second circulation branch C connects a second junction point 32 disposed downstream of the first junction point 31, between said first junction point 31 and the first expansion device 7, to a third junction point 33 arranged in downstream of the second heat exchanger 9, between said second heat exchanger 9 and the first compression stage of the compressor 3, the second circulation branch C comprising in the direction of circulation of the coolant: o a third expansion device 17, and o a second heat exchange section 16 of the third heat exchanger 20 allowing heat exchanges with the internal air flow 200.
  • internal air flow 200 is meant a flow of air to the passenger compartment of the motor vehicle. This internal air flow can circulate in a heating, ventilation and air conditioning installation, often referred to as the English term
  • the second heat exchanger 9 is in thermal coupling with a set of battery cells ensuring, for example, the propulsion of the vehicle by an electric motor.
  • the second heat exchanger 9 thus makes it possible to regulate the temperature of the batteries.
  • the thermal coupling can be provided directly, the refrigerant exchanging heat directly with the batteries, or even indirectly, via a heat transfer fluid. In this case, the refrigerant fluid cools the heat transfer fluid which in turn cools the batteries.
  • An electronic control unit receives information from various sensors measuring in particular the characteristics of the refrigerant fluid at various points in the circuit.
  • the electronic unit also receives the instructions requested by the occupants of the vehicle, such as the desired temperature inside the passenger compartment.
  • the electronic unit implements control laws allowing the control of the various actuators, in order to control the thermal management circuit 1.
  • the first heat exchange section 15 and the second heat exchange section 16 are intended to be traversed by the internal air flow 200.
  • the first heat exchange section 15 and the second heat exchange section 16 are part of the same third heat exchanger 20.
  • the same heat exchanger 20 thus comprises two heat exchange sections 15, 16 making it possible to obtain two different temperature levels.
  • the integration of this single heat exchanger 20 in the vehicle interior is thus facilitated.
  • the first heat exchange section 15 is arranged upstream of the second heat exchange section 16 in the direction of flow of the internal air flow 200.
  • the air flow 200 first passes through the first heat exchange section 15 then the second heat exchange section 16 before leaving the exchanger 20.
  • the internal air flow 200 is thus cooled a first time by passing through the first heat exchange section 15, then a second time by passing through the second heat exchange section 16. The efficiency of the heat exchange is thus improved.
  • the first heat exchange section 15 has an inlet 24 and an outlet 25 arranged on the same face 6 of the third heat exchanger 20.
  • the first heat exchange section 15 has an inlet 24 and an outlet 25 disposed on opposite faces 6,10 of the third heat exchanger 20.
  • the second heat exchange section 16 has an inlet 26 and an outlet 27 disposed on the same face 6 of the third heat exchanger 20.
  • the second heat exchange section 16 has an inlet 26 and an outlet 27 disposed on opposite faces 6,10 of the third heat exchanger 20.
  • the inlet 24 of the first heat exchange section 15 and the inlet 26 of the second heat exchange section 16 are opposite each other. [R11] In other words, the inlet 24 and the inlet 26 are substantially aligned according to the direction of flow of the internal air flow 200.
  • the first heat exchange section 15 comprises a single pass. [R13] According to another embodiment, the first heat exchange section 15 comprises at least two passes. According to yet another embodiment, shown diagrammatically in FIG. 10, the first heat exchange section 15 comprises at least three passes.
  • the second heat exchange section 16 has a single pass. According to another exemplary embodiment, the second heat exchange section 16 has at least two passes. Alternatively, the second heat exchange section 16 has at least three passes. The number of passes of the first heat exchange section 15 can be chosen regardless of the number of passes of the second heat exchange section 16.
  • the thermal management circuit 1 further comprises an internal heat exchanger 13 allowing heat exchanges between the refrigerant at the outlet of the second expansion device 11 and the refrigerant circulating between the first junction point 31 and the second junction point 32.
  • This internal heat exchanger 13 makes it possible to improve the cooling efficiency.
  • the first 7, second 11 and third 17 expansion devices may in particular include a stop function in order to prevent the circulation of the refrigerant fluid when they are completely closed.
  • a stop function makes it possible to control the circulation of the refrigerant fluid and thus to decide whether the refrigerant circulates in the second heat exchanger 9, in the first circulation branch B and / or in the second circulation branch C.
  • Figures 2 to 7 illustrate three distinct operating modes of the thermal management circuit 1. Other operating modes are also possible by adjusting the flow of refrigerant fluid passing through each of the first 7, second 11 and third 17 devices. of relaxation.
  • FIG. 2 illustrates the operation of the thermal management circuit 1 according to a first operating mode.
  • Figure 3 is a diagram showing the evolution, in the circulation branches A and B, of the pressure P of the refrigerant as a function of its enthalpy H.
  • a first part of the refrigerant fluid passes through the main loop A and passes through the first expansion device 7 at which the refrigerant fluid passes at low pressure, the refrigerant then passing through the second heat exchanger 9 at which it absorbs heat before reaching the first compression stage of compressor 3,
  • a second part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch B and passes through the second expansion device 11 at which the refrigerant fluid passes to an intermediate pressure, greater than the low pressure, the refrigerant then passes through the first section d heat exchange 15 of the third heat exchanger 20 at which it absorbs heat before reaching the second compression stage of the compressor 3.
  • the refrigerant fluid is at high pressure at the outlet of the compressor 3, as illustrated by the portion 300 of the diagram of FIG. 3.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchanger 5 at which the refrigerant fluid gives way. heat to the external air flow 100, as illustrated by the portion 500 of the diagram of FIG. 3.
  • a first part of the refrigerant fluid passes through the main loop A and passes through the first expansion device 7 at which the refrigerant fluid passes at a low pressure, as illustrated by the portion 700 of the diagram of FIG. 3.
  • the refrigerant then passes through the second heat exchanger 9 at which it absorbs heat, as illustrated by the portion 900 of the diagram of FIG. 4, then reaches the first compression stage of the compressor 3.
  • a second part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch B and passes through the second expansion device 11 at which the refrigerant fluid passes at an intermediate pressure, greater than the low pressure, as illustrated by curve 110 of the diagram of figure 3.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchange section 15 of the third heat exchanger 20 at which it absorbs heat, as shown in the portion 150 of the diagram of FIG. 4.
  • the refrigerant at intermediate pressure then joins the second compression stage of the compressor 3 and completes the thermodynamic cycle.
  • the coolant does not circulate in the second circulation branch C.
  • the third expansion device 17 can for example be closed and prohibit the circulation of the coolant.
  • the second heat exchange section 16 of the third heat exchanger 20 is not traversed by the refrigerant fluid, and does not change the temperature of the internal air flow 200.
  • the internal air flow 200 is thus cooled to a first temperature level by passing through the first heat exchange section 15 of the third heat exchanger 20.
  • the batteries are they cooled via the second heat exchanger 9, which is placed at a second temperature level, cooler than the first temperature level.
  • the evaporation temperature of the refrigerant fluid is lower in the exchanger 9 than in the first heat exchange section 15, since the pressure there is lower.
  • This first mode of operation effectively cools the batteries during rapid charging.
  • the temperature of the batteries can thus be kept as close as possible to the optimum operating temperature.
  • This first mode of operation makes it possible to provide a high cooling power to the batteries, while ensuring cooling of the interior of the vehicle.
  • the flow of refrigerant fluid circulating in the first circulation branch B and in the main loop A makes it possible to adjust the distribution of the cooling power between the passenger compartment and the batteries, as well as to adjust the total cooling power.
  • the internal heat exchanger 13 allows sub-cooling of the refrigerant passing through the main loop A. Indeed, part of the heat energy of the high pressure refrigerant passing between the first 31 and the second 32 junction point is transferred to the refrigerant fluid at intermediate pressure circulating in the first circulation branch B at the outlet of the second expansion device 11, as illustrated by the curves 130a and 130b of the diagram of FIG. 3.
