WO2024056768A1 - Systeme de conditionnement thermique - Google Patents

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WO2024056768A1
WO2024056768A1 PCT/EP2023/075206 EP2023075206W WO2024056768A1 WO 2024056768 A1 WO2024056768 A1 WO 2024056768A1 EP 2023075206 W EP2023075206 W EP 2023075206W WO 2024056768 A1 WO2024056768 A1 WO 2024056768A1
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WO
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exchanger
transfer liquid
heat transfer
heat
connection point
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/075206
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English (en)
Inventor
Mohamed Yahia
Bertrand Gessier
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32284—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3286—Constructional features
    • B60H2001/3291—Locations with heat exchange within the refrigerant circuit itself

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal conditioning systems. These systems can in particular equip a motor vehicle. Such systems make it possible to achieve thermal regulation of different components of the vehicle, such as the passenger compartment or an electrical energy storage battery, in the case of an electrically powered vehicle. Heat exchanges are managed mainly by the compression and expansion of a refrigerant fluid within different heat exchangers making it possible to ensure heating or cooling of different organs.
  • Thermal conditioning systems commonly use a refrigerant loop and a heat transfer liquid loop exchanging heat with the refrigerant. Such systems are thus called indirect.
  • Patent EP2933586 B1 is an example.
  • the refrigerant loop is formed such that the refrigerant transfers heat to a heat transfer liquid in a first dual-fluid exchanger.
  • the heat given up to the heat transfer liquid can then be dissipated in a flow of air intended for the passenger compartment in order to heat it.
  • the heat transfer liquid circuit also makes it possible to cool heat-dissipating elements of the vehicle's traction chain, such as the vehicle's electric traction motor or the power electronics controlling the electric motor.
  • another two-fluid exchanger makes it possible to carry out a heat exchange between the heat transfer liquid and the refrigerant fluid in order to cool the heat transfer liquid.
  • Such systems are commonly used on purely electric powered vehicles. However, it is possible to integrate them into hybrid vehicles that also have a thermal engine in addition to the electric traction chain. The heat engine and the electric traction chain can operate in turn, or jointly.
  • the present invention proposes a thermal conditioning system for a hybrid automobile vehicle, comprising:
  • a refrigerant circuit comprising:
  • a first exchanger arranged jointly on the main refrigerant fluid loop and on the heat transfer liquid circuit so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid
  • a third exchanger arranged jointly on the main refrigerant fluid loop and on the heat transfer liquid circuit so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid
  • a branch branch connecting a first connection point arranged downstream of an outlet of the compressor and upstream of the first regulator to a second connection point arranged downstream of the third exchanger and upstream of an inlet of the compressor, the bypass branch successively comprising a third expander and a fourth heat exchanger.
  • This refrigerant circuit architecture ensures thermal conditioning of the battery and jointly heats or cools the heat transfer liquid.
  • this architecture makes it possible to create a heat pump without using a refrigerant fluid/external air flow heat exchanger.
  • the fourth exchanger is configured to exchange heat with an air flow inside the passenger compartment of a motor vehicle.
  • the main loop comprises a refrigerant accumulation device disposed downstream of the first exchanger and upstream of the first connection point.
  • the diversion branch comprises a shut-off valve.
  • shut-off valve is placed between the first connection point and the third regulator.
  • the bypass branch comprises a non-return valve configured to prohibit a circulation of refrigerant fluid from the second connection point to the fourth exchanger and configured to authorize a circulation of refrigerant fluid from the fourth exchanger to the second connection point.
  • the first exchanger is arranged jointly on the main refrigerant fluid loop and on a primary loop of the heat transfer liquid circuit, the primary loop comprising a fifth exchanger configured to exchange heat with the flow of air inside the vehicle cabin.
  • the fifth exchanger ensures heating of the passenger compartment.
  • the fourth exchanger is arranged upstream of the fifth exchanger in the direction of flow of the interior air flow.
  • the primary loop of the heat transfer liquid circuit comprises a first heat transfer liquid circulation pump.
  • the first heat transfer liquid circulation pump is arranged between an outlet of the fifth exchanger and an inlet of the first exchanger.
  • the third exchanger is arranged jointly on the main refrigerant fluid loop and on a secondary loop of the heat transfer liquid circuit.
  • the secondary loop includes a sixth exchanger configured to exchange heat with an air flow outside the vehicle passenger compartment.
  • the sixth exchanger makes it possible to cool the heat transfer liquid, for example in an operating mode where the heat of condensation of the refrigerant fluid must be dissipated into the external environment.
  • the secondary loop of the heat transfer liquid circuit includes a second heat transfer liquid circulation pump.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a first connection branch connecting a first connection point arranged on the secondary loop between an outlet of the sixth exchanger and an inlet of the third exchanger to a second connection point arranged on the secondary loop between a outlet of the third exchanger and an inlet of the sixth exchanger, the first connecting branch being configured to exchange heat with an element of an electric traction chain of the vehicle.
  • the first connecting branch makes it possible to recover energy from the electric traction chain.
  • This recovered energy can, for example, heat the passenger compartment of the vehicle, or at least contribute to this heating.
  • the element may include an electric vehicle traction motor.
  • the element may comprise an electronic control unit, for example an inverter of the vehicle's electric traction motor.
  • the element may comprise a charger for an electrical energy storage battery, for example a battery supplying energy to the vehicle's electric traction motor.
  • the second heat transfer liquid circulation pump is arranged between the second connection point and an inlet of the sixth exchanger.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a second connection branch connecting a third connection point arranged on the primary loop between an outlet of the first exchanger and an inlet of the fifth exchanger to a fourth connection point arranged on the secondary loop between a exit of the first interchange and the second connection point.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a third connection branch connecting a fifth connection point arranged on the secondary loop between the first connection point and an inlet of the third exchanger to a sixth connection point arranged on the primary loop between a exit of the fifth interchange and an entrance of the first interchange.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a tertiary loop configured to exchange heat with a heat engine, the tertiary loop comprising a seventh exchanger configured to exchange heat with the flow of outside air.
  • the tertiary loop ensures cooling of the heat engine.
  • the heat from the heat transfer liquid circulating in the tertiary loop can be redirected to other portions of the circuit and other heat exchangers.
  • the tertiary loop includes a third heat transfer liquid circulation pump.
  • the third heat transfer liquid circulation pump can be placed upstream of the heat engine.
  • the third pump is for example an electric pump, that is to say the moving elements of which are driven by an electric motor.
  • the third pump can be a mechanical pump mechanically driven by the heat engine.
  • the sixth exchanger is arranged upstream of the seventh exchanger in the direction of flow of the exterior air flow.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a fourth connection branch connecting a seventh connection point arranged on the tertiary loop between an output of the heat engine and an inlet of the seventh exchanger to an eighth connection point arranged on the secondary loop between the fifth connection point and an entrance to the third interchange.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a fifth connection branch connecting a ninth connection point arranged on the secondary loop between an outlet of the sixth exchanger and the first connection point to a tenth connection point arranged on the tertiary loop between a outlet of the seventh exchanger and an inlet of the third pump.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a sixth connection branch connecting an eleventh connection point arranged on the tertiary loop between an output of the heat engine and the seventh connection point to a twelfth connection point arranged on the tertiary loop between the tenth connection point and an inlet of the third heat transfer liquid circulation pump.
  • the third pump is arranged between the twelfth connection point and an inlet of the heat engine.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a seventh connection branch connecting a thirteenth connection point arranged on the primary heat transfer liquid loop between an outlet of the fifth exchanger and an inlet of the first exchanger to a fourteenth connection point arranged on the fourth connecting branch.
  • the heat transfer liquid circuit comprises an eighth connection branch connecting a fifteenth connection point arranged on the sixth connection branch between the eleventh connection point and the fourteenth connection point to a sixteenth connection point arranged on the primary loop between the third connection point and an entrance to the fifth interchange.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a ninth connecting branch arranged in parallel with the sixth exchanger.
  • the ninth connecting branch makes it possible to not cool the heat transfer liquid when the temperature of the heat transfer liquid circulating in the secondary heat transfer liquid loop is lower than the temperature of the ambient air.
  • the ninth connection branch connects a seventeenth connection point arranged on the secondary loop between an outlet of the second circulation pump to an eighteenth connection point arranged on the secondary loop between an outlet of the sixth exchanger and the ninth point of connection.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a tenth connecting branch arranged in parallel with the seventh exchanger.
  • the tenth connection branch connects a nineteenth connection point arranged on the tertiary loop between the seventh connection point and an entrance of the seventh exchanger to a twentieth connection point arranged on the tertiary loop between an outlet of the seventh exchanger and the tenth connection point.
  • the primary loop of the heat transfer liquid circuit comprises an additional heating device configured to heat the heat transfer liquid.
  • the additional heating device is arranged between the sixteenth connection point and an inlet of the fifth exchanger.
  • the additional heating device comprises an electrical resistance configured to heat the heat transfer liquid.
  • the additional heating device is arranged upstream of the fifth exchanger in a direction of flow of the heat transfer liquid.
  • the primary loop of the heat transfer liquid circuit comprises a first unidirectional valve configured to authorize a circulation of heat transfer liquid from the third connection point to the sixteenth connection point and configured to prohibit the circulation of heat transfer liquid from the sixteenth connection point to the third connection point.
  • the fifth connecting branch comprises a second unidirectional valve configured to authorize a circulation of heat transfer liquid from the ninth connection point to the tenth connection point and configured to prohibit a circulation of heat transfer liquid from the tenth connection point to the ninth point connection.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a first three-way valve arranged jointly on the secondary loop and on the third connecting branch, the first three-way valve being configured to selectively:
  • the heat transfer liquid circuit comprises a second three-way valve arranged jointly on the sixth connecting branch and on the eighth connecting branch, the second three-way valve being configured to selectively:
  • the heat transfer liquid circuit comprises a third three-way valve arranged jointly on the secondary loop and on the ninth connecting branch, the third three-way valve being configured to selectively:
  • the main refrigerant fluid loop comprises an internal heat exchanger comprising a first heat exchange section disposed downstream of the first exchanger and upstream of the first expander and a second section heat exchanger arranged downstream of the third exchanger and upstream of the compressor, the internal heat exchanger being configured to allow heat exchange between the refrigerant in the first heat exchange section and the refrigerant in the second section heat exchange.
  • the disclosure also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a cooling mode, in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the third expander where it passes at low pressure, in the fourth exchanger where it receives heat from the interior air flow, and returns to the compressor,
  • a first flow of heat transfer liquid circulates in the sixth exchanger where it transfers heat to the outside air flow, and is divided into:
  • This operating mode allows the passenger compartment to be cooled.
  • the disclosure also concerns a method of operating a thermal conditioning system as described, in a first heating mode, in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the first expander, in the second exchanger, in the second expander where it passes at low pressure, into the third exchanger where it receives heat from the heat transfer liquid, and returns to the compressor, - a first flow of heat transfer liquid circulates in the first exchanger where it receives heat from the refrigerant fluid, in the fifth exchanger where it transfers heat to the interior air flow, and joins the first exchanger,
  • This operating mode allows the passenger compartment to be heated, by recovering heat from the electric traction chain and the ambient air.
  • the disclosure also concerns a method of operating a thermal conditioning system as described, in a second heating mode, in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the first expander, in the second exchanger, in the second expander where it passes at low pressure, into the third exchanger where it receives heat from the heat transfer liquid, and returns to the compressor,
  • a first flow of heat transfer liquid circulates in the first exchanger where it receives heat from the refrigerant fluid, in the fifth exchanger where it transfers heat to the interior air flow, and joins the first exchanger,
  • the disclosure further relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a defrosting mode, in which:
  • the disclosure also deals with a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a third heating mode, in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the first expander, in the second exchanger, in the second expander where it passes at low pressure, into the third exchanger where it receives heat from the heat transfer liquid, and returns to the compressor,
  • a first flow of heat transfer liquid circulates in the first exchanger where it receives heat from the refrigerant fluid, in the fifth exchanger where it transfers heat to the interior air flow, and joins the first exchanger,
  • the disclosure also concerns a method of operating a thermal conditioning system as described, in a heat engine preheating mode, in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the third expander where it passes at low pressure, in the fourth exchanger where it receives heat from the interior air flow, and returns to the compressor,
  • the internal temperature of the heat engine can thus be increased before it starts, which makes it possible to reduce the temperature rise phase of the heat engine. Fuel consumption is reduced, as are polluting emissions. This preheating of the engine is carried out without excess energy consumption.
  • FIG. 1 is a schematic view of a thermal conditioning system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 1 operating in an operating mode called cooling mode
  • FIG. 3 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 1 operating in a mode of operation called first heating mode
  • Fig. 4 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 1 operating in a mode of operation called second heating mode
  • FIG. 5 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 1 according to operating in a mode of operation called defrost mode
  • FIG. 6 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 1 according to operating in a mode of operation called third heating mode
  • FIG. 7 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 1 according to operating in a mode of operation called heat engine preheating mode.
  • a first element upstream of a second element means that the first element is placed before the second element with respect to the direction of circulation, or travel, 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 considered.
  • a first element is upstream of a second element means that the refrigerant fluid successively travels through the first element, then the second element, without passing through the compression device.
  • the refrigerant fluid leaves the compression device, possibly passes through one or more elements, then passes through the first element, then the second element, then returns to the compression device, possibly after passing through other elements.
  • a second element is placed between a first element and a third element means that the shortest path to go from the first element to the third element passes through the second element.
  • Each of the expansion devices used can be an electronic expansion valve.
  • the passage section for passing the refrigerant fluid can be adjusted continuously between a closed position and a maximum open position.
  • an electronic controller controls an electric motor which moves a movable shutter controlling the passage section offered to the refrigerant fluid.
  • the thermal conditioning system 100 which will be described can be fitted to a motor vehicle.
  • An electronic control unit receives information from various sensors measuring in particular the characteristics of the refrigerant fluid.
  • the electronic control unit also receives instructions from the vehicle occupants, such as the desired temperature inside the passenger compartment.
  • the electronic control unit implements control laws allowing the control of the different actuators, in order to ensure the control of the thermal conditioning system 100 so as to ensure the instructions received.
  • a compression device 15 makes it possible to circulate a refrigerant fluid in a closed refrigerant circulation circuit.
  • the compression device 15 can be an electric compressor, that is to say a compressor whose moving parts are driven by an electric motor.
  • the compression device 15 comprises a suction side of the refrigerant fluid at low pressure, also called inlet 15a of the compression device, and a discharge side of the refrigerant fluid at high pressure, also called outlet 15b of the compression device 15.
  • the internal moving parts of the compressor 15 pass the refrigerant fluid from a low pressure on the inlet side 15a to a high pressure on the outlet side 15b. After expansion in one or more expansion members, the refrigerant fluid returns to inlet 15a of compressor 15 and begins a new thermodynamic cycle.
