WO2022248336A1 - Système de conditionnement thermique - Google Patents

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WO2022248336A1
WO2022248336A1 PCT/EP2022/063600 EP2022063600W WO2022248336A1 WO 2022248336 A1 WO2022248336 A1 WO 2022248336A1 EP 2022063600 W EP2022063600 W EP 2022063600W WO 2022248336 A1 WO2022248336 A1 WO 2022248336A1
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WO
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heat exchanger
heat
connection point
refrigerant fluid
conditioning system
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Application number
PCT/EP2022/063600
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English (en)
Inventor
Rody El Chammas
Jinming Liu
Régis BEAUVIS
Muriel Porto
Mohamed Yahia
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • F25B2400/0411—Refrigeration circuit bypassing means for the expansion valve or capillary tube

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal conditioning systems.
  • Such systems can in particular be fitted to a motor vehicle.
  • these systems make it possible to achieve thermal regulation of various parts of the vehicle, such as the passenger compartment or an electrical energy storage battery, in the case of an electrically powered vehicle.
  • Heat exchanges are mainly managed by the compression and expansion of a refrigerant fluid within several heat exchangers.
  • Thermal conditioning systems commonly use a refrigerant loop and a coolant loop exchanging heat with the refrigerant. Such systems are thus called indirect.
  • Patent EP2933586 B1 is an example.
  • the refrigerant loop is formed so that the refrigerant transfers heat to a heat transfer liquid in a two-fluid heat exchanger, then passes through a heat exchanger located in the passenger compartment, also called an evaporator. This heat exchanger cools the passenger compartment.
  • the heating of the passenger compartment is ensured in particular by a heating radiator which dissipates the heat of the coolant in the flow of air sent to the passenger compartment.
  • the refrigerant circuit comprises a main loop as well as multiple bypass branches that allow multiple combinations of circulation of the refrigerant. Many operating modes can thus be obtained, such as for example the cooling of the air in the passenger compartment, the heating of the air in the passenger compartment, the dehumidification of the air in the passenger compartment, or even the cooling vehicle batteries.
  • thermo conditioning system comprising:
  • a heat transfer liquid circuit configured to circulate a heat transfer liquid
  • a refrigerant circuit configured to circulate a refrigerant fluid, the refrigerant circuit comprising:
  • a main loop comprising successively, depending on the direction in which the refrigerant fluid travels:
  • a two-fluid heat exchanger arranged jointly on the refrigerant circuit and on the heat transfer liquid circuit so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid
  • a first heat exchanger configured to exchange heat with a first air flow
  • a first bypass branch connecting a first connection point arranged on the main loop downstream of the two-fluid exchanger and upstream of the first expansion device to a second connection point arranged on the main loop downstream of the first heat exchanger and upstream of the compression device, the first bypass branch successively comprising a second expansion device and a second heat exchanger,
  • a second bypass branch connecting a third connection point arranged on the main loop downstream of the first connection point and upstream of the first expansion device to a fourth connection point arranged on the main loop downstream of the first heat exchanger. heat and upstream of the second connection point, the second bypass branch successively comprising a third expansion device and a third heat exchanger, the main loop comprising a first internal heat exchanger configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid at high pressure downstream of the dual-fluid heat exchanger and upstream of the first connection point, and the low-pressure refrigerant fluid downstream of the second connection point, the refrigerant fluid circuit being configured so that the refrigerant fluid at the outlet of the first heat exchanger joins the compression device only via the fourth connection point and the second connection point.
  • the second heat exchanger is configured to exchange heat with a second airflow.
  • the first airflow is an airflow inside a passenger compartment of a motor vehicle.
  • the second air flow is a flow of air outside the passenger compartment of a motor vehicle.
  • the third heat exchanger is configured to be thermally coupled with a first element of an electric traction chain of a motor vehicle.
  • the first element of the vehicle's electric powertrain is configured to exchange heat with a coolant circulating in an auxiliary coolant loop.
  • the first element of the vehicle's electric powertrain is an electrical energy storage battery.
  • the first element of the vehicle's electric traction chain comprises an electric vehicle traction motor.
  • the first element of the vehicle's electric traction chain is an electronic module for controlling an electric traction motor of the vehicle.
  • the second heat exchanger is configured to be thermally coupled with a first element of an electric traction chain of a motor vehicle.
  • the third heat exchanger is configured to exchange heat with a second airflow.
  • the first airflow is an airflow inside a passenger compartment of a motor vehicle and the second airflow is an airflow outside the passenger compartment of a motor vehicle.
  • the main loop comprises a second internal heat exchanger configured to allow heat exchange between the high-pressure refrigerant fluid downstream of the first connection point and upstream of the third connection point, and the low-pressure refrigerant fluid downstream of the fourth connection point and upstream of the second connection point.
  • the main loop A comprises a fourth expansion device disposed downstream of the first heat exchanger and upstream of the second connection point.
  • the fourth expansion device can be arranged downstream of the first heat exchanger and upstream of the fourth connection point.
  • the fourth expansion device can also be arranged downstream of the fourth connection point and upstream of the second connection point.
  • the fourth expansion device is for example an electronic expansion valve.
  • the main loop comprises a first check valve disposed downstream of the first heat exchanger and upstream of the fourth connection point.
  • a coolant circuit length between the first check valve and the fourth connection point is less than 10 centimeters.
  • the first bypass branch comprises a second check valve disposed downstream of the second heat exchanger.
  • the main loop comprises a first check valve disposed downstream of the fourth connection point and upstream of the second connection point.
  • the main loop includes a refrigerant fluid accumulation device located downstream of the two-fluid heat exchanger.
  • the refrigerant fluid accumulation device is arranged upstream of the first internal exchanger.
  • the coolant circuit has a fourth heat exchanger configured to exchange heat with the first air flow.
  • the coolant circuit has a fifth heat exchanger configured to exchange heat with the second air flow.
  • the main loop comprises a third internal heat exchanger configured to allow heat exchange between the high-pressure refrigerant fluid downstream of the third connection point and the low-pressure refrigerant fluid upstream of the fourth connection point.
  • the coolant circuit includes a primary loop and a secondary loop.
  • the fourth heat exchanger is arranged on the primary coolant loop.
  • the fifth heat exchanger is arranged on the secondary coolant loop.
  • the secondary loop comprises a bypass branch extending between a first connection point arranged on the primary loop upstream of the fourth heat exchanger to a second connection point arranged on the primary loop downstream of the fourth heat exchanger .
  • the coolant circuit includes a coolant circulation pump.
  • the disclosure also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a mode called extended energy recovery mode, in which the refrigerant fluid circulates in the compression device where it passes to high pressure, and circulates successively in the two-fluid exchanger where it yields heat to the heat transfer liquid, in the third expansion device where it passes to low pressure, in the third heat exchanger where it absorbs heat, and returns to the compression device.
  • the disclosure also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a mode called extended energy recovery mode, in which the refrigerant fluid circulates in the compression device where it passes at high pressure, and circulates successively in the two-fluid exchanger where it yields heat to the heat transfer liquid, in the second expansion device where it passes at low pressure, in the second heat exchanger where it absorbs heat, and returns to the compression device.
  • extended energy recovery mode in which the refrigerant fluid circulates in the compression device where it passes at high pressure, and circulates successively in the two-fluid exchanger where it yields heat to the heat transfer liquid, in the second expansion device where it passes at low pressure, in the second heat exchanger where it absorbs heat, and returns to the compression device.
  • the disclosure also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called parallel dehumidification mode, in which the refrigerant fluid circulates in the compression device where it passes at high pressure, and circulates in the two-fluid exchanger where it yields heat to the coolant, is divided between a first flow circulating in the first bypass branch and a second flow circulating in the main loop, the first flow circulates in the second expansion device where it passes at low pressure, into the second heat exchanger where it absorbs heat from the second air flow, joins the main loop at the second connection point, the second flow circulates successively in the first expansion device where the refrigerant switches to an intermediate pressure, the intermediate pressure being lower than the high pressure and higher than the low pres tion, in the first heat exchanger where it absorbs heat from the first air flow, in the fourth expansion device where it passes at low pressure, the first flow of refrigerant fluid at low pressure and the second flow of fluid low-pressure refrigerant come together at the second connection point
  • the disclosure also relates to a thermal conditioning system comprising:
  • a heat transfer liquid circuit configured to circulate a heat transfer liquid
  • a refrigerant circuit configured to circulate a refrigerant fluid, the refrigerant circuit comprising:
  • a main loop comprising successively, depending on the direction in which the refrigerant fluid travels:
  • a two-fluid heat exchanger arranged jointly on the refrigerant circuit and on the heat transfer liquid circuit so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid
  • a first heat exchanger configured to exchange heat with a first air flow
  • a first bypass branch connecting a first connection point arranged on the main loop downstream of the two-fluid exchanger and upstream of the first expansion device to a second connection point arranged on the main loop downstream of the first heat exchanger and upstream of the compression device, the first bypass branch successively comprising a second expansion device and a second heat exchanger,
  • a second bypass branch connecting a third connection point arranged on the main loop downstream of the first connection point and upstream of the first expansion device to a fourth connection point arranged on the main loop downstream of the first heat exchanger and upstream of the second connection point, the second bypass branch successively comprising a third expansion device and a third heat exchanger, the main loop comprising a first internal heat exchanger configured to allow a heat exchange between the refrigerant at high pressure downstream of the dual-fluid exchanger and upstream of the first connection point and the low-pressure refrigerant fluid downstream of the second connection point, the refrigerant circuit being configured so that the refrigerant fluid at the outlet of the first heat exchanger joins the compression device only via the fourth connection point and the second connection point, in which the second heat exchanger is configured to be thermally coupled with a first element of an electric traction chain of a vehicle automobile, in which the third heat exchanger is configured to exchange heat with a second air flow, in which the first air flow is an air flow inside a passenger compartment of a motor vehicle
  • FIG. 1 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a variant embodiment of the first embodiment
  • FIG. 4 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a variant embodiment of the second embodiment
  • FIG. 5 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a variant embodiment of the third embodiment
  • FIG. 7 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a fourth embodiment of the invention
  • FIG. 8 is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 4 operating according to an operating mode called extended energy recovery mode
  • FIG. 9 is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 5 operating according to an operating mode called extended energy recovery mode
  • FIG. 10 is a schematic view of the thermal conditioning system of FIG. 4 operating according to an operating mode called parallel dehumidification mode.
