WO2024115507A1 - Système de conditionnement thermique - Google Patents

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WO2024115507A1
WO2024115507A1 PCT/EP2023/083400 EP2023083400W WO2024115507A1 WO 2024115507 A1 WO2024115507 A1 WO 2024115507A1 EP 2023083400 W EP2023083400 W EP 2023083400W WO 2024115507 A1 WO2024115507 A1 WO 2024115507A1
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WO
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exchanger
connection point
branch
refrigerant fluid
heat
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PCT/EP2023/083400
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Mohamed Yahia
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Valeo Systemes Thermiques
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Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal conditioning systems.
  • Such systems can, for example, be fitted to motor vehicles. These systems ensure thermal regulation of various parts of the vehicle, such as the passenger compartment or an electrical energy storage battery, when the vehicle is electrically powered.
  • Heat exchanges are managed mainly by the compression and expansion of a refrigerant fluid circulating in a circuit in which several heat exchangers are arranged.
  • a compressor discharges the refrigerant fluid in a high pressure state and allows circulation of the refrigerant fluid in the circuit.
  • thermodynamic properties of this gas mean that the compressor discharge pressure is generally in the range 80 to 130 bar, so that the system provides sufficient thermal power.
  • the discharge temperature of the refrigerant fluid for this pressure range can in certain cases of use be problematic for the compressor, or for certain organs in which the refrigerant fluid at high pressure and high temperature circulates.
  • the present invention proposes a thermal conditioning system for a motor vehicle, comprising a refrigerant fluid circuit configured to circulate a refrigerant fluid, the refrigerant fluid circuit comprising:
  • a main loop comprising successively according to the direction of circulation of the refrigerant fluid:
  • a second heat exchanger configured to exchange heat with an air flow outside the vehicle passenger compartment
  • the main loop comprising an internal exchanger configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid downstream of the first exchanger and upstream of the first expander and the refrigerant fluid downstream of the cooling device accumulation and upstream of a compressor inlet,
  • a first branch branch connecting a first connection point located on the main loop downstream of the first exchanger and upstream of the first regulator to a second connection point located on the main loop downstream of the second heat exchanger and upstream of the device accumulation, the first branch branch comprising a second expander and a third heat exchanger,
  • a second branch branch connecting a third connection point located on the main loop downstream of the first exchanger and upstream of the first connection point to a fourth connection point located on the main loop downstream of the second exchanger and upstream of the second connection point, the second branch branch comprising a third expander and a fourth heat exchanger,
  • a third branch connecting a fifth connection point located on the main loop downstream of the compressor and upstream of the first exchanger to a sixth connection point located on the main loop downstream of the first exchanger and upstream of the fourth connection point connection,
  • a fourth branch branch connecting a seventh connection point located on the main loop downstream of the first exchanger and upstream of the third connection point to an eighth connection point located on the main loop downstream of the second exchanger and upstream of the fourth connection point.
  • the first heat exchanger is configured to exchange heat with an air flow inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the first heat exchanger is configured to exchange heat with a heat transfer liquid circulating in a closed heat transfer liquid circuit, the heat transfer liquid circuit comprising a heat exchanger configured to exchange heat with a flow of air inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the third heat exchanger is thermally coupled with an element of an electric traction chain of a motor vehicle.
  • the fourth heat exchanger is configured to exchange heat with the air flow inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the element of the electric traction chain of the vehicle may include an electrical energy storage battery.
  • the element of the vehicle's electric traction chain may also include an electric vehicle traction motor.
  • the element of the electric traction chain of the vehicle may also include an electronic unit for controlling the electric traction motor of the vehicle.
  • the fourth heat exchanger is thermally coupled with an element of an electric powertrain of a motor vehicle.
  • the third heat exchanger is configured to exchange heat with the air flow inside the vehicle cabin.
  • the second expander is placed upstream of the third heat exchanger.
  • the third expander is placed upstream of the fourth heat exchanger.
  • the sixth connection point is arranged between the second exchanger and the fourth connection point.
  • the sixth connection point is arranged downstream of the first exchanger and upstream of the seventh connection point.
  • the main loop comprises a fourth regulator disposed downstream of the first exchanger and upstream of the seventh connection point.
  • the main loop includes a first shut-off valve disposed between the eighth connection point and the fourth connection point.
