WO2022194902A1 - Système de conditionnement thermique - Google Patents

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WO2022194902A1
WO2022194902A1 PCT/EP2022/056765 EP2022056765W WO2022194902A1 WO 2022194902 A1 WO2022194902 A1 WO 2022194902A1 EP 2022056765 W EP2022056765 W EP 2022056765W WO 2022194902 A1 WO2022194902 A1 WO 2022194902A1
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WO
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conditioning system
thermal conditioning
expansion device
passage
evaporator
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PCT/EP2022/056765
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Laurent Delaforge
Thibaut PERRIN
Rody El Chammas
Muriel Porto
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Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal conditioning systems. These thermal conditioning systems can in particular be fitted to motor vehicles. In this type of application, these systems make it possible to ensure thermal regulation of various components or modules of the vehicle. Heat exchanges are mainly managed by the compression and expansion of a refrigerant fluid circulating in a circuit in which several heat exchangers are arranged.
  • the refrigerant circulates in two branches of the refrigerant circuit arranged in parallel, and each comprising an evaporator.
  • the refrigerant can undergo expansion in each of the evaporators, which makes it possible to absorb heat and ensure thermal regulation of the component or module associated with this evaporator.
  • thermostatic expansion valve It is also known to control the expansion of the refrigerant fluid in an evaporator by means of a thermostatic expansion valve. Such an expansion valve regulates the superheat of the refrigerant fluid leaving the evaporator without requiring an electrical control or an electrical signal.
  • a thermostatic expansion valve is both inexpensive to manufacture and simple to integrate into a thermal conditioning system.
  • An object of the present invention is thus to provide a thermal conditioning system that can operate in a stable manner, even when an evaporator controlled by a thermostatic expansion valve must operate by providing a low thermal power, well below the nominal power.
  • the present invention proposes a thermal conditioning system comprising a refrigerant circuit configured to circulate a refrigerant fluid, the refrigerant circuit comprising:
  • bypass branch connecting a first connection point arranged on the main loop downstream of the condenser and upstream of the first expansion device to a second connection point arranged on the main loop downstream of the first evaporator and upstream of the compression
  • the bypass branch comprising a second expansion device and a second evaporator
  • the second expansion device is a thermostatic-type expansion valve configured to vary a flow section of the refrigerant fluid between a minimum flow section and a maximum flow section
  • the bypass branch comprises a flow restriction device passage configured to limit a passage section of the refrigerant fluid to a value less than the maximum passage section of the second expansion device.
  • the passage restriction device makes it possible to limit the flow rate of refrigerant fluid sent to the second evaporator, without modifying the elements of the second expansion device which participate in the regulation of the passage section of the refrigerant fluid.
  • the passage restriction makes it possible to obtain operation with a regular fluid flow refrigerant in the second evaporator.
  • the temperature within the second evaporator undergoes fewer variations over time and can be controlled more precisely.
  • the thermal conditioning system may be an automotive thermal conditioning system.
  • the second expansion device is arranged upstream of the second evaporator.
  • the first heat transfer fluid is a flow of air outside the passenger compartment of a motor vehicle.
  • the first heat transfer fluid is a heat transfer liquid.
  • the first evaporator is configured to exchange heat with a second heat transfer fluid.
  • the second heat transfer fluid is a flow of air inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the second evaporator can be thermally coupled with an element of an electric traction chain of the vehicle.
  • the element of the electric traction chain may be an electrical energy storage battery.
  • the second evaporator is attached to the electrical energy storage battery.
  • the element of the electric traction chain can be an electronic module for controlling an electric traction motor of the vehicle.
  • the passage restriction device is configured to limit a refrigerant passage section to a value less than 30% of the maximum passage section of the second expansion device.
  • the first expansion device can be an electronic expansion valve, a thermostatic expansion valve, or a calibrated orifice.
  • the second expansion device comprises a first refrigerant fluid circulation conduit configured to supply the second evaporator and a second refrigerant fluid circulation conduit configured to receive the refrigerant fluid at the outlet of the second evaporator, and the second expansion device comprises a movable shutter configured to vary a passage section of the first duct under the action of a thermally sensitive element placed in the second duct.
  • the passage restriction device is arranged in the second conduit.
  • the passage restriction device is arranged upstream of the thermally sensitive element.
  • the passage restriction device is arranged downstream of the thermally sensitive element.
  • the passage restriction device is a diaphragm comprising a calibrated orifice.
  • the diaphragm is cylindrical.
  • the calibrated orifice is cylindrical and coaxial with an axis of the diaphragm.
  • a passage section of the calibrated orifice is between 0.5% and 10% of the maximum passage section of the second expansion device.
  • the second expansion device comprises a housing for receiving the diaphragm, the diaphragm being arranged in the receiving housing.
  • the refrigerant circuit comprises a hose connected to the second expansion device, the hose comprising a connecting flange with the second expansion device, and the flange comprises a housing for receiving the diaphragm, the diaphragm being disposed in the receiving housing.
  • the passage restriction device is arranged downstream of the second expansion device.
  • the passage restriction device is a valve comprising a fluid circulation conduit and a movable shutter disposed in the conduit, the movable shutter being configured to vary a section passage of the valve pipe.
  • the passage restriction device comprises an electric motor configured to move the movable shutter.
  • the electric motor may be a DC motor.
  • the electric motor may be a stepper motor.
  • the passage restriction device and the second trigger device are adjacent.
  • the passage restriction device and the second trigger device are part of the same body.
  • the body can for example be a foundry body.
  • the fluid circulation conduit of the passage restriction device is coaxial with the second fluid circulation conduit of the second expansion device.
  • the passage restriction device and the second expansion device are connected by a hose.
  • the hose connecting the passage restriction device and the second expansion device has a length of less than 10 centimeters.
  • the movable shutter of the passage restriction device is a rotating ball comprising a through recess configured to form a portion of fluid circulation conduit.
  • an axis of rotation of the rotary ball and an axis of the fluid circulation conduit of the passage restriction device are perpendicular.
  • An axis of rotation of the rotary ball and an axis of the through recess are perpendicular.
  • the movable shutter of the passage restriction device is a rotary shutter configured to pivot in the fluid circulation conduit.
  • the movable shutter of the passage restriction device is a valve movable in translation.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a thermal conditioning system according to the invention
  • FIG. 48 is a partial schematic representation of a thermal conditioning system according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a partial schematic representation of a thermal conditioning system according to a variant of the first embodiment
  • Figure 4 is a partial schematic representation of a thermal conditioning system according to another variant of the first embodiment
  • FIG. 5 is a partial schematic representation of a thermal conditioning system according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 6 is a partial schematic representation of a thermal conditioning system according to a variant of the second embodiment
  • FIG. 7 is a partial schematic representation of a thermal conditioning system according to another variant of the second embodiment
  • Figure 8 is a partial schematic representation of a thermal conditioning system according to yet another variant of the second embodiment
  • FIG. 9 shows is a partial schematic representation of a thermal conditioning system according to yet another variant of the second embodiment
  • Figure 10 is a curve showing the evolution over time of the operation of a thermal conditioning system according to the state of the art
  • Figure 11 is a curve diagramming the evolution over time of the operation of a thermal conditioning system according to the invention.
  • a first element upstream of a second element means that the first element is placed before the second element with respect to the direction of circulation, or course, 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 circulation, or travel, of the fluid in question.
  • the term “a first element is upstream of a second element” means that the refrigerant successively passes through the first element, then the second element, without passing through the compression device 2. Otherwise said, the refrigerant leaves the compression device 2, possibly crosses one or more elements, then crosses the first element, then the second element, then returns to the inlet 2a of the compression device 2, possibly after having crossed other elements.