  • 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. In other words, the refrigerant fluid leaves the compression device, possibly crosses one or more elements, then crosses the first element, then the second element, then returns to the compression device, possibly after having crossed other elements.
  • An electronic control unit receives information from various sensors measuring in particular the physical characteristics of the refrigerant at various points in the refrigerant circuit.
  • the pressure and temperature of the refrigerant fluid are examples of characteristics measured.
  • the electronic control unit also receives instructions from the occupants of the vehicle, such as the desired temperature inside the passenger compartment.
  • the electronic control unit implements control laws allowing the control of the various actuators of the system, in order to ensure the control of the thermal conditioning system 100 so as to ensure the instructions received while optimizing the thermodynamic performance.
  • Each of the expansion devices used can be an electronic expansion valve, a thermostatic expansion valve, or a calibrated orifice.
  • the passage section allowing the refrigerant fluid to pass can be adjusted continuously between a closed position and a maximum open position.
  • the system control unit drives an electric motor which moves a movable shutter controlling the section of passage offered to the refrigerant fluid.
  • Each of the regulators can be sealed in the closed position.
  • Each of the expansion valves can also have a non-zero leakage rate, and a shut-off valve can be added in series so as to interrupt the circulation of the refrigerant fluid.
  • the compression device 3 can be an electric compressor, that is to say a compressor whose moving parts are driven by an electric motor.
  • the compression device 3 comprises a suction side of the low-pressure refrigerant fluid, also called inlet 3a of the compression device, and a discharge side of the high-pressure refrigerant fluid, also called outlet 3b of the compression device 3.
  • the internal moving parts of the compressor 3 cause the refrigerant fluid to pass from a low pressure on the inlet side 3a to a high pressure on the outlet side 3b. After expansion in one or more expansion devices, the refrigerant fluid joins the inlet 3a of the compressor 3 and begins a new thermodynamic cycle.
  • connection point 11 to 14 allows the refrigerant to pass through one or other of the circuit portions joining at this connection point.
  • the distribution of the refrigerant between the circuit portions joining at a connection point is achieved by varying the opening or closing of the shut-off valve, non-return valve or expansion device included on each of the joining branches.
  • each connection point is a means of redirecting the refrigerant fluid arriving at this connection point.
  • the non-return valves and the expansion devices thus make it possible to selectively direct the refrigerant fluid into the different branches of the refrigerant circuit, in order to ensure different modes of operation, as will be described later.
  • the refrigerant used by the refrigerant circuit 2 is here a chemical fluid such as R1234yf.
  • Other refrigerants can also be used, such as R134a, or even R290.
  • thermal conditioning system 100 comprising:
  • a heat transfer liquid circuit 1 configured to circulate a heat transfer liquid
  • a refrigerant circuit 2 configured to circulate a refrigerant fluid, the refrigerant circuit 2 comprising:
  • a main loop A comprising successively, depending on the direction of travel of the refrigerant fluid:
  • a compression device 3
  • a two-fluid heat exchanger 4 arranged jointly on the refrigerant circuit 2 and on the heat transfer liquid circuit 1 so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid,
  • a first heat exchanger 6 configured to exchange heat with a first airflow F1
  • a first bypass branch B connecting a first connection point 11 arranged on the main loop A downstream of the two-fluid exchanger 4 and upstream of the first expansion device 5 to a second connection point 12 arranged on the main loop A in downstream of the first heat exchanger 6 and upstream of the compression device 3, the first bypass branch B successively comprising a second expansion device 7 and a second heat exchanger 8,
  • a second branch C connecting a third connection point 13 arranged on the main loop A downstream of the first connection point 11 and upstream of the first expansion device 5 to a fourth connection point 14 arranged on the main loop A in downstream of the first heat exchanger 6 and upstream of the second connection point 12, the second bypass branch C successively comprising a third expansion device 9 and a third heat exchanger 10, the main loop A comprising a first internal heat exchanger 17 configured to allow heat exchange between the high-pressure refrigerant fluid downstream of the two-fluid heat exchanger 4 and upstream of the first connection point 11 and the low-pressure refrigerant fluid downstream of the second connection point 12, the circuit refrigerant fluid 2 being configured so that the refrigerant fluid leaving the first heat exchanger 6 joins the disp compression device 3 only passing through the fourth connection point 14 and the second connection point 12.
  • the refrigerant fluid leaving the first heat exchanger 6 always joins the compression device 3 without leaving the main loop A.
  • normal operating mode is meant an operation without failure of a component, where all the elements of the system are operational as well as correctly assembled together.
  • the refrigerant fluid exiting from the first heat exchanger 6 can only reach the compression device 3 by passing through the fourth connection point 14 and through the second connection point 12.
  • the refrigerant fluid exiting from the first heat exchanger 6 first passes through the fourth connection point 14, then through the second connection point 12, then joins the low pressure inlet of the compressor 3.
  • the refrigerant circuit 2 has no branch of derivation which would allow the refrigerant fluid leaving the first heat exchanger 6 to join the compression device 3 without passing successively through the fourth connection point 14 and then through the second connection point 12.
  • the first heat exchanger 6 has a coolant inlet 6a and a coolant outlet 6b.
  • the main loop portion A between the outlet 6b of the first heat exchanger 6 and the fourth connection point 14 does not include any other connection point making it possible to redirect the refrigerant fluid.
  • a device having exactly one inlet and one outlet, such as an expansion device, a stop valve or a non-return valve can be arranged on this portion of the main loop, as will be detailed later.
  • the first bypass branch B is arranged in parallel with a portion of the main loop A comprising the first expansion device 5 and the first heat exchanger 6.
  • the second bypass branch C is arranged in parallel of the portion of the main loop A comprising the first expansion device 5 and the first heat exchanger 6.
  • the first bypass branch B and the second bypass branch C are arranged parallel to each other.
  • the second heat exchanger 8 is configured to exchange heat with a second air flow F2.
  • the first airflow F1 is an interior airflow Fi to a passenger compartment of a motor vehicle.
  • the second flow of air F2 is a flow of air Fe outside the passenger compartment of a motor 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/or air conditioning installation, frequently referred to by the English term “FIVAC”, for “Fleating, Ventilating and Air Conditioning”. This installation has not been shown in the various figures.
  • a first motor-fan unit, not shown, is placed in the heating, ventilation and/or air conditioning installation in order to increase, if necessary, the flow rate of the interior air flow Fi.
  • exterior air flow Fe is meant an air flow that is not intended for the passenger compartment of the vehicle. In other words, this air flow Fe remains outside the passenger compartment of the vehicle.
  • a second motor-fan unit also not shown, can be activated in order to increase the flow rate of the outside air flow Fe if necessary.
  • the air flow provided by the first as well as by the second motor-fan unit can be adjusted for example by the electronic control unit of the thermal conditioning system 100.
  • the third heat exchanger 10 is configured to be thermally coupled with a first element 25 of an electric traction chain of a motor vehicle.
  • the first element 25 of the electric traction chain of the vehicle is configured to exchange heat with a coolant flowing in an auxiliary loop 26 of coolant.
  • the first element 25 of the electric traction chain of the vehicle is here an electric energy storage battery.
  • the battery 25 can supply the energy necessary for the traction of the vehicle.
  • the auxiliary coolant loop 26 is isolated from the rest of the coolant circuit 1 . In other words, the heat transfer liquid circulating in the auxiliary loop 26 cannot mix with the heat transfer liquid of the circuit 1 .
  • the first element 25 of the electric traction chain of the vehicle comprises an electric traction motor of the vehicle.
  • the first element 25 of the electric traction chain of the vehicle is an electronic module for controlling an electric traction motor of the vehicle.
  • the second heat exchanger 8 is configured to be thermally coupled with a first element 25 of an electric traction chain of a motor vehicle.
  • the third heat exchanger 10 is configured to exchange heat with a second air flow F2.
  • the first airflow F1 is an airflow Fi inside a passenger compartment of a motor vehicle and the second airflow F2 is an airflow outside Fe in the passenger compartment of a vehicle automobile.
  • the third embodiment and its variant differs from the first and from the second embodiment by the role of the second heat exchanger 8 and the third heat exchanger 10 which is exchanged.
  • the general architecture of the refrigerant circuit remains the same.
  • a first heat exchange section 17a of the first internal heat exchanger 17 is arranged on the main loop A between the two-fluid exchanger 4 and the first connection point 11.
  • a second heat exchange section 17b of the first heat exchanger internal heat exchanger 17 is arranged on the main loop A downstream of the second connection point 12.
  • the first heat exchange section 17a and the second heat exchange section 17b are thermally coupled so as to carry out a heat exchange between the fluid high pressure refrigerant and low pressure refrigerant.
  • the main loop A comprises a second internal heat exchanger 18 configured to allow heat exchange between the high pressure refrigerant fluid downstream of the first connection point 11 and in upstream of the third connection point 13, and the low-pressure refrigerant fluid downstream of the fourth connection point 14 and upstream of the second connection point 12.
