WO2021249929A1 - Système de conditionnement thermique pour véhicule automobile - Google Patents

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refrigerant
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refrigerant fluid
conditioning system
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Mohamed Yahia
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Valeo Systemes Thermiques
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    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal conditioning systems for motor vehicles.
  • Such systems allow, for example, thermal regulation of the vehicle interior, as well as thermal regulation of an electric energy storage battery intended for the propulsion of electric and hybrid motor vehicles.
  • Heat exchanges are managed mainly by the compression and expansion of a refrigerant fluid within several heat exchangers.
  • Such systems allow in particular operation according to a mode of cooling the passenger compartment, in which heat energy is taken from an air flow inside the vehicle passenger compartment, thus making it possible to cool this passenger compartment and to ensure the thermal comfort of the occupants.
  • the heat energy taken from the flow of interior air is returned to a flow of air outside the passenger compartment, through a heat exchanger which then operates in condenser mode.
  • a heat exchanger which then operates in condenser mode.
  • This other exchanger called sub-cooling, is generally arranged upstream of the condenser so as to receive a flow of air that has not been heated by the heat exchange with the condenser.
  • the temperature of the refrigerant fluid leaving the sub-cooling exchanger is practically equal to the temperature of the outside air flow arriving on this subcooling exchanger, and this regardless of the refrigerant flow through the refrigerant circuit.
  • the value of the subcooling no longer depends on the flow of refrigerant fluid. In this case, it is difficult to properly control the system.
  • the present invention aims to remedy the above problem thanks to an architecture allowing control of the thermal conditioning system even when the refrigerant fluid leaves the subcooling exchanger at the same temperature, or at least at a temperature. temperature very close to that of the air supplying the sub-cooling exchanger.
  • the invention also proposes a control method ensuring optimized operation of the system thanks to a particular subcooling instruction.
  • the invention provides a thermal conditioning system for a motor vehicle, comprising a refrigerant circuit configured to circulate a refrigerant fluid, the refrigerant circuit comprising a main loop comprising successively in the direction of flow of the fluid refrigerant:
  • a first heat exchanger configured to exchange heat with a flow of air outside a vehicle interior
  • a second heat exchanger configured to exchange heat with the outside air flow
  • a third heat exchanger configured to exchange heat with an internal air flow, characterized in that the refrigerant circuit also comprises a sensor for measuring the temperature of the refrigerant, arranged between an outlet of the first heat exchanger. heat and an inlet of the second heat exchanger.
  • the coolant circuit also comprises a sensor for measuring the pressure of the coolant, arranged between an outlet of the first heat exchanger and an inlet of the second heat exchanger.
  • the second heat exchanger is arranged upstream of the first heat exchanger in a direction of flow of the external air flow.
  • the second heat exchanger thus receives an external air flow which has not undergone heat exchange with the first heat exchanger, and which has therefore not been heated by the first exchanger.
  • the second exchanger thus makes it possible to cool the refrigerant fluid more efficiently.
  • the sensor for measuring the temperature of the coolant and the sensor for measuring the pressure of the coolant are part of the same sensor body.
  • an outlet of the first heat exchanger comprises a base for receiving the sensor body.
  • the sensor for measuring the pressure and temperature of the refrigerant can thus be integrated into the first heat exchanger.
  • the overall size is reduced and assembly is facilitated.
  • an inlet of the second heat exchanger comprises a base for receiving the sensor body.
  • the sensor for measuring the pressure and temperature of the coolant can thus be integrated into the second heat exchanger. As before, the overall size is reduced and assembly is made easier.
  • the thermal conditioning system comprises a device for accumulating refrigerant fluid, arranged in the direction of travel of the refrigerant fluid between the third heat exchanger and the compression device. This accumulation device makes it possible to adjust, according to the conditions of use, the quantity of fluid circulating in the system.
  • the thermal conditioning system comprises an internal heat exchanger allowing heat exchange between the high pressure refrigerant fluid flowing in the direction of the refrigerant fluid path between the second heat exchanger and the first expansion device and the refrigerant fluid at low pressure circulating in the direction of travel of the refrigerant fluid between the storage device and the compression device.
  • the internal exchanger makes it possible to increase the change in the enthalpy of the refrigerant during the thermodynamic cycle, which improves the available cooling power.
  • the thermal conditioning system comprises a first bypass branch connecting a first connection point arranged on the main loop and included between the second heat exchanger and the first expansion device at a second point of connection arranged on the main loop between the third heat exchanger and the compression device, the first bypass branch comprising, according to the direction of travel of the coolant, a second expansion device and a fourth heat exchanger.
  • the fourth heat exchanger is configured to exchange heat with an electrical energy storage battery of the vehicle.
  • a cooling of the battery supplying the electrical energy of an electric traction chain vehicle can thus be ensured. More generally, regulation of the temperature of the battery can thus be achieved.
  • the thermal conditioning system comprises a second branch branch connecting a third connection point arranged on the main loop and included between the compression device and the first heat exchanger at a fourth connection point arranged on the main loop and between the second heat exchanger and the first connection point.
  • the thermal conditioning system comprises a fifth heat exchanger arranged on the second branch branch and configured to exchange heat with an indoor air flow.
  • the fifth heat exchanger can heat the passenger compartment.
  • the fifth heat exchanger is placed on the second bypass branch of the refrigerant circuit. It is thus possible to ensure that the fifth heat exchanger is not traversed by the refrigerant fluid in certain operating modes of the thermal conditioning system.
  • the thermal conditioning system comprises a fifth heat exchanger arranged on the main loop between the compression device and the third connection point and configured to exchange heat with a flow of indoor air.
  • the fifth heat exchanger is arranged on the main loop of the refrigerant circuit, and is therefore traversed by the refrigerant fluid in all the operating modes of the thermal conditioning system.
  • the fifth heat exchanger is an internal condenser.
  • the thermal conditioning system comprises a third branch branch connecting a fifth connection point arranged on the main loop and between the fourth connection point and the first connection point to a sixth connection point. connection arranged on the main loop between the third connection point and the first heat exchanger.
  • the thermal conditioning system comprises a third expansion device arranged on the third branch branch.
  • the third branch branch and the third expansion device allow operation in heat pump mode, as will be specified later.
  • the main loop comprises a non-return valve configured to block the refrigerant fluid coming from the fourth connection point.
  • the main loop comprises a first shut-off valve arranged between the third connection point and the first heat exchanger.
  • the thermal conditioning system comprises a fourth branch branch connecting a seventh connection point arranged on the main loop between the first heat exchanger and the second heat exchanger at an eighth point of connection arranged on the main loop between the third heat exchanger and the second connection point.
  • the fourth bypass branch includes a second shut-off valve.
  • the second bypass branch includes a third shut-off valve.
  • shut-off valves and non-return valve allow the refrigerant to be selectively directed into the different branches of the refrigerant circuit, in order to ensure different operating modes.
  • the thermal conditioning system comprises on the main loop a sensor for measuring the temperature of the refrigerant fluid arranged between the compression device and the fifth heat exchanger.
  • the thermal conditioning system comprises on the main loop a second sensor for measuring the temperature. temperature of the coolant disposed between the fourth connection point and the fifth connection point.
  • the thermal conditioning system comprises on the main loop a second sensor for measuring the pressure of the refrigerant fluid arranged between the fourth connection point and the fifth connection point.
  • the temperature and pressure information of the refrigerant circulating between the fourth and the fifth connection point makes it possible to control the expansion of the refrigerant fluid, when the thermal conditioning system is operating in heat pump mode, also. called heating mode.
  • the thermal conditioning system comprises on the main loop a third sensor for measuring the temperature of the refrigerant fluid arranged between the second connection point and the storage device.
  • the thermal conditioning system includes on the main loop a third sensor for measuring the pressure of the refrigerant fluid arranged between the second connection point and the accumulation device.
  • the second sensor for measuring the temperature of the coolant and the second sensor for measuring the pressure of the coolant are part of the same sensor body.
  • the third sensor for measuring the temperature of the coolant and the third sensor for measuring the pressure of the coolant are part of the same sensor body.
  • the invention also relates to a method of controlling a thermal conditioning system as described above, the method comprising Steps :
  • control method comprises the step:
  • the subcooling setpoint being between 4 ° C and 10 ° C, preferably equal to 5 ° C, when the forward speed of the vehicle is greater than 70 km / h.
  • the subcooling setpoint value is between 8 ° C and 16 ° C, preferably equal to 15 ° C, when the forward speed of the vehicle is zero.
  • subcooling values ensure an optimized coefficient of performance.
  • the subcooling setpoint is adjusted to the speed of the air flow arriving at the first exchanger and the second exchanger. This air speed is estimated from the forward speed of the vehicle.
  • FIG. 54 shows a schematic view of a thermal conditioning system according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a schematic view of a thermal conditioning system according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a schematic view of a thermal conditioning system according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a schematic view of a thermal conditioning system according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a schematic view of a thermal conditioning system according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a schematic view of a thermal conditioning system according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 1 according to a first mode of operation
  • FIG. 5 shows a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 1 according to a second mode of operation
  • FIG. 6 shows a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 1 according to a third mode of operation.
  • a first element upstream of a second element means that the first element is placed before the second element with respect to the direction of flow of a fluid.
  • a first element downstream of a second element means that the first element is placed after the second element with respect to the direction of flow of the fluid considered.
  • FIG. 1 a thermal conditioning system 100 for a motor vehicle, comprising a refrigerant circuit 1 configured to circulate a refrigerant fluid.
  • a refrigerant fluid circulates at least in a part of the circuit 1 of the refrigerant fluid.
  • the thermal conditioning system 100 makes it possible to regulate the temperature as well as the humidity level of the air present in the passenger compartment of the vehicle, in order to ensure the comfort of the passengers. It also makes it possible to cool one or more components of an electric traction chain of the vehicle, such as for example a battery comprising a set of electric energy storage cells.
  • the refrigerant fluid used by the refrigerant fluid circuit 1 is here a chemical fluid such as R1234yf. Other refrigerant fluids could be used, such as for example R134a.