  • the enthalpy difference shown schematically by segment 130a is not necessarily equal to the enthalpy difference shown schematically by segment 130b.
  • the internal heat exchanger 13 makes it possible to improve the coefficient of performance of the thermal management circuit 1. However, it is entirely conceivable not to integrate an internal exchanger, according to a variant not shown of the thermal management circuit 1.
  • FIG. 4 illustrates the operation of the thermal management circuit 1 according to a second operating mode.
  • Figure 5 is a diagram showing the evolution, in the circulation branches A, B, C, of the pressure P of the refrigerant as a function of its enthalpy H.
  • a first part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch B and passes through the second expansion device 11 at which the refrigerant fluid passes at an intermediate pressure
  • the refrigerant then passes through the first heat exchange section 15 of the third heat exchanger 20 at which it absorbs heat before joining the second compression stage of compressor 3
  • a second part of the refrigerant fluid passes through the first expansion device 7 at which the refrigerant fluid passes at a low pressure, lower than the intermediate pressure
  • the refrigerant then passes through the second heat exchanger 9 at which it absorbs heat before reaching the first compression stage of the compressor 3
  • a third part of the refrigerant fluid passes through the second circulation branch C and passes through the third expansion device 17 at which the refrigerant fluid passes at low pressure
  • the refrigerant fluid then passes through the second heat exchange section 16 of the third heat exchanger 20 at which it absorbs heat before reaching the first compression stage of the compressor 3.
  • the refrigerant fluid is at high pressure at the outlet of the compressor 3, as illustrated by the portion 300 of the diagram of FIG. 5.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchanger 5 at which the refrigerant fluid gives way. heat to the external air flow 100, as illustrated by portion 500 of the diagram in Figure 5.
  • a first part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch B and passes through the second expansion device 11 at which the refrigerant fluid passes at an intermediate pressure, as illustrated by curve 110 of the diagram of figure 5.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchange section 15 of the third heat exchanger 20, as shown by curve 150 of the diagram of figure 6, at which it absorbs heat .
  • the refrigerant at intermediate pressure then joins the second compression stage of compressor 3.
  • a second part of the refrigerant fluid passes through the main loop A, passes through the internal exchanger 13, and reaches the junction point 32. Downstream of the second junction point 32, a second part of the refrigerant fluid circulates in the main loop A and passes through the first expansion device 7 at which the refrigerant fluid passes at a low pressure, lower than the intermediate pressure, as illustrated by the portion 700 of the diagram in FIG. 5 The refrigerant then passes through the second heat exchanger 9 at which it absorbs heat, as shown by curve 900 in the diagram in Figure 5, then joins the third junction point 33.
  • a third part of the refrigerant fluid passes through the second circulation branch C and passes through the third expansion device 17 at which the refrigerant fluid passes at a low pressure, lower than the intermediate pressure, as illustrated by curve 170 in the diagram of FIG. 5.
  • the refrigerant then passes through the second heat exchange section 16 of the third heat exchanger 20 at which it absorbs heat, as illustrated by curve 160 of the diagram in figure 5, before joining the third junction point 33.
  • the low pressure refrigerant fluid reaches the first compression stage of the compressor 3.
  • the second heat exchanger 9 and the second heat exchange section 16 of the third heat exchanger 20 are at a identical pressure since they are connected together at the junction point 33.
  • Identical pressure is understood to mean identical except for the pressure drop differences between, on the one hand, the outlet of the second heat exchange section 16 and the point junction 33, and on the other hand the outlet of the second heat exchanger 9 and the junction point 33.
  • the internal heat exchanger 13 allows sub-cooling of the refrigerant passing through the main loop A. Indeed, part of the heat energy of the high-pressure refrigerant passing through between the first 31 and the second 32 junction point is transferred to the refrigerant at intermediate pressure circulating in the first circulation branch B at the outlet of the second expansion device 11. This transfer is illustrated by the portions 130a and 130b of the diagram of the FIG. 5.
  • the enthalpy difference shown schematically by the segment 130a is not necessarily equal to the enthalpy difference shown schematically by the segment 130b.
  • the internal heat exchanger 13 makes it possible to improve the coefficient of performance of the thermal management circuit 1.
  • the refrigerant circulates both in the first circulation branch B, the second circulation branch C as well as in the main loop A.
  • the second heat exchanger 9 and the second heat exchange section 16 of the third heat exchanger 20 are both traversed by refrigerant at the lowest pressure, therefore having the temperature lowest evaporation.
  • the first heat exchange section 15 of the third heat exchanger 20 is traversed by the coolant at intermediate pressure.
  • the internal air flow 200 is therefore cooled first by the first heat exchange section 15 to a first temperature level, then is again cooled by the second heat exchange section 16 to a second temperature level.
  • the second temperature level is cooler than the first temperature level since evaporation of the refrigerant occurs at a lower pressure.
  • This second mode of operation thus makes it possible to jointly obtain a high cooling capacity of the batteries, via the second heat exchanger 9, as well as an internal air flow 200 at low temperature.
  • the second mode of operation may correspond to rapid charging of the batteries while simultaneously ensuring efficient cooling of the passenger compartment.
  • the fourth heat exchanger 19 comprises a phase change material
  • the latter can be "recharged” in this second mode of operation, in particular to be used subsequently, for example in the first embodiment.
  • the term “recharging” is understood here to mean that the phase change material passes, for example, from the liquid phase to the solid phase.
  • FIG. 6 illustrates the operation of the thermal management circuit 1 according to a third operating mode.
  • FIG. 7 is a diagram showing the evolution, in the circulation branches A, B, C, of the pressure P of the refrigerant fluid as a function of its enthalpy H. [99] In this third operating mode of the thermal management circuit 1, the refrigerant circulates in:
  • a second part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch B and passes through the second expansion device 11 at which the refrigerant fluid passes to an intermediate pressure, greater than the low pressure, the refrigerant then passes through the first section d heat exchange 15 of the third heat exchanger 20 at which it absorbs heat before reaching the second compression stage of the compressor 3.
  • the refrigerant fluid is at high pressure at the outlet of the compressor 3, as illustrated by the curve 300 of the diagram of FIG. 7.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchanger 5 at which the refrigerant fluid gives way. heat to the external air flow 100, as illustrated by curve 500 in the diagram in Figure 7.
  • a first part of the refrigerant fluid passes through the main loop A, passes through the internal exchanger 13, and reaches the junction point 32.
  • the fluid refrigerant Downstream of the second junction point 32, the fluid refrigerant passes through the second circulation branch C and passes through the third expansion device 17 at which the refrigerant fluid passes at a low pressure, lower than the intermediate pressure, as illustrated by the curve 170 of the diagram of FIG. 7.
  • the fluid refrigerant then passes through the second heat exchange section 16 of the third heat exchanger 20 at which it absorbs heat, as illustrated by the portion 160 of the diagram of FIG. 7, before joining the third junction point 33.
  • the low-pressure refrigerant fluid reaches the first compression stage of compressor 3.
  • a second part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch B and passes through the second expansion device 11 at which the refrigerant fluid passes at an intermediate pressure, as illustrated by portion 110 of the diagram of Figure 6.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchange section 15 of the third heat exchanger 20, as shown in portion 150 of the diagram of Figure 7, at which it absorbs heat. heat.
  • the refrigerant at intermediate pressure then joins the second compression stage of compressor 3.
  • the refrigerant does not circulate in the portion of the main loop part A located between the second junction point 32 and the third junction point 33.
  • the first expansion device 7 can for example be closed and prohibit the circulation of the refrigerant fluid.
  • the second heat exchanger 9 is not traversed by the refrigerant.
  • the internal heat exchanger 13 allows sub-cooling of the refrigerant passing through the main loop A. Indeed, part of the heat energy of the refrigerant passing through between the first 31 and the second 32 junction point is transferred to the refrigerant circulating in the first circulation branch B at the outlet of the second expansion device 11, as illustrated by the curves 130a and 130b of the diagram of FIG. 5.