  • a first heat exchange section 18a of the second internal heat exchanger 18 is arranged on the main loop A between the first connection point 11 and the third point connection 13.
  • a second heat exchange section 18b of the second internal heat exchanger 18 is arranged on the main loop A downstream of the fourth connection point 14 and upstream of the second connection point 12.
  • the first heat exchange section 18a and the second heat exchange section 18b are thermally coupled.
  • the main loop A comprises a fourth expansion device 15 disposed downstream of the first heat exchanger 6 and upstream of the second connection point 12.
  • the fourth expansion device 15 is more precisely arranged downstream of the first heat exchanger 6 and upstream of the fourth connection point 14.
  • the fourth expansion device 15 is for example an electronic expansion valve.
  • the fourth expansion device 15 allows operating modes in which the pressure of the refrigerant fluid is higher in the first heat exchanger 6 than in the second heat exchanger 8.
  • the fourth expansion device 15 is arranged between the fourth connection point 14 and the second connection point 12, that is to say downstream from the fourth connection point 14 and upstream from the second connection point 12.
  • the main loop A comprises a first check valve 21 disposed downstream of the first heat exchanger 6 and upstream of the fourth connection point 14.
  • the first variant illustrated in Figure 3 differs from the first embodiment, illustrated in Figure 1, by the addition of the first non-return valve 21 .
  • the non-return valve 21 blocks a circulation of refrigerant fluid from the fourth connection point 14 to the outlet 6b of the first heat exchanger 6.
  • a coolant circuit length between the first check valve 21 and the fourth connection point 14 is here less than 10 centimeters. This reduced distance makes it possible to minimize the quantity of refrigerant fluid comprised between the fourth connection point 14 and the first non-return valve 21 , while allowing easy mechanical integration of the first non-return valve 21 .
  • the first bypass branch B comprises a second check valve 22 disposed downstream of the second heat exchanger 8.
  • the second check valve return 22 is arranged upstream of the second connection point 12.
  • the second non-return valve 22 blocks a circulation of refrigerant fluid from the second connection point 12 to the second heat exchanger 8.
  • the main loop A comprises a first check valve 21 disposed downstream of the fourth connection point 14 and upstream of the second connection point 12.
  • the check valve -return 21 blocks a flow of coolant from the second connection point 12 to the fourth connection point 14.
  • the first bypass branch B has no check valve.
  • the main loop A comprises a refrigerant accumulation device 23 arranged downstream of the two-fluid exchanger 4.
  • the refrigerant fluid accumulation device 23 is arranged upstream of the first internal exchanger 17.
  • the device accumulation of coolant 23 is here a dehydrating bottle.
  • the coolant circuit 1 includes a fourth heat exchanger 16 configured to exchange heat with the first airflow F1.
  • the heat transfer liquid circuit 1 also comprises a fifth heat exchanger 20 configured to exchange heat with the second air flow F2.
  • the fourth heat exchanger 16 can thus heat the passenger compartment , by dissipating heat in the air flow Fi intended to supply the interior of the passenger compartment.
  • the fourth heat exchanger 16 is arranged downstream of the first heat exchanger 6 in a flow direction of the interior air flow Fi.
  • the fifth heat exchanger 20 can dissipate the heat originating from the condensation of the refrigerant fluid in the two-fluid exchanger 4. This operation can occur, for example, when the conditioning system thermal operates in cabin cooling mode, in which the first heat exchanger 6 operates as an evaporator.
  • the fifth heat exchanger 20 is arranged upstream of the second heat exchanger 8 according to a direction of flow of the outside air flow Fe. In other words, the fifth heat exchanger 20 receives an air flow which does not have been affected by heat exchange with another heat exchanger.
  • the main loop A comprises a third internal heat exchanger 19 configured to allow heat exchange between the high-pressure refrigerant fluid downstream of the third connection point 13 and the low-pressure refrigerant fluid upstream of the fourth connection point 14.
  • a first heat exchange section 19a of the third internal heat exchanger 19 is arranged on the main loop A between the third connection point 13 and the first expansion device 5.
  • a second heat exchange section 19b of the third internal heat exchanger 19 is arranged on the main loop A downstream of the first heat exchanger 6 and upstream of the fourth connection point 14.
  • the first heat exchange section 19a and the second heat exchange section 19b are thermally coupled .
  • the main loop A comprises a fourth expansion device 15 or a first non-return valve 21
  • the second heat exchange section 19b is arranged downstream of the fourth expansion device 15, respectively of the first non-return valve 21 .
  • the third internal exchanger 19 completes the action of the first internal exchanger 17 and of the second internal exchanger 18, and increases the enthalpy variation of the refrigerant fluid between the outlet 3b of the compression device 3 and the inlet of the first expansion device 5 .
  • the coolant circuit 1 comprises a primary loop 41 and a secondary loop 42.
  • the fourth heat exchanger 16 is arranged on the primary loop 41 of coolant.
  • the fifth heat exchanger 20 is arranged on the secondary loop 42 of coolant liquid.
  • the secondary loop 42 comprises a bypass branch 43 extending between a first connection point 31 arranged on the primary loop 41 upstream of the fourth heat exchanger 16 to a second connection point 32 arranged on the primary loop 41 downstream of the fourth heat exchanger 16.
  • the fifth heat exchanger 20 is arranged on the bypass branch 43.
  • the secondary loop 42 is formed by the bypass branch 43 and by the primary loop portion 41 extending between the second connection point 32 and the first connection point 31 .
  • the coolant circuit 1 comprises a circulation pump 33 of coolant.
  • the heat transfer liquid circulation pump 33 is arranged between the second connection point 32 and the two-fluid exchanger 4.
  • the circulation pump 33 is configured to circulate the heat transfer liquid from the two-fluid exchanger 4 to the second connection point 32
  • the heat transfer liquid circulation pump 33 is arranged on a portion common to the primary loop 41 and to the secondary loop 42.
  • Shut-off valves not shown, allow circulation of the heat transfer liquid either only in the primary loop 41, either only in the secondary loop 42, or jointly in the primary loop 41 and in the secondary loop 42.
  • FIG. 8 diagrams a method of operating a thermal conditioning system according to the first and second embodiments, in a mode called extended energy recovery mode, in which the refrigerant fluid circulates in the cooling device.
  • compression 3 where it passes at high pressure, and circulates successively in the two-fluid exchanger 4 where it yields heat to the coolant liquid, in the third expansion device 9 where it passes at low pressure, in the third heat exchanger 10 where it absorbs heat, and returns to the compression device 3.
  • the first expansion device 5 is in the closed position so as to prevent the circulation of refrigerant fluid in the first heat exchanger 6.
  • the second expansion device 7 is in the closed position of so as to prevent the circulation of refrigerant fluid in the second heat exchanger 8.
  • the fourth expansion device 15 is of a type having a closed position providing zero flow, the latter is also in the closed position, so as to prevent the refrigerant fluid coming from the fourth connection point 14 from reaching the first exchanger 6 by crossing the fourth expansion 15. An accumulation of liquid refrigerant fluid in the first heat exchanger 6, when the latter receives a flow of fresh air, is thus avoided.
  • the third expansion device 9 is in a position allowing the passage of refrigerant fluid in the third heat exchanger 10.
  • the heat dissipated by the element 25 of the traction chain is recovered at the level of the third heat exchanger 10.
  • the degree opening of the third expansion device 9 is adjusted according to the quantity of heat to be exchanged in the third heat exchanger 10.
  • the heat recovered in the heat transfer liquid circuit 1 at the level of the two-fluid exchanger 4 is dissipated in the fourth heat exchanger 16 and allows the heating of the passenger compartment.
  • the second non-return valve 22 prevents the low-pressure refrigerant fluid leaving the third heat exchanger 10 from being able, at the level of the second connection point 12, to reach the second exchanger 8 and accumulate there.
  • the refrigerant fluid present in the second heat exchanger 8 is likely to condense. Thanks to the non-return valve, an accumulation of liquid refrigerant in the second heat exchanger 8 is thus avoided.
  • the amount of refrigerant required to operate the thermal conditioning system is reduced.
  • the volume required for the accumulation device 23 is reduced.
  • the variation, depending on the operating modes employed, of the mass of refrigerant fluid circulating in the refrigerant circuit 2 is minimized, which allows more stable operation of the thermal conditioning system. This mode of operation makes it possible to carry out, in a cold environment, energy recovery from the first element 25 of the traction chain without destabilizing the operation of the thermal conditioning system.
  • Figure 9 illustrates a method of operating a thermal conditioning system according to the third embodiment, in a mode said extended energy recovery mode, in which the refrigerant fluid circulates in the compression device 3 where it passes at high pressure, and successively circulates in the two-fluid exchanger 4 where it yields heat to the heat transfer liquid, in the second expansion device 7 where it passes at low pressure, into the second heat exchanger 8 where it absorbs heat, and returns to the compression device 3.
  • the first expansion device 5 is in the closed position so as to prevent the circulation of refrigerant fluid in the first heat exchanger 6.
  • the third expansion device 9 is in the closed position so as to prevent the circulation of refrigerant fluid in the third heat exchanger 10.
  • the second expansion device 7 is in a position allowing the passage of refrigerant fluid in the second heat exchanger 8.
  • the degree of opening of the second expansion device 7 is adjusted according to the quantity of heat to be exchanged in the second heat exchanger 8.
  • the main loop A comprises a single non-return valve 21 arranged between the fourth connection point 14 and the second connection point 12.