  • An electronic control unit receives information from various sensors measuring in particular the characteristics of the refrigerant 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 piloting of the various actuators, in order to ensure the control of the thermal conditioning system 100.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a compression device 2 making it possible to put the refrigerant fluid under pressure and to circulate it in the refrigerant fluid circuit 1.
  • the compression device 2 can be an electric compressor, it is i.e. a compressor whose moving parts are driven by an electric motor.
  • the compression device 2 comprises a suction side of the low-pressure refrigerant fluid, also called inlet 2a of the compression device 2, and a delivery side of the high pressure refrigerant fluid, also called outlet 2b of the compression device 2.
  • the internal moving parts of the compressor 2 cause the refrigerant fluid to pass from a low pressure on the inlet side 2a to a high pressure on the outlet side 2b. After expansion in one or more expansion devices of circuit 1, the refrigerant fluid returns to the inlet of compressor 2 and begins a new thermodynamic cycle.
  • connection point allows the refrigerant to pass through one or other of the circuit portions joining at this connection point.
  • the distribution of the refrigerant fluid between the two portions of the circuit joining at a connection point is done by playing on the opening or closing of stop valves or expansion devices included on each of the two branches.
  • each connection point is a means of redirecting the fluid arriving at this connection point.
  • the refrigerant used by the refrigerant circuit 1 is here a chemical fluid such as R1234yf.
  • Other refrigerants could be used, such as R134a for example.
  • thermal conditioning system 100 comprising a circuit 1 of refrigerant fluid configured to circulate a refrigerant fluid, the circuit 1 of refrigerant fluid comprising:
  • a condenser 3 configured to exchange heat with a first heat transfer fluid
  • bypass branch B connecting a first connection point 11 arranged on the main loop A downstream of the condenser 3 and upstream of the first expansion device 4 to a second connection point 12 arranged on the main loop A downstream of the first evaporator 5 and upstream of the compression device 2,
  • the bypass branch B comprising a second device for expansion device 6 and a second evaporator 7, in which the second expansion device 6 is a thermostatic type expansion valve configured to vary a flow section of the refrigerant fluid between a minimum flow section Smin and a maximum flow section Smax, and in which the bypass branch B comprises a passage restriction device 8 configured to limit a passage section of the refrigerant fluid to a value lower than the maximum passage section Smax of the second expansion device 6.
  • the thermal conditioning system 100 is a thermal conditioning system for a motor vehicle.
  • the second expansion device 6 is arranged upstream of the second evaporator 7. This means that the refrigerant fluid is expanded upstream of the second evaporator 7.
  • the passage restriction device 8 is separate from the second trigger device 6.
  • Condenser 3 is a heat exchanger configured to ensure condensation of the refrigerant fluid. The heat given off by the condensation of the refrigerant fluid is transferred to the first heat transfer fluid.
  • the first heat transfer fluid here is a flow of Fe air outside the passenger compartment of a motor vehicle.
  • exterior air flow Fe is meant an air flow which is not intended for the passenger compartment. In other words, this air flow remains outside the vehicle.
  • a motorized fan unit arranged in the immediate vicinity of the condenser 3, not shown, can be activated in order to increase, if necessary, the flow rate of the outside air flow Fe.
  • the first heat transfer fluid is a heat transfer liquid.
  • the heat transfer liquid can circulate in a heat transfer liquid circuit comprising a heat exchanger arranged in the passenger compartment of the vehicle. The heating of the passenger compartment of the vehicle is ensured in particular by this heat exchanger.
  • the first evaporator 5 is configured to exchange heat with a second heat transfer fluid.
  • the second heat transfer fluid here is a flow of air Fi inside the passenger compartment of the vehicle.
  • Interior air flow Fi means an air flow intended for the passenger compartment of the motor vehicle.
  • This indoor air flow can circulate in a heating, ventilation and air conditioning installation, generally referred to by the English term “HVAC” meaning “Heating, Ventilating and Air Conditioning”.
  • HVAC heating, ventilation and air conditioning
  • This installation has not been shown in the figures.
  • another motor-fan unit also not shown in the figures, is arranged in the heating installation in order to increase, if necessary, the flow rate of the interior air flow Fi on the first evaporator 5.
  • the second evaporator 7 is here thermally coupled with an element 30 of an electric traction chain of the vehicle.
  • the element 30 of the electric traction chain is for example a battery 30 for storing electrical energy.
  • the heat exchange between the electrical energy storage battery 30 and the second evaporator 7 is direct, that is to say without the intervention of another heat transfer fluid.
  • the wall of the second evaporator 7 absorbs the heat from the battery.
  • the second evaporator 7 is attached to the battery 30 for storing electrical energy.
  • the element 30 of the electric traction chain can be an electronic module for controlling an electric traction motor of the vehicle.
  • the second connection point 12 is arranged upstream of the compression device 2. This means that the second connection point 12 is arranged upstream of an inlet 2a of the compression device 2.
  • the coolant passage section is defined as the surface of a cross section of the coolant circuit 1.
  • the refrigerant circuit 1 comprises several tubes and hoses connected together.
  • the flow section of the coolant 1 can vary at various points of the coolant circuit.
  • the passage section is the area of a disk whose diameter is the inside diameter of the tube.
  • the passage restriction device 8 makes it possible to limit the flow of refrigerant fluid sent to the second evaporator 7, without having to modify the elements of the second expansion device 6 which participate in the regulation of the passage section of the refrigerant fluid .
  • the passage restriction 8 makes it possible to obtain operation with a flow rate regular coolant in the second evaporator 7.
  • This case corresponds for example to a case where the battery 30 needs to receive a slight cooling.
  • This case can occur when the ambient temperature is moderate and the power dissipated is itself moderate, for example when the vehicle does not exceed 50 km/h on a level road and with a nominal total rolling weight.
  • FIG. 10 schematically illustrates the operation of a thermal conditioning system according to the state of the art.
  • the curve 40 corresponds to the evolution of the temperature at a given point of the second evaporator 7.
  • the set point temperature of the refrigerant fluid in the second evaporator is T_1.
  • T_1 The set point temperature of the refrigerant fluid in the second evaporator.
  • the second expansion device 6 which is a thermostatic expansion valve, opens and causes refrigerant fluid to circulate in the second evaporator 7.
  • the temperature decreases.
  • the temperature is lower than the setpoint T_1 and continues to drop, the flow rate of refrigerant must therefore decrease.
  • the second expansion device 6 closes and prevents the circulation of refrigerant fluid in the second evaporator 7. The temperature therefore rises.
  • FIG 11 illustrates the operation of a thermal conditioning system according to the invention, under the same conditions in terms of cooling requirement and setpoint temperature.
  • the instant tO corresponds to the instant when the thermostatic expansion valve 6 opens and causes refrigerant fluid to circulate in the second evaporator 7. Thanks to the passage restriction device 8, the flow rate of refrigerant fluid can be sufficiently low. , while being non-zero, to ensure the cooling power sought by the regulation.
  • the thermostatic expansion valve 6 then operates over an opening range in which regulation of the flow is possible without going as far as operating phases at zero flow.
  • the circulation of refrigerant fluid can be maintained continuously.
  • the temperature within the second evaporator 7 undergoes fewer variations over time and can be controlled more precisely.