  • the compressor 15 is here a compressor having exactly one inlet and one outlet of refrigerant fluid.
  • connection point allows the refrigerant fluid to pass into one or other of the circuit portions joining at this connection point.
  • the distribution of the refrigerant fluid between the circuit portions joining at a connection point is done by varying the degree of opening of the expansion devices arranged on each of the branches connected to this point.
  • each connection point is a means of redirecting the refrigerant arriving at this connection point.
  • the refrigerant fluid used by the refrigerant fluid circuit 1 1 is here a chemical fluid such as R1234yf.
  • Other refrigerant fluids could be used, such as R134a or R290.
  • connection point of the heat transfer liquid circuit 20 allows the heat transfer liquid to pass into one or other of the portions of the heat transfer liquid circuit 20 joining at this connection point.
  • Each connection point of the heat transfer liquid circuit 20 is a means of redirecting the heat transfer liquid arriving at this connection point.
  • interior air flow Fi means a flow of air intended for the passenger compartment of the motor vehicle.
  • This indoor air flow can circulate in a heating, ventilation and air conditioning installation, often referred to by the English term “HVAC” meaning “Heating, Ventilating and Air Conditioning”. This installation has not been shown in the various figures.
  • a motorized fan unit not shown, can be activated in order to increase the flow rate of the interior air flow Fi if necessary.
  • the motor-fan group is for example arranged upstream of the fifth heat exchanger 5.
  • external air flow Fe we mean an air flow which is not intended for the passenger compartment of the vehicle. In other words, the air flow Fe remains outside the vehicle cabin.
  • Another motor-fan group not shown, can be activated in order to increase, if necessary, the flow rate of the exterior air flow Fe.
  • the second motor-fan group is for example arranged upstream of the sixth exchanger 6.
  • the vehicle described here is a hybrid vehicle, that is to say a vehicle having a thermal engine 8 as well as an electric motor capable of propelling the vehicle.
  • the thermal engine 8 In certain operating modes of the vehicle, the thermal engine 8 is started. In other operating modes, the heat engine 8 is stopped. When the vehicle is being driven, the thermal engine 8 is therefore likely to operate intermittently.
  • FIG. 1 shows a thermal conditioning system 100 for a hybrid motor vehicle, comprising:
  • refrigerant fluid circuit 10 comprising:
  • a first exchanger 1 arranged jointly on the main refrigerant fluid loop A and on the heat transfer liquid circuit 20 so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid
  • a third exchanger 3 arranged jointly on the main refrigerant fluid loop A and on the heat transfer liquid circuit 20 so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid
  • a branch B connecting a first connection point 1 1 disposed downstream of an outlet 15b of the compressor 15 and upstream of the first regulator 21 to a second connection point 12 disposed downstream of the third exchanger 3 and upstream of an inlet 15a of the compressor 15, the bypass branch B successively comprising a third expander 23 and a fourth heat exchanger 4.
  • This refrigerant circuit architecture makes it possible to ensure thermal conditioning of the battery 30 and jointly heat or cool the heat transfer liquid.
  • this architecture makes it possible to create a heat pump without using a refrigerant fluid/external air flow heat exchanger.
  • the first exchanger 1 is a two-fluid exchanger.
  • the third exchanger 3 is also a two-fluid exchanger.
  • the first exchanger 1 comprises an inlet 1a and an outlet 1b of heat transfer liquid, and also includes an inlet 1c and an outlet 1d of refrigerant fluid.
  • the third exchanger 3 comprises an inlet 3a and an outlet 3b of heat transfer liquid, and also includes an inlet 3c and an outlet 3d of refrigerant fluid.
  • the first regulator 21 is for example an electronic regulator whose movable shutter is movable in translation.
  • the second regulator 22 is for example an electronic regulator whose movable shutter can rotate.
  • the movable shutter is for example a movable sphere rotating around one of its diameters, and drilled through in a direction perpendicular to the axis of rotation, the through drilling forming a fluid circulation channel.
  • the fourth heat exchanger 4 is arranged downstream of the third expander 23.
  • the fourth exchanger 4 is configured to exchange heat with an air flow Fi inside the passenger compartment of a motor vehicle.
  • the fourth exchanger 4 thus makes it possible to cool the passenger compartment of the vehicle.
  • bypass branch B is arranged in parallel with the first expander 21, the second exchanger 2, the second expander 22 and the third exchanger 3.
  • the branch branch B connects a first connection point 11 disposed downstream of the first exchanger 1 and upstream of the first regulator 21 to a second connection point 12 disposed downstream of the third exchanger 3 and upstream of an inlet 15a of compressor 15.
  • the main loop A comprises a refrigerant fluid accumulation device 16 arranged downstream of the first exchanger 1 and upstream of the first connection point 11.
  • the accumulation device 16 is a desiccant bottle.
  • the bypass branch B comprises a shut-off valve 17.
  • the shut-off valve 17 is here arranged between the first connection point 1 1 and the third regulator 23.
  • the shut-off valve 17, controlled by the electronic control unit, makes it possible to interrupt the circulation of the refrigerant fluid in the diversion branch B and therefore in the fourth exchanger 4.
  • the bypass branch B comprises a non-return valve 18 configured to prohibit a circulation of refrigerant fluid from the second connection point 12 to the fourth exchanger 4 and configured to authorize a circulation of refrigerant fluid from the fourth exchanger 4 to the second connection point 12.
  • the first exchanger 1 is arranged jointly on the main loop A of refrigerant fluid and on a primary loop B1 of the heat transfer liquid circuit 20.
  • the primary loop B1 comprises a fifth exchanger 5 configured to exchange heat with the flow of air Fi inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the fifth exchanger commonly called a heating radiator, ensures heating of the passenger compartment.
  • the fourth exchanger 4 is arranged upstream of the fifth exchanger 5 in a direction of flow of the interior air flow Fi. In other words, the air flow Fi first crosses the fourth exchanger 4 then the fifth exchanger 5.
  • the primary loop B1 of the heat transfer liquid circuit 20 comprises a first heat transfer liquid circulation pump 31.
  • the first circulation pump 31 heat transfer liquid is arranged between an outlet 5b of the fifth exchanger 5 and an inlet 1a of the first exchanger 1.
  • the third exchanger 3 is arranged jointly on the main loop A of refrigerant fluid and on a secondary loop B2 of the heat transfer liquid circuit 20.
  • the secondary loop B2 comprises a sixth exchanger 6 configured to exchange heat with a flow of air Fe outside the vehicle passenger compartment.
  • the sixth exchanger 6 makes it possible to cool the heat transfer liquid, for example in an operating mode where the heat of condensation of the refrigerant fluid must be dissipated in the environment outside the vehicle.
  • the sixth exchanger 6 is commonly referred to as “low temperature radiator”.
  • the secondary loop B2 of the heat transfer liquid circuit 20 comprises a second pump 32 for circulating the heat transfer liquid.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a first connection branch D1 connecting a first connection point C1 arranged on the secondary loop B2 between an outlet 6d of the sixth exchanger 6 and an inlet 3a of the third exchanger 3 to a second point of connection connection C2 arranged on the secondary loop B2 between an outlet 3b of the third exchanger 3 and an inlet 6a of the sixth exchanger 6.
  • the first connecting branch D1 is configured to exchange heat with an element 40 of an electric traction chain of the vehicle.
  • the heat transfer liquid can, for example, circulate inside a casing of element 40 of the vehicle's electric traction chain.
  • the first connecting branch D1 makes it possible to recover the energy dissipated by the electric traction chain. This recovered energy can, for example, make it possible to heat the passenger compartment of the vehicle, or at least contribute to this heating.
  • Element 40 may comprise an electric vehicle traction motor.
  • element 40 may comprise an electronic control unit, for example an inverter of the vehicle's electric traction motor.
  • element 40 may comprise a charger for an electrical energy storage battery, for example a battery supplying energy to the vehicle's electric traction motor.
  • the second heat transfer liquid circulation pump 32 is arranged between the second connection point C2 and an inlet 6a of the sixth exchanger 6.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a second connection branch D2 connecting a third connection point C3 arranged on the primary loop B1 between an outlet 1b of the first exchanger 1 and an inlet 5a of the fifth exchanger 5 to a fourth point connection point C4 arranged on the secondary loop B2 between an outlet 1 b of the first exchanger 1 and the second connection point C2.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a third connection branch D3 connecting a fifth connection point C5 arranged on the secondary loop B2 between the first connection point C1 and an inlet 3a of the third exchanger 3 to a sixth connection point C6 placed on the primary loop B1 between an outlet 5b of the fifth exchanger 5 and an inlet 1a of the first exchanger 1.
  • the second connecting branch D2 and the third connecting branch D3 make it possible to put the primary heat transfer liquid loop B1 and the secondary heat transfer liquid loop B2 into communication.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a tertiary loop B3 configured to exchange heat with a heat engine 8.
  • the tertiary loop comprises a seventh exchanger 7 configured to exchange heat with the external air flow Fe.
  • the tertiary loop B3 makes it possible in particular to ensure the cooling of the heat engine 8.
  • the heat of the heat transfer liquid circulating in the tertiary loop B3 can be redirected towards other portions of the circuit and other heat exchangers , in order to recover the heat dissipated by the heat engine during its operation.
  • the seventh exchanger 7 is commonly referred to as “high temperature radiator”.
  • the tertiary loop B3 includes a third heat transfer liquid circulation pump 33.
  • the third heat transfer liquid circulation pump 33 is placed upstream of the heat engine 8.
  • the third pump 33 is for example an electric pump, that is to say whose moving elements are driven by an electric motor. In this case, the pump can ensure circulation of heat transfer liquid in the tertiary loop B3 even when the heat engine 8 is not operating.
  • the third pump 33 can be a mechanical pump mechanically driven by the heat engine 8.
  • the sixth exchanger 6 is arranged upstream of the seventh exchanger 7 in a direction of flow of the exterior air flow Fe.
  • the exterior air flow Fe first passes through the sixth exchanger 6 then the seventh exchanger 7.
  • the sixth exchanger 6 and the seventh exchanger 7 are for example arranged one behind the other, on the front of the vehicle.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a fourth connection branch D4 connecting a seventh connection point C7 arranged on the tertiary loop B3 between an outlet 8b of the heat engine 8 and an inlet 7a of the seventh exchanger 7 to an eighth point of connection connection C8 arranged on the secondary loop B2 between the fifth connection point C5 and an input 3a of the third exchanger 3.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a fifth connection branch D5 connecting a ninth connection point C9 arranged on the secondary loop B2 between an outlet 6b of the sixth exchanger 6 and the first connection point C1 to a tenth connection point C10 placed on the tertiary loop B3 between an outlet 7d of the seventh exchanger 7 and an inlet 33a of the third pump 33.
  • the fourth connecting branch D4 and the fifth connecting branch D5 make it possible to put the secondary loop B2 and the tertiary loop B3 into communication.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a sixth connection branch D6 connecting an eleventh connection point C11 arranged on the tertiary loop B3 between an output 8b of the heat engine 8 and the seventh connection point C7 to a twelfth connection point C12 arranged on the tertiary loop B3 between the tenth connection point C10 and an inlet 33a of the third pump 33 for circulating the heat transfer liquid.
  • the third pump 33 is arranged between the twelfth connection point C12 and an inlet 8a of the heat engine 8.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a seventh connection branch D7 connecting a thirteenth connection point C13 arranged on the primary heat transfer liquid loop B1 between an outlet 5b of the fifth exchanger 5 and an inlet 1 a of the first exchanger 1 to a fourteenth connection point C14 arranged on the fourth connecting branch D4.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises an eighth connection branch D8 connecting a fifteenth connection point C15 arranged on the sixth connection branch D6 between the eleventh connection point C1 1 and the fourteenth connection point C14 to a sixteenth point connection C16 arranged on the primary loop B1 between the third connection point C3 and an inlet 5a of the fifth exchanger 5.
  • the sixth connection branch D6, the seventh connection branch D7 and the eighth connection branch D8 make it possible, in combination, to put the loop into communication primary B1 of the heat transfer liquid circuit 20 and the tertiary loop B3, possibly without passing through the heat engine 8.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a ninth connecting branch D9 arranged in parallel with the sixth exchanger 6.
  • the ninth connecting branch D9 makes it possible not to cool the heat transfer liquid when the temperature of the heat transfer liquid circulating in the secondary loop B2 of heat transfer liquid is lower than the temperature of the ambient air, that is to say the temperature of the exterior air flow Fe.
  • the ninth connecting branch D9 allows the heat transfer liquid from the secondary loop B2 leaving the second pump 32 to bypass the sixth exchanger 6.
  • the ninth connecting branch D9 is a branch of the sixth exchanger 6.
  • the ninth connecting branch D9 thus connects a seventeenth connection point C17 located on the secondary loop B2 between an output of the second circulation pump 32 to an eighteenth connection point C18 located on the secondary loop B2 between an outlet 6b of the sixth exchanger 6 and the ninth connection point C9.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a tenth connecting branch D10 arranged in parallel with the seventh exchanger 7.
  • the tenth connecting branch D10 allows the heat transfer liquid from the tertiary loop B3 leaving the heat engine 8 to bypass the seventh exchanger 7 In other words, the heat transfer liquid leaving the heat engine 8 can reach the tenth connection point C20 without passing through the seventh exchanger 7.
  • the tenth connection branch D10 connects a nineteenth connection point C19 located on the tertiary loop B3 between the seventh connection point C7 and an inlet 7a of the seventh exchanger 7 to a twentieth connection point C20 located on the loop tertiary B3 between an exit 7b of the seventh exchanger 7 and the tenth connection point C10.
  • the primary loop B1 of the heat transfer liquid circuit may include an additional heating device 9 configured to heat the heat transfer liquid.
  • the additional heating device 9 is preferably an electric heating device.
  • the additional heating device 9 is arranged between the sixteenth connection point C16 and an inlet 5a of the fifth exchanger 5.
  • the additional heating device 9 comprises an electrical resistance configured to heat the heat transfer liquid.
  • the electrical resistance can be in contact with the heat transfer liquid.
  • the additional heating device 9 is arranged upstream of the fifth exchanger 5 in a direction of flow of the heat transfer liquid.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises several valves making it possible to isolate or connect certain parts of the circuit, so as to allow several operating modes of the thermal conditioning system 100.
  • the primary loop B1 of the heat transfer liquid circuit comprises a first unidirectional valve 35 configured to authorize a circulation of heat transfer liquid from the third connection point C3 to the sixteenth connection point C16 and configured to prohibit a circulation of heat transfer liquid from the sixteenth connection point C16 to the third connection point C3.
  • the first one-way valve 35 is here a non-return valve.