  • the non-return valve 21 prevents the refrigerant fluid from t at low pressure at the outlet of the second heat exchanger 8 can join the first exchanger 6 and the third exchanger 10 and condense there when the temperature of the outside air flow Fe is low, for example 0°C. An accumulation of liquid refrigerant fluid in the third heat exchanger 10 as well as in the first heat exchanger 6 is thus avoided.
  • a single non-return valve 21 is sufficient to block a circulation of refrigerant fluid to two separate heat exchangers, since this single non-return valve 21 prevents a circulation of refrigerant fluid from the second connection point 12 to the fourth connection point 14 As before, the non-return valve 21 prevents condensation of refrigerant fluid in the inactive heat exchangers due to the closed position of the expansion devices supplying them with refrigerant fluid.
  • the energy recovery mode from the first element 25 of the traction chain is optimized, since it is possible to recover the heat from the first element 25 in order to to heat the passenger compartment, even when the ambient temperature is negative, without destabilizing the operation of the thermal conditioning system 100.
  • FIG. 10 illustrates a method of operating a thermal conditioning system according to the second embodiment, in a so-called parallel dehumidification mode, in which the refrigerant fluid circulates in the compression device 3 where it passes to high pressure, and circulates in the two-fluid heat exchanger 4 where it yields heat to the heat transfer liquid, is divided between a first flow circulating in the first bypass branch B and a second flow circulating in the main loop A, the first flow circulates in the second expansion device 7 where it passes at low pressure, into the second heat exchanger 8 where it absorbs heat from the second air flow F2, joins the main loop A at the second connection point 12, the second flow circulates successively in the first expansion device 5 where the refrigerant passes to an intermediate pressure, the intermediate pressure being lower than the high pressure and higher eur at low pressure, in the first heat exchanger 6 where it absorbs heat from the first air flow F1, in the fourth expansion device 15 where it passes at low pressure, the first flow of refrigerant at low pressure and the second flow of low-pressure ref
  • the pressure of the refrigerant fluid is higher in the first heat exchanger 6 than in the second heat exchanger 8.
  • the outside temperature corresponding to the temperature of the outside air flow Fe is negative
  • the heat recovered from the exterior air flow Fe is transferred to the heat transfer liquid of circuit 1 and makes it possible to heat the interior air flow at the level of the fourth heat exchanger 16.
  • This mode of operation makes it possible to dehumidify the air of the passenger compartment in a wide range of ambient temperatures, which allows optimization of energy consumption in conditions of real use of the vehicle.
  • the fourth expansion device 15 allows operation of the thermal conditioning system with a pressure in the first exchanger 6 and in the third exchanger 10 which is higher than the pressure in the second exchanger 8.
  • the fourth exchanger 15 makes it possible to expand the refrigerant fluid at the outlet of the first exchanger 6 and of the third exchanger 10 .

Abstract

Système de conditionnement thermique (100) comportant : - Un circuit de liquide caloporteur (1 ), - Un circuit de fluide réfrigérant (2) comportant : -- Une boucle principale (A) comprenant successivement : --- Un dispositif de compression (3), --- Un échangeur bifluide (4), --- Un premier dispositif de détente (5), --- Un premier échangeur de chaleur (6), -- Une première branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement (11) disposé en aval de l'échangeur bifluide (4) à un deuxième point de raccordement (12) disposé en aval du premier échangeur (6), et comportant successivement un deuxième dispositif de détente (7) et un deuxième échangeur de chaleur (8), -- Une deuxième branche de dérivation (C) comportant successivement un troisième dispositif de détente (9) et un troisième échangeur de chaleur (10), la boucle principale (A) comportant un échangeur de chaleur interne (17) configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval de l'échangeur bifluide (4) et le fluide réfrigérant à basse pression en aval du deuxième point de raccordement (12).

Description

SYSTÈME DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE Domaine technique
[1] La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique. De tels systèmes peuvent notamment équiper un véhicule automobile. Dans cet exemple d’application, ces systèmes permettent de réaliser une régulation thermique de différents organes du véhicule, tel que l’habitacle ou une batterie de stockage d’énergie électrique, dans le cas d’un véhicule à propulsion électrique. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant au sein de plusieurs échangeurs de chaleur.
Technique antérieure
[2] Les systèmes de conditionnement thermique font couramment appel à une boucle de fluide réfrigérant et à une boucle de fluide caloporteur échangeant de la chaleur avec le fluide réfrigérant. De tels systèmes sont ainsi appelés indirects. Le brevet EP2933586 B1 en est un exemple. La boucle de fluide réfrigérant est formée de sorte que le fluide réfrigérant cède de la chaleur à un liquide caloporteur dans un échangeur de chaleur bifluide, puis traverse un échangeur de chaleur disposé dans l’habitacle, encore appelé évaporateur. Cet échangeur de chaleur permet de refroidir l’habitacle. Le chauffage de l’habitacle est lui assuré notamment par un radiateur de chauffage qui dissipe la chaleur du liquide caloporteur dans le flux d’air envoyé à l’habitacle.
[3] Le circuit de fluide réfrigérant comporte une boucle principale ainsi que de multiples branches de dérivation qui permettent de réaliser de multiples combinaisons de circulation du fluide réfrigérant. De nombreux modes de fonctionnement peuvent ainsi être obtenus, comme par exemple le refroidissement de l’air de l’habitacle, le chauffage de l’air de l’habitacle, la déshumidification de l’air de l’habitacle, ou encore le refroidissement des batteries du véhicule.
[4] L’implémentation d’un tel circuit peut toutefois être délicate. En effet, l’encombrement de chaque portion de circuit peut être problématique, car d’autres composants ou sous-systèmes sont également à implanter dans le même environnement. De plus, le nombre et la nature des composants nécessaires, comme par exemple les vannes de détente, peuvent engendrer un coût élevé du système de conditionnement thermique, ce qui limite sa diffusion à grande échelle.
[5] De plus, il peut être intéressant de disposer de modes de fonctionnement supplémentaires. Il existe ainsi un besoin de pouvoir disposer de systèmes de conditionnement thermique plus faciles à intégrer, au coût réduit et présentant des performances thermodynamiques optimisées.
Résumé
[6] A cette fin, la présente divulgation propose un système de conditionnement thermique comportant :
- Un circuit de liquide caloporteur configuré pour faire circuler un liquide caloporteur,
- 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 échangeur bifluide agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur,
Un premier dispositif de détente,
Un premier échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un premier flux d’air,
Une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval de l’échangeur bifluide et en amont du premier dispositif de détente à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du dispositif de compression, la première branche de dérivation comportant successivement un deuxième dispositif de détente et un deuxième échangeur de chaleur,
Une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier point de raccordement et en amont du premier dispositif de détente à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du deuxième point de raccordement, la deuxième branche de dérivation comportant successivement un troisième dispositif de détente et un troisième échangeur de chaleur, la boucle principale comportant un premier échangeur de chaleur interne configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval de l’échangeur bifluide et en amont du premier point de raccordement, et le fluide réfrigérant à basse pression en aval du deuxième point de raccordement, le circuit de fluide réfrigérant étant configuré de sorte que le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur rejoint le dispositif de compression uniquement en passant par le quatrième point de raccordement et par le deuxième point de raccordement.
[7] Cette architecture du circuit de fluide réfrigérant fournit une base simple à mettre en oeuvre tout en permettant de nombreux modes de fonctionnement différents.
[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 deuxième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième flux d’air.
[10] Le premier flux d’air est un flux d’air intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile.
[11] Le deuxième flux d’air est un flux d’air extérieur à l’habitacle d’un véhicule automobile.
[12] Le troisième échangeur de chaleur est configuré pour être couplé thermiquement avec un premier élément d’une chaîne de traction électrique d’un véhicule automobile.
[13] Le premier élément de la chaîne de traction électrique du véhicule est configuré pour échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans une boucle auxiliaire de liquide caloporteur.
[14] Le premier élément de la chaîne de traction électrique du véhicule est une batterie de stockage d’énergie électrique. [15] Le premier élément de la chaîne de traction électrique du véhicule comprend un moteur électrique de traction du véhicule.
[16] Le premier élément de la chaîne de traction électrique du véhicule est un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule.
[17] Selon un autre mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le deuxième échangeur de chaleur est configuré pour être couplé thermiquement avec un premier élément d’une chaîne de traction électrique d’un véhicule automobile.
[18] Le troisième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième flux d’air. Le premier flux d’air est un flux d’air intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile et le deuxième flux d’air est un flux d’air extérieur à l’habitacle d’un véhicule automobile.
[19] La boucle principale comporte un deuxième échangeur de chaleur interne configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval du premier point de raccordement et en amont du troisième point de raccordement, et le fluide réfrigérant à basse pression en aval du quatrième point de raccordement et en amont du deuxième point de raccordement.
[20] La boucle principale A comporte un quatrième dispositif de détente disposé en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du deuxième point de raccordement.
[21] Le quatrième dispositif de détente peut être disposé en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du quatrième point de raccordement. Le quatrième dispositif de détente peut également être disposé en aval du quatrième point de raccordement et en amont du deuxième point de raccordement.
[22] Le quatrième dispositif de détente est par exemple un détendeur électronique.
[23] La boucle principale comporte un premier clapet anti-retour disposé en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du quatrième point de raccordement.
[24] Une longueur de circuit de fluide réfrigérant comprise entre le premier clapet anti-retour et le quatrième point de raccordement est inférieure à 10 centimètres. [25] La première branche de dérivation comporte un deuxième clapet anti-retour disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur.
[26] Selon un autre mode de réalisation, la boucle principale comporte un premier clapet anti-retour disposé en aval du quatrième point de raccordement et en amont du deuxième point de raccordement.
[27] La boucle principale comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé en aval de l’échangeur bifluide.