  • the passage restriction device 8 is configured to limit a refrigerant passage section to a value less than 30% of the maximum passage section Smax of the second expansion device 6. For example, for a passage diameter of 18 millimeters, the corresponding passage section is about 254 square millimeters. In the case of a passage restriction device comprising a calibrated orifice 4 millimeters in diameter, the passage section is approximately 12.5 square millimeters, which represents approximately 5% of the maximum passage section.
  • the first expansion device 4 can be an electronic expansion valve, a thermostatic expansion valve, or a calibrated orifice.
  • An electronic-type expansion valve comprises an electric motor for moving a movable shutter which controls the passage section offered to the refrigerant fluid. At least one position sensor makes it possible to achieve the servo-control in position of the movable shutter.
  • the electronic control unit controls the electronic expansion valve.
  • the second expansion device 6 is a thermostatic expansion valve. As illustrated in FIGS. 2 to 9, the second expansion device 6 comprises a first conduit 9 for the circulation of refrigerant fluid configured to supply the second evaporator 7 and a second conduit 10 for the circulation of refrigerant fluid configured to receive the refrigerant fluid at the outlet. of the second evaporator 7.
  • the second expansion device 6 comprises a movable shutter 14 configured to vary a passage section of the first duct 9 under the action of a thermally sensitive element 13 placed in the second duct 10.
  • the passage restriction device 8 is arranged in the second conduit 10.
  • the passage restriction device 8 is integrated into the second trigger device 6.
  • the first coolant circulation conduit 9 and the second coolant circulation conduit 10 are here part of the same foundry body.
  • the movable shutter 14 of the second expansion device 6 is movable under the action of a return spring 15 and under the action of the thermally sensitive element 13.
  • the thermally sensitive element 13 comprises a membrane 16 subjected to the pressure of a fluid disposed in a receptacle disposed in the flow of refrigerant fluid leaving the second evaporator 7.
  • the fluid is thus substantially at the same temperature as the refrigerant fluid exiting from the evaporator.
  • the fluid contained in the receptacle exerts sufficient force on the membrane 16 to move the movable shutter 14 and increase the section through which the coolant passes.
  • the flow rate of refrigerant fluid therefore increases, which increases the heat absorbed in the evaporator and decreases the temperature of the refrigerant fluid leaving the evaporator. Regulation is thus ensured.
  • the thermally sensitive element 13 is subjected to a temperature substantially equal to the temperature of the refrigerant fluid leaving the second evaporator 7.
  • the passage restriction device 8 is arranged upstream of the thermally sensitive element 13.
  • the passage restriction device 8 is arranged downstream of an inlet 10a of the second conduit 10, and upstream of the thermally sensitive element 13. In other words, the refrigerant fluid leaving the second evaporator 7 first passes through the passage restriction device 8 before reaching the thermally sensitive element 13.
  • the passage restriction device 8 is arranged downstream of the thermally sensitive element 13.
  • the passage restriction device 8 is arranged downstream of the thermally sensitive element 13, and upstream of an outlet 10b of the second conduit 10. In other words, the refrigerant fluid leaving the second evaporator 7 first passes through the thermally sensitive element 13 before reaching the passage restriction device 8.
  • the passage restriction device 8 is a diaphragm comprising a calibrated orifice 17.
  • the general shape of the diaphragm is that of a disc .
  • the thickness of the disc is less than its radius.
  • a passage section of the calibrated orifice 17 is fixed. In other words, the passage section of the calibrated orifice 17 cannot be modified during the operation of the thermal conditioning system 100. A modification of the passage section of the passage restriction device 8 cannot be made only by dismantling and modifying the internal elements of the device, in order to mount a diaphragm having different characteristics.
  • the diaphragm is cylindrical.
  • the calibrated orifice 17 is cylindrical and coaxial with an axis D1 of the diaphragm.
  • the diaphragm is for example metallic.
  • the calibrated orifice can for example be obtained by drilling.
  • the passage restriction device 8 is simple to manufacture and to develop.
  • a passage section of the calibrated orifice 17 is between 0.5% and 10% of the maximum passage section Smax of the second expansion device 6.
  • the second expansion device 6 comprises a receiving housing 18 of the diaphragm, the diaphragm being disposed in the receiving housing 18. interface between the housing 18 and the diaphragm is sealed. In other words, the coolant can only pass through the calibrated orifice 17.
  • the housing 18 can for example be obtained by machining the cast body of the second expansion device 6.
  • the refrigerant circuit 1 comprises a hose 19 connected to the second expansion device 6, the hose 19 comprising a flange 20 for connection with the second device trigger 6, and the flange 20 comprises a housing 21 for receiving the diaphragm, the diaphragm being placed in the receiving housing 21.
  • the second trigger device 6 is necessary to install the diaphragm forming a restriction of the passing section.
  • the passage restriction device 8 is arranged downstream of the second expansion device 6.
  • the passage restriction device 8 is arranged downstream of the second conduit 10 for the circulation of refrigerant fluid receiving the refrigerant fluid which leaves the second evaporator 7.
  • the passage restriction device 8 is a valve comprising a conduit 22 for fluid circulation and a shutter mobile 23 arranged in the duct, the mobile shutter 23 being configured to vary a passage section of the duct 22 of the valve.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that the section of the passage restriction can vary over time in order to adapt to the needs of the temperature regulation.
  • the movable shutter 23 can assume a position such that the conduit 22 is fully open, so as not to limit the flow rate of refrigerant fluid.
  • the movable shutter restricts the passage of the refrigerant fluid according to the principle described above.
  • a stop function is available. In this case, it is not necessary to provide another stop valve.
  • the thermostatic expansion valve 6 then does not need to incorporate a shut-off valve.
  • the passage restriction device 8 comprises an electric motor 24 configured to move the movable shutter 23.
  • the electric motor 24 may be a DC motor.
  • Electric motor 24 may be a stepper motor.
  • the passage restriction device 8 and the second expansion device 6 are adjacent.
  • adjacent is meant that the passage restriction device 8 and the second expansion device 6 are connected to each other, possibly with an interposed seal.
  • the passage restriction device 8 and the second expansion device 6 can be fixed to each other, for example by screws passing through a fixing flange of each device.
  • the passage restriction device 8 and the second trigger device 6 are part of the same body.
  • the body can for example be a foundry body, that is to say obtained by molding a metal alloy.
  • the various fluid passage ducts and the various housings receiving the components of the second expansion device 6 and of the passage restriction device 8 are made in a single body.
  • the passage restriction device 8 and the second expansion device 6 are connected by a hose 19.
  • the hose connecting the passage restriction device 8 and the second expansion device 6 has a length of less than 10 centimeters.
  • the fluid circulation conduit 22 of the passage restriction device 8 is coaxial with the second fluid circulation conduit 10 of the second expansion device 6.
  • the conduit 22 and the conduit 10 both extend along the axis D2.
  • the movable shutter 23 of the passage restriction device 8 is a rotating ball comprising a through recess 25 configured to form a portion of fluid circulation conduit .
  • the rotating ball 23 is linked to an axis rotation shaft D3.
  • the axis of rotation D3 of the rotary ball and an axis D2 of the fluid circulation conduit 22 of the passage restriction device 8 are perpendicular.
  • the through recess 25 is for example cylindrical and extends along an axis D4.
  • the axis of rotation D3 of the rotary ball and an axis D4 of the through recess 25 are perpendicular.
  • the coolant passes through the through recess 25.
  • a portion of the periphery of the rotating ball 23 seals between the rotating ball 23 and the conduit 22 for fluid circulation.
  • the movable shutter 23 of the passage restriction device 8 is a movable valve in translation.