  • the fifth connecting branch D5 comprises a second one-way valve 36 configured to authorize a circulation of heat transfer liquid from the ninth connection point C9 to the tenth connection point C10 and configured to prohibit a circulation of heat transfer liquid from the tenth connection point C10 towards the ninth connection point C9.
  • the second one-way valve 36 is here a non-return valve.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a first three-way valve 41 arranged jointly on the secondary loop B2 and on the third connecting branch D3.
  • the first three-way valve 41 is configured to selectively:
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a second three-way valve 42 arranged jointly on the sixth connecting branch D6 and on the eighth connecting branch D8.
  • the second three-way valve 42 is configured to selectively:
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a third three-way valve 43 arranged jointly on the secondary loop B2 and on the ninth connecting branch D9.
  • the third three-way valve 43 is configured to selectively:
  • the thermal conditioning system 100 comprises two two-way valves instead of at least one three-way valve.
  • the two two-way valves are then placed on each of the connecting branches on which the corresponding three-way valve was placed.
  • the main refrigerant fluid loop A comprises an internal heat exchanger 25 comprising a first heat exchange section 25a disposed downstream of the first exchanger 1 and upstream of the first expander 21 and a second section heat exchanger 25b arranged downstream of the third exchanger 3 and upstream of the compressor 15.
  • the internal heat exchanger 25 is configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid in the first heat exchange section 25a and the fluid refrigerant in the second heat exchange section 25b.
  • the internal heat exchanger 25 is optional and may not be installed on the thermal conditioning system 100.
  • FIGs 2 to 7 illustrate several possible modes of operation of the thermal conditioning system 100 illustrated in Figure 1.
  • the portions of the refrigerant circuit 10 which are traversed by refrigerant fluid are drawn in solid lines thick, and the portions in which the refrigerant does not circulate are drawn in dotted lines.
  • the portions of the heat transfer liquid circuit 20 which are traversed by the heat transfer liquid are drawn in thick solid lines, and the portions in which the heat transfer liquid does not circulate are drawn in dotted lines.
  • Heat exchangers inactive because no refrigerant or heat transfer liquid passes through them are also shown schematically by a dotted line.
  • the single line arrows correspond to the different heat transfer liquid flow rates
  • the double line arrows correspond to the different refrigerant flow rates.
  • Figure 2 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described above, in a cooling mode.
  • a flow rate Qr of refrigerant fluid circulates in the compressor 15 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger 1 where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the third expansion valve 23 where it passes at low pressure, in the fourth exchanger 4 where it receives heat from the interior air flow Fi, and returns to the compressor 15.
  • the refrigerant fluid circulates successively in the compressor 15, in the main loop A, is redirected at the first connection point 11 in the branch branch B, circulates in the third regulator 23 where it undergoes an expansion and passes to low pressure, in the fourth exchanger 4 where it evaporates by absorbing heat from the interior air flow Fi, joins the main loop A at the second connection point 12 and joins the inlet 15a of the compressor 15, looping thus the thermodynamic cycle.
  • a first flow Qc1 of heat transfer liquid circulates in the second pump 32, then in the sixth exchanger 6 where it transfers heat to the exterior air flow Fe, then divides at the first connection point C1 into a second flow Qc2 circulating in the first connection branch D1 and a third flow Qc3 circulating in the secondary loop B2.
  • the first three-way valve 41 prevents circulation towards the third exchanger 3, and the entire third flow Qc3 travels through the third connecting branch D3 and joins the first exchanger 1.
  • the heat transfer liquid After passing through the first exchanger 1, the heat transfer liquid is directed towards the second connecting branch D2 at the third connection point C3, and joins at the second connection point C2 the second flow rate Qc2 of heat transfer liquid coming from the first connecting branch D1.
  • the heat transfer liquid does not circulate in the primary loop B1.
  • the first pump 31 is inactive.
  • Figure 3 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described previously, in a first heating mode.
  • a flow rate Qr of refrigerant fluid circulates in the compressor 15 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger 1 where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the first expander 21, in the second exchanger 2, in the second expander 22 where it passes at low pressure, into the third exchanger 3 where it receives heat from the heat transfer liquid, and returns to the compressor 15.
  • a first flow Qc1 of heat transfer liquid circulates in the first exchanger 1 where it receives heat from the refrigerant fluid, in the fifth exchanger 5 where it transfers heat to the interior air flow Fi, and joins the first exchanger 1.
  • the refrigerant fluid circulates successively in the compressor 15, in the main loop A where it passes into the state of gas at high pressure, in the first exchanger 1 where it condenses and transfers heat to the heat transfer liquid of the primary loop B1 of heat transfer liquid, then in the first expander 21, in the second exchanger 2, in the second expander 22 where it passes at low pressure, in the third exchanger 3 where it evaporates by absorbing heat from the heat transfer liquid of the secondary loop B2 of heat transfer liquid, and joins the inlet 15a of the compressor.
  • heating of the battery 30 is carried out since the latter then exchanges heat with the refrigerant fluid at high pressure and high temperature.
  • Partial expansion can also be carried out at the first regulator 21, in order to recover energy from the battery or to cool it.
  • a first flow rate Qc1 of heat transfer liquid circulates in the primary loop B1 and circulates successively in the first pump 31, in the first exchanger 1 where it receives heat from the refrigerant fluid, in the fifth exchanger 5, and joins the entry of the first pump 31.
  • a second flow Qc2 of heat transfer liquid circulates successively in the second pump 32, in the sixth exchanger 6 where it receives heat from the external air flow Fe, divides at the first connection point C1 into a third flow rate Qc3 circulating in the first connection branch D1 and a fourth flow rate Qc4 circulating in the secondary loop B2.
  • the first three-way valve 41 prevents circulation towards the third connecting branch D3, so that the entirety of the fourth flow Qc4 travels through the secondary loop B2 and joins the third exchanger 3.
  • the heat transfer liquid circulating in the secondary loop B2 joins the third flow Qc3 coming from the first connecting branch D1.
  • the third three-way valve 43 is in a position allowing the heat transfer liquid to circulate from the seventeenth connection point C17 to the sixth exchanger 6 and blocking circulation in the ninth connecting branch D9.
  • the primary heat transfer liquid loop B1 is here dissociated from the secondary loop B2, that is to say the two loops do not communicate.
  • the heat transfer liquid circulating in the first exchanger 1 does not circulate in the third exchanger 3.
  • the heat transfer liquid circulating in the third exchanger 3 does not circulate in the first exchanger 1.
  • This operating mode is used when the temperature of the heat transfer liquid is lower than the ambient temperature, that is to say the temperature of the exterior air flow Fe.
  • the heat recovered from the exterior air flow Fe at level of the sixth exchanger 6 and the heat recovered from element 40 of the vehicle's electric traction chain are both transferred to the refrigerant fluid at the level of the third exchanger 3.
  • the refrigerant fluid heats the heat transfer liquid at the level of the first exchanger 1 , and the heat from the heat transfer liquid is dissipated in the air flow Fi supplying the passenger compartment at the level of the fifth exchanger 5.
  • FIG. 4 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described above, in a second heating mode.
  • a flow rate Qr of refrigerant fluid circulates in the compressor 15 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger 1 where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the first expander 21, in the second exchanger 2, in the second expander 22 where it passes at low pressure, into the third exchanger 3 where it receives heat from the heat transfer liquid, and returns to the compressor 15.
  • a first flow Qc1 of heat transfer liquid circulates in the first exchanger 1 where it receives heat from the refrigerant fluid, in the fifth exchanger 5 where it transfers heat to the interior air flow Fi, and joins the first exchanger 1.
  • the circulation of the heat transfer liquid differs from the first heating mode in that the heat transfer liquid circulating in the second pump 32 bypasses the sixth exchanger 6, and therefore does not exchange heat with the exterior air flow Fe at level of the sixth interchange 6.
  • a first flow Qc1 of heat transfer liquid circulates in the primary loop B1 and circulates successively in the first pump 31, in the first exchanger 1 where it receives heat from the refrigerant fluid, in the fifth exchanger 5, and joins the entry of the first pump 31.
  • a second flow Qc2 of heat transfer liquid circulates successively in the second pump 32, is directed towards the ninth connecting branch D9 at the level of the seventeenth connection point C17, and successively joins the eighteenth connection point C18 and the ninth connection point C9.
  • the third three-way valve 43 directs the heat transfer liquid coming from the second pump 32 towards the ninth connecting branch D9 and prohibits the circulation of the seventeenth connection point C17 towards the sixth exchanger 6.
  • the second flow Qc2 is divided into a third flow Qc3 circulating in the first connection branch D1 and a fourth flow Qc4 circulating in the secondary loop B2.
  • the first three-way valve 41 prevents circulation towards the third connecting branch D3 and the entire fourth flow Qc4 travels through the secondary loop B2 and joins the third exchanger 3.
  • the heat transfer liquid circulating in the secondary loop B2 joins the third flow Qc3 coming from the first connecting branch D1.
  • This operating mode is used when the temperature of the heat transfer liquid is higher than the ambient temperature, that is to say the temperature of the external air flow Fe.
  • the heat recovered from element 40 of the chain electric traction of the vehicle is transferred to the refrigerant fluid at the level of the third exchanger 3.
  • undesirable cooling of the heat transfer liquid is avoided.
  • the refrigerant heats the heat transfer liquid at the level of the first exchanger 1, and the heat of the heat transfer liquid is dissipated in the air flow Fi supplying the passenger compartment at the level of the fifth exchanger 5.
  • the heat generated by the operation of the heat transfer chain electric traction is recovered and contributes to heating the passenger compartment.
  • Figure 5 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described above, in a defrost mode, in which:
  • This mode of operation makes it possible to defrost the sixth exchanger 6. Indeed, during prolonged operation in heating mode, at an ambient temperature close to 0°C, the heat transfer liquid cooled by the refrigerant fluid at the level of the third exchanger 3 can leave the third exchanger 3 at a negative temperature, and still be at a negative temperature at the sixth exchanger 6. Due to the humidity present in the ambient air, frost is therefore likely to accumulate on the sixth exchanger 6. The accumulated frost degrades the heat exchange between the sixth exchanger and the flow of outside air Fe, which degrades the overall performance of the thermal conditioning system 100. It is therefore desirable to be able to defrost the sixth exchanger 6. For this, the heat transfer liquid heated by the thermal engine 8 is sent to the sixth exchanger 6 .
  • the circulation of refrigerant can be interrupted, by stopping the compressor 15, as shown in Figure 5.
  • the circulation of refrigerant can also be maintained, in order to continue heating the passenger compartment at the level of the fifth exchanger 5, as described previously.
  • the operating mode simultaneously defrosts the sixth exchanger 6 and heats the passenger compartment at the fifth exchanger 5.
  • the circulation of refrigerant in the refrigerant circuit 10 and the circulation of heat transfer liquid in the primary loop B1 of heat transfer liquid circuit 20 are identical to the circulation already described for the first and second heating modes.
  • Figure 6 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described above, in a third heating mode, in which:
  • a flow rate Qr of refrigerant fluid circulates in the compressor 15 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger 1 where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the first expander 21, in the second exchanger 2, in the second expander 22 where it passes at low pressure, into the third exchanger 3 where it receives heat from the heat transfer liquid, and returns to the compressor 15,
  • a first flow Qc1 of heat transfer liquid circulates in the first exchanger 1 where it receives heat from the refrigerant fluid, in the fifth exchanger 5 where it transfers heat to the internal air flow Fi, and joins the first exchanger 1, - a second flow rate Qc2 of heat transfer liquid circulates successively in the second pump 32, then in the ninth connecting branch D9, and is divided at the ninth connection point C9 into:
  • This mode of operation makes it possible to recover the heat produced by the operation of the heat engine 8, once it is no longer operating. Indeed, at the moment when the operation of the heat engine 8 is stopped in order to operate in electric mode, the heat transfer liquid of the tertiary loop B3 of heat transfer liquid is still hot and its heat can be recovered.
  • the heat transfer liquid previously heated by the heat engine 8 is sent to the third exchanger 3 in order to transfer heat to the refrigerant fluid. This heat is then returned to the heat transfer liquid of the primary loop B1 at the level of the first exchanger 1, then dissipated in the interior air flow Fi at the level of the fifth exchanger 5.
  • a flow rate Qc3 of heat transfer liquid is directed towards the fifth connection branch D5.
  • the unidirectional valve 36 in fact allows circulation in this direction.
  • the flow rate Qc3 of heat transfer liquid is directed towards the fourth connection branch D4.
  • Part of the heat transfer liquid from the tertiary loop B3, previously heated by the activation of the heat engine 8, is thus sent to the secondary loop B2 by passing through the fourth connection branch D4 from the seventh connection point C7 towards the eighth connection point C8.
  • This flow rate Qc3 of heated heat transfer liquid then passes through the third exchanger 3, giving up heat to the refrigerant fluid of the main loop A, then mixes at the second connection point C2 with the fourth flow rate Qc4 of heat transfer liquid coming from the first branch of connection D1.
  • the flow of heat transfer liquid Qc2 leaving the second pump 32 bypasses the sixth exchanger 6 so as not to dissipate heat in the exterior air flow Fe at the level of the sixth exchanger 6.
  • the heat transferred to the refrigerant fluid at the level of the third exchanger 3 contributes to heating the passenger compartment, since it contributes to the heat supplied to the heat transfer liquid at the level of the first exchanger 1, which is then dissipated in the air Fi of the passenger compartment at the level of the fifth interchange 5.
  • Figure 7 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described previously, in a heat engine preheating mode.
  • a flow rate Qr of refrigerant fluid circulates in the compressor 15 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first exchanger 1 where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the third expansion valve 23 where it passes at low pressure, in the fourth exchanger 4 where it receives heat from the interior air flow Fi, and returns to the compressor 15.
  • This operating mode derived from the passenger compartment cooling mode previously described, makes it possible to preheat the heat engine 8 before it is started.
  • This operating mode differs from the passenger compartment cooling mode in that the heat of condensation of the refrigerant fluid is transferred to the heat engine 8 instead of being dissipated in the ambient exterior air flow Fe.
  • the first pump 31 of the primary loop B1 is activated.
  • the third pump 33 of the tertiary loop B3 is also activated.
  • the second three-way valve 42 allows the heat transfer liquid coming from the eleventh connection point C11 to reach the sixteenth connection point C16. At the fifteenth connection point C15, traffic towards the fourteenth connection point C14 is blocked.
  • the third flow Qc3 of heat transfer liquid is directed towards the seventh connection branch D7, joins the fourteenth point connection C14, runs through the sixth connecting branch D6, is directed towards the third pump 33 then passes through the heat engine 8.
  • the additional heating device 9 can be optionally activated.
  • the internal temperature of the heat engine 8 can thus be increased, which makes it possible to reduce the temperature rise phase of the heat engine 8. Fuel consumption is reduced, as well as polluting emissions.

