WO2023025896A1 - Système de conditionnement thermique - Google Patents

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Mohamed Yahia
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Valeo Systemes Thermiques
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    • F25B2400/13—Economisers

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal conditioning systems.
  • Such systems can for example be fitted to motor vehicles. These systems ensure thermal regulation of various parts of the vehicle, such as the passenger compartment or an electrical energy storage battery, for example, when the vehicle is electrically powered.
  • Heat exchanges are mainly managed by the compression and expansion of a refrigerant fluid circulating in a circuit in which several heat exchangers are arranged.
  • the present invention proposes a thermal conditioning system comprising a refrigerant circuit configured to circulate a refrigerant fluid, the refrigerant circuit comprising:
  • a main loop comprising successively, depending on the direction of circulation of the refrigerant fluid:
  • a first heat exchanger configured to exchange heat with a first heat transfer fluid
  • a first bypass branch connecting a first connection point arranged on the main loop downstream of the first heat exchanger and upstream of the first expansion valve to a second connection point arranged on the main loop downstream of the first compression device and upstream of the second compression device, the first bypass branch successively comprising a second expansion valve and a second evaporator, a first internal exchanger arranged jointly on the main loop downstream of the first connection point and upstream of the first expansion valve, and on the first branch bypass downstream of the second expansion valve and upstream of the second evaporator.
  • This circuit architecture combining two compression devices and at least two evaporators, makes it possible to provide a maximum power of high cooling overall allowing good energy efficiency over a wide operating power range.
  • the thermal conditioning system is configured to operate at least in a mode in which the refrigerant fluid circulating in the first bypass branch is in the state of superheated vapor at the outlet of the first internal exchanger.
  • the second evaporator is thus rendered inactive, that is to say that even if a flow of refrigerant fluid passes through the second evaporator, this flow of refrigerant fluid does not undergo heat transfer, or at most a negligible heat transfer compared to the nominal capacity of the second evaporator.
  • This operating mode makes it possible to optimize the operation of the thermal conditioning system under certain operating conditions. For example, this operating mode makes it possible to reduce the enthalpy at the inlet of the first evaporator and makes it possible to increase the heat exchange in the first evaporator.
  • the second expansion valve is controlled by a measurement at the outlet of the first internal exchanger of overheating of the refrigerant fluid circulating in the first bypass branch.
  • the thermal conditioning system is a thermal conditioning system of a motor vehicle.
  • the first heat transfer fluid is a flow of air inside a passenger compartment of a motor vehicle.
  • the first heat transfer fluid is a flow of air outside the passenger compartment of a motor vehicle.
  • the first evaporator is thermally coupled with a first element of a traction chain of a motor vehicle.
  • the first element of the electric traction chain comprises for example an electric traction motor of the vehicle.
  • the first element of the vehicle's electric traction chain may also include an electronic module for controlling an electric traction motor of the vehicle.
  • the first evaporator is thermally coupled with the first element via a heat transfer liquid circulating in a first secondary loop of heat transfer liquid.
  • the first evaporator is in contact with the first element.
  • the second evaporator is thermally coupled with a second element of a traction chain of a motor vehicle.
  • the second element of the vehicle's electric powertrain includes an electrical energy storage battery.
  • the battery can supply the energy needed to drive the vehicle.
  • the second evaporator is thermally coupled with the second element via a heat transfer liquid circulating in a second secondary loop of heat transfer liquid.
  • the second evaporator is in contact with the second element.
  • the second secondary loop is isolated from the first secondary coolant loop.
  • the thermal conditioning system comprises a second bypass branch connecting a third connection point arranged on the main loop downstream of the first compression device and upstream of the second connection point to a fourth point connection arranged on the main loop downstream of the second compression device and upstream of the first heat exchanger.
  • the thermal conditioning system comprises a third bypass branch connecting a fifth connection point arranged on the second bypass branch to a sixth connection point arranged on the main loop downstream of the first heat exchanger. heat and upstream of the first connection point.
  • the refrigerant circuit comprises a first three-way valve arranged jointly on the main loop and on the first bypass branch.
  • the refrigerant circuit comprises a second three-way valve arranged jointly on the second bypass branch and on the third bypass branch.
  • the main loop successively comprises a third expansion valve and second heat exchanger configured to exchange heat with a second heat transfer fluid.
  • the second heat transfer fluid is a flow of air outside the passenger compartment of a motor vehicle.
  • the thermal conditioning system comprises a third bypass branch connecting a fifth connection point arranged on the second bypass branch to a sixth connection point arranged on the main loop between the third regulator and the second heat exchanger.
  • the thermal conditioning system comprises a fourth bypass branch connecting a seventh connection point arranged on the main loop downstream of the fourth connection point and upstream of the sixth connection point to an eighth point connection arranged on the main loop downstream of the second heat exchanger and upstream of the first connection point.
  • the thermal conditioning system may include a fifth bypass branch connecting a ninth connection point arranged on the first bypass branch downstream of the second evaporator to a tenth connection point arranged on the main loop downstream of the first internal exchanger and upstream of the first regulator.
  • the thermal conditioning system may also include a sixth bypass branch connecting an eleventh connection point arranged on the main loop downstream of the tenth connection point and upstream of the first regulator to a twelfth connection point arranged on the loop main downstream of the first evaporator and upstream of the first compression device, the sixth bypass branch successively comprising a fourth expander and a third heat exchanger configured to exchange heat with an air flow inside a passenger compartment of a motor vehicle.
  • the thermal conditioning system may further comprise a seventh branch branch connecting a thirteenth connection point arranged on the main loop downstream of the second heat exchanger and upstream of the eighth connection point to a fourteenth connection point arranged on the main loop downstream of the twelfth connection point and upstream of the first compression device.
  • connection point can be confused with the twelfth connection point.
  • the main loop comprises a fourth heat exchanger arranged downstream of the second heat exchanger and upstream of the first connection point, the fourth heat exchanger being configured to exchange heat with a flow outside air to a vehicle cabin.
  • the thermal conditioning system comprises a two-fluid heat exchanger disposed jointly on the main refrigerant loop downstream of the second heat exchanger and upstream of the eighth connection point, and on an auxiliary loop of liquid coolant in such a way as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the coolant liquid.
  • the two-fluid heat exchanger is arranged upstream of the fourth heat exchanger in the direction of circulation of the refrigerant fluid.
  • the auxiliary coolant loop includes a fifth heat exchanger configured to exchange heat with a flow of air outside a passenger compartment of the vehicle.
  • the fourth heat exchanger is arranged upstream of the fifth heat exchanger in a flow direction of the outside air flow.
  • the fifth heat exchanger is arranged upstream of the second heat exchanger in a flow direction of the outside air flow.
  • the main loop comprises a coolant accumulation device arranged downstream of the fourteenth connection point and upstream of the first compression device.
  • the main loop comprises a refrigerant fluid accumulation device arranged downstream of the eighth connection point and upstream of the first connection point.
  • the main loop comprises a second internal exchanger arranged jointly on the main loop downstream of the refrigerant fluid accumulation device and upstream of the first compression device, and on the main loop downstream of the tenth connection point and upstream of the eleventh connection point.
  • the refrigerant circuit comprises a third internal exchanger arranged jointly on the main loop downstream of the first connection point and upstream of the first internal exchanger, and on the main loop downstream of the second point connection and upstream of the second compression device.
  • the thermal conditioning system further comprises an eighth bypass branch connecting a fifteenth point of connection arranged on the main loop downstream of the fourteenth connection point and upstream of the first compression device to a sixteenth connection point arranged on the first branch branch downstream of the ninth connection point and upstream of the second connection point.
  • the main loop A comprises a first shut-off valve arranged between the first connection point and the tenth connection point.
  • the fourth branch branch has a second shut-off valve.
  • the seventh branch branch has a third shut-off valve.
  • the first bypass branch B comprises a first non-return valve configured to block circulation of the refrigerant fluid from the ninth connection point to the second evaporator.
  • the fifth bypass branch includes a second non-return valve configured to block circulation of the refrigerant fluid from the tenth connection point to the ninth connection point.
  • the sixth bypass branch also includes a third non-return valve configured to block circulation of the refrigerant fluid from the twelfth connection point to the third heat exchanger.
  • the seventh bypass branch also includes a fourth check valve configured to block a flow of refrigerant from the fourteenth connection point to the thirteenth connection point.
  • the first internal exchanger is a plate exchanger.
  • This type of exchanger offers good performance in terms of heat exchange, in particular for the thermal power range corresponding to an internal exchanger. In addition, this type of exchanger is inexpensive to manufacture and of a compact form allowing easy integration. [58] According to a preferred embodiment, the first compression device and the second compression device are two independent compressors.
  • the first compression device and the second compression device are respectively a first compression stage and a second compression stage of the same compressor.
  • the compressor comprises a body containing the first compression stage and the second compression stage.
  • the compressor body includes the second branch branch.
  • the body of the compressor includes a portion of the main loop extending between the inlet of the first compression device and the fourth connection point.
  • the compressor body includes the second connection point. Likewise, the compressor body includes the fifth connection point.
  • the thermal conditioning system comprises a first casing defining a receiving volume.
  • a main loop portion extending between the third connection point and the second connection point is contained inside the first housing.
  • a portion of the second branch branch comprising the fifth connection point is also contained inside the first casing.
  • a portion of the third branch branch including the fifth connection point is also contained within the first housing.
  • the first housing has inlets / outlets of refrigerant, each inlet / outlet allowing a fluid connection with a portion of the refrigerant circuit.
  • the thermal conditioning system comprises a second housing defining a receiving volume.
  • the fourth branch branch, the third regulator and a main loop portion extending between the third regulator and the seventh connection point are contained inside the second casing.
  • the second regulator, the first shut-off valve, the internal exchanger and a portion main loop extending between the eighth connection point and the internal exchanger are contained inside the second housing.
  • the second housing has coolant inlets/outlets, each inlet/outlet allowing fluid connection with a portion of the coolant circuit.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called second evaporator inactivation mode, in which:
  • the refrigerant is divided at the first connection point into a first flow circulating in the first bypass branch and a second flow circulating in the main loop
  • the first flow circulates successively in the second regulator where it undergoes expansion, in the first internal exchanger, in the second evaporator,
  • the second flow circulates in the first internal exchanger, and in which the first flow is in the state of superheated steam at the outlet of the first internal exchanger.
  • the second evaporator is supplied with superheated steam.
  • the heat exchange in the second evaporator is negligible under these conditions.
  • This mode of operation makes it possible to minimize the enthalpy of the refrigerant fluid at the outlet of the heat exchange section of the internal exchanger arranged on the main loop, without carrying out any heat exchange in the second evaporator.
  • the cooling capacity of the system is then maximized, and can be distributed between the first evaporator and the third heat exchanger.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called passenger compartment heating mode with energy recovery, in which:
  • a second flow of refrigerant fluid at intermediate pressure circulates in the first bypass branch and joins the first flow, forming a total flow of refrigerant fluid at intermediate pressure
  • the third flow circulates successively in the second regulator where it passes at intermediate pressure, in the first internal exchanger, in the second evaporator where it absorbs heat, and joins the first flow of refrigerant fluid circulating in the main loop at the outlet of the first compression device,
  • the fourth flow circulates in the first internal exchanger, in the first regulator where it passes at low pressure, in the first evaporator where it absorbs heat, and joins the first compression device.
  • This mode of operation ensures that the passenger compartment is heated by dissipating the heat of the refrigerant fluid circulating successively in the two compression devices into the interior air flow.
  • the thermodynamic cycle is completed by absorbing heat at the level of the first evaporator and the second evaporator. This heat is recovered respectively from the first element and from the second element.
  • the distribution between the heat absorbed at the level of the first evaporator and the heat absorbed at the level of the second evaporator is achieved by adjusting the speed of rotation of the first compression device and of the second compression device. This mode makes it possible to obtain a high heating power without having to use an additional heating device.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called cabin cooling and powertrain cooling mode, in which:
  • a second flow of refrigerant circulates successively in the second compression device where it passes at intermediate pressure and in the second bypass branch, and joins the first flow, forming a total flow of refrigerant fluid at intermediate pressure
  • the total flow of refrigerant fluid at intermediate pressure circulates successively in the third bypass branch, in the second heat exchanger where it yields heat to the external air flow, is divided into a third flow circulating in the first branch of bypass and a fourth flow circulating in the main loop, the third flow circulates successively in the second expansion valve where it undergoes expansion, in the second heat exchange section of the first internal exchanger, in the second evaporator where it absorbs heat, the fourth flow circulates successively in the first heat exchange section of the first internal exchanger, in the fourth expansion valve where it passes at low pressure, in the third heat exchanger where it absorbs heat from the internal air flow.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called battery heating and energy recovery mode in which:
  • the low pressure refrigerant fluid circulates successively in the first compression device where it passes at an intermediate pressure, in the second compression device where it passes at high pressure, in the first heat exchanger, in the fourth branch of bypass, in the first bypass branch, in the second expansion valve, in the second evaporator where it releases heat, in the fifth bypass branch, in the first expansion valve where it passes to low pressure, in the first evaporator where it absorbs heat, and joins the first compression device.
  • Heating of the second element of the traction chain can thus be ensured. Part of the heat transferred to the second element comes from the heat taken from the first element of the traction chain. For example, the battery can be heated while recovering the heat given off by the electronic module, which minimizes the energy expended.
  • the flow of refrigerant fluid at low pressure circulates successively in the first compression device where it passes to high pressure, in the second bypass branch, in the first heat exchanger. The rest of the route is the same.
  • the first compression device operates.
  • the second compression device does not work, and is bypassed by the high pressure refrigerant fluid.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called accelerated cooling mode, in which:
  • a flow of low-pressure refrigerant fluid is divided between a first flow and a second flow
  • the second flow circulates in the second compression device where it passes to an intermediate pressure, circulates in the second bypass branch and joins the first flow, forming a flow of refrigerant fluid at intermediate pressure, the flow circulates in the third branch of bypass, joins the main loop, circulates successively in the second heat exchanger where it yields heat to the external air flow, in the fourth expansion device where it passes to low pressure, in the third heat exchanger where it absorbs from the heat of the interior airflow.
  • 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 third embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a fourth embodiment of the invention
  • FIG. 5 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a schematic view of the thermal conditioning system according to the first embodiment, operating according to a first mode of operation, said mode called inactivation of the second evaporator,
  • FIG. 7 is a schematic view of the thermal conditioning system according to the first embodiment, operating according to a second mode of operation, said so-called passenger compartment heating mode with energy recovery,
  • FIG. 8 is a schematic view of the thermal conditioning system according to the first embodiment, operating according to a third mode of operation, said mode of cabin cooling and powertrain cooling,
  • FIG. 9 is a schematic view of the thermal conditioning system according to the first embodiment, operating according to a fourth mode of operation, called battery heating mode and energy recovery,
  • FIG. 10 is a schematic view of the thermal conditioning system according to the fifth embodiment, operating according to an operating mode, called accelerated cooling mode,
  • FIG. 11 is a schematic view of a variant of the thermal conditioning system of Figure 1.
  • 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 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 characteristics of the refrigerant at various points in the circuit.
  • the electronic control unit also receives instructions issued by the occupants of the vehicle, such as for example the desired temperature inside the passenger compartment.
  • the electronic control unit can also receive instructions coming from other electronic subsystems, such as for example the system for managing electrical energy storage batteries.
  • the electronic control unit implements control laws allowing the piloting of the various actuators, in order to ensure the control of the thermal conditioning system 100 so as to ensure the instructions received.
  • 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.
  • the refrigerant circuit 10 forms a closed circuit in which the refrigerant can circulate.
  • the refrigerant circuit 10 is sealed when the latter is in a nominal operating state, that is to say without any fault or leak.
  • Each connection point of circuit 10 allows the coolant to pass through one or the other of the circuit portions joining at this connection point.
  • the distribution of the refrigerant fluid between the portions of the circuit joining at a connection point is done by playing on the opening or closing of the stop valves, non-return valves or expansion devices included on each of the branches. In other words, each connection point is a means of redirecting the refrigerant fluid arriving at this connection point.
  • shut-off valves and non-return valves thus make it possible to selectively direct the refrigerant fluid in the different branches of the refrigerant circuit, in order to ensure different modes of operation, as will be described later.
  • the second shut-off valve 52 is configured to selectively authorize or prohibit the passage of the refrigerant fluid in the fourth bypass branch E.