  • the movable shutter 23 of the passage restriction device 8 is a rotary flap configured to pivot in the conduit 22 for fluid circulation.

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Abstract

Il est proposé un système de conditionnement thermique (100) comprenant un circuit (1) de fluide réfrigérant comportant : -- une boucle principale (A) comprenant successivement : -- un dispositif de compression (2), -- un condenseur (3) configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur, -- un premier dispositif de détente (4), -- un premier évaporateur (5), - une branche de dérivation (B) comportant un deuxième dispositif de détente (6) et un deuxième évaporateur (7), dans lequel le deuxième dispositif de détente (6) est un détendeur de type thermostatique configuré pour faire varier une section de passage du fluide réfrigérant entre une section de passage minimale (Smin) et une section de passage maximale (Smax), et dans lequel la branche de dérivation (B) comprend un dispositif de restriction de passage (8) configuré pour limiter une section de passage du fluide réfrigérant à une valeur inférieure à la section de passage maximale (Smax) du deuxième dispositif de détente (6).

Description

SYSTÈME DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE
Domaine technique
[1] La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique. Ces systèmes de conditionnement thermique peuvent notamment équiper des véhicules automobiles. Dans ce type d’applications, ces systèmes permettent d’assurer une régulation thermique de différents organes ou modules du véhicule. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant circulant dans un circuit dans lequel sont disposés plusieurs échangeurs de chaleur.
Technique antérieure
[2] Il est connu d’assurer simultanément une régulation thermique de deux organes ou modules du véhicule, tel que l’habitacle ou encore une batterie de stockage d’énergie électrique, dans le cas d’un véhicule à propulsion électrique. Pour cela, le fluide réfrigérant circule dans deux branches du circuit de fluide réfrigérant disposées en parallèle, et comprenant chacune un évaporateur. Le fluide réfrigérant peut subir une détente dans chacun des évaporateurs, ce qui permet d’absorber de la chaleur et d’assurer une régulation thermique de l’organe ou du module associé à cet évaporateur.
[3] Il est également connu de contrôler la détente du fluide réfrigérant dans un évaporateur au moyen d’un détendeur thermostatique. Un tel détendeur assure une régulation de la surchauffe du fluide réfrigérant sortant de l’évaporateur sans nécessiter de commande électrique où de signal électrique. Un détendeur thermostatique est à la fois peu coûteux à fabriquer et simple à intégrer dans un système de conditionnement thermique.
[4] Lorsque deux évaporateurs disposés en parallèle fonctionnent simultanément en absorbant chacun une puissance thermique nettement différente de celle de l’autre évaporateur, la régulation du système de conditionnement thermique peut être délicate. En effet, lorsqu’un évaporateur équipé d’un détendeur thermostatique standard doit fonctionner en fournissant une puissance frigorifique nettement inférieure à sa capacité frigorifique nominale, le fonctionnement a tendance à être instable. En effet, un détendeur thermostatique standard a dans ces conditions tendance à soit ne laisser passer aucun débit de fluide réfrigérant dans l’évaporateur, soit laisser passer un débit excessif pour fournir la puissance frigorifique requise. En pratique, la régulation est réalisée par une succession de phases d’arrêt de la circulation du réfrigérant dans l’évaporateur et de phases de redémarrage de la circulation du réfrigérant. Il est alors délicat d’obtenir une température stable et homogène dans l’évaporateur. Dans le cas où cet évaporateur est utilisé pour refroidir les éléments d’une batterie de stockage d’énergie électrique, ces fluctuations de température sont pénalisantes pour la performance ainsi que la fiabilité à long terme de la batterie.
[5] Un but de la présente invention est ainsi de fournir un système de conditionnement thermique pouvant fonctionner de manière stable, même lorsqu’un évaporateur contrôlé par un détendeur thermostatique doit fonctionner en fournissant une faible puissance thermique, bien inférieure à la puissance nominale.
Résumé
[6] A cette fin, la présente invention propose un système de conditionnement thermique comprenant un circuit de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comportant :
- une boucle principale comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
-- un dispositif de compression,
-- un condenseur configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur,
-- un premier dispositif de détente,
-- un premier évaporateur,
- une branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du condenseur et en amont du premier dispositif de détente à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier évaporateur et en amont du dispositif de compression, la branche de dérivation comportant un deuxième dispositif de détente et un deuxième évaporateur, dans lequel le deuxième dispositif de détente est un détendeur de type thermostatique configuré pour faire varier une section de passage du fluide réfrigérant entre une section de passage minimale et une section de passage maximale, et dans lequel la branche de dérivation comprend un dispositif de restriction de passage configuré pour limiter une section de passage du fluide réfrigérant à une valeur inférieure à la section de passage maximale du deuxième dispositif de détente.
[7] Le dispositif de restriction de passage permet de limiter le débit de fluide réfrigérant envoyé vers le deuxième évaporateur, sans modifier les éléments du deuxième dispositif de détente qui participent à la régulation de la section de passage du fluide réfrigérant. Ainsi, lorsque le système de conditionnement thermique opère sur un point de fonctionnement dans lequel le deuxième évaporateur fournit une puissance de refroidissement faible par rapport à sa puissance maximale de refroidissement, la restriction de passage permet d’obtenir un fonctionnement avec un débit régulier de fluide réfrigérant dans le deuxième évaporateur. La température au sein du deuxième évaporateur subit moins de variations au cours du temps et peut être contrôlée de manière plus précise.
[8] Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres, ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
[9] Le système de conditionnement thermique peut être un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile.
[10] Selon un mode de réalisation, le deuxième dispositif de détente est disposé en amont du deuxième évaporateur.
[11] Selon un exemple de mise en oeuvre, le premier fluide caloporteur est un flux d’air extérieur à un habitacle d’un véhicule automobile.
[12] Selon un autre exemple de mise en oeuvre, le premier fluide caloporteur est un liquide caloporteur.
[13] Le premier évaporateur est configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième fluide caloporteur. [14] Selon un mode de réalisation, le deuxième fluide caloporteur est un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[15] Le deuxième évaporateur peut être couplé thermiquement avec un élément d’une chaîne de traction électrique du véhicule.
[16] L’élément de la chaîne de traction électrique peut être une batterie de stockage d’énergie électrique.
[17] Selon un mode de réalisation, le deuxième évaporateur est accolé à la batterie de stockage d’énergie électrique.
[18] L’élément de la chaîne de traction électrique peut être un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule.
[19] Le dispositif de restriction de passage est configuré pour limiter une section de passage du fluide réfrigérant à une valeur inférieure à 30% de la section de passage maximale du deuxième dispositif de détente.
[20] Le premier dispositif de détente peut être un détendeur électronique, un détendeur thermostatique, ou un orifice calibré.
[21] Selon un aspect de l’invention, le deuxième dispositif de détente comporte un premier conduit de circulation de fluide réfrigérant configuré pour alimenter le deuxième évaporateur et un deuxième conduit de circulation de fluide réfrigérant configuré pour recevoir le fluide réfrigérant en sortie du deuxième évaporateur, et le deuxième dispositif de détente comporte un obturateur mobile configuré pour faire varier une section de passage du premier conduit sous l’action d’un élément thermiquement sensible disposé dans le deuxième conduit.
[22] Selon un mode de réalisation, le dispositif de restriction de passage est disposé dans le deuxième conduit.
[23] La section de passage minimale du deuxième dispositif de détente est nulle.
[24] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le dispositif de restriction de passage est disposé en amont de l’élément thermiquement sensible. [25] Selon un autre mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le dispositif de restriction de passage est disposé en aval de l’élément thermiquement sensible.
[26] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le dispositif de restriction de passage est un diaphragme comportant un orifice calibré.
[27] Selon un exemple de mise en oeuvre, le diaphragme est cylindrique. L’orifice calibré est cylindrique et coaxial avec un axe du diaphragme.
[28] Selon un autre aspect de l’invention, une section de passage de l’orifice calibré est comprise entre 0,5% et 10% de la section de passage maximale du deuxième dispositif de détente.
[29] Selon un exemple de mise en oeuvre, le deuxième dispositif de détente comporte un logement de réception du diaphragme, le diaphragme étant disposé dans le logement de réception.
[30] Selon un autre exemple de mise en oeuvre, le circuit de fluide réfrigérant comporte une durite reliée au deuxième dispositif de détente, la durite comportant une bride de liaison avec le deuxième dispositif de détente, et la bride comporte un logement de réception du diaphragme, le diaphragme étant disposé dans le logement de réception.
[31] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le dispositif de restriction de passage est disposé en aval du deuxième dispositif de détente.
[32] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le dispositif de restriction de passage est une vanne comportant un conduit de circulation de fluide et un obturateur mobile disposé dans le conduit, l’obturateur mobile étant configuré pour faire varier une section de passage du conduit de la vanne.
[33] Selon un exemple de réalisation, le dispositif de restriction de passage comporte un moteur électrique configuré pour déplacer l’obturateur mobile.
[34] Le moteur électrique peut être un moteur à courant continu. [35] Le moteur électrique peut être un moteur pas-à-pas.
[36] Selon un mode de réalisation, le dispositif de restriction de passage et le deuxième dispositif de détente sont adjacents.
[37] Selon un mode de réalisation, le dispositif de restriction de passage et le deuxième dispositif de détente font partie d’un même corps. Le corps peut par exemple être un corps de fonderie.
[38] Selon un exemple de mise en oeuvre de l’invention, le conduit de circulation de fluide du dispositif de restriction de passage est coaxial avec le deuxième conduit de circulation de fluide du deuxième dispositif de détente.
[39] Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de restriction de passage et le deuxième dispositif de détente sont reliés par une durite.
[40] Par exemple, la durite reliant le dispositif de restriction de passage et le deuxième dispositif de détente a une longueur inférieure à 10 centimètres.
[41] Selon un exemple de réalisation, l’obturateur mobile du dispositif de restriction de passage est une boule rotative comportant un évidement traversant configuré pour former une portion de conduit de circulation de fluide.
[42] Par exemple ; un axe de rotation de la boule rotative et un axe du conduit de circulation de fluide du dispositif de restriction de passage sont perpendiculaires.
[43] Un axe de rotation de la boule rotative et un axe de l’évidement traversant sont perpendiculaires.
[44] Selon un autre exemple de réalisation, l’obturateur mobile du dispositif de restriction de passage est un volet rotatif configuré pour pivoter dans le conduit de circulation de fluide.
[45] Selon encore un autre exemple de réalisation, l’obturateur mobile du dispositif de restriction de passage est une soupape mobile en translation.
Brève description des dessins
[46] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : [47] La figure 1 est une représentation schématique d’un système de conditionnement thermique selon l’invention,
[48] La figure 2 est une représentation schématique partielle d’un système de conditionnement thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention,
[49] La figure 3 est une représentation schématique partielle d’un système de conditionnement thermique selon une variante du premier mode de réalisation,
[50] La figure 4 est une représentation schématique partielle d’un système de conditionnement thermique selon une autre variante du premier mode de réalisation,
[51] La figure 5 est une représentation schématique partielle d’un système de conditionnement thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
[52] La figure 6 est une représentation schématique partielle d’un système de conditionnement thermique selon une variante du deuxième mode de réalisation,
[53] La figure 7 est une représentation schématique partielle d’un système de conditionnement thermique selon une autre variante du deuxième mode de réalisation,
[54] La figure 8 est une représentation schématique partielle d’un système de conditionnement thermique selon encore une autre variante du deuxième mode de réalisation,
[55] La figure 9 représente est une représentation schématique partielle d’un système de conditionnement thermique selon encore une autre variante du deuxième mode de réalisation,
[56] La figure 10 est une courbe schématisant l’évolution temporelle du fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon l’état de l’art,
[57] La figure 11 est une courbe schématisant l’évolution temporelle du fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon l’invention.
[58] 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.
[59] Dans la description qui suit, le terme " un premier élément en amont d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, d'un fluide. De manière analogue, le terme " un premier élément en aval d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, du fluide considéré. Dans le cas du circuit de fluide réfrigérant, le terme « un premier élément est en amont d’un deuxième élément » signifie que le fluide réfrigérant parcourt successivement le premier élément, puis le deuxième élément, sans passer par le dispositif de compression 2. Autrement dit, le fluide réfrigérant sort du dispositif de compression 2, traverse éventuellement ou plusieurs éléments, puis traverse le premier élément, puis le deuxième élément, puis regagne l’entrée 2a du dispositif de compression 2, éventuellement après avoir traversé d’autres éléments.
[60] Quand il est précisé qu'un sous-système comporte un élément donné, cela n'exclut pas la présence d'autres éléments dans ce sous-système.
[61] 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 100.
[62] Le système de conditionnement thermique 100 comprend un dispositif de compression 2 permettant de mettre en pression le fluide réfrigérant et de le faire circuler dans le circuit de fluide réfrigérant 1. Le dispositif de compression 2 peut être un compresseur électrique, c'est-à-dire un compresseur dont les pièces mobiles sont entraînées par un moteur électrique. Le dispositif de compression 2 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée 2a du dispositif de compression 2, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie 2b du dispositif de compression 2. Les pièces mobiles internes du compresseur 2 font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée 2a à une haute pression côté sortie 2b. Après détente dans un ou plusieurs organes de détente du circuit 1 , le fluide réfrigérant revient à l’entrée du compresseur 2 et recommence un nouveau cycle thermodynamique.
[63] Chaque point de raccordement 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 en un point de raccordement se fait en jouant sur l’ouverture ou la fermeture de vannes d’arrêt ou dispositifs de détente compris sur chacune des deux branches. Autrement dit, chaque point de raccordement est un moyen de redirection du fluide arrivant à ce point de raccordement.
[64] 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.
[65] On a représenté sur la figure 1 un système de conditionnement thermique 100 comprenant un circuit 1 de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit 1 de fluide réfrigérant comportant :
- une boucle principale A comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
-- un dispositif de compression 2,
-- un condenseur 3 configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur,
-- un premier dispositif de détente 4,
-- un premier évaporateur 5,
- une branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement 11 disposé sur la boucle principale A en aval du condenseur 3 et en amont du premier dispositif de détente 4 à un deuxième point de raccordement 12 disposé sur la boucle principale A en aval du premier évaporateur 5 et en amont du dispositif de compression 2, la branche de dérivation B comportant un deuxième dispositif de détente 6 et un deuxième évaporateur 7, dans lequel le deuxième dispositif de détente 6 est un détendeur de type thermostatique configuré pour faire varier une section de passage du fluide réfrigérant entre une section de passage minimale Smin et une section de passage maximale Smax, et dans lequel la branche de dérivation B comprend un dispositif de restriction de passage 8 configuré pour limiter une section de passage du fluide réfrigérant à une valeur inférieure à la section de passage maximale Smax du deuxième dispositif de détente 6.