  • the internal heat exchanger 13 improves the coefficient of performance of thermal management circuit 1.
  • the first heat exchange section 15 of the third heat exchanger 20 is traversed by the refrigerant at intermediate pressure while the second heat exchange section 16 of the third heat exchanger 20 is through which refrigerant at the lowest pressure, therefore having the lowest evaporation temperature.
  • the internal air flow 200 is therefore cooled first by the first heat exchange section 15 to a first temperature level, then is again cooled by the second heat exchange section 16 to a second temperature level, lower than the first temperature level.
  • This third operating mode makes it possible to dedicate the cooling capacity of the thermal management circuit 1 to the cooling of the internal air flow 200. All the available cooling power is thus used for cooling the passenger compartment. This allows, for example, rapid cooling of the passenger compartment of the motor vehicle.
  • the thermal management circuit according to the invention can also include one or more of the characteristics below, considered individually or combined with one another:
  • the first heat exchange section 15 and the second heat exchange section 16 can be arranged side by side depending on the direction of flow of the internal air flow (200). In this case, no heat exchange section is upstream of the other. A part of the internal air flow 200 passes only through the first heat exchange section 15 and another part of the internal air flow 200 passes only through the second heat exchange section 16. It is thus possible to obtain a part. of the internal air flow 200 at a first temperature, and another part of the internal air flow 200 at a second temperature distinct from the first temperature. These two separate parts of the internal air flow 200 can thus be directed to separate areas of the passenger compartment.
  • the cooler air can, for example, be directed to the upper part of the passenger compartment, that is, to the windshield and the heads of the passengers. Air at a higher temperature can be directed to the middle part or the lower part of the passenger compartment. This ensures particularly effective demisting of the windshield as well as good thermal comfort for the passengers.
  • the first heat exchange section 15 can be arranged below the second heat exchange section 16.
  • “below” is meant that the first heat exchange section 15 is closer to the ground on which rolls the vehicle as the second heat exchange section 16, when the heat exchanger 20 is assembled in its normal mounting position in the vehicle. This configuration makes it easier to direct the cooler air to the upper part of the cabin.
  • the first heat exchange section 15 of the third heat exchanger 20 may include a phase change material.
  • the second heat exchange section 16 of the third heat exchanger 20 comprises a phase change material.
  • the energy required to change the phase change material from the solid state to the liquid state can be used to cool the internal air flow in the absence of circulation of refrigerant fluid in the circuit, for example example when the vehicle is not in operation.

Abstract

L'invention concerne un circuit de gestion thermique (1) d'un véhicule automobile électrique ou hybride, ledit circuit comportant : - une boucle principale (A) comportant : o un compresseur (3) comprenant au moins deux étages de compression, o un premier échangeur de chaleur (5) traversé par un flux d'air externe (100), o un premier dispositif de détente (7), o un deuxième échangeur de chaleur (9) en relation avec les batteries du véhicule, la sortie de fluide réfrigérant du deuxième échangeur de chaleur (9) étant reliée au premier étage de compression du compresseur (3), - une première branche de circulation (B) reliant un premier point de jonction (31) de la boucle principale, à un deuxième étage de compression du compresseur (3), la première branche de circulation (B) comportant : o un deuxième dispositif de détente (11), o une première section d'échange thermique (15) d'un troisième échangeur de chaleur (20) permettant les échanges de chaleur avec un flux d'air interne (200), - une deuxième branche de circulation (C) reliant un deuxième point de jonction (32) disposé en aval du premier point de jonction (31), à un troisième point de jonction (33) disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur (9), et comportant : o un troisième dispositif de détente (17), o une deuxième section d'échange thermique (16) du troisième échangeur de chaleur (20) permettant les échanges de chaleur avec le flux d'air interne (200).

Description

CIRCUIT DE GESTION THERMIQUE D’UN VÉHICULE AUTOMOBILE ÉLECTRIQUE OU HYBRIDE
[1] La présente invention se rapporte au domaine des circuits de gestion thermique pour véhicule, en particulier pour véhicule automobile. Les circuits de gestion thermique considérés permettent une régulation thermique de l’habitacle du véhicule, ainsi qu’une régulation thermique d’une batterie de stockage d’énergie électrique destinée à la propulsion des véhicules automobiles électriques et hybrides. [2] Il est souhaitable de maintenir la température des batteries à une température proche de 45°. Lorsque la température est excessive, il existe un risque de détérioration des batteries. Lorsque la température est trop basse, la capacité de stockage diminue. Il existe ainsi une plage de température optimale dans laquelle il est souhaitable de maintenir la température de la batterie. [3] Lors d’une charge rapide des batteries, faisant appel à des puissances électriques de l’ordre de 100 kilowatt, une puissance frigorifique de plusieurs kilowatt doit être fournie par le circuit de gestion thermique afin de maintenir la température des batteries dans leur fourchette de température optimale. Lors d’autres phases de fonctionnement du véhicule, comme par exemple du roulage par température extérieure élevée, le besoin en refroidissement de l’habitacle peut être prédominant.
[4] Un tel circuit de gestion thermique doit donc permettre de moduler précisément la puissance frigorifique fournie à la batterie ainsi que la puissance thermique fournie à l’habitacle. Il doit de plus permettre de fournir la puissance frigorifique nécessaire à assurer le refroidissement de chacun des éléments même dans les cas extrêmes d’utilisation.
[5] La présente invention propose un circuit de conditionnement thermique permettant de répartir de manière précise la puissance frigorifique entre l’habitacle et les batteries, tout en facilitant l’intégration dans l’habitacle du véhicule de l’échangeur de chaleur permettant de refroidir l’habitacle. De plus, la solution proposée permet de plus de produire deux flux d’air frais possédant une température distincte.
[6] Ainsi, l’invention propose un circuit de gestion thermique d’un véhicule automobile électrique ou hybride configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, ledit circuit de gestion thermique comportant :
- une boucle principale comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un compresseur comprenant au moins deux étages de compression, o un premier échangeur de chaleur destiné à être traversé par un flux d’air externe, o un premier dispositif de détente du fluide réfrigérant, et o un deuxième échangeur de chaleur destiné à être en relation avec les batteries du véhicule automobile électrique ou hybride, la sortie de fluide réfrigérant dudit deuxième échangeur de chaleur étant reliée au premier étage de compression du compresseur,
- une première branche de circulation reliant un premier point de jonction disposé en aval du premier échangeur de chaleur, entre ledit premier échangeur de chaleur et le premier dispositif de détente, à un étage de compression du compresseur différent de son premier étage, la première branche de circulation comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un deuxième dispositif de détente, et o une première section d’échange thermique d’un troisième échangeur de chaleur permettant les échanges de chaleur avec un flux d’air interne,
- une deuxième branche de circulation reliant un deuxième point de jonction disposé en aval du premier point de jonction, entre ledit premier point de jonction et le premier dispositif de détente, à un troisième point de jonction disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur, entre ledit deuxième échangeur de chaleur et le premier étage de compression du compresseur, la deuxième branche de circulation comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un troisième dispositif de détente, et o une deuxième section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur permettant les échanges de chaleur avec le flux d’air interne. [7] Selon un aspect de l’invention, la première section d’échange thermique et la deuxième section d’échange thermique sont destinées à être traversées par le flux d’air interne.
[8] Selon un aspect de l’invention, la première section d’échange thermique et la deuxième section d’échange thermique font partie du même troisième échangeur de chaleur.
[9] L’intégration du troisième échangeur de chaleur dans l’habitacle du véhicule est ainsi facilitée.
[10] Selon un mode de réalisation du circuit de gestion thermique, la première section d’échange thermique est disposée en amont de la deuxième section d’échange thermique selon le sens d’écoulement du flux d’air interne.