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Abstract

L'invention concerne un système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile hybride, comportant : — un circuit de liquide caloporteur (20), — un circuit de fluide réfrigérant (10) comportant : — une boucle principale (A) comprenant successivement : — un compresseur (15), — un premier échangeur (1 ), agencé conjointement sur la boucle principale (A) de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur (20), — un premier détendeur (21 ), — un deuxième échangeur (2) couplé thermiquement avec une batterie (30), — un deuxième détendeur (22), — un troisième échangeur (3), agencé conjointement sur la boucle principale (A) de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur (20), — une branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement (11 ) disposé en aval d'une sortie (15b) du compresseur (15) et en amont du premier détendeur (21 ) à un deuxième point de raccordement (12) disposé en aval du troisième échangeur (3) et en amont d'une entrée (15a) du compresseur (15), la branche de dérivation comportant successivement un troisième détendeur (23) et un quatrième échangeur de chaleur (4).

Description

Description
Titre : SYSTEME DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE
Domaine technique
[1] La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique. Ces systèmes peuvent notamment équiper un véhicule automobile. De tels systèmes permettent de réaliser une régulation thermique de différents organes du véhicule, comme l’habitacle ou une batterie de stockage d’énergie électrique, dans le cas d’un véhicule à propulsion électrique. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant au sein de différents échangeurs de chaleur permettant d’assurer un chauffage ou un refroidissement de différents organes.
Technique antérieure
[2] Les systèmes de conditionnement thermique font couramment appel à une boucle de fluide réfrigérant et à une boucle de liquide caloporteur échangeant de la chaleur avec le fluide réfrigérant. De tels systèmes sont ainsi appelés indirects. Le brevet EP2933586 B1 en est un exemple. La boucle de fluide réfrigérant est formée de sorte que le fluide réfrigérant cède de la chaleur à un liquide caloporteur dans un premier échangeur bifluide. La chaleur cédée au liquide caloporteur peut ensuite être dissipée dans un flux d’air destiné à l’habitacle afin de le chauffer. Le circuit de liquide caloporteur permet aussi de refroidir des éléments de la chaine de traction du véhicule dissipant de la chaleur, comme le moteur électrique de traction du véhicule ou l’électronique de puissance commandant le moteur électrique. Pour cela, un autre échangeur bifluide permet de réaliser un échange de chaleur entre le liquide caloporteur et le fluide réfrigérant afin de refroidir le liquide caloporteur.
[3] De tels systèmes sont couramment utilisés sur des véhicules à propulsion purement électrique. Il est cependant possible de les intégrer à des véhicules hybrides possédant également un moteur thermique en plus de la chaine de traction électrique. Le moteur thermique et la chaine de traction électrique peuvent fonctionner à tour de rôle, ou conjointement.
[4] Par rapport à un véhicule purement électrique, la présence du moteur thermique permet d’autres possibilités d’échanges thermiques entre les différents organes et sous-systèmes du véhicule. Il existe donc un besoin de disposer de systèmes de conditionnement thermique optimisés pour les véhicules hybrides à moteur thermique.
Résumé [5] A cette fin, la présente invention propose un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile hybride, comportant :
— un circuit de liquide caloporteur,
— un circuit de fluide réfrigérant comportant :
-- une boucle principale comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant:
— un compresseur,
— un premier échangeur, agencé conjointement sur la boucle principale de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur,
— un premier détendeur,
— un deuxième échangeur couplé thermiquement avec une batterie de stockage d’énergie électrique,
— un deuxième détendeur,
— un troisième échangeur, agencé conjointement sur la boucle principale de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur,
-- une branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé en aval d’une sortie du compresseur et en amont du premier détendeur à un deuxième point de raccordement disposé en aval du troisième échangeur et en amont d’une entrée du compresseur, la branche de dérivation comportant successivement un troisième détendeur et un quatrième échangeur de chaleur.
[6] Cette architecture de circuit de fluide réfrigérant permet d’assurer un conditionnement thermique de la batterie et conjointement chauffer ou refroidir le liquide caloporteur. En particulier, cette architecture permet de réaliser une pompe à chaleur sans faire appel à un échangeur de chaleur fluide réfrigérant/ flux d’air extérieur.
[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] Selon un aspect de la divulgation, le quatrième échangeur est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile. [9] Selon un mode de réalisation, la boucle principale comprend un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé en aval du premier échangeur et en amont du premier point de raccordement.
[10] Selon un mode de réalisation, la branche de dérivation comprend une vanne d’arrêt.
[11] Par exemple, la vanne d’arrêt est disposée entre le premier point de raccordement et le troisième détendeur.
[12] La branche de dérivation comprend un clapet anti-retour configuré pour interdire une circulation de fluide réfrigérant du deuxième point de raccordement vers le quatrième échangeur et configuré pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du quatrième échangeur vers le deuxième point de raccordement.
[13] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, le premier échangeur est agencé conjointement sur la boucle principale de fluide réfrigérant et sur une boucle primaire du circuit de liquide caloporteur, la boucle primaire comportant un cinquième échangeur configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[14] Le cinquième échangeur permet d’assurer le chauffage de l’habitacle.
[15] Le quatrième échangeur est agencé en amont du cinquième échangeur selon un sens d’écoulement du flux d’air intérieur.
[16] La boucle primaire du circuit de liquide caloporteur comprend une première pompe de circulation de liquide caloporteur.
[17] La première pompe de circulation de liquide caloporteur est disposée entre une sortie du cinquième échangeur et une entrée du premier échangeur.
[18] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, le troisième échangeur est agencé conjointement sur la boucle principale de fluide réfrigérant et sur une boucle secondaire du circuit de liquide caloporteur. La boucle secondaire comporte un sixième échangeur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule.
[19] Le sixième échangeur permet de refroidir le liquide caloporteur, par exemple dans un mode de fonctionnement où la chaleur de condensation du fluide réfrigérant doit être dissipée dans le milieu extérieur.
[20] La boucle secondaire du circuit de liquide caloporteur comprend une deuxième pompe de circulation du liquide caloporteur. [21] Le circuit de liquide caloporteur comprend une première branche de liaison reliant un premier point de connexion disposé sur la boucle secondaire entre une sortie du sixième échangeur et une entrée du troisième échangeur à un deuxième point de connexion disposé sur la boucle secondaire entre une sortie du troisième échangeur et une entrée du sixième échangeur, la première branche de liaison étant configurée pour échanger de la chaleur avec un élément d’une chaine de traction électrique du véhicule.
[22] La première branche de liaison permet de réaliser une récupération d’énergie de la chaine de traction électrique. Cette énergie récupérée peut par exemple chauffer l’habitacle du véhicule, ou au moins contribuer à ce chauffage.
[23] L’ élément peut comprendre un moteur électrique de traction du véhicule.
[24] En variante ou de manière complémentaire, l’élément peut comprendre une unité électronique de contrôle, par exemple un onduleur du moteur électrique de traction du véhicule.
[25] En variante encore ou de manière complémentaire, l’élément peut comprendre un chargeur d’une batterie de stockage d’énergie électrique, par exemple une batterie fournissant l’énergie du moteur électrique de traction du véhicule.
[26] La deuxième pompe de circulation de liquide caloporteur est disposée entre le deuxième point de connexion et une entrée du sixième échangeur.
[27] Le circuit de liquide caloporteur comprend une deuxième branche de liaison reliant un troisième point de connexion disposé sur la boucle primaire entre une sortie du premier échangeur et une entrée du cinquième échangeur à un quatrième point de connexion disposé sur la boucle secondaire entre une sortie du premier échangeur et le deuxième point de connexion.
[28] Le circuit de liquide caloporteur comprend une troisième branche de liaison reliant un cinquième point de connexion disposé sur la boucle secondaire entre le premier point de connexion et une entrée du troisième échangeur à un sixième point de connexion disposé sur la boucle primaire entre une sortie du cinquième échangeur et une entrée du premier échangeur.
[29] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le circuit de liquide caloporteur comprend une boucle tertiaire configurée pour échanger de la chaleur avec un moteur thermique, la boucle tertiaire comprenant un septième échangeur configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur. [30] La boucle tertiaire permet d’assurer le refroidissement du moteur thermique. De plus, la chaleur du liquide caloporteur circulant dans la boucle tertiaire peut être redirigée vers d’autres portions du circuit et d’autres échangeurs de chaleur.
[31] La boucle tertiaire comprend une troisième pompe de circulation de liquide caloporteur. La troisième pompe de circulation de liquide caloporteur peut être disposée en amont du moteur thermique.
[32] La troisième pompe est par exemple une pompe électrique, c’est-à-dire dont les éléments mobiles sont entraînés par un moteur électrique.
[33] Alternativement, la troisième pompe peut être une pompe mécanique entraînée mécaniquement par le moteur thermique.
[34] Le sixième échangeur est agencé en amont du septième échangeur selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur.
[35] Le circuit de liquide caloporteur comprend une quatrième branche de liaison reliant un septième point de connexion disposé sur la boucle tertiaire entre une sortie du moteur thermique et une entrée du septième échangeur à un huitième point de connexion disposé sur la boucle secondaire entre le cinquième point de connexion et une entrée du troisième échangeur.
[36] Le circuit de liquide caloporteur comprend une cinquième branche de liaison reliant un neuvième point de connexion disposé sur la boucle secondaire entre une sortie du sixième échangeur et le premier point de connexion à un dixième point de connexion disposé sur la boucle tertiaire entre une sortie du septième échangeur et une entrée de la troisième pompe.
[37] Le circuit de liquide caloporteur comprend une sixième branche de liaison reliant un onzième point de connexion disposé sur la boucle tertiaire entre une sortie du moteur thermique et le septième point de connexion à un douzième point de connexion disposé sur la boucle tertiaire entre le dixième point de connexion et une entrée de la troisième pompe de circulation du liquide caloporteur.
[38] La troisième pompe est disposée entre le douzième point de connexion et une entrée du moteur thermique.
[39] Le circuit de liquide caloporteur comprend une septième branche de liaison reliant un treizième point de connexion disposé sur la boucle primaire de liquide caloporteur entre une sortie du cinquième échangeur et une entrée du premier échangeur à un quatorzième point de connexion disposé sur la quatrième branche de liaison. [40] Le circuit de liquide caloporteur comprend une huitième branche de liaison reliant un quinzième point de connexion disposé sur la sixième branche de liaison entre le onzième point de connexion et le quatorzième point de connexion à un seizième point de connexion disposé sur la boucle primaire entre le troisième point de connexion et une entrée du cinquième échangeur.
[41] Le circuit de liquide caloporteur comprend une neuvième branche de liaison disposée en parallèle du sixième échangeur.
[42] La neuvième branche de liaison permet de ne pas refroidir le liquide caloporteur lorsque la température du liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire de liquide caloporteur est inférieure à la température de l’air ambiant.
[43] La neuvième branche de liaison relie un dix-septième point de connexion disposé sur la boucle secondaire entre une sortie de la deuxième pompe de circulation à un dix-huitième point de connexion disposé sur la boucle secondaire entre une sortie du sixième échangeur et le neuvième point de connexion.
[44] Le circuit de liquide caloporteur comprend une dixième branche de liaison disposée en parallèle du septième échangeur.
[45] La dixième branche de liaison relie un dix-neuvième point de connexion disposé sur la boucle tertiaire entre le septième point de connexion et une entrée du septième échangeur à un vingtième point de connexion disposé sur la boucle tertiaire entre une sortie du septième échangeur et le dixième point de connexion.
[46] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle primaire du circuit de liquide caloporteur comprend un dispositif de chauffage additionnel configuré pour chauffer le liquide caloporteur.
[47] Le dispositif de chauffage additionnel est disposé entre le seizième point de connexion et une entrée du cinquième échangeur.
[48] Le dispositif de chauffage additionnel comprend une résistance électrique configurée pour chauffer le liquide caloporteur.
[49] Le dispositif de chauffage additionnel est disposé en amont du cinquième échangeur selon un sens d’écoulement du liquide caloporteur.
[50] La boucle primaire du circuit de liquide caloporteur comprend une première vanne unidirectionnelle configurée pour autoriser une circulation de liquide caloporteur du troisième point de connexion vers le seizième point de connexion et configurée pour interdire une circulation de liquide caloporteur du seizième point de connexion vers le troisième point de connexion.
[51] La cinquième branche de liaison comprend une deuxième vanne unidirectionnelle configurée pour autoriser une circulation de liquide caloporteur du neuvième point de connexion vers le dixième point de connexion et configurée pour interdire une circulation de liquide caloporteur du dixième point de connexion vers le neuvième point de connexion.
[52] Selon un exemple de réalisation, le circuit de liquide caloporteur comprend une première vanne trois-voies disposée conjointement sur la boucle secondaire et sur la troisième branche de liaison, la première vanne trois-voies étant configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation de liquide caloporteur du premier point de connexion vers le troisième échangeur et interdire une circulation de liquide caloporteur du cinquième point de connexion vers le premier échangeur, ou
- autoriser une circulation de liquide caloporteur du premier point de connexion vers le premier échangeur et interdire une circulation de liquide caloporteur du cinquième point de connexion vers le troisième échangeur.
[53] Selon un exemple de réalisation, le circuit de liquide caloporteur comprend une deuxième vanne trois-voies disposée conjointement sur la sixième branche de liaison et sur la huitième branche de liaison, la deuxième vanne trois-voies étant configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation de liquide caloporteur du onzième point de connexion vers le quatorzième point de connexion et interdire une circulation de liquide caloporteur du quinzième point de connexion vers le seizième point de connexion, ou
- autoriser une circulation de liquide caloporteur du quinzième point de connexion vers le seizième point de connexion et interdire une circulation de liquide caloporteur du quinzième point de connexion vers le quatorzième point de connexion.
[54] Selon un exemple de réalisation, le circuit de liquide caloporteur comprend une troisième vanne trois-voies disposée conjointement sur la boucle secondaire et sur la neuvième branche de liaison, la troisième vanne trois-voies étant configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation de liquide caloporteur du deuxième point de connexion vers le sixième échangeur et interdire une circulation de liquide caloporteur du dix-septième point de connexion vers le dix-huitième point de connexion, ou
- autoriser une circulation de liquide caloporteur du deuxième point de connexion vers le dix-huitième point de connexion et interdire une circulation de liquide caloporteur du dix- septième point de connexion vers le sixième échangeur.
[55] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle principale de fluide réfrigérant comprend un échangeur de chaleur interne comportant une première section d’échange thermique disposée en aval du premier échangeur et en amont du premier détendeur et une deuxième section d’échange thermique disposée en aval du troisième échangeur et en amont du compresseur, l’échangeur de chaleur interne étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique.