  • a non-return valve is a passive device, that is to say that no electric control is not necessary.
  • a shut-off valve is electrically controlled.
  • the refrigerant used by the refrigerant circuit 10 is here a chemical fluid such as R1234yf.
  • Other refrigerants can also be used instead, such as R134a, or R744.
  • thermal conditioning system 100 is a thermal conditioning system of a motor vehicle.
  • the thermal conditioning system 100 includes a refrigerant circuit 10 configured to circulate a refrigerant fluid, the refrigerant circuit 10 comprising:
  • a main loop A comprising successively, depending on the direction of circulation of the refrigerant fluid:
  • first heat exchanger 31 configured to exchange heat with a first heat transfer fluid F1
  • a first bypass branch B connecting a first connection point 11 disposed on the main loop A downstream of the first heat exchanger 31 and upstream of the first regulator 41 to a second connection point 12 disposed on the main loop A downstream of the first compression device 1 and upstream of the second compression device 2, the first bypass branch B successively comprising a second expansion valve 42 and a second evaporator 4, a first internal exchanger 5 arranged jointly on the main loop A downstream of the first connection point 1 1 and upstream of the first regulator 41, and on the first bypass branch B downstream of the second regulator 42 and upstream of the second evaporator 4.
  • This circuit architecture makes it possible to provide a high maximum cooling power while allowing good energy efficiency over a wide operating power range.
  • the thermal conditioning system 100 is configured to operate at least according to a mode in which the refrigerant fluid circulating in the first bypass branch B is in the state of superheated vapor at the outlet of the first internal exchanger 5. where the thermal conditioning system can selectively operate according to an operating mode in which the refrigerant fluid is superheated at the outlet of the first internal exchanger, and can selectively operate according to other operating modes in which the refrigerant leaving the first internal exchanger is not overheated.
  • the second evaporator 4 is thus rendered inactive, that is to say that even if a flow of refrigerant fluid passes through the second evaporator 4, this flow of refrigerant fluid does not undergo heat transfer.
  • This operating mode makes it possible to optimize the operation of the thermal conditioning system under certain operating conditions.
  • the second expansion valve 42 is controlled by a measurement at the output of the first internal exchanger 5 of an overheating of the refrigerant fluid circulating in the first bypass branch B.
  • the flow of refrigerant fluid through the second expansion valve 42 is controlled so so that the heat exchange in the first internal exchanger 5 makes it possible to obtain superheated steam at the outlet of the second heat exchange section 5b.
  • the first heat transfer fluid F1 is here an interior air flow Fi to a passenger compartment of a motor vehicle.
  • the first heat transfer fluid F1 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 Fi can circulate in a heating, ventilation and/or air conditioning installation, frequently referred to by the English term “HVAC”, for “Heating, Ventilating and Air Conditioning”. This installation has not been shown in the various figures.
  • a first motor-fan unit also 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.
  • outside air flow Fe is meant an air flow which 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 in real time according to exchange needs thermal, for example by the electronic control unit of the thermal conditioning system 100.
  • the first evaporator 3 is configured to operate selectively as a condenser in particular cases of operation of the thermal conditioning system.
  • the second evaporator 4 is configured to operate selectively as a condenser. In other words, in particular operating modes, condensation of the refrigerant fluid can occur in the first evaporator 3.
  • the second evaporator 4 is thermally coupled with a first element 25 of a traction chain of a motor vehicle. In other words, the first evaporator 3 can exchange heat with the first element 25 of a traction chain of a motor vehicle.
  • the first element 25 of the electric traction chain comprises in the example illustrated an electric traction motor of the vehicle.
  • the first element 25 of the electric traction chain of the vehicle can also comprise an electronic module for controlling an electric traction motor of the vehicle. This electronic control module is called an inverter.
  • the first element 25 can also comprise an electrical energy storage battery.
  • the first evaporator 3 is here thermally coupled with the first element 25 via a heat transfer liquid circulating in a first secondary loop 7 of heat transfer liquid.
  • the heat transfer liquid can be a mixture of water and glycol.
  • the first element 25 of the electric traction chain of the vehicle is configured to exchange heat with the first evaporator 3 via a heat transfer liquid circulating in a first secondary loop 7 of heat transfer liquid.
  • the thermal coupling between the first evaporator 3 and the first element 25 is said to be indirect.
  • the first evaporator 3 is in contact with the first element 25.
  • a wall of the first evaporator 3 is in contact with a wall of the first element 25.
  • a paste aimed at improving the heat transfer between the two walls can be arranged between these two walls. This paste avoids the presence of a layer of air between the two walls, which would limit heat transfer. The thermal coupling is thus said to be direct.
  • the second evaporator 4 is here thermally coupled with a second element 30 of a traction chain of a motor vehicle. In other words, the second evaporator 4 can exchange heat with the second element 30 of a traction chain of the motor vehicle.
  • the second element 30 of the vehicle's electric traction chain includes an electrical energy storage battery.
  • the battery can provide the energy needed to drive the vehicle.
  • the battery voltage can be between 400 volts and 800 volts.
  • the battery coupled to the second evaporator 4 can be the same battery as that coupled to the first evaporator 3.
  • the second evaporator 4 is thermally coupled with the second element 30 via a heat transfer liquid circulating in a second secondary loop 8 of heat transfer liquid.
  • the heat transfer liquid of the second secondary loop 8 can for example be a mixture of water and glycol.
  • the second element 30 of the vehicle's electric powertrain is configured to exchange heat with the second evaporator 4 via a heat-transfer liquid circulating in a second secondary loop 8 of heat-transfer liquid.
  • the thermal coupling is said to be indirect.
  • the second evaporator 4 is in contact with the second element 30.
  • a wall of the second evaporator 4 is in contact with a wall of the second element 30.
  • a paste aimed at improving the heat exchange between the two walls can be arranged between the two walls. The thermal coupling is said to be direct.
  • the second secondary loop 8 is here isolated from the first secondary loop 7 of coolant. In other words, the heat transfer liquid of the second secondary loop 8 cannot mix with the heat transfer liquid of the first secondary loop 7.
  • the first internal heat exchanger 5 comprises a first heat exchange section 5a arranged on the main loop A and a second heat exchange section 5b arranged on the first bypass branch B.
  • the first internal heat exchanger 5 is configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid in the first heat exchange section 5a and the refrigerant fluid in the second heat exchange section 5b.
  • the refrigerant circulating at high pressure in the main loop A can thus transfer heat to the refrigerant circulating at a lower pressure in the first bypass branch B, after expansion in the second expansion valve 42.
  • the first internal exchanger 5 is here a plate exchanger.
  • the first internal exchanger 5 thus offers good performance in terms of heat exchange, while being inexpensive to manufacture and compact.
  • the first compression device 1 and the second compression device 2 are two independent compressors.
  • the first compressor 1 and the second compressor 2 are controlled independently by the electronic control unit of the thermal conditioning system 100.
  • the rotation speed of the first compressor 1 and the rotation speed of the second compressor 2 can be different and vary independently, allowing for different bit rates and compression ratios.
  • the first compression device 1 is here an electric compressor, that is to say a compressor whose moving parts are driven by an electric motor.
  • the first compression device 1 comprises a suction side of the low pressure refrigerant fluid, also called inlet 1 a of the compression device 1, and a discharge side of the refrigerant fluid at a higher pressure, also called outlet 1 b of the first compression device. squeeze 1 .
  • the internal moving parts of the first compression device 1 cause the refrigerant fluid to pass from a low pressure on the inlet side 1a to a higher pressure on the outlet side 1b.
  • the second compression device 2 can operate in the same way as the first compression device 1.
  • the second compression device 2 comprises an input 2a and an output 2b.
  • the two compression devices 1, 2 are not necessarily identical. In particular, their cylinder capacity may be different.
  • the thermal conditioning system comprises a second bypass branch C connecting a third connection point 13 disposed on the main loop A downstream of the first compression device 1 and upstream from the second connection point 12 to a fourth connection point 14 arranged on the main loop A downstream from the second compression device 2 and upstream from the first heat exchanger 31.
  • the second bypass branch C is a branch bypass of the second compression device 2.
  • the refrigerant fluid leaving the first compression device 1 can join the main loop A downstream of the second compression device 2 without passing through the second compression device 2.
  • the thermal conditioning system comprises a third bypass branch D connecting a fifth connection point 15 arranged on the second bypass branch C to a sixth connection point 16 arranged on the main loop A in downstream of the first heat exchanger 31 and upstream of the first connection point 11.
  • the third bypass branch D is a bypass branch of the second compression device 2 and of the first heat exchanger 31 .
  • the refrigerant fluid leaving the first compression device 1 can join the main loop A downstream of the first heat exchanger 31 without passing through the second compression device 2 or through the first heat exchanger 31 .
  • the first compression device 1 and the second compression device 2 are respectively a first compression stage and a second compression stage of the same compressor.
  • the rotational speed of the first compression stage and the rotational speed of the second compression stage are linked.
  • the compressor includes a body containing the first compression stage and the second compression stage.
  • the body of the compressor comprises the second bypass branch C.
  • the body of the compressor comprises a portion of main loop A extending between the inlet 1a of the first compression device 1 and the fourth connection point 14.
  • the body of the compressor includes the second connection point 12.
  • the compressor body includes the fifth connection point 15.
  • the refrigerant circuit 10 comprises a first three-way valve 54 disposed jointly on the main loop A and on the first bypass branch B.
  • the second connection point 12 is part of the first three-way valve 54.
  • This three-way valve makes it possible to selectively establish the following connections: the three ways communicate with each other, or each channel is isolated from the other two channels, or two of the three channels communicate with each other while the third channel is isolated from these two other channels.
  • Other types of valves can be used to make the same fluidic connections. It is thus possible to use three separate stop valves 54a, 54b, 54c rather than a three-way valve 54. This alternative configuration is illustrated in the variant of FIG. 11.
  • the refrigerant circuit 10 comprises a second three-way valve 55 disposed jointly on the second bypass branch C and on the third bypass branch D.
  • the fifth connection point 15 is part of the second three-way valve 55.
  • this three-way valve makes it possible to selectively establish the following connections: the three channels communicate with each other, or each channel is isolated from the other two channels, or two of the three channels communicate with each other while that the third channel is isolated from these two other channels.
  • This alternative configuration corresponds to the variant of FIG. 11.
  • connection point 15 can be confused with the third connection point 13.
  • the main loop A successively includes a third expansion valve 43 and a second heat exchanger 32 configured to exchange heat with a second heat transfer fluid F2.
  • the second heat transfer fluid F2 is here a flow of air outside Fe in the passenger compartment of a motor vehicle.
  • the first heat exchanger 31 may not be present in the thermal conditioning system 100.
  • the second heat exchanger 32 is present without there being a first heat exchanger.
  • the main loop A does not include any heat exchanger between the outlet 2b of the second expansion device and the seventh connection point 17.
  • the third regulator 43 is arranged downstream of the fourth connection point 14.
  • the third regulator 43 is arranged downstream of the first heat exchanger 31 .
  • the third branch D connects a fifth connection point 15 arranged on the second branch C to a sixth connection point 16 arranged on the main loop A between the third expansion valve 43 and the second heat exchanger 32.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a fourth bypass branch E connecting a seventh connection point 17 disposed on the main loop A downstream of the fourth connection point 14 and in upstream of the sixth connection point 16 to an eighth connection point 18 disposed on the main loop A downstream of the second heat exchanger 32 and upstream of the first connection point 11.
  • the fourth bypass branch E is a bypass branch of the second heat exchanger 32 and of the third expansion device 43.
  • the refrigerant fluid circulating in the main loop A downstream of the second compression device 2 can, while circulating in the fourth bypass branch E, bypass the third expansion device 43 and the second heat exchanger 32.
  • the thermal conditioning system 100 also comprises a fifth bypass branch F connecting a ninth connection point 19 disposed on the first bypass branch B downstream of the second evaporator 4 to a tenth connection point 20 disposed on the main loop A downstream of the first internal exchanger 5 and upstream of the first expansion valve 41 .
  • the thermal conditioning system 100 may also include a sixth bypass branch G connecting an eleventh connection point 21 disposed on the main loop A downstream of the tenth connection point 20 and upstream of the first regulator 41 to a twelfth point connection 22 disposed on the main loop A downstream of the first evaporator 3 and upstream of the first compression device 1, the sixth bypass branch G comprising successively a fourth expander 44 and a third heat exchanger
  • the third heat exchanger 33 configured to exchange heat with an air flow Fi inside a passenger compartment of a motor vehicle.
  • the third heat exchanger 33 thus makes it possible to cool the passenger compartment of the vehicle.
  • the third heat exchanger 33 and the first heat exchanger 31 are both arranged in the heating, ventilation and/or air conditioning installation. In order to simplify the representation, the third heat exchanger 33 and the first heat exchanger 31 are not represented one beside the other. Two distinct arrows thus designate the same interior air flow Fi.
  • the thermal conditioning system 100 further comprises a seventh bypass branch H connecting a thirteenth connection point 23 disposed on the main loop A downstream of the second heat exchanger 32 and upstream of the eighth connection point 18 to a fourteenth connection point 24 arranged on the main loop A downstream of the twelfth connection point 22 and upstream of the first compression device 1.
  • This seventh bypass branch H makes it possible to ensure operation according to a so-called heat pump mode in which the heat rejected in the internal air flow Fi at the level of the first heat exchanger 31 is partly taken from the external air flow Fe at the level of the second heat exchanger 32.
  • connection point 24 can be confused with the twelfth connection point 22.
  • the main loop A comprises a fourth heat exchanger 34 disposed downstream of the second heat exchanger 32 and upstream of the first connection point 1 1 , the fourth heat exchanger
  • the thermal conditioning system also comprises a two-fluid heat exchanger 6 disposed jointly on the main refrigerant loop A downstream of the second heat exchanger 32 and upstream of the eighth connection point 18, and on an auxiliary loop 9 of liquid coolant in such a way as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the coolant liquid.
  • the two-fluid exchanger 6 is arranged upstream of the fourth heat exchanger 34 in the direction of circulation of the refrigerant fluid.
  • the two-fluid exchanger 6 can be present without the fourth heat exchanger 34 being present.
  • the fourth heat exchanger 34 can be present without the two-fluid exchanger 6 being present.
  • the auxiliary coolant loop 9 includes a fifth heat exchanger 35 configured to exchange heat with a flow of air Fe outside a passenger compartment of the vehicle.
  • the heat absorbed from the refrigerant fluid at the two-fluid heat exchanger 6 can thus be dissipated in the outside air flow Fe at the fifth exchanger 35.
  • the auxiliary coolant loop 9 comprises a pump 70 configured to circulate the liquid coolant.
  • the auxiliary loop 9 of heat transfer liquid is isolated from the first secondary loop 7 and from the second secondary loop 8.
  • the second heat exchanger 32 can operate, according to certain operating modes, as a condenser of the high pressure gaseous refrigerant fluid.
  • the two-fluid exchanger 6 arranged downstream of the second exchanger 32 can make it possible, depending on the operating conditions, to complete the condensation or to perform sub-cooling of the refrigerant fluid leaving the second exchanger 32.
  • the fourth heat exchanger 34 can ensure a sub-cooling of the refrigerant leaving the two-fluid heat exchanger 6.
  • the fourth heat exchanger 34 is arranged upstream of the fifth heat exchanger 35 in a direction of flow of the outside air flow Fe.
  • the fifth heat exchanger 35 is arranged upstream of the second heat exchanger. heat 32 according to a direction of flow of the flow of outside air Fe. In other words, the flow of outside air Fe crosses in order the fourth heat exchanger 34, then the fifth heat exchanger 35, then the second heat exchanger 32.
  • the fourth heat exchanger 34 thus receives an air flow which has not been heated by passing through another heat exchanger. heat. This arrangement is conducive to ensuring sub-cooling of the refrigerant fluid when the second exchanger 32 operates as a condenser for the gaseous refrigerant fluid at high pressure.
  • the main loop A comprises a coolant accumulation device 26 disposed downstream of the fourteenth connection point 24 and upstream of the first compression device 1.
  • Accumulation device 26 is a low pressure accumulator. This accumulator makes it possible to create a reserve of refrigerant fluid making it possible to compensate for variations in the quantity of refrigerant fluid circulating in the circuit 10.
  • the main loop A comprises a coolant accumulation device 26 'disposed downstream of the eighth connection point 18 and upstream of the first connection point 1 1 .
  • the accumulation device 26' is a dehydrating bottle.
  • the accumulator 26 is not present and the dehydrating bottle 26' is the only refrigerant accumulation device.
  • the main loop A comprises a second internal exchanger 28 disposed jointly on the main loop A downstream of the refrigerant accumulation device 26 and upstream of the first compression device 1, and on the main loop A downstream of the tenth connection point 20 and upstream of the eleventh connection point 21 .
  • the second internal exchanger 28 comprises a first heat exchange section 28a arranged on the main loop A between the tenth connection point 20 and the eleventh connection point 21 .
  • the second internal exchanger 28 comprises a second heat exchange section 28b arranged on the main loop A between the refrigerant fluid accumulation device 26 and the inlet 1a of the first compression device 1 .
  • the second internal exchanger 28 is configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid in the first heat exchange section 28a and the coolant in the second heat exchange section 28b.
  • the refrigerant circuit 10 comprises a third internal exchanger 29 disposed jointly on the main loop A downstream of the first connection point 1 1 and upstream of the first internal exchanger 5, and on the main loop A downstream of the second connection point 12 and upstream of the second compression device 2.
  • the third internal exchanger 29 comprises a first heat exchange section 29a disposed on the main loop A between the first connection point 1 1 and the first internal exchanger 5.
  • the third internal exchanger 29 comprises a second exchange section 29b disposed on the main loop A between the second connection point 12 and the inlet 2a of the compression device 2.
  • the third internal exchanger 29 is configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid in the first exchange section heat 29a and the coolant in the second heat exchange section 29b.
  • the dotted lines above the sign 29a indicate that the refrigerant fluid circulating in the first bypass branch B does not participate in the heat exchange in the third internal exchanger 29.
  • the third internal exchanger 29 can be present whereas the second internal exchanger 28 is not present, as is the case in FIG. 4.
  • the thermal conditioning system 100 can simultaneously comprise the first internal exchanger 5, the second internal exchanger 28 and the third internal exchanger 29. In order to simplify the figures, this configuration has not been shown.
  • the thermal conditioning system 100 further comprises an eighth bypass branch J connecting a fifteenth connection point 45 disposed on the main loop A downstream of the fourteenth connection point 24 and upstream of the first compression device 1 at a sixteenth connection point 46 arranged on the first bypass branch B downstream of the ninth connection point 19 and upstream of the second connection point 12.
  • the sixteenth connection point 46 can be confused with the second connection point 12.
  • This eighth bypass branch allows the low-pressure refrigerant at the outlet of the third heat exchanger 33 to be sucked in both by the first device compression device 1 and by the second compression device 2. Particularly effective cooling of the vehicle interior can thus be ensured.
  • the main loop A comprises a first shut-off valve 51 arranged between the first connection point 11 and the tenth connection point 20.
  • the first shut-off valve 51 is arranged between the first connection point 1 1 and the internal exchanger 5.
  • the fourth bypass branch E comprises a second stop valve 52.
  • the second stop valve 52 is arranged between the seventh connection point 17 and the eighth point connection 18.
  • the seventh bypass branch H also includes a third shut-off valve 53.
  • the third shut-off valve 53 is arranged between the thirteenth connection point 23 and the fourteenth connection point 24.
  • the first bypass branch B comprises a first non-return valve 61 configured to block circulation of the refrigerant fluid from the ninth connection point 19 to the second evaporator 4.
  • the fifth branch of branch F comprises a second non-return valve 62 configured to block circulation of the refrigerant fluid from the tenth connection point 20 to the ninth connection point 19.
  • the sixth bypass branch G comprises a third non-return valve 63 configured to block a circulation of the refrigerant fluid from the twelfth connection point 22 to the third heat exchanger 33.
  • the seventh bypass branch H also includes a fourth non-return valve 64 configured to block circulation of the refrigerant fluid from the fourteenth connection point 24 to the thirteenth connection point. connection 23. Non-return valves help to allow operation in various modes operating conditions, as will be detailed later.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a first housing 80 defining a receiving volume. A portion of main loop A extending between the third connection point 13 and the second connection point 12 is contained inside the first casing 80. A portion of the second branch C comprising the fifth connection point 15 is also contained inside the first housing 80. A portion of the third branch D comprising the fifth connection point 15 is also contained inside the first housing 80.
  • the first housing 80 defines a sealed volume to the refrigerant fluid.
  • the first casing 80 defines a closed volume in which part of the refrigerant circuit 10 is contained.
  • the first casing 80 and the portions of the refrigerant circulation circuit contained inside the first casing 80 form a first unitary module.
  • the first housing 80 has inlets/outlets 81, 81b, 82, 83, 84 of coolant fluid, each inlet/outlet allowing a fluid connection with a portion of the coolant circuit 10.
  • the inlet 81 allows a fluidic connection between the first casing 80 and the main loop portion A exiting from the first compression device 1.
  • the inlet 81b allows a fluidic connection between the first casing 80 and the first bypass branch portion B coming from the second evaporator 4
  • the outlet 82 allows a fluidic connection between the first casing 80 and the main loop portion A entering the second compression device 2.
  • the outlet 83 allows a fluidic connection between the first casing 80 and the third bypass branch D.
  • inlet/outlet 84 allows a fluidic connection between the first casing 80 and the second bypass branch C.
  • Three-way valves 54 and 55 are contained within first housing 80. When individual valves 54a, 54b, 54c and 55a, 55b, 55c are used instead of three-way valves, these individual valves are contained inside the first casing 80. [160] The grouping of several inputs / outputs and part of the refrigerant circuit 10 in the form of a first unitary module facilitates assembly, and allows the use of standardized components.
  • the thermal conditioning system 100 includes a second housing 85 defining a receiving volume.
  • the fourth bypass branch E, the third regulator 43 and a main loop portion A extending between the third regulator 43 and the seventh connection point 17 are contained inside the second housing 85.
  • the second regulator 42, the first shut-off valve 51, the internal exchanger 5 and a portion of main loop A extending between the eighth connection point 18 and the internal exchanger 5 are contained inside the second casing 85.
  • the second housing 85 and the components contained inside the second housing 85 form a second unitary module. Assembly is thus facilitated, since only four refrigerant fluid inlets/outlets need to be connected. The test is also facilitated, since this second unitary module can be tested before its integration into the thermal conditioning system.
  • the second housing 85 has inlets/outlets 86, 87, 88, 89, 90 of coolant fluid, each inlet/outlet allowing a fluid connection with a portion of the coolant circuit 10.
  • the inlet 86 allows a connection connection between the second casing 85 and the main loop portion A exiting from the first heat exchanger 31.
  • the outlet 87 allows a fluid connection between the second casing 85 and the portion of the first bypass branch B exiting from exiting from the second section exchanger 5b of the first internal exchanger 5.
  • the outlet 88 allows a fluidic connection between the second casing 85 and the main loop portion A exiting from the first heat exchange section 5a of the first internal exchanger 5.
  • the thermal conditioning system 100 can integrate the first unitary module and the second unitary module, as is the case in FIG. 2.
  • the thermal conditioning system 100 can also use discrete components not forming part of a unitary module, as is the case in the embodiments corresponding in particular to the other figures 2, 3, 4. According to variants not illustrated, the thermal conditioning system 100 can integrate a single unitary module, which can be either the first is the second unitary module.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system 100 as described previously, in a so-called mode of inactivation of the second evaporator 4. According to this method of operation, illustrated in FIG. :
  • the refrigerant is divided at the first connection point 1 1 into a first flow Q1 circulating in the first bypass branch B and a second flow Q2 circulating in the main loop A,
  • the first flow Q1 circulates successively in the second regulator 42 where it undergoes an expansion, in the first internal exchanger 5, in the second evaporator 4,
  • the second flow Q2 circulates in the first internal exchanger 5, and the first flow Q1 is in the state of superheated steam at the outlet of the first internal exchanger 5.
  • the first flow Q1 circulates in the second heat exchange section 5b of the first internal exchanger 5.
  • the second flow Q2 circulates in the first heat exchange section 5a of the first internal exchanger 5.
  • the refrigerant in outlet of the second heat exchange section 5b of the internal exchanger 5 is in the state of superheated steam.
  • Superheat means the difference between the actual temperature of the refrigerant fluid, which is at a given pressure, and the condensation temperature refrigerant corresponding to this given pressure. Zero superheat corresponds to saturated steam. When the superheat is positive, the refrigerant is entirely in vapor form.
  • the superheating of the refrigerant fluid at the outlet of the second heat exchange section 5b is for example between 5°C and 10°C.
  • the second evaporator 4 is supplied with refrigerant in the form of superheated vapor.
  • the heat exchange in the second evaporator 4 is negligible under these conditions.
  • This mode of operation makes it possible to minimize the enthalpy of the refrigerant fluid at the outlet of the first heat exchange section 5a of the internal exchanger 5, without carrying out any heat exchange in the second evaporator 4.
  • the cooling capacity of the system thermal conditioning 100 is then maximized, and can be distributed between the first evaporator 3 and the third heat exchanger 33.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system 100 as described above, in a so-called passenger compartment heating mode with energy recovery. According to this method of operation, illustrated in Figure 7:
  • a second flow Q2 of refrigerant fluid at intermediate pressure circulates in the first bypass branch B and joins the first flow Q1, forming a total flow Q of refrigerant fluid at intermediate pressure
  • the third flow Q3 circulates successively in the second regulator 42 where it passes at intermediate pressure, in the first exchanger internal 5, in the second evaporator 4 where it absorbs heat, and joins the first flow Q1 of refrigerant fluid circulating in the main loop A at the outlet of the first compression device 1,
  • the fourth flow Q4 circulates in the first internal exchanger 5, in the first expansion valve 41 where it passes at low pressure, in the first evaporator 3 where it absorbs heat, and joins the first compression device 1 .
  • the flow through the second compression device 2 is greater than the flow through the first compression device 1.
  • the total flow Q of high-pressure refrigerant fluid is divided at the level of the first connection point 11, thus forming a third flow Q3 and a fourth flow Q4.
  • the third flow Q3 circulates successively in the second expansion valve 42 then in the second heat exchange section 5b of the first internal exchanger 5.
  • the fourth flow Q4 circulates in the first heat exchange section 5a of the first internal exchanger 5, then in the first expansion valve 41 and the first evaporator 3.
  • the third flow Q3 is equal to the second flow Q2 when the conditioning system is in steady state.
  • the fourth flow Q4 is equal to the first flow Q1 when the conditioning system is in steady state.
  • flow rate is meant here a mass flow rate.
  • Steady state means that the thermal conditioning system has reached a state of thermodynamic equilibrium.
  • the third regulator 43 is in the closed position, and blocks the circulation of refrigerant fluid downstream of the seventh connection point 17.
  • the fourth regulator 44 is also closed.
  • the non-return valve 62 prevents a circulation of refrigerant fluid from the tenth connection point 20 to the ninth connection point 19.
  • This mode of operation makes it possible to heat the passenger compartment by dissipating the heat of the refrigerant fluid circulating successively in the two compression devices 1, 2 in the interior air flow Fi.
  • the thermodynamic cycle is completed by absorbing heat at the level of the first evaporator 3 and the second evaporator 4. This heat is recovered respectively from the first element 25 and from the second element 30 of the traction chain.
  • the distribution between the heat absorbed at the level of the first evaporator 3 and the heat absorbed at the level of the second evaporator 4 is carried out by adjusting the speed of rotation of the first compression device 1 and of the second compression device 2. This mode makes it possible to obtain a high heating power without having recourse to an additional heating device.
  • the use of two compressors as well as the division of the total flow Q into a first flow Q3 and a flow Q4 makes it possible to maximize the quantity of heat transferred at the level of the first heat exchanger 31.
  • the separation of the flows upstream of the first internal exchanger 5 makes it possible to maximize the variation in enthalpy of the refrigerant fluid when the latter passes through the first evaporator 3.
  • the recovery of the energy from the first element 25 of the traction chain can thus be particularly effective.
  • the efficiency of the energy recovery makes it possible not to use an additional heating device.
  • Figure 8 describes another mode of operation of the thermal conditioning system 100. According to this method of operating a thermal conditioning system 100 as described previously, in a so-called cabin cooling and powertrain cooling mode:
  • a first low-pressure refrigerant flow Q1 circulates in the first compression device 1 where it passes to intermediate pressure, then circulates successively in the second bypass branch C,
  • a second flow Q2 of refrigerant circulates successively in the second compression device 2 where it passes at intermediate pressure and in the second bypass branch C, and joins the first flow Q1, forming a total flow Q of refrigerant at intermediate pressure ,
  • the total flow Q of refrigerant fluid at intermediate pressure circulates successively in the third bypass branch D, in the second heat exchanger 32 where it yields heat to the external air flow Fe, is divided into a third circulating flow Q3 in the first bypass branch B and a fourth flow Q4 circulating in the main loop A
  • the third flow Q3 circulates successively in the second expansion valve 42 where it undergoes expansion, in the second heat exchange section 5b of the first internal exchanger 5 , in the second evaporator 4 where it absorbs heat
  • the fourth flow Q4 circulates successively in the first heat exchange section 5a of the first internal exchanger 5, in the fourth expansion valve 44 where it passes at low pressure, into the third heat exchanger 33 where it absorbs heat from the interior air flow Fi.
  • the first flow Q1 generated by the first compression device 1 joins, at the level of the fifth connection point 15, the second flow Q2 generated by the second compression device 2.
  • the flow of refrigerant fluid circulating in the main loop A downstream of the fourth connection point 14 is zero, since the second shut-off valve 52 and the third regulator 43 are both in the closed position.
  • the total flow Q of coolant is divided at the first connection point 11, thus forming the third flow Q3 and the fourth flow Q4.
  • the third flow Q3 circulates successively in the second expansion valve 42 then in the second heat exchange section 5b of the first internal exchanger 5.
  • the fourth flow Q4 circulates successively in the first heat exchange section 5a of the first internal exchanger 5, then in the fourth expansion valve 44.
  • the third flow Q3 is equal to the second flow Q2 in steady state.
  • the fourth rate Q4 is equal to the first rate Q1 in steady state.
  • the first expansion valve 41 is in the closed position and the non-return valve 62 prevents circulation of refrigerant fluid from the tenth connection point 20 to the ninth connection point 19.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system 100 as described above, in a so-called battery heating and energy recovery mode. According to this method of operation, illustrated in Figure 9:
  • the low-pressure refrigerant circulates successively in the first compression device 1 where it passes at an intermediate pressure, in the second compression device 2 where it passes at high pressure, in the first heat exchanger 31, in the fourth bypass branch E, in the first bypass branch B, in the second expansion valve 42, in the second evaporator 4 where it transfers heat, in the fifth bypass branch F, in the first expansion valve 41 where it passes to low pressure, in the first evaporator 3 where it absorbs heat, and joins the first compression device 1.
  • the refrigerant fluid successively passes through the first 1 and the second 2 compression device which are then arranged in series.
  • the high-pressure refrigerant fluid passes through the second expansion valve 42 without undergoing expansion, which means that the refrigerant fluid reaches the second evaporator 4 in a state of high temperature and high pressure.
  • the high-pressure refrigerant fluid thus transfers heat to the second element 30 of the transmission chain.
  • the refrigerant fluid leaving the second evaporator 4 cannot join the inlet of the second compression device 2, because at the second connection point 12 the circulation of the refrigerant fluid coming from the first bypass branch B is blocked.
  • the refrigerant fluid therefore travels through the fifth bypass branch F and joins the main loop A at the level of the tenth connection point 20.
  • the refrigerant fluid is expanded in the first expansion device 41, and absorbs heat from the first element 25 of the traction chain at the level of the first evaporator 3.
  • the refrigerant fluid then joins the accumulator 26 then the inlet 1a of the first compression device 1 .
  • the first shut-off valve 51 is closed, as are the third regulator 43, the fourth regulator 44 and the third shut-off valve 53.
  • Heating of the second element 30 of the traction chain can thus be ensured. Part of the heat transferred to the second element 30 comes from the heat taken from the first element 25 of the traction chain. For example, the battery 30 can be heated while recovering the heat given off by the electronic module 25, which minimizes the energy expended.
  • FIG. 10 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described above, in a so-called accelerated cooling mode. According to this method of operation:
  • a flow Q of low-pressure refrigerant is divided between a first flow Q1 and a second flow Q2,
  • the second flow Q2 circulates in the second compression device 2 where it passes to an intermediate pressure, circulates in the second bypass branch C and joins the first flow Q1, forming a flow Q of refrigerant fluid at intermediate pressure, the flow Q circulates in the third bypass branch D, joins the main loop A, circulates successively in the second heat exchanger 32 where it yields heat to the external air flow Fe, in the fourth expansion device 44 where it switches to low pressure, in the third heat exchanger 33 where it absorbs heat from the interior air flow Fi.
  • a flow Q of low-pressure refrigerant circulates successively in the first compression device 1 where it passes at an intermediate pressure, in the second compression device 2 where it passes at high pressure, in the first heat exchanger 31 where it passes transfers heat to the internal air flow Fi, in the third regulator 43 where it passes at low pressure, in the second heat exchanger 32 where it absorbs heat from the external air flow Fe, in the seventh bypass branch H, and joins the first compression device 1.
  • dehumidification operating modes in which the interior air flow Fi is cooled at the level of its passage through the third exchanger 33 and heated at the level of the first exchanger 31 are possible.
  • the two compression devices are active simultaneously, with a series circulation of the refrigerant fluid through the two compression devices.
  • another mode of dehumidification only the first compression device 1 is in operation and no flow of refrigerant fluid passes through the second compression device.

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Abstract

Système de conditionnement thermique (100) comportant un circuit (1) de fluide réfrigérant comportant: • - Une boucle principale (A) comprenant successivement : • -- un premier dispositif de compression (1), • -- un deuxième dispositif de compression (2), • -- un premier échangeur de chaleur (31) configuré pour échanger de la chaleur avec un fluide caloporteur (F1), • -- un premier détendeur (41), • -- un premier évaporateur (3), • - Une première branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement (11) disposé sur la boucle principale (A) entre le premier échangeur (31) et le premier détendeur (41) à un deuxième point de raccordement (12) disposé sur la boucle principale (A) entre le premier dispositif de compression (1) et le deuxième dispositif de compression (2), la première branche de dérivation (B) comportant un deuxième détendeur (42) et un deuxième évaporateur (4), • - un échangeur de chaleur interne (5) disposé conjointement sur la boucle principale (A) entre le premier point de raccordement (11) et le premier détendeur (41), et sur la première branche de dérivation (B) entre le deuxième détendeur (42) et le deuxième évaporateur (4).

Description

SYSTÈME DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE
Domaine technique
[1] La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique. De tels systèmes peuvent par exemple équiper des véhicules automobiles. Ces systèmes permettent d’assurer une régulation thermique de différents organes du véhicule, comme par exemple l’habitacle ou une batterie de stockage d’énergie électrique, lorsque le véhicule est à propulsion électrique. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant circulant dans un circuit dans lequel sont disposés plusieurs échangeurs de chaleur.
Technique antérieure
[2] Il est bien connu, dans le cas d’un véhicule à propulsion électrique, de refroidir un ou plusieurs éléments de la chaîne de traction électrique. En particulier, il est souhaitable de refroidir la batterie de stockage d’énergie électrique afin de la maintenir dans une plage de température favorable à son fonctionnement. Un tel refroidissement est assuré grâce à un échangeur de chaleur fonctionnant en évaporateur de fluide réfrigérant, et couplé thermiquement avec la batterie. Le débit de fluide réfrigérant nécessaire est en général fourni par un compresseur unique. La volonté de réduire la durée de charge de la batterie conduit à utiliser des puissances électriques de charge de plus en plus élevées, ce qui augmente aussi le besoin en puissance de refroidissement à fournir. Un compresseur unique peut devenir insuffisant pour assurer un débit de fluide réfrigérant adéquat. Des applications faisant appel à deux compresseurs distincts ont ainsi été développées. L’une d’entre elles est décrite dans le brevet FR3075705.
[3] Il est par ailleurs classique de réaliser le chauffage de l’habitacle du véhicule en condensant le fluide réfrigérant à haute pression dans un échangeur de chaleur traversé par un flux d’air alimentant l’habitacle. Un dispositif de chauffage électrique additionnel est fréquemment utilisé en complément, afin d’accélérer le chauffage par ambiance froide, notamment lorsque la température ambiante est négative. Un tel dispositif de chauffage additionnel présente les inconvénients d’augmenter le cout, l’encombrement et le poids du système. [4] Il existe donc un besoin de disposer d’un système de conditionnement thermique capable de fournir une puissance de refroidissement batterie plus élevée que celle des systèmes existants, tout en étant également capable d’assurer le chauffage de l’habitacle du véhicule avec un faible temps de réponse sans utiliser de dispositif de chauffage additionnel. Il est également souhaitable de disposer de modes de fonctionnement permettant de diminuer la consommation énergétique du système, en adaptant aux conditions de fonctionnement la récupération de la chaleur des différentes sources de chaleur disponibles.
Résumé
[5] A cette fin, la présente invention propose Système de conditionnement thermique comportant 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 circulation du fluide réfrigérant:
-- un premier dispositif de compression ,
-- un deuxième dispositif de compression ,
-- un premier échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur ,
-- un premier détendeur ,
-- un premier évaporateur ,
Une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du premier détendeur à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier dispositif de compression et en amont du deuxième dispositif de compression, la première branche de dérivation comportant successivement un deuxième détendeur et un deuxième évaporateur , un premier échangeur interne disposé conjointement sur la boucle principale en aval du premier point de raccordement et en amont du premier détendeur, et sur la première branche de dérivation en aval du deuxième détendeur et en amont du deuxième évaporateur.
[6] Cette architecture de circuit, associant deux dispositifs de compression et d’au moins deux évaporateurs, permet de fournir une puissance maximale de refroidissement élevée en tout permettant une bonne efficacité énergétique sur une large plage de puissance de fonctionnement.
[7] Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
[8] Le système de conditionnement thermique est configuré pour fonctionner au moins selon un mode dans lequel le fluide réfrigérant circulant dans la première branche de dérivation est à l’état de vapeur surchauffée en sortie du premier échangeur interne.
[9] Le deuxième évaporateur est ainsi rendu inactif, c’est-à-dire que même si un débit de fluide réfrigérant parcourt le deuxième évaporateur, ce débit de fluide réfrigérant ne subit pas de transfert thermique, ou au plus un transfert thermique négligeable par rapport à la capacité nominale du deuxième évaporateur. Ce mode de fonctionnement permet d’optimiser le fonctionnement du système de conditionnement thermique dans certaines conditions de fonctionnement. Par exemple, ce mode de fonctionnement permet de diminuer l’enthalpie à l’entrée du premier évaporateur et permet d’augmenter l’échange thermique dans le premier évaporateur.
[10] Le deuxième détendeur est contrôlé par une mesure en sortie du premier échangeur interne d’une surchauffe du fluide réfrigérant circulant dans la première branche de dérivation.
[11] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique est un système de conditionnement thermique d’un véhicule automobile.
[12] Selon un mode de réalisation, le premier fluide caloporteur est un flux d’air intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile.
[13] En variante, le premier fluide caloporteur est un flux d’air extérieur à un habitacle d’un véhicule automobile.
[14] Selon un exemple de réalisation, le premier évaporateur est couplé thermiquement avec un premier élément d’une chaîne de traction d’un véhicule automobile. [15] Le premier élément de la chaîne de traction électrique comprend par exemple un moteur électrique de traction du véhicule.
[16] Le premier élément de la chaîne de traction électrique du véhicule peut également comprendre un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule.
[17] Selon une mise en oeuvre possible, le premier évaporateur est couplé thermiquement avec le premier élément par l’intermédiaire d’un liquide caloporteur circulant dans une première boucle secondaire de liquide caloporteur.
[18] Selon une autre mise en oeuvre possible, le premier évaporateur est en contact avec le premier élément.
[19] Selon un exemple de réalisation, le deuxième évaporateur est couplé thermiquement avec un deuxième élément d’une chaîne de traction d’un véhicule automobile.
[20] Par exemple, le deuxième élément de la chaîne de traction électrique du véhicule comprend une batterie de stockage d’énergie électrique.
[21] La batterie peut fournir l’énergie nécessaire à la traction du véhicule.
[22] Selon un exemple de mise en oeuvre de l’invention, le deuxième évaporateur est couplé thermiquement avec le deuxième élément par l’intermédiaire d’un liquide caloporteur circulant dans une deuxième boucle secondaire de liquide caloporteur.
[23] Selon une variante de réalisation, le deuxième évaporateur est en contact avec le deuxième élément.
[24] La deuxième boucle secondaire est isolée de la première boucle secondaire de liquide caloporteur.
[25] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier dispositif de compression et en amont du deuxième point de raccordement à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième dispositif de compression et en amont du premier échangeur de chaleur. [26] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une troisième branche de dérivation reliant un cinquième point de raccordement disposé sur la deuxième branche de dérivation à un sixième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du premier point de raccordement.
[27] Selon un mode de réalisation, le circuit de fluide réfrigérant comprend une première vanne trois voies disposée conjointement sur la boucle principale et sur la première branche de dérivation.
[28] Selon un mode de réalisation, le circuit de fluide réfrigérant comprend une deuxième vanne trois voies disposée conjointement sur la deuxième branche de dérivation et sur la troisième branche de dérivation.
[29] Le cinquième point de raccordement peut être confondu avec le troisième point de raccordement.
[30] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle principale comporte successivement un troisième détendeur et deuxième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième fluide caloporteur.
[31] Le deuxième fluide caloporteur est un flux d’air extérieur à un habitacle d’un véhicule automobile.
[32] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une troisième branche de dérivation reliant un cinquième point de raccordement disposé sur la deuxième branche de dérivation à un sixième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le troisième détendeur et le deuxième échangeur de chaleur.
[33] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une quatrième branche de dérivation reliant un septième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du quatrième point de raccordement et en amont du sixième point de raccordement à un huitième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième échangeur de chaleur et en amont du premier point de raccordement. [34] Le système de conditionnement thermique peut comporter une cinquième branche de dérivation reliant un neuvième point de raccordement disposé sur la première branche de dérivation en aval du deuxième évaporateur à un dixième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur interne et en amont du premier détendeur.
[35] Le système de conditionnement thermique peut également comporter une sixième branche de dérivation reliant un onzième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du dixième point de raccordement et en amont du premier détendeur à un douzième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier évaporateur et en amont du premier dispositif de compression, la sixième branche de dérivation comprenant successivement un quatrième détendeur et un troisième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile.
[36] Le système de conditionnement thermique peut en outre comporter une septième branche de dérivation reliant un treizième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième échangeur de chaleur et en amont du huitième point de raccordement à un quatorzième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du douzième point de raccordement et en amont du premier dispositif de compression.
[37] Le quatorzième point de raccordement peut être confondu avec le douzième point de raccordement.
[38] Selon un mode de réalisation, la boucle principale comporte un quatrième échangeur de chaleur disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur et en amont du premier point de raccordement, le quatrième échangeur de chaleur étant configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule.
[39] En variante ou de manière complémentaire, le système de conditionnement thermique comporte un échangeur bifluide disposé conjointement sur la boucle principale de fluide réfrigérant en aval du deuxième échangeur de chaleur et en amont du huitième point de raccordement, et sur une boucle auxiliaire de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur.
[40] L’échangeur bifluide est disposé en amont du quatrième échangeur de chaleur selon le sens de circulation du fluide réfrigérant.
[41] La boucle auxiliaire de liquide caloporteur comporte un cinquième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule.
[42] De préférence, le quatrième échangeur de chaleur est disposé en amont du cinquième échangeur de chaleur selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur.
[43] De préférence encore, le cinquième échangeur de chaleur est disposé en amont du deuxième échangeur de chaleur selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur.
[44] Selon un exemple de mise en oeuvre, la boucle principale comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé en aval du quatorzième point de raccordement et en amont du premier dispositif de compression.
[45] En variante, la boucle principale comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé en aval du huitième point de raccordement et en amont du premier point de raccordement.
[46] Selon un mode de réalisation, la boucle principale comporte un deuxième échangeur interne disposé conjointement sur la boucle principale en aval du dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant et en amont du premier dispositif de compression, et sur la boucle principale en aval du dixième point de raccordement et en amont du onzième point de raccordement.
[47] Selon un mode de réalisation, le circuit de fluide réfrigérant comporte un troisième échangeur interne disposé conjointement sur la boucle principale en aval du premier point de raccordement et en amont du premier échangeur interne, et sur la boucle principale en aval du deuxième point de raccordement et en amont du deuxième dispositif de compression.
[48] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte en outre une huitième branche de dérivation reliant un quinzième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du quatorzième point de raccordement et en amont du premier dispositif de compression à un seizième point de raccordement disposé sur la première branche de dérivation en aval du neuvième point de raccordement et en amont du deuxième point de raccordement.
[49] Selon un mode de réalisation, la boucle principale A comporte une première vanne d’arrêt disposée entre le premier point de raccordement et le dixième point de raccordement.
[50] De même, la quatrième branche de dérivation comporte une deuxième vanne d’arrêt.
[51] De même, la septième branche de dérivation comporte une troisième vanne d’arrêt.
[52] Selon un mode de réalisation, la première branche de dérivation B comporte un premier clapet anti-retour configuré pour bloquer une circulation du fluide réfrigérant du neuvième point de raccordement vers le deuxième évaporateur.
[53] De même, la cinquième branche de dérivation comporte un deuxième clapet anti-retour configuré pour bloquer une circulation du fluide réfrigérant du dixième point de raccordement vers le neuvième point de raccordement.
[54] La sixième branche de dérivation comporte également un troisième clapet antiretour configuré pour bloquer une circulation du fluide réfrigérant du douzième point de raccordement vers le troisième échangeur de chaleur.
[55] La septième branche de dérivation comporte aussi un quatrième clapet antiretour configuré pour bloquer une circulation du fluide réfrigérant du quatorzième point de raccordement vers le treizième point de raccordement.
[56] Selon une mise en oeuvre de l’invention, le premier échangeur interne est un échangeur à plaques.
[57] Ce type d’échangeur offre de bonnes performances en termes d’échanges thermiques, en particulier pour la gamme de puissance thermique correspondant à un échangeur interne. De plus, ce type d’échangeur est peu onéreux à fabriquer et d’une forme compacte permettant une intégration aisée. [58] Selon un mode de réalisation préférentiel, le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression sont deux compresseurs indépendants.
[59] Selon un autre mode de réalisation, le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression sont respectivement un premier étage de compression et un deuxième étage de compression d’un même compresseur.
[60] Le compresseur comprend un corps contenant le premier étage de compression et le deuxième étage de compression.
[61] Le corps du compresseur comprend la deuxième branche de dérivation.
[62] Le corps du compresseur comprend une portion de boucle principale s’étendant entre l’entrée du premier dispositif de compression et le quatrième point de raccordement.
[63] Le corps du compresseur comprend le deuxième point de raccordement. De même, le corps du compresseur comprend le cinquième point de raccordement.
[64] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comprend un premier carter définissant un volume de réception. Une portion de boucle principale s’étendant entre le troisième point de raccordement et le deuxième point de raccordement est contenue à l’intérieur du premier carter. Une portion de la deuxième branche de dérivation comprenant le cinquième point de raccordement est aussi contenue à l’intérieur du premier carter. Une portion de la troisième branche de dérivation comprenant le cinquième point de raccordement est également contenue à l’intérieur du premier carter.
[65] Le premier carter comporte des entrée/sorties de fluide réfrigérant, chaque entrée/sortie permettant une connexion fluidique avec une portion du circuit de fluide réfrigérant.
[66] En variante, ou de manière complémentaire, le système de conditionnement thermique comprend un deuxième carter définissant un volume de réception. La quatrième branche de dérivation, le troisième détendeur et une portion de boucle principale s’étendant entre le troisième détendeur et le septième point de raccordement sont contenus à l’intérieur du deuxième carter. De même, le deuxième détendeur, la première vanne d’arrêt, l’échangeur interne et une portion de boucle principale s’étendant entre le huitième point de raccordement et l’échangeur interne sont contenus à l’intérieur du deuxième carter.
[67] Le deuxième carter comporte des entrée/sorties de fluide réfrigérant, chaque entrée/sortie permettant une connexion fluidique avec une portion du circuit de fluide réfrigérant.
[68] L’ invention se rapporte également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit d’inactivation du deuxième évaporateur, dans lequel :
- le fluide réfrigérant se divise au premier point de raccordement en un premier débit circulant dans la première branche de dérivation et un deuxième débit circulant dans la boucle principale ,
- le premier débit circule successivement dans le deuxième détendeur où il subit une détente, dans le premier échangeur interne, dans le deuxième évaporateur ,
- le deuxième débit circule dans le premier échangeur interne, et dans lequel le premier débit est dans l’état de vapeur surchauffée en sortie du premier échangeur interne.
[69] Ainsi, le deuxième évaporateur est alimenté en vapeur surchauffée. L’échange thermique dans le deuxième évaporateur est négligeable dans ces conditions. Ce mode de fonctionnement permet de minimiser l’enthalpie du fluide réfrigérant en sortie de la section d’échange thermique de l’échangeur interne disposée sur la boucle principale, sans effectuer d’échange de chaleur dans le deuxième évaporateur. La capacité de refroidissement du système est alors maximisée, et peut être répartie entre le premier évaporateur et le troisième échangeur de chaleur.
[70] L’ invention concerne aussi un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de chauffage habitacle avec récupération d’énergie, dans lequel :
- un premier débit de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le premier dispositif de compression où il passe à une pression intermédiaire,
- un deuxième débit de fluide réfrigérant à pression intermédiaire circule dans la première branche de dérivation et rejoint le premier débit, formant un débit total de fluide réfrigérant à pression intermédiaire,
- le débit total de fluide réfrigérant à pression intermédiaire circule dans le deuxième dispositif de compression où il passe à haute pression, dans le premier échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur, dans la quatrième branche de dérivation,
- se divise en un troisième débit circulant dans la première branche de dérivation et un quatrième débit circulant dans la boucle principale, le troisième débit circule successivement dans le deuxième détendeur où il passe à pression intermédiaire, dans le premier échangeur interne, dans le deuxième évaporateur où il absorbe de la chaleur, et rejoint le premier débit de fluide réfrigérant circulant dans la boucle principale en sortie du premier dispositif de compression,
- le quatrième débit circule dans le premier échangeur interne, dans le premier détendeur où il passe à basse pression, dans le premier évaporateur où il absorbe de la chaleur, et rejoint le premier dispositif de compression.
[71] Ce mode de fonctionnement permet d’assurer un chauffage de l’habitacle en dissipant dans le flux d’air intérieur la chaleur du fluide réfrigérant circulant successivement dans les deux dispositifs de compression. Le cycle thermodynamique est bouclé en absorbant de la chaleur au niveau du premier évaporateur et du deuxième évaporateur. Cette chaleur est récupérée respectivement du premier élément et du deuxième élément. La répartition entre la chaleur absorbée au niveau du premier évaporateur et la chaleur absorbée au niveau du deuxième évaporateur est réalisée en ajustant le régime de rotation du premier dispositif de compression et du deuxième dispositif de compression. Ce mode permet d’obtenir une puissance de chauffage élevée sans avoir recours à un dispositif de chauffage additionnel.
[72] L’ invention se rapporte aussi à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de refroidissement habitacle et refroidissement groupe motopropulseur, dans lequel :
- un premier débit de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le premier dispositif de compression où il passe à pression intermédiaire, puis circule successivement dans la deuxième branche de dérivation ,
- un deuxième débit de fluide réfrigérant circule successivement dans le deuxième dispositif de compression où il passe à pression intermédiaire et dans la deuxième branche de dérivation, et rejoint le premier débit, formant un débit total de fluide réfrigérant à pression intermédiaire,
- le débit total de fluide réfrigérant à pression intermédiaire circule successivement dans la troisième branche de dérivation, dans le deuxième échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur , se divise en un troisième débit circulant dans la première branche de dérivation et un quatrième débit circulant dans la boucle principale , le troisième débit circule successivement dans le deuxième détendeur où il subit une détente, dans la deuxième section d’échange thermique du premier échangeur interne, dans le deuxième évaporateur où il absorbe de la chaleur, le quatrième débit circule successivement dans la première section d’échange thermique du premier échangeur interne, dans le quatrième détendeur où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur où il absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur.
[73] L’ invention se rapporte aussi à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de chauffage batterie et récupération d’énergie dans lequel :
- un débit le fluide réfrigérant à basse pression circule successivement dans le premier dispositif de compression où il passe à une pression intermédiaire, dans le deuxième dispositif de compression où il passe à haute pression, dans le premier échangeur de chaleur, dans la quatrième branche de dérivation, dans la première branche de dérivation, dans le deuxième détendeur, dans le deuxième évaporateur où il cède de la chaleur, dans la cinquième branche de dérivation, dans le premier détendeur où il passe à basse pression, dans le premier évaporateur où il absorbe de la chaleur, et rejoint le premier dispositif de compression.
[74] Un chauffage du deuxième élément de la chaîne de traction peut ainsi être assuré. Une partie de la chaleur cédée au deuxième élément provient de la chaleur prélevée au premier élément de la chaîne de traction. Par exemple, la batterie peut être chauffée tout en récupérant la chaleur dégagée par le module électronique, ce qui minimise l’énergie dépensée.
[75] En variante, le débit de fluide réfrigérant à basse pression circule successivement dans le premier dispositif de compression où il passe à haute pression, dans la deuxième branche de dérivation, dans le premier échangeur de chaleur. Le reste du parcours est identique. Selon cette variante du mode dit de chauffage batterie et récupération d’énergie, seul le premier dispositif de compression fonctionne. Le deuxième dispositif de compression ne fonctionne pas, et est contourné par le fluide réfrigérant à haute pression.
[76] L’ invention concerne aussi un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de refroidissement accéléré, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant à basse pression se divise entre un premier débit et un deuxième débit,
- le premier débit circule dans le premier dispositif de compression où il passe à une pression intermédiaire,
- le deuxième débit circule dans le deuxième dispositif de compression où il passe à une pression intermédiaire, circule dans la deuxième branche de dérivation et rejoint le premier débit, formant un débit de fluide réfrigérant à pression intermédiaire, le débit circule dans la troisième branche de dérivation, rejoint la boucle principale, circule successivement dans le deuxième échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur, dans le quatrième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur où il absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur.
Brève description des dessins
[77] 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 :
[78] [Fig. 1 ] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention,
[79] [Fig. 2] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
[80] [Fig. 3] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un troisième mode de réalisation de l’invention, [81] [Fig. 4] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un quatrième mode de réalisation de l’invention,
[82] [Fig. 5] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un cinquième mode de réalisation de l’invention
[83] [Fig. 6] est une vue schématique du système de conditionnement thermique selon le premier mode de réalisation, fonctionnant suivant un premier mode de fonctionnement, dit mode dit d’inactivation du deuxième évaporateur,
[84] [Fig. 7] est une vue schématique du système de conditionnement thermique selon le premier mode de réalisation, fonctionnant suivant un deuxième mode de fonctionnement, dit mode dit de chauffage habitacle avec récupération d’énergie,
[85] [Fig. 8] est une vue schématique du système de conditionnement thermique selon le premier mode de réalisation, fonctionnant suivant un troisième mode de fonctionnement, mode dit de refroidissement habitacle et refroidissement groupe motopropulseur,
[86] [Fig. 9] est une vue schématique du système de conditionnement thermique selon le premier mode de réalisation, fonctionnant suivant un quatrième mode de fonctionnement, dit mode de chauffage batterie et récupération d’énergie,
[87] [Fig. 10] est une vue schématique du système de conditionnement thermique selon le cinquième mode de réalisation, fonctionnant suivant un mode de fonctionnement, dit mode de refroidissement accéléré,
[88] [Fig. 11] est une vue schématique d’une variante du système de conditionnement thermique de la figure 1 .
Description des modes de réalisation
[89] 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.
[90] 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.
[91] 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.
[92] 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.
[93] Une unité électronique de contrôle, non représentée sur les figures, reçoit des informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit. 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 peut aussi recevoir des consignes provenant d’autres sous-systèmes électroniques, comme par exemple le système de gestion des batteries de stockage d’énergie électrique. L’unité électronique de contrôle met en oeuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 100 de façon à assurer les consignes reçues. [94] 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.
[95] Le circuit de fluide réfrigérant 10 forme un circuit fermé dans lequel peut circuler le fluide réfrigérant. Le circuit de fluide réfrigérant 10 est étanche lorsque celui-ci est dans un état nominal de fonctionnement, c’est-à-dire sans défaut ou fuite. Chaque point de raccordement du circuit 10 permet au fluide réfrigérant de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit se rejoignant à ce point de raccordement. La répartition du fluide réfrigérant entre les portions de circuit se rejoignant en un point de raccordement se fait en jouant sur l’ouverture ou la fermeture des vannes d’arrêt, clapets anti-retour ou dispositifs de détente compris sur chacune des branches. Autrement dit, chaque point de raccordement est un moyen de redirection du fluide réfrigérant arrivant à ce point de raccordement.
[96] Diverses vannes d’arrêt et clapets antiretour permettent ainsi de diriger sélectivement le fluide réfrigérant dans les différentes branches du circuit de réfrigérant, afin d’assurer différents modes de fonctionnement, comme il sera décrit ultérieurement. Par exemple, la deuxième vanne d’arrêt 52 est configurée pour sélectivement autoriser ou interdire le passage du fluide réfrigérant dans la quatrième branche de dérivation E. Un clapet anti-retour est un organe passif, c’est- à-dire qu’aucune commande électrique n’est nécessaire. Une vanne d’arrêt est commandée électriquement.
[97] Le fluide réfrigérant utilisé par le circuit de fluide réfrigérant 10 est ici un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants peuvent aussi être employés à la place, comme par exemple le R134a, ou le R744.
[98] On a représenté sur la figure 1 un système de conditionnement thermique 100 suivant un premier mode de réalisation. Sur l’exemple illustré, le système de conditionnement thermique 100 est un système de conditionnement thermique d’un véhicule automobile. [99] Le système de conditionnement thermique 100 comporte un circuit de fluide réfrigérant 10 configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant 10 comportant:
Une boucle principale A comprenant successivement selon le sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un premier dispositif de compression 1 ,
-- un deuxième dispositif de compression 2,
-- un premier échangeur de chaleur 31 configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur F1 ,
-- un premier détendeur 41 ,
-- un premier évaporateur 3,
Une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement 1 1 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur de chaleur 31 et en amont du premier détendeur 41 à un deuxième point de raccordement 12 disposé sur la boucle principale A en aval du premier dispositif de compression 1 et en amont du deuxième dispositif de compression 2, la première branche de dérivation B comportant successivement un deuxième détendeur 42 et un deuxième évaporateur 4, un premier échangeur interne 5 disposé conjointement sur la boucle principale A en aval du premier point de raccordement 1 1 et en amont du premier détendeur 41 , et sur la première branche de dérivation B en aval du deuxième détendeur 42 et en amont du deuxième évaporateur 4.
[100] Cette architecture de circuit permet de fournir une puissance maximale de refroidissement élevée en tout permettant une bonne efficacité énergétique sur une large plage de puissance de fonctionnement.
[101] Le système de conditionnement thermique 100 est configuré pour fonctionner au moins selon un mode dans lequel le fluide réfrigérant circulant dans la première branche de dérivation B est à l’état de vapeur surchauffée en sortie du premier échangeur interne 5. On entend par là que le système de conditionnement thermique peut sélectivement fonctionner selon un mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant est surchauffé en sortie du premier échangeur interne, et peut sélectivement fonctionner selon d’autres modes de fonctionnement dans lesquels le fluide réfrigérant sortant du premier échangeur interne n’est pas surchauffé.
[102] Le deuxième évaporateur 4 est ainsi rendu inactif, c’est-à-dire que même si un débit de fluide réfrigérant parcourt le deuxième évaporateur 4, ce débit de fluide réfrigérant ne subit pas de transfert thermique. Ce mode de fonctionnement permet d’optimiser le fonctionnement du système de conditionnement thermique dans certaines conditions de fonctionnement.
[103] Le deuxième détendeur 42 est contrôlé par une mesure en sortie du premier échangeur interne 5 d’une surchauffe du fluide réfrigérant circulant dans la première branche de dérivation B. Le débit de fluide réfrigérant à travers le deuxième détendeur 42 est contrôlé de façon à ce que l’échange thermique dans le premier échangeur interne 5 permette d’obtenir une vapeur surchauffée en sortie de la deuxième section d’échange thermique 5b.
[104] Le premier fluide caloporteur F1 est ici un flux d’air intérieur Fi à un habitacle d’un véhicule automobile.
[105] Selon une variante non illustrée, le premier fluide caloporteur F1 est un flux d’air extérieur Fe à un habitacle d’un véhicule automobile.
[106] 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 Fi peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, désignée fréquemment par le terme Anglais « HVAC », pour « Heating, Ventilating and Air Conditioning >>. Cette installation n’a pas été représentée sur les différentes figures. Un premier groupe moto-ventilateur, également 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.
[107] 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 en temps réel en fonction des besoins d’échanges thermiques, par exemple par l’unité électronique de contrôle du système de conditionnement thermique 100.
[108] Le premier évaporateur 3 est configuré pour fonctionner sélectivement en condenseur dans des cas particuliers de fonctionnement du système de conditionnement thermique. De même, le deuxième évaporateur 4 est configuré pour fonctionner sélectivement en condenseur. Autrement dit, dans des modes de fonctionnement particulier, une condensation du fluide réfrigérant peut se produire dans le premier évaporateur 3. Il en est de même pour le deuxième évaporateur 4. Selon l'exemple illustré, le premier évaporateur 3 est couplé thermiquement avec un premier élément 25 d’une chaîne de traction d’un véhicule automobile. Autrement dit, le premier évaporateur 3 peut échanger de la chaleur avec le premier élément 25 d’une chaîne de traction d’un véhicule automobile.
[109] Le premier élément 25 de la chaîne de traction électrique comprend sur l’exemple illustré un moteur électrique de traction du véhicule. Le premier élément 25 de la chaîne de traction électrique du véhicule peut également comprendre un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule. Ce module électronique de pilotage est appelé onduleur. Le premier élément 25 peut aussi comprendre une batterie de stockage d’énergie électrique.
[110] Le premier évaporateur 3 est ici couplé thermiquement avec le premier élément 25 par l’intermédiaire d’un liquide caloporteur circulant dans une première boucle secondaire 7 de liquide caloporteur. Le liquide caloporteur peut être un mélange d’eau et de glycol.
[111] Le premier élément 25 de la chaîne de traction électrique du véhicule est configuré pour échanger de la chaleur avec le premier évaporateur 3 par l’intermédiaire d’un liquide caloporteur circulant dans une première boucle secondaire 7 de liquide caloporteur. Le couplage thermique entre le premier évaporateur 3 et le premier élément 25 est dit indirect.
[112] Selon une variante non représentée, le premier évaporateur 3 est en contact avec le premier élément 25. Une paroi du premier évaporateur 3 est en contact avec une paroi du premier élément 25. Une pâte visant à améliorer le transfert thermique entre les deux parois peut être disposée entre ces deux parois. Cette pâte évite la présence d’une couche d’air entre les deux parois, qui limiterait le transfert thermique. Le couplage thermique est ainsi dit direct.
[113] Le deuxième évaporateur 4 est ici couplé thermiquement avec un deuxième élément 30 d’une chaîne de traction d’un véhicule automobile. En d’autres termes, le deuxième évaporateur 4 peut échanger de la chaleur avec le deuxième élément 30 d’une chaîne de traction du véhicule automobile.
[114] Le deuxième élément 30 de la chaîne de traction électrique du véhicule comprend une batterie de stockage d’énergie électrique. La batterie peut fournir l’énergie nécessaire à la traction du véhicule. La tension de la batterie peut être comprise entre 400 volt et 800 volt. La batterie couplée au deuxième évaporateur 4 peut être la même batterie que celle couplée au premier évaporateur 3.
[115] Le deuxième évaporateur 4 est couplé thermiquement avec le deuxième élément 30 par l’intermédiaire d’un liquide caloporteur circulant dans une deuxième boucle secondaire 8 de liquide caloporteur. Le liquide caloporteur de la deuxième boucle secondaire 8 peut par exemple être un mélange d’eau et de glycol.
[116] Le deuxième élément 30 de la chaîne de traction électrique du véhicule est configuré pour échanger de la chaleur avec le deuxième évaporateur 4 par l’intermédiaire d’un liquide caloporteur circulant dans une deuxième boucle secondaire 8 de liquide caloporteur. Le couplage thermique est dit indirect.
[117] Selon une variante non représentée, le deuxième évaporateur 4 est en contact avec le deuxième élément 30. Une paroi du deuxième évaporateur 4 est en contact avec une paroi du deuxième élément 30. Une pâte visant à améliorer l’échange thermique entre les deux parois peut être disposée entre les deux parois. Le couplage thermique est dit direct.
[118] La deuxième boucle secondaire 8 est ici isolée de la première boucle secondaire 7 de liquide caloporteur. En d’autres termes, le liquide caloporteur de la deuxième boucle secondaire 8 ne peut pas se mélanger avec le liquide caloporteur de la première boucle secondaire 7.
[119] Le premier échangeur de chaleur interne 5 comporte une première section d’échange thermique 5a disposée sur la boucle principale A et une deuxième section d’échange thermique 5b disposée sur la première branche de dérivation B. Le premier échangeur de chaleur interne 5 est configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique 5a et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique 5b. Le fluide réfrigérant circulant à haute pression dans la boucle principale A peut ainsi céder de la chaleur au fluide réfrigérant circulant à une pression plus faible dans la première branche de dérivation B, après détente dans le deuxième détendeur 42.
[120] Le premier échangeur interne 5 est ici un échangeur à plaques. Le premier échangeur interne 5 offre ainsi de bonnes performances en termes d’échanges thermiques, tout en étant peu onéreux à fabriquer et compact.
[121] Dans les modes de réalisation correspondant aux figures, le premier dispositif de compression 1 et le deuxième dispositif de compression 2 sont deux compresseurs indépendants. Le premier compresseur 1 et le deuxième compresseur 2 sont contrôlés de manière indépendante par l’unité électronique de contrôle du système de conditionnement thermique 100. Le régime de rotation du premier compresseur 1 et le régime de rotation du deuxième compresseur 2 peuvent être différents et varier de manière indépendante, permettant ainsi des débits et des taux de compression différents. Le premier dispositif de compression 1 est ici un compresseur électrique, c'est-à-dire un compresseur dont les pièces mobiles sont entraînées par un moteur électrique. Le premier dispositif de compression 1 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée 1 a du dispositif de compression 1 , et un côté refoulement du fluide réfrigérant à une pression plus élevée, encore appelé sortie 1 b du premier dispositif de compression 1 . Les pièces mobiles internes du premier dispositif de compression 1 font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée 1 a à une pression plus élevée côté sortie 1 b. Le deuxième dispositif de compression 2 peut fonctionner de la même manière que le premier dispositif de compression 1. Le deuxième dispositif de compression 2 comporte une entrée 2a et une sortie 2b. Les deux dispositifs de compression 1 , 2 ne sont pas forcément identiques. En particulier, leur cylindrée peut être différente.
[122] Selon l’exemple illustré, le système de conditionnement thermique comporte une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement 13 disposé sur la boucle principale A en aval du premier dispositif de compression 1 et en amont du deuxième point de raccordement 12 à un quatrième point de raccordement 14 disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième dispositif de compression 2 et en amont du premier échangeur de chaleur 31. La deuxième branche de dérivation C est une branche de contournement du deuxième dispositif de compression 2. Autrement dit, le fluide réfrigérant sortant du premier dispositif de compression 1 peut rejoindre la boucle principale A en aval du deuxième dispositif de compression 2 sans passer par le deuxième dispositif de compression 2.
[123] Selon l’exemple illustré, le système de conditionnement thermique comporte une troisième branche de dérivation D reliant un cinquième point de raccordement 15 disposé sur la deuxième branche de dérivation C à un sixième point de raccordement 16 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur de chaleur 31 et en amont du premier point de raccordement 1 1. La troisième branche de dérivation D est une branche de contournement du deuxième dispositif de compression 2 et du premier échangeur de chaleur 31 . Autrement dit, le fluide réfrigérant sortant du premier dispositif de compression 1 peut rejoindre la boucle principale A en aval du premier échangeur de chaleur 31 sans passer par le deuxième dispositif de compression 2 ni par le premier échangeur de chaleur 31 .
[124] Selon un mode de réalisation non illustré, le premier dispositif de compression 1 et le deuxième dispositif de compression 2 sont respectivement un premier étage de compression et un deuxième étage de compression d’un même compresseur. Le régime de rotation du premier étage de compression et le régime de rotation du deuxième étage de compression sont liés. Le compresseur comprend un corps contenant le premier étage de compression et le deuxième étage de compression. Le corps du compresseur comprend la deuxième branche de dérivation C. Le corps du compresseur comprend une portion de boucle principale A s’étendant entre l’entrée 1 a du premier dispositif de compression 1 et le quatrième point de raccordement 14. Le corps du compresseur comprend le deuxième point de raccordement 12. De même, le corps du compresseur comprend le cinquième point de raccordement 15.
[125] Selon le premier mode de réalisation, illustré sur la figure 1 , le circuit de fluide réfrigérant 10 comprend une première vanne trois voies 54 disposée conjointement sur la boucle principale A et sur la première branche de dérivation B. Le deuxième point de raccordement 12 fait partie de la première vanne trois voies 54. Cette vanne trois voies permet d’établir sélectivement les connexions suivantes : les trois voies communiquent entre elles, ou chaque voie est isolée des deux autres voies, ou deux parmi les trois voies communiquent entre elles tandis que la troisième voie est isolée de ces deux autres voies. D’autres types de vannes peuvent être utilisées pour réaliser les mêmes connexions fluidiques. Il est ainsi possible d’utiliser trois vannes d’arrêt distinctes 54a, 54b, 54c plutôt qu’une vanne trois voies 54. Cette configuration alternative est illustrée sur la variante de la figure 1 1 .
[126] Selon ce premier mode de réalisation, le circuit de fluide réfrigérant 10 comprend une deuxième vanne trois voies 55 disposée conjointement sur la deuxième branche de dérivation C et sur la troisième branche de dérivation D. Le cinquième point de raccordement 15 fait partie de la deuxième vanne trois voies 55. Comme précédemment, cette vanne trois voies permet d’établir sélectivement les connexions suivantes : les trois voies communiquent entre elles, ou chaque voie est isolée des deux autres voies, ou deux parmi les trois voies communiquent entre elles tandis que la troisième voie est isolée de ces deux autres voies. Comme précédemment, il est également possible d’utiliser trois vannes d’arrêt distinctes 55a, 55b, 55c plutôt que la vanne trois voies 55. Cette configuration alternative correspond à la variante de la figure 1 1 .
[127] Selon une variante non illustrée, le cinquième point de raccordement 15 peut être confondu avec le troisième point de raccordement 13.
[128] Sur l’exemple illustré, la boucle principale A comporte successivement un troisième détendeur 43 et deuxième échangeur de chaleur 32 configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième fluide caloporteur F2. Le deuxième fluide caloporteur F2 est ici un flux d’air extérieur Fe à un habitacle d’un véhicule automobile.
[129] Le premier échangeur de chaleur 31 peut ne pas être présent dans le système de conditionnement thermique 100. Dans ce cas, le deuxième échangeur de chaleur 32 est présent sans qu’il y ait de premier échangeur de chaleur. Dans ce cas, la boucle principale A ne comprend aucun échangeur de chaleur entre la sortie 2b du deuxième dispositif de détente et le septième point de raccordement 17. [130] Le troisième détendeur 43 est disposé en aval du quatrième point de raccordement 14. Le troisième détendeur 43 est disposé en aval du premier échangeur de chaleur 31 .
[131] La troisième branche de dérivation D relie un cinquième point de raccordement 15 disposé sur la deuxième branche de dérivation C à un sixième point de raccordement 16 disposé sur la boucle principale A entre le troisième détendeur 43 et le deuxième échangeur de chaleur 32.
[132] Selon les modes de réalisation illustrés sur les différentes figures, le système de conditionnement thermique 100 comporte une quatrième branche de dérivation E reliant un septième point de raccordement 17 disposé sur la boucle principale A en aval du quatrième point de raccordement 14 et en amont du sixième point de raccordement 16 à un huitième point de raccordement 18 disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième échangeur de chaleur 32 et en amont du premier point de raccordement 1 1 .
[133] La quatrième branche de dérivation E est une branche de contournement du deuxième échangeur de chaleur 32 et du troisième dispositif de détente 43. Autrement dit, le fluide réfrigérant circulant dans la boucle principale A en aval du deuxième dispositif de compression 2 peut, en circulant dans la quatrième branche de dérivation E, contourner le troisième dispositif de détente 43 et le deuxième échangeur de chaleur 32.
[134] Le système de conditionnement thermique 100 comporte aussi une cinquième branche de dérivation F reliant un neuvième point de raccordement 19 disposé sur la première branche de dérivation B en aval du deuxième évaporateur 4 à un dixième point de raccordement 20 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur interne 5 et en amont du premier détendeur 41 .
[135] Le système de conditionnement thermique 100 peut également comporter une sixième branche de dérivation G reliant un onzième point de raccordement 21 disposé sur la boucle principale A en aval du dixième point de raccordement 20 et en amont du premier détendeur 41 à un douzième point de raccordement 22 disposé sur la boucle principale A en aval du premier évaporateur 3 et en amont du premier dispositif de compression 1 , la sixième branche de dérivation G comprenant successivement un quatrième détendeur 44 et un troisième échangeur de chaleur
33 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air Fi intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile. Le troisième échangeur de chaleur 33 permet ainsi de refroidir l’habitacle du véhicule. Un volet mobile, non représenté, permet de régler le débit d’air échangeant de la chaleur avec le flux d’air intérieur Fi. Le troisième échangeur de chaleur 33 et le premier échangeur de chaleur 31 sont tous les deux disposés dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation. Afin de simplifier la représentation, le troisième échangeur de chaleur 33 et le premier échangeur de chaleur 31 ne sont pas représentés l’un à côté de l’autre. Deux flèches distinctes désignent ainsi le même flux d’air intérieur Fi.
[136] Le système de conditionnement thermique 100 comporte en outre une septième branche de dérivation H reliant un treizième point de raccordement 23 disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième échangeur de chaleur 32 et en amont du huitième point de raccordement 18 à un quatorzième point de raccordement 24 disposé sur la boucle principale A en aval du douzième point de raccordement 22 et en amont du premier dispositif de compression 1. Cette septième branche de dérivation H permet d’assurer un fonctionnement selon un mode dit pompe à chaleur dans lequel la chaleur rejetée dans le flux d’air intérieur Fi au niveau du premier échangeur de chaleur 31 est en partie prélevée du flux d’air extérieur Fe au niveau du deuxième échangeur de chaleur 32.
[137] Le quatorzième point de raccordement 24 peut être confondu avec le douzième point de raccordement 22.
[138] Sur l’exemple illustré, la boucle principale A comporte un quatrième échangeur de chaleur 34 disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur 32 et en amont du premier point de raccordement 1 1 , le quatrième échangeur de chaleur
34 étant configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air Fe extérieur à un habitacle du véhicule. Lorsque la septième branche de dérivation H est présente, le quatrième échangeur de chaleur 34 est disposé sur la boucle principale A en aval du treizième point de raccordement 23 et en amont du premier point de raccordement 1 1 . Lorsque la quatrième branche de dérivation E est également présente, le quatrième échangeur de chaleur 34 est disposé en aval du treizième point de raccordement 23 et en amont du huitième point de raccordement 18. [139] Le système de conditionnement thermique comporte aussi un échangeur bifluide 6 disposé conjointement sur la boucle principale A de fluide réfrigérant en aval du deuxième échangeur de chaleur 32 et en amont du huitième point de raccordement 18, et sur une boucle auxiliaire 9 de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur.
[140] L’échangeur bifluide 6 est disposé en amont du quatrième échangeur de chaleur 34 selon le sens de circulation du fluide réfrigérant.
[141] L’échangeur bifluide 6 peut être présent sans que le quatrième échangeur de chaleur 34 ne soit présent. De même, le quatrième échangeur de chaleur 34 peut être présent sans que l’échangeur bifluide 6 ne soit présent. Ces variantes n’ont pas été représentées.
[142] La boucle auxiliaire 9 de liquide caloporteur comporte un cinquième échangeur de chaleur 35 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air Fe extérieur à un habitacle du véhicule. La chaleur absorbée du fluide réfrigérant au niveau de l’échangeur bifluide 6 peut ainsi être dissipée dans le flux d’air extérieur Fe au niveau du cinquième échangeur 35. La boucle auxiliaire 9 de liquide caloporteur comprend une pompe 70 configurée pour faire circuler le liquide caloporteur. La boucle auxiliaire 9 de liquide caloporteur est isolée de la première boucle secondaire 7 et de la deuxième boucle secondaire 8.
[143] Le deuxième échangeur de chaleur 32 peut fonctionner, selon certains modes de fonctionnement, en condenseur du fluide réfrigérant gazeux à haute pression. L’échangeur bifluide 6 disposé en aval du deuxième échangeur 32 peut permettre, suivant les conditions de fonctionnement, de terminer la condensation ou de réaliser un sous-refroidissement du fluide réfrigérant sortant du deuxième échangeur 32. Le quatrième échangeur de chaleur 34 peut assurer un sous-refroidissement du fluide réfrigérant sortant de l’échangeur bifluide 6.
[144] De préférence, le quatrième échangeur de chaleur 34 est disposé en amont du cinquième échangeur de chaleur 35 selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur Fe. Le cinquième échangeur de chaleur 35 est disposé en amont du deuxième échangeur de chaleur 32 selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur Fe. En d’autres termes, le flux d’air extérieur Fe traverse dans l’ordre le quatrième échangeur de chaleur 34, puis le cinquième échangeur de chaleur 35, puis le deuxième échangeur de chaleur 32. Le quatrième échangeur de chaleur 34 reçoit ainsi un flux d’air qui n’a pas été réchauffé par un passage dans un autre échangeur de chaleur. Cette disposition est propice à assurer un sous- refroidissement du fluide réfrigérant lorsque le deuxième échangeur 32 fonctionne en condenseur du fluide réfrigérant gazeux à haute pression.
[145] Selon les modes de réalisation des figures 1 à 3, la boucle principale A comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 26 disposé en aval du quatorzième point de raccordement 24 et en amont du premier dispositif de compression 1 . Le dispositif d’accumulation 26 est un accumulateur basse pression. Cet accumulateur permet de réaliser une réserve de fluide réfrigérant permettant de compenser les variations de la quantité de fluide réfrigérant circulant dans le circuit 10.
[146] Selon un quatrième mode de réalisation, illustré sur la figure 4, la boucle principale A comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 26’ disposé en aval du huitième point de raccordement 18 et en amont du premier point de raccordement 1 1 . Le dispositif d’accumulation 26’ est une bouteille déshydratante.] Dans ce cas, l’accumulateur 26 n’est pas présent et la bouteille déshydratante 26’ est le seul dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant.
[147] Sur le deuxième mode de réalisation illustré, correspondant à la figure 2, la boucle principale A comporte un deuxième échangeur interne 28 disposé conjointement sur la boucle principale A en aval du dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 26 et en amont du premier dispositif de compression 1 , et sur la boucle principale A en aval du dixième point de raccordement 20 et en amont du onzième point de raccordement 21 .
[148] Le deuxième échangeur interne 28 comporte une première section d’échange thermique 28a disposée sur la boucle principale A entre le dixième point de raccordement 20 et le onzième point de raccordement 21 . Le deuxième échangeur interne 28 comporte une deuxième section d’échange thermique 28b disposée sur la boucle principale A entre le dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 26 et l’entrée 1 a du premier dispositif de compression 1 . Le deuxième échangeur interne 28 est configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique 28a et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique 28b.
[149] Selon un troisième mode de réalisation, correspondant au schéma de la figure 3, le circuit de fluide réfrigérant 10 comporte un troisième échangeur interne 29 disposé conjointement sur la boucle principale A en aval du premier point de raccordement 1 1 et en amont du premier échangeur interne 5, et sur la boucle principale A en aval du deuxième point de raccordement 12 et en amont du deuxième dispositif de compression 2.
[150] Le troisième échangeur interne 29 comporte une première section d’échange thermique 29a disposée sur la boucle principale A entre le premier point de raccordement 1 1 et le premier échangeur interne 5. Le troisième échangeur interne 29 comporte une deuxième section d’échange thermique 29b disposée sur la boucle principale A entre le deuxième point de raccordement 12 et l’entrée 2a du dispositif de compression 2. Le troisième échangeur interne 29 est configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique 29a et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique 29b. Sur la figure 3, les pointillés au dessus du signe 29a indiquent que le fluide réfrigérant circulant dans la première branche de dérivation B ne participe pas à l’échange thermique dans le troisième échangeur interne 29. Le troisième échangeur interne 29 peut être présent alors que le deuxième échangeur interne 28 n’est pas présent, comme c’est le cas sur la figure 4. Le système de conditionnement thermique 100 peut comprendre simultanément le premier échangeur interne 5, le deuxième échangeur interne 28 et le troisième échangeur interne 29. Afin de simplifier les figures, cette configuration n’a pas été représentée.
[151] Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 5, le système de conditionnement thermique 100 comporte en outre une huitième branche de dérivation J reliant un quinzième point de raccordement 45 disposé sur la boucle principale A en aval du quatorzième point de raccordement 24 et en amont du premier dispositif de compression 1 à un seizième point de raccordement 46 disposé sur la première branche de dérivation B en aval du neuvième point de raccordement 19 et en amont du deuxième point de raccordement 12. [152] Le seizième point de raccordement 46 peut être confondu avec le deuxième point de raccordement 12. Cette huitième branche de dérivation permet que le fluide réfrigérant à basse pression en sortie du troisième échangeur de chaleur 33 soit aspiré à la fois par le premier dispositif de compression 1 et par le deuxième dispositif de compression 2. Un refroidissement particulièrement efficace de l’habitacle du véhicule peut ainsi être assuré.
[153] La boucle principale A comporte une première vanne d’arrêt 51 disposée entre le premier point de raccordement 1 1 et le dixième point de raccordement 20. Sur l’exemple représenté, la première vanne d’arrêt 51 est disposée entre le premier point de raccordement 1 1 et l’échangeur interne 5. De même, la quatrième branche de dérivation E comporte une deuxième vanne d’arrêt 52. La deuxième vanne d’arrêt 52 est disposée entre le septième point de raccordement 17 et le huitième point de raccordement 18. La septième branche de dérivation H comporte également une troisième vanne d’arrêt 53. La troisième vanne d’arrêt 53 est disposée entre le treizième point de raccordement 23 et le quatorzième point de raccordement 24.
[154] Selon l’exemple illustré, la première branche de dérivation B comporte un premier clapet anti-retour 61 configuré pour bloquer une circulation du fluide réfrigérant du neuvième point de raccordement 19 vers le deuxième évaporateur 4. De même, la cinquième branche de dérivation F comporte un deuxième clapet antiretour 62 configuré pour bloquer une circulation du fluide réfrigérant du dixième point de raccordement 20 vers le neuvième point de raccordement 19. La sixième branche de dérivation G comporte un troisième clapet anti-retour 63 configuré pour bloquer une circulation du fluide réfrigérant du douzième point de raccordement 22 vers le troisième échangeur de chaleur 33. La septième branche de dérivation H comporte aussi un quatrième clapet anti-retour 64 configuré pour bloquer une circulation du fluide réfrigérant du quatorzième point de raccordement 24 vers le treizième point de raccordement 23. Les clapets anti-retour contribuent à permettre un fonctionnement selon divers modes de fonctionnement, comme il sera détaillé ultérieurement.
[155] Les clapets anti-retour peuvent être remplacés par des vannes d’arrêt. Ces variantes de réalisation n’ont pas été représentées. [156] Selon un mode de réalisation, illustré sur la figure 2, le système de conditionnement thermique 100 comprend un premier carter 80 définissant un volume de réception. Une portion de boucle principale A s’étendant entre le troisième point de raccordement 13 et le deuxième point de raccordement 12 est contenue à l’intérieur du premier carter 80. Une portion de la deuxième branche de dérivation C comprenant le cinquième point de raccordement 15 est aussi contenue à l’intérieur du premier carter 80. Une portion de la troisième branche de dérivation D comprenant le cinquième point de raccordement 15 est également contenue à l’intérieur du premier carter 80.
[157] Le premier carter 80 définit un volume étanche au fluide réfrigérant. Le premier carter 80 définit un volume fermé dans lequel une partie du circuit de fluide réfrigérant 10 est contenue. Le premier carter 80 et les portions de circuit de circulation de fluide réfrigérant contenues à l’intérieur du premier carter 80 forment un premier module unitaire.
[158] Le premier carter 80 comporte des entrée/sorties 81 , 81 b, 82, 83, 84 de fluide réfrigérant, chaque entrée/sortie permettant une connexion fluidique avec une portion du circuit de fluide réfrigérant 10. L’entrée 81 permet une connexion fluidique entre le premier carter 80 et la portion de boucle principale A sortant du premier dispositif de compression 1. L’entrée 81 b permet une connexion fluidique entre le premier carter 80 et la portion de première branche de dérivation B provenant du deuxième évaporateur 4. La sortie 82 permet une connexion fluidique entre le premier carter 80 et la portion de boucle principale A entrant dans le deuxième dispositif de compression 2. La sortie 83 permet une connexion fluidique entre le premier carter 80 et la troisième branche de dérivation D. L’entrée/sortie 84 permet une connexion fluidique entre le premier carter 80 et la deuxième branche de dérivation C.
[159] Les vannes trois voies 54 et 55 sont contenues à l’intérieur du premier carter 80. Lorsque des vannes individuelles 54a, 54b, 54c et 55a, 55b, 55c sont utilisées à la place des vannes trois voies, ces vannes individuelles sont contenues à l’intérieur du premier carter 80. [160] Le regroupement de plusieurs entrées/sorties et d’une partie du circuit de fluide réfrigérant 10 sous la forme d’un premier module unitaire facilite le montage, et permet d’utiliser des composants standardisés.
[161] Sur le mode de réalisation illustré sur la figure 2, le système de conditionnement thermique 100 comprend un deuxième carter 85 définissant un volume de réception. La quatrième branche de dérivation E, le troisième détendeur 43 et une portion de boucle principale A s’étendant entre le troisième détendeur 43 et le septième point de raccordement 17 sont contenus à l’intérieur du deuxième carter 85. De même, le deuxième détendeur 42, la première vanne d’arrêt 51 , l’échangeur interne 5 et une portion de boucle principale A s’étendant entre le huitième point de raccordement 18 et l’échangeur interne 5 sont contenus à l’intérieur du deuxième carter 85.
[162] Le deuxième carter 85 et les composants contenus à l’intérieur du deuxième carter 85 forment un deuxième module unitaire. L’assemblage est ainsi facilité, puisque seules quatre entrées/ sorties de fluide réfrigérant sont à connecter. Le test est également facilité, puisque ce deuxième module unitaire peut être testé avant son intégration dans le système de conditionnement thermique.
[163] Le deuxième carter 85 comporte des entrée/sorties 86, 87, 88, 89, 90 de fluide réfrigérant, chaque entrée/sortie permettant une connexion fluidique avec une portion du circuit de fluide réfrigérant 10. L’entrée 86 permet une connexion fluidique entre le deuxième carter 85 et la portion de boucle principale A sortant du premier échangeur de chaleur 31. La sortie 87 permet une connexion fluidique entre le deuxième carter 85 et la portion de la première branche de dérivation B sortant de sortant de la deuxième section d’échange thermique 5b du premier échangeur interne 5. La sortie 88 permet une connexion fluidique entre le deuxième carter 85 et la portion de boucle principale A sortant de la première section d’échange thermique 5a du premier échangeur interne 5. La sortie 89 permet une connexion fluidique entre le deuxième carter 85 et la portion de boucle principale A sortant du troisième détendeur 43. L’entrée 90 permet une connexion fluidique entre le deuxième carter 85 et la portion de boucle principale A sortant du quatrième échangeur de chaleur 34. [164] Le système de conditionnement thermique 100 peut intégrer le premier module unitaire et le deuxième module unitaire, comme c’est le cas sur la figure 2. Le système de conditionnement thermique 100 peut utiliser aussi des composants discrets ne faisant pas partie d’un module unitaire, comme c’est le cas sur les modes de réalisation correspondant notamment aux autres figures 2, 3, 4. Selon des variantes non illustrées, le système de conditionnement thermique 100 peut intégrer un seul module unitaire, qui peut être soit le premier soit le deuxième module unitaire.
[165] L’ architecture décrite permet de faire fonctionner le système de conditionnement thermique 100 selon de nombreux modes de fonctionnement différents. Quelques modes de fonctionnement particuliers vont maintenant être décrits.
[166] L’ invention se rapporte également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit d’inactivation du deuxième évaporateur 4. Selon ce procédé de fonctionnement, illustré sur la figure 6 :
- le fluide réfrigérant se divise au premier point de raccordement 1 1 en un premier débit Q1 circulant dans la première branche de dérivation B et un deuxième débit Q2 circulant dans la boucle principale A,
- le premier débit Q1 circule successivement dans le deuxième détendeur 42 où il subit une détente, dans le premier échangeur interne 5, dans le deuxième évaporateur 4,
- le deuxième débit Q2 circule dans le premier échangeur interne 5, et le premier débit Q1 est dans l’état de vapeur surchauffée en sortie du premier échangeur interne 5.
[167] Plus précisément, le premier débit Q1 circule dans la deuxième section d’échange thermique 5b du premier échangeur interne 5. Le deuxième débit Q2 circule dans la première section d’échange thermique 5a du premier échangeur interne 5. Le fluide réfrigérant en sortie de la deuxième section d’échange thermique 5b de l’échangeur interne 5 est dans l’état de vapeur surchauffée.
[168] On entend par surchauffe l’écart entre la température réelle du fluide réfrigérant, qui se trouve à une pression donnée, et la température de condensation du fluide réfrigérant correspondant à cette pression donnée. Une surchauffe nulle correspond à une vapeur saturée. Lorsque la surchauffe est positive, le fluide réfrigérant est entièrement sous forme vapeur. La surchauffe du fluide réfrigérant en sortie de la deuxième section d’échange thermique 5b est par exemple comprise entre 5°C et 10°C.
[169] Dans ce mode de fonctionnement, le deuxième évaporateur 4 est alimenté par du fluide réfrigérant sous forme de vapeur surchauffée. L’échange thermique dans le deuxième évaporateur 4 est négligeable dans ces conditions. Ce mode de fonctionnement permet de minimiser l’enthalpie du fluide réfrigérant en sortie de la première section d’échange thermique 5a de l’échangeur interne 5, sans effectuer d’échange de chaleur dans le deuxième évaporateur 4. La capacité de refroidissement du système de conditionnement thermique 100 est alors maximisée, et peut être répartie entre le premier évaporateur 3 et le troisième échangeur de chaleur 33.
[170] L’ invention concerne aussi un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit de chauffage habitacle avec récupération d’énergie. Selon ce procédé de fonctionnement, illustré sur la figure 7 :
- un premier débit Q1 de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le premier dispositif de compression 1 où il passe à une pression intermédiaire,
- un deuxième débit Q2 de fluide réfrigérant à pression intermédiaire circule dans la première branche de dérivation B et rejoint le premier débit Q1 , formant un débit total Q de fluide réfrigérant à pression intermédiaire,
- le débit total Q de fluide réfrigérant à pression intermédiaire circule dans le deuxième dispositif de compression 2 où il passe à haute pression, dans le premier échangeur de chaleur 31 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, dans la quatrième branche de dérivation E,
- se divise en un troisième débit Q3 circulant dans la première branche de dérivation B et un quatrième débit Q4 circulant dans la boucle principale A, le troisième débit Q3 circule successivement dans le deuxième détendeur 42 où il passe à pression intermédiaire, dans le premier échangeur interne 5, dans le deuxième évaporateur 4 où il absorbe de la chaleur, et rejoint le premier débit Q1 de fluide réfrigérant circulant dans la boucle principale A en sortie du premier dispositif de compression 1 ,
- le quatrième débit Q4 circule dans le premier échangeur interne 5, dans le premier détendeur 41 où il passe à basse pression, dans le premier évaporateur 3 où il absorbe de la chaleur, et rejoint le premier dispositif de compression 1 .
[171] Le débit traversant le deuxième dispositif de compression 2 est supérieur au débit traversant le premier dispositif de compression 1 . Le débit total Q de fluide réfrigérant à haute pression se divise au niveau du premier point de raccordement 11 , formant ainsi un troisième débit Q3 et un quatrième débit Q4. Le troisième débit Q3 circule successivement dans le deuxième détendeur 42 puis dans la deuxième section d’échange thermique 5b du premier échangeur interne 5. Le quatrième débit Q4 circule dans la première section d’échange thermique 5a du premier échangeur interne 5, puis dans le premier détendeur 41 et le premier évaporateur 3. Comme aucun débit de fluide réfrigérant ne circule dans la cinquième branche de dérivation F, le troisième débit Q3 est égal au deuxième débit Q2 lorsque le système de conditionnement est en régime permanent. De même, le quatrième débit Q4 est égal au premier débit Q1 lorsque le système de conditionnement est en régime permanent. On entend ici par débit un débit massique. On entend par régime permanent que le système de conditionnement thermique a atteint un état d’équilibre thermodynamique. Le troisième détendeur 43 est en position fermée, et bloque la circulation de fluide réfrigérant en aval du septième point de raccordement 17. Le quatrième détendeur 44 est également fermé. Le clapet anti-retour 62 empêche une circulation de fluide réfrigérant depuis le dixième point de raccordement 20 vers le neuvième point de raccordement 19.
[172] Ce mode de fonctionnement permet d’assurer un chauffage de l’habitacle en dissipant dans le flux d’air intérieur Fi la chaleur du fluide réfrigérant circulant successivement dans les deux dispositifs de compression 1 , 2. Le cycle thermodynamique est bouclé en absorbant de la chaleur au niveau du premier évaporateur 3 et du deuxième évaporateur 4. Cette chaleur est récupérée respectivement du premier élément 25 et du deuxième élément 30 de la chaîne de traction. La répartition entre la chaleur absorbée au niveau du premier évaporateur 3 et la chaleur absorbée au niveau du deuxième évaporateur 4 est réalisée en ajustant le régime de rotation du premier dispositif de compression 1 et du deuxième dispositif de compression 2. Ce mode permet d’obtenir une puissance de chauffage élevée sans avoir recours à un dispositif de chauffage additionnel. En effet, l’usage de deux compresseurs ainsi que la division du débit total Q en un premier débit Q3 et un débit Q4 permet de maximiser la quantité de chaleur cédée au niveau du premier échangeur de chaleur 31. La séparation des débits en amont du premier échangeur interne 5 permet de maximiser la variation d’enthalpie du fluide réfrigérant lorsque celui-ci traverse le premier évaporateur 3. La récupération de l’énergie du premier élément 25 de la chaîne de traction peut ainsi être particulièrement efficace. L’efficacité de la récupération d’énergie permet de ne pas employer de dispositif de chauffage additionnel.
[173] La figure 8 décrit un autre mode de fonctionnement du système de conditionnement thermique 100. Selon ce procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit de refroidissement habitacle et refroidissement groupe motopropulseur :
- un premier débit Q1 de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le premier dispositif de compression 1 où il passe à pression intermédiaire, puis circule successivement dans la deuxième branche de dérivation C,
- un deuxième débit Q2 de fluide réfrigérant circule successivement dans le deuxième dispositif de compression 2 où il passe à pression intermédiaire et dans la deuxième branche de dérivation C, et rejoint le premier débit Q1 , formant un débit total Q de fluide réfrigérant à pression intermédiaire,
- le débit total Q de fluide réfrigérant à pression intermédiaire circule successivement dans la troisième branche de dérivation D, dans le deuxième échangeur de chaleur 32 où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe, se divise en un troisième débit Q3 circulant dans la première branche de dérivation B et un quatrième débit Q4 circulant dans la boucle principale A, le troisième débit Q3 circule successivement dans le deuxième détendeur 42 où il subit une détente, dans la deuxième section d’échange thermique 5b du premier échangeur interne 5, dans le deuxième évaporateur 4 où il absorbe de la chaleur, le quatrième débit Q4 circule successivement dans la première section d’échange thermique 5a du premier échangeur interne 5, dans le quatrième détendeur 44 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur 33 où il absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur Fi.
[174] Le premier débit Q1 généré par le premier dispositif de compression 1 rejoint, au niveau du cinquième point de raccordement 15, le deuxième débit Q2 généré par le deuxième dispositif de compression 2. Le débit de fluide réfrigérant circulant dans la boucle principale A en aval du quatrième point de raccordement 14 est nul, car la deuxième vanne d’arrêt 52 et le troisième détendeur 43 sont tous les deux en position fermée. Le débit total Q de fluide réfrigérant se divise au niveau du premier point de raccordement 1 1 , formant ainsi le troisième débit Q3 et le quatrième débit Q4. Le troisième débit Q3 circule successivement dans le deuxième détendeur 42 puis dans la deuxième section d’échange thermique 5b du premier échangeur interne 5. Le quatrième débit Q4 circule successivement dans la première section d’échange thermique 5a du premier échangeur interne 5, puis dans le quatrième détendeur 44. Comme aucun débit de fluide réfrigérant ne circule dans la cinquième branche de dérivation F, le troisième débit Q3 est égal au deuxième débit Q2 en régime permanent. De même, le quatrième débit Q4 est égal au premier débit Q1 en régime permanent. Le premier détendeur 41 est en position fermée et le clapet anti-retour 62 empêche une circulation de fluide réfrigérant depuis le dixième point de raccordement 20 vers le neuvième point de raccordement 19.
[175] L’ invention se rapporte aussi à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit de chauffage batterie et récupération d’énergie. Selon ce procédé de fonctionnement, illustré sur la figure 9 :
- un débit Q le fluide réfrigérant à basse pression circule successivement dans le premier dispositif de compression 1 où il passe à une pression intermédiaire, dans le deuxième dispositif de compression 2 où il passe à haute pression, dans le premier échangeur de chaleur 31 , dans la quatrième branche de dérivation E, dans la première branche de dérivation B, dans le deuxième détendeur 42, dans le deuxième évaporateur 4 où il cède de la chaleur, dans la cinquième branche de dérivation F, dans le premier détendeur 41 où il passe à basse pression, dans le premier évaporateur 3 où il absorbe de la chaleur, et rejoint le premier dispositif de compression 1 . [176] Dans ce mode de fonctionnement dit de chauffage batterie et récupération d’énergie, le fluide réfrigérant traverse successivement le premier 1 et le deuxième 2 dispositif de compression qui sont alors disposés en série. Le fluide réfrigérant à haute pression traverse le deuxième détendeur 42 sans subir de détente, ce qui fait que le fluide réfrigérant parvient au deuxième évaporateur 4 dans un état de haute température et de haute pression. Le fluide réfrigérant à haute pression cède ainsi de la chaleur au deuxième élément 30 de la chaîne de transmission. Le fluide réfrigérant sortant du deuxième évaporateur 4 ne peut pas rejoindre l’entrée du deuxième dispositif de compression 2, car au deuxième point de raccordement 12 la circulation du fluide réfrigérant provenant de la première branche de dérivation B est bloquée. Le fluide réfrigérant parcourt donc la cinquième branche de dérivation F et rejoint la boucle principale A au niveau du dixième point de raccordement 20. Le fluide réfrigérant est détendu dans le premier dispositif de détente 41 , et absorbe de la chaleur du premier élément 25 de la chaîne de traction au niveau du premier évaporateur 3. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite l’accumulateur 26 puis l’entrée 1 a du premier dispositif de compression 1 . La première vanne d’arrêt 51 est fermée, de même que le troisième détendeur 43, le quatrième détendeur 44 et la troisième vanne d’arrêt 53.
[177] Un chauffage du deuxième élément 30 de la chaîne de traction peut ainsi être assuré. Une partie de la chaleur cédée au deuxième élément 30 provient de la chaleur prélevée au premier élément 25 de la chaîne de traction. Par exemple, la batterie 30 peut être chauffée tout en récupérant la chaleur dégagée par le module électronique 25, ce qui minimise l’énergie dépensée.
[178] Selon une variante du mode de fonctionnement dit de chauffage batterie et récupération d’énergie, non représentée, le débit de fluide réfrigérant à basse pression circule successivement dans le premier dispositif de compression 1 où il passe à haute pression, dans la deuxième branche de dérivation C, dans le premier échangeur de chaleur 31 . Le reste du parcours est identique. Selon cette variante, seul le premier dispositif de compression 1 fonctionne. Le deuxième dispositif de compression 2 ne fonctionne pas, et est contourné par le fluide réfrigérant à haute pression. [179] La figure 10 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit de refroidissement accéléré. Selon ce procédé de fonctionnement :
- un débit Q de fluide réfrigérant à basse pression se divise entre un premier débit Q1 et un deuxième débit Q2,
- le premier débit Q1 circule dans le premier dispositif de compression 1 où il passe à une pression intermédiaire,
- le deuxième débit Q2 circule dans le deuxième dispositif de compression 2 où il passe à une pression intermédiaire, circule dans la deuxième branche de dérivation C et rejoint le premier débit Q1 , formant un débit Q de fluide réfrigérant à pression intermédiaire, le débit Q circule dans la troisième branche de dérivation D, rejoint la boucle principale A, circule successivement dans le deuxième échangeur de chaleur 32 où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe, dans le quatrième dispositif de détente 44 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur 33 où il absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur Fi.
[180] Le fluide réfrigérant à basse pression en sortie du troisième échangeur 33 rejoint le quinzième point de raccordement 45 au niveau duquel il se divise à nouveau en un premier débit Q1 et un deuxième débit Q2. Dans ce mode de fonctionnement, ni le premier évaporateur 3 ni le deuxième évaporateur 4 ne sont parcourus par un débit de fluide réfrigérant. L’intégralité du débit de fluide réfrigérant traverse le deuxième échangeur de chaleur 32 ainsi que le troisième échangeur de chaleur 33.
[181] De nombreux autres modes de fonctionnement sont également possibles. Par exemple, selon un mode de fonctionnement dit pompe à chaleur, non représenté :
- un débit Q de fluide réfrigérant à basse pression circule successivement dans le premier dispositif de compression 1 où il passe à une pression intermédiaire, dans le deuxième dispositif de compression 2 où il passe à haute pression, dans le premier échangeur de chaleur 31 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, dans le troisième détendeur 43 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur 32 où il absorbe de la chaleur du flux d’air extérieur Fe, dans la septième branche de dérivation H, et rejoint le premier dispositif de compression 1.
[182] Des modes de fonctionnement dit de déshumidification, dans lesquels le flux d’air intérieur Fi est refroidi au niveau de son passage dans le troisième échangeur 33 et réchauffé au niveau du premier échangeur 31 sont possibles. Selon un des modes de déshumidification, les deux dispositifs de compression sont actifs simultanément, avec une circulation en série du fluide réfrigérant à travers les deux dispositifs de compression. Selon un autre mode de déshumidification, seul le premier dispositif de compression 1 est en fonctionnement et aucun débit de fluide réfrigérant ne passe par le deuxième dispositif de compression.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de conditionnement thermique (100) comportant un circuit de fluide réfrigérant (10) configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant (10) comportant:
Une boucle principale (A) comprenant successivement selon le sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un premier dispositif de compression (1 ),
-- un deuxième dispositif de compression (2),
-- un premier échangeur de chaleur (31 ) configuré pour échanger de la chaleur avec un premier fluide caloporteur (F1 ),
-- un premier détendeur (41 ),
-- un premier évaporateur (3),
Une première branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement (1 1 ) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier échangeur de chaleur (31 ) et en amont du premier détendeur (41 ) à un deuxième point de raccordement (12) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier dispositif de compression (1 ) et en amont du deuxième dispositif de compression (2), la première branche de dérivation (B) comportant successivement un deuxième détendeur (42) et un deuxième évaporateur (4), un premier échangeur interne (5) disposé conjointement sur la boucle principale (A) en aval du premier point de raccordement (1 1 ) et en amont du premier détendeur (41 ), et sur la première branche de dérivation (B) en aval du deuxième détendeur (42) et en amont du deuxième évaporateur (4), le système de conditionnement thermique (100) étant configuré pour fonctionner au moins selon un mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circulant dans la première branche de dérivation (B) est à l’état de vapeur surchauffée en sortie du premier échangeur interne (5).
[Revendication 2] Système de conditionnement thermique selon la revendication 1 , dans lequel le système de conditionnement thermique (100) est un système de conditionnement thermique d’un véhicule automobile, dans lequel le premier fluide caloporteur (F1 ) est un flux d’air intérieur (Fi) à un habitacle d’un véhicule automobile, dans lequel le premier évaporateur (3) est couplé thermiquement avec un premier élément (25) d’une chaîne de traction d’un véhicule automobile, le premier élément (25) comprenant notamment un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule, et dans lequel le deuxième évaporateur (4) est couplé thermiquement avec un deuxième élément (30) d’une chaîne de traction d’un véhicule automobile, le deuxième élément (30) comprenant notamment une batterie de stockage d’énergie électrique.
[Revendication 3] Système de conditionnement thermique selon la revendication 1 ou 2, comportant une deuxième branche de dérivation (C) reliant un troisième point de raccordement (13) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier dispositif de compression (1 ) et en amont du deuxième point de raccordement (12) à un quatrième point de raccordement (14) disposé sur la boucle principale (A) en aval du deuxième dispositif de compression (2) et en amont du premier échangeur de chaleur (31 ).
[Revendication 4] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes, comportant une troisième branche de dérivation (D) reliant un cinquième point de raccordement (15) disposé sur la deuxième branche de dérivation (C) à un sixième point de raccordement (16) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier échangeur de chaleur (31 ) et en amont du premier point de raccordement (1 1 ).
[Revendication 5] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la boucle principale (A) comporte successivement un troisième détendeur (43) et un deuxième échangeur de chaleur (32) configuré pour échanger de la chaleur avec un deuxième fluide caloporteur (F2), le deuxième fluide caloporteur (F2) étant un flux d’air extérieur (Fe) à un habitacle d’un véhicule automobile.
[Revendication 6] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 3 et avec la revendication 4, comportant une quatrième branche de dérivation (E) reliant un septième point de raccordement (17) disposé sur la boucle principale (A) en aval du quatrième point de raccordement (14) et en amont du sixième point de raccordement (16) à un huitième point de raccordement (18) disposé sur la boucle principale (A) en aval du deuxième échangeur de chaleur (32) et en amont du premier point de raccordement (1 1 ).
[Revendication 7] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes, comportant une cinquième branche de dérivation (F) reliant un neuvième point de raccordement (19) disposé sur la première branche de dérivation (B) en aval du deuxième évaporateur (4) à un dixième point de raccordement (20) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier échangeur interne (5) et en amont du premier détendeur (41 ).
[Revendication 8] Système de conditionnement thermique selon la revendication précédente, comportant une sixième branche de dérivation (G) reliant un onzième point de raccordement (21 ) disposé sur la boucle principale (A) en aval du dixième point de raccordement (20) et en amont du premier détendeur (41 ) à un douzième point de raccordement (22) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier évaporateur (3) et en amont du premier dispositif de compression (1 ), la sixième branche de dérivation (G) comprenant successivement un quatrième détendeur (44) et un troisième échangeur de chaleur (33) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air (Fi) intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile.
[Revendication 9] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier dispositif de compression (1 ) et le deuxième dispositif de compression (2) sont deux compresseurs indépendants.
[Revendication 10] Système de conditionnement thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier échangeur interne (5) est un échangeur à plaques.
[Revendication 11] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 10, dans un mode dit d’inactivation du deuxième évaporateur (4), dans lequel :
- le fluide réfrigérant se divise au premier point de raccordement (1 1 ) en un premier débit (Q1 ) circulant dans la première branche de dérivation (B) et un deuxième débit (Q2) circulant dans la boucle principale (A),
- le premier débit (Q1 ) circule successivement dans le deuxième détendeur (42) où il subit une détente, dans le premier échangeur interne (5), dans le deuxième évaporateur (4),
- le deuxième débit (Q2) circule dans le premier échangeur interne (5), et dans lequel le premier débit (Q1 ) est dans l’état de vapeur surchauffée en sortie du premier échangeur interne (5).
[Revendication 12] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 10 en combinaison avec la revendication 2 et avec la revendication 6, dans un mode dit de chauffage habitacle avec récupération d’énergie, dans lequel :
- un premier débit (Q1 ) de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le premier dispositif de compression (1 ) où il passe à une pression intermédiaire,
- un deuxième débit (Q2) de fluide réfrigérant à pression intermédiaire circule dans la première branche de dérivation (B) et rejoint le premier débit (Q1 ), formant un débit total (Q) de fluide réfrigérant à pression intermédiaire,
- le débit total (Q) de fluide réfrigérant à pression intermédiaire circule dans le deuxième dispositif de compression (2) où il passe à haute pression, dans le premier échangeur de chaleur (31 ) où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur (Fi), dans la quatrième branche de dérivation (E),
- se divise en un troisième débit (Q3) circulant dans la première branche de dérivation (B) et un quatrième débit (Q4) circulant dans la boucle principale (A), le troisième débit (Q3) circule successivement dans le deuxième détendeur (42) où il passe à pression intermédiaire, dans le premier échangeur interne (5), dans le deuxième évaporateur (4) où il absorbe de la chaleur, et rejoint le premier débit (Q1 ) de fluide réfrigérant circulant dans la boucle principale (A) en sortie du premier dispositif de compression (1 ),
- le quatrième débit (Q4) circule dans le premier échangeur interne (5), dans le premier détendeur (41 ) où il passe à basse pression, dans le premier évaporateur (3) où il absorbe de la chaleur, et rejoint le premier dispositif de compression (1 ).
[Revendication 13] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 10 en combinaison avec les revendications 2 à 5, le premier échangeur de chaleur interne (5) comportant une première section d’échange thermique (5a) disposée sur la boucle principale (A) et une deuxième section d’échange thermique (5b) disposée sur la première branche de dérivation B, dans un mode dit de refroidissement habitacle et refroidissement groupe motopropulseur, dans lequel :
- un premier débit (Q1 ) de fluide réfrigérant à basse pression circule dans le premier dispositif de compression (1 ) où il passe à pression intermédiaire, puis circule successivement dans la deuxième branche de dérivation (C),
- un deuxième débit (Q2) de fluide réfrigérant circule successivement dans le deuxième dispositif de compression (2) où il passe à pression intermédiaire et dans la deuxième branche de dérivation (C), et rejoint le premier débit (Q1 ), formant un débit total (Q) de fluide réfrigérant à pression intermédiaire,
- le débit total (Q) de fluide réfrigérant à pression intermédiaire circule successivement dans la troisième branche de dérivation (D), dans le deuxième échangeur de chaleur (32) où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur (Fe), se divise en un troisième débit (Q3) circulant dans la première branche de dérivation (B) et un quatrième débit (Q4) circulant dans la boucle principale (A), le troisième débit (Q3) circule successivement dans le deuxième détendeur (42) où il subit une détente, dans la deuxième section d’échange thermique (5b) du premier échangeur interne (5), dans le deuxième évaporateur (4) où il absorbe de la chaleur, le quatrième débit (Q4) circule successivement dans la première section d’échange thermique (5a) du premier échangeur interne (5), dans le quatrième détendeur (44) où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur de chaleur (33) où il absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur (Fi).
[Revendication 14] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 10 en combinaison avec les revendications 6 et 7, dans un mode dit de chauffage batterie et récupération d’énergie dans lequel :
- un débit (Q) le fluide réfrigérant à basse pression circule successivement dans le premier dispositif de compression (1 ) où il passe à une pression intermédiaire, dans le deuxième dispositif de compression (2) où il passe à haute pression, dans le premier échangeur de chaleur (31 ), dans la quatrième branche de dérivation (E), dans la première branche de dérivation (B), dans le deuxième détendeur (42), dans le deuxième évaporateur (4) où il cède de la chaleur, dans la cinquième branche de dérivation (F), dans le premier détendeur (41 ) où il passe à basse pression, dans le premier évaporateur (3) où il absorbe de la chaleur, et rejoint le premier dispositif de compression (1 ).
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