[11] Le flux d’air interne est ainsi refroidi une première fois en traversant la première section d’échange thermique, puis une deuxième fois en traversant la deuxième section d’échange thermique. L’efficacité de l’échange thermique est améliorée. Par rapport à l’art antérieur, il est ainsi possible d’obtenir une température d’air plus basse pour un même débit, ou bien une même température d’air pour un débit d’air traité supérieur.
[12] Selon un mode de réalisation alternatif, la première section d’échange thermique et la deuxième section d’échange thermique sont disposées cote à cote selon le sens d’écoulement du flux d’air interne.
[13] Cette configuration permet qu’une partie du flux d’air interne ait une première température, et qu’une autre partie du flux d’air interne ait une deuxième température, distincte de la première température.
[14] Selon un exemple de mise en oeuvre, la première section d’échange thermique est disposée au-dessous de la deuxième section d’échange thermique.
[15] Selon un mode de réalisation, la première section d’échange thermique comporte une entrée et une sortie disposées sur une même face du troisième échangeur de chaleur.
[16] En variante, la première section d’échange thermique comporte une entrée et une sortie disposée sur des faces opposées du troisième échangeur de chaleur. [17] Selon un mode de réalisation, la deuxième section d’échange thermique comporte une entrée et une sortie disposée sur une même face du troisième échangeur de chaleur.
[18] En variante, la deuxième section d’échange thermique comporte une entrée et une sortie disposée sur des faces opposées du troisième échangeur de chaleur.
[19] Selon un mode de réalisation, l’entrée de la première section d’échange thermique et l’entrée de la deuxième section d’échange thermique sont en vis-à- vis. [20] Selon un exemple de mise en oeuvre, la sortie de la première section d’échange thermique et la sortie de la deuxième section d’échange thermique sont en vis-à-vis.
[21] Selon un mode de réalisation, la première section d’échange thermique comporte une passe unique. [22] Selon un autre mode de réalisation, la première section d’échange thermique comporte au moins deux passes.
[23] Selon un autre mode de réalisation, la première section d’échange thermique comporte au moins trois passes.
[24] Selon un exemple de réalisation, la deuxième section d’échange thermique comporte une passe unique.
[25] Selon un autre mode de réalisation, la deuxième section d’échange thermique comporte au moins deux passes.
[26] En variante, la deuxième section d’échange thermique comporte au moins trois passes. [27] Selon un mode de réalisation du circuit de gestion thermique selon l’invention, la première section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur comporte un matériau à changement de phase.
[28] Selon un mode de réalisation, la deuxième section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur comporte un matériau à changement de phase. [29] L’énergie nécessaire à faire changer le matériau de phase peut servir à refroidir le flux d’air interne en l’absence de circulation de fluide réfrigérant dans le circuit, par exemple lorsque le véhicule n’est pas en fonctionnement. Il est possible d’avoir seulement la première section d’échange thermique équipée de matériau à changement de phase, seulement la deuxième section d’échange thermique équipée de matériau à changement de phase ou d’avoir les deux sections d’échange thermique équipées de matériau à changement de phase.
[30] Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de gestion thermique comporte un échangeur de chaleur interne permettant les échanges de chaleur entre le fluide réfrigérant en sortie du deuxième dispositif de détente et le fluide réfrigérant circulant entre le premier et le deuxième point de jonction.
[31 ] Cet échangeur de chaleur interne permet d’améliorer l’efficacité du refroidissement.
[32] Le circuit de gestion thermique selon l’invention est configuré dans un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
- le compresseur,
- le premier échangeur de chaleur au niveau duquel il perd de la chaleur,
- une première partie du fluide réfrigérant passe par la boucle principale et traverse le premier dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une basse pression, le fluide réfrigérant traversant ensuite le deuxième échangeur de chaleur au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier étage de compression du compresseur ,
- une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation et traverse le deuxième dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, supérieure à la basse pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le deuxième étage de compression du compresseur.
[33] Dans ce mode de fonctionnement, le deuxième échangeur est traversé par du fluide réfrigérant à la pression la plus basse, donc possédant la température d’évaporation la plus faible. La première section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur est traversée par du fluide réfrigérant à pression intermédiaire. Le flux d’air interne est refroidi par cette première section d’échange. La deuxième section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur n’est pas parcourue par le fluide réfrigérant, et ne modifie pas la température du flux d’air interne.
[34] Le circuit de gestion thermique selon l’invention est aussi configuré dans un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans : le compresseur, le premier échangeur de chaleur au niveau duquel il perd de la chaleur, une première partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation et traverse le deuxième dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le deuxième étage de compression du compresseur, une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par le premier dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une basse pression, inférieure à la pression intermédiaire, le fluide réfrigérant traverse ensuite le deuxième échangeur de chaleur au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier étage de compression du compresseur, une troisième partie du fluide réfrigérant passe par la deuxième branche de circulation et traverse le troisième dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à la basse pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite la deuxième section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier étage de compression du compresseur.
[35] Dans ce mode de fonctionnement, le deuxième échangeur de chaleur et la première section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur sont tous les deux traversés par du fluide réfrigérant à la pression la plus basse, donc possédant la température d’évaporation la plus faible. La deuxième section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur est parcourue par le fluide réfrigérant à pression intermédiaire. Le flux d’air interne est donc refroidi par la première section d’échange thermique jusqu’à un premier niveau de température, puis est à nouveau refroidi par la deuxième section d’échange thermique jusqu’à un deuxième niveau de température. Le deuxième niveau de température est plus froid que le premier niveau de température puisque l’évaporation du réfrigérant se produit à une pression plus faible.
[36] Le circuit de gestion thermique selon l’invention est également configuré dans un troisième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
- le compresseur,
- le premier échangeur de chaleur au niveau duquel il perd de la chaleur,
- une première partie du fluide réfrigérant passe par la deuxième branche de circulation et traversant le troisième dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une basse pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite la deuxième section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier étage de compression du compresseur,
- une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation et traverse le deuxième dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, supérieure à la basse pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le deuxième étage de compression du compresseur.
[37] Dans ce mode de fonctionnement, la première section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur est traversée par du fluide réfrigérant à la pression la plus basse, donc possédant la température d’évaporation la plus faible. La deuxième section d’échange thermique du troisième échangeur de chaleur est parcourue par le fluide réfrigérant à pression intermédiaire. La circulation de fluide réfrigérant est interrompue dans le deuxième échangeur de chaleur. Toute la puissance frigorifique disponible peut être utilisée pour refroidir le flux d’air traversant le troisième échangeur de chaleur. Comme dans le deuxième mode de fonctionnement, le flux d’air est refroidi jusqu’à un premier niveau de température par la première section d’échange thermique, et est à nouveau refroidi jusqu’à un deuxième niveau de température par la deuxième section d’échange thermique.