  • the main loop comprises a first one-way valve disposed between the fourth connection point and the second connection point, the first one-way valve being configured to allow circulation of refrigerant fluid from the fourth connection point to the second connection point and configured to prohibit circulation of refrigerant from the second connection point to the fourth connection point.
  • the first one-way valve is for example a first non-return valve.
  • the main loop comprises a second one-way valve disposed between the seventh connection point and the third connection point, the second one-way valve being configured to allow circulation of refrigerant fluid from the seventh connection point to the third connection point and configured to prohibit circulation of refrigerant from the third connection point to the seventh connection point.
  • the main loop comprises a second one-way valve disposed between the first exchanger and the sixth connection point, the second one-way valve being configured to allow circulation of refrigerant fluid from the first exchanger towards the sixth connection point and configured to prohibit a circulation of refrigerant fluid from the sixth connection point towards the first exchanger.
  • the second one-way valve is for example a second non-return valve.
  • the thermal conditioning system comprises a fifth branch branch connecting a ninth connection point arranged on the main loop downstream of the fifth connection point and upstream of the first exchanger to a tenth connection point arranged on the main loop downstream of the fourth connection point and upstream of the accumulation device, the fifth branch branch comprising a fifth regulator.
  • the thermal conditioning system comprises a fifth branch branch connecting a ninth connection point arranged on the main loop downstream of the fifth connection point. connection and upstream of the first exchanger to a tenth connection point arranged on the first branch of diversion between the second regulator and the third exchanger, the fifth branch of diversion comprising a fifth regulator.
  • the main loop comprises a fifth exchanger arranged downstream of the seventh connection point and upstream of the third connection point.
  • the main loop comprises a fifth exchanger arranged downstream of the sixth connection point and upstream of the seventh connection point.
  • the fifth heat exchanger is thermally coupled with the element of the vehicle's electric powertrain.
  • the thermal conditioning system comprises a first three-way valve arranged jointly on the main loop and on the third branch branch, the first three-way valve being configured to selectively:
  • the main loop comprises a second stop valve disposed between the fifth connection point and the first exchanger.
  • the second shut-off valve is arranged between the fifth connection point and the ninth connection point.
  • the third branch of diversion comprises a third stop valve.
  • the thermal conditioning system comprises a second three-way valve arranged jointly on the main loop and on the fourth branch branch, the second three-way valve being configured to selectively:
  • the second three-way valve and the fourth regulator are arranged in the same body, for example in the same foundry body.
  • the disclosure also concerns a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called cabin cooling mode in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the third branch of diversion, in the second heat exchanger where it transfers heat to the outside air flow, in the first expander where it passes at an intermediate pressure, in the internal exchanger, in the third expander where it passes at low pressure, in the fourth exchanger where it receives heat from the internal air flow, in the accumulation device, in the internal exchanger and returns to the compressor, and in which the fifth expansion valve is in the at least partial open position so that the refrigerant fluid contained in the first exchanger is at low pressure.
  • the disclosure also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called serial dehumidification mode in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the main loop, in the first exchanger where it transfers heat to the interior air flow, in the fourth branch of diversion, in second heat exchanger where it transfers heat to the exterior air flow, in the first expander, in the internal exchanger, in the third expander where it passes at low pressure, in the fourth exchanger where it receives heat from the internal air flow, in the accumulation device, in the internal exchanger, and returns to the compressor.
  • the disclosure also concerns a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called energy recovery mode in which:
  • the disclosure also deals with a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a mode known as passenger compartment heating and battery heating in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the main loop, in the first exchanger where it transfers heat to the interior air flow, in the fifth exchanger, in the first expander where it passes at low pressure, into the second heat exchanger where it receives heat from the outside air flow, into the accumulation device and returns to the compressor.
  • a method of operating a thermal conditioning system as described above is also disclosed here, in a so-called passenger compartment cooling mode in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the third branch of diversion, in the fifth exchanger, in the fourth branch of diversion, in the second heat exchanger where it transfers heat to the outside air flow, in the first expander, in the third expander where it passes at low pressure, in the fourth exchanger where it receives heat from the inside air flow, into the accumulation device and returns to the compressor.
  • the disclosure also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a mode known as passenger compartment heating and battery heating, in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor where it passes at high pressure, and circulates successively in the main loop, in the first exchanger where it transfers heat to the interior air flow, in the fifth exchanger, in the first expander where it passes at low pressure, into the second exchanger where it receives heat from the outside air flow, into the accumulation device and returns to the compressor.