[28] Le dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant est disposé en amont du premier échangeur interne.
[29] Le circuit de liquide caloporteur comporte un quatrième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec le premier flux d’air.
[30] Le circuit de liquide caloporteur comporte un cinquième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec le deuxième flux d’air.
[31] La boucle principale comporte un troisième échangeur de chaleur interne configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval du troisième point de raccordement et le fluide réfrigérant à basse pression en amont du quatrième point de raccordement.
[32] Le circuit de liquide caloporteur comprend une boucle primaire et une boucle secondaire.
[33] Le quatrième échangeur de chaleur est disposé sur la boucle primaire de liquide caloporteur.
[34] Le cinquième échangeur de chaleur est disposé sur la boucle secondaire de liquide caloporteur.
[35] La boucle secondaire comprend une branche de dérivation s’étendant entre un premier point de connexion disposé sur la boucle primaire en amont du quatrième échangeur de chaleur à un deuxième point de connexion disposé sur la boucle primaire en aval du quatrième échangeur de chaleur.
[36] Le circuit de liquide caloporteur comporte une pompe de circulation de liquide caloporteur. [37] La divulgation concerne aussi un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit mode de récupération d’énergie étendu, dans lequel le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans l’échangeur bifluide où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le troisième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur où il absorbe de la chaleur, et retourne au dispositif de compression.
[38] La divulgation se rapporte également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit mode de récupération d’énergie étendu, dans lequel le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans l’échangeur bifluide où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le deuxième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur où il absorbe de la chaleur, et retourne au dispositif de compression.
[39] La divulgation concerne également un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de déshumidification parallèle, dans lequel le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule dans l’échangeur bifluide où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, se divise entre un premier débit circulant dans la première branche de dérivation et un deuxième débit circulant dans la boucle principale, le premier débit circule dans le deuxième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur où il absorbe de la chaleur du deuxième flux d’air, rejoint la boucle principale au deuxième point de raccordement, le deuxième débit circule successivement dans le premier dispositif de détente où le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, la pression intermédiaire étant inférieure à la haute pression et supérieure à la basse pression, dans le premier échangeur de chaleur où il absorbe de la chaleur du premier flux d’air, dans le quatrième dispositif de détente où il passe à basse pression, le premier débit de fluide réfrigérant à basse pression et le deuxième débit de fluide réfrigérant à basse pression se rejoignent au deuxième point de raccordement, et le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression.
[40] La divulgation se rapporte aussi à un système de conditionnement thermique comportant :
- Un circuit de liquide caloporteur configuré pour faire circuler un liquide caloporteur,
- 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 échangeur bifluide agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur,
Un premier dispositif de détente,
Un premier échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un premier flux d’air,
Une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval de l’échangeur bifluide et en amont du premier dispositif de détente à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du dispositif de compression, la première branche de dérivation comportant successivement un deuxième dispositif de détente et un deuxième échangeur de chaleur,
Une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier point de raccordement et en amont du premier dispositif de détente à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du deuxième point de raccordement, la deuxième branche de dérivation comportant successivement un troisième dispositif de détente et un troisième échangeur de chaleur, la boucle principale comportant un premier échangeur de chaleur interne configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval de l’échangeur bifluide et en amont du premier point de raccordement et le fluide réfrigérant à basse pression en aval du deuxième point de raccordement, le circuit de fluide réfrigérant étant configuré de sorte que le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur rejoint le dispositif de compression uniquement en passant par le quatrième point de raccordement et par le deuxième point de raccordement, dans lequel le deuxième échangeur de chaleur est configuré pour être couplé thermiquement avec un premier élément d’une chaîne de traction électrique d’un véhicule automobile , dans lequel le troisième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième flux d’air , dans lequel le premier flux d’air est un flux d’air intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile et dans lequel le deuxième flux d’air est un flux d’air extérieur à l’habitacle d’un véhicule automobile.
Brève description des dessins
[41] 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 :
[42] [Fig. 1] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention,
[43] [Fig. 2] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
[44] [Fig. 3] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une variante de réalisation du premier mode de réalisation,
[45] [Fig. 4] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une variante de réalisation du deuxième mode de réalisation,
[46] [Fig. 5] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un troisième mode de réalisation de l’invention,
[47] [Fig. 6] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une variante de réalisation du troisième mode de réalisation, [48] [Fig. 7] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un quatrième mode de réalisation de l’invention,
[49] [Fig. 8] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 4 fonctionnant suivant un mode de fonctionnement dit mode de récupération d’énergie étendu,
[50] [Fig. 9] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 5 fonctionnant suivant un mode de fonctionnement dit mode de récupération d’énergie étendu,
[51] [Fig. 10] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 4 fonctionnant suivant un mode de fonctionnement dit mode de déshumidification parallèle.
Description des modes de réalisation
[52] 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. Ainsi, dans certains modes de réalisation un deuxième élément peut être présent sans que le premier élément soit présent.
[53] 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. Autrement dit, le fluide réfrigérant sort du dispositif de compression, traverse éventuellement ou plusieurs éléments, puis traverse le premier élément, puis le deuxième élément, puis regagne le dispositif de compression, éventuellement après avoir traversé d’autres éléments.
[54] Le terme « un deuxième élément est placé entre un premier élément et un troisième élément » signifie que le plus court trajet pour passer du premier élément au troisième élément passe par le deuxième élément.
[55] 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.
[56] Une unité électronique de contrôle, non représentée sur les figures, reçoit des informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques physiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit de fluide réfrigérant. La pression et la température du fluide réfrigérant sont des exemples de caractéristiques mesurées. L’unité électronique de contrôle reçoit également des consignes émises par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique de contrôle met en oeuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs du système, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 100 de façon à assurer les consignes reçues tout en optimisant les performances thermodynamiques.
[57] Chacun des dispositifs de détente employés 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 un obturateur mobile contrôlant la section de passage offerte au fluide réfrigérant. Chacun des détendeurs peut être étanche en position de fermeture. Chacun des détendeurs peut aussi avoir un débit de fuite non nul, et une vanne d’arrêt peut être ajoutée en série de façon à interrompre la circulation du fluide réfrigérant. [58] Le dispositif de compression 3 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 3 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée 3a du dispositif de compression, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie 3b du dispositif de compression 3. Les pièces mobiles internes du compresseur 3 font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée 3a à une haute pression côté sortie 3b. Après détente dans un ou plusieurs dispositifs de détente, le fluide réfrigérant rejoint l’entrée 3a du compresseur 3 et recommence un nouveau cycle thermodynamique.
[59] Chaque point de raccordement 11 à 14 permet au fluide réfrigérant de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit se rejoignant en ce point de raccordement. La répartition du fluide réfrigérant entre les portions de circuit se rejoignant en un point de raccordement est réalisé en jouant sur l’ouverture ou la fermeture des vanne d’arrêt, clapet anti-retour ou dispositif de détente compris sur chacune des branches se rejoignant. Autrement dit, chaque point de raccordement est un moyen de redirection du fluide réfrigérant arrivant à ce point de raccordement.
[60] Les clapets anti-retour et les dispositifs de détente 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.
[61] Le fluide réfrigérant utilisé par le circuit de fluide réfrigérant 2 est ici un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants peuvent aussi être employés, tel le R134a, ou encore le R290.
[62] On a représenté sur la figure 1 un système de conditionnement thermique 100 comportant :
- Un circuit de liquide caloporteur 1 configuré pour faire circuler un liquide caloporteur,
- Un circuit de fluide réfrigérant 2 configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant 2 comportant :
Une boucle principale A comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant : Un dispositif de compression 3,
Un échangeur bifluide 4 agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant 2 et sur le circuit de liquide caloporteur 1 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur,
Un premier dispositif de détente 5,
Un premier échangeur de chaleur 6 configuré pour échanger de la chaleur avec un premier flux d’air F1 ,
Une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement 11 disposé sur la boucle principale A en aval de l’échangeur bifluide 4 et en amont du premier dispositif de détente 5 à un deuxième point de raccordement 12 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur de chaleur 6 et en amont du dispositif de compression 3, la première branche de dérivation B comportant successivement un deuxième dispositif de détente 7 et un deuxième échangeur de chaleur 8,
Une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement 13 disposé sur la boucle principale A en aval du premier point de raccordement 11 et en amont du premier dispositif de détente 5 à un quatrième point de raccordement 14 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur de chaleur 6 et en amont du deuxième point de raccordement 12, la deuxième branche de dérivation C comportant successivement un troisième dispositif de détente 9 et un troisième échangeur de chaleur 10, la boucle principale A comportant un premier échangeur de chaleur interne 17 configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval de l’échangeur bifluide 4 et en amont du premier point de raccordement 11 et le fluide réfrigérant à basse pression en aval du deuxième point de raccordement 12, le circuit de fluide réfrigérant 2 étant configuré de sorte que le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur 6 rejoint le dispositif de compression 3 uniquement en passant par le quatrième point de raccordement 14 et par le deuxième point de raccordement 12.
[63] Ainsi, dans un mode de fonctionnement normal du système de conditionnement thermique 100, le fluide réfrigérant sortant du premier échangeur de chaleur 6 rejoint toujours le dispositif de compression 3 sans quitter la boucle principale A. On entend par mode de fonctionnement normal un fonctionnement sans panne d’un composant, où tous les éléments du système sont opérationnels ainsi que correctement assemblés ensemble. Autrement dit, le fluide réfrigérant sortant du premier échangeur de chaleur 6 ne peut rejoindre le dispositif de compression 3 qu’en transitant par le quatrième point de raccordement 14 et par le deuxième point de raccordement 12. Le fluide réfrigérant sortant du premier échangeur de chaleur 6 passe d’abord par le quatrième point de raccordement 14, puis par le deuxième point de raccordement 12, puis rejoint l’entrée basse pression du compresseur 3. En d’autres termes, le circuit de fluide réfrigérant 2 est dépourvu de branche de dérivation qui permettrait au fluide réfrigérant sortant du premier échangeur de chaleur 6 de rejoindre le dispositif de compression 3 sans passer successivement par le quatrième point de raccordement 14 puis par le deuxième point de raccordement 12.