[38] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation donnée à titre d’exemples non limitatifs, accompagnée des figures ci-dessous :
[39] - la figure 1 représente une vue schématique d’un circuit de gestion thermique selon un mode de réalisation de l’invention,
[40] - la figure 2 représente une vue schématique du circuit de gestion thermique de la figure 1 selon un premier mode de fonctionnement,
[41] - la figure 3 représente un diagramme de la pression en fonction de l’enthalpie du fluide réfrigérant lors du fonctionnement selon le premier mode de fonctionnement de la figure 2,
[42] - la figure 4 représente une vue schématique du circuit de gestion thermique de la figure 1 selon un deuxième mode de fonctionnement,
[43] - la figure 5 représente un diagramme de la pression en fonction de l’enthalpie du fluide réfrigérant lors du fonctionnement selon le deuxième mode de fonctionnement de la figure 4,
[44] - la figure 6 représente une vue schématique du circuit de gestion thermique de la figure 1 selon un troisième mode de fonctionnement,
[45] - la figure 7 représente un diagramme de la pression en fonction de l’enthalpie du fluide réfrigérant lors du fonctionnement selon le troisième mode de fonctionnement de la figure 6,
[46] - la figure 8 représente une vue schématique d’un échangeur de chaleur du circuit de la figure 1 , comportant deux sections d’échange thermique distinctes, selon un premier mode de réalisation,
[47] - la figure 9 représente une vue schématique d’un échangeur de chaleur du circuit de la figure 1 , comportant deux sections d’échange thermique distinctes, selon un deuxième mode de réalisation,
[48] - la figure 10 représente une vue schématique, partielle, de l’échangeur de la figure 8. [49] Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
[50] Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre et on peut interchanger les dénominations. Dans la description qui suit, le terme « un premier élément en amont d’un deuxième élément » signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation 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 du fluide considéré. [51] On a représenté sur la figure 1 un circuit de gestion thermique 1 d’un véhicule automobile. Le circuit de gestion thermique 1 est configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant. Autrement dit, en fonctionnement normal du circuit 1 , un fluide réfrigérant circule au moins dans une partie du circuit 1. Le circuit de gestion thermique 1 permet de réguler la température ainsi que le taux d’humidité de l’air présent dans l’habitacle du véhicule, afin d’assurer le confort des passagers. Il permet également de refroidir un ou plusieurs organes d’une chaîne de traction électrique du véhicule, comme par exemple un ensemble de cellules de batterie de stockage d’énergie électrique. Le fluide réfrigérant utilisé peut être un fluide chimique classique comme le R-1234yf (formule chimique 2, 3,3,3- Tétrafluoropropène) ou encore le R-134a (formule chimique 1,1,1 ,2-
Tétrafluoroéthane).
[52] Le circuit de gestion thermique 1 comporte une boucle principale A, une première branche de circulation B, une deuxième branche de circulation C.
[53] La boucle principale A comporte dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un compresseur 3 comprenant au moins deux étages de compression, o un premier échangeur de chaleur 5 destiné à être traversé par un flux d’air externe 100, o un premier dispositif de détente 7 du fluide réfrigérant, et o un deuxième échangeur de chaleur 9 destiné à être en relation avec les batteries du véhicule automobile électrique ou hybride, la sortie de fluide réfrigérant dudit deuxième échangeur de chaleur 9 étant reliée au premier étage de compression du compresseur 3.
[54] La première branche de circulation B relie un premier point de jonction 31 disposé en aval du premier échangeur de chaleur 5, entre ledit premier échangeur de chaleur 5 et le premier dispositif de détente 7, à un étage de compression du compresseur 3 différent de son premier étage, la première branche de circulation B comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un deuxième dispositif de détente 11 , et o une première section d’échange thermique 15 d’un troisième échangeur de chaleur 20 permettant les échanges de chaleur avec un flux d’air interne 200.
[55] La deuxième branche de circulation C relie un deuxième point de jonction 32 disposé en aval du premier point de jonction 31 , entre ledit premier point de jonction 31 et le premier dispositif de détente 7, à un troisième point de jonction 33 disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur 9, entre ledit deuxième échangeur de chaleur 9 et le premier étage de compression du compresseur 3, la deuxième branche de circulation C comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un troisième dispositif de détente 17, et o une deuxième section d’échange thermique 16 du troisième échangeur de chaleur 20 permettant les échanges de chaleur avec le flux d’air interne 200.
[56] On entend par flux d’air interne 200 un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air interne peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation, souvent désignée par le terme Anglais
« HVAC » signifiant « Heating, Ventilating and Air Conditioning ». [57] Le deuxième échangeur de chaleur 9 est en couplage thermique avec un ensemble de cellules de batterie assurant par exemple la propulsion du véhicule par un moteur électrique. Le deuxième échangeur de chaleur 9 permet ainsi de réguler la température des batteries. Le couplage thermique peut être assuré de manière directe, le réfrigérant échangeant directement de la chaleur avec les batteries, ou encore de manière indirecte, par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur. Dans ce cas, le fluide réfrigérant refroidit le fluide caloporteur qui à son tour refroidit les batteries.
[58] Une unité électronique de contrôle, non représentée, reçoit les informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit. L’unité électronique reçoit également les consignes demandées par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique met en oeuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du circuit de gestion thermique 1.
[59] La première section d’échange thermique 15 et la deuxième section d’échange thermique 16 sont destinées à être traversées par le flux d’air interne 200.
[60] Dans le mode de réalisation illustré, la première section d’échange thermique 15 et la deuxième section d’échange thermique 16 font partie du même troisième échangeur de chaleur 20.
[61 ] Un même échangeur de chaleur 20 comporte ainsi deux sections d’échange thermique 15, 16 permettant d’obtenir deux niveaux de température différents. L’intégration de cet échangeur de chaleur unique 20 dans l’habitacle du véhicule est ainsi facilitée.
[62] Comme représenté notamment sur les figures 1 et 8, la première section d’échange thermique 15 est disposée en amont de la deuxième section d’échange thermique 16 selon le sens d’écoulement du flux d’air interne 200.
[R4] Autrement dit, le flux d’air 200 traverse d’abord la première section d’échange thermique 15 puis la deuxième section d’échange thermique 16 avant de ressortir de l’échangeur 20. [63] Le flux d’air interne 200 est ainsi refroidi une première fois en traversant la première section d’échange thermique 15, puis une deuxième fois en traversant la deuxième section d’échange thermique 16. L’efficacité de l’échange thermique est ainsi améliorée.
[64] Selon un mode de réalisation, illustré sur la figure 8, la première section d’échange thermique 15 comporte une entrée 24 et une sortie 25 disposées sur une même face 6 du troisième échangeur de chaleur 20.
[65] Selon un autre mode de réalisation, illustré sur la figure 9, la première section d’échange thermique 15 comporte une entrée 24 et une sortie 25 disposée sur des faces opposées 6,10 du troisième échangeur de chaleur 20.
[66] De même, dans l’exemple de la figure 8, la deuxième section d’échange thermique 16 comporte une entrée 26 et une sortie 27 disposée sur une même face 6 du troisième échangeur de chaleur 20.
[67] Selon le mode de réalisation de la figure 9, la deuxième section d’échange thermique 16 comporte une entrée 26 et une sortie 27 disposée sur des faces opposées 6,10 du troisième échangeur de chaleur 20.
[68] Plus précisément, l’entrée 24 de la première section d’échange thermique 15 et l’entrée 26 de la deuxième section d’échange thermique 16 sont en vis-à-vis. [R11] Autrement dit, l’entrée 24 et l’entrée 26 sont sensiblement alignés selon la direction d’écoulement du flux d’air interne 200.
[69] De même, la sortie 25 de la première section d’échange thermique 15 et la sortie 27 de la deuxième section d’échange thermique 16 sont en vis-à-vis.
[70] Lorsque les deux entrées 24,26 et les deux sorties 25,27 sont toutes disposées sur une même face de l’échangeur de chaleur 20, l’insertion de l’échangeur thermique 20 dans l’installation de chauffage lors du montage est facilitée. De même, le raccordement des conduites de réfrigérant à chacune des entrées 24, 26 et sorties 25, 27 de l’échangeur de chaleur 20 est également facilitée.
[71] Selon un mode de réalisation, la première section d’échange thermique 15 comporte une passe unique. [R13] Selon un autre mode de réalisation, la première section d’échange thermique 15 comporte au moins deux passes. Selon encore un autre mode de réalisation, schématisé sur la figure 10, la première section d’échange thermique 15 comporte au moins trois passes.
[72] Selon un exemple de réalisation, la deuxième section d’échange thermique 16 comporte une passe unique. Selon un autre exemple de réalisation, la deuxième section d’échange thermique 16 comporte au moins deux passes. En variante, la deuxième section d’échange thermique 16 comporte au moins trois passes. Le nombre de passes de la première section d’échange thermique 15 peut être choisi indépendamment du nombre de passes de la deuxième section d’échange thermique 16.