  • FIG. 1 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a first variant of the first embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a second variant of the first embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is another schematic view of the thermal conditioning system of Figure 4,
  • FIG. 6 is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 2, operating in a first mode of operation, called passenger compartment cooling mode
  • FIG. 7 is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 2, operating in a second mode of operation, called series dehumidification mode
  • FIG. 8 is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 2, operating in a third mode of operation, called energy recovery mode,
  • FIG. 9 is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 3, operating in a fourth mode of operation, called passenger compartment heating and battery heating mode,
  • FIG. 10 is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 4, operating in a mode of operation, called passenger compartment cooling mode,
  • FIG. 1 1 is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 4, operating in an operating mode, called passenger compartment heating and battery heating.
  • 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.
  • the term "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. In other words, 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.
  • the thermal conditioning system 100 which will be described comprises an electronic control unit 44 receiving information from different sensors measuring in particular the characteristics of the refrigerant fluid at various points of the circuit.
  • the electronic control unit 44 also receives instructions issued by the occupants of the vehicle, such as for example the desired temperature inside the passenger compartment.
  • the electronic control unit 44 can also receive instructions from other electronic subsystems, such as for example the electrical energy storage battery management system.
  • the electronic control unit 44 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.
  • the compression device 7 can be an electric compressor, that is to say a compressor whose moving parts are driven by an electric motor.
  • the compression device 7 comprises a suction side of the low-pressure refrigerant fluid, also called inlet 7a of the compression device, and a discharge side of the high-pressure refrigerant fluid, also called outlet 7b of the compression device 7.
  • the internal moving parts compressor 7 make pass the refrigerant fluid from low pressure on the inlet side 7a to high pressure on the outlet side 7b. After expansion in one or more expansion members and circulation in at least part of the circuit, the refrigerant fluid returns to inlet 7a of compressor 7 and begins a new thermodynamic cycle.
  • the refrigerant fluid circuit 10 forms a closed circuit in which the refrigerant fluid can circulate.
  • the refrigerant fluid circuit 10 is sealed when it is in a nominal operating state, that is to say without defects or leaks.
  • Each connection point of circuit 10 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 adjusting the opening or closing of the stop valves, non-return valves or expansion devices included on each of these portions.
  • each connection point is a means of redirecting the refrigerant arriving at this connection point.
  • Various shut-off valves and non-return valves thus make it possible to selectively direct the refrigerant fluid into the different branches of the refrigerant circuit, in order to ensure different operating modes, as will be described later.
  • the refrigerant fluid used by the refrigerant circuit 10 is here a natural fluid such as R744.
  • a chemical refrigerant such as R1234yf, or 134a can also be used.
  • Each refrigerant expansion device also called an expansion valve, 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 regulator control module controls an electric motor which moves a movable shutter controlling the passage section offered to the refrigerant fluid.
  • interior air flow Fi means a flow of air intended for the passenger compartment of the motor vehicle.
  • This interior air flow Fi can circulate in a heating, ventilation and/or air conditioning installation, frequently referred to by the English term “HVAC”, for “Heating, Ventilating and Air Conditioning”. This installation has not been shown in the various figures.
  • a first motor-fan group is arranged in the heating, ventilation and/or air conditioning installation in order to increase, if necessary, the flow rate of the interior air flow Fi.
  • external air flow Fe we mean an air flow which is not intended for the passenger compartment of the vehicle. In other words, this air flow Fe remains outside the vehicle cabin.
  • a second motor-fan group also not shown, can be activated in order to increase if necessary the flow rate of the exterior air flow Fe.
  • the air flow provided by the first as well as by the second motor-fan group can be adjusted in real time according to heat exchange needs, for example by the electronic unit 44 for controlling the thermal conditioning system 100.
  • first exchanger is equivalent to the term “first heat exchanger”.
  • internal exchanger is equivalent to the term “internal heat exchanger”.
  • accumulation device is equivalent to the term “refrigerant accumulation device”.
  • the heat transfer liquid circuit(s) also form one or more closed and sealed circuits in which a heat transfer liquid can circulate.