[56] La divulgation se rapporte également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode de refroidissement, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le troisième détendeur où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur, et retourne au compresseur,
- un premier débit de liquide caloporteur circule dans le sixième échangeur où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur, et se divise en :
- un deuxième débit de liquide caloporteur circulant dans la première branche de liaison et échangeant de la chaleur avec l’élément de la chaine de traction électrique du véhicule,
- un troisième débit de liquide caloporteur circulant dans le premier échangeur où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, le deuxième débit et le troisième débit se rejoignant au niveau du deuxième point de connexion.
[57] Ce mode de fonctionnement permet de refroidir l’habitacle.
[58] La divulgation concerne aussi un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit, dans un premier mode de chauffage, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier détendeur, dans le deuxième échangeur, dans le deuxième détendeur où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et retourne au compresseur, - un premier débit de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le cinquième échangeur où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur, et rejoint le premier échangeur,
- un deuxième débit de liquide caloporteur circule dans le sixième échangeur où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur, et se divise en :
-- un troisième débit de liquide caloporteur circulant dans la première branche de liaison et recevant de la chaleur de l’élément de la chaine de traction électrique du véhicule,
-- un quatrième débit de liquide caloporteur circulant dans le troisième échangeur où il cède de la chaleur du fluide réfrigérant.
[59] Ce mode de fonctionnement permet de chauffer l’habitacle, en récupérant de la chaleur de la chaine de traction électrique et de l’air ambiant.
[60] La divulgation concerne aussi un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit, dans un deuxième mode de chauffage, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier détendeur, dans le deuxième échangeur, dans le deuxième détendeur où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et retourne au compresseur,
- un premier débit de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le cinquième échangeur où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur, et rejoint le premier échangeur,
- un deuxième débit de liquide caloporteur circule successivement dans la deuxième pompe, puis dans la neuvième branche de liaison, et se divise en :
-- un troisième débit de liquide caloporteur circulant dans la première branche de liaison et recevant de la chaleur de l’élément de la chaine de traction électrique du véhicule,
-- un quatrième débit de liquide caloporteur circulant dans le troisième échangeur où il cède de la chaleur du fluide réfrigérant.
[61] Ce mode de fonctionnement est utilisé lorsque la température du liquide caloporteur est supérieure à la température ambiante. Un refroidissement indésirable du liquide caloporteur au niveau du sixième échangeur est évité, grâce au contournement du sixième échangeur. L’efficacité énergétique du système de conditionnement thermique est améliorée. [62] La divulgation concerne de plus un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit auparavant, dans un mode de dégivrage, dans lequel :
- un premier débit de liquide caloporteur circule successivement dans la deuxième pompe dans le sixième échangeur, se divise au niveau du neuvième point de connexion en :
-- un deuxième débit de liquide caloporteur circulant successivement dans la cinquième branche de liaison, dans le septième échangeur, dans la quatrième branche de liaison, dans le troisième échangeur,
-- un troisième débit de liquide caloporteur circulant successivement dans la boucle secondaire puis dans la première branche de liaison, le deuxième débit de liquide caloporteur et le troisième débit de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du deuxième point de connexion.
[63] Un dégivrage est ainsi possible en réutilisant une partie de la chaleur déjà disponible dans le circuit de liquide caloporteur. L’efficacité énergétique est à nouveau améliorée.
[64] La divulgation traite également d’un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit plus haut, dans un troisième mode de chauffage, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier détendeur, dans le deuxième échangeur, dans le deuxième détendeur où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et retourne au compresseur,
- un premier débit de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le cinquième échangeur où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur, et rejoint le premier échangeur,
- un deuxième débit de liquide caloporteur circule successivement dans la deuxième pompe, puis dans la neuvième branche de liaison, et se divise au niveau du neuvième point de connexion en :
-- un troisième débit de liquide caloporteur circulant successivement dans la cinquième branche de liaison, dans la boucle tertiaire, dans le moteur thermique, dans la quatrième branche de liaison, dans le troisième échangeur,
-- un quatrième débit de liquide caloporteur circulant successivement dans la boucle secondaire puis dans la première branche de liaison, le troisième débit de liquide caloporteur et le quatrième débit de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du deuxième point de connexion. [65] Ce mode de fonctionnement permet de récupérer l’énergie précédemment fournie par le moteur thermique au circuit de liquide caloporteur, ce qui permet d’optimiser l’utilisation de l’énergie.
[66] La divulgation concerne aussi un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit, dans un mode de préchauffage du moteur thermique, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le troisième détendeur où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur, et retourne au compresseur,
- un premier débit de liquide caloporteur circule dans le cinquième échangeur, et se divise en :
-- un deuxième débit de liquide caloporteur circulant dans la boucle primaire et rejoignant le premier échangeur où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant,
-- un troisième débit de liquide caloporteur circulant successivement dans la septième branche de liaison, dans la sixième branche de liaison, dans le moteur thermique où il cède de la chaleur, dans la huitième branche de liaison, le deuxième débit et le troisième débit se rejoignant en amont du cinquième échangeur.
[67] La température interne du moteur thermique peut ainsi être augmentée avant son démarrage, ce qui permet de réduire la phase de montée en température du moteur thermique. La consommation de carburant est réduite, ainsi que les émissions polluantes. Ce préchauffage du moteur est réalisé sans surconsommation énergétique.
Brève description des dessins
[68] 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 :
[69] [Fig. 1] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un mode de réalisation de l’invention,
[70] [Fig. 2] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 1 fonctionnant selon un mode de fonctionnement dit mode de refroidissement,
[71] [Fig. 3] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 1 fonctionnant selon un mode de fonctionnement dit premier mode de chauffage, [72] [Fig. 4] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 1 fonctionnant selon un mode de fonctionnement dit deuxième mode de chauffage,
[73] [Fig. 5] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 1 selon fonctionnant selon un mode de fonctionnement dit mode de dégivrage,
[74] [Fig. 6] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 1 selon fonctionnant selon un mode de fonctionnement dit troisième mode de chauffage,
[75] [Fig. 7] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 1 selon fonctionnant selon un mode de fonctionnement dit mode de préchauffage du moteur thermique.
Description des modes de réalisation
[76] 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. On peut ainsi interchanger les dénominations ‘premier’, ’deuxième’, ‘troisième’, etc.... De même, les termes primaire/secondaire servent à indexer et n’impliquent pas de priorité d’un élément par rapport à l’autre.
[77] 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 un 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. [78] L’expression « 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.
[79] 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.
[80] Chacun des dispositifs de détente employés, encore appelés détendeurs, peut être un détendeur électronique. Dans 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, un contrôleur électronique pilote un moteur électrique qui déplace un obturateur mobile contrôlant la section de passage offerte au fluide réfrigérant.
[81] Le système de conditionnement thermique 100 qui va être décrit peut équiper un véhicule automobile. Une unité électronique de contrôle, non représentée, reçoit des informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant. L’unité électronique de contrôle reçoit également des consignes émises par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique de contrôle met en oeuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 100 de façon à assurer les consignes reçues. Un dispositif de compression 15 permet de faire circuler un fluide réfrigérant dans un circuit fermé de circulation de fluide réfrigérant. Le dispositif de compression 15 peut être un compresseur électrique, c'est-à-dire un compresseur dont les pièces mobiles sont entraînées par un moteur électrique. Le dispositif de compression 15 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée 15a du dispositif de compression, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie 15b du dispositif de compression 15. Les pièces mobiles internes du compresseur 15 font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée 15a à une haute pression côté sortie 15b. Après détente dans un ou plusieurs organes de détente, le fluide réfrigérant revient à l’entrée 15a du compresseur 15 et recommence un nouveau cycle thermodynamique. Le compresseur 15 est ici un compresseur possédant exactement une entrée et une sortie de fluide réfrigérant.
[82] Chaque point de raccordement permet au fluide réfrigérant de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit se rejoignant à ce point de raccordement. La répartition du fluide réfrigérant entre les portions de circuit se rejoignant en un point de raccordement se fait en jouant sur le degré d’ouverture des dispositifs de détente disposés sur chacune des branches raccordées à ce point. Autrement dit, chaque point de raccordement est un moyen de redirection du fluide réfrigérant arrivant à ce point de raccordement.
[83] Le fluide réfrigérant utilisé par le circuit de fluide réfrigérant 1 1 est ici un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants pourraient être employés, comme par exemple le R134a, ou encore le R290.
[84] Chaque point de connexion du circuit de liquide caloporteur 20 permet au liquide caloporteur de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit de liquide caloporteur 20 se rejoignant en ce point de connexion. Chaque point de raccordement du circuit de liquide caloporteur 20 est un moyen de redirection du liquide caloporteur arrivant à ce point de connexion.
[85] On entend par flux d’air intérieur Fi un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air intérieur peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation, souvent désignée par le terme Anglais « HVAC » signifiant « Heating, Ventilating and Air Conditioning ». Cette installation n’a pas été représentée sur les différentes figures. Un groupe moto-ventilateur, non représenté, peut être activé afin d’augmenter au besoin le débit du flux d’air intérieur Fi. Le groupe moto-ventilateur est par exemple disposé en amont du cinquième échangeur de chaleur 5.
[86] 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, le flux d’air Fe reste à l’extérieur de l’habitacle du véhicule. Un autre groupe moto-ventilateur, non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur Fe. Le deuxième groupe moto- ventilateur est par exemple disposé en amont du sixième échangeur 6.
[87] Le véhicule ici décrit est un véhicule hybride, c’est-à-dire un véhicule possédant un moteur thermique 8 ainsi qu’un moteur électrique pouvant assurer la propulsion du véhicule. Dans certains modes de fonctionnement du véhicule, le moteur thermique 8 est démarré. Dans d’autres modes de fonctionnement, le moteur thermique 8 est stoppé. Lors d’un roulage du véhicule, le moteur thermique 8 est donc susceptible de fonctionner de manière intermittente.
[88] On a représenté sur la figure 1 un système de conditionnement thermique 100 pour véhicule automobile hybride, comportant :
- un circuit de liquide caloporteur 20,
- un circuit de fluide réfrigérant 10 comportant :
- une boucle principale A comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant:
— un compresseur 15,
— un premier échangeur 1 , agencé conjointement sur la boucle principale A de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur 20 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur,
— un premier détendeur 21 ,
— un deuxième échangeur 2 couplé thermiquement avec une batterie 30 de stockage d’énergie électrique,
— un deuxième détendeur 22,
— un troisième échangeur 3, agencé conjointement sur la boucle principale A de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur 20 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur,
-- une branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement 1 1 disposé en aval d’une sortie 15b du compresseur 15 et en amont du premier détendeur 21 à un deuxième point de raccordement 12 disposé en aval du troisième échangeur 3 et en amont d’une entrée 15a du compresseur 15, la branche de dérivation B comportant successivement un troisième détendeur 23 et un quatrième échangeur de chaleur 4.
[89] Cette architecture de circuit de fluide réfrigérant permet d’assurer un conditionnement thermique de la batterie 30 et conjointement chauffer ou refroidir le liquide caloporteur. En particulier, cette architecture permet de réaliser une pompe à chaleur sans faire appel à un échangeur de chaleur fluide réfrigérant/ flux d’air extérieur.
[90] Le premier échangeur 1 est un échangeur bifluide. Le troisième échangeur 3 est aussi un échangeur bifluide. Le premier échangeur 1 comprend une entrée 1 a et une sortie 1 b de liquide caloporteur, et comprend également une entrée 1 c et une sortie 1 d de fluide réfrigérant. De même, le troisième échangeur 3 comprend une entrée 3a et une sortie 3b de liquide caloporteur, et comprend également une entrée 3c et une sortie 3d de fluide réfrigérant.
Le premier détendeur 21 est par exemple un détendeur électronique dont l’obturateur mobile est mobile en translation.
Le deuxième détendeur 22 est par exemple un détendeur électronique dont l’obturateur mobile est mobile en rotation. L’obturateur mobile est par exemple une sphère mobile en rotation autour d’un de ses diamètres, et percée de façon traversante dans une direction perpendiculaire à l’axe de rotation, le perçage traversant formant canal de circulation de fluide. [91] Le quatrième échangeur de chaleur 4 est disposé en aval du troisième détendeur 23.
[92] Le quatrième échangeur 4 est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air Fi intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile. Le quatrième échangeur 4 permet ainsi de refroidir l’habitacle du véhicule.
[93] La branche de dérivation B est disposée en parallèle du premier détendeur 21 , du deuxième échangeur 2, du deuxième détendeur 22 et du troisième échangeur 3.
[94] La branche de dérivation B relie un premier point de raccordement 11 disposé en aval du premier échangeur 1 et en amont du premier détendeur 21 à un deuxième point de raccordement 12 disposé en aval du troisième échangeur 3 et en amont d’une entrée 15a du compresseur 15.
[95] La boucle principale A comprend un dispositif d’accumulation 16 de fluide réfrigérant disposé en aval du premier échangeur 1 et en amont du premier point de raccordement 11 . Le dispositif d’accumulation 16 est une bouteille déshydratante.
[96] La branche de dérivation B comprend une vanne d’arrêt 17. La vanne d’arrêt 17 est ici disposée entre le premier point de raccordement 1 1 et le troisième détendeur 23. La vanne d’arrêt 17, commandée par l’unité électronique de contrôle, permet d’interrompre la circulation du fluide réfrigérant dans la branche de dérivation B et donc dans le quatrième échangeur 4.
[97] La branche de dérivation B comprend un clapet anti-retour 18 configuré pour interdire une circulation de fluide réfrigérant du deuxième point de raccordement 12 vers le quatrième échangeur 4 et configuré pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du quatrième échangeur 4 vers le deuxième point de raccordement 12.
[98] Le premier échangeur 1 est agencé conjointement sur la boucle principale A de fluide réfrigérant et sur une boucle primaire B1 du circuit de liquide caloporteur 20. La boucle primaire B1 comporte un cinquième échangeur 5 configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air Fi intérieur à l’habitacle du véhicule.
[99] Le cinquième échangeur 5, couramment appelé radiateur de chauffage, permet d’assurer le chauffage de l’habitacle.
[100] Le quatrième échangeur 4 est agencé en amont du cinquième échangeur 5 selon un sens d’écoulement du flux d’air intérieur Fi. Autrement dit le flux d’air Fi traverse d’abord le quatrième échangeur 4 puis le cinquième échangeur 5.
[101] La boucle primaire B1 du circuit de liquide caloporteur 20 comprend une première pompe 31 de circulation de liquide caloporteur. La première pompe 31 de circulation de liquide caloporteur est disposée entre une sortie 5b du cinquième échangeur 5 et une entrée 1 a du premier échangeur 1 .
[102] Le troisième échangeur 3 est agencé conjointement sur la boucle principale A de fluide réfrigérant et sur une boucle secondaire B2 du circuit de liquide caloporteur 20. La boucle secondaire B2 comporte un sixième échangeur 6 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air Fe extérieur à l’habitacle du véhicule.
[103] Le sixième échangeur 6 permet de refroidir le liquide caloporteur, par exemple dans un mode de fonctionnement où la chaleur de condensation du fluide réfrigérant doit être dissipée dans le milieu extérieur au véhicule. Le sixième échangeur 6 est couramment désigné par le terme « radiateur basse température ».
[104] La boucle secondaire B2 du circuit de liquide caloporteur 20 comprend une deuxième pompe 32 de circulation du liquide caloporteur.
[105] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une première branche de liaison D1 reliant un premier point de connexion C1 disposé sur la boucle secondaire B2 entre une sortie 6d du sixième échangeur 6 et une entrée 3a du troisième échangeur 3 à un deuxième point de connexion C2 disposé sur la boucle secondaire B2 entre une sortie 3b du troisième échangeur 3 et une entrée 6a du sixième échangeur 6.
La première branche de liaison D1 est configurée pour échanger de la chaleur avec un élément 40 d’une chaine de traction électrique du véhicule.
[106] Le liquide caloporteur peut par exemple circuler à l’intérieur d’un carter de l’élément 40 de la chaine de traction électrique du véhicule. La première branche de liaison D1 permet de réaliser une récupération de l’énergie dissipée par la chaine de traction électrique. Cette énergie récupérée peut par exemple permettre de chauffer l’habitacle du véhicule, ou au moins contribuer à ce chauffage.
[107] L’ élément 40 peut comprendre un moteur électrique de traction du véhicule.
[108] En variante ou de manière complémentaire, l’élément 40 peut comprendre une unité électronique de contrôle, par exemple un onduleur du moteur électrique de traction du véhicule.
[109] En variante encore ou de manière complémentaire, l’élément 40 peut comprendre un chargeur d’une batterie de stockage d’énergie électrique, par exemple une batterie fournissant l’énergie du moteur électrique de traction du véhicule.
[110] La deuxième pompe 32 de circulation de liquide caloporteur est disposée entre le deuxième point de connexion C2 et une entrée 6a du sixième échangeur 6. [111] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une deuxième branche de liaison D2 reliant un troisième point de connexion C3 disposé sur la boucle primaire B1 entre une sortie 1 b du premier échangeur 1 et une entrée 5a du cinquième échangeur 5 à un quatrième point de connexion C4 disposé sur la boucle secondaire B2 entre une sortie 1 b du premier échangeur 1 et le deuxième point de connexion C2.
[112] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une troisième branche de liaison D3 reliant un cinquième point de connexion C5 disposé sur la boucle secondaire B2 entre le premier point de connexion C1 et une entrée 3a du troisième échangeur 3 à un sixième point de connexion C6 disposé sur la boucle primaire B1 entre une sortie 5b du cinquième échangeur 5 et une entrée 1 a du premier échangeur 1.
[113] La deuxième branche de liaison D2 et la troisième branche de liaison D3 permettent de mettre en communication la boucle primaire B1 de liquide caloporteur et la boucle secondaire B2 de liquide caloporteur.
[114] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une boucle tertiaire B3 configurée pour échanger de la chaleur avec un moteur thermique 8. La boucle tertiaire comprend un septième échangeur 7 configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur Fe.
[115] La boucle tertiaire B3 permet notamment d’assurer le refroidissement du moteur thermique 8. De plus, la chaleur du liquide caloporteur circulant dans la boucle tertiaire B3 peut être redirigée vers d’autres portions du circuit et d’autres échangeurs de chaleur, afin de récupérer la chaleur dissipée par le moteur thermique lors de son fonctionnement.
[116] Le septième échangeur 7 est couramment désigné par le terme « radiateur haute température ».
[117] La boucle tertiaire B3 comprend une troisième pompe 33 de circulation de liquide caloporteur. La troisième pompe 33 de circulation de liquide caloporteur est disposée en amont du moteur thermique 8.
[118] La troisième pompe 33 est par exemple une pompe électrique, c’est-à-dire dont les éléments mobiles sont entraînés par un moteur électrique. Dans ce cas, la pompe peut assurer une circulation de liquide caloporteur dans la boucle tertiaire B3 même lorsque le moteur thermique 8 ne fonctionne pas.
[119] Alternativement, la troisième pompe 33 peut être une pompe mécanique entraînée mécaniquement par le moteur thermique 8.
[120] Le sixième échangeur 6 est agencé en amont du septième échangeur 7 selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur Fe. Le flux d’air extérieur Fe traverse d’abord le sixième échangeur 6 puis le septième échangeur 7. Le sixième échangeur 6 et le septième échangeur 7 sont par exemple disposés l’un derrière l’autre, en face avant du véhicule.
[121] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une quatrième branche de liaison D4 reliant un septième point de connexion C7 disposé sur la boucle tertiaire B3 entre une sortie 8b du moteur thermique 8 et une entrée 7a du septième échangeur 7 à un huitième point de connexion C8 disposé sur la boucle secondaire B2 entre le cinquième point de connexion C5 et une entrée 3a du troisième échangeur 3.
[122] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une cinquième branche de liaison D5 reliant un neuvième point de connexion C9 disposé sur la boucle secondaire B2 entre une sortie 6b du sixième échangeur 6 et le premier point de connexion C1 à un dixième point de connexion C10 disposé sur la boucle tertiaire B3 entre une sortie 7d du septième échangeur 7 et une entrée 33a de la troisième pompe 33.
[123] La quatrième branche de liaison D4 et la cinquième branche de liaison D5 permettent de mettre en communication la boucle secondaire B2 et la boucle tertiaire B3.
[124] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une sixième branche de liaison D6 reliant un onzième point de connexion C11 disposé sur la boucle tertiaire B3 entre une sortie 8b du moteur thermique 8 et le septième point de connexion C7 à un douzième point de connexion C12 disposé sur la boucle tertiaire B3 entre le dixième point de connexion C10 et une entrée 33a de la troisième pompe 33 de circulation du liquide caloporteur.
[125] La troisième pompe 33 est disposée entre le douzième point de connexion C12 et une entrée 8a du moteur thermique 8.
[126] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une septième branche de liaison D7 reliant un treizième point de connexion C13 disposé sur la boucle primaire B1 de liquide caloporteur entre une sortie 5b du cinquième échangeur 5 et une entrée 1 a du premier échangeur 1 à un quatorzième point de connexion C14 disposé sur la quatrième branche de liaison D4.
[127] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une huitième branche de liaison D8 reliant un quinzième point de connexion C15 disposé sur la sixième branche de liaison D6 entre le onzième point de connexion C1 1 et le quatorzième point de connexion C14 à un seizième point de connexion C16 disposé sur la boucle primaire B1 entre le troisième point de connexion C3 et une entrée 5a du cinquième échangeur 5.
[128] La sixième branche de liaison D6, la septième branche de liaison D7 et la huitième branche de liaison D8 permettent, en combinaison, de mettre en communication la boucle primaire B1 du circuit de liquide caloporteur 20 et la boucle tertiaire B3, éventuellement sans passer par le moteur thermique 8.
[129] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une neuvième branche de liaison D9 disposée en parallèle du sixième échangeur 6. La neuvième branche de liaison D9 permet de ne pas refroidir le liquide caloporteur lorsque la température du liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire B2 de liquide caloporteur est inférieure à la température de l’air ambiant, c’est-à-dire la température du flux d’air extérieur Fe.
[130] La neuvième branche de liaison D9 permet au liquide caloporteur de la boucle secondaire B2 sortant de la deuxième pompe 32 de contourner le sixième échangeur 6. La neuvième branche de liaison D9 est une branche de dérivation du sixième échangeur 6.
[131] La neuvième branche de liaison D9 relie ainsi un dix-septième point de connexion C17 disposé sur la boucle secondaire B2 entre une sortie de la deuxième pompe 32 de circulation à un dix-huitième point de connexion C18 disposé sur la boucle secondaire B2 entre une sortie 6b du sixième échangeur 6 et le neuvième point de connexion C9.
[132] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une dixième branche de liaison D10 disposée en parallèle du septième échangeur 7. La dixième branche de liaison D10 permet au liquide caloporteur de la boucle tertiaire B3 sortant du moteur thermique 8 de contourner le septième échangeur 7. Autrement dit, le liquide caloporteur sortant du moteur thermique 8 peut rejoindre le dixième point de connexion C20 sans passer par le septième échangeur 7.
[133] La dixième branche de liaison D10 relie un dix-neuvième point de connexion C19 disposé sur la boucle tertiaire B3 entre le septième point de connexion C7 et une entrée 7a du septième échangeur 7 à un vingtième point de connexion C20 disposé sur la boucle tertiaire B3 entre une sortie 7b du septième échangeur 7 et le dixième point de connexion C10.
[134] La boucle primaire B1 du circuit de liquide caloporteur peut comprendre un dispositif de chauffage additionnel 9 configuré pour chauffer le liquide caloporteur.
[135] Le dispositif de chauffage additionnel 9 est de préférence un dispositif de chauffage électrique. Le dispositif de chauffage additionnel 9 est disposé entre le seizième point de connexion C16 et une entrée 5a du cinquième échangeur 5.
[136] Le dispositif de chauffage additionnel 9 comprend une résistance électrique configurée pour chauffer le liquide caloporteur. La résistance électrique peut être en contact avec le liquide caloporteur. Le dispositif de chauffage additionnel 9 est disposé en amont du cinquième échangeur 5 selon un sens d’écoulement du liquide caloporteur.
[137] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend plusieurs vannes permettant d’isoler ou de mettre en communication certaines parties du circuit, de façon à permettre plusieurs modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique 100.
[138] La boucle primaire B1 du circuit de liquide caloporteur comprend une première vanne unidirectionnelle 35 configurée pour autoriser une circulation de liquide caloporteur du troisième point de connexion C3 vers le seizième point de connexion C16 et configurée pour interdire une circulation de liquide caloporteur du seizième point de connexion C16 vers le troisième point de connexion C3. La première vanne unidirectionnelle 35 est ici un clapet anti-retour.
[139] La cinquième branche de liaison D5 comprend une deuxième vanne unidirectionnelle 36 configurée pour autoriser une circulation de liquide caloporteur du neuvième point de connexion C9 vers le dixième point de connexion C10 et configurée pour interdire une circulation de liquide caloporteur du dixième point de connexion C10 vers le neuvième point de connexion C9. La deuxième vanne unidirectionnelle 36 est ici un clapet anti-retour.
[140] Selon l’exemple de réalisation illustré, le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une première vanne trois-voies 41 disposée conjointement sur la boucle secondaire B2 et sur la troisième branche de liaison D3.
La première vanne trois-voies 41 est configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation de liquide caloporteur du premier point de connexion C1 vers le troisième échangeur 3 et interdire une circulation de liquide caloporteur du cinquième point de connexion C5 vers le premier échangeur 1 , ou
- autoriser une circulation de liquide caloporteur du premier point de connexion C1 vers le premier échangeur 1 et interdire une circulation de liquide caloporteur du cinquième point de connexion C5 vers le troisième échangeur 3.
[141] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une deuxième vanne trois-voies 42 disposée conjointement sur la sixième branche de liaison D6 et sur la huitième branche de liaison D8.
La deuxième vanne trois-voies 42 est configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation de liquide caloporteur du onzième point de connexion C1 1 vers le quatorzième point de connexion C14 et interdire une circulation de liquide caloporteur du quinzième point de connexion C15 vers le seizième point de connexion C16, ou
- autoriser une circulation de liquide caloporteur du quinzième point de connexion C15 vers le seizième point de connexion C16 et interdire une circulation de liquide caloporteur du quinzième point de connexion C15 vers le quatorzième point de connexion C14.
[142] Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une troisième vanne trois-voies 43 disposée conjointement sur la boucle secondaire B2 et sur la neuvième branche de liaison D9.
La troisième vanne trois-voies 43 est configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation de liquide caloporteur du deuxième point de connexion C2 vers le sixième échangeur 6 et interdire une circulation de liquide caloporteur du dix-septième point de connexion C17 vers le dix-huitième point de connexion C18, ou
- autoriser une circulation de liquide caloporteur du deuxième point de connexion C2 vers le dix-huitième point de connexion C18 et interdire une circulation de liquide caloporteur du dix-septième point de connexion C17 vers le sixième échangeur 6.
[143] Selon un mode de réalisation non représenté, le système de conditionnement thermique 100 comprend deux vannes deux voies à la place d’au moins une vanne trois- voies. Les deux vannes deux-voies sont alors disposées sur chacune des branches de liaison sur laquelle la vanne trois-voies correspondante était disposée.
[144] Selon l’exemple illustré, la boucle principale A de fluide réfrigérant comprend un échangeur de chaleur interne 25 comportant une première section d’échange thermique 25a disposée en aval du premier échangeur 1 et en amont du premier détendeur 21 et une deuxième section d’échange thermique 25b disposée en aval du troisième échangeur 3 et en amont du compresseur 15. L’échangeur de chaleur interne 25 est configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique 25a et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique 25b. L’échangeur de chaleur interne 25 est optionnel et peut ne pas être installé sur le système de conditionnement thermique 100.
[145] Les figures 2 à 7 illustrent plusieurs modes de fonctionnement possibles du système de conditionnement thermique 100 illustré sur la figure 1. Sur ces figures, les portions du circuit de fluide réfrigérant 10 qui sont parcourues par du fluide réfrigérant sont tracées en trait plein épais, et les portions dans lesquelles le fluide réfrigérant ne circule pas sont tracées en pointillés. De même, les portions du circuit de liquide caloporteur 20 qui sont parcourues par du liquide caloporteur sont tracées en trait plein épais, et les portions dans lesquelles le liquide caloporteur ne circule pas sont tracées en pointillés. Les échangeurs de chaleur inactifs car non parcourues par du fluide réfrigérant ou du liquide caloporteur sont également schématisés par un trait en pointillés. Les flèches à trait simple correspondent aux différents débits de liquide caloporteur, et les flèches à trait double correspondent aux différents débits de fluide réfrigérant.
[146] La figure 2 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode de refroidissement.
Dans ce mode de fonctionnement :
- un débit Qr de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 15 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le troisième détendeur 23 où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur 4 où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, et retourne au compresseur 15.
- un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule dans le sixième échangeur 6 où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe, et se divise en :
-- un deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur circulant dans la première branche de liaison D1 et échangeant de la chaleur avec l’élément 40 de la chaine de traction électrique du véhicule,
-- un troisième débit Qc3 de liquide caloporteur circulant dans le premier échangeur 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, le deuxième débit Qc2 et le troisième débit Qc3 se rejoignant au niveau du deuxième point de connexion C2.
[147] Le fluide réfrigérant circule successivement dans le compresseur 15, dans la boucle principale A, est redirigé au niveau du premier point de raccordement 11 dans la branche de dérivation B, circule dans le troisième détendeur 23 où il subit une détente et passe à basse pression, dans le quatrième échangeur 4 où il s’évapore en absorbant de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, rejoint la boucle principale A au niveau du deuxième point de raccordement 12 et rejoint l’entrée 15a du compresseur 15, bouclant ainsi le cycle thermodynamique.
[148] Un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule dans la deuxième pompe 32, puis dans le sixième échangeur 6 où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe, puis se divise au niveau du premier point de connexion C1 en un deuxième débit Qc2 circulant dans la première branche de liaison D1 et un troisième débit Qc3 circulant dans la boucle secondaire B2. Au niveau du cinquième point de connexion C5, la première vanne trois- voies 41 empêche la circulation vers le troisième échangeur 3, et la totalité du troisième débit Qc3 parcourt la troisième branche de liaison D3 et rejoint le premier échangeur 1 . Après avoir parcouru le premier échangeur 1 , le liquide caloporteur est dirigé vers la deuxième branche de liaison D2 au niveau du troisième point de connexion C3, et rejoint au niveau du deuxième point de connexion C2 le deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur provenant de la première branche de liaison D1 . Le liquide caloporteur ne circule pas dans la boucle primaire B1 . La première pompe 31 est inactive.
Dans ce mode de fonctionnement, la chaleur absorbée du flux d’air intérieur Fi au niveau du quatrième échangeur 4 est dissipée dans le flux d’air extérieur au niveau du sixième échangeur 6.
[149] La figure 3 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un premier mode de chauffage.
Dans ce mode de fonctionnement :
- un débit Qr de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 15 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier détendeur 21 , dans le deuxième échangeur 2, dans le deuxième détendeur 22 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur 3 où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et retourne au compresseur 15.
- un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le cinquième échangeur 5 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, et rejoint le premier échangeur 1 .
- un deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur circule dans le sixième échangeur 6 où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur Fe, et se divise en :
-- un troisième débit Qc3 de liquide caloporteur circulant dans la première branche de liaison D1 et recevant de la chaleur de l’élément 40 de la chaine de traction électrique du véhicule, -- un quatrième débit Qc4 de liquide caloporteur circulant dans le troisième échangeur 3 où il cède de la chaleur du fluide réfrigérant.
[150] Le fluide réfrigérant circule successivement dans le compresseur 15, dans la boucle principale A où il passe à l’état de gaz à haute pression, dans le premier échangeur 1 où il se condense et cède de la chaleur au liquide caloporteur de la boucle primaire B1 de liquide caloporteur, puis dans le premier détendeur 21 , dans le deuxième échangeur 2, dans le deuxième détendeur 22 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur 3 où il s’évapore en absorbant de la chaleur du liquide caloporteur de la boucle secondaire B2 de liquide caloporteur, et rejoint l’entrée 15a du compresseur. Lorsque aucune détente n’est réalisée par le premier détendeur 21 , un chauffage de la batterie 30 est réalisé puisque celle-ci échange alors de la chaleur avec le fluide réfrigérant à haute pression et haute température. Une détente partielle peut aussi être réalisée au niveau du premier détendeur 21 , afin de récupérer de l’énergie de la batterie où afin de refroidir celle-ci. [151] Un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule dans la boucle primaire B1 et circule successivement dans la première pompe 31 , dans le premier échangeur 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le cinquième échangeur 5, et rejoint l’entrée de la première pompe 31.
[152] Un deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur circule successivement dans la deuxième pompe 32, dans le sixième échangeur 6 où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur Fe, se divise au niveau du premier point de connexion C1 en un troisième débit Qc3 circulant dans la première branche de liaison D1 et un quatrième débit Qc4 circulant dans la boucle secondaire B2. Au niveau du cinquième point de connexion C5, la première vanne trois-voies 41 empêche la circulation vers la troisième branche de liaison D3, de sorte que la totalité du quatrième débit Qc4 parcourt la boucle secondaire B2 et rejoint le troisième échangeur 3. Au niveau du deuxième point de connexion C2, le liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire B2 rejoint le troisième débit Qc3 provenant de la première branche de liaison D1. La troisième vanne trois-voies 43 est dans une position permettant au liquide caloporteur de circuler du dix-septième point de connexion C17 vers le sixième échangeur 6 et bloquant la circulation dans la neuvième branche de liaison D9.
[153] La boucle primaire B1 de liquide caloporteur est ici dissociée de la boucle secondaire B2, c’est-à-dire que les deux boucles ne communiquent pas. Le liquide caloporteur circulant dans le premier échangeur 1 ne circule pas dans le troisième échangeur 3. Réciproquement, le liquide caloporteur circulant dans le troisième échangeur 3 ne circule pas dans le premier échangeur 1.
[154] Ce mode de fonctionnement est utilisé lorsque la température du liquide caloporteur est inférieure à la température ambiante, c’est-à-dire la température du flux d’air extérieur Fe. La chaleur récupérée du flux d’air extérieur Fe au niveau du sixième échangeur 6 et la chaleur récupérée de l’élément 40 de la chaine de traction électrique du véhicule sont toutes les deux transférées au fluide réfrigérant au niveau du troisième échangeur 3. Le fluide réfrigérant chauffe le liquide caloporteur au niveau du premier échangeur 1 , et la chaleur du liquide caloporteur est dissipée dans le flux d’air Fi alimentant l’habitacle au niveau du cinquième échangeur 5. Dans ce mode de fonctionnement, la chaleur récupérée de la chaine de traction électrique 40 et la chaleur récupérée de l’air extérieur au niveau du sixième échangeur 6 contribuent à chauffer l’habitacle, au niveau du cinquième échangeur 5. [155] La figure 4 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un deuxième mode de chauffage.
Dans ce mode de fonctionnement :
- un débit Qr de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 15 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier détendeur 21 , dans le deuxième échangeur 2, dans le deuxième détendeur 22 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur 3 où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et retourne au compresseur 15.
- un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le cinquième échangeur 5 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, et rejoint le premier échangeur 1 .
- un deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur circule successivement dans la deuxième pompe 32, puis dans la neuvième branche de liaison D9, et se divise en :
-- un troisième débit Qc3 de liquide caloporteur circulant dans la première branche de liaison D1 et recevant de la chaleur de l’élément 40 de la chaine de traction électrique du véhicule, -- un quatrième débit Qc4 de liquide caloporteur circulant dans le troisième échangeur 3 où il cède de la chaleur du fluide réfrigérant.
[156] La circulation du fluide réfrigérant est identique au premier mode de chauffage décrit précédemment.
[157] La circulation du liquide caloporteur diffère du premier mode de chauffage par le fait que le liquide caloporteur circulant dans la deuxième pompe 32 contourne le sixième échangeur 6, et n’échange donc pas de chaleur avec le flux d’air extérieur Fe au niveau du sixième échangeur 6.
[158] Un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule dans la boucle primaire B1 et circule successivement dans la première pompe 31 , dans le premier échangeur 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le cinquième échangeur 5, et rejoint l’entrée de la première pompe 31.
[159] Un deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur circule successivement dans la deuxième pompe 32, est dirigé vers la neuvième branche de liaison D9 au niveau du dix- septième point de connexion C17, et rejoint successivement le dix-huitième point de connexion C18 et le neuvième point de connexion C9. La troisième vanne trois-voies 43 dirige le liquide caloporteur provenant de la deuxième pompe 32 vers la neuvième branche de liaison D9 et interdit la circulation du dix-septième point de connexion C17 vers le sixième échangeur 6. Au niveau du premier point de connexion C1 , le deuxième débit Qc2 se divise en un troisième débit Qc3 circulant dans la première branche de liaison D1 et un quatrième débit Qc4 circulant dans la boucle secondaire B2. Au niveau du cinquième point de connexion C5, la première vanne trois-voies 41 empêche la circulation vers la troisième branche de liaison D3 et la totalité du quatrième débit Qc4 parcourt la boucle secondaire B2 et rejoint le troisième échangeur 3. Au niveau du deuxième point de connexion C2, le liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire B2 rejoint le troisième débit Qc3 provenant de la première branche de liaison D1 .
[160] Ce mode de fonctionnement est utilisé lorsque la température du liquide caloporteur est supérieure à la température ambiante, c’est-à-dire la température du flux d’air extérieur Fe. La chaleur récupérée de l’élément 40 de la chaine de traction électrique du véhicule est transférée au fluide réfrigérant au niveau du troisième échangeur 3. En contournant le sixième échangeur 6, un refroidissement indésirable du liquide caloporteur est évité. Le fluide réfrigérant chauffe le liquide caloporteur au niveau du premier échangeur 1 , et la chaleur du liquide caloporteur est dissipée dans le flux d’air Fi alimentant l’habitacle au niveau du cinquième échangeur 5. La chaleur générée par le fonctionnement de la chaine de traction électrique est récupérée et contribue au chauffage de l’habitacle.
[161] La figure 5 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode de dégivrage, dans lequel :
- un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule successivement dans la deuxième pompe 32, dans le sixième échangeur 6, se divise au niveau du neuvième point de connexion C9 en :
- un deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur circulant successivement dans la cinquième branche de liaison D5, dans le septième échangeur 7, dans la quatrième branche de liaison D4, dans le troisième échangeur 3,
- un troisième débit Qc3 de liquide caloporteur circulant successivement dans la boucle secondaire B2 puis dans la première branche de liaison D1 , le deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur et le troisième débit Qc3 de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du deuxième point de connexion C2.
[162] Ce mode de fonctionnement permet de dégivrer le sixième échangeur 6. En effet, lors d’un fonctionnement prolongé en mode chauffage, par température ambiante proche de 0°C, le liquide caloporteur refroidi par le fluide réfrigérant au niveau du troisième échangeur 3 peut sortir du troisième échangeur 3 à une température négative, et être encore à une température négative au niveau du sixième échangeur 6. En raison de l’humidité présente dans l’air ambient, du givre est donc susceptible de s’accumuler sur le sixième échangeur 6. Le givre accumulé dégrade l’échange thermique entre le sixième échangeur et le flux d’air extérieur Fe, ce qui dégrade les performances globales du système de conditionnement thermique 100. Il est donc souhaitable de pouvoir dégivrer le sixième échangeur 6. Pour cela, le liquide caloporteur réchauffé par le moteur thermique 8 est envoyé dans le sixième échangeur 6.
[163] Au niveau du neuvième point de connexion C9, une partie du débit de liquide caloporteur Qc1 est dirigée vers la cinquième branche de liaison D5. Au niveau du septième point de connexion C7, le liquide caloporteur est dirigé vers la quatrième branche de liaison D4. Une partie du liquide caloporteur de la boucle tertiaire B3, préalablement chauffé par l’activation du moteur thermique 8, est ainsi envoyée vers la boucle secondaire B2 en parcourant la quatrième branche de liaison D4 depuis le septième point de connexion C7 vers le huitième point de connexion C8. Ce débit Qc3 de liquide caloporteur réchauffé traverse ensuite le troisième échangeur 3 et se mélange au niveau du deuxième point de connexion C2 au débit Qc2 de liquide caloporteur provenant de la première branche de liaison D1 . Le liquide caloporteur traversant le sixième échangeur 6 permet de dégivrer cet échangeur.
[164] Pendant un fonctionnement en mode dégivrage, la circulation de fluide réfrigérant peut être interrompue, en stoppant le compresseur 15, comme représenté sur la figure 5. La circulation de fluide réfrigérant peut également être maintenue, afin de continuer à chauffer l’habitacle au niveau du cinquième échangeur 5, tel que décrit précédemment. Dans ce cas, le mode de fonctionnement réalise simultanément un dégivrage du sixième échangeur 6 et un chauffage de l’habitacle au niveau du cinquième échangeur 5. La circulation de fluide réfrigérant dans le circuit 10 de fluide réfrigérant et la circulation de liquide caloporteur dans la boucle primaire B1 du circuit 20 de liquide caloporteur sont identiques à la circulation déjà décrite pour le premier et le deuxième mode de chauffage.
[165] La figure 6 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un troisième mode de chauffage, dans lequel :
- un débit Qr de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 15 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier détendeur 21 , dans le deuxième échangeur 2, dans le deuxième détendeur 22 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur 3 où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et retourne au compresseur 15,
- un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le cinquième échangeur 5 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, et rejoint le premier échangeur 1 , - un deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur circule successivement dans la deuxième pompe 32, puis dans la neuvième branche de liaison D9, et se divise au niveau du neuvième point de connexion C9 en :
-- un troisième débit Qc3 de liquide caloporteur circulant successivement dans la cinquième branche de liaison D5, dans la boucle tertiaire B3, dans le moteur thermique 8, dans la quatrième branche de liaison D4, dans le troisième échangeur 3,
-- un quatrième débit Qc4 de liquide caloporteur circulant successivement dans la boucle secondaire B2 puis dans la première branche de liaison D1 , le troisième débit Qc3 de liquide caloporteur et le quatrième débit Qc4 de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du deuxième point de connexion C2.
[166] Ce mode de fonctionnement permet de récupérer la chaleur produite par le fonctionnement du moteur thermique 8, une fois que celui-ci ne fonctionne plus. En effet, au moment où le fonctionnement du moteur thermique 8 est stoppé afin de réaliser un fonctionnement en mode électrique, le liquide caloporteur de la boucle tertiaire B3 de liquide caloporteur est encore chaud et sa chaleur peut être récupérée.
[167] Pour cela, le liquide caloporteur préalablement chauffé par le moteur thermique 8 est envoyé vers le troisième échangeur 3 afin de céder de la chaleur au fluide réfrigérant. Cette chaleur est ensuite restituée au liquide caloporteur de la boucle primaire B1 au niveau du premier échangeur 1 , puis dissipée dans le flux d’air intérieur Fi au niveau du cinquième échangeur 5.
[168] Pour cela, au niveau du neuvième point de connexion C9, un débit Qc3 de liquide caloporteur est dirigé vers la cinquième branche de liaison D5. La vanne unidirectionnelle 36 permet en effet une circulation selon ce sens. Au niveau du septième point de connexion C7, le débit Qc3 de liquide caloporteur est dirigé vers la quatrième branche de liaison D4. Une partie du liquide caloporteur de la boucle tertiaire B3, préalablement chauffé par l’activation du moteur thermique 8, est ainsi envoyée vers la boucle secondaire B2 en parcourant la quatrième branche de liaison D4 du septième point de connexion C7 vers le huitième point de connexion C8. Ce débit Qc3 de liquide caloporteur réchauffé traverse ensuite le troisième échangeur 3 en cédant de la chaleur au fluide réfrigérant de la boucle principale A puis se mélange au niveau du deuxième point de connexion C2 au quatrième débit Qc4 de liquide caloporteur provenant de la première branche de liaison D1 . Le débit de liquide caloporteur Qc2 sortant de la deuxième pompe 32 contourne le sixième échangeur 6 de façon à ne pas dissiper de chaleur dans le flux d’air extérieur Fe au niveau du sixième échangeur 6. [169] La chaleur transférée au fluide réfrigérant au niveau du troisième échangeur 3 contribue à chauffer l’habitacle, puisqu’elle contribue à la chaleur fournie au liquide caloporteur au niveau du premier échangeur 1 , qui est ensuite dissipée dans l’air Fi de l’habitacle au niveau du cinquième échangeur 5.