[73] Le circuit de gestion thermique 1 comporte de plus un échangeur de chaleur interne 13 permettant les échanges de chaleur entre le fluide réfrigérant en sortie du deuxième dispositif de détente 11 et le fluide réfrigérant circulant entre le premier point de jonction 31 et le deuxième point de jonction 32. Cet échangeur de chaleur interne 13 permet d’améliorer l’efficacité du refroidissement.
[74] Les premier 7, deuxième 11 et troisième 17 dispositifs de détente peuvent comporter notamment une fonction d’arrêt afin d’interdire la circulation du fluide réfrigérant lorsqu’ils sont complètement fermés. Une telle fonction d’arrêt permet de contrôler la circulation du fluide réfrigérant et ainsi de décider si le fluide réfrigérant circule dans le deuxième échangeur de chaleur 9, dans la première branche de circulation B et/ou dans la deuxième branche de circulation C.
[75] Les figures 2 à 7 illustrent trois modes de fonctionnement distincts du circuit de gestion thermique 1. D’autres modes de fonctionnement sont également possibles en jouant sur le débit de fluide réfrigérant traversant chacun des premier 7, deuxième 11 et troisième 17 dispositifs de détente.
[76] Sur les figures 2, 4 et 6, seules les portions dans lesquelles le fluide réfrigérant circule sont représentées. Le type de trait utilisé schématise la pression du fluide réfrigérant dans la portion de circuit correspondante. Un trait épais correspond à une portion de circuit à haute pression, un trait fin correspond à une portion de circuit à pression intermédiaire et un trait pointillé correspond à une portion de circuit à basse pression. Dans tous les modes de fonctionnement, la valeur de la pression intermédiaire est inférieure à la valeur de la haute pression, et la valeur de la basse pression est inférieure à la valeur de la pression intermédiaire.
[77] Premier mode de fonctionnement :
La figure 2 illustre le fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 selon un premier mode de fonctionnement. La figure 3 est un diagramme représentant l’évolution, dans les branches de circulation A et B, de la pression P du fluide réfrigérant en fonction de son enthalpie H.
[78] Dans ce premier mode de fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 , le fluide réfrigérant circule dans :
- le compresseur 3,
- le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel il perd de la chaleur,
- une première partie du fluide réfrigérant passe par la boucle principale A et traverse le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une basse pression, le fluide réfrigérant traversant ensuite le deuxième échangeur de chaleur 9 au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier étage de compression du compresseur 3,
- une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, supérieure à la basse pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique 15 du troisième échangeur de chaleur 20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le deuxième étage de compression du compresseur 3.
[79] Le fluide réfrigérant est à haute pression en sortie du compresseur 3, comme illustré par la portion 300 du diagramme de la figure 3. Le fluide réfrigérant passe ensuite par le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel le fluide réfrigérant cède de la chaleur au flux d’air externe 100, comme illustré par la portion 500 du diagramme de la figure 3. Au niveau du premier point de jonction 31 , une première partie du fluide réfrigérant passe par la boucle principale A et traverse le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une basse pression, comme illustré par la portion 700 du diagramme de la figure 3. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le deuxième échangeur de chaleur 9 au niveau duquel il absorbe de la chaleur, comme illustré par la portion 900 du diagramme de la figure 4, puis rejoint le premier étage de compression du compresseur 3.
[80] Toujours au niveau du premier point de jonction 31 , une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, supérieure à la basse pression, comme illustré par la courbe 110 du diagramme de la figure 3. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique 15 du troisième échangeur de chaleur 20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur, comme le montre la portion 150 du diagramme de la figure 4. Le fluide réfrigérant à pression intermédiaire rejoint ensuite le deuxième étage de compression du compresseur 3 et boucle le cycle thermodynamique.
[81] Dans ce premier mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant ne circule pas dans la deuxième branche de circulation C. Pour cela, le troisième dispositif de détente 17 peut par exemple être fermé et interdire la circulation du fluide réfrigérant. La deuxième section d’échange thermique 16 du troisième échangeur de chaleur 20 n’est pas parcourue par le fluide réfrigérant, et ne modifie pas la température du flux d’air interne 200.
[82] Le flux d’air interne 200 est ainsi refroidi à un premier niveau de température en traversant la première section d’échange thermique 15 du troisième échangeur de chaleur 20. Les batteries sont elles refroidies via le deuxième échangeur de chaleur 9, qui est placé à un deuxième niveau de température, plus froid que le premier niveau de température. En effet, la température d’évaporation du fluide réfrigérant est plus faible dans l’échangeur 9 que dans la première section d’échange thermique 15, puisque la pression y est plus basse. Ce premier mode de fonctionnement permet de refroidir efficacement les batteries lors d’une charge rapide. La température des batteries peut ainsi être maintenue au plus près de la température optimale de fonctionnement.
[83] Ce premier mode de fonctionnement permet de fournir une puissance de refroidissement élevée aux batteries, tout en assurant un refroidissement de l’habitacle du véhicule. Le débit de fluide réfrigérant circulant dans la première branche de circulation B et dans la boucle principale A permet d’ajuster la répartition de la puissance de refroidissement entre l’habitacle et les batteries, ainsi que d’ajuster la puissance totale de refroidissement.
[84] L’échangeur de chaleur interne 13 permet un sous-refroidissement du fluide réfrigérant passant par la boucle principale A. En effet, une partie de l’énergie calorifique du fluide réfrigérant à haute pression passant entre le premier 31 et le deuxième 32 point de jonction est transférée au fluide réfrigérant à pression intermédiaire circulant dans la première branche de circulation B en sortie du deuxième dispositif de détente 11 , comme illustré par les courbes 130a et 130b du diagramme de la figure 3. La différence d’enthalpie schématisée par le segment 130a n’est pas forcément égale à la différence d’enthalpie schématisée par le segment 130b. L’échangeur de chaleur interne 13 permet d’améliorer le coefficient de performance du circuit de gestion thermique 1. Il est cependant tout à fait envisageable de ne pas intégrer d’échangeur interne, selon une variante non représentée du circuit de gestion thermique 1.
[85] Deuxième mode de fonctionnement :
La figure 4 illustre le fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 selon un deuxième mode de fonctionnement. La figure 5 est un diagramme représentation l’évolution, dans les branches de circulation A, B, C, de la pression P du fluide réfrigérant en fonction de son enthalpie H.
[86] Dans ce deuxième mode de fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 , le fluide réfrigérant circule dans :
- le compresseur 3,
- le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel il perd de la chaleur,
- une première partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique 15 du troisième échangeur de chaleur 20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le deuxième étage de compression du compresseur 3, une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une basse pression, inférieure à la pression intermédiaire, le fluide réfrigérant traverse ensuite le deuxième échangeur de chaleur 9 au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier étage de compression du compresseur 3, une troisième partie du fluide réfrigérant passe par la deuxième branche de circulation C et traverse le troisième dispositif de détente 17 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à la basse pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite la deuxième section d’échange thermique 16 du troisième échangeur de chaleur 20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier étage de compression du compresseur 3.
[87] Le fluide réfrigérant est à haute pression en sortie du compresseur 3, comme illustré par la portion 300 du diagramme de la figure 5. Le fluide réfrigérant passe ensuite par le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel le fluide réfrigérant cède de la chaleur au flux d’air externe 100, comme illustré par la portion 500 du diagramme de la figure 5.
[88] Au niveau du premier point de jonction 31 , une première partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, comme illustré par la courbe 110 du diagramme de la figure 5. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique 15 du troisième échangeur de chaleur 20, comme le montre la courbe 150 du diagramme de la figure 6, au niveau duquel il absorbe de la chaleur. Le fluide réfrigérant à pression intermédiaire rejoint ensuite le deuxième étage de compression du compresseur 3.
[89] Toujours au niveau du premier point de jonction 31 , une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par la boucle principale A, traverse l’échangeur interne 13, et atteint le point de jonction 32. En aval du deuxième point de jonction 32, une deuxième partie du fluide réfrigérant circule dans la boucle principale A et traverse le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une basse pression, inférieure à la pression intermédiaire, comme illustré par la portion 700 du diagramme de la figure 5. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le deuxième échangeur de chaleur 9 au niveau duquel il absorbe de la chaleur, comme illustré par la courbe 900 du diagramme de la figure 5, puis rejoint le troisième point de jonction 33.
[90] Toujours en aval du deuxième point de jonction 32, une troisième partie du fluide réfrigérant passe par la deuxième branche de circulation C et traverse le troisième dispositif de détente 17 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une basse pression, inférieure à la pression intermédiaire, comme illustré par la courbe 170 du diagramme de la figure 5. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la deuxième section d’échange thermique 16 du troisième échangeur de chaleur 20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur, comme illustré par la courbe 160 du diagramme de la figure 5, avant de rejoindre le troisième point de jonction 33.
[91] En aval du point de jonction 33, le fluide réfrigérant à basse pression rejoint le premier étage de compression du compresseur 3. Le deuxième échangeur thermique 9 et la deuxième section d’échange thermique 16 du troisième échangeur de chaleur 20 sont à une pression identique puisqu’ils sont reliés ensemble au niveau du point de jonction 33. Par pression identique, on entend identique aux écarts de perte de charge près, entre d’une part la sortie de la deuxième section d’échange thermique 16 et le point de jonction 33, et d’autre part la sortie du deuxième échangeur de chaleur 9 et le point de jonction 33.
[92] Comme pour le premier mode de fonctionnement, l’échangeur de chaleur interne 13 permet un sous-refroidissement du fluide réfrigérant passant par la boucle principale A. En effet, une partie de l’énergie calorifique du fluide réfrigérant à haute pression passant entre le premier 31 et le deuxième 32 point de jonction est transférée au fluide réfrigérant à pression intermédiaire circulant dans la première branche de circulation B en sortie du deuxième dispositif de détente 11. Ce transfert est illustré par les portions 130a et 130b du diagramme de la figure 5. La différence d’enthalpie schématisée par le segment 130a n’est pas forcément égale à la différence d’enthalpie schématisée par le segment 130b. L’échangeur de chaleur interne 13 permet d’améliorer le coefficient de performance du circuit de gestion thermique 1. Il est cependant tout à fait envisageable de ne pas intégrer d’échangeur interne, selon une variante non représentée du circuit de gestion thermique 1. [93] Dans ce deuxième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule à la fois dans la première branche de circulation B, la deuxième branche de circulation C ainsi que dans la boucle principale A.
[94] Dans ce mode de fonctionnement, le deuxième échangeur de chaleur 9 et la deuxième section d’échange thermique 16 du troisième échangeur de chaleur 20 sont tous les deux traversés par du fluide réfrigérant à la pression la plus basse, donc possédant la température d’évaporation la plus faible. La première section d’échange thermique 15 du troisième échangeur de chaleur 20 est parcourue par le fluide réfrigérant à pression intermédiaire. Le flux d’air interne 200 est donc refroidi d’abord par la première section d’échange thermique 15 jusqu’à un premier niveau de température, puis est à nouveau refroidi par la deuxième section d’échange thermique 16 jusqu’à un deuxième niveau de température. Le deuxième niveau de température est plus froid que le premier niveau de température puisque l’évaporation du fluide réfrigérant se produit à une pression plus faible.
[95] Ce deuxième mode de fonctionnement permet ainsi d’obtenir conjointement une capacité de refroidissement élevée des batteries, via le deuxième échangeur de chaleur 9, ainsi d’un débit d’air interne 200 à basse température.
[96] Le deuxième mode de fonctionnement peut correspondre à une charge rapide des batteries tout en assurant conjointement un refroidissement efficace de l’habitacle.
[97] Dans le cas où le quatrième échangeur de chaleur 19 comporte un matériau à changement de phase, ce dernier peut être « rechargé » dans ce deuxième mode de fonctionnement, notamment pour être utilisé ultérieurement par exemple dans le premier mode de réalisation. Par « recharger », on entend ici que le matériau à changement de phase passe par exemple de la phase liquide à la phase solide.
[98] Troisième mode de fonctionnement :
La figure 6 illustre le fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 selon un troisième mode de fonctionnement. La figure 7 est un diagramme représentation l’évolution, dans les branches de circulation A, B, C, de la pression P du fluide réfrigérant en fonction de son enthalpie H. [99] Dans ce troisième mode de fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 , le fluide réfrigérant circule dans :
- le compresseur 3,
- le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel il perd de la chaleur,
- une première partie du fluide réfrigérant passe par la deuxième branche de circulation C et traversant le troisième dispositif de détente 17 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une basse pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite la deuxième section d’échange thermique 16 du troisième échangeur de chaleur 20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier étage de compression du compresseur 3,
- une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, supérieure à la basse pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique 15 du troisième échangeur de chaleur 20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le deuxième étage de compression du compresseur 3.
[100] Le fluide réfrigérant est à haute pression en sortie du compresseur 3, comme illustré par la courbe 300 du diagramme de la figure 7. Le fluide réfrigérant passe ensuite par le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel le fluide réfrigérant cède de la chaleur au flux d’air externe 100, comme illustré par la courbe 500 du diagramme de la figure 7.
[101] Au niveau du premier point de jonction 31 , une première partie du fluide réfrigérant passe par la boucle principale A, traverse l’échangeur interne 13, et atteint le point de jonction 32. En aval du deuxième point de jonction 32 le fluide réfrigérant passe par la deuxième branche de circulation C et traverse le troisième dispositif de détente 17 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une basse pression, inférieure à la pression intermédiaire, comme illustré par la courbe 170 du diagramme de la figure 7. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la deuxième section d’échange thermique 16 du troisième échangeur de chaleur 20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur, comme illustré par la portion 160 du diagramme de la figure 7, avant de rejoindre le troisième point de jonction 33. Après le troisième point de jonction 33, le fluide réfrigérant à basse pression rejoint le premier étage de compression du compresseur 3.
[102] Toujours au niveau du premier point de jonction 31 , une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, comme illustré par la portion 110 du diagramme de la figure 6. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique 15 du troisième échangeur de chaleur 20, comme le montre la portion 150 du diagramme de la figure 7, au niveau duquel il absorbe de la chaleur. Le fluide réfrigérant à pression intermédiaire rejoint ensuite le deuxième étage de compression du compresseur 3.
[103] Dans ce troisième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant ne circule pas dans la portion de la partie de boucle principale A située entre le deuxième point de jonction 32 et le troisième point de jonction 33. Pour cela, le premier dispositif de détente 7 peut par exemple être fermé et interdire la circulation du fluide réfrigérant. Le deuxième échangeur de chaleur 9 n’est pas parcourue par le fluide réfrigérant.
[104] Comme pour le premier et le deuxième mode de fonctionnement, l’échangeur de chaleur interne 13 permet un sous-refroidissement du fluide réfrigérant passant par la boucle principale A. En effet, une partie de l’énergie calorifique du fluide réfrigérant passant entre le premier 31 et le deuxième 32 point de jonction est transférée au fluide réfrigérant circulant dans la première branche de circulation B en sortie du deuxième dispositif de détente 11 , comme illustré par les courbes 130a et 130b du diagramme de la figure 5. L’échangeur de chaleur interne 13 permet d’améliorer le coefficient de performance du circuit de gestion thermique 1.
[105] Dans ce troisième mode de fonctionnement, la première section d’échange thermique 15 du troisième échangeur de chaleur 20 est parcourue par le fluide réfrigérant à pression intermédiaire tandis que la deuxième section d’échange thermique 16 du troisième échangeur de chaleur 20 est traversée par du fluide réfrigérant à la pression la plus basse, donc possédant la température d’évaporation la plus faible. Le flux d’air interne 200 est donc refroidi d’abord par la première section d’échange thermique 15 jusqu’à un premier niveau de température, puis est à nouveau refroidi par la deuxième section d’échange thermique 16 jusqu’à un deuxième niveau de température, inférieur au premier niveau de température.
[106] Ce troisième mode de fonctionnement permet de dédier la capacité de refroidissement du circuit de gestion thermique 1 au refroidissement du flux d’air interne 200. Toute la puissance frigorifique disponible est ainsi utilisée pour le refroidissement de l’habitacle. Cela permet par exemple un refroidissement rapide de l’habitacle du véhicule automobile.
[107] Selon des modes de réalisation non représentés, le circuit de gestion thermique selon l’invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou combinées entre elles :
[108] La première section d’échange thermique 15 et la deuxième section d’échange thermique 16 peuvent être disposées cote à cote selon le sens d’écoulement du flux d’air interne (200). Dans ce cas, aucune section d’échange thermique n’est en amont de l’autre. Une partie du flux d’air interne 200 traverse uniquement la première section d’échange thermique 15 et une autre partie du flux d’air interne 200 traverse uniquement la deuxième section d’échange thermique 16. Il est ainsi possible d’obtenir une partie du flux d’air interne 200 à une première température, et une autre partie du flux d’air interne 200 à une deuxième température distincte de la première température. Ces deux parties distinctes du flux d’air interne 200 peuvent ainsi être dirigées vers des zones distinctes de l’habitacle. L’air le plus frais peut par exemple être dirigé vers la partie supérieure de l’habitacle, c'est-à-dire vers le pare-brise et la tête des passagers. L’air à température plus élevée peut lui être dirigé vers la partie intermédiaire ou la partie basse de l’habitacle. Cela permet d’assurer un désembuage particulièrement efficace du pare-brise ainsi qu’un bon confort thermique des passagers.
[109] La première section d’échange thermique 15 peut être disposée au-dessous de la deuxième section d’échange thermique 16. On entend par « au dessous » que la première section d’échange thermique 15 est plus près du sol sur lequel roule le véhicule que la deuxième section d’échange thermique 16, lorsque l’échangeur de chaleur 20 est assemblé dans sa position de montage normal dans le véhicule. Cette configuration facilite l'orientation de l’air le plus frais vers la partie supérieure de l’habitacle.
[110] La première section d’échange thermique 15 du troisième échangeur de chaleur 20 peut comporter un matériau à changement de phase. De même, la deuxième section d’échange thermique 16 du troisième échangeur de chaleur 20 comporte un matériau à changement de phase.
[111] L’énergie nécessaire à faire passer le matériau à changement de phase de l’état solide à l’état liquide peut servir à refroidir le flux d’air interne en l’absence de circulation de fluide réfrigérant dans le circuit, par exemple lorsque le véhicule n’est pas en fonctionnement.

Claims

Revendications
1. Circuit de gestion thermique (1 ) d’un véhicule automobile électrique ou hybride configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, ledit circuit de gestion thermique (1) comportant :
- une boucle principale (A) comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un compresseur (3) comprenant au moins deux étages de compression, o un premier échangeur de chaleur (5) destiné à être traversé par un flux d’air externe (100), o un premier dispositif de détente (7) du fluide réfrigérant, et o un deuxième échangeur de chaleur (9) destiné à être en relation avec les batteries du véhicule automobile électrique ou hybride, la sortie de fluide réfrigérant dudit deuxième échangeur de chaleur (9) étant reliée au premier étage de compression du compresseur (3),
- une première branche de circulation (B) reliant un premier point de jonction
(31 ) disposé en aval du premier échangeur de chaleur (5), entre ledit premier échangeur de chaleur (5) et le premier dispositif de détente (7), à un étage de compression du compresseur (3) différent de son premier étage, la première branche de circulation (B) comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un deuxième dispositif de détente (11 ), et o une première section d’échange thermique (15) d’un troisième échangeur de chaleur (20) permettant les échanges de chaleur avec un flux d’air interne (200),
- une deuxième branche de circulation (C) reliant un deuxième point de jonction (32) disposé en aval du premier point de jonction (31 ), entre ledit premier point de jonction (31 ) et le premier dispositif de détente (7), à un troisième point de jonction (33) disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur (9), entre ledit deuxième échangeur de chaleur (9) et le premier étage de compression du compresseur (3), la deuxième branche de circulation (C) comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un troisième dispositif de détente (17), et o une deuxième section d’échange thermique (16) du troisième échangeur de chaleur (20) permettant les échanges de chaleur avec le flux d’air interne (200).
2. Circuit de gestion thermique (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel la première section d’échange thermique (15) et la deuxième section d’échange thermique (16) sont destinées à être traversées par le flux d’air interne (200).
3. Circuit de gestion thermique (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première section d’échange thermique (15) est disposée en amont de la deuxième section d’échange thermique (16) selon le sens d’écoulement du flux d’air interne (200).
4. Circuit de gestion thermique (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première section d’échange thermique (15) et la deuxième section d’échange thermique (16) sont disposées cote à cote selon le sens d’écoulement du flux d’air interne (200).
5. Circuit de gestion thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première section d’échange thermique (15) comporte une entrée (24) et une sortie (25) disposées sur une même face (6) du troisième échangeur de chaleur (20).
6. Circuit de gestion thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la deuxième section d’échange thermique (16) comporte une entrée (26) et une sortie (27) disposée sur une même face (6) du troisième échangeur de chaleur (20).
7. Circuit de gestion thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un échangeur de chaleur interne (13) permettant les échanges de chaleur entre le fluide réfrigérant en sortie du deuxième dispositif de détente (11) et le fluide réfrigérant circulant entre le premier (31 ) et le deuxième point de jonction (32).
8. Circuit de gestion thermique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il est configuré dans un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
- le compresseur (3),
- le premier échangeur de chaleur (5) au niveau duquel il perd de la chaleur,
- une première partie du fluide réfrigérant passe par la boucle principale (A) et traverse le premier dispositif de détente (7) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une basse pression, le fluide réfrigérant traversant ensuite le deuxième échangeur de chaleur (9) au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier étage de compression du compresseur (3),
- une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation (B) et traverse le deuxième dispositif de détente (11) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, supérieure à la basse pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique (15) du troisième échangeur de chaleur (20) au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le deuxième étage de compression du compresseur (3).
9. Circuit de gestion thermique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il est configuré dans un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
- le compresseur (3),
- le premier échangeur de chaleur (5) au niveau duquel il perd de la chaleur,
- une première partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation (B) et traverse le deuxième dispositif de détente (11) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique (15) du troisième échangeur de chaleur (20) au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le deuxième étage de compression du compresseur (3), - une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par le premier dispositif de détente (7) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une basse pression, inférieure à la pression intermédiaire, le fluide réfrigérant traverse ensuite le deuxième échangeur de chaleur (9) au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier étage de compression du compresseur (3),
- une troisième partie du fluide réfrigérant passe par la deuxième branche de circulation (C) et traverse le troisième dispositif de détente (17) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à la basse pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite la deuxième section d’échange thermique (16) du troisième échangeur de chaleur (20) au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier étage de compression du compresseur (3).
10. Circuit de gestion thermique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il est configuré dans un troisième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
- le compresseur (3),
- le premier échangeur de chaleur (5) au niveau duquel il perd de la chaleur,
- une première partie du fluide réfrigérant passe par la deuxième branche de circulation (C) et traversant le troisième dispositif de détente (17) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une basse pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite la deuxième section d’échange thermique (16) du troisième échangeur de chaleur (20) au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier étage de compression du compresseur (3),
- une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation (B) et traverse le deuxième dispositif de détente (11) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, supérieure à la basse pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique (15) du troisième échangeur de chaleur (20) au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le deuxième étage de compression du compresseur (3).
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WO2014209780A1 (fr) * 2013-06-26 2014-12-31 Carrier Corporation Système de réfrigération de transport à compartiments multiples ayant une vanne d'isolement d'évaporateur
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