[64] Le premier échangeur de chaleur 6 possède une entrée 6a de fluide réfrigérant et une sortie 6b de fluide réfrigérant. La portion de boucle principale A comprise entre la sortie 6b du premier échangeur de chaleur 6 et le quatrième point de raccordement 14 ne comporte aucun autre point de raccordement permettant de rediriger le fluide réfrigérant. Un dispositif possédant exactement une entrée et une sortie, tel un dispositif de détente, une vanne d’arrêt ou un clapet anti-retour peut être disposé sur cette portion de boucle principale, comme il sera détaillé ultérieurement.
[65] La première branche de dérivation B est disposée en parallèle d’une portion de la boucle principale A comprenant le premier dispositif de détente 5 et le premier échangeur de chaleur 6. De même, la deuxième branche de dérivation C est disposée en parallèle de la portion de la boucle principale A comprenant le premier dispositif de détente 5 et le premier échangeur de chaleur 6. La première branche de dérivation B et la deuxième branche de dérivation C sont disposées en parallèle l’une de l’autre.
[66] Selon le premier et le deuxième mode de réalisation ainsi que sur leur variante respective, illustrés sur les figures 1 à 4, le deuxième échangeur de chaleur 8 est configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième flux d’air F2. [67] Sur l’exemple d’application illustré ici, le premier flux d’air F1 est un flux d’air intérieur Fi à un habitacle d’un véhicule automobile. Le deuxième flux d’air F2 est un flux d’air extérieur Fe à l’habitacle d’un véhicule automobile.
[68] 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/ou climatisation, désignée fréquemment par le terme Anglais « FIVAC », pour « Fleating, Ventilating and Air Conditioning ». Cette installation n’a pas été représentée sur les différentes figures. Un premier groupe moto-ventilateur, non représenté, est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air intérieur Fi.
[69] On entend par flux d’air extérieur Fe un flux d’air qui n’est pas à destination de l’habitacle du véhicule. Autrement dit, ce flux d’air Fe reste à l’extérieur de l’habitacle du véhicule. Un deuxième groupe moto-ventilateur, également non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur Fe. Le débit d’air assuré par le premier ainsi que par le deuxième groupe moto-ventilateur peut être ajusté par exemple par l’unité électronique de contrôle du système de conditionnement thermique 100.
[70] Sur le mode de réalisation des figures 1 à 4, le troisième échangeur de chaleur 10 est configuré pour être couplé thermiquement avec un premier élément 25 d’une chaîne de traction électrique d’un véhicule automobile.
[71] Le premier élément 25 de la chaîne de traction électrique du véhicule est configuré pour échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans une boucle auxiliaire 26 de liquide caloporteur. Le premier élément 25 de la chaîne de traction électrique du véhicule est ici une batterie de stockage d’énergie électrique. La batterie 25 peut fournir l’énergie nécessaire à la traction du véhicule. La boucle auxiliaire 26 de liquide caloporteur est isolée du reste du circuit de fluide caloporteur 1 . Autrement dit, le liquide caloporteur circulant dans la boucle auxiliaire 26 ne peut pas se mélanger avec le liquide caloporteur du circuit 1 .
[72] Selon une variante de réalisation, le premier élément 25 de la chaîne de traction électrique du véhicule comprend un moteur électrique de traction du véhicule. [73] Selon une autre variante de réalisation, le premier élément 25 de la chaîne de traction électrique du véhicule est un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule.
[74] Selon le troisième mode de réalisation du système de conditionnement thermique ainsi que selon sa variante, illustrés sur la figure 5 et sur la figure 6, le deuxième échangeur de chaleur 8 est configuré pour être couplé thermiquement avec un premier élément 25 d’une chaîne de traction électrique d’un véhicule automobile.
[75] Dans ce cas, le troisième échangeur de chaleur 10 est configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième flux d’air F2. Comme précédemment, le premier flux d’air F1 est un flux d’air intérieur Fi à un habitacle d’un véhicule automobile et le deuxième flux d’air F2 est un flux d’air extérieur Fe à l’habitacle d’un véhicule automobile. Autrement dit, le troisième mode de réalisation et sa variante diffère du premier et du deuxième mode de réalisation par le rôle du deuxième échangeur de chaleur 8 et du troisième échangeur de chaleur 10 qui est échangé. L’architecture générale du circuit de fluide réfrigérant reste la même.
[76] Une première section d’échange thermique 17a du premier échangeur de chaleur interne 17 est disposée sur la boucle principale A entre l’échangeur bifluide 4 et le premier point de raccordement 11. Une deuxième section d’échange thermique 17b du premier échangeur de chaleur interne 17 est disposée sur la boucle principale A en aval du deuxième point de raccordement 12. La première section d’échange thermique 17a et la deuxième section d’échange thermique 17b sont couplées thermiquement de façon à réaliser un échange thermique entre le fluide réfrigérant à haute pression et le fluide réfrigérant à basse pression.
[77] Sur les modes de réalisation des figures 1 à 4, la boucle principale A comporte un deuxième échangeur de chaleur interne 18 configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval du premier point de raccordement 11 et en amont du troisième point de raccordement 13, et le fluide réfrigérant à basse pression en aval du quatrième point de raccordement 14 et en amont du deuxième point de raccordement 12. Une première section d’échange thermique 18a du deuxième échangeur de chaleur interne 18 est disposée sur la boucle principale A entre le premier point de raccordement 11 et le troisième point de raccordement 13. Une deuxième section d’échange thermique 18b du deuxième échangeur de chaleur interne 18 est disposée sur la boucle principale A en aval du quatrième point de raccordement 14 et en amont du deuxième point de raccordement 12. La première section d’échange thermique 18a et la deuxième section d’échange thermique 18b sont couplées thermiquement.
[78] La boucle principale A comporte un quatrième dispositif de détente 15 disposé en aval du premier échangeur de chaleur 6 et en amont du deuxième point de raccordement 12. Sur le deuxième mode de réalisation ainsi que sur sa variante, illustrés respectivement sur la figure 2 et sur la figure 4, le quatrième dispositif de détente 15 est plus précisément disposé en aval du premier échangeur de chaleur 6 et en amont du quatrième point de raccordement 14. Le quatrième dispositif de détente 15 est par exemple un détendeur électronique. Le quatrième dispositif de détente 15 permet des modes de fonctionnement dans lesquels la pression du fluide réfrigérant est plus élevée dans le premier échangeur de chaleur 6 que dans le deuxième échangeur de chaleur 8. Selon une variante non représentée, le quatrième dispositif de détente 15 est disposé entre le quatrième point de raccordement 14 et le deuxième point de raccordement 12, c’est-à-dire en aval du quatrième point de raccordement 14 et en amont du deuxième point de raccordement 12.
[79] Selon une variante du premier mode de réalisation, illustré sur la figure 3, la boucle principale A comporte un premier clapet anti-retour 21 disposé en aval du premier échangeur de chaleur 6 et en amont du quatrième point de raccordement 14. Autrement dit, la première variante illustrée sur figure 3 diffère du premier mode de réalisation, illustré sur la figure 1 , par l’ajout du premier clapet anti-retour 21 . Le clapet anti-retour 21 bloque une circulation de fluide réfrigérant depuis le quatrième point de raccordement 14 vers la sortie 6b du premier échangeur de chaleur 6.
[80] Une longueur de circuit de fluide réfrigérant comprise entre le premier clapet anti-retour 21 et le quatrième point de raccordement 14 est ici inférieure à 10 centimètres. Cette distance réduite permet de minimiser la quantité de fluide réfrigérant comprise entre le quatrième point de raccordement 14 et le premier clapet anti-retour 21 , tout en permettant une intégration mécanique aisée du premier clapet anti-retour 21 . [81] Sur la variante du premier mode de réalisation, et tel qu’illustré sur la figure 3, la première branche de dérivation B comporte un deuxième clapet anti-retour 22 disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur 8. Le deuxième clapet anti retour 22 est disposé en amont du deuxième point de raccordement 12. Le deuxième clapet anti-retour 22 bloque une circulation de fluide réfrigérant depuis le deuxième point de raccordement 12 vers le deuxième échangeur de chaleur 8.
[82] Selon un troisième mode de réalisation, illustré sur la figure 5, la boucle principale A comporte un premier clapet anti-retour 21 disposé en aval du quatrième point de raccordement 14 et en amont du deuxième point de raccordement 12. Le clapet anti-retour 21 bloque une circulation de fluide réfrigérant depuis le deuxième point de raccordement 12 vers le quatrième point de raccordement 14. Dans ce mode de réalisation, la première branche de dérivation B est dépourvue de clapet anti-retour.
[83] La boucle principale A comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 23 disposé en aval de l’échangeur bifluide 4. Le dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 23 est disposé en amont du premier échangeur interne 17. Le dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 23 est ici une bouteille déshydratante.
[84] Le circuit de liquide caloporteur 1 comporte un quatrième échangeur de chaleur 16 configuré pour échanger de la chaleur avec le premier flux d’air F1 . Le circuit de liquide caloporteur 1 comporte également un cinquième échangeur de chaleur 20 configuré pour échanger de la chaleur avec le deuxième flux d’air F2.