[66] Sur l’exemple décrit, le système de conditionnement thermique 100 est un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile.
[67] Le deuxième dispositif de détente 6 est disposé en amont du deuxième évaporateur 7. On entend par là que le fluide réfrigérant est détendu en amont du deuxième évaporateur 7.
[68] Le dispositif de restriction de passage 8 est distinct du deuxième dispositif de détente 6.
[69] Le condenseur 3 est un échangeur de chaleur configuré pour assurer une condensation du fluide réfrigérant. La chaleur dégagée par la condensation du fluide réfrigérant est transférée au premier fluide caloporteur.
[70] Le premier fluide caloporteur est ici un flux d’air Fe extérieur à un habitacle d’un véhicule automobile. On entend par flux d’air extérieur Fe un flux d’air qui n’est pas à destination de l’habitacle. Autrement dit, ce flux d’air reste à l’extérieur du véhicule. Un groupe moto-ventilateur disposé à proximité immédiate du condenseur 3, non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur Fe.
[71] Selon un exemple non représenté, le premier fluide caloporteur est un liquide caloporteur. Dans ce cas, le liquide caloporteur peut circuler dans un circuit de liquide caloporteur comportant un échangeur de chaleur disposé dans l’habitacle du véhicule. Le chauffage de l’habitacle du véhicule est assuré notamment par cet échangeur de chaleur. [72] Le premier évaporateur 5 est configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième fluide caloporteur. Le deuxième fluide caloporteur est ici un flux d’air Fi intérieur à l’habitacle du véhicule.
[73] 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 peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation, généralement désignée par le terme Anglais « HVAC » signifiant « Heating, Ventilating and Air Conditioning ». Cette installation n’a pas été représentée sur les figures. Comme précédemment, un autre groupe moto-ventilateur, également non représenté sur les figures, est disposé dans l’installation de chauffage afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air intérieur Fi sur le premier évaporateur 5.
[74] Le deuxième évaporateur 7 est ici couplé thermiquement avec un élément 30 d’une chaîne de traction électrique du véhicule.
[75] L’élément 30 de la chaîne de traction électrique est par exemple une batterie 30 de stockage d’énergie électrique. L’échange thermique entre la batterie 30 de stockage d’énergie électrique et le deuxième évaporateur 7 est direct, c’est-à-dire sans intervention d’un autre fluide caloporteur. La paroi du deuxième évaporateur 7 permet d’absorber la chaleur de la batterie. Le deuxième évaporateur 7 est accolé à la batterie 30 de stockage d’énergie électrique.
[76] Selon une variante ; l’élément 30 de la chaîne de traction électrique peut être un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule.
[77] Le deuxième point de raccordement 12 est disposé en amont du dispositif de compression 2. On entend par là que le deuxième point de raccordement 12 est disposé en amont d’une entrée 2a du dispositif de compression 2.
[78] La section de passage du fluide réfrigérant est définie comme la surface d’une section transverse du circuit 1 de fluide réfrigérant. Le circuit 1 de fluide réfrigérant comporte plusieurs tubes et durites reliées ensemble. La section de passage du fluide réfrigérant 1 peut varier en divers points du circuit de fluide réfrigérant. Dans le cas d’un tube cylindrique, la section de passage est l’aire d’un disque ayant pour diamètre le diamètre intérieur du tube. [79] Le dispositif de restriction de passage 8 permet de limiter le débit de fluide réfrigérant envoyé vers le deuxième évaporateur 7, sans avoir à modifier les éléments du deuxième dispositif de détente 6 qui participent à la régulation de la section de passage du fluide réfrigérant. Ainsi, lorsque le système de conditionnement thermique 100 opère sur un point de fonctionnement dans lequel le deuxième évaporateur 7 fournit une puissance de refroidissement faible par rapport à sa puissance maximale de refroidissement, la restriction de passage 8 permet d’obtenir un fonctionnement avec un débit régulier de fluide réfrigérant dans le deuxième évaporateur 7. Ce cas de figure correspond par exemple à un cas où la batterie 30 a besoin de recevoir un léger refroidissement. Ce cas peut se produire lorsque la température ambiante est modérée et que la puissance dissipée est elle-même modérée, par exemple lorsque le véhicule ne dépasse pas 50 km/h sur route plane et avec un poids total roulant nominal. La figure 10 illustre schématiquement le fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon l’état de l’art. La courbe 40 correspond à l’évolution de la température à un point donné du deuxième évaporateur 7. La température de consigne du fluide réfrigérant dans le deuxième évaporateur est T_1. A l’instant tO, la température est supérieure à la consigne et une consigne de refroidissement est émise. Peu après l’instant tO, le deuxième dispositif de détente 6, qui est un détendeur thermostatique, s’ouvre et fait circuler du fluide réfrigérant dans le deuxième évaporateur 7. La température diminue. A l’instant t1 , la température est inférieure à la consigne T_1 et continue à baisser, le débit de fluide réfrigérant doit donc diminuer. En pratique, le deuxième dispositif de détente 6 se ferme et empêche la circulation de fluide réfrigérant dans le deuxième évaporateur 7. La température remonte donc. A l’instant tO’, à nouveau température est éloignée de la consigne T_1 et le deuxième dispositif de détente 6 fait à nouveau circuler du fluide réfrigérant dans le deuxième évaporateur 7. Comme précédemment, la circulation de fluide réfrigérant se poursuit jusqu’à l’instant t1 ’ où la température devient trop basse, et la circulation de fluide réfrigérant est à nouveau interrompue. Le phénomène se répète périodiquement si le besoin en refroidissement ne change pas. De la même manière, l’instant tO” correspond à une phase de redémarrage de la circulation de fluide réfrigérant et l’instant t1” correspond au début d’une phase de coupure de la circulation de fluide réfrigérant. La température dans le deuxième évaporateur 7 oscille, la régulation de température est peu précise.
[80] La figure 11 illustre le fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon l’invention, dans les mêmes conditions en termes de besoin de refroidissement et température de consigne. Comme précédemment, l’instant tO correspond à l’instant où le détendeur thermostatique 6 s’ouvre et fait circuler du fluide réfrigérant dans le deuxième évaporateur 7. Grâce au dispositif de restriction de passage 8, le débit de fluide réfrigérant peut être suffisamment faible, tout en étant non nul, pour assurer la puissance de refroidissement recherchée par la régulation. Le détendeur thermostatique 6 fonctionne alors sur une plage d’ouverture dans laquelle une régulation du débit est possible sans aller jusqu’à des phases de fonctionnement à débit nul. La circulation de fluide réfrigérant peut être maintenue en continu. La température au sein du deuxième évaporateur 7 subit moins de variations au cours du temps et peut être contrôlée de manière plus précise.
[81] Le dispositif de restriction de passage 8 est configuré pour limiter une section de passage du fluide réfrigérant à une valeur inférieure à 30% de la section de passage maximale Smax du deuxième dispositif de détente 6. Par exemple, pour un diamètre de passage de 18 millimètres, la section de passage correspondante vaut environ 254 millimètres carrés. Dans le cas d’un dispositif de restriction de passage comportant un orifice calibré de 4 millimètres de diamètre, la section de passage vaut environ 12,5 millimètres carrés, ce qui représente environ 5% de la section de passage maximale.
[82] Le premier dispositif de détente 4 peut être un détendeur électronique, un détendeur thermostatique, ou un orifice calibré.
[83] Un détendeur de type électronique comporte un moteur électrique permettant de déplacer un obturateur mobile qui contrôle la section de passage offerte au fluide réfrigérant. Au moins un capteur de position permet de réaliser l’asservissement en position de l’obturateur mobile. L’unité électronique de contrôle assure le pilotage du détendeur électronique. [84] Le deuxième dispositif de détente 6 est un détendeur thermostatique. Comme illustré sur les figures 2 à 9, le deuxième dispositif de détente 6 comporte un premier conduit 9 de circulation de fluide réfrigérant configuré pour alimenter le deuxième évaporateur 7 et un deuxième conduit 10 de circulation de fluide réfrigérant configuré pour recevoir le fluide réfrigérant en sortie du deuxième évaporateur 7. Le deuxième dispositif de détente 6 comporte un obturateur mobile 14 configuré pour faire varier une section de passage du premier conduit 9 sous l’action d’un élément thermiquement sensible 13 disposé dans le deuxième conduit 10.
[85] Selon un premier mode de réalisation, illustré sur la figure 2 et sur la figure 3, le dispositif de restriction de passage 8 est disposé dans le deuxième conduit 10.
[86] Autrement dit, le dispositif de restriction de passage 8 est intégré au deuxième dispositif de détente 6.
[87] Le premier conduit 9 de circulation de fluide réfrigérant et le deuxième conduit 10 de circulation de fluide réfrigérant font ici partie d’un même corps de fonderie.
[88] La section de passage minimale Smin du deuxième dispositif de détente 6 est nulle.
[89] Autrement dit, lorsque l’obturateur mobile 14 est dans la position dans laquelle la section de passage du deuxième dispositif de détente 6 est nulle, le débit de fluide réfrigérant à traversant le deuxième dispositif de détente 6 est nul aux fuites près. Il est considéré que les fuites sont négligeables par rapport au débit de fluide réfrigérant lorsque le système de conditionnement thermique est en fonctionnement.
[90] L’obturateur mobile 14 du deuxième dispositif de détente 6 est mobile sous l’action d’un ressort de rappel 15 et sous l’action de l’élément thermiquement sensible 13. Comme illustré particulièrement sur les figures 5 et 6, l’élément thermiquement sensible 13 comprend une membrane 16 soumise à la pression d’un fluide disposé dans un réceptacle disposé dans le flux de fluide réfrigérant sortant du deuxième évaporateur 7. Le fluide est ainsi sensiblement à la même température que le fluide réfrigérant sortant de l’évaporateur. Lorsque la température du fluide réfrigérant est suffisamment élevée, le fluide contenu dans le réceptacle exerce sur la membrane 16 une force suffisante pour déplacer l’obturateur mobile 14 et augmenter la section de passage du fluide réfrigérant. Le débit de fluide réfrigérant augmente donc, ce qui augmente la chaleur absorbée dans l’évaporateur et diminue la température du fluide réfrigérant sortant de l’évaporateur. Une régulation est ainsi assurée. L’élément thermiquement sensible 13 est soumis à une température sensiblement égale à la température du fluide réfrigérant sortant du deuxième évaporateur 7.
[91] Selon la variante du premier mode de réalisation du système de conditionnement thermique illustrée sur la figure 2, le dispositif de restriction de passage 8 est disposé en amont de l’élément thermiquement sensible 13.
[92] Le dispositif de restriction de passage 8 est disposé en aval d’une entrée 10a du deuxième conduit 10, et en amont de l’élément thermiquement sensible 13. Autrement dit, le fluide réfrigérant sortant du deuxième évaporateur 7 traverse d’abord le dispositif de restriction de passage 8 avant d’atteindre l’élément thermiquement sensible 13.
[93] Selon une autre variante du premier mode de réalisation, illustrée sur la figure 3, le dispositif de restriction de passage 8 est disposé en aval de l’élément thermiquement sensible 13.
[94] Le dispositif de restriction de passage 8 est disposé en aval de l’élément thermiquement sensible 13, et en amont d’une sortie 10b du deuxième conduit 10. Autrement dit, le fluide réfrigérant sortant du deuxième évaporateur 7 traverse d’abord l’élément thermiquement sensible 13 avant d’atteindre le dispositif de restriction de passage 8.
[95] Selon le premier mode de réalisation du système de conditionnement thermique, illustré sur les figures 2 à 4, le dispositif de restriction de passage 8 est un diaphragme comportant un orifice calibré 17. La forme générale du diaphragme est celle d’un disque. L’épaisseur du disque est inférieure à son rayon.
[96] Une section de passage de l’orifice calibré 17 est fixe. En d’autres termes, la section de passage de l’orifice calibré 17 ne peut pas être modifiée pendant le fonctionnement du système de conditionnement thermique 100. Une modification de la section de passage du dispositif de restriction de passage 8 ne peut se faire que par un démontage et une modification des éléments internes du dispositif, afin de monter un diaphragme présentant des caractéristiques différentes.
[97] Selon l’exemple illustré, le diaphragme est cylindrique. L’orifice calibré 17 est cylindrique et coaxial avec un axe D1 du diaphragme. Le diaphragme est par exemple métallique. L’orifice calibré peut par exemple être obtenu par perçage. Le dispositif de restriction de passage 8 est simple à fabriquer et à mettre au point.
[98] Une section de passage de l’orifice calibré 17 est comprise entre 0,5% et 10% de la section de passage maximale Smax du deuxième dispositif de détente 6.
[99] Selon un exemple de mise en oeuvre illustrés sur la figure 2 ainsi que sur la figure 3, le deuxième dispositif de détente 6 comporte un logement de réception 18 du diaphragme, le diaphragme étant disposé dans le logement de réception 18. L’interface entre le logement 18 et le diaphragme est étanche. Autrement dit, le fluide réfrigérant ne peut passer que par l’orifice calibré 17. Le logement 18 peut par exemple être obtenu par usinage du corps de fonderie du deuxième dispositif de détente 6.
[100] Selon un autre exemple de mise en oeuvre, illustré sur la figure 4, le circuit de fluide réfrigérant 1 comporte une durite 19 reliée au deuxième dispositif de détente 6, la durite 19 comportant une bride 20 de liaison avec le deuxième dispositif de détente 6, et la bride 20 comporte un logement de réception 21 du diaphragme, le diaphragme étant disposé dans le logement de réception 21. Dans ce cas, aucune modification du deuxième dispositif de détente 6 n’est nécessaire pour installer le diaphragme formant restriction de la section de passage.
[101] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, illustré sur la figure 9, le dispositif de restriction de passage 8 est disposé en aval du deuxième dispositif de détente 6. Autrement dit, le dispositif de restriction de passage 8 est disposé en aval du deuxième conduit 10 de circulation de fluide réfrigérant recevant le fluide réfrigérant qui sort du deuxième évaporateur 7.
[102] Selon un deuxième mode de réalisation du système de conditionnement thermique, illustré sur les figures 5 à 9, le dispositif de restriction de passage 8 est une vanne comportant un conduit 22 de circulation de fluide et un obturateur mobile 23 disposé dans le conduit, l’obturateur mobile 23 étant configuré pour faire varier une section de passage du conduit 22 de la vanne. Autrement dit, le deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que la section de la restriction de passage peut varier dans le temps afin de s’adapter aux besoins de la régulation de température. Ainsi, lorsque le besoin de refroidissement correspond à un fonctionnement proche de la puissance thermique maximale, l’obturateur mobile 23 peut prendre une position telle que le conduit 22 est plein ouvert, de façon à ne pas limiter le débit de fluide réfrigérant. Lorsque le besoin de refroidissement correspond à une faible puissance par rapport à la puissance thermique nominale, l’obturateur mobile réalise une restriction de passage du fluide réfrigérant selon le principe décrit auparavant. Optionnellement, lorsque la vanne est étanche quand l’obturateur mobile 23 est en position fermée, une fonction d’arrêt est disponible. Dans ce cas, il n’est pas nécessaire de prévoir une autre vanne d’arrêt. En particulier, le détendeur thermostatique 6 n’a alors pas besoin d’intégrer une vanne d’arrêt.
[103] Le dispositif de restriction de passage 8 comporte un moteur électrique 24 configuré pour déplacer l’obturateur mobile 23. Le moteur électrique 24 peut être un moteur à courant continu. Le moteur électrique 24 peut être un moteur pas-à- pas.
[104] Sur les variantes des figures 5, 6 et 9, le dispositif de restriction de passage 8 et le deuxième dispositif de détente 6 sont adjacents. On entend par adjacent que le dispositif de restriction de passage 8 et le deuxième dispositif de détente 6 sont reliés l’un à l’autre, éventuellement avec un joint d’étanchéité interposé. Le dispositif de restriction de passage 8 et le deuxième dispositif de détente 6 peuvent être fixés l’un à l’autre, par exemple par des vis traversant une bride de fixation de chaque dispositif.
[105] Selon un mode de réalisation non représenté, le dispositif de restriction de passage 8 et le deuxième dispositif de détente 6 font partie d’un même corps. Le corps peut par exemple être un corps de fonderie, c’est-à-dire obtenu par moulage d’un alliage métallique. Les divers conduits de passage de fluide et les divers logements recevant les composants du deuxième dispositif de détente 6 et du dispositif de restriction de passage 8 sont réalisés dans un unique corps. [106] Selon les variantes illustrées sur la figure 7 et la figure 8, le dispositif de restriction de passage 8 et le deuxième dispositif de détente 6 sont reliés par une durite 19. Par exemple, la durite reliant le dispositif de restriction de passage 8 et le deuxième dispositif de détente 6 a une longueur inférieure à 10 centimètres. [107] Selon la variante de la figure 5, le conduit 22 de circulation de fluide du dispositif de restriction de passage 8 est coaxial avec le deuxième conduit 10 de circulation de fluide du deuxième dispositif de détente 6. Le conduit 22 et le conduit 10 s’étendent tous les deux selon l’axe D2.
[108] Divers types d’obturateur mobile sont possibles. Selon un exemple de réalisation, illustré sur la figure 5 ainsi que sur la figure 7, l’obturateur mobile 23 du dispositif de restriction de passage 8 est une boule rotative comportant un évidement traversant 25 configuré pour former une portion de conduit de circulation de fluide.
[109] La boule rotative 23 est liée à un arbre de rotation d’axe D3. L’axe de rotation D3 de la boule rotative et un axe D2 du conduit 22 de circulation de fluide du dispositif de restriction de passage 8 sont perpendiculaires. L’évidement traversant 25 est par exemple cylindrique et s’étend selon un axe D4. De même, l’axe de rotation D3 de la boule rotative et un axe D4 de l’évidement traversant 25 sont perpendiculaires. Le fluide réfrigérant traverse l’évidement traversant 25. Une portion de la périphérie de la boule rotative 23 assure l’étanchéité entre la boule rotative 23 et le conduit 22 de circulation de fluide.
[110] Selon une variante de réalisation, illustrée sur la figure 6 ainsi que sur la figure 8, l’obturateur mobile 23 du dispositif de restriction de passage 8 est une soupape mobile en translation. [111] Selon une autre variante de réalisation, non illustrée, l’obturateur mobile 23 du dispositif de restriction de passage 8 est un volet rotatif configuré pour pivoter dans le conduit 22 de circulation de fluide.

Claims

Revendications
1. Système de conditionnement thermique (100) comprenant un circuit (1) de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit
(I) de fluide réfrigérant comportant :
- une boucle principale (A) comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
-- un dispositif de compression (2),
-- un condenseur (3) configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur,
-- un premier dispositif de détente (4),
-- un premier évaporateur (5),
- une branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement
(I I) disposé sur la boucle principale (A) en aval du condenseur (3) et en amont du premier dispositif de détente (4) à un deuxième point de raccordement (12) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier évaporateur (5) et en amont du dispositif de compression (2), la branche de dérivation (B) comportant un deuxième dispositif de détente (6) et un deuxième évaporateur (7), dans lequel le deuxième dispositif de détente (6) est un détendeur de type thermostatique configuré pour faire varier une section de passage du fluide réfrigérant entre une section de passage minimale (Smin) et une section de passage maximale (Smax), et dans lequel la branche de dérivation (B) comprend un dispositif de restriction de passage (8) configuré pour limiter une section de passage du fluide réfrigérant à une valeur inférieure à la section de passage maximale (Smax) du deuxième dispositif de détente (6).
2. Système de conditionnement thermique selon la revendication 1 , dans lequel le deuxième dispositif de détente (6) comporte un premier conduit (9) de circulation de fluide réfrigérant configuré pour alimenter le deuxième évaporateur (7) et un deuxième conduit (10) de circulation de fluide réfrigérant configuré pour recevoir le fluide réfrigérant en sortie du deuxième évaporateur (7), le deuxième dispositif de détente (6) comportant un obturateur mobile (14) configuré pour faire varier une section de passage du premier conduit (9) sous l’action d’un élément thermiquement sensible (13) disposé dans le deuxième conduit (10), et dans lequel le dispositif de restriction de passage (8) est disposé dans le deuxième conduit (10).
3. Système de conditionnement thermique selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de restriction de passage (8) est disposé en amont de l’élément thermiquement sensible (13).
4. Système de conditionnement thermique selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de restriction de passage (8) est disposé en aval de l’élément thermiquement sensible (13).
5. Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de restriction de passage (8) est un diaphragme comportant un orifice calibré (17).
6. Système de conditionnement thermique selon la revendication précédente, dans lequel une section de passage de l’orifice calibré (17) est comprise entre 0,5% et 10% de la section de passage maximale (Smax) du deuxième dispositif de détente (6).
7. Système de conditionnement thermique selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le deuxième dispositif de détente (6) comporte un logement de réception (18) du diaphragme, le diaphragme étant disposé dans le logement de réception (18).
8. Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel le circuit de fluide réfrigérant (1) comporte une durite (19) reliée au deuxième dispositif de détente (6), la durite (19) comportant une bride (20) de liaison avec le deuxième dispositif de détente (6), dans lequel la bride (20) comporte un logement de réception (21) du diaphragme, le diaphragme étant disposé dans le logement de réception (21 ).
9. Système de conditionnement thermique selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif de restriction de passage (8) est une vanne comportant un conduit (22) de circulation de fluide et un obturateur mobile (23) disposé dans le conduit, l’obturateur mobile (23) étant configuré pour faire varier une section de passage du conduit (22) de la vanne.
10. Système de conditionnement thermique selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de restriction de passage (8) est disposé en aval du deuxième dispositif de détente (6).
11. Système de conditionnement thermique selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le dispositif de restriction de passage (8) et le deuxième dispositif de détente (6) sont adjacents.
12. Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications 9 à 11 , dans lequel l’obturateur mobile (23) du dispositif de restriction de passage (8) est une boule rotative comportant un évidement traversant (25) configuré pour former une portion de conduit de circulation de fluide, ou un volet rotatif configuré pour pivoter dans le conduit (22) de circulation de fluide, ou une soupape mobile en translation.
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