  • FIG. 1 shows a thermal conditioning system 100 for a motor vehicle, according to a first embodiment.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a refrigerant fluid circuit 10 configured to circulate a refrigerant fluid, the refrigerant fluid circuit 10 comprising:
  • a main loop A comprising successively according to the direction of circulation of the refrigerant fluid:
  • the main loop A comprising an internal exchanger 6 configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid downstream of the first exchanger 1 and upstream of the first regulator 31 and the refrigerant fluid in downstream of the accumulation device 8 and upstream of an inlet 7a of the compressor 7,
  • a first branch B connecting a first connection point 1 1 located on the main loop A downstream of the first exchanger 1 and upstream of the first regulator 31 to a second connection point 12 located on the main loop A downstream of the second heat exchanger 2 and upstream of the accumulation device 8, the first branch B comprising a second expander 32 and a third heat exchanger 3,
  • a second branch C connecting a third connection point 13 located on the main loop A downstream of the first exchanger 1 and upstream of the first connection point 11 to a fourth connection point 14 located on the main loop A in downstream of the second exchanger 2 and upstream of the second connection point 12, the second branch B comprising a third regulator 33 and a fourth heat exchanger 4,
  • a third branch D connecting a fifth connection point 15 located on the main loop A downstream of the compressor 7 and upstream of the first exchanger 1 to a sixth connection point 16 located on the main loop A downstream of the first exchanger 1 and upstream of the fourth connection point 14,
  • a fourth branch E connecting a seventh connection point 17 located on the main loop A downstream of the first exchanger 1 and upstream of the third connection point 13 to an eighth connection point 18 located on the main loop A downstream of the second exchanger 2 and upstream of the fourth connection point 14.
  • the first heat exchanger 1 is configured to exchange heat with an interior air flow Fi in the passenger compartment of the vehicle.
  • the first exchanger 1 is placed in the heating, ventilation and/or air conditioning installation of the vehicle. Heating of the passenger compartment is provided directly, the air flow Fi to the passenger compartment being heated by its passage through the first exchanger 1.
  • the first heat exchanger 1 is configured to exchange heat with a heat transfer liquid circulating in a closed circuit 30 of heat transfer liquid, the circuit 30 of heat transfer liquid comprising a heat exchanger 1 B configured to exchange heat with an interior air flow Fi to the passenger compartment of the vehicle.
  • the heating of the passenger compartment is provided indirectly, since the refrigerant fluid heats a heat transfer liquid which in turn heats the air flow Fi supplying the passenger compartment.
  • Exchanger 1 B is located in the heating, ventilation and/or air conditioning installation of the vehicle.
  • the third heat exchanger 3 is thermally coupled with an element 25 of an electric traction chain of a motor vehicle.
  • Element 25 of the vehicle's electric traction chain may include an electrical energy storage battery.
  • Element 25 of the vehicle's electric traction chain may also include an electric vehicle traction motor.
  • Element 25 of the electric traction chain of the vehicle may also include an electronic unit for controlling the electric traction motor of the vehicle.
  • the fourth heat exchanger 4 is configured to exchange heat with the interior air flow Fi in the passenger compartment of the vehicle.
  • the fourth heat exchanger 4 is arranged in the heating, ventilation and/or air conditioning installation of the vehicle.
  • the fourth interchange 4 is arranged upstream of the first exchanger 1, or where appropriate of the exchanger 1 B, according to the direction of flow of the interior air flow Fi.
  • the fourth heat exchanger 4 is thermally coupled with an element 25 of an electric traction chain of a motor vehicle.
  • the third heat exchanger 3 is configured to exchange heat with the interior air flow Fi in the passenger compartment of the vehicle.
  • the roles of the third exchanger 3 and the fourth exchanger 4 can be exchanged.
  • the second expander 32 is disposed upstream of the third heat exchanger 3.
  • the third expander 33 is disposed upstream of the fourth heat exchanger 4.
  • the second expander 32 thus makes it possible to supply the third exchanger 3 with refrigerant fluid at low pressure.
  • the third expander 33 makes it possible to supply the fourth exchanger 4 with refrigerant fluid at low pressure.
  • the internal heat exchanger 6 comprises a first heat exchange section 6a arranged on the main loop A downstream of the first expander 31 and upstream of the second expander 32, as well as a second heat exchange section 6b arranged on the main loop A downstream of the accumulator 8 and upstream of the inlet 7a of the compressor 7.
  • the internal heat exchanger 6 is configured to allow an exchange of heat between the refrigerant fluid in the first section of heat exchange 6a and the refrigerant fluid in the second heat exchange section 6b.