  • the refrigerant fluid circuit 1 comprises a main loop A comprising successively according to the direction of travel of the refrigerant fluid:
  • a first heat exchanger 3 configured to exchange heat with a flow of air Fe outside a vehicle interior
  • a second heat exchanger 4 configured to exchange heat with the external air flow Fe
  • a third heat exchanger 6 configured to exchange heat with an internal air flow Fi, and is characterized in that the refrigerant fluid circuit 1 also comprises a sensor for measuring the temperature 8 of the refrigerant fluid, arranged between an outlet of the first heat exchanger 3 and an inlet of the second heat exchanger 4.
  • This configuration makes it possible to measure the temperature of the refrigerant fluid circulating between the first heat exchanger 3 and the second heat exchanger 4.
  • the second heat exchanger 4 is configured to exchange heat with the external air flow Fe , so as to ensure sub-cooling of the refrigerant.
  • the refrigerant circuit 1 also includes a sensor for measuring the pressure 9 of the refrigerant, arranged between an outlet of the first heat exchanger 3 and an inlet of the second heat exchanger 4.
  • thermodynamic state of the refrigerant having already passed through the first heat exchanger 3 and having not yet passed through the second heat exchanger 4 can be determined.
  • the second heat exchanger 4 is disposed upstream of the first heat exchanger 3 in a direction of flow of the flow of outside air Fe.
  • the second heat exchanger 4 thus receives an external air flow Fe which has not undergone heat exchange with the first heat exchanger 3, and which has therefore not been heated by the first exchanger 3.
  • the second exchanger 4 thus makes it possible to cool the refrigerant fluid more efficiently.
  • the first heat exchanger 3 has a refrigerant fluid inlet and a coolant fluid outlet.
  • the second heat exchanger 4 has a refrigerant fluid inlet and a refrigerant fluid outlet.
  • the outside air flow Fe is an air flow which is not intended to be sent to the interior of the vehicle cabin.
  • the first exchanger 3 and the second exchanger 4 can for example be placed at the front of the vehicle, and directly receive the air flow created by the advancement of the vehicle.
  • the temperature measurement sensor 8 of the refrigerant fluid and the pressure measurement sensor 9 of the refrigerant fluid form part of the same sensor body 10
  • the temperature measurement function and the pressure measurement function are then provided by a sensor combining the two functions. Only one mounting interface on the refrigerant circuit is required. Electrical wiring is also simplified.
  • the thermal conditioning system comprises a device 21 for accumulating refrigerant fluid, arranged in the direction of travel of the refrigerant fluid between the third heat exchanger 6 and the compression device 2. This device accumulation allows to adjust, according to the conditions of use, the quantity of fluid circulating in the system.
  • the thermal conditioning system here comprises an internal heat exchanger 24 allowing heat exchange between the high pressure refrigerant fluid circulating in the direction of the refrigerant fluid path between the second heat exchanger 4 and the first expansion device 5 and the low-pressure refrigerant fluid circulating in the direction of travel of the refrigerant fluid between the storage device 21 and the compression device 2.
  • This internal heat exchanger is optional and could not be used.
  • the internal exchanger makes it possible to increase the variation in the enthalpy of the refrigerant fluid during the thermodynamic cycle, which improves the available cooling power.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a first bypass branch B connecting a first connection point 11 arranged on the main loop A and between the second heat exchanger 4 and the first expansion device 5 at a second point of connection 12 arranged on the main loop A between the third heat exchanger 6 and the compression device 2, the first bypass branch B comprising, depending on the direction of travel of the refrigerant fluid, a second expansion device 22 and a fourth heat exchanger 7 .
  • the fourth heat exchanger 7 is here configured to exchange heat with an electric energy storage battery 23 of the vehicle.
  • the fourth heat exchanger 7 thus makes it possible to regulate the temperature of the battery.
  • the thermal coupling between the fourth heat exchanger 7 and the battery 23 can be ensured directly, the refrigerant fluid exchanging heat directly with the battery, or also indirectly, by means of a heat transfer fluid circuit. , not shown.
  • the refrigerant fluid cools a heat transfer fluid, which in turn exchanges heat with the battery 23 and allows it to be cooled.
  • a cooling of the battery supplying the electrical energy of an electric traction chain vehicle can thus be ensured. More generally, regulation of the temperature of the battery can thus be achieved.
  • the thermal conditioning system 100 also includes a second bypass branch C connecting a third connection point 13 arranged on the main loop A and between the compression device 2 and the first heat exchanger 3 at a fourth point of connection 14 arranged on the main loop A and included between the second heat exchanger 4 and the first connection point 11.
  • the thermal conditioning system comprises a fifth heat exchanger 25 arranged on the main loop A between the compression device 2 and the third connection point 13 and configured to exchange heat with an internal air flow Fi.
  • internal air flow Fi is meant a flow of air to the passenger compartment of the motor vehicle.
  • This internal or internal air flow can circulate in a heating, ventilation and air conditioning installation, often referred to by the English term “FIVAC” meaning "Fleating, Ventilating and Air Conditioning".
  • FVAC Heating, Ventilating and Air Conditioning
  • the fifth heat exchanger 25 is not next to the third heat exchanger 6 in the figures. In reality, the exchanger 6 is located upstream of the exchanger 25, the two exchangers being arranged in the same heating, ventilation and air conditioning installation box.
  • the fifth heat exchanger is arranged on the main loop of the refrigerant circuit, and is therefore traversed by the refrigerant fluid in all the operating modes of the thermal conditioning system.
  • the fifth heat exchanger 5 is an internal condenser.
  • the fifth heat exchanger 5 can thus ensure the heating of the passenger compartment, by dissipating the calories originating from the condensation of the refrigerant fluid in the internal air flow Fi which is intended for the passenger compartment of the vehicle.
  • the thermal conditioning system 100 includes a fifth heat exchanger 25 disposed on the second bypass branch C and configured to exchange heat with an indoor air flow Fi.
  • the fifth heat exchanger is arranged on the second bypass branch of the refrigerant circuit. It is thus possible to ensure that the fifth heat exchanger is not traversed by the refrigerant fluid in certain operating modes of the thermal conditioning system.
  • the thermal conditioning system 100 also includes a third branch branch D connecting a fifth connection point 15 arranged on the main loop A and between the fourth connection point 14 and the first connection point 11 to a sixth point connection 16 arranged on the main loop A between the third connection point 13 and the first heat exchanger 3.
  • connection points 11, 14 15 are distinct. However, the fifth connection point 15 can be confused with the fourth connection point 14. Likewise, the fifth connection point 15 can be confused with the first connection point 11. The three connection points 11, 14, 15 can be merged with the first connection point 11. also be confused.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a third expansion device 26 disposed on the third branch branch D.
  • the third branch branch and the third expansion device allow operation in heat pump mode, as will be specified later.
  • Each of the first, second, and third expansion devices may be an electronic expansion valve, a thermostatic expansion valve, or a calibrated orifice.
  • the passage section allowing the refrigerant to pass can be continuously adjusted between a closed position and a maximum open position.
  • the system control unit drives an electric motor which moves the mobile shutter which manages the passage section of the expansion device.
  • the main loop A comprises a non-return valve 36 configured to block the refrigerant from the fourth connection point 14.
  • the non-return valve 36 can for example be a non-return valve, of the passive type c 'that is to say, not being electrically controlled.
  • the check valve 36 can also be a shut-off valve electrically controlled by the system control unit.
  • the main loop A comprises a first shut-off valve 27 arranged between the third connection point 13 and the first heat exchanger 3.
  • the shut-off valve makes it possible to prevent the passage of the refrigerant fluid in the portion of the circuit. between the first connection point 13 and the first exchanger 3.
  • the thermal conditioning system also includes a fourth branch E connecting a seventh connection point 17 arranged on the main loop A between the first heat exchanger 3 and the second heat exchanger 4 to an eighth connection point 18 arranged on the main loop A between the third heat exchanger 6 and the second connection point 12.
  • the fourth bypass branch E includes a second shut-off valve 28. This shut-off valve also prevents the passage of refrigerant fluid into the fourth bypass branch E.
  • the second bypass branch C comprises a third shut-off valve 33. As before, this shut-off valve prevents the passage of refrigerant fluid into the second bypass branch C.
  • connection point 11 to 18 allows the refrigerant fluid to pass through one or the other of the portions of the circuit that meet at this connection point.
  • the distribution of the refrigerant between the two portions of the circuit which meet at the connection point is effected by opening or closing the valves included on each of the two branches.
  • shut-off valves and the non-return valve thus make it possible to selectively direct the refrigerant fluid in the different branches of the refrigerant circuit, in order to ensure different operating modes, as will be described later.
  • An electronic control unit receives information from various sensors measuring in particular the characteristics of the refrigerant fluid at various points in the circuit.
  • the electronic unit also receives the instructions requested by the occupants of the vehicle, such as the desired temperature inside the passenger compartment.
  • the electronic unit implements control laws allowing the control of the various actuators, in order to control the thermal conditioning system 1.
  • the thermal conditioning system comprises on the main loop A a temperature measurement sensor 34 of the refrigerant fluid arranged between the compression device 2 and the fifth heat exchanger 25. [99] This information on the temperature value makes it possible to ensure that the discharge temperature of the compression device is lower than the maximum admissible limit.
  • the thermal conditioning system 100 comprises on the main loop A a second temperature measurement sensor 29a of the refrigerant fluid arranged between the fourth connection point 14 and the fifth connection point 15.
  • the second temperature measurement sensor 29a of the refrigerant fluid is arranged upstream of the fourth connection point 14, between the outlet of the refrigerant. second exchanger 4 and the fourth connection point 14.
  • the thermal conditioning system also comprises on the main loop A a second sensor 29b for measuring the pressure of the refrigerant fluid arranged between the fourth connection point 14 and the fifth connection point 15.
  • the thermal conditioning system 100 comprises on the main loop A a third temperature measurement sensor 30a of the refrigerant fluid arranged between the second connection point 12 and the storage device 21.
  • the thermal conditioning system 100 also includes on the main loop A a third sensor for measuring the pressure 30b of the refrigerant fluid arranged between the second connection point 12 and the accumulation device 21.
  • the second sensor for measuring the temperature 29a of the refrigerant fluid and the second sensor for measuring the pressure 29b of the refrigerant fluid form part of the same sensor body 31.
  • the third sensor for measuring the temperature 30a of the refrigerant fluid and the third sensor for measuring the pressure 30b of the refrigerant fluid form part of the same sensor body 32.
  • the sensors used are combined sensors jointly measuring the pressure and temperature of the refrigerant.