[170] La figure 7 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode de préchauffage du moteur thermique.
Dans ce mode de fonctionnement :
- un débit Qr de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 15 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le troisième détendeur 23 où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur 4 où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, et retourne au compresseur 15.
- un premier débit Qc1 de liquide caloporteur circule dans le cinquième échangeur 5, et se divise en :
-- un deuxième débit Qc2 de liquide caloporteur circulant dans la boucle primaire B1 et rejoignant le premier échangeur 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant,
-- un troisième débit Qc3 de liquide caloporteur circulant successivement dans la septième branche de liaison D7, dans la sixième branche de liaison D6, dans le moteur thermique 8 où il cède de la chaleur, dans la huitième branche de liaison D8, le deuxième débit Qc2 et le troisième débit Qc3 se rejoignant en amont du cinquième échangeur 5 au niveau du seizième point de connexion C16.
[171] Ce mode de fonctionnement, dérivé du mode de refroidissement de l’habitacle préalablement décrit, permet de préchauffer le moteur thermique 8 avant sa mise en route. Ce mode de fonctionnement diffère du mode de refroidissement de l’habitacle par le fait que la chaleur de condensation du fluide réfrigérant est transférée au moteur thermique 8 au lieu d’être dissipée dans le flux d’air extérieur ambiant Fe.
[172] Pour cela, la première pompe 31 de la boucle primaire B1 est activée. De même, la troisième pompe 33 de la boucle tertiaire B3 est également activée. La deuxième vanne trois-voies 42 permet au liquide caloporteur provenant du onzième point de connexion C11 de rejoindre le seizième point de connexion C16. Au niveau du quinzième point de connexion C15, la circulation vers le quatorzième point de connexion C14 est bloquée.
[173] Au niveau du treizième point de connexion C13, le troisième débit Qc3 de liquide caloporteur est dirigé vers la septième branche de liaison D7, rejoint le quatorzième point de connexion C14, parcourt la sixième branche de liaison D6, est dirigé vers la troisième pompe 33 puis traverse le moteur thermique 8. Le dispositif de chauffage additionnel 9 peut être optionnellement activé.
[174] La température interne du moteur thermique 8 peut ainsi être augmentée, ce qui permet de réduire la phase de montée en température du moteur thermique 8. La consommation de carburant est réduite, ainsi que les émissions polluantes.
[175] De nombreux autres modes de fonctionnement, non illustrés, sont également possibles.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile hybride, comportant :
— un circuit de liquide caloporteur (20),
— un circuit de fluide réfrigérant (10) comportant :
-- une boucle principale (A) comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant:
— un compresseur (15),
— un premier échangeur (1 ), agencé conjointement sur la boucle principale (A) de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur (20) de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur,
— un premier détendeur (21 ),
— un deuxième échangeur (2) couplé thermiquement avec une batterie (30) de stockage d’énergie électrique,
— un deuxième détendeur (22),
— un troisième échangeur (3), agencé conjointement sur la boucle principale (A) de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur (20) de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur,
-- une branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement (11 ) disposé en aval d’une sortie (15b) du compresseur (15) et en amont du premier détendeur (21 ) à un deuxième point de raccordement (12) disposé en aval du troisième échangeur (3) et en amont d’une entrée (15a) du compresseur (15), la branche de dérivation (B) comportant successivement un troisième détendeur (23) et un quatrième échangeur de chaleur (4), le quatrième échangeur (4) étant configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air (Fi) intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile.
[Revendication 2] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1 , dans lequel le premier échangeur (1 ) est agencé conjointement sur la boucle principale (A) de fluide réfrigérant et sur une boucle primaire (B1 ) du circuit de liquide caloporteur (20), la boucle primaire (B1 ) comportant un cinquième échangeur (5) configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air (Fi) intérieur à l’habitacle du véhicule.
[Revendication 3] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le troisième échangeur (3) est agencé conjointement sur la boucle principale (A) de fluide réfrigérant et sur une boucle secondaire (B2) du circuit de liquide caloporteur (20), la boucle secondaire (B2) comportant une deuxième pompe (32) de circulation du liquide caloporteur et un sixième échangeur (6) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air (Fe) extérieur à l’habitacle du véhicule.
[Revendication 4] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication précédente, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (20) comprend une première branche de liaison (D1 ) reliant un premier point de connexion (C1 ) disposé sur la boucle secondaire (B2) entre une sortie (6d) du sixième échangeur (6) et une entrée (3a) du troisième échangeur (3) à un deuxième point de connexion (C2) disposé sur la boucle secondaire (B2) entre une sortie (3b) du troisième échangeur (3) et une entrée (6a) du sixième échangeur (6), dans lequel la première branche de liaison (D1 ) est configurée pour échanger de la chaleur avec un élément (40) d’une chaine de traction électrique du véhicule.
[Revendication s] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication précédente en combinaison avec les revendications 2 et 3, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (20) comprend :
- une deuxième branche de liaison (D2) reliant un troisième point de connexion (C3) disposé sur la boucle primaire (B1 ) entre une sortie (1d) du premier échangeur (1 ) et une entrée (5a) du cinquième échangeur (5) à un quatrième point de connexion (C4) disposé sur la boucle secondaire (B2) entre une sortie (1 b) du premier échangeur (1 ) et le deuxième point de connexion (C2),
- et une troisième branche de liaison (D3) reliant un cinquième point de connexion (C5) disposé sur la boucle secondaire (B2) entre le premier point de connexion (C1 ) et une entrée (3a) du troisième échangeur (3) à un sixième point de connexion (C6) disposé sur la boucle primaire (B1 ) entre une sortie (5d) du cinquième échangeur
(5) et une entrée (1 a) du premier échangeur (1 ).
[Revendication 6] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (20) comprend une boucle tertiaire (B3) configurée pour échanger de la chaleur avec un moteur thermique (8), la boucle tertiaire (B3) comprenant une troisième pompe (33) de circulation de liquide caloporteur et un septième échangeur (7) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur (Fe).
[Revendication 7] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 5, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (20) comprend :
- une quatrième branche de liaison (D4) reliant un septième point de connexion (C7) disposé sur la boucle tertiaire (B3) entre une sortie (8b) du moteur thermique (8) et une entrée (7a) du septième échangeur (7) à un huitième point de connexion (C8) disposé sur la boucle secondaire (B2) entre le cinquième point de connexion (C5) et une entrée (3a) du troisième échangeur (3),
- et une cinquième branche de liaison (D5) reliant un neuvième point de connexion (C9) disposé sur la boucle secondaire (B2) entre une sortie (6b) du sixième échangeur (6) et le premier point de connexion (C1 ) à un dixième point de connexion (C10) disposé sur la boucle tertiaire (B3) entre une sortie (7d) du septième échangeur (7) et une entrée (33a) de la troisième pompe (33).
[Revendication s] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication précédente en combinaison avec les revendications 2 et 6, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (20) comprend :
- une sixième branche de liaison (D6) reliant un onzième point de connexion (C1 1 ) disposé sur la boucle tertiaire (B3) entre une sortie (8b) du moteur thermique (8) et le septième point de connexion (C7) à un douzième point de connexion (C12) disposé sur la boucle tertiaire (B3) entre le dixième point de connexion (C10) et une entrée (33a) de la troisième pompe (33) de circulation du liquide caloporteur,
- une septième branche de liaison (D7) reliant un treizième point de connexion (C13) disposé sur la boucle primaire (B1 ) de liquide caloporteur entre une sortie (5b) du cinquième échangeur (5) et une entrée (1 a) du premier échangeur (1 ) à un quatorzième point de connexion (C14) disposé sur la quatrième branche de liaison (D4),
- et une huitième branche de liaison
(D8) reliant un quinzième point de connexion (C15) disposé sur la sixième branche de liaison (D6) entre le onzième point de connexion (C1 1 ) et le quatorzième point de connexion (C14) à un seizième point de connexion (C16) disposé sur la boucle primaire (B1 ) entre le troisième point de connexion (C3) et une entrée (5a) du cinquième échangeur (5).
[Revendication 9] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 3, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (20) comprend une neuvième branche de liaison (D9) disposée en parallèle du sixième échangeur (6).
[Revendication 10] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 6, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (20) comprend une dixième branche de liaison (D10) disposée en parallèle du septième échangeur (7).
[Revendication 11] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 10 en combinaison avec la revendication 4, dans un mode de refroidissement, dans lequel :
- un débit (Qr) de fluide réfrigérant circule dans le compresseur (15) où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur (1 ) où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le troisième détendeur (23) où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur (4) où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur (Fi), et retourne au compresseur (15),
- un premier débit (Qc1 ) de liquide caloporteur circule dans le sixième échangeur (6) où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur (Fe), et se divise en :
-- un deuxième débit (Qc2) de liquide caloporteur circulant dans la première branche de liaison (D1 ) et échangeant de la chaleur avec l’élément (40) de la chaine de traction électrique du véhicule,
-- un troisième débit (Qc3) de liquide caloporteur circulant dans le premier échangeur (1 ) où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, le deuxième débit (Qc2) et le troisième débit (Qc3) se rejoignant au niveau du deuxième point de connexion (C2).
[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 4, dans un premier mode de chauffage, dans lequel :
- un débit (Qr) de fluide réfrigérant circule dans le compresseur (15) où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur (1 ) où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier détendeur (21 ), dans le deuxième échangeur (2), dans le deuxième détendeur (22) où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur (3) où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et retourne au compresseur (15),
- un premier débit (Qc1 ) de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur (1 ) où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le cinquième échangeur (5) où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur (Fi), et rejoint le premier échangeur (1 ),
- un deuxième débit (Qc2) de liquide caloporteur circule dans le sixième échangeur (6) où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur (Fe), et se divise en :
-- un troisième débit (Qc3) de liquide caloporteur circulant dans la première branche de liaison (D1 ) et recevant de la chaleur de l’élément (40) de la chaine de traction électrique du véhicule,
- un quatrième débit (Qc4) de liquide caloporteur circulant dans le troisième échangeur (3) où il cède de la chaleur du fluide réfrigérant.
[Revendication 13] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 2 à 10 en combinaison avec les revendications 4 et 9, dans un deuxième mode de chauffage, dans lequel :
- un débit (Qr) de fluide réfrigérant circule dans le compresseur (15) où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur (1 ) où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier détendeur (21 ), dans le deuxième échangeur (2), dans le deuxième détendeur (22) où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur (3) où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et retourne au compresseur (15),
- un premier débit (Qc1 ) de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur (1 ) où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le cinquième échangeur (5) où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur (Fi), et rejoint le premier échangeur (1 ),
- un deuxième débit (Qc2) de liquide caloporteur circule successivement dans la deuxième pompe (32), puis dans la neuvième branche de liaison (D9), et se divise en :
-- un troisième débit (Qc3) de liquide caloporteur circulant dans la première branche de liaison (D1 ) et recevant de la chaleur de l’élément (40) de la chaine de traction électrique du véhicule,
- un quatrième débit (Qc4) de liquide caloporteur circulant dans le troisième échangeur (3) où il cède de la chaleur du fluide réfrigérant.
[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 4 et 7, dans un mode de dégivrage, dans lequel :
- un premier débit (Qc1 ) de liquide caloporteur circule successivement dans la deuxième pompe (32), dans le sixième échangeur (6), se divise au niveau du neuvième point de connexion (C9) en :
-- un deuxième débit (Qc2) de liquide caloporteur circulant successivement dans la cinquième branche de liaison (D5), dans le septième échangeur (7), dans la quatrième branche de liaison (D4), dans le troisième échangeur (3),
- un troisième débit (Qc3) de liquide caloporteur circulant successivement dans la boucle secondaire (B2) puis dans la première branche de liaison (D1 ), le deuxième débit (Qc2) de liquide caloporteur et le troisième débit (Qc3) de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du deuxième point de connexion (C2).
[Revendication 15] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 10 en combinaison avec les revendications 4, 7, 9, dans un troisième mode de chauffage, dans lequel :
- un débit (Qr) de fluide réfrigérant circule dans le compresseur (15) où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur (1 ) où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier détendeur (21 ), dans le deuxième échangeur (2), dans le deuxième détendeur (22) où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur (3) où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, et retourne au compresseur (15),
- un premier débit (Qc1 ) de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur (1 ) où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le cinquième échangeur (5) où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur (Fi), et rejoint le premier échangeur (1 ),
- un deuxième débit (Qc2) de liquide caloporteur circule successivement dans la deuxième pompe (32), puis dans la neuvième branche de liaison (D9), et se divise au niveau du neuvième point de connexion (C9) en :
-- un troisième débit (Qc3) de liquide caloporteur circulant successivement dans la cinquième branche de liaison (D5), dans la boucle tertiaire (B3), dans le moteur thermique (8), dans la quatrième branche de liaison (D4), dans le troisième échangeur (3),
- un quatrième débit (Qc4) de liquide caloporteur circulant successivement dans la boucle secondaire (B2) puis dans la première branche de liaison (D1 ), le troisième débit (Qc3) de liquide caloporteur et le quatrième débit (Qc4) de liquide caloporteur se rejoignant au niveau du deuxième point de connexion (C2).
[Revendication 16] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 8, dans un mode de préchauffage du moteur thermique, dans lequel :
- un débit (Qr) de fluide réfrigérant circule dans le compresseur (15) où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur (1 ) où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le troisième détendeur (23) où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur (4) où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur (Fi), et retourne au compresseur (15),
- un premier débit (Qc1 ) de liquide caloporteur circule dans le cinquième échangeur (5), et se divise en :
-- un deuxième débit (Qc2) de liquide caloporteur circulant dans la boucle primaire (B1 ) et rejoignant le premier échangeur (1 ) où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant,
-- un troisième débit (Qc3) de liquide caloporteur circulant successivement dans la septième branche de liaison (D7), dans la sixième branche de liaison (D6), dans le moteur thermique (8) où il cède de la chaleur, dans la huitième branche de liaison (D8), le deuxième débit (Qc2) et le troisième débit (Qc3) se rejoignant en amont du cinquième échangeur (5).
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