[85] Lorsque le premier flux d’air F1 est, comme sur l’exemple illustré ici, un flux d’air Fi intérieur à l’habitacle d’un véhicule automobile, le quatrième échangeur de chaleur 16 peut ainsi chauffer l’habitacle, en dissipant de la chaleur dans le flux d’air Fi destiné à alimenter l’intérieur de l’habitacle. Le quatrième échangeur de chaleur 16 est disposé en aval du premier échangeur de chaleur 6 selon un sens d’écoulement du flux d’air intérieur Fi.
[86] Lorsque le deuxième flux d’air F2 est un flux d’air extérieur à l’habitacle d’un véhicule automobile, le cinquième échangeur de chaleur 20 peut dissiper la chaleur provenant de la condensation du fluide réfrigérant dans l’échangeur bifluide 4. Ce fonctionnement peut intervenir par exemple lorsque le système de conditionnement thermique fonctionne en mode refroidissement de l’habitacle, dans lequel le premier échangeur 6 fonctionne en évaporateur. Le cinquième échangeur de chaleur 20 est disposé en amont du deuxième échangeur de chaleur 8 selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur Fe. Autrement dit, le cinquième échangeur de chaleur 20 reçoit un flux d’air qui n’a pas été affecté par un échange thermique avec un autre échangeur de chaleur.
[87] Selon un quatrième mode de réalisation, illustré sur la figure 7, la boucle principale A comporte un troisième échangeur de chaleur interne 19 configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval du troisième point de raccordement 13 et le fluide réfrigérant à basse pression en amont du quatrième point de raccordement 14.
[88] Une première section d’échange thermique 19a du troisième échangeur de chaleur interne 19 est disposée sur la boucle principale A entre le troisième point de raccordement 13 et le premier dispositif de détente 5. Une deuxième section d’échange thermique 19b du troisième échangeur de chaleur interne 19 est disposée sur la boucle principale A en aval du premier échangeur de chaleur 6 et en amont du quatrième point de raccordement 14. La première section d’échange thermique 19a et la deuxième section d’échange thermique 19b sont couplées thermiquement. Lorsque la boucle principale A comporte un quatrième dispositif de détente 15 où un premier clapet anti-retour 21 , la deuxième section d’échange thermique 19b est disposée en aval du quatrième dispositif de détente 15, respectivement du premier clapet anti-retour 21 . Le troisième échangeur interne 19 complète l’action du premier échangeur interne 17 et du deuxième échangeur interne 18, et augmente la variation d’enthalpie du fluide réfrigérant entre la sortie 3b du dispositif de compression 3 et l’entrée du premier dispositif de détente 5.
[89] Le circuit de liquide caloporteur 1 comprend une boucle primaire 41 et une boucle secondaire 42. Le quatrième échangeur de chaleur 16 est disposé sur la boucle primaire 41 de liquide caloporteur. Le cinquième échangeur de chaleur 20 est disposé sur la boucle secondaire 42 de liquide caloporteur. La boucle secondaire 42 comprend une branche de dérivation 43 s’étendant entre un premier point de connexion 31 disposé sur la boucle primaire 41 en amont du quatrième échangeur de chaleur 16 à un deuxième point de connexion 32 disposé sur la boucle primaire 41 en aval du quatrième échangeur de chaleur 16. Le cinquième échangeur de chaleur 20 est disposé sur la branche de dérivation 43. La boucle secondaire 42 est formée par la branche de dérivation 43 et par la portion de boucle primaire 41 s’étendant entre le deuxième point de connexion 32 et le premier point de connexion 31 .
[90] Le circuit de liquide caloporteur 1 comporte une pompe de circulation 33 de liquide caloporteur. La pompe de circulation 33 de liquide caloporteur est disposée entre le deuxième point de connexion 32 et l’échangeur bifluide 4. La pompe de circulation 33 est configurée pour faire circuler le liquide caloporteur de l’échangeur bifluide 4 vers le deuxième point de connexion 32. La pompe de circulation 33 de liquide caloporteur est disposée sur une portion commune à la boucle primaire 41 et à la boucle secondaire 42. Des vannes d’arrêt, non représentées, permettent de réaliser une circulation de liquide caloporteur soit seulement dans la boucle primaire 41 , soit seulement dans la boucle secondaire 42, soit conjointement dans la boucle primaire 41 et dans la boucle secondaire 42.
[91] La figure 8 schématise un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon le premier et le deuxième mode de réalisation, dans un mode dit mode de récupération d’énergie étendu, dans lequel le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 3 où il passe à haute pression, et circule successivement dans l’échangeur bifluide 4 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le troisième dispositif de détente 9 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur 10 où il absorbe de la chaleur, et retourne au dispositif de compression 3.
[92] Sur la figure 8 ainsi que sur les figures 9 et 10, les portions de circuit de fluide réfrigérant 2 dans lesquelles du fluide réfrigérant circule sont représentées en traits épais. Les portions dans lesquelles le fluide réfrigérant ne circulent pas sont représentées en traits pointillés.
[93] Dans ce mode de fonctionnement, le premier dispositif de détente 5 est en position fermée de façon à interdire la circulation de fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur 6. De même, le deuxième dispositif de détente 7 est en position fermée de manière à interdire la circulation de fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur de chaleur 8. Lorsque le quatrième dispositif de détente 15 est d’un type possédant une position fermée assurant un débit nul, celui-ci est également en position fermée, de façon à éviter que le fluide réfrigérant provenant du quatrième point de raccordement 14 puisse rejoindre le premier échangeur 6 en traversant le quatrième dispositif de détente 15. Une accumulation de fluide réfrigérant liquide dans le premier échangeur de chaleur 6, lorsque celui-ci reçoit un flux d’air frais, est ainsi évitée. Le troisième dispositif de détente 9 est dans une position permettant le passage de fluide réfrigérant dans le troisième échangeur de chaleur 10. La chaleur dissipée par l’élément 25 de la chaîne de traction est récupérée au niveau du troisième échangeur de chaleur 10. Le degré d’ouverture du troisième dispositif de détente 9 est ajusté en fonction de la quantité de chaleur à échanger dans le troisième échangeur de chaleur 10. La chaleur récupérée dans le circuit de liquide caloporteur 1 au niveau de l’échangeur bifluide 4 est dissipée dans le quatrième échangeur de chaleur 16 et permet le chauffage de l’habitacle. Le deuxième clapet anti-retour 22 empêche que le fluide réfrigérant à basse pression en sortie du troisième échangeur de chaleur 10 puisse, au niveau du deuxième point de raccordement 12, rejoindre le deuxième échangeur 8 et s’y accumuler. En effet, lorsque la température ambiante, correspondant à la température du flux d’air extérieur Fe, est froide, par exemple proche de 0°C, le fluide réfrigérant présent dans le deuxième échangeur de chaleur 8 est susceptible de se condenser. Grâce au clapet anti-retour, une accumulation de réfrigérant liquide dans le deuxième échange de chaleur 8 est ainsi évitée. La quantité de fluide réfrigérant nécessaire au fonctionnement du système de conditionnement thermique est réduite. De même, le volume nécessaire pour le dispositif d’accumulation 23 est réduit. La variation, suivant les modes de fonctionnement employés, de la masse de fluide réfrigérant circulant dans le circuit de fluide réfrigérant 2 est minimisée, ce qui permet un fonctionnement plus stable du système de conditionnement thermique. Ce mode de fonctionnement permet de réaliser, par ambiance froide, une récupération d’énergie du premier élément 25 de la chaîne de traction sans déstabiliser le fonctionnement du système de conditionnement thermique.
[94] La figure 9 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon le troisième mode de réalisation, dans un mode dit mode de récupération d’énergie étendu, dans lequel le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 3 où il passe à haute pression, et circule successivement dans l’échangeur bifluide 4 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le deuxième dispositif de détente 7 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur 8 où il absorbe de la chaleur, et retourne au dispositif de compression 3.
[95] Dans ce mode de fonctionnement, illustré sur la figure 9, le premier dispositif de détente 5 est en position fermée de façon à interdire la circulation de fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur 6. De même, le troisième dispositif de détente 9 est en position fermée de manière à interdire la circulation de fluide réfrigérant dans le troisième échangeur de chaleur 10. Le deuxième dispositif de détente 7 est dans une position permettant le passage de fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur de chaleur 8. Le degré d’ouverture du deuxième dispositif de détente 7 est ajusté en fonction de la quantité de chaleur à échanger dans le deuxième échangeur de chaleur 8. Selon ce mode de réalisation dans lequel un seul échangeur de chaleur interne 17 est présent, la boucle principale A comporte un unique clapet anti-retour 21 disposé entre le quatrième point de raccordement 14 et le deuxième point de raccordement 12. Le clapet anti-retour 21 empêche que le fluide réfrigérant à basse pression en sortie du deuxième échangeur de chaleur 8 puisse rejoindre le premier échangeur 6 ainsi le troisième échangeur 10 et s’y condenser lorsque la température du flux d’air extérieur Fe est basse, par exemple 0°C. Une accumulation de fluide réfrigérant liquide dans le troisième échangeur de chaleur 10 ainsi que dans le premier échangeur de chaleur 6 est ainsi évitée. Un unique clapet anti-retour 21 suffit à bloquer une circulation de fluide réfrigérant vers deux échangeurs de chaleur distincts, puisque cet unique clapet anti-retour 21 empêche une circulation de fluide réfrigérant depuis le deuxième point de raccordement 12 vers le quatrième point de raccordement 14. Comme précédemment, le clapet anti-retour 21 empêche une condensation de fluide réfrigérant dans les échangeurs de chaleur inactifs en raison de la position fermée des dispositifs de détente les alimentant en fluide réfrigérant. Le mode de récupération d’énergie depuis le premier élément 25 de la chaîne de traction est optimisé, puisqu’il est possible de récupérer la chaleur du premier élément 25 afin de chauffer l’habitacle, même lorsque la température ambiante est négative, sans déstabiliser le fonctionnement du système de conditionnement thermique 100.
[96] La figure 10 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon le deuxième mode de réalisation, dans un mode dit de déshumidification parallèle, dans lequel le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 3 où il passe à haute pression, et circule dans l’échangeur bifluide 4 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, se divise entre un premier débit circulant dans la première branche de dérivation B et un deuxième débit circulant dans la boucle principale A, le premier débit circule dans le deuxième dispositif de détente 7 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur 8 où il absorbe de la chaleur du deuxième flux d’air F2, rejoint la boucle principale A au deuxième point de raccordement 12, le deuxième débit circule successivement dans le premier dispositif de détente 5 où le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, la pression intermédiaire étant inférieure à la haute pression et supérieure à la basse pression, dans le premier échangeur de chaleur 6 où il absorbe de la chaleur du premier flux d’air F1 , dans le quatrième dispositif de détente 15 où il passe à basse pression, le premier débit de fluide réfrigérant à basse pression et le deuxième débit de fluide réfrigérant à basse pression se rejoignent au deuxième point de raccordement 12, et le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression 3.
[97] Dans ce mode de fonctionnement, la pression du fluide réfrigérant est plus élevée dans le premier échangeur de chaleur 6 que dans le deuxième échangeur de chaleur 8. Lorsque la température extérieure, correspondant à la température du flux d’air extérieur Fe est négative, il est possible de détendre le fluide réfrigérant traversant le deuxième dispositif de détente 7 à une pression suffisamment basse pour obtenir une température d’évaporation inférieure à la température ambiante, tout en permettant une température d’évaporation dans le premier échangeur 6 suffisamment élevée pour ne pas risquer un givrage du flux d’air intérieur Fi. La chaleur récupérée du flux d’air extérieur Fe est transférée au liquide caloporteur du circuit 1 et permet de chauffer le flux d’air intérieur au niveau du quatrième échangeur de chaleur 16. Ce mode de fonctionnement permet de déshumidifier l’air de l’habitacle dans une large plage de températures ambiante, ce qui permet une optimisation de la consommation énergétique en conditions d’utilisation réelle du véhicule.
[98] Selon la variante non représentée dans laquelle le quatrième dispositif de détente 15 est disposé en aval du quatrième point de raccordement 14 et en amont du deuxième point de raccordement 12, le quatrième dispositif de détente 15 permet un fonctionnement du système de conditionnement thermique avec une pression dans le premier échangeur 6 et dans le troisième échangeur 10 qui est supérieure à la pression dans le deuxième échangeur 8. En effet, le quatrième échangeur 15 permet de détendre le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur 6 et du troisième échangeur 10.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de conditionnement thermique (100) comportant :
- Un circuit de liquide caloporteur (1) configuré pour faire circuler un liquide caloporteur,
- Un circuit de fluide réfrigérant (2) configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant (2) comportant :
Une boucle principale (A) comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
Un dispositif de compression (3),
Un échangeur bifluide (4) agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant (2) et sur le circuit de liquide caloporteur (1) de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur,
Un premier dispositif de détente (5),
Un premier échangeur de chaleur (6) configuré pour échanger de la chaleur avec un premier flux d’air (F1 ),
Une première branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement (11) disposé sur la boucle principale (A) en aval de l’échangeur bifluide (4) et en amont du premier dispositif de détente (5) à un deuxième point de raccordement (12) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier échangeur de chaleur (6) et en amont du dispositif de compression (3), la première branche de dérivation (B) comportant successivement un deuxième dispositif de détente (7) et un deuxième échangeur de chaleur (8),
Une deuxième branche de dérivation (C) reliant un troisième point de raccordement (13) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier point de raccordement (11) et en amont du premier dispositif de détente (5) à un quatrième point de raccordement (14) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier échangeur de chaleur (6) et en amont du deuxième point de raccordement (12), la deuxième branche de dérivation (C) comportant successivement un troisième dispositif de détente (9) et un troisième échangeur de chaleur (10), la boucle principale (A) comportant un premier échangeur de chaleur interne (17) configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval de l’échangeur bifluide (4) et en amont du premier point de raccordement (11 ) et le fluide réfrigérant à basse pression en aval du deuxième point de raccordement (12), le circuit de fluide réfrigérant (2) étant configuré de sorte que le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur (6) rejoint le dispositif de compression (3) uniquement en passant par le quatrième point de raccordement (14) et par le deuxième point de raccordement (12).
[Revendication 2] Système de conditionnement thermique selon la revendication 1 , dans lequel le deuxième échangeur de chaleur (8) est configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième flux d’air (F2), dans lequel le premier flux d’air (F1 ) est un flux d’air intérieur (Fi) à un habitacle d’un véhicule automobile, dans lequel le deuxième flux d’air (F2) est un flux d’air extérieur (Fe) à l’habitacle d’un véhicule automobile, dans lequel le troisième échangeur de chaleur (10) est configuré pour être couplé thermiquement avec un premier élément (25) d’une chaîne de traction électrique d’un véhicule automobile.
[Revendication 3] Système de conditionnement thermique selon la revendication 1 , dans lequel le deuxième échangeur de chaleur (8) est configuré pour être couplé thermiquement avec un premier élément (25) d’une chaîne de traction électrique d’un véhicule automobile, dans lequel le troisième échangeur de chaleur (10) est configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième flux d’air (F2), dans lequel le premier flux d’air (F1 ) est un flux d’air intérieur (Fi) à un habitacle d’un véhicule automobile et dans lequel le deuxième flux d’air (F2) est un flux d’air extérieur (Fe) à l’habitacle d’un véhicule automobile.
[Revendication 4] Système de conditionnement thermique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la boucle principale (A) comporte un deuxième échangeur de chaleur interne (18) configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval du premier point de raccordement (11 ) et en amont du troisième point de raccordement (13), et le fluide réfrigérant à basse pression en aval du quatrième point de raccordement (14) et en amont du deuxième point de raccordement (12).
[Revendication 5] Système de conditionnement thermique selon la revendication 1 , 2 ou 4, dans lequel la boucle principale (A) comporte un premier clapet anti-retour (21 ) disposé en aval du premier échangeur de chaleur (6) et en amont du quatrième point de raccordement (14).
[Revendication 6] Système de conditionnement thermique selon la revendication 1 ou 2 ou selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la première branche de dérivation (B) comporte un deuxième clapet anti-retour (22) disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur (8).
[Revendication 7] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la boucle principale (A) comporte un quatrième dispositif de détente (15) disposé en aval du premier échangeur de chaleur (6) et en amont du deuxième point de raccordement (12).
[Revendication 8] Système de conditionnement thermique selon la revendication précédente, dans lequel le quatrième dispositif de détente (15) est disposé en aval du premier échangeur de chaleur (6) et en amont du quatrième point de raccordement (14).
[Revendication 9] Système de conditionnement thermique selon la revendication 3, dans lequel la boucle principale (A) comporte un premier clapet anti-retour (21 ) disposé en aval du quatrième point de raccordement (14) et en amont du deuxième point de raccordement (12).
[Revendication 10] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, le circuit de liquide caloporteur 1 comporte un quatrième échangeur de chaleur (16) configuré pour échanger de la chaleur avec le premier flux d’air (F1 ), et dans lequel le circuit de liquide caloporteur 1 comporte un cinquième échangeur de chaleur (20) configuré pour échanger de la chaleur avec le deuxième flux d’air (F2).
[Revendication 11] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon la revendication 5 ou selon la revendication 6 ou 10 en combinaison avec la revendication 5, dans un mode dit mode de récupération d’énergie étendu, dans lequel le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression (3) où il passe à haute pression, et circule successivement dans l’échangeur bifluide (4) où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le troisième dispositif de détente (9) où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur (10) où il absorbe de la chaleur, et retourne au dispositif de compression (3).
[Revendication 12] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon la revendication 3 ou 9, dans un mode dit mode de récupération d’énergie étendu, dans lequel le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression (3) où il passe à haute pression, et circule successivement dans l’échangeur bifluide (4) où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le deuxième dispositif de détente (7) où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur (8) où il absorbe de la chaleur, et retourne au dispositif de compression (3).
[Revendication 13] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon l’une des revendications 1 ,2, 4, 6 ou 10 en combinaison avec la revendication 8, dans un mode dit de déshumidification parallèle, dans lequel le fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression (3) où il passe à haute pression, et circule dans l’échangeur bifluide (4) où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, se divise entre un premier débit circulant dans la première branche de dérivation (B) et un deuxième débit circulant dans la boucle principale (A), le premier débit circule dans le deuxième dispositif de détente (7) où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur (8) où il absorbe de la chaleur du deuxième flux d’air (F2), rejoint la boucle principale (A) au deuxième point de raccordement (12), le deuxième débit circule successivement dans le premier dispositif de détente (5) où le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, la pression intermédiaire étant inférieure à la haute pression et supérieure à la basse pression, dans le premier échangeur de chaleur (6) où il absorbe de la chaleur du premier flux d’air (F1 ), dans le quatrième dispositif de détente (15) où il passe à basse pression, le premier débit de fluide réfrigérant à basse pression et le deuxième débit de fluide réfrigérant à basse pression se rejoignent au deuxième point de raccordement (12), et le fluide réfrigérant à basse pression retourne au dispositif de compression (3).
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