  • the control unit determines the value of the sub-cooling to be applied according to the conditions of use, that is to say according in particular to the ambient temperature, the thermal power supplied or absorbed by the different system heat exchangers.
  • the pressure of the refrigerant circulating between the first heat exchanger 3 and the second heat exchanger 4 can be measured by a measuring sensor, such as the sensor 9.
  • the temperature of the refrigerant circulating between the first heat exchanger 3 and the second heat exchanger 4 can be measured by a measurement sensor, such as sensor 8. It is also possible to measure each of these quantities at another location in the circuit, and to recalculate the information by modeling the evolution of the quantity between the point of measurement and the point where one wishes to have the information.
  • control process also includes the step:
  • the subcooling setpoint is between 4 ° C and 10 ° C, preferably equal to 5 ° C, when the forward speed V of the vehicle is greater than 70 km / h.
  • the subcooling setpoint is between 8 ° C and 16 ° C, preferably equal to 15 ° C, when the forward speed V of the vehicle is zero.
  • control method can also take into account the air flow of the motor-fan unit contributing to generate an air flow on the first and the second heat exchanger.
  • FIGS. 4 to 6 illustrate three distinct operating modes of the thermal conditioning system 100. Other operating modes are also possible, by adjusting the flow of refrigerant fluid passing through the main loop A as well as each of the branches of lead B, C, D, E.
  • FIG. 4 illustrates the operation of the thermal conditioning system 100 of the first embodiment, according to a first operating mode, called “air conditioning” mode.
  • the refrigerant circulates in the main loop A of the refrigerant circuit 1 and travels in the order:
  • the expansion device 5 at which the refrigerant fluid undergoes an expansion and passes to a low pressure, lower than the high pressure
  • the refrigerant does not circulate in the first bypass branch B, nor in the second bypass branch C, nor in the third bypass branch D, nor in the fourth bypass branch E
  • the second expansion device 22 is in closed position, which prevents the passage of refrigerant fluid in the first bypass branch B.
  • the stop valve 33 is closed, which prevents the flow of refrigerant fluid in the second bypass branch C.
  • the stop valve 28 prevents the circulation of the refrigerant fluid in the fourth branch E.
  • the refrigerant fluid is directed to the first heat exchanger 3, which operates as a condenser in this operating mode.
  • the high pressure and high temperature refrigerant fluid transfers heat to the outside air flow Fe.
  • the refrigerant is directed to the second exchanger of heat 4.
  • the pressure and temperature of the refrigerant which has undergone a heat exchange in the first exchanger 3 and which has not yet undergone a heat exchange in the second exchanger 4 is measured by the temperature sensor 8 and the temperature sensor. pressure 9.
  • the condensing temperature of the refrigerant fluid is calculated.
  • the subcooling value is calculated. This value corresponds to the sub-cooling at the outlet of the first exchanger 3, before undergoing another cooling in the second heat exchanger 4.
  • the refrigerant fluid is cooled in the second heat exchanger 4, which completes the sub-cooling. Due to the thermal efficiency of the exchanger 4, the refrigerant fluid leaves the second heat exchanger 4 at a value very close to the temperature of the outside air flow Fe. By very close is meant that the difference between the temperature of the refrigerant fluid and the temperature of the outside air flow Fe is less than 4 ° C.
  • the high pressure refrigerant fluid leaving the second heat exchanger 4 passes through the non-return valve 36, which is in the passing direction, the high pressure branch 24a of the internal exchanger 24, reaches the fourth connection point 14, then at the fifth connection point 15 where the refrigerant is directed towards the first connection point 11 then towards the first expansion device 5.
  • the second expansion device 22 and the third expansion device 26 are in the closed position, which interrupts the circulation respectively in the first branch B branch and the third branch D branch.
  • the refrigerant fluid is expanded at the first expansion device 5, and joins the third heat exchanger 6 where it evaporates by taking heat from the internal air flow Fi.
  • the interior air flow Fi is thus cooled, which ensures the cooling of the passenger compartment.
  • the passage section of the first expansion device 5 is adjusted by the electronic control unit so as to ensure the setpoint subcooling value for the refrigerant circulating between the first exchanger 3 and the second exchanger 4.
  • the control of the system is made possible by the fact that the state of the refrigerant fluid is determined after its passage through the first exchanger 3 and before its passage through the second exchanger 4 which completes the sub-cooling.
  • the low pressure refrigerant fluid is directed to the second connection point 12 then reaches the inlet of the storage device 21.
  • the refrigerant then passes through the low pressure branch 24b of the internal exchanger 24 and then joins the inlet of the compression device 2 where it is compressed again and completes the thermodynamic cycle.
  • a flap 35 prevents an air flow through the fifth heat exchanger, that is to say the internal condenser 25. In this operating mode, there is no heat exchange at the level of the internal condenser 25, or at least this heat exchange is limited to that made possible by the residual air leaks around the shutter 35. Heat is absorbed at the level of the third heat exchanger 6, and the heat is rejected at the level of the first heat exchanger 3 and of the second heat exchanger 4. This first mode of operation therefore makes it possible to cool the internal air flow Fi.
  • the temperature sensor 34 makes it possible to measure the discharge temperature of the compression device 2.
  • the thermodynamic state of the sub-cooled refrigerant fluid, at high pressure is determined from the information supplied by the second temperature measurement sensor. the temperature 29a and the second pressure measurement sensor 29b located upstream of the first expansion device 5.
  • thermodynamic state of the low-pressure refrigerant entering the storage device 21 is determined from the information supplied by the third temperature measurement sensor 30a and the third pressure measurement sensor 30b, placed upstream of the accumulation device 21.
  • the fifth heat exchanger 5 is disposed on the second bypass branch C. This exchanger is therefore not traversed by the refrigerant in the "air conditioning" mode. There is no parasitic heating of the internal air flow Fi, even in the event of air leakage around the shutter 35, which improves the cooling efficiency.
  • FIG. 6 illustrates the operation of the thermal conditioning system 100 of the first embodiment, according to a second operating mode, called the “air conditioning and battery cooling” mode.
  • the refrigerant fluid circulates in the main loop in the same way as in the first mode of operation, with the difference that a part of the refrigerant also circulates in the first bypass branch B.
  • part of the total flow of refrigerant fluid is directed to the first expansion device 5 located on the main loop A, and the complementary part is directed to the second expansion device 22.
  • the refrigerant fluid is expanded by passing through the second expansion device 22 and evaporates while passing through the fourth heat exchanger 7.
  • the evaporation of the refrigerant fluid absorbs heat, which makes it possible to cool the battery 23 which is in thermal coupling with the exchanger 7.
  • the flow of refrigerant fluid leaving the exchanger 7 joins the main loop A at the level of the second connection point 12, and mixes with the flow of refrigerant fluid coming from the third exchanger 6.
  • the second operating mode differs from the first operating mode in that part of the refrigerant passes through the fourth heat exchanger 7. Except for pressure drops, the pressure is identical in the exchanger 7 and in the exchanger 6 since the outlets of the two heat exchangers are in fluid communication.
  • the third exchanger 6 and the fourth exchanger 7 therefore have the same evaporation temperature.
  • the adjustment of the respective flow of refrigerant fluid in the third exchanger 6 and in the fourth exchanger 7 makes it possible to control their respective cooling power.
  • This second operating mode therefore makes it possible to cool the internal air flow Fi and at the same time to cool the battery 23.
  • the second operating mode can correspond to rapid charging of the batteries while simultaneously ensuring effective cooling of the battery. the cockpit.
  • FIG. 7 illustrates the operation of the thermal conditioning system 100 of the first embodiment, according to a third operating mode, called “heating” mode, also called “heat pump” mode.
  • the third expansion device 5 at which the refrigerant fluid undergoes an expansion and passes to a low pressure, lower than the high pressure
  • the refrigerant fluid circulates in the second bypass branch C, in the third bypass branch D as well as in the fourth bypass branch E.
  • the refrigerant does not circulate in the loop portion.
  • the refrigerant does not circulate either in the portion of the main loop A between the first connection point 11 and the eighth connection point 18, nor in the first bypass branch B.
  • the stop valve 27 is closed in order to prohibit the circulation of refrigerant fluid.
  • the shut-off valves 33 and 28 are open to allow the circulation of refrigerant fluid.
  • the non-return valve 36 prevents high pressure refrigerant fluid from passing through the main loop from the fourth connection point 14 to the seventh connection point 17.
  • the refrigerant fluid is directed to the second bypass branch C.
  • the refrigerant at high pressure and high temperature exchanges heat with the internal air flow fi at the level of the fifth heat exchanger 25.
  • the refrigerant condenses in the exchanger 25 which acts as a condenser.
  • the fluid refrigerant then joins the fourth connection point 14.
  • the pressure of the temperature of the refrigerant are measured by the temperature sensor 29a and the pressure sensor 29b, then the refrigerant reaches the fifth connection point 15.
  • the flow of refrigerant fluid is directed to the third bypass branch D.
  • the refrigerant fluid is expanded at the level of the third expansion device 26 and passes at low pressure.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchanger 2 where it absorbs the heat extracted from the external air flow Fe, the first heat exchanger 2 then functioning as an evaporator.
  • the refrigerant fluid reaches the seventh connection point 17, and then travels through the fourth branch branch E to the eighth connection point 18, then the inlet of the storage device 21.
  • the refrigerant then joins the inlet of the device. compression 2 where it is compressed again and completes the thermodynamic cycle.
  • the damper 35 is in the open position, allowing a flow of air Fi to pass through the internal condenser 25 in order to be heated.
  • the heat is rejected at the level of the internal condenser 25, and heat is absorbed at the level of the first heat exchanger 3 which then operates as an evaporator.
  • This operating mode therefore makes it possible to heat the internal air flow Fi in order to ensure the comfort of the passengers.
  • the fifth heat exchanger 25 is arranged on the second bypass branch C.
  • the operation previously described in the context of the embodiment of FIG. 1 is identical.
  • the thermal management circuit according to the invention can also include one or more of the characteristics below, considered individually or combined with one another:
  • an outlet of the first heat exchanger (3) comprises a base for receiving the sensor body 10.
  • the sensor for measuring the pressure and temperature of the refrigerant can thus be integrated into the first. heat exchanger. The overall size is reduced and assembly is facilitated.
  • an inlet of the second heat exchanger 4 comprises a base for receiving the sensor body 10.
  • the sensor for measuring the pressure and temperature of the refrigerant fluid can thus be integrated into the second heat exchanger. As before, the overall size is reduced and assembly is made easier.

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Abstract

L'invention concerne un système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comportant un circuit (1) de fluide réfrigérant comprenant : Une boucle principale (A) comportant : - Un dispositif de compression (2), - Un premier échangeur de chaleur (3) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d'air extérieur (Fe) à un habitacle du véhicule, - Un deuxième échangeur de chaleur (4) configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d'air extérieur (Fe), - Un premier dispositif de détente (5) - Un troisième échangeur de chaleur (6) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d'air intérieur (Fi), caractérisé en ce que le circuit (1) de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la température (8) du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur (3) et une entrée du deuxième échangeur de chaleur (4).

Description

SYSTÈME DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE POUR
VÉHICULE AUTOMOBILE
[1] La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique pour véhicule automobile. De tels systèmes permettent par exemple une régulation thermique de l’habitacle du véhicule, ainsi qu’une régulation thermique d’une batterie de stockage d’énergie électrique destinée à la propulsion des véhicules automobiles électriques et hybrides. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant au sein de plusieurs échangeurs de chaleur.
[2] De tels systèmes permettent notamment un fonctionnement selon un mode refroidissement de l’habitacle, dans lequel de l’énergie calorifique est prélevée d’un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule, permettant ainsi de refroidir cet habitacle et d’assurer le confort thermique des occupants. L’énergie calorifique prélevée au flux d’air intérieur est restituée à un flux d’air extérieur à l’habitacle, au niveau d’un échangeur de chaleur qui fonctionne alors en mode condenseur. Afin d’augmenter la capacité de refroidissement, il est connu d’assurer un sous- refroidissement du fluide réfrigérant après sa sortie du condenseur, en le faisant passer dans un autre échangeur. Cet autre échangeur, dit de sous- refroidissement, est disposé généralement en amont du condenseur de façon à recevoir un flux d’air n’ayant pas été échauffé par l’échange thermique avec le condenseur. Afin de réguler le fonctionnement du système, il est usuel de mesurer la valeur de la pression et de la température du fluide réfrigérant qui sort de l’échangeur de sous-refroidissement. La valeur du sous-refroidissement déterminée à partir de cette mesure de pression et température, ainsi qu’à partir de la courbe de saturation caractéristique du fluide réfrigérant permet de contrôler le débit de fluide réfrigérant à faire circuler pour optimiser l’efficacité thermodynamique du système.
[3] Lorsque l’échangeur de sous-refroidissement possède une capacité d’échange thermique suffisamment élevée, la température du fluide réfrigérant en sortie de l’échangeur de sous-refroidissement est pratiquement égale à la température du flux d’air extérieur arrivant sur cet échangeur de sous-refroidissement, et ce quelquesoit le débit de réfrigérant parcourant le circuit de fluide réfrigérant. Autrement dit, la valeur du sous-refroidissement ne dépend plus du débit de fluide réfrigérant. Il est dans ce cas difficile de contrôler correctement le système.
[4] La présente invention vise à remédier au problème ci-dessus grâce à une architecture permettant un contrôle du système de conditionnement thermique même lorsque le fluide réfrigérant sort de l’échangeur de sous-refroidissement à la même température, ou du moins à une température très proche de celle de l’air alimentant l’échangeur de sous-refroidissement. L’invention propose également un procédé de contrôle assurant un fonctionnement optimisé du système grâce à une consigne particulière du sous-refroidissement.
[5] Ainsi, l’invention propose un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile, comportant un circuit de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comprenant une boucle principale comportant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
- Un dispositif de compression,
- Un premier échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule,
- Un deuxième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur,
- Un premier dispositif de détente
- Un troisième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur, caractérisé en ce que le circuit de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur et une entrée du deuxième échangeur de chaleur.
[6] Cette configuration permet de mesurer la température du fluide réfrigérant entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur. Le deuxième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur, de façon à assurer un sous-refroidissement du fluide réfrigérant. [7] Selon un mode de réalisation, le circuit de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la pression du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur et une entrée du deuxième échangeur de chaleur.
[8] Il est ainsi possible de mesurer également la pression du fluide réfrigérant entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur.
[9] Avantageusement, le deuxième échangeur de chaleur est disposé en amont du premier échangeur de chaleur selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur.
[10] Le deuxième échangeur de chaleur reçoit ainsi un flux d’air extérieur qui n’a pas subi d’échange thermique avec le premier échangeur de chaleur, et qui n’a donc pas été échauffé par le premier échangeur. Le deuxième échangeur permet ainsi de refroidir plus efficacement le fluide réfrigérant.
[11] Selon un mode de réalisation, le capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant et le capteur de mesure de la pression du fluide réfrigérant font partie d’un même corps de capteur.
[12] Selon un mode de réalisation, une sortie du premier échangeur de chaleur comporte une embase de réception du corps de capteur.
[13] Le capteur de mesure de la pression et de la température du fluide réfrigérant peut ainsi être intégré au premier échangeur de chaleur. L’encombrement global est diminué et le montage est facilité.
[14] En variante, une entrée du deuxième échangeur de chaleur comporte une embase de réception du corps de capteur.
[15] Le capteur de mesure de la pression et de la température du fluide réfrigérant peut ainsi être intégré au deuxième échangeur de chaleur. Comme précédemment, l’encombrement global est diminué et le montage est facilité.
[16] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant, disposé selon le sens de parcours du fluide réfrigérant entre le troisième échangeur de chaleur et le dispositif de compression. Ce dispositif d’accumulation permet d’ajuster, suivant les conditions d’utilisation, la quantité de fluide circulant dans le système. [17] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte un échangeur de chaleur interne permettant un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression circulant selon le sens de parcours de fluide réfrigérant entre le deuxième échangeur de chaleur et le premier dispositif de détente et le fluide réfrigérant à basse pression circulant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant entre le dispositif d’accumulation et le dispositif de compression.
[18] L’échangeur interne permet d’augmenter la variation d’enthalpie du fluide réfrigérant au cours du cycle thermodynamique, ce qui améliore la puissance de refroidissement disponible.
[19] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le deuxième échangeur de chaleur et le premier dispositif de détente à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le troisième échangeur de chaleur et le dispositif de compression, la première branche de dérivation comportant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant un deuxième dispositif de détente et un quatrième échangeur de chaleur.
[20] Dans un exemple de mise en oeuvre, le quatrième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec une batterie de stockage d’énergie électrique du véhicule.
[21] Un refroidissement de la batterie fournissant l’énergie électrique d’un véhicule à chaîne de traction électrique peut ainsi être assuré. Plus généralement une régulation de la température de la batterie peut ainsi être réalisée.
[22] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le dispositif de compression et le premier échangeur de chaleur à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le deuxième échangeur de chaleur et le premier point de raccordement.
[23] Selon un exemple de mise en oeuvre, le système de conditionnement thermique comporte un cinquième échangeur de chaleur disposé sur la deuxième branche de dérivation et configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur.
[24] Le cinquième échangeur de chaleur peut assurer le chauffage de l’habitacle. Dans cet exemple de mise en oeuvre, le cinquième échangeur de chaleur est disposé sur la deuxième branche de dérivation du circuit de fluide réfrigérant. Il est ainsi possible de faire en sorte que le cinquième échangeur de chaleur ne soit pas parcouru par le fluide réfrigérant dans certains modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique.
[25] Selon un autre exemple de mise en oeuvre, le système de conditionnement thermique comporte un cinquième échangeur de chaleur disposé sur la boucle principale entre le dispositif de compression et le troisième point de raccordement et configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur.
[26] Dans cet exemple de mise en oeuvre, le cinquième échangeur de chaleur est disposé sur la boucle principale du circuit de réfrigérant, et est donc parcouru par le fluide réfrigérant dans tous les modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique.
[27] Dans les deux cas, le cinquième échangeur de chaleur est un condenseur interne.
[28] La condensation du fluide réfrigérant à haute pression permet de dissiper des calories dans le flux d’air intérieur et ainsi d’assurer par exemple le chauffage de l’habitacle du véhicule.
[29] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une troisième branche de dérivation reliant un cinquième point de raccordement disposé sur la boucle principale et compris entre le quatrième point de raccordement et le premier point de raccordement à un sixième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le troisième point de raccordement et le premier échangeur de chaleur.
[30] Le système de conditionnement thermique comporte un troisième dispositif de détente disposé sur la troisième branche de dérivation. [31 ] La troisième branche de dérivation et le troisième dispositif de détente permettent le fonctionnement en mode pompe à chaleur, comme il sera précisé ultérieurement.
[32] Selon un exemple de mise en oeuvre, la boucle principale comporte une vanne antiretour configurée pour bloquer le fluide réfrigérant en provenance du quatrième point de raccordement.
[33] Selon un exemple de mise en oeuvre, la boucle principale comporte une première vanne d’arrêt disposée entre le troisième point de raccordement et le premier échangeur de chaleur.
[34] Selon un exemple de mise en oeuvre, le système de conditionnement thermique comporte une quatrième branche de dérivation reliant un septième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur à un huitième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le troisième échangeur de chaleur et le deuxième point de raccordement.
[35] La quatrième branche de dérivation comprend une deuxième vanne d’arrêt.
[36] De même, la deuxième branche de dérivation comprend une troisième vanne d’arrêt.
[37] Les vannes d’arrêt et vanne antiretour permettent de diriger sélectivement le fluide réfrigérant dans les différentes branches du circuit de réfrigérant, afin d’assurer différents modes de fonctionnement.
[38] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comprend sur la boucle principale un capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant disposé entre le dispositif de compression et le cinquième échangeur de chaleur.
[39] Cette information de la valeur de la température permet d’assurer que la température de refoulement du dispositif de compression est inférieure à la limite maximale admissible.
[40] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comprend sur la boucle principale un deuxième capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant disposé entre le quatrième point de raccordement et le cinquième point de raccordement.
[41] De même, le système de conditionnement thermique comprend sur la boucle principale un deuxième capteur de mesure de la pression du fluide réfrigérant disposé entre le quatrième point de raccordement et le cinquième point de raccordement.
[42] L’information de température et pression du fluide réfrigérant circulant entre le quatrième et le cinquième point de raccordement permet d’assurer le contrôle de la détente du fluide réfrigérant, lorsque le système de conditionnement thermique fonctionne en mode pompe à chaleur, également appelé mode chauffage.
[43] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comprend sur la boucle principale un troisième capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant disposé entre le deuxième point de raccordement et le dispositif d’accumulation.
[44] De plus, le système de conditionnement thermique comprend sur la boucle principale un troisième capteur de mesure de la pression du fluide réfrigérant disposé entre le deuxième point de raccordement et le dispositif d’accumulation.
[45] Cette information de la valeur de la température ainsi que la pression du fluide réfrigérant entrant dans le dispositif d’accumulation permet de connaître l’état thermodynamique du fluide réfrigérant.
[46] Selon un exemple de mise en oeuvre, le deuxième capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant et le deuxième capteur de mesure de la pression du fluide réfrigérant font partie d’un même corps de capteur.
[47] Selon un exemple de mise en oeuvre, le troisième capteur de mesure de la température du fluide réfrigérant et le troisième capteur de mesure de la pression du fluide réfrigérant font partie d’un même corps de capteur.
[48] Dans chacun des cas, l’intégration d’un capteur unique combinant deux mesures distinctes est plus facile que l’intégration de deux capteurs de mesure distincts.
[49] L’invention concerne également un procédé de contrôle d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, le procédé comportant les étapes :
- Déterminer une valeur de la pression du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur,
- Déterminer une valeur de la température du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur,
- Déterminer une valeur du sous-refroidissement du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur,
- Contrôler un débit de fluide réfrigérant dans le circuit de façon à obtenir une valeur de consigne prédéterminée du sous-refroidissement.
[50] Avantageusement, le procédé de contrôle comporte l’étape :
- Déterminer une vitesse d’avancement du véhicule, la valeur de consigne du sous-refroidissement étant comprise entre 4°C et 10°C, de préférence égale à 5°C, lorsque la vitesse d’avancement du véhicule est supérieure à 70 km/h.
[51] Avantageusement, la valeur de consigne du sous-refroidissement est comprise entre 8°C et 16°C, de préférence égale à 15°C, lorsque la vitesse d’avancement du véhicule est nulle.
[52] Ces valeurs de sous-refroidissement permettent d’assurer un coefficient de performance optimisé. La valeur consigne du sous-refroidissement est ajustée à la vitesse du flux d’air arrivant sur le premier échangeur et le deuxième échangeur. Cette vitesse d’air est estimée à partir de la vitesse d’avancement du véhicule.
[53] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation donnée à titre d’exemples non limitatifs, accompagnée des figures ci-dessous :
[54] - la figure 1 représente une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention,
[55] - la figure 2 représente une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, [56] - la figure 3 est un schéma bloc illustrant les différentes étapes du procédé selon l’invention,
[57] - la figure 4 représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 1 selon un premier mode de fonctionnement,
[58] - la figure 5 représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 1 selon un deuxième mode de fonctionnement,
[59] - la figure 6 représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 1 selon un troisième mode de fonctionnement.
[60] Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre et on peut interchanger les dénominations.
Dans la description qui suit, le terme « un premier élément en amont d’un deuxième élément » signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation d'un fluide. De manière analogue, le terme « un premier élément en aval d’un deuxième élément » signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation du fluide considéré.
[61] On a représenté sur la figure 1 un système de conditionnement thermique 100 pour véhicule automobile, comportant un circuit 1 de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant.
[62] Autrement dit, en fonctionnement normal du système de conditionnement thermique 100, un fluide réfrigérant circule au moins dans une partie du circuit 1 de fluide réfrigérant. Le système de conditionnement thermique 100 permet de réguler la température ainsi que le taux d’humidité de l’air présent dans l’habitacle du véhicule, afin d’assurer le confort des passagers. Il permet également de refroidir un ou plusieurs organes d’une chaîne de traction électrique du véhicule, comme par exemple une batterie comportant un ensemble de cellules de stockage d’énergie électrique. Le fluide réfrigérant utilisé par le circuit de fluide réfrigérant 1 est ici un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants pourraient être employés, comme par exemple le R134a.
[63] Le circuit 1 de fluide réfrigérant comprend une boucle principale A comportant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
- Un dispositif de compression 2,
- Un premier échangeur de chaleur 3 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe à un habitacle du véhicule,
- Un deuxième échangeur de chaleur 4 configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur Fe,
- Un premier dispositif de détente 5
- Un troisième échangeur de chaleur 6 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi, et est caractérisé en ce que le circuit 1 de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la température 8 du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur 3 et une entrée du deuxième échangeur de chaleur 4.
[64] Cette configuration permet de mesurer la température du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4. Le deuxième échangeur de chaleur 4 est configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur Fe, de façon à assurer un sous- refroidissement du fluide réfrigérant.
[65] Sur l’exemple ici décrit, le circuit 1 de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la pression 9 du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur 3 et une entrée du deuxième échangeur de chaleur 4.
[66] Il est ainsi possible de mesurer également la pression du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4. Autrement dit, l’état thermodynamique du fluide réfrigérant ayant déjà traversé le premier échangeur de chaleur 3 et n’ayant pas encore traversé le deuxième échangeur de chaleur 4 peut être déterminé. [67] Sur l’exemple décrit notamment sur la figure 1 , le deuxième échangeur de chaleur 4 est disposé en amont du premier échangeur de chaleur 3 selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur Fe.
[68] Le deuxième échangeur de chaleur 4 reçoit ainsi un flux d’air extérieur Fe qui n’a pas subi d’échange thermique avec le premier échangeur de chaleur 3, et qui n’a donc pas été échauffé par le premier échangeur 3. Le deuxième échangeur 4 permet ainsi de refroidir plus efficacement le fluide réfrigérant. Le premier échangeur de chaleur 3 possède une entrée de fluide réfrigérant et une sortie de fluide réfrigérant. De même, le deuxième échangeur de chaleur 4 possède une entrée de fluide réfrigérant et une sortie de fluide réfrigérant.
[69] Le flux d’air extérieur Fe est un flux d’air qui n’est pas destiné à être envoyé vers l’intérieur de l’habitacle du véhicule. Le premier échangeur 3 et le deuxième échangeur 4 peuvent par exemple être placés à l’avant du véhicule, et reçoivent directement le flux d’air crée par l’avancement du véhicule.
[70] Sur le mode de réalisation ici décrit, le capteur de mesure de la température 8 du fluide réfrigérant et le capteur de mesure de la pression 9 du fluide réfrigérant font partie d’un même corps de capteur 10 La fonction mesure de température et la fonction mesure de pression sont alors assurées par un capteur combinant les deux fonctions. Une seule interface de montage sur le circuit de réfrigérant est nécessaire. Le câblage électrique est également simplifié.
[71] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte un dispositif d’accumulation 21 de fluide réfrigérant, disposé selon le sens de parcours du fluide réfrigérant entre le troisième échangeur de chaleur 6 et le dispositif de compression 2. Ce dispositif d’accumulation permet d’ajuster, suivant les conditions d’utilisation, la quantité de fluide circulant dans le système.
[72] Le système de conditionnement thermique comporte ici un échangeur de chaleur interne 24 permettant un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression circulant selon le sens de parcours de fluide réfrigérant entre le deuxième échangeur de chaleur 4 et le premier dispositif de détente 5 et le fluide réfrigérant à basse pression circulant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant entre le dispositif d’accumulation 21 et le dispositif de compression 2. Cet échangeur de chaleur interne est optionnel et pourrait ne pas être utilisé. [73] L’échangeur interne permet d’augmenter la variation d’enthalpie du fluide réfrigérant au cours du cycle thermodynamique, ce qui améliore la puissance de refroidissement disponible.
[74] Le système de conditionnement thermique 100 comporte une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement 11 disposé sur la boucle principale A et compris entre le deuxième échangeur de chaleur 4 et le premier dispositif de détente 5 à un deuxième point de raccordement 12 disposé sur la boucle principale A entre le troisième échangeur de chaleur 6 et le dispositif de compression 2, la première branche de dérivation B comportant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant un deuxième dispositif de détente 22 et un quatrième échangeur de chaleur 7.
[75] Le quatrième échangeur de chaleur 7 est ici configuré pour échanger de la chaleur avec une batterie 23 de stockage d’énergie électrique du véhicule.
[76] Le quatrième échangeur de chaleur 7 permet ainsi de réguler la température de la batterie. Le couplage thermique entre le quatrième échangeur de chaleur 7 et la batterie 23 peut être assuré de manière directe, le fluide réfrigérant échangeant directement de la chaleur avec la batterie, ou encore de manière indirecte, par l’intermédiaire d’un circuit de fluide caloporteur, non représenté. Dans ce cas, le fluide réfrigérant refroidit un fluide caloporteur, qui à son tour échange de la chaleur avec la batterie 23 et permet de la refroidir.
[77] Un refroidissement de la batterie fournissant l’énergie électrique d’un véhicule à chaîne de traction électrique peut ainsi être assuré. Plus généralement une régulation de la température de la batterie peut ainsi être réalisée.
[78] Le système de conditionnement thermique 100 comporte aussi une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement 13 disposé sur la boucle principale A et compris entre le dispositif de compression 2 et le premier échangeur de chaleur 3 à un quatrième point de raccordement 14 disposé sur la boucle principale A et compris entre le deuxième échangeur de chaleur 4 et le premier point de raccordement 11.
[79] Sur l’exemple de la figure 1 , le système de conditionnement thermique comporte un cinquième échangeur de chaleur 25 disposé sur la boucle principale A entre le dispositif de compression 2 et le troisième point de raccordement 13 et configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi.
[80] On entend par flux d’air intérieur Fi un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air intérieur, ou interne, peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation, souvent désignée par le terme Anglais « FIVAC » signifiant « Fleating, Ventilating and Air Conditioning ». Pour des raisons de facilité de représentation, le cinquième échangeur de chaleur 25 n’est pas à coté du troisième échangeur de chaleur 6 sur les figures. En réalité, l’échangeur 6 est situé en amont de l’échangeur 25, les deux échangeurs étant disposés dans un même boîtier de installation de chauffage, ventilation et climatisation.
[81] Dans cet exemple de mise en oeuvre, le cinquième échangeur de chaleur est disposé sur la boucle principale du circuit de réfrigérant, et est donc parcouru par le fluide réfrigérant dans tous les modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique.
[82] Le cinquième échangeur de chaleur 5 est un condenseur interne. Le cinquième échangeur de chaleur 5 peut ainsi assurer le chauffage de l’habitacle, en dissipant les calories provenant de la condensation du fluide réfrigérant dans le flux d’air intérieur Fi qui est destiné à l’habitacle du véhicule.
[83] Sur l’exemple de la figure 2, le système de conditionnement thermique 100 comporte un cinquième échangeur de chaleur 25 disposé sur la deuxième branche de dérivation C et configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi.
[84] Dans cet exemple de mise en oeuvre, le cinquième échangeur de chaleur est disposé sur la deuxième branche de dérivation du circuit de fluide réfrigérant. Il est ainsi possible de faire en sorte que le cinquième échangeur de chaleur ne soit pas parcouru par le fluide réfrigérant dans certains modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique.
[85] Le système de conditionnement thermique 100 comporte aussi une troisième branche de dérivation D reliant un cinquième point de raccordement 15 disposé sur la boucle principale A et compris entre le quatrième point de raccordement 14 et le premier point de raccordement 11 à un sixième point de raccordement 16 disposé sur la boucle principale A entre le troisième point de raccordement 13 et le premier échangeur de chaleur 3.
[86] Sur l’exemple représenté, les points de raccordement 11 , 14 15 sont distincts. Cependant, le cinquième point de raccordement 15 peut être confondu avec le quatrième point de raccordement 14. De même, le cinquième point de raccordement 15 peut être confondu avec le premier point de raccordement 11. Les trois points de raccordement 11, 14, 15 peuvent aussi être confondus.
[87] Le système de conditionnement thermique 100 comporte un troisième dispositif de détente 26 disposé sur la troisième branche de dérivation D.
[88] La troisième branche de dérivation et le troisième dispositif de détente permettent le fonctionnement en mode pompe à chaleur, comme il sera précisé ultérieurement.
[89] Chacun des premier, deuxième et troisième dispositif de détente peut être un détendeur électronique, un détendeur thermostatique, ou un orifice calibré. Dans le cas d’un détendeur électronique, la section de passage permettant de faire passer le fluide réfrigérant peut être ajustée de manière continue entre une position de fermeture et une position d’ouverture maximale. Pour cela, l’unité de contrôle du système pilote un moteur électrique qui déplace l’obturateur mobile qui gère la section de passage du dispositif de détente.
[90] Sur l’exemple représenté, la boucle principale A comporte une vanne antiretour 36 configurée pour bloquer le fluide réfrigérant en provenance du quatrième point de raccordement 14. La vanne antiretour 36 peut par exemple un clapet anti-retour, de type passif c'est-à-dire n’étant pas commandé électriquement. La vanne antiretour 36 peut aussi être une vanne d’arrêt commandée électriquement par l’unité de contrôle du système.
[91] La boucle principale A comporte une première vanne d’arrêt 27 disposée entre le troisième point de raccordement 13 et le premier échangeur de chaleur 3. La vanne d’arrêt permet d’empêcher le passage du fluide réfrigérant dans la portion de circuit comprise entre le premier point de raccordement 13 et le premier échangeur 3. [92] Le système de conditionnement thermique comporte également une quatrième branche de dérivation E reliant un septième point de raccordement 17 disposé sur la boucle principale A entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4 à un huitième point de raccordement 18 disposé sur la boucle principale A entre le troisième échangeur de chaleur 6 et le deuxième point de raccordement 12.
[93] La quatrième branche de dérivation E comprend une deuxième vanne d’arrêt 28. Cette vanne d’arrêt permet aussi d’empêcher le passage de fluide réfrigérant dans la quatrième branche de dérivation E.
[94] La deuxième branche de dérivation C comprend une troisième vanne d’arrêt 33. Comme précédemment, cette vanne d’arrêt permet d’empêcher d’empêcher le passage de fluide réfrigérant dans la deuxième branche de dérivation C.
[95] Chaque point de raccordement 11 à 18 permet au fluide réfrigérant de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit se rejoignant à ce point de raccordement. La répartition du fluide réfrigérant entre les deux portions de circuit se rejoignant au point de raccordement se fait suivant l’ouverture ou la fermeture des vannes comprises sur chacune des deux branches.
[96] Les vannes d’arrêt et la vanne antiretour permettent ainsi de diriger sélectivement le fluide réfrigérant dans les différentes branches du circuit de réfrigérant, afin d’assurer différents modes de fonctionnement, comme il sera décrit ultérieurement.
[97] Une unité électronique de contrôle, non représentée sur les figures, reçoit les informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit. L’unité électronique reçoit également les consignes demandées par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique met en oeuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 1.
[98] Le système de conditionnement thermique comprend sur la boucle principale A un capteur de mesure de la température 34 du fluide réfrigérant disposé entre le dispositif de compression 2 et le cinquième échangeur de chaleur 25. [99] Cette information de la valeur de la température permet d’assurer que la température de refoulement du dispositif de compression est inférieure à la limite maximale admissible.
[100] Le système de conditionnement thermique 100 comprend sur la boucle principale A un deuxième capteur de mesure de la température 29a du fluide réfrigérant disposé entre le quatrième point de raccordement 14 et le cinquième point de raccordement 15.
[101] Dans le cas où le quatrième point de raccordement 14 et le cinquième point de raccordement 15 sont confondus, le deuxième capteur de mesure de la température 29a du fluide réfrigérant est disposé en amont du quatrième point de raccordement 14, entre la sortie du deuxième échangeur 4 et le quatrième point de raccordement 14.
[102] Le système de conditionnement thermique comprend également sur la boucle principale A un deuxième capteur de mesure de la pression 29b du fluide réfrigérant disposé entre le quatrième point de raccordement 14 et le cinquième point de raccordement 15.
[103] L’information de température et pression du fluide réfrigérant circulant entre le quatrième et le cinquième point de raccordement permet d’assurer le contrôle de la détente du fluide réfrigérant.
[104] Le système de conditionnement thermique 100 comprend sur la boucle principale A un troisième capteur de mesure de la température 30a du fluide réfrigérant disposé entre le deuxième point de raccordement 12 et le dispositif d’accumulation 21.
[105] Le système de conditionnement thermique 100 comprend aussi sur la boucle principale A un troisième capteur de mesure de la pression 30b du fluide réfrigérant disposé entre le deuxième point de raccordement 12 et le dispositif d’accumulation 21.
[106] Cette information de la valeur de la température ainsi que la pression du fluide réfrigérant entrant dans le dispositif d’accumulation permet de connaître l’état thermodynamique du fluide réfrigérant. [107] Le deuxième capteur de mesure de la température 29a du fluide réfrigérant et le deuxième capteur de mesure de la pression 29b du fluide réfrigérant font partie d’un même corps de capteur 31.
[108] Le troisième capteur de mesure de la température 30a du fluide réfrigérant et le troisième capteur de mesure de la pression 30b du fluide réfrigérant ici font partie d’un même corps de capteur 32. Autrement dit, les capteurs utilisés sont des capteurs combinés mesurant conjointement la pression et la température du fluide réfrigérant.
[109] Dans chacun des cas, l’intégration d’un capteur unique combinant deux mesures distinctes est plus facile que l’intégration de deux capteurs de mesure distincts. Il est toutefois tout à fait possible d’utiliser des capteurs séparés, c'est- à-dire un capteur de pression et un capteur de température indépendant.
[110] On décrira maintenant le procédé de contrôle proposé pour le système de conditionnement thermique 100 décrit précédemment. Le procédé comporte les étapes :
- Déterminer une valeur de la pression du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4, (étape
50)
- Déterminer une valeur de la température du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4, (étape
51)
- Déterminer une valeur du sous-refroidissement du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4, (étape 52)
- Contrôler un débit de fluide réfrigérant dans le circuit de façon à obtenir une valeur de consigne prédéterminée du sous-refroidissement (étape 54)
[111] L’unité de contrôle détermine la valeur du sous-refroidissement à appliquer en fonction des conditions d’utilisation, c'est-à-dire en fonction notamment de la température ambiante, de la puissance thermique fournie où absorbée par les différents échangeurs de chaleur du système. La pression du réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4 peut être mesurée par un capteur de mesure, tel le capteur 9. De même, la température du réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur 3 et le deuxième échangeur de chaleur 4 peut être mesurée par un capteur de mesure, comme le capteur 8. Il est aussi possible de mesurer chacune de ces grandeurs à un autre endroit du circuit, et de recalculer l’information en modélisant l’évolution de la grandeur entre le point de mesure et le point où on souhaite disposer de l’information.
[112] Le procédé de contrôle comporte également l’étape :
- Déterminer une vitesse d’avancement V du véhicule (étape 53)
[113] La valeur de consigne du sous-refroidissement est comprise entre 4°C et 10°C, de préférence égale à 5°C, lorsque la vitesse d’avancement V du véhicule est supérieure à 70 km/h.
[114] Comme l’ont montré les plans de test réalisés par le demandeur, cette valeur du sous-refroidissement permet d’optimiser les performances thermodynamiques du système lors des phases de roulage du véhicule. En effet, ces conditions de roulage correspondent à un flux d’air élevé arrivant sur le premier et le deuxième échangeur de chaleur.
[115] La valeur de consigne du sous-refroidissement est comprise entre 8°C et 16°C, de préférence égale à 15°C, lorsque la vitesse d’avancement V du véhicule est nulle.
[116] Ces conditions correspondent à un flux d’air limité sur le premier et le deuxième échangeur de chaleur, et inférieur à celui correspondant aux phases de roulage du véhicule. Ce cas d’utilisation correspond par exemple aux phases de charge rapide de la batterie du véhicule. Durant ces phases, la puissance thermique à dissiper par le système peut être de l’ordre de 10 kilowatt. Même si un groupe moto-ventilateur génère un flux d’air sur le premier échangeur et le deuxième échangeur, la valeur du sous-refroidissement optimal est plus élevée que la valeur optimale en roulage.
[117] Optionnellement, le procédé de contrôle peut aussi prendre en compte le débit d’air du groupe moto-ventilateur contribuant à générer un flux d’air sur le premier et le deuxième échangeur de chaleur. [118] Les figures 4 à 6 illustrent trois modes de fonctionnement distincts du système de conditionnement thermique 100. D’autres modes de fonctionnement sont également possibles, en jouant sur le débit de fluide réfrigérant traversant la boucle principale A ainsi que chacune des branches de dérivation B, C, D, E.
[119] Sur les figures 4 à 6, les portions de circuit dans lesquelles le fluide réfrigérant circule sont représentées en trait plein. Les portions de circuit dans lesquelles le fluide réfrigérant ne circule pas sont représentées en pointillés.
[120] Premier mode de fonctionnement :
La figure 4 illustre le fonctionnement du système de conditionnement thermique 100 du premier mode réalisation, selon un premier mode de fonctionnement, dit mode « climatisation ».
[121] Dans ce premier mode de fonctionnement du système de conditionnement thermique 100, le fluide réfrigérant circule dans la boucle principale A du circuit de fluide réfrigérant 1 et parcours dans l’ordre :
- le dispositif de compression 2, à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à haute pression,
- le cinquième échangeur de chaleur 25,
- le troisième échangeur de chaleur 3 au niveau duquel il perd de la chaleur et cède cette chaleur au flux d’air extérieur Fe,
- le quatrième échangeur de chaleur 4 au niveau duquel il perd à nouveau de la chaleur et cède cette chaleur au flux d’air extérieur Fe,
- le dispositif de détente 5, au niveau duquel le fluide réfrigérant subit une détente et passe à une basse pression, inférieure à la haute pression,
- le troisième échangeur de chaleur 6 au niveau duquel le fluide réfrigérant absorbe de la chaleur, cette chaleur étant prélevée au flux d’air intérieur Fi qui est ainsi refroidi,
- le dispositif d’accumulation 21 , et rejoint l’étage d’aspiration du dispositif de compression 2.
[122] Dans ce premier mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant ne circule pas dans la première branche de dérivation B, ni dans la deuxième branche de dérivation C, ni dans la troisième branche de dérivation D, ni dans la quatrième branche de dérivation E. Pour cela, le deuxième dispositif de détente 22 est en position fermée, ce qui interdit le passage de fluide réfrigérant dans la première branche de dérivation B. La vanne d’arrêt 33 est fermée, ce qui empêche la circulation du fluide réfrigérant dans la deuxième branche de dérivation C. La vanne d’arrêt 28 empêche la circulation du fluide réfrigérant dans la quatrième branche de dérivation E.
[123] Au niveau du troisième point de raccordement 13, le fluide réfrigérant est dirigé vers le premier échangeur de chaleur 3, qui fonctionne en condenseur dans ce mode de fonctionnement. Le fluide réfrigérant à haute pression et haute température cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe. Après avoir traversé le premier échangeur de chaleur 3, et au niveau du septième point de raccordement 17, le fluide réfrigérant est dirigé vers le deuxième échangeur de chaleur 4. La pression et la température du fluide réfrigérant ayant subi un échange thermique dans le premier échangeur 3 et n’ayant pas encore subi d’échange thermique dans le deuxième échangeur 4 est mesuré par le capteur de température 8 et le capteur de pression 9.
[124] A partir de la courbe de saturation caractéristique du fluide réfrigérant employé et de la pression mesurée, la température de condensation du fluide réfrigérant est calculée. A partir de la température de condensation et de la température mesurée du fluide réfrigérant, la valeur du sous-refroidissement est calculée. Cette valeur correspond au sous-refroidissement en sortie du premier échangeur 3, avant de subir un autre refroidissement dans le deuxième échangeur de chaleur 4.
[125] Le fluide réfrigérant est refroidi dans le deuxième échangeur de chaleur 4, qui termine le sous-refroidissement. En raison de l’efficacité thermique de l’échangeur 4, le fluide réfrigérant sort du deuxième échangeur de chaleur 4 à une valeur très proche de la température du flux d’air extérieur Fe. Par très proche, on entend que l’écart entre la température du fluide réfrigérant et la température du flux d’air extérieur Fe est inférieure à 4°C.
[126] Le fluide réfrigérant à haute pression sortant du deuxième échangeur de chaleur 4 traverse la vanne antiretour 36, qui est dans le sens passant, la branche haute pression 24a de l’échangeur interne 24, parvient au quatrième point de raccordement 14, puis au cinquième point de raccordement 15 où le fluide réfrigérant est orienté vers le premier point de raccordement 11 puis vers le premier dispositif de détente 5. En effet, le deuxième dispositif de détente 22 et le troisième dispositif de détente 26 sont en position de fermeture, ce qui interrompt la circulation respectivement dans la première branche de dérivation B et la troisième branche de dérivation D.
[127] Le fluide réfrigérant est détendu au niveau du premier dispositif de détente 5, et rejoint le troisième échangeur de chaleur 6 où il s’évapore en prélevant de la chaleur du flux d’air intérieur Fi. Le flux d’air intérieur Fi est ainsi refroidi, ce qui permet d’assurer le refroidissement de l’habitacle. [128] La section de passage du premier dispositif de détente 5 est ajustée par l’unité électronique de contrôle de façon à assurer la valeur de sous- refroidissement de consigne au fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur 3 et le deuxième échangeur 4. Le contrôle du système est rendu possible par le fait que l’état du fluide réfrigérant est déterminé après son passage dans le premier échangeur 3 et avant son passage dans le deuxième échangeur 4 qui termine le sous-refroidissement. Dans les systèmes selon l’état de l’art, où l’état du fluide réfrigérant est déterminé après le passage dans le deuxième échangeur 4, le contrôle est rendu instable car le fluide réfrigérant sort de l’échangeur 4 quasiment à la température du flux d’air extérieur Fe, et ce quelquesoit le débit de fluide réfrigérant circulant dans la boucle principale. Les variations de la section de passage du premier dispositif de détente 5 n’ont donc que très peu d’effet sur l’état thermodynamique du fluide réfrigérant en sortie de l’échangeur 5 de sous-refroidissement, ce qui rend le système difficilement contrôlable. Un système selon l’invention peut lui être facilement contrôlé, car les variations de la section de passage du premier dispositif de détente 5 ont une influence directe sur l’état thermodynamique du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur 3.
[129] Au niveau du huitième point de raccordement 18, le fluide réfrigérant à basse pression est dirigé vers le deuxième point de raccordement 12 puis atteint l’entrée du dispositif d’accumulation 21. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la branche basse pression 24b de l’échangeur interne 24 et rejoint ensuite l’entrée du dispositif de compression 2 où il est comprimé à nouveau et boucle le cycle thermodynamique. [130] Un volet 35 permet d’éviter qu’un flux d’air traverse le cinquième échangeur de chaleur, c'est-à-dire le condenseur interne 25. Dans ce mode de fonctionnement, il n’y a pas d’échange thermique au niveau du condenseur interne 25, ou du moins cet échange thermique est limité à celui rendu possible par les fuites d’air résiduelles autour du volet 35. De la chaleur est absorbée au niveau du troisième échangeur de chaleur 6, et de la chaleur est rejetée au niveau du premier échangeur de chaleur 3 et du deuxième échangeur de chaleur 4. Ce premier mode de fonctionnement permet donc de refroidir le flux d’air intérieur Fi.
[131] Le capteur de température 34 permet de mesurer la température de refoulement du dispositif de compression 2. L’état thermodynamique du fluide réfrigérant sous-refroidi, à haute pression, est déterminé à partir des informations fournies par le deuxième capteur de mesure de la température 29a et le deuxième capteur de mesure de la pression 29b situés en amont du premier dispositif de détente 5.
[132] L’état thermodynamique du fluide réfrigérant à basse pression entrant dans le dispositif d’accumulation 21 est déterminé à partir des informations fournies par le troisième capteur de mesure de la température 30a et le troisième capteur de mesure de la pression 30b, placés en amont du dispositif d’accumulation 21.
[133] Dans le mode de réalisation de la figure 2, le cinquième échangeur de chaleur 5 est disposé sur le deuxième branche de dérivation C. Cet échangeur n’est donc pas parcouru par le fluide réfrigérant dans le mode « climatisation ». Il n’y a aucun échauffement parasite du flux d’air intérieur Fi, même en cas de fuite d’air autour du volet 35, ce qui améliore l’efficacité du refroidissement.
[134] Deuxième mode de fonctionnement :
La figure 6 illustre le fonctionnement du système de conditionnement thermique 100 du premier mode de réalisation, selon un deuxième mode de fonctionnement, dit mode « climatisation et refroidissement batterie ».
[135] Dans ce deuxième mode de fonctionnement du système de conditionnement thermique 100, le fluide réfrigérant circule dans la boucle principale de la même manière que dans le premier mode de fonctionnement, à la différence qu’une partie du fluide réfrigérant circule également dans la première branche de dérivation B.
[136] Ainsi, au premier point de raccordement 11 , une partie du débit total de fluide réfrigérant est dirigée vers le premier dispositif de détente 5 situé sur la boucle principale A, et la partie complémentaire est dirigée vers le deuxième dispositif de détente 22.
[137] Le fluide réfrigérant est détendu en traversant le deuxième dispositif de détente 22 et s’évapore en traversant le quatrième échangeur de chaleur 7. L’évaporation du fluide réfrigérant absorbe de la chaleur, ce qui permet de refroidir la batterie 23 qui est en couplage thermique avec l’échangeur 7. Le débit de fluide réfrigérant sortant de l’échangeur 7 rejoint la boucle principale A au niveau du deuxième point de raccordement 12, et se mélange au débit de fluide réfrigérant provenant du troisième échangeur 6.
[138] Autrement dit, le deuxième mode de fonctionnement diffère du premier mode de fonctionnement par le fait qu’une partie du fluide réfrigérant traverse le quatrième échangeur de chaleur 7. Aux pertes de charge près, la pression est identique dans l’échangeur 7 et dans l’échangeur 6 puisque les sorties des deux échangeurs de chaleur sont en communication fluidique. Le troisième échangeur 6 et le quatrième échangeur 7 ont donc la même température d’évaporation. Le réglage du débit respectif de fluide réfrigérant dans le troisième échangeur 6 et dans le quatrième échangeur 7 permet de contrôler leur puissance de refroidissement respective.
[139] Ce deuxième mode de fonctionnement permet donc de refroidir le flux d’air intérieur Fi et en même temps de refroidir la batterie 23. Le deuxième mode de fonctionnement peut correspondre à une charge rapide des batteries tout en assurant conjointement un refroidissement efficace de l’habitacle.
[140] Comme dans le premier mode de fonctionnement, les sections de passage du premier dispositif de détente 5 et du deuxième dispositif de détente 22 sont ajustées par l’unité de contrôle de façon à assurer la valeur de sous- refroidissement de consigne au fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur 3 et le deuxième échangeur 4. [141] Troisième mode de fonctionnement :
La figure 7 illustre le fonctionnement du système de conditionnement thermique 100 du premier mode de réalisation, selon un troisième mode de fonctionnement, dit mode « chauffage », encore appelé mode « pompe à chaleur ».
[142] Dans ce troisième mode de fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 , le fluide réfrigérant circule dans :
- le dispositif de compression 2, à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à haute pression,
- le cinquième échangeur de chaleur 25, au niveau duquel le fluide réfrigérant perd de la chaleur et cède cette chaleur au flux d’air intérieur Fi,
- le troisième dispositif de détente 5, au niveau duquel le fluide réfrigérant subit une détente et passe à une basse pression, inférieure à la haute pression,
- le dispositif d’accumulation 21 , et rejoint l’étage d’aspiration du dispositif de compression 2.
[143] Dans ce troisième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule dans la deuxième branche de dérivation C, dans la troisième branche de dérivation D ainsi que dans la quatrième branche de dérivation E. Le fluide réfrigérant ne circule pas dans la portion de boucle principale A comprise entre le troisième point de raccordement 13 et le sixième point de raccordement 16, ni dans la portion de boucle principale A comprise entre le septième point de raccordement 17 et le quatrième point de raccordement 14. Le fluide réfrigérant ne circule pas non plus dans la portion de boucle principale A comprise entre le premier point de raccordement 11 et le huitième point de raccordement 18, ni dans la première branche de dérivation B. Pour cela, la vanne d’arrêt 27 est fermée afin d’interdire la circulation de fluide réfrigérant. Les vannes d’arrêt 33 et 28 sont ouvertes afin de permettre la circulation de fluide réfrigérant. La vanne antiretour 36 empêche le fluide réfrigérant à haute pression de parcourir la boucle principale depuis le quatrième point de raccordement 14 vers le septième point de raccordement 17.
[144] Au niveau du troisième point de raccordement 13, le fluide réfrigérant est dirigé vers la deuxième branche de dérivation C. Le fluide réfrigérant à haute pression et haute température échange de la chaleur avec le flux d’air intérieur fi au niveau du cinquième échangeur de chaleur 25. Le fluide réfrigérant se condense dans l’échangeur 25 qui joue le rôle d’un condenseur. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le quatrième point de raccordement 14. La pression de la température du fluide réfrigérant sont mesurées par le capteur de température 29a et le capteur de pression 29b, puis le fluide réfrigérant rejoint le cinquième point de raccordement 15. Au point de raccordement 15, le débit de fluide réfrigérant est dirigé vers la troisième branche de dérivation D. Le fluide réfrigérant est détendu au niveau du troisième dispositif de détente 26 et passe à basse pression. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le premier échangeur de chaleur 2 où il absorbe de la chaleur extraite du flux d’air extérieur Fe, le premier échangeur de chaleur 2 fonctionnant alors en évaporateur. Le fluide réfrigérant atteint le septième point de raccordement 17, et parcourt ensuite la quatrième branche de dérivation E jusqu’au huitième point de raccordement 18, puis l’entrée du dispositif d’accumulation 21. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite l’entrée du dispositif de compression 2 où il est comprimé à nouveau et boucle le cycle thermodynamique.
[145] Le volet 35 est en position ouverte, permettant à un flux d’air Fi de traverser le condenseur interne 25 afin d’être chauffé. Dans ce mode de fonctionnement, la chaleur est rejetée au niveau du condenseur interne 25, et de la chaleur est absorbée au niveau du premier échangeur de chaleur 3 qui fonctionne alors en évaporateur. Il n’y a pas d’échange thermique au niveau du deuxième échangeur de chaleur 4 car il n’est pas parcouru par le fluide réfrigérant. Ce mode de fonctionnement permet donc de chauffer le flux d’air intérieur Fi afin d’assurer le confort des passagers.
[146] Dans le mode de réalisation de la figure 2, le cinquième échangeur de chaleur 25 est disposé sur la deuxième branche de dérivation C. Le fonctionnement décrit préalablement dans le cadre du mode de réalisation de la figure 1 est identique.
[147] D’autres modes de fonctionnement, non représentés, sont possibles. Par exemple, en ouvrant la section de passage du dispositif de détente 5 de façon à faire passer un débit de réfrigérant à travers le troisième échangeur de chaleur 6, il est possible de chauffer le flux d’air intérieur Fi tout en le déshumidifiant. Celui est en fait refroidi au niveau du troisième échangeur de chaleur 6 et rechauffé au niveau du cinquième échangeur 25. Il est également possible de refroidir simultanément la batterie 23, en ouvrant la section de passage du dispositif de détente 22 de façon à faire passer un débit de réfrigérant à travers le quatrième échangeur de chaleur 7. Il est ainsi possible de chauffer l’habitacle et refroidir simultanément la batterie 23.
[148] Selon des modes de réalisation non représentés, le circuit de gestion thermique selon l’invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou combinées entre elles :
[149] Selon un mode de réalisation, une sortie du premier échangeur de chaleur (3) comporte une embase de réception du corps de capteur 10. Le capteur de mesure de la pression et de la température du fluide réfrigérant peut ainsi être intégré au premier échangeur de chaleur. L’encombrement global est diminué et le montage est facilité.
[150] En variante, une entrée du deuxième échangeur de chaleur 4 comporte une embase de réception du corps de capteur 10. Le capteur de mesure de la pression et de la température du fluide réfrigérant peut ainsi être intégré au deuxième échangeur de chaleur. Comme précédemment, l’encombrement global est diminué et le montage est facilité.
[151] Bien entendu, d’autres modifications et variations se suggèrent d’elles même à l’homme du métier, après réflexion sur les différents modes de réalisation illustrés. L’invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés dans cette demande, qui sont donnés à titre d’exemples et ne sont pas destinés à limiter la portée de l’invention.

Claims

Revendications
1. [Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comportant un circuit (1) de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comprenant une boucle principale (A) comportant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
- Un dispositif de compression (2),
- Un premier échangeur de chaleur (3) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur (Fe) à un habitacle du véhicule,
- Un deuxième échangeur de chaleur (4) configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur (Fe),
- Un premier dispositif de détente (5),
- Un troisième échangeur de chaleur (6) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi), caractérisé en ce que le circuit (1) de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la température (8) du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur (3) et une entrée du deuxième échangeur de chaleur (4).
2. Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1 , dans lequel le circuit (1) de fluide réfrigérant comporte également un capteur de mesure de la pression (9) du fluide réfrigérant, disposé entre une sortie du premier échangeur de chaleur (3) et une entrée du deuxième échangeur de chaleur (4).
3. Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le deuxième échangeur de chaleur (4) est disposé en amont du premier échangeur de chaleur (3) selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur (Fe).
4. Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant un dispositif d’accumulation (21) de fluide réfrigérant, disposé selon le sens de parcours du fluide réfrigérant entre le troisième échangeur de chaleur (6) et le dispositif de compression (2), et comportant un échangeur de chaleur interne (24) permettant un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression circulant selon le sens de parcours de fluide réfrigérant entre le deuxième échangeur de chaleur (4) et le premier dispositif de détente (5) et le fluide réfrigérant à basse pression circulant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant entre le dispositif d’accumulation (21) et le dispositif de compression (2).
5. Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant une première branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement (11) disposé sur la boucle principale (A) et compris entre le deuxième échangeur de chaleur (4) et le premier dispositif de détente (5) à un deuxième point de raccordement (12) disposé sur la boucle principale (A) entre le troisième échangeur de chaleur (6) et le dispositif de compression (2), la première branche de dérivation (B) comportant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant un deuxième dispositif de détente (22) et un quatrième échangeur de chaleur (7).
6. Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication précédente, comportant une deuxième branche de dérivation (C) reliant un troisième point de raccordement (13) disposé sur la boucle principale (A) et compris entre le dispositif de compression (2) et le premier échangeur de chaleur (3) à un quatrième point de raccordement (14) disposé sur la boucle principale (A) et compris entre le deuxième échangeur de chaleur (4) et le premier point de raccordement (11).
7. Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication précédente, comportant une troisième branche de dérivation (D) reliant un cinquième point de raccordement (15) disposé sur la boucle principale (A) et compris entre le quatrième point de raccordement (14) et le premier point de raccordement (11) à un sixième point de raccordement (16) disposé sur la boucle principale (A) entre le troisième point de raccordement (13) et le premier échangeur de chaleur (3).
8. Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 5 à 7, comportant une quatrième branche de dérivation (E) reliant un septième point de raccordement (17) disposé sur la boucle principale (A) entre le premier échangeur de chaleur (3) et le deuxième échangeur de chaleur (4) à un huitième point de raccordement (18) disposé sur la boucle principale (A) entre le troisième échangeur de chaleur (6) et le deuxième point de raccordement (12).
9. Procédé de contrôle d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant les étapes :
- Déterminer une valeur de la pression du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur (3) et le deuxième échangeur de chaleur (4), (étape 50)
- Déterminer une valeur de la température du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur (3) et le deuxième échangeur de chaleur (4), (étape 51)
- Déterminer une valeur du sous-refroidissement du fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur de chaleur (3) et le deuxième échangeur de chaleur (4), (étape 52)
- Déterminer une vitesse d’avancement (V) du véhicule, (étape 53)
- Contrôler un débit de fluide réfrigérant dans le circuit de façon à obtenir une valeur de consigne prédéterminée du sous-refroidissement, (étape 54) la valeur de consigne du sous-refroidissement étant comprise entre 4°C et 10°C, de préférence égale à 5°C, lorsque la vitesse d’avancement (V) du véhicule est supérieure à 70 km/h.
10. Procédé de contrôle selon la revendication précédente, dans lequel la valeur de consigne du sous-refroidissement est comprise entre 8°C et 16°C, de préférence égale à 15°C, lorsque la vitesse d’avancement (V) du véhicule est nulle.
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