  • the refrigerant fluid circulating at high pressure in the main loop A can thus transfer heat to the refrigerant fluid circulating at a lower pressure in the main loop A.
  • the third heat exchanger 3 is thermally coupled with the element 25 of the electric traction chain via a heat transfer liquid circulating in a secondary loop 40 of heat transfer liquid.
  • the heat transfer liquid circulating in the secondary loop 40 may be a dielectric fluid.
  • the heat transfer liquid circulating in the loop secondary 40 of heat transfer liquid can, as a variant, be a mixture of water and glycol.
  • the sixth connection point 16 is arranged between the second exchanger 2 and the fourth connection point 14.
  • the sixth connection point 16' is arranged downstream of the first exchanger 1 and upstream of the seventh connection point 17.
  • the sixth connection point 16' is in this case arranged between the first exchanger 1 and the seventh connection point 17.
  • the main loop A comprises a fourth expander 34 disposed downstream of the first exchanger 1 and upstream of the seventh connection point 17.
  • the fourth expander 34 is disposed between the first exchanger 1 and the seventh connection point 17.
  • the main loop A comprises a first stop valve 41 arranged between the eighth connection point 18 and the fourth connection point 14.
  • the main loop A comprises a first one-way valve 47 arranged between the fourth connection point 14 and the second connection point 12.
  • the first one-way valve 47 is configured to allow circulation of refrigerant from the fourth connection point 14 to the second connection point 12 and configured to prevent circulation of refrigerant fluid from the second connection point 12 to the fourth connection point 14.
  • the first one-way valve 47 is for example a first non-return valve.
  • a non-return valve is a passive device that does not require electrical control.
  • the main loop A comprises a second unidirectional valve 48 arranged between the seventh connection point 17 and the third connection point 13.
  • the second unidirectional valve is configured to authorize a circulation of refrigerant fluid from the seventh connection point 17 to the third connection point 13 and configured to prohibit circulation of refrigerant fluid from the third connection point 13 to the seventh connection point 17.
  • the main loop A comprises a second one-way valve 48' disposed between the first exchanger 1 and the sixth connection point 16'.
  • the second unidirectional valve 48' is configured to authorize a circulation of refrigerant fluid from the first exchanger 1 towards the sixth connection point 16' and configured to prohibit a circulation of refrigerant fluid from the sixth connection point 16' towards the first exchanger 1.
  • the second one-way valve 48' is for example a second non-return valve.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a fifth branch F connecting a ninth connection point 19 arranged on the main loop A downstream of the fifth connection point 15 and upstream from the first exchanger 1 to a tenth connection point 20 arranged on the main loop A downstream of the fourth connection point 14 and upstream of the accumulation device 8.
  • the fifth branch F comprises a fifth regulator 35.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a fifth branch F connecting a ninth connection point 19 arranged on the main loop A downstream of the fifth connection point 15 and upstream of the first exchanger 1 to a tenth connection point 20' arranged on the first branch of diversion B between the second regulator 32 and the third exchanger 3.
  • the fifth branch of branch F comprising a fifth regulator 35.
  • the fifth branch of diversion F allows the high pressure refrigerant fluid at the outlet of the compressor 7 to return to the inlet 7a of the compressor without passing through the first exchanger 1 nor through the second exchanger 2.
  • the fifth branch of diversion F brings back the refrigerant fluid at high pressure to the inlet of the accumulator 8. The refrigerant fluid therefore does not circulate in the third exchanger 3.
  • the fifth branch of diversion F brings back the high pressure refrigerant fluid at a point in the circuit located downstream of the second expander 32 and upstream of the third exchanger 3.
  • the high pressure refrigerant fluid coming from the fifth branch F therefore circulates in the third exchanger 3 before returning the accumulator 8.
  • the main loop A comprises a fifth exchanger 5 arranged downstream of the seventh connection point 17 and upstream of the third connection point 13.
  • the fifth exchanger 5 is arranged between the second one-way valve 48 and the seventh connection point 17.
  • the main loop A comprises a fifth exchanger 5' disposed downstream of the sixth connection point 16' and upstream of the seventh connection point 17.
  • the fifth heat exchanger 5, 5' is thermally coupled with element 25 of the vehicle's electric traction chain.
  • the fifth heat exchanger 5, 5' is thermally coupled with element 25 of the electric traction chain via a liquid heat transfer circulating in a tertiary loop 40B of heat transfer liquid.
  • This tertiary loop 40B is schematized in Figure 5.
  • the refrigerant circuit 10 is shown in dotted lines, and certain portions of the circuit have been omitted in order to minimize crossings between the lines of the different circuits and simplify the figure.
  • the heat transfer liquid loops 40 and 40B are shown in solid lines.
  • the tertiary loop 40B is not shown in Figures 3, 4, 9, 10 and 11, in order to simplify the representation.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a first three-way valve 45 arranged jointly on the main loop A and on the third branch D.
  • the first three-way valve 45 is configured to selectively:
  • the first three-way valve 45 is an electrically controlled valve.
  • An electric motor moves a movable shutter allowing the passage of the refrigerant fluid to be adjusted in the three channels, according to the opening law defined above.
  • the main loop A comprises a second stop valve 42 disposed between the fifth connection point 15 and the first exchanger 1.
  • the second stop valve 42 is arranged between the fifth connection point 15 and the ninth connection point 19.
  • the third branch D comprises a third stop valve 43.
  • the second stop valve 42 and the third stop valve 43 make it possible to distribute the flow of refrigerant fluid leaving the compressor 7 between a flow circulating in the main loop A and a flow circulating in the third branch D.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a second three-way valve 46 arranged jointly on the main loop A and on the fourth branch E.
  • the second three-way valve 46 is configured to selectively:
  • the second three-way valve 46 is an electrically controlled valve [111] According to the second embodiment, the second three-way valve 46 and the fourth expansion device 34 are arranged in the same body, for example in the same foundry body.
  • the body receiving the second three-way valve 46 and the fourth expansion device 34 can be in one piece.
  • the same component integrates the functions of a three-way valve and expansion device.
  • the mechanical integration of the component into the thermal conditioning system 100 is thus facilitated.
  • Figure 6 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described previously, in a so-called cabin cooling mode.
  • a flow rate Q of refrigerant fluid circulates in the compressor 7 where it passes at high pressure, and circulates successively in the third branch D, in the second heat exchanger 2 where it transfers heat to the outside air flow Fe , in the first expander 31 where it passes at an intermediate pressure, in the internal exchanger 6, in the third expander 33 where it passes at low pressure, in the fourth exchanger 4 where it receives heat from the internal air flow Fi, in the accumulation device 8, in the internal exchanger 6 and returns to the compressor 7, and the fifth regulator 35 is in the at least partial open position so that the refrigerant fluid contained in the first exchanger 1 or at low pressure.
  • the first three-way valve 45 blocks the circulation of the refrigerant fluid towards the first exchanger 1.
  • the high pressure refrigerant fluid is directed towards the second exchanger 2.
  • the first stop valve 41 is in the closed position, so that the circulation of the refrigerant fluid in the main loop A between the sixth connection point 16 and the fourth connection point 14 is blocked.
  • the second valve three channels 47 blocks the circulation of the refrigerant fluid in the fourth branch E between the eighth connection point 18 and the seventh connection point 17.
  • the refrigerant fluid circulating in the second exchanger 2 cools by giving up heat to the flow of outside air Fe. At the level of the first regulator 31, the refrigerant fluid undergoes partial expansion.
  • This partial expansion makes it possible to reduce the temperature of the refrigerant fluid entering the first heat exchange section 6a of the internal exchanger 6, which makes it possible to control the outlet temperature of the second heat exchange section 6b, and to there the discharge temperature of the compressor 7.
  • the level of expansion, or pressure loss, generated by the first regulator 31 is controlled so as to maintain the discharge temperature of the compressor 7 at a value lower than a maximum acceptable limit.
  • the refrigerant fluid at intermediate pressure returns to the third connection point 13 then to the third expansion valve 33 where it undergoes expansion and passes to low pressure.
  • the so-called low pressure has a lower value than that of the so-called intermediate pressure.
  • the so-called intermediate pressure has a value lower than that of the so-called high pressure.
  • the low-pressure refrigerant circulates in the fourth exchanger 4 and absorbs heat from the interior air flow Fi, which allows the passenger compartment to be cooled.
  • the low pressure refrigerant fluid then circulates in the accumulator 8, in the second heat exchange section 6b of the internal heat exchanger 6, and joins the inlet 7a of the compressor 7, thus completing the thermodynamