WO2021105615A1 - Système de traitement thermique destine à un véhicule automobile - Google Patents

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WO2021105615A1
WO2021105615A1 PCT/FR2020/052176 FR2020052176W WO2021105615A1 WO 2021105615 A1 WO2021105615 A1 WO 2021105615A1 FR 2020052176 W FR2020052176 W FR 2020052176W WO 2021105615 A1 WO2021105615 A1 WO 2021105615A1
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refrigerant fluid
heat
fluid
refrigerant
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PCT/FR2020/052176
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Mohamed Yahia
Bertrand Nicolas
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Valeo Systemes Thermiques
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Definitions

  • the field of the present invention is that of heat treatment systems used to heat or cool an enclosure or a component of a vehicle, in particular a component of a powertrain of this vehicle.
  • Motor vehicles are commonly equipped with a refrigerant circuit used to heat or cool different areas or different components of the vehicle. It is in particular known to use this refrigerant circuit to heat treat a flow of air sent into the passenger compartment of the vehicle equipped with such a circuit.
  • this circuit it is known to use it to cool a component of the powertrain of the vehicle, such as for example an electrical energy storage device, the latter being used to supply energy to an engine. electric capable of setting the vehicle in motion.
  • the refrigerant circuit thus provides energy capable of cooling the electrical energy storage device during its use in the driving phases.
  • the refrigerant fluid circuit can also supply the energy necessary for cooling the electrical energy storage device when the latter is in the charging phase, and in particular in the rapid charging phase during which its temperature tends to sharply. increase.
  • the present invention falls within this context and aims to provide a heat treatment system that is less expensive to manufacture than current heat treatment systems but without its performance being reduced. This object is achieved by modifying the architecture of the circuit, this modification making it possible to reduce the number of constituent components of this system, and thus to reduce the manufacturing costs of the latter.
  • An object of the present invention thus relates to a heat treatment system intended for a vehicle, comprising at least one refrigerant circuit and at least one heat transfer fluid loop, the refrigerant circuit comprising, at least, one compression device, a first heat exchanger arranged at an interface between the refrigerant circuit and the heat transfer fluid loop, an internal heat exchanger equipped with at least a first refrigerant circulation section and at least a second refrigerant circulation section refrigerant separate from the first section, a first expansion member, a second heat exchanger configured to perform a heat exchange between a flow of air outside the vehicle and the refrigerant and the heat transfer fluid loop comprising at least the first exchanger thermal, at least one means of circulating the heat transfer fluid, at least a first heat exchanger c onfigured to operate a heat exchange between the coolant and an internal air flow intended to be sent into a vehicle cabin.
  • the refrigerant fluid circuit is configured to circulate the refrigerant fluid, alternately, in two opposite directions in the first section of the internal heat exchanger.
  • the first section for circulating the refrigerant fluid extends between a first inlet and a first outlet of a body of the internal heat exchanger and the second section for circulating the refrigerant fluid extends between a second inlet and a second outlet from the body of the internal heat exchanger.
  • the internal heat exchanger makes it possible to operate a heat exchange between two pipes of the circuit.
  • the heat treatment system according to the invention can operate according to at least two operating modes.
  • the internal heat exchanger is co-current, that is to say that the refrigerant fluid which circulates in the first section of this internal heat exchanger and the refrigerant fluid which circulates in the second section of this internal heat exchanger both circulate in the same direction.
  • the internal heat exchanger is counter-current, that is to say that the refrigerant fluid circulates in a first direction in the first section of this internal heat exchanger and in a second direction, contrary to the first direction, in the second section of this internal heat exchanger.
  • the heat treatment system according to the invention can thus be satisfied with a single internal heat exchanger, thus reducing the production costs of such a system compared to currently known heat treatment systems.
  • the term “arranged at the interface” is understood to mean the fact that the first heat exchanger comprises at least a first section supplied with the refrigerant fluid and at least a second section supplied with the heat transfer fluid.
  • the first heat exchanger is configured to operate a heat exchange between the refrigerant fluid which circulates in the circuit and the heat transfer fluid which circulates in the loop.
  • refrigerant fluid is understood to mean a fluid configured to capture, transport and transfer calories by changing state. In other words, when this refrigerant evaporates, it captures calories from its environment, and when it condenses it transfers calories to its environment.
  • heat transfer fluid is understood to mean a fluid capable of capturing, transporting and transferring calories without changing state. According to the invention, a heat transfer fluid can for example be glycol water.
  • the refrigerant fluid circuit comprises at least one expansion member, called “second expansion member” and at least one heat exchanger, called “third heat exchanger”, configured to operate a heat exchange between internal air flow and refrigerant.
  • the refrigerant fluid circuit comprises at least a first subcircuit and at least a second subcircuit, the refrigerant fluid circuit being configured to allow the circulation of refrigerant fluid, alternatively, in the first sub-circuit or in the second sub-circuit, the first sub-circuit comprising, in this order according to a direction of circulation of the refrigerant fluid in this first sub-circuit, the first section of the internal heat exchanger, the first member expansion, the second heat exchanger, the second section of the internal heat exchanger, the compression device and the first heat exchanger and the second subcircuit comprising, in this order according to a direction of circulation of the refrigerant fluid in the second subcircuit, the second heat exchanger, the first section of the heat exchanger, the second expansion member, the third heat exchanger, the second section of the internal heat exchanger, the compression device and the first heat exchanger.
  • the internal heat exchanger is thus configured to operate a heat exchange between high pressure refrigerant fluid, that is to say refrigerant fluid compressed by the compression device, which circulates in the first section and low-pressure refrigerant fluid, that is to say refrigerant fluid having undergone an expansion operated by the first or second expansion member, which circulates in the second section.
  • the refrigerant fluid circuit is configured to circulate the refrigerant fluid, alternately, in two opposite directions in the first section of the internal heat exchanger.
  • the heat transfer fluid loop comprises at least one second heat exchanger configured to effect heat exchange between the flow of outside air and the heat transfer fluid.
  • this second heat exchanger carried by the heat transfer fluid loop allows this heat transfer fluid to discharge its calories into an outside air flow, for example when the system according to the invention operates according to an operating mode in which a user of the vehicle wishes to lower the temperature in the passenger compartment of his vehicle.
  • the refrigerant fluid circuit can also include at least one expansion member, called a “third expansion member” and at least one heat exchanger, called “fourth heat exchanger”, intended for cooling at least one component of a pressure chain.
  • traction of the vehicle For example, if the vehicle is an electric or hybrid vehicle, the fourth heat exchanger can be dedicated to cooling a component of the electric traction chain, such as an electrical energy storage device for example.
  • the term “dedicated to heat treatment” or “dedicated to cooling” is understood to mean the fact that an additional fluid circulates in the fourth heat exchanger, this additional fluid being configured to capturing calories from the electrical energy storage device in order to cool the latter and transfer the calories thus captured to the refrigerant fluid, this exchange of calories between the refrigerant fluid and the additional fluid taking place within the fourth heat exchanger.
  • the refrigerant fluid which circulates in the refrigerant fluid circuit can also be used to cool the component of the electric drive train.
  • At least the first expansion member is arranged on a pipe parallel to a carrier pipe of the second heat exchanger.
  • This first expansion member is configured to expand the refrigerant fluid which passes through it, that is to say to reduce a pressure of this refrigerant fluid.
  • this first expansion member has a variable opening section.
  • this first expansion member has a maximum opening section equal to, or substantially equal to, 3mm 2 .
  • this first expansion member can also be completely closed, then preventing any circulation of refrigerant fluid on the pipe which carries it. In other words, this first expansion member also forms a means of regulating the flow in the pipe concerned.
  • the expansion member has a circular opening section, a maximum opening diameter of which is 2 mm 2 .
  • the refrigerant fluid circuit comprises at least one non-return valve configured to force the refrigerant fluid which leaves the second heat exchanger to join the internal heat exchanger and, alternatively, to force the refrigerant fluid which leaves the first section of the internal heat exchanger to join the first expansion member.
  • the heat treatment system according to the invention can operate according to at least two operating modes.
  • the non-return valve is configured to force the refrigerant fluid which leaves the first section of the internal heat exchanger to join the first expansion member and according to the second mode of operation, this non-return valve. return is configured to force the refrigerant which leaves the second heat exchanger to join the internal heat exchanger.
  • the third heat exchanger and the fourth heat exchanger are carried by two parallel branches. Advantageously, this makes it possible to supply only one of these two heat exchangers at the same time.
  • the heat treatment system according to the invention makes it possible to control a temperature of the internal air flow sent into the passenger compartment and, independently, to heat treat, that is to say to cool, the component. of the vehicle's traction chain.
  • a refrigerant storage device is arranged between the first heat exchanger and the first expansion member.
  • this refrigerant fluid accumulation device can be arranged between the first heat exchanger and a first connection point of the refrigerant fluid circuit at which a carrier pipe of the first heat exchanger and of the refrigerant accumulation device is connected. divided into two separate pipes, one of these two pipes being the carrier of the first expansion member.
  • This refrigerant accumulator device is, for example, a dehydrating bottle and it is configured so that the refrigerant which supplies the first expansion member is in the liquid state.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising at least one heat treatment system according to the invention.
  • Figure t is a schematic representation of a heat treatment system, at standstill, according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of the heat treatment system according to a first mode of operation of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic representation of the heat treatment system according to a variant of the first mode of operation illustrated in FIG. 2;
  • FIG. 4 is a schematic representation of the heat treatment system according to a second mode of operation of the present invention
  • FIG. 5 is a schematic representation of the heat treatment system according to a variant of the second mode of operation illustrated in FIG. 4;
  • upstream and downstream are understood in relation to a direction of circulation of a refrigerant fluid or a heat transfer fluid in the pipe concerned.
  • system 100 and “heat treatment system 100” will be used without distinction.
  • the solid lines represent pipes of the heat treatment system in which circulates refrigerant or heat transfer fluid and the broken lines represent pipes of the heat treatment system in which no fluid is circulating.
  • FIG. 1 thus illustrates, schematically, a heat treatment system 100 according to the invention.
  • This system 100 comprises at least one refrigerant fluid circuit 200 and at least one heat transfer fluid loop 300.
  • refrigerant fluid is meant here a fluid capable of capturing, transporting and transferring calories by changing state.
  • heat transfer fluid is understood to mean a fluid capable of capturing, transporting and transferring calories, without changing state.
  • glycol water can be used as a heat transfer fluid.
  • the refrigerant fluid circuit 200 comprises, at least, a compression device 210, a first heat exchanger 220, a first expansion member 230, a second heat exchanger 240, an internal heat exchanger 250, a second expansion member 260 and a third heat exchanger 270.
  • the refrigerant fluid circuit 200 further comprises at least a third expansion member 280 and at least a fourth heat exchanger 290.
  • the first expansion member 230, the second expansion member 260 and the third expansion member 280 can take at least two positions, namely a first open position in which they allow the circulation of refrigerant fluid in a pipe of the circuit 200 on which they are arranged and a second closed position in which they prohibit the circulation of refrigerant fluid in the pipe concerned.
  • expansion members 230, 260, 280 are all three configured to operate an expansion of the refrigerant fluid which passes through them, that is to say when they are in their open position. In other words, these expansion members 230, 260, 280 are configured to reduce a pressure of the refrigerant fluid which passes through them.
  • the first expansion member 230 has a circular opening section, the maximum opening diameter of which is then 2mm 2 .
  • the second expansion member 260 and the third expansion member 280 are identical to the first expansion member 230. It is understood that this is only an example of embodiment of the present invention and that provision can be made to use expansion members with different properties for the second and third expansion members without departing from the context of the present invention.
  • a first pipe 201 extends between the compression device 210 and a first connection point 211, this first pipe 201 carrying the first heat exchanger 220.
  • the compression device 210 is configured to increase a pressure of the coolant flowing through it.
  • this compression device 210 can be an electric compressor, that is to say a compressor which comprises a compression mechanism, an electric motor and possibly a controller.
  • the first heat exchanger 220 is for its part arranged at an interface between the refrigerant fluid circuit 200 and the heat transfer fluid loop 300. In other words, this first heat exchanger 220 is configured to operate a heat exchange between the refrigerant of the circuit 200 and the coolant of the loop 300.
  • a refrigerant fluid accumulation device no may be arranged on the first pipe 201, for example downstream of the first heat exchanger 220, that is to say between this first heat exchanger 220 and the first connection point 211.
  • this storage device 110 of the refrigerant fluid is only one embodiment of the present invention and that a different positioning of this storage device 110 of the refrigerant fluid can be provided without departing from the context of the present invention.
  • this accumulation device 110 can be a desiccant bottle.
  • connection point is understood to mean a point of the circuit 200 at which at least two pipes of the circuit 200 meet, or branch off.
  • a second pipe 202 carrying at least a first regulator 111 extends between the first connection point 211 and a second connection point 212.
  • this first regulator 111 can be an all-or-nothing valve. » That is to say a valve adapted to take an open position in which it allows the circulation of refrigerant fluid in the second pipe 202 or a closed position in which it prevents the circulation of refrigerant fluid in this second pipe 202.
  • a third pipe 203 on which the second heat exchanger 240 is arranged extends between the second connection point 212 and a third connection point 213. This second heat exchanger 240 is in turn configured to be traversed by an air flow. exterior FAe to the vehicle for which the system 100 according to the invention is intended.
  • this second heat exchanger 240 is configured to effect a heat exchange between the refrigerant fluid and the external air flow FAe.
  • this second heat exchanger 240 is thus arranged in a front face of the vehicle for which the system 100 according to the invention is intended.
  • a fourth pipe 204 extends between the third connection point 213 and a fourth connection point 214. As shown, this fourth pipe 204 carries a non-return valve 112 configured to allow circulation of the refrigerant fluid only from it. the third connection point 213, towards the fourth connection point 214, that is say to prevent a circulation of the refrigerant fluid from the fourth connection point 214 to the third connection point 213.
  • a fifth pipe 205 carrying a first section 251 of the internal heat exchanger 250 extends between the fourth connection point 214 and a fifth connection point 215.
  • the circuit 200 is connected.
  • These sixth and seventh pipes 206, 207 meet at the level of a sixth connection point 216.
  • the third heat exchanger 270 and the fourth heat exchanger 290 are arranged in parallel with respect to each other.
  • the second expansion member 260 is arranged upstream of the third heat exchanger 270 and the third expansion member 280 is itself arranged upstream of the fourth heat exchanger 290.
  • the second expansion member can be replaced. expansion 260 and the third expansion member 280 by a single expansion member which will then be arranged upstream of the third heat exchanger 270 and the fourth heat exchanger 290, that is to say for example between the first section 251 of the internal heat exchanger 250 and the fifth connection point 215 without departing from the context of the present invention.
  • the third heat exchanger 270 is configured to be traversed by an internal air flow FAi, that is to say an air flow intended to be sent into a passenger compartment of the vehicle for which the system is intended. 100 according to the invention.
  • This third heat exchanger 270 is thus configured to operate a heat exchange between the refrigerant fluid and this internal air flow FAi so, for example, to cool this internal air flow FAi, and consequently to cool the passenger compartment. in which it is sent.
  • the fourth heat exchanger 290 is for its part dedicated to cooling a component of a traction chain, for example an electric traction chain, of the vehicle.
  • this fourth heat exchanger 290 can be dedicated to cooling an electrical energy storage device.
  • this fourth heat exchanger 290 is configured to operate a heat exchange between the refrigerant fluid and an additional fluid, and more particularly, this fourth heat exchanger 290 behaves like an evaporator with respect to the refrigerant fluid, so that the additional fluid is cooled by its passage through this fourth heat exchanger 290.
  • This additional fluid is thermally coupled to the electrical energy storage device so that, once cooled, the additional fluid is able to capture the calories emitted by this electrical energy storage device thus cooling the latter.
  • the calories captured by the additional fluid are then discharged into the refrigerant fluid which circulates in the fourth heat exchanger 290.
  • the additional fluid can be the refrigerant fluid FR which circulates. moreover in the refrigerant fluid circuit 200.
  • the sixth pipe 206 and the seventh pipe 207 meet at the level of the sixth connection point 216 from which they form an eighth pipe 208 which extends between this sixth connection point 216 and a seventh connection point 217.
  • a ninth pipe 209 For its part, it extends between the seventh connection point 217 and the compression device 210, this ninth pipe 209 carrying a second section 252 of the internal heat exchanger 250.
  • This second section 252 of the heat exchanger internal heat 250 is separate from the first section 251 of this internal heat exchanger 250.
  • This internal heat exchanger 250 is thus configured to operate a heat exchange between two pipes of the refrigerant circuit 200, and according to the example illustrated, between the refrigerant fluid which circulates in the ninth pipe 209 and the refrigerant fluid which circulates in the fifth pipe 205.
  • the first section n 251 of the internal heat exchanger 250 extends between a first inlet and a first outlet of a body of the internal heat exchanger 250 and the second section 252 of this internal heat exchanger 250 extends between a second inlet and a second outlet of the body of the internal heat exchanger 250.
  • the refrigerant fluid circuit 200 is able to circulate the refrigerant fluid in two opposite directions within the first section 251 of the internal heat exchanger 250 according to the operating mode of the system 100.
  • the first expansion member 230 is for its part arranged on a tenth pipe 113 which extends between the second connection point 212 and the fourth connection point 214. In other words, it is understood that this first expansion member 230 is arranged in parallel of the second heat exchanger 240.
  • An eleventh pipe 114 extends between the third connection point 213 and the seventh connection point 217, this eleventh pipe 114 carrying at least one second regulating member 115.
  • This second regulating member 115 may for example be a "all or nothing" valve, that is to say a valve configured to take an open position in which it allows the circulation of refrigerant fluid in the eleventh pipe 114 or a closed position in which it prevents the circulation of refrigerant fluid in this eleventh line 114.
  • a twelfth pipe 116 extends between the first connection point 211 and the fifth connection point 215, this twelfth pipe 116 carrying at least one third regulating member 117.
  • This third regulating member 117 can for example be an “all or nothing” valve similar to those which have just been described as examples of the first and second regulating members 111, 115.
  • the first pipe 201, the twelfth pipe 116, the fifth pipe 205, the tenth pipe 113, the third pipe 203, the eleventh pipe 114 and the ninth pipe 209 form a first subcircuit 400 and the first pipe 201, the second pipe 202, the third pipe 203, the fourth pipe 204, the fifth pipe 205, the sixth pipe 206, the eighth pipe 208 and the ninth pipe 209 form a second subcircuit 410.
  • the first sub -circuit 400 comprises, in this order according to a direction of circulation of the refrigerant fluid FR in this first subcircuit 400, the first section 251 of the internal heat exchanger 250, the first expansion member 230, the second heat exchanger 240, the second section 252 of the internal heat exchanger 250, the compression device 210 and the first heat exchanger 220 and the second subcircuit 410 comprises for its part, in this order according to a direction of circulation of the refrigerant fluid FR in this second subcircuit 410, the second heat exchanger 240, the first section 251 of the internal heat exchanger 250, the second expansion member 260, the third heat exchanger 270, the second section 252 of the heat exchanger internal 250, the compression device 210 and the first heat exchanger 220.
  • the refrigerant circuit 200 is configured to circulate the refrigerant, alternately, according to two opposite directions in the first section 251 of the internal heat
  • the circulation of refrigerant fluid in the first sub-circuit 400 is permitted when the first regulator 111 is in its closed position and the third regulator 117 is in its open position. and the circulation of refrigerant fluid in the second subcircuit 410 is for its part permitted when the first regulator 111 is in its open position and the third regulator 117 is in its closed position.
  • the heat transfer fluid loop 300 for its part comprises at least the first heat exchanger 220 which allows this loop to be thermally coupled.
  • a first heat exchanger 310 configured to perform a heat exchange between the internal air flow FAi and the heat transfer fluid and, optionally, at least one second heat exchanger.
  • heat 320 configured to operate a heat exchange between the heat transfer fluid and the outside air flow FAe.
  • a first duct 301 extends between the first heat exchanger 310 and the first heat exchanger 220, this first duct 301 carrying at least one means 311 for circulating the heat transfer fluid.
  • This means 311 for circulating the heat transfer fluid is more particularly configured to drive the heat transfer fluid which circulates in the first duct.
  • a second duct 302 extends meanwhile, from the first heat exchanger 220 to the first heat exchanger 310. In other words, this second duct 302 forms a return duct for the heat transfer fluid, after the latter has exchanged calories with the refrigerant fluid which circulates in the heat transfer fluid.
  • first heat exchanger 220 A third conduit 303 for its part branches off from the first conduit 301, upstream of the means 311 for circulating the heat transfer fluid, and extends between this first conduit 301 and the second heat exchanger 320. In other words , this third duct 303 allows the coolant to be conveyed to the second heat exchanger 320 in which it is then able to exchange calories with the external air flow FAe.
  • a fourth duct 304 finally extends between the second heat exchanger 320 and the second duct 302, that is to say the return duct mentioned above.
  • at least a first flow rate regulating device 312 is arranged on the fourth duct and at least a second flow regulating device 313 is arranged on the second duct 302, downstream of a connection point 314 at the level of which the fourth duct 304 joins the second duct 302, that is to say that this second flow regulating device 313 is arranged between this connection point 314 and the first heat exchanger 310.
  • first control device flow control 312 and the second flow control device 313 are "all or nothing" valves, similar to those previously described, that is to say valves can take, respectively, at least one open position in which they allow the passage of heat transfer fluid in the conduit which carries them and a closed position in which they prevent the circulation of heat transfer fluid in the conduit concerned.
  • first flow control device 312 and the second flow control device 313 can be replaced by a three-way valve then arranged at the connection point 314 where the second duct 302 and the fourth duct 304 meet.
  • a first operating mode called “heat pump” mode is thus for example illustrated in FIG. 2.
  • this first mode of operation allows the internal air flow FAi to be heated before sending it into the passenger compartment.
  • this first operating mode is chosen by the user of the vehicle when he wishes to increase the average temperature in the passenger compartment.
  • the refrigerant fluid FR supplies the first sub-circuit 400.
  • the refrigerant fluid FR is thus compressed by the compression device 210, then it joins the first heat exchanger 220 in which it transfers calories to the heat transfer fluid. FC which also circulates there.
  • the first heat exchanger 220 behaves like a condenser with respect to the refrigerant fluid FR.
  • the first regulator 111 is in its closed position while the third regulator 117 is in its open position so that the refrigerant FR which leaves the first heat exchanger 220, in the predominantly liquid state, joins the twelfth pipe. 116 to the fifth connection point 215.
  • the second expansion member 260 and the third expansion member 280 are completely closed, preventing the flow of refrigerant fluid FR, respectively, in the sixth pipe 206 and in the seventh pipe 207.
  • the refrigerant fluid FR then joins the first section 251 of the internal heat exchanger 250 in which it transfers calories to the refrigerant fluid FR which circulates in the second section 252 of this internal heat exchanger 250.
  • the refrigerant fluid FR then joins the fourth connection point 214 at which it is constrained, due to the presence of the non-return valve 112 on the fourth pipe 204, to take the tenth pipe 113 carrying the first expansion member 230.
  • the refrigerant fluid is expanded, that is to say its pressure is reduced.
  • the first regulator 111 being in its closed position, the refrigerant fluid FR then joins the second heat exchanger 240 in which it collects calories from the external air flow FAe.
  • this second heat exchanger 240 behaves, according to the first operating mode illustrated here, like an evaporator with respect to the refrigerant fluid FR.
  • the refrigerant fluid FR thus leaves the second heat exchanger 240 in a predominantly gaseous state.
  • the non-return valve 112 is closed so that the refrigerant FR which leaves the second heat exchanger 240 joins the eleventh pipe 114, then the ninth pipe 209 to join the second section 252 of the internal heat exchanger 250 in which it captures calories from the refrigerant fluid FR which circulates in the first section 251 of this exchanger internal heat 250, as previously mentioned.
  • this internal heat exchanger 250 is configured to operate a heat exchange between refrigerant FR at high pressure, that is to say refrigerant FR compressed by the compression device 210, and which circulates in the first section 251 of the internal heat exchanger 250 and of the refrigerant fluid FR at low pressure, that is to say of the refrigerant fluid FR having undergone an expansion operated, according to this first mode of operation by the first expansion member 230 , and which circulates in the second section 252 of the internal heat exchanger 250.
  • this internal heat exchanger 250 therefore makes it possible to evaporate a liquid portion of the refrigerant fluid which could remain after it has passed through the second heat exchanger 240
  • the refrigerant fluid FR then leaves the second section 252 of this internal heat exchanger 250 in the gaseous state and can thus join the compression device 210 to start a new cycle.
  • rcuit 200 as has just been described.
  • the internal heat exchanger 250 makes it possible to ensure that only refrigerant fluid in the gaseous state joins the compression device 210, thus avoiding damage to this compression device 210.
  • the internal heat exchanger 250 is co-current, that is to say that the refrigerant fluid FR which circulates in the first section 251 of this internal heat exchanger 250 and the refrigerant fluid FR which circulates in the second section 252 of this internal heat exchanger 250 circulates in the same direction. According to this characteristic of the first mode of operation, the internal heat exchanger 250 thus operates at a low thermal power, that is to say a thermal power of approximately 50% of its maximum thermal power.
  • the means 311 for circulating the heat transfer fluid FC arranged on the first conduit 301 of the loop 300 of the heat transfer fluid FC circulates this heat transfer fluid FC in the loop 300.
  • the heat transfer fluid FC which joins the first heat exchanger 220 captures calories from the refrigerant fluid FR which also circulates in this first heat exchanger 220, then the heat transfer fluid FC joins the exchanger heat 310 in which it transfers the calories thus captured to the internal air flow FAi.
  • This internal air flow FAi thus heated is then sent into the passenger compartment of the vehicle, thus heating this passenger compartment.
  • the second flow rate regulating device 313 is in its open position while the first flow regulating device 312 is in its closed position, so that the heat transfer fluid does not circulates neither in the third duct 303, nor in the second heat exchanger 320, nor in the fourth duct 304.
  • FIG. 3 illustrates a variant of this first mode of operation of the heat treatment system 100 according to the invention which makes it possible to dehumidify the internal air flow FAi heated before sending it into the passenger compartment.
  • the common elements bear the same references and their description is not repeated.
  • This variant of the first operating mode thus differs from the first operating mode as has just been described with reference to FIG. 2 in that the second expansion member 260 allows the circulation of refrigerant fluid FR in the sixth pipe 206. of the circuit 200.
  • a part of the refrigerant fluid FR which arrives at the level of the fifth connection point 215 joins the first section 251 of the internal heat exchanger 250 as described above, and another part of this refrigerant fluid FR borrows the sixth pipe 206 along which it undergoes an expansion operated by the second expansion member 260 before joining the third heat exchanger 270 in which it captures calories from the internal air flow FAi, that is to say before this internal air flow FAi is sent into the passenger compartment.
  • This heat capture makes it possible to dehumidify, at least partially, the internal air flow FAi before it is sent into the passenger compartment of the vehicle so as to limit the appearance of mist on the windows of this vehicle which could obstruct the visibility of the driver and which is therefore undesirable.
  • the rest of the system 100 according to the invention operates as described above with reference to FIG. 2.
  • the internal air flow FAi is dehumidified before being reheated and sent into the passenger compartment, that is to say that this internal air flow FAi first passes through the third heat exchanger 270 and, secondly, the heat exchanger 310 before being sent into the passenger compartment of the vehicle.
  • Figures 4 and 5 illustrate, respectively, a second mode of operation of the system 100 according to the invention and a variant of this second mode of operation.
  • the second operating mode illustrated in FIG. 4 is an operating mode in which the user of the vehicle wishes to cool the passenger compartment, in other words, it is an operating mode in which the internal air flow FAi is cooled before being sent to this passenger compartment.
  • this FIG. 4 illustrates an operating mode in which the refrigerant fluid supplies the second sub-circuit 410.
  • the refrigerant fluid FR is compressed by the compression device 210, then it passes through the first heat exchanger 220 in which it is cooled by transferring calories to the heat transfer fluid FC which also circulates in this first heat exchanger 220.
  • the refrigerant fluid FR therefore leaves the first heat exchanger 220 in the gaseous or two-phase state.
  • the heat transfer fluid FC leaves the first heat exchanger 220 via the second duct 302.
  • the first flow rate control device 312 is in its open position and the second flow rate control device 313 is in its closed position so that the heat transfer fluid FC which circulates in the second conduit 302 joins the second heat exchanger 320 through the fourth conduit 304.
  • the heat transfer fluid FC transfers calories to the air flow outside FAe then leaves this second heat exchanger 320 via the third duct 303 to join the first duct 301, then the first heat exchanger 220.
  • the means 311 for circulating the heat transfer fluid is put into operation in order to allow the heat transfer fluid which leaves the second heat exchanger 320 to join the first heat exchanger 220.
  • This heat transfer fluid FC having discharged its calories by the heat exchange carried out with the flow of outside air FAe in the second heat exchanger 320, it is then able to capture, again, calories from the refrigerant fluid FR which circulates in the first heat exchanger 220.
  • the first heat exchanger 310 of the heat transfer fluid loop 300 is inoperative, that is to say that no fluid circulates in this first heat exchanger 310.
  • the third regulating member 117 is closed and the first regulating member 111 is open so that the refrigerant fluid FR which leaves the compression device 210 in the gaseous or two-phase state is directed into the second pipe 202, up to the second connection point 212.
  • the first expansion member 230 is in its closed position, that is to say it prevents the circulation of refrigerant fluid FR in the tenth pipe 113.
  • the refrigerant fluid FR is thus directed to the second heat exchanger 240.
  • the refrigerant fluid FR transfers calories to the external air flow FAe, that is to say that this second heat exchanger 240 operates as a condenser with respect to the refrigerant fluid FR.
  • the non-return valve 112 allows the passage of refrigerant fluid FR in the fourth pipe 204 while the second regulator 115 prohibits the circulation of refrigerant fluid FR in the eleventh pipe 114 so that the refrigerant fluid FR which joins the third point connection 213 is directed to the first section 251 of the internal heat exchanger 250 in which it transfers calories to the refrigerant fluid FR which circulates in the second section 252 of this internal heat exchanger 250.
  • the refrigerant fluid FR thus leaves the 'internal heat exchanger 250 in the predominantly liquid state and then joins the fifth connection point 215.
  • the second expansion member 260 is, according to this second mode of operation, in its open position while the third member trigger 280 is in its closed position.
  • the fluid refrigerant FR then joins the sixth pipe 206 along which it undergoes an expansion operated by the second expansion member 260 before joining the third heat exchanger 270 in which it captures calories from the internal air flow FAi.
  • This internal air flow FAi is thus relieved of its heat, that is to say it is cooled, and can then be sent into the passenger compartment to cool the latter.
  • the third heat exchanger 270 behaves like an evaporator with respect to the refrigerant fluid.
  • the refrigerant which leaves the third heat exchanger 270 in the predominantly gaseous state then takes the ninth pipe 209 to join the second section 252 of the internal heat exchanger 250 in which it captures calories from the refrigerant fluid FR which circulates in the first section 251 of this internal heat exchanger 250 as mentioned above.
  • the refrigerant fluid FR in the gaseous state, returns to the compression device 210 to start a new cycle.
  • the internal heat exchanger 250 is configured to operate a heat exchange between refrigerant fluid FR at high pressure, that is to say refrigerant fluid FR compressed by the compression device.
  • the internal heat exchanger 250 is counter-current, that is to say that the refrigerant fluid circulates in a first direction in the first section 251 of this internal heat exchanger 251 and in a second direction in the second section 252 of this internal heat exchanger 250, the first direction being opposite to the second direction.
  • counter-current operation of the internal heat exchanger 250 makes it possible to maintain a constant temperature difference between the refrigerant fluid FR which circulates in the first section 251 of the internal heat exchanger 250 and the refrigerant fluid FR which circulates in the second section 252 of the internal heat exchanger 250.
  • counter-current operation allows the internal heat exchanger 250 to be used at its maximum power.
  • the refrigerant fluid circuit 200 FR is advantageously adapted to allow circulation, alternately, in two opposite directions in at least one of its two passes 251, 252 of the heat exchanger. internal 250, giving this system greater modularity in terms of thermal power than a system as currently implemented.
  • FIG. 5 finally illustrates a variant of the second mode of operation according to the present invention.
  • This variant of the second mode of operation makes it possible, on the one hand to cool the passenger compartment as described with reference to FIG. 4, and on the other hand to ensure, simultaneously, the cooling of the component of the electric power train to which dedicated is the fourth heat exchanger 290 of the refrigerant circuit FR.
  • the variant of the second operating mode allows the user of the vehicle to quickly charge this electrical energy storage device, while at the same time maintaining a temperature in the passenger compartment lower than an outside temperature, that is to say while cooling this passenger compartment.
  • this variant of the second operating mode differs from the second operating mode described with reference to FIG. 4 in that the third expansion member 280 allows the circulation of refrigerant fluid FR in the seventh pipe 207.
  • a part of the refrigerant fluid FR which arrives at the level of the fifth connection point 215 is directed towards the sixth pipe 206 as previously described, and another part of this refrigerant fluid FR is directed towards the seventh pipe 207.
  • the fluid refrigerant FR which circulates in the seventh pipe 207 undergoes an expansion operated by the third expansion member 280 before joining the fourth heat exchanger 290 in which it captures calories from the additional fluid which will, in turn, capture calories from the electrical energy storage device in order to cool the latter.
  • the fourth heat exchanger 290 thus behaves like an evaporator with respect to the fluid refrigerant FR.
  • This refrigerant fluid FR which leaves the fourth heat exchanger 290 in the predominantly gaseous state then joins the seventh connection point 217 at which it is mixed with the refrigerant fluid FR which leaves the third heat exchanger 270.
  • the rest of the system 100 operates as a matter of course. identical to what has been described above and the description of FIG. 4 thus applies mutatis mutandis.
  • the present invention thus proposes a heat treatment system intended for a motor vehicle which is less expensive than the heat treatment systems currently known, in particular by the fact that a single internal heat exchanger is used and also due to the fact that the expansion members never have to be fully open, that is to say to be inoperative with respect to the refrigerant fluid while allowing it to circulate in the pipe concerned.

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Abstract

L'invention concerne un système (100) de traitement thermique destiné à un véhicule, comprenant au moins un circuit (200) de fluide réfrigérant (FR) et au moins une boucle (300) de fluide caloporteur (FC), le circuit (200) de fluide réfrigérant (FR) comprenant, au moins, un dispositif de compression (210), un premier échangeur thermique (220) agencé à une interface entre le circuit (200) de fluide réfrigérant (FR) et la boucle (300) de fluide caloporteur (FC), un échangeur de chaleur interne (250) équipé d'au moins une première section (251) de circulation du fluide réfrigérant (FR) et d'au moins une deuxième section (252) de circulation du fluide réfrigérant (FR) distincte de la première section (251), un premier organe de détente (230), un deuxième échangeur thermique (240) configuré pour opérer un échange de chaleur entre un flux d'air extérieur (FAe) au véhicule et le fluide réfrigérant (FR) et la boucle (300) de fluide caloporteur (FC) comprenant au moins le premier échangeur thermique (220), au moins un moyen (311) de mise en circulation du fluide caloporteur (FC), au moins un premier échangeur de chaleur (310) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur (FC) et un flux d'air interne (FAi) destiné à être envoyé dans un habitacle du véhicule, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant (FR) est apte à circuler, alternativement, selon deux sens contraires dans la première section (251) de l'échangeur de chaleur interne (250).

Description

SYSTEME DE TRAITEMENT THERMIQUE DESTINE A UN VEHICULE AUTOMOBILE
Le domaine de la présente invention est celui des systèmes de traitement thermique exploités pour chauffer ou refroidir une enceinte ou un composant d’un véhicule, notamment un composant d’une chaîne de traction de ce véhicule.
Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’un circuit de fluide réfrigérant utilisé pour chauffer ou refroidir différentes zones ou différents composants du véhicule. Il est notamment connu d’utiliser ce circuit de fluide réfrigérant pour traiter thermiquement un flux d’air envoyé dans l’habitacle du véhicule équipé d’un tel circuit.
Dans une autre application de ce circuit, il est connu de l’utiliser pour refroidir composant de la chaîne de traction du véhicule, tel que par exemple un dispositif de stockage d’énergie électrique, ce dernier étant utilisé pour fournir une énergie à un moteur électrique capable de mettre en mouvement le véhicule. Le circuit de fluide réfrigérant fournit ainsi l’énergie capable de refroidir le dispositif de stockage d’énergie électrique pendant son utilisation en phases de roulage. Avantageusement, le circuit de fluide réfrigérant peut également fournir l’énergie nécessaire au refroidissement du dispositif de stockage d’énergie électrique lorsque celui-ci est en phase de charge, et notamment en phase de charge rapide au cours de laquelle sa température tend à fortement augmenter.
Les constructeurs automobiles sont dans une optique d’amélioration continuelle de leurs véhicules. Ces améliorations passent notamment par la réduction des coûts de production des éléments constitutifs de ces véhicules dont fait partie le système de traitement thermique dont il est question ici.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et vise à proposer un système de traitement thermique moins coûteux à fabriquer que les systèmes de traitement thermique actuels mais sans que ses performances n’en soient diminuées. Ce but est atteint en modifiant l’architecture du circuit, cette modification permettant de réduire le nombre de composants constitutifs de ce système, et ainsi de réduire les coûts de fabrication de ce dernier. Un objet de la présente invention concerne ainsi un système de traitement thermique destiné à un véhicule, comprenant au moins un circuit de fluide réfrigérant et au moins une boucle de fluide caloporteur, le circuit de fluide réfrigérant comprenant, au moins, un dispositif de compression, un premier échangeur thermique agencé à une interface entre le circuit de fluide réfrigérant et la boucle de fluide caloporteur, un échangeur de chaleur interne équipé d’au moins une première section de circulation du fluide réfrigérant et d’au moins une deuxième section de circulation du fluide réfrigérant distincte de la première section, un premier organe de détente, un deuxième échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre un flux d’air extérieur au véhicule et le fluide réfrigérant et la boucle de fluide caloporteur comprenant au moins le premier échangeur thermique, au moins un moyen de mise en circulation du fluide caloporteur, au moins un premier échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et un flux d’air interne destiné à être envoyé dans un habitacle du véhicule. Selon l’invention, le circuit de fluide réfrigérant est configuré pour faire circuler le fluide réfrigérant, alternativement, selon deux sens contraires dans la première section de l’échangeur de chaleur interne. En particulier, la première section de circulation du fluide réfrigérant s’étend entre une première entrée et une première sortie d’un corps de l’échangeur de chaleur interne et la deuxième section de circulation du fluide réfrigérant s’étend entre une deuxième entrée et une deuxième sortie du corps de l’échangeur de chaleur interne.
Autrement dit, on comprend que l’échangeur de chaleur interne permet d’opérer un échange de chaleur entre deux conduites du circuit. Le système de traitement thermique selon l’invention peut fonctionner selon au moins deux modes de fonctionnement. Selon un mode de fonctionnement de ce système de traitement thermique, l’échangeur de chaleur interne est co-courant, c’est-à-dire que le fluide réfrigérant qui circule dans la première section de cet échangeur de chaleur interne et le fluide réfrigérant qui circule dans la deuxième section de cet échangeur de chaleur interne circulent tous deux dans un même sens. Selon un autre mode de fonctionnement du système de traitement thermique selon l’invention, l’échangeur de chaleur interne est contre-courant, c’est-à-dire que le fluide réfrigérant circule dans un premier sens dans la première section de cet échangeur de chaleur interne et dans un deuxième sens, contraire au premier sens, dans la deuxième section de cet échangeur de chaleur interne. Avantageusement, le système de traitement thermique selon l’invention peut ainsi se satisfaire d’un unique échangeur de chaleur interne, réduisant ainsi les coûts de production d’un tel système par rapport aux systèmes de traitement thermique actuellement connus. Par ailleurs, on entend par « agencé à l’interface » le fait que le premier échangeur thermique comprend au moins une première section alimentée par le fluide réfrigérant et au moins une deuxième section alimentée par le fluide caloporteur. Autrement dit, le premier échangeur thermique est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant qui circule dans le circuit et le fluide caloporteur qui circule dans la boucle. On entend par « fluide réfrigérant » un fluide configuré pour capter, transporter et céder des calories en changeant d’état. Autrement dit, lorsque ce fluide réfrigérant s’évapore, il capte des calories de son environnement, et lorsqu’il se condense il cède des calories à son environnement. On entend par « fluide caloporteur » un fluide capable de capter, transporter et céder des calories sans changer d’état. Selon l’invention, un fluide caloporteur peut par exemple être de l’eau glycolée.
Selon une caractéristique de la présente invention, le circuit de fluide réfrigérant comprend au moins un organe de détente, appelé « deuxième organe de détente » et au moins un échangeur thermique, appelé « troisième échangeur thermique », configuré pour opérer un échange de chaleur entre le flux d’air interne et le fluide réfrigérant.
Selon une caractéristique de la présente invention, le circuit de fluide réfrigérant comprend au moins un premier sous-circuit et au moins un deuxième sous- circuit, le circuit de fluide réfrigérant étant configuré pour permettre la circulation de fluide réfrigérant, alternativement, dans le premier sous-circuit ou dans le deuxième sous-circuit, le premier sous-circuit comprenant, dans cet ordre selon un sens de circulation du fluide réfrigérant dans ce premier sous-circuit, la première section de l’échangeur de chaleur interne, le premier organe de détente, le deuxième échangeur thermique, la deuxième section de l’échangeur de chaleur interne, le dispositif de compression et le premier échangeur thermique et le deuxième sous-circuit comprenant, dans cet ordre selon un sens de circulation du fluide réfrigérant dans le deuxième sous-circuit, le deuxième échangeur thermique, la première section de l’échangeur de chaleur, le deuxième organe de détente, le troisième échangeur thermique, la deuxième section de l’échangeur de chaleur interne, le dispositif de compression et le premier échangeur thermique. Selon l’invention, l’échangeur de chaleur interne est ainsi configuré pour opérer un échange de chaleur entre du fluide réfrigérant à haute pression, c’est-à-dire du fluide réfrigérant comprimé par le dispositif de compression, qui circule dans la première section et du fluide réfrigérant à basse pression, c’est-à-dire du fluide réfrigérant ayant subi une détente opérée par le premier ou le deuxième organe de détente, qui circule dans la deuxième section. En outre, grâce au premier sous- circuit et au deuxième sous-circuit, le circuit de fluide réfrigérant est configuré pour faire circuler le fluide réfrigérant, alternativement, selon deux sens contraires dans la première section de l'échangeur de chaleur interne. Selon une caractéristique de la présente invention, la boucle de fluide caloporteur comprend au moins un deuxième échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre le flux d’air extérieur et le fluide caloporteur. Avantageusement, ce deuxième échangeur de chaleur porté par la boucle de fluide caloporteur permet à ce fluide caloporteur de se décharger de ses calories dans un flux d’air extérieur, par exemple lorsque le système selon l’invention fonctionne selon un mode de fonctionnement dans lequel un utilisateur du véhicule souhaite abaisser la température dans l’habitacle de son véhicule.
Le circuit de fluide réfrigérant peut également comprendre au moins un organe de détente, appelé « troisième organe de détente » et au moins un échangeur thermique, appelé « quatrième échangeur thermique », destiné au refroidissement d’au moins un composant d’une chaîne de traction du véhicule. Par exemple, si le véhicule est un véhicule électrique ou hybride, le quatrième échangeur thermique peut être dédié au refroidissement d’un composant de la chaîne de traction électrique, tel qu’un dispositif de stockage de l’énergie électrique par exemple. On entend par « dédié au traitement thermique » ou « dédié au refroidissement », le fait qu’un fluide additionnel circule dans le quatrième échangeur thermique, ce fluide additionnel étant configuré pour capter des calories issues du dispositif de stockage d’énergie électrique afin de refroidir ce dernier et de céder les calories ainsi captées au fluide réfrigérant, cet échange de calories entre le fluide réfrigérant et le fluide additionnel s’opérant au sein du quatrième échangeur thermique. Alternativement, le fluide réfrigérant qui circule dans le circuit de fluide réfrigérant peut également être utilisé pour refroidir le composant de la chaîne de traction électrique.
Selon l’invention, au moins le premier organe de détente est agencé sur une conduite parallèle à une conduite porteuse du deuxième échangeur thermique. Ce premier organe de détente est configuré pour détendre le fluide réfrigérant qui le traverse, c’est-à-dire pour réduire une pression de ce fluide réfrigérant. Par exemple, ce premier organe de détente présente une section d’ouverture variable. Avantageusement, ce premier organe de détente présente une section d’ouverture maximale égale, ou sensiblement égale, à 3mm2. Avantageusement, ce premier organe de détente peut également totalement se fermer, empêchant alors toute circulation de fluide réfrigérant sur la conduite qui le porte. Autrement dit, ce premier organe de détente forme également un moyen de régulation du débit dans la conduite concernée. Selon un exemple d’application particulier de la présente invention, l’organe de détente présente une section d’ouverture circulaire dont un diamètre d’ouverture maximal est de 2 mm2. Selon une caractéristique de la présente invention, le circuit de fluide réfrigérant comprend au moins une valve anti-retour configurée pour contraindre le fluide réfrigérant qui quitte le deuxième échangeur thermique à rejoindre l’échangeur de chaleur interne et, alternativement, pour contraindre le fluide réfrigérant qui quitte la première section de l’échangeur de chaleur interne à rejoindre le premier organe de détente. Tel que précédemment évoqué, le système de traitement thermique selon l’invention peut fonctionner selon au moins deux modes de fonctionnement. Selon le premier mode de fonctionnement, la valve anti-retour est configurée pour contraindre le fluide réfrigérant qui quitte la première section de l’échangeur de chaleur interne à rejoindre le premier organe de détente et selon le deuxième mode de fonctionnement, cette valve anti-retour est configurée pour contraindre le fluide réfrigérant qui quitte le deuxième échangeur thermique à rejoindre l’échangeur de chaleur interne. Selon l’invention, le troisième échangeur thermique et le quatrième échangeur thermique sont portés par deux branches parallèles. Avantageusement, cela permet de n’alimenter que l’un de ces deux échangeurs thermiques à la fois. En d’autres termes, le système de traitement thermique selon l’invention permet de contrôler une température du flux d’air interne envoyé dans l’habitacle et, indépendamment, de traiter thermiquement, c’est-à-dire refroidir, le composant de la chaîne de traction du véhicule.
Selon une caractéristique de la présente invention, un dispositif d’accumulation du fluide réfrigérant est agencé entre le premier échangeur thermique et le premier organe de détente. Par exemple, ce dispositif d’accumulation du fluide réfrigérant peut être agencé entre le premier échangeur thermique et un premier point de raccordement du circuit de fluide réfrigérant au niveau duquel une conduite porteuse du premier échangeur thermique et du dispositif d’accumulation du fluide réfrigérant se divise en deux conduites distinctes, l’une de ces deux conduites étant porteuse du premier organe de détente. Ce dispositif d’accumulation du fluide réfrigérant est par exemple une bouteille déshydratante et il est configuré pour que le fluide réfrigérant qui alimente le premier organe de détente soit à l’état liquide.
L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant au moins un système de traitement thermique selon l’invention.
D’autres détails, caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après en relation avec les différents modes de fonctionnement illustrés, à titre indicatif, sur les figures suivantes :
La figure t est une représentation schématique d’un système de traitement thermique, à l’arrêt, selon l’invention ;
La figure 2 est une représentation schématique du système de traitement thermique selon un premier mode de fonctionnement de la présente invention ;
La figure 3 est une représentation schématique du système de traitement thermique selon une variante du premier mode de fonctionnement illustré sur la figure 2 ; La figure 4 est une représentation schématique du système de traitement thermique selon un deuxième mode de fonctionnement de la présente invention ;
La figure 5 est une représentation schématique du système de traitement thermique selon une variante du deuxième mode de fonctionnement illustré sur la figure 4 ;
Dans la suite de la description, les termes “amont” et “aval” s’entendent par rapport à un sens de circulation d’un fluide réfrigérant ou d’un fluide caloporteur dans la conduite concernée. Les termes « système 100 » et « système 100 de traitement thermique » seront utilisés sans distinction. Sur les figures 2 à 5, les traits pleins représentent des conduites du système de traitement thermique dans lesquels circule du fluide réfrigérant ou du fluide caloporteur et les traits discontinus représentent des conduits du système de traitement thermique dans lequel aucun fluide ne circule.
La figure 1 illustre ainsi, de façon schématique, un système 100 de traitement thermique selon l’invention. Ce système 100 comprend au moins un circuit 200 de fluide réfrigérant et au moins une boucle 300 de fluide caloporteur. On entend ici par « fluide réfrigérant un fluide apte à capter, transporter et céder des calories en changeant d’état. Ainsi, un tel fluide est par exemple configuré pour capter des calories présentes dans son environnement lorsqu’il s’évapore et pour céder des calories à son environnement lorsqu’il se condense. On entend par « fluide caloporteur », un fluide apte à capter, transporter et céder des calories, sans changer d’état. Selon l’invention, on pourra par exemple utiliser de l’eau glycolée comme fluide caloporteur.
Le circuit 200 de fluide réfrigérant comprend, au moins, un dispositif de compression 210, un premier échangeur thermique 220, un premier organe de détente 230, un deuxième échangeur thermique 240, un échangeur de chaleur interne 250, un deuxième organe de détente 260 et un troisième échangeur thermique 270. Selon l’exemple illustré, le circuit 200 de fluide réfrigérant comprend en outre au moins un troisième organe de détente 280 et au moins un quatrième échangeur thermique 290. Le premier organe de détente 230, le deuxième organe de détente 260 et le troisième organe de détente 280 peuvent prendre au moins deux positions, à savoir une première position ouverte dans laquelle ils autorisent la circulation de fluide réfrigérant dans une conduite du circuit 200 sur laquelle ils sont agencés et une deuxième position fermée dans laquelle ils interdisent la circulation de fluide réfrigérant dans la conduite concernée. Ces organes de détente 230, 260, 280 sont tous trois configurés pour opérer une détente du fluide réfrigérant qui les traverse, c’est-à-dire lorsqu’ils sont dans leur position ouverte. Autrement dit, ces organes de détente 230, 260, 280 sont configurés pour réduire une pression du fluide réfrigérant qui les traverse. Selon l’invention, on pourra prévoir qu’au moins le premier organe de détente 230 présente une section d’ouverture maximale de 3mm2. Selon un exemple d’application particulier de l’invention, le premier organe de détente 230 présente une section d’ouverture circulaire dont le diamètre d’ouverture maximale est alors de 2mm2.
Selon un exemple d’application particulier de la présente invention, le deuxième organe de détente 260 et le troisième organe de détente 280 sont identiques au premier organe de détente 230. Il est entendu qu’il ne s’agit que d’un exemple de réalisation de la présente invention et que l’on pourra prévoir d’utiliser des organes de détente aux propriétés différentes pour les deuxième et troisième organes de détente sans sortir du contexte de la présente invention.
Plus particulièrement, une première conduite 201 s’étend entre le dispositif de compression 210 et un premier point de raccordement 211, cette première conduite 201 étant porteuse du premier échangeur thermique 220. Selon l’invention, le dispositif de compression 210 est configuré pour augmenter une pression du fluide réfrigérant qui le traverse. Par exemple, ce dispositif de compression 210 peut être un compresseur électrique, c’est-à-dire un compresseur qui comprend un mécanisme de compression, un moteur électrique et éventuellement un contrôleur. Le premier échangeur thermique 220 est quant à lui agencé à une interface entre le circuit 200 de fluide réfrigérant et la boucle 300 de fluide caloporteur. Autrement dit, ce premier échangeur thermique 220 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant du circuit 200 et le fluide caloporteur de la boucle 300. Optionnellement, un dispositif d’accumulation no du fluide réfrigérant peut être agencé sur la première conduite 201, par exemple en aval du premier échangeur thermique 220, c’est-à-dire entre ce premier échangeur thermique 220 et le premier point de raccordement 211. Il est entendu que la position de ce dispositif d’accumulation 110 du fluide réfrigérant n’est qu’un exemple de réalisation de la présente invention et qu’on pourra prévoir un positionnement différent de ce dispositif d’accumulation 110 du fluide réfrigérant sans sortir du contexte de la présente invention. Par exemple, ce dispositif d’accumulation 110 peut être une bouteille déshydratante. On entend par « point de raccordement » un point du circuit 200 au niveau duquel se rejoignent, ou bifurquent, au moins deux conduites du circuit 200.
Une deuxième conduite 202 porteuse d’au moins un premier organe de régulation 111 s’étend entre le premier point de raccordement 211 et un deuxième point de raccordement 212. Par exemple, ce premier organe de régulation 111 peut être une vanne « tout ou rien », c’est-à-dire une vanne adaptée pour prendre une position ouverte dans laquelle elle autorise la circulation de fluide réfrigérant dans la deuxième conduite 202 ou une position fermée dans laquelle elle empêche la circulation de fluide réfrigérant dans cette deuxième conduite 202. Une troisième conduite 203 sur laquelle est agencé le deuxième échangeur thermique 240 s’étend entre le deuxième point de raccordement 212 et un troisième point de raccordement 213. Ce deuxième échangeur thermique 240 est quant à lui configuré pour être traversé par un flux d’air extérieur FAe au véhicule auquel est destiné le système 100 selon l’invention. Plus particulièrement, ce deuxième échangeur thermique 240 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le flux d’air extérieur FAe. Avantageusement, ce deuxième échangeur thermique 240 est ainsi agencé dans une face avant du véhicule auquel est destiné le système 100 selon l’invention.
Une quatrième conduite 204 s’étend entre le troisième point de raccordement 213 et un quatrième point de raccordement 214. Tel que représenté, cette quatrième conduite 204 est porteuse d’une valve anti-retour 112 configurée pour autoriser une circulation du fluide réfrigérant uniquement depuis le troisième point de raccordement 213, vers le quatrième point de raccordement 214, c’est-à- dire pour empêcher une circulation du fluide réfrigérant du quatrième point de raccordement 214 vers le troisième point de raccordement 213.
Une cinquième conduite 205 porteuse d’une première section 251 de l’échangeur de chaleur interne 250 s’étend entre le quatrième point de raccordement 214 et un cinquième point de raccordement 215. Au niveau de ce cinquième point de raccordement 215 le circuit 200 se sépare en une sixième conduite 206 porteuse du deuxième organe de détente 260 et du troisième échangeur thermique 270 et en une septième conduite 207 porteuse du troisième organe de détente 280 et du quatrième échangeur thermique 290. Ces sixième et septième conduites 206, 207 se rejoignent au niveau d’un sixième point de raccordement 216. Autrement dit, on comprend que le troisième échangeur thermique 270 et le quatrième échangeur thermique 290 sont agencés en parallèle l’un par rapport à l’autre. Selon l’exemple illustré, le deuxième organe de détente 260 est agencé en amont du troisième échangeur thermique 270 et le troisième organe de détente 280 est quant à lui agencé en amont du quatrième échangeur thermique 290. Alternativement, on pourra remplacer le deuxième organe de détente 260 et le troisième organe de détente 280 par un unique organe de détente qui sera alors agencé en amont du troisième échangeur thermique 270 et du quatrième échangeur thermique 290, c’est-à-dire par exemple entre la première section 251 de l’échangeur de chaleur interne 250 et le cinquième point de raccordement 215 sans sortir du contexte de la présente invention.
Selon l’invention, le troisième échangeur thermique 270 est configuré pour être traversé par un flux d’air interne FAi, c’est-à-dire un flux d’air destiné à être envoyé dans un habitacle du véhicule auquel est destiné le système 100 selon l’invention. Ce troisième échangeur thermique 270 est ainsi configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et ce flux d’air interne FAi de sorte, par exemple, à refroidir ce flux d’air interne FAi, et par conséquent à refroidir l’habitacle dans lequel il est envoyé.
Le quatrième échangeur thermique 290 est quant à lui dédié au refroidissement d’un composant d’une chaîne de traction, par exemple d’une chaîne de traction électrique, du véhicule. Par exemple, ce quatrième échangeur thermique 290 peut être dédié au refroidissement d’un dispositif de stockage d’énergie électrique. Ainsi, ce quatrième échangeur thermique 290 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un fluide additionnel, et plus particulièrement, ce quatrième échangeur thermique 290 se comporte comme un évaporateur vis-à-vis du fluide réfrigérant, de sorte que le fluide additionnel est refroidi par son passage à travers ce quatrième échangeur thermique 290. Ce fluide additionnel est couplé thermiquement au dispositif de stockage d’énergie électrique de sorte que, une fois refroidi, le fluide additionnel est apte à capter des calories émises par ce dispositif de stockage d’énergie électrique refroidissant ainsi ce dernier. Selon l’invention, les calories captées par le fluide additionnel sont ensuite déchargées dans le fluide réfrigérant qui circule dans le quatrième échangeur thermique 290. Selon un exemple d’application de la présente invention, le fluide additionnel peut être le fluide réfrigérant FR qui circule par ailleurs dans le circuit 200 de fluide réfrigérant.
La sixième conduite 206 et la septième conduite 207 se rejoignent au niveau du sixième point de raccordement 216 depuis lequel elles forment une huitième conduite 208 qui s’étend entre ce sixième point de raccordement 216 et un septième point de raccordement 217. Une neuvième conduite 209 s’étend quant à elle entre le septième point de raccordement 217 et le dispositif de compression 210, cette neuvième conduite 209 étant porteuse d’une deuxième section 252 de l’échangeur de chaleur interne 250. Cette deuxième section 252 de l’échangeur de chaleur interne 250 est distincte de la première section 251 de cet échangeur de chaleur interne 250. Cet échangeur de chaleur interne 250 est ainsi configuré pour opérer un échange de chaleur entre deux conduites du circuit 200 de fluide réfrigérant, et selon l’exemple illustré, entre le fluide réfrigérant qui circule dans la neuvième conduite 209 et le fluide réfrigérant qui circule dans la cinquième conduite 205. En particulier, la première section 251 de l’échangeur de chaleur interne 250 s’étend entre une première entrée et une première sortie d’un corps de l’échangeur de chaleur interne 250 et la deuxième section 252 de cet échangeur de chaleur interne 250 s’étend entre une deuxième entrée et une deuxième sortie du corps de l’échangeur de chaleur interne 250. Tel que cela sera plus amplement détaillé ci-dessous, le circuit 200 de fluide réfrigérant est apte à faire circuler le fluide réfrigérant selon deux sens contraires au sein de la première section 251 de l’échangeur de chaleur interne 250 selon le mode de fonctionnement du système 100.
Le premier organe de détente 230 est quant à lui agencé sur une dixième conduite 113 qui s’étend entre le deuxième point de raccordement 212 et le quatrième point de raccordement 214. Autrement dit, on comprend que ce premier organe de détente 230 est agencé en parallèle du deuxième échangeur thermique 240.
Une onzième conduite 114 s’étend entre le troisième point de raccordement 213 et le septième point de raccordement 217, cette onzième conduite 114 étant porteuse d’au moins un deuxième organe de régulation 115. Ce deuxième organe de régulation 115 peut par exemple être une vanne « tout ou rien », c’est-à-dire une vanne configurée pour prendre une position ouverte dans laquelle elle autorise la circulation de fluide réfrigérant dans la onzième conduite 114 ou une position fermée dans laquelle elle empêche la circulation de fluide réfrigérant dans cette onzième conduite 114.
Enfin, une douzième conduite 116 s’étend entre le premier point de raccordement 211 et le cinquième point de raccordement 215, cette douzième conduite 116 étant porteuse d’au moins un troisième organe de régulation 117. Ce troisième organe de régulation 117 peut par exemple être une vanne « tout ou rien » similaire à celles qui viennent d’être décrites comme exemples des premier et deuxième organes de régulation 111, 115.
Selon l’invention, la première conduite 201, la douzième conduite 116, la cinquième conduite 205, la dixième conduite 113, la troisième conduite 203, la onzième conduite 114 et la neuvième conduite 209 forment un premier sous- circuit 400 et la première conduite 201, la deuxième conduite 202, la troisième conduite 203, la quatrième conduite 204, la cinquième conduite 205, la sixième conduite 206, la huitième conduite 208 et la neuvième conduite 209 forment un deuxième sous-circuit 410. Autrement dit, le premier sous-circuit 400 comprend, dans cet ordre selon un sens de circulation du fluide réfrigérant FR dans ce premier sous-circuit 400, la première section 251 de l’échangeur de chaleur interne 250, le premier organe de détente 230, le deuxième échangeur thermique 240, la deuxième section 252 de l’échangeur de chaleur interne 250, le dispositif de compression 210 et le premier échangeur thermique 220 et le deuxième sous- circuit 410 comprend quant à lui, dans cet ordre selon un sens de circulation du fluide réfrigérant FR dans ce deuxième sous-circuit 410, le deuxième échangeur thermique 240, la première section 251 de l’échangeur de chaleur interne 250, le deuxième organe de détente 260, le troisième échangeur thermique 270, la deuxième section 252 de l’échangeur de chaleur interne 250, le dispositif de compression 210 et le premier échangeur thermique 220. Grâce à ce premier sous-circuit 400 et à ce deuxième sous-circuit 410, le circuit 200 de fluide réfrigérant est configuré pour faire circuler le fluide réfrigérant, alternativement, selon deux sens contraires dans la première section 251 de l'échangeur de chaleur interne 250.
Tel que cela sera plus amplement détaillé ci-dessous, la circulation de fluide réfrigérant dans le premier sous-circuit 400 est permise lorsque le premier organe de régulation 111 est dans sa position fermée et que le troisième organe de régulation 117 est dans sa position ouverte et la circulation de fluide réfrigérant dans le deuxième sous-circuit 410 est quant à elle permise lorsque le premier organe de régulation 111 est dans sa position ouverte et que le troisième organe de régulation 117 est dans sa position fermée.
La boucle 300 de fluide caloporteur comprend quant à elle, au moins, le premier échangeur thermique 220 qui permet de coupler thermiquement cette boucle
300 de fluide caloporteur au circuit 200 de fluide réfrigérant décrit ci-dessus, un premier échangeur de chaleur 310 configuré pour opérer un échange de chaleur entre le flux d’air interne FAi et le fluide caloporteur et, optionnellement, au moins un deuxième échangeur de chaleur 320 configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le flux d’air extérieur FAe.
Tel qu’illustré, un premier conduit 301 s’étend entre le premier échangeur de chaleur 310 et le premier échangeur thermique 220, ce premier conduit 301 étant porteur d’au moins un moyen 311 de mise en circulation du fluide caloporteur. Ce moyen 311 de mise en circulation du fluide caloporteur est plus particulièrement configuré pour entraîner le fluide caloporteur qui circule dans le premier conduit
301 vers le premier échangeur thermique 220. Un deuxième conduit 302 s’étend quant à lui du premier échangeur thermique 220 jusqu’au premier échangeur de chaleur 310. Autrement dit, ce deuxième conduit 302 forme un conduit de retour du fluide caloporteur, après que celui-ci ait échangé des calories avec le fluide réfrigérant qui circule dans le premier échangeur thermique 220. Un troisième conduit 303 bifurque quant à lui du premier conduit 301, en amont du moyen 311 de mise en circulation du fluide caloporteur, et s’étend entre ce premier conduit 301 et le deuxième échangeur de chaleur 320. Autrement dit, ce troisième conduit 303 permet d’acheminer le fluide caloporteur jusqu’au deuxième échangeur de chaleur 320 dans lequel il est alors apte à échanger des calories avec le flux d’air extérieur FAe. Un quatrième conduit 304 s’étend enfin entre le deuxième échangeur de chaleur 320 et le deuxième conduit 302, c’est-à-dire le conduit de retour évoqué précédemment. Tel que représenté, au moins un premier dispositif de régulation de débit 312 est agencé sur le quatrième conduit et au moins un deuxième dispositif de régulation de débit 313 est agencé sur le deuxième conduit 302, en aval d’un point de raccordement 314 au niveau duquel le quatrième conduit 304 rejoint le deuxième conduit 302, c’est-à-dire que ce deuxième dispositif de régulation de débit 313 est agencé entre ce point de raccordement 314 et le premier échangeur de chaleur 310. Par exemple, le premier dispositif de régulation de débit 312 et le deuxième dispositif de régulation de débit 313 sont des vannes « tout ou rien », similaires à celles précédemment décrites, c’est-à-dire des vannes pouvant prendre, respectivement, au moins une position ouverte dans laquelle elles autorisent le passage de fluide caloporteur dans le conduit qui les porte et une position fermée dans laquelle elles empêchent la circulation de fluide caloporteur dans le conduit concerné. Optionnellement, le premier dispositif de régulation de débit 312 et le deuxième dispositif de régulation de débit 313 peuvent être remplacés par une vanne trois voies alors agencée au niveau du point de raccordement 314 où se rejoignent le deuxième conduit 302 et le quatrième conduit 304.
En référence aux figures 2 à 5 nous allons maintenant décrire différents modes de fonctionnement du système 100 selon l’invention.
Un premier mode de fonctionnement, dit mode « pompe à chaleur » est ainsi par exemple illustré sur la figure 2. Tel que décrit ci-après, ce premier mode de fonctionnement permet de réchauffer le flux d’air interne FAi avant de l’envoyer dans l’habitacle. Autrement dit, ce premier mode de fonctionnement est choisi par l’utilisateur du véhicule lorsqu’il souhaite augmenter la température moyenne dans l’habitacle. Selon ce premier mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant FR alimente le premier sous-circuit 400. Le fluide réfrigérant FR est ainsi comprimé par le dispositif de compression 210, puis il rejoint le premier échangeur thermique 220 dans lequel il cède des calories au fluide caloporteur FC qui y circule également. Autrement dit, selon ce premier mode de fonctionnement, le premier échangeur thermique 220 se comporte comme un condenseur vis-à-vis du fluide réfrigérant FR. Le premier organe de régulation 111 est dans sa position fermée tandis que le troisième organe de régulation 117 est dans sa position ouverte de sorte que le fluide réfrigérant FR qui quitte le premier échangeur thermique 220, à l’état majoritairement liquide, rejoint la douzième conduite 116 jusqu’au cinquième point de raccordement 215. Le deuxième organe de détente 260 et le troisième organe de détente 280 sont totalement fermés, empêchant la circulation de fluide réfrigérant FR, respectivement, dans la sixième conduite 206 et dans la septième conduite 207. Le fluide réfrigérant FR rejoint alors la première section 251 de l’échangeur de chaleur interne 250 dans laquelle il cède des calories au fluide réfrigérant FR qui circule dans la deuxième section 252 de cet échangeur de chaleur interne 250. Le fluide réfrigérant FR rejoint ensuite le quatrième point de raccordement 214 au niveau duquel il est contraint, du fait de la présence de la valve anti-retour 112 sur la quatrième conduite 204, d’emprunter la dixième conduite 113 porteuse du premier organe de détente 230. En passant à travers ce premier organe de détente 230, le fluide réfrigérant est détendu, c’est-à-dire que sa pression est diminuée. Le premier organe de régulation 111 étant dans sa position fermée, le fluide réfrigérant FR rejoint alors le deuxième échangeur thermique 240 dans lequel il capte des calories issues du flux d’air extérieur FAe. Autrement dit, ce deuxième échangeur thermique 240 se comporte, selon le premier mode de fonctionnement illustré ici, comme un évaporateur vis-à-vis du fluide réfrigérant FR. Le fluide réfrigérant FR quitte ainsi le deuxième échangeur thermique 240 dans un état majoritairement gazeux. Tel que représenté, la valve anti-retour 112 est fermée de sorte que le fluide réfrigérant FR qui quitte le deuxième échangeur thermique 240 rejoint la onzième conduite 114, puis la neuvième conduite 209 pour rejoindre la deuxième section 252 de l’échangeur de chaleur interne 250 dans lequel il capte des calories issues du fluide réfrigérant FR qui circule dans la première section 251 de cet échangeur de chaleur interne 250, tel que précédemment évoqué. Autrement dit, cet échangeur de chaleur interne 250 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre du fluide réfrigérant FR à haute pression, c’est-à-dire du fluide réfrigérant FR comprimé par le dispositif de compression 210, et qui circule dans la première section 251 de l’échangeur de chaleur interne 250 et du fluide réfrigérant FR à basse pression, c’est-à-dire du fluide réfrigérant FR ayant subi une détente opérée, selon ce premier mode de fonctionnement par le premier organe de détente 230, et qui circule dans la deuxième section 252 de l’échangeur de chaleur interne 250. Avantageusement, cet échangeur de chaleur interne 250 permet donc d’évaporer une portion liquide du fluide réfrigérant qui pourrait subsister après son passage à travers le deuxième échangeur thermique 240. Le fluide réfrigérant FR quitte alors la deuxième section 252 de cet échangeur de chaleur interne 250 à l’état gazeux et peut ainsi rejoindre le dispositif de compression 210 pour entamer un nouveau circuit 200, tel que cela vient d’être décrit. Autrement dit, l’échangeur de chaleur interne 250 permet de s’assurer que seul du fluide réfrigérant à l’état gazeux rejoigne le dispositif de compression 210, évitant ainsi d’endommager ce dispositif de compression 210.
Selon une caractéristique de ce premier mode de fonctionnement du système 100 l’échangeur de chaleur interne 250 est co-courant, c’est-à-dire que le fluide réfrigérant FR qui circule dans la première section 251 de cet échangeur de chaleur interne 250 et le fluide réfrigérant FR qui circule dans la deuxième section 252 de cet échangeur de chaleur interne 250 circule dans le même sens. Selon cette caractéristique du premier mode de fonctionnement, l’échangeur de chaleur interne 250 fonctionne ainsi à une puissance thermique faible, c’est-à- dire une puissance thermique d’environ 50% de sa puissance thermique maximale.
Dans le même temps, le moyen 311 de mise en circulation du fluide caloporteur FC agencé sur le premier conduit 301 de la boucle 300 de fluide caloporteur FC met en circulation ce fluide caloporteur FC dans la boucle 300. Le fluide caloporteur FC qui rejoint le premier échangeur thermique 220 capte des calories issues du fluide réfrigérant FR qui circule également dans ce premier échangeur thermique 220, puis le fluide caloporteur FC rejoint l’échangeur de chaleur 310 dans lequel il cède les calories ainsi captées au flux d’air interne FAi. Ce flux d’air interne FAi ainsi réchauffé est alors envoyé dans l’habitacle du véhicule, réchauffant ainsi cet habitacle. Autrement dit, on comprend que, selon ce premier mode de fonctionnement, le deuxième dispositif de régulation de débit 313 est dans sa position ouverte tandis que le premier dispositif de régulation de débit 312 est dans sa position fermée, de sorte que le fluide caloporteur ne circule ni dans le troisième conduit 303, ni dans le deuxième échangeur de chaleur 320, ni dans le quatrième conduit 304.
La figure 3 illustre une variante de ce premier mode de fonctionnement du système 100 de traitement thermique selon l’invention qui permet de déshumidifier le flux d’air interne FAi réchauffé avant de l’envoyer dans l’habitacle. Les éléments communs portent les mêmes références et leur description n’est pas répétée. Cette variante du premier mode de fonctionnement diffère ainsi du premier mode de fonctionnement tel qu’il vient d’être décrit en référence à la figure 2 en ce que le deuxième organe de détente 260 autorise la circulation de fluide réfrigérant FR dans la sixième conduite 206 du circuit 200. Ainsi, une partie du fluide réfrigérant FR qui arrive au niveau du cinquième point de raccordement 215 rejoint la première section 251 de l’échangeur de chaleur interne 250 tel que décrit précédemment, et une autre partie de ce fluide réfrigérant FR emprunte la sixième conduite 206 le long de laquelle il subit une détente opérée par le deuxième organe de détente 260 avant de rejoindre le troisième échangeur thermique 270 dans lequel il capte des calories issues du flux d’air interne FAi, c’est-à-dire avant que ce flux d’air interne FAi ne soit envoyé dans l’habitacle. Cette captation de calories permet de déshumidifier, au moins partiellement, le flux d’air interne FAi avant que celui-ci ne soit envoyé dans l’habitacle du véhicule de sorte à limiter l’apparition de buée sur les vitres de ce véhicule qui pourrait gêner la visibilité du conducteur et qui n’est donc pas souhaitable. Le fluide réfrigérant FR qui quitte le troisième échangeur thermique 270 rejoint ensuite le fluide réfrigérant FR issu du deuxième échangeur thermique 240 au niveau du septième point de raccordement 217. Le reste du système 100 selon l’invention fonctionne de la façon décrite ci-dessus en référence à la figure 2.
Selon l’exemple illustré, le flux d’air interne FAi est déshumidifié avant d’être réchauffé et envoyé dans l’habitacle, c’est-à-dire que ce flux d’air interne FAi traverse, dans un premier temps le troisième échangeur thermique 270 et, dans un deuxième temps, l’échangeur de chaleur 310 avant d’être envoyé dans l’habitacle du véhicule. Il est entendu qu’il ne s’agit que d’un exemple de réalisation qui n’est pas limitatif de la présente invention. Les figures 4 et 5 illustrent quant à elles, respectivement, un deuxième mode de fonctionnement du système 100 selon l’invention et une variante de ce deuxième mode de fonctionnement. Le deuxième mode de fonctionnement illustré sur la figure 4 est un mode de fonctionnement dans lequel l’utilisateur du véhicule souhaite refroidir l’habitacle, autrement dit, il s’agit d’un mode de fonctionnement dans lequel le flux d’air interne FAi est refroidi avant d’être envoyé dans cet habitacle. Tel que détaillé ci-dessous, cette figure 4 illustre un mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant alimente le deuxième sous-circuit 410.
Tel qu’illustré, le fluide réfrigérant FR est comprimé par le dispositif de compression 210, puis il traverse le premier échangeur thermique 220 dans lequel il est refroidi en cédant des calories au fluide caloporteur FC qui circule également dans ce premier échangeur thermique 220. Le fluide réfrigérant FR quitte donc le premier échangeur thermique 220 à l’état gazeux ou diphasique. Selon ce deuxième mode de fonctionnement, le fluide caloporteur FC quitte quant à lui le premier échangeur thermique 220 par le deuxième conduit 302. Le premier dispositif de régulation de débit 312 est dans sa position ouverte et le deuxième dispositif de régulation de débit 313 est dans sa position fermée de sorte que le fluide caloporteur FC qui circule dans le deuxième conduit 302 rejoint le deuxième échangeur de chaleur 320 par le quatrième conduit 304. Dans ce deuxième échangeur de chaleur 320, le fluide caloporteur FC cède des calories au flux d’air extérieur FAe puis quitte ce deuxième échangeur de chaleur 320 par le troisième conduit 303 pour rejoindre le premier conduit 301, puis le premier échangeur thermique 220. Autrement dit, selon ce deuxième mode de fonctionnement le moyen 311 de mise en circulation du fluide caloporteur est mis en fonctionnement afin de permettre au fluide caloporteur qui quitte le deuxième échangeur de chaleur 320 de rejoindre le premier échangeur thermique 220. Ce fluide caloporteur FC s’étant déchargé de ses calories par l’échange de chaleur opéré avec le flux d’air extérieur FAe dans le deuxième échangeur de chaleur 320, il est alors apte à capter, à nouveau, des calories issues du fluide réfrigérant FR qui circule dans le premier échangeur thermique 220. On comprend de ce qui précède que, selon ce deuxième mode de fonctionnement, le premier échangeur de chaleur 310 de la boucle 300 de fluide caloporteur est inopérant, c’est-à-dire qu’aucun fluide ne circule dans ce premier échangeur de chaleur 310.
Selon ce deuxième mode de fonctionnement, le troisième organe de régulation 117 est fermé et le premier organe de régulation 111 est ouvert de sorte que le fluide réfrigérant FR qui quitte le dispositif de compression 210 à l’état gazeux ou diphasique est dirigé dans la deuxième conduite 202, jusqu’au deuxième point de raccordement 212. Tel qu’illustré, le premier organe de détente 230 est dans sa position fermé, c’est-à-dire qu’il interdit la circulation de fluide réfrigérant FR dans la dixième conduite 113. Le fluide réfrigérant FR est ainsi dirigé vers le deuxième échangeur thermique 240. Dans ce deuxième échangeur thermique 240, le fluide réfrigérant FR cède des calories au flux d’air extérieur FAe, c’est-à- dire que ce deuxième échangeur thermique 240 fonctionne comme un condenseur vis-à-vis du fluide réfrigérant FR. La valve anti-retour 112 autorise le passage de fluide réfrigérant FR dans la quatrième conduite 204 tandis que le deuxième organe de régulation 115 interdit la circulation de fluide réfrigérant FR dans la onzième conduite 114 de sorte que le fluide réfrigérant FR qui rejoint le troisième point de raccordement 213 est dirigé vers la première section 251 de l’échangeur de chaleur interne 250 dans lequel il cède des calories au fluide réfrigérant FR qui circule dans la deuxième section 252 de cet échangeur de chaleur interne 250. Le fluide réfrigérant FR quitte ainsi l’échangeur de chaleur interne 250 à l’état majoritairement liquide et rejoint alors le cinquième point de raccordement 215. Tel que représenté, le deuxième organe de détente 260 est, selon ce deuxième mode de fonctionnement, dans sa position ouverte tandis que le troisième organe de détente 280 est dans sa position fermée. Le fluide réfrigérant FR rejoint alors la sixième conduite 206 le long de laquelle il subit une détente opérée par le deuxième organe de détente 260 avant de rejoindre le troisième échangeur thermique 270 dans laquelle il capte des calories issues du flux d’air interne FAi. Ce flux d’air interne FAi est ainsi déchargé de ses calories, c’est-à-dire qu’il est refroidi, et peut alors être envoyé dans l’habitacle pour refroidir ce dernier. Le troisième échangeur thermique 270 se comporte comme un évaporateur vis-à-vis du fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant qui quitte le troisième échangeur thermique 270 à l’état majoritairement gazeux emprunte ensuite la neuvième conduite 209 pour rejoindre la deuxième section 252 de l’échangeur de chaleur interne 250 dans lequel il capte des calories issues du fluide réfrigérant FR qui circule dans la première section 251 de cet échangeur de chaleur interne 250 tel qu’évoqué ci-dessus. En sortie de cette deuxième section 252, le fluide réfrigérant FR, à l’état gazeux, retourne vers le dispositif de compression 210 pour entamer un nouveau cycle. Ainsi, selon ce deuxième mode de fonctionnement, l’échangeur de chaleur interne 250 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre du fluide réfrigérant FR à haute pression, c’est-à- dire du fluide réfrigérant FR comprimé par le dispositif de compression 210, et qui circule dans la première section 251 de l’échangeur de chaleur interne 250 et du fluide réfrigérant FR à basse pression, c’est-à-dire du fluide réfrigérant FR ayant subi une détente opérée, selon ce deuxième mode de fonctionnement, au moins par le deuxième organe de détente 260 et qui circule dans la deuxième section 252 de l’échangeur de chaleur interne 250.
Ainsi, selon une caractéristique de ce deuxième mode de fonctionnement du système 100, l’échangeur de chaleur interne 250 est contre-courant, c’est-à-dire que le fluide réfrigérant circule selon un premier sens dans la première section 251 de cet échangeur de chaleur interne 251 et selon un deuxième sens dans la deuxième section 252 de cet échangeur de chaleur interne 250, le premier sens étant contraire au deuxième sens. Avantageusement un fonctionnement « contre- courant » de l’échangeur de chaleur interne 250 permet de conserver un écart de température constant entre le fluide réfrigérant FR qui circule dans la première section 251 de l’échangeur de chaleur interne 250 et le fluide réfrigérant FR qui circule dans la deuxièmes section 252 de l’échangeur de chaleur interne 250. Autrement dit, un fonctionnement « contre-courant » permet d’utiliser l’échangeur de chaleur interne 250 à sa puissance maximale.
On comprend donc que, selon l’invention, le circuit 200 de fluide réfrigérant FR est avantageusement adapté pour permettre une circulation, alternativement, selon deux sens opposés dans au moins l’une de ses deux passes 251, 252 de l’échangeur de chaleur interne 250, conférant à ce système une plus grande modularité en termes de puissance thermique, qu’un système tel qu’actuellement mis en œuvre.
La figure 5 illustre enfin une variante du deuxième mode de fonctionnement selon la présente invention. Cette variante du deuxième mode de fonctionnement permet, d’une part de refroidir l’habitacle tel que décrit en référence à la figure 4, et d’autre part d’assurer, simultanément, le refroidissement du composant de la chaîne de traction électrique auquel est dédié le quatrième échangeur thermique 290 du circuit de fluide réfrigérant FR. Par exemple, si ce quatrième échangeur thermique 290 est dédié au refroidissement du dispositif de stockage d’énergie électrique, la variante du deuxième mode de fonctionnement permet à l’utilisateur du véhicule de charger rapidement ce dispositif de stockage d’énergie électrique, tout en maintenant une température dans l’habitacle inférieure à une température extérieure, c’est-à-dire tout en refroidissant cet habitacle.
Tel qu’illustré sur la figure 5, cette variante du deuxième mode de fonctionnement diffère du deuxième mode de fonctionnement décrit en référence à la figure 4 en ce que le troisième organe de détente 280 autorise la circulation de fluide réfrigérant FR dans la septième conduite 207. Ainsi, une partie du fluide réfrigérant FR qui arrive au niveau du cinquième point de raccordement 215 est dirigé vers la sixième conduite 206 tel que précédemment décrit, et une autre partie de ce fluide réfrigérant FR est dirigée vers la septième conduite 207. Le fluide réfrigérant FR qui circule dans la septième conduite 207 subit une détente opérée par le troisième organe de détente 280 avant de rejoindre le quatrième échangeur thermique 290 dans lequel il capte des calories issues du fluide additionnel qui va, à son tour, capter des calories issues du dispositif de stockage de l’énergie électrique afin de refroidir ce dernier. Le quatrième échangeur thermique 290 se comporte ainsi comme un évaporateur vis-à-vis du fluide réfrigérant FR. Ce fluide réfrigérant FR qui quitte le quatrième échangeur thermique 290 à l’état majoritairement gazeux rejoint ensuite le septième point de raccordement 217 au niveau duquel il est mélangé au fluide réfrigérant FR qui quitte le troisième échangeur thermique 270. Le reste du système 100 fonctionne de façon identique à ce qui a été décrit ci-dessus et la description de la figure 4 s’applique ainsi mutatis mutandis.
On comprend de ce qui précède que la présente invention propose ainsi un système de traitement thermique destiné à un véhicule automobile moins coûteux que les systèmes de traitement thermique actuellement connu, notamment de par le fait qu’un seul échangeur de chaleur interne est utilisé et également du fait que les organes de détente n’ont jamais à être intégralement ouverts, c’est-à-dire être inopérant vis-à-vis du fluide réfrigérant tout en le laissant circuler dans la conduite concernée.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tout moyen et configuration équivalent ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens. Ces moyens et configurations pourront être modifiés sans nuire à l’invention dans la mesure où ils remplissent les fonctionnalités décrites dans le présent document.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système (100) de traitement thermique destiné à un véhicule, comprenant au moins un circuit (200) de fluide réfrigérant (FR) et au moins une boucle (300) de fluide caloporteur (FC), le circuit (200) de fluide réfrigérant (FR) comprenant, au moins, un dispositif de compression (210), un premier échangeur thermique (220) agencé à une interface entre le circuit (200) de fluide réfrigérant (FR) et la boucle (300) de fluide caloporteur (FC), un échangeur de chaleur interne (250) équipé d’au moins une première section (251) de circulation du fluide réfrigérant (FR) et d’au moins une deuxième section (252) de circulation du fluide réfrigérant (FR) distincte de la première section (251), un premier organe de détente (230), un deuxième échangeur thermique (240) configuré pour opérer un échange de chaleur entre un flux d’air extérieur (FAe) au véhicule et le fluide réfrigérant (FR) et la boucle (300) de fluide caloporteur (FC) comprenant au moins le premier échangeur thermique (220), au moins un moyen (311) de mise en circulation du fluide caloporteur (FC), au moins un premier échangeur de chaleur (310) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur (FC) et un flux d’air interne (FAi) destiné à être envoyé dans un habitacle du véhicule, caractérisé en ce que le circuit (200) de fluide réfrigérant (FR) est configuré pour faire circuler le fluide réfrigérant (FR), alternativement, selon deux sens contraires dans la première section (251) de l’échangeur de chaleur interne (250).
2. Système (100) de traitement thermique selon la revendication précédente, dans lequel le circuit (200) de fluide réfrigérant (FR) comprend au moins un organe de détente (260), appelé « deuxième organe de détente (260) », et au moins un échangeur thermique (270), appelé « troisième échangeur thermique (270), configuré pour opéré un échange de chaleur entre le flux d’air interne (FAi) et le fluide réfrigérant (FR).
3. Système (100) de traitement thermique selon la revendication précédente, dans lequel le circuit (200) de fluide réfrigérant (FR) comprend au moins un premier sous-circuit (400) et au moins un deuxième sous-circuit (410), le circuit (200) de fluide réfrigérant (FR) étant configuré pour permettre la circulation de fluide réfrigérant (FR), alternativement, dans le premier sous- circuit (400) ou dans le deuxième sous-circuit (410), le premier sous-circuit (400) comprenant, dans cet ordre selon un sens de circulation du fluide réfrigérant (FR) dans ce premier sous-circuit (400), la première section (251) de l’échangeur de chaleur interne (250), le premier organe de détente (230), le deuxième échangeur thermique (240), la deuxième section (252) de l’échangeur de chaleur interne (250), le dispositif de compression (210) et le premier échangeur thermique (220) et le deuxième sous-circuit (410) comprenant, dans cet ordre selon un sens de circulation du fluide réfrigérant (FR) dans le deuxième sous-circuit (410), le deuxième échangeur thermique (240), la première section (251) de l’échangeur de chaleur (250), le deuxième organe de détente (260), le troisième échangeur thermique (270), la deuxième section (252) de l’échangeur de chaleur interne (250), le dispositif de compression (210) et le premier échangeur thermique (220).
4. Système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la boucle (300) de fluide caloporteur (FC) comprend au moins un deuxième échangeur de chaleur (320) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le flux d’air extérieur (FAe) et le fluide caloporteur (FC).
5. Système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit (200) de fluide réfrigérant (FR) comprend au moins un organe de détente (280), appelé « troisième organe de détente (280) », et au moins un échangeur thermique (290), appelé « quatrième échangeur thermique (290), destiné au refroidissement d’au moins un composant d’une chaîne de traction du véhicule.
6. Système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins le premier organe de détente (230) est agencé sur une conduite parallèle à une conduite porteuse du deuxième échangeur thermique (240).
7. Système (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins le premier organe de détente (230) présente une section d’ouverture maximale égale, ou sensiblement égale à 3mm2.
8. Système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit (200) de fluide réfrigérant (FR) comprend au moins une valve anti-retour (112) configurée pour contraindre le fluide réfrigérant (FR) qui quitte le deuxième échangeur thermique (240) à rejoindre l’échangeur de chaleur interne (250) et, alternativement, pour contraindre le fluide réfrigérant (FR) qui quitte la première section (251) de l’échangeur de chaleur interne (250) à rejoindre le premier organe de détente (230).
9. Système (100) de traitement thermique selon les revendications 2 et 5, dans lequel le troisième échangeur thermique (270) et le quatrième échangeur thermique (290) sont portés par deux branches parallèles.
10. Système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen (311) de mise en circulation du fluide caloporteur (FC) est agencé sur un premier conduit (301) qui relie le premier échangeur thermique (220) à l’échangeur de chaleur (310).
11. Système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un dispositif d’accumulation (110) du fluide réfrigérant (FR) est agencé entre le premier échangeur thermique (220) et le premier organe de détente (230).
12. Véhicule automobile comprenant au moins un système (100) de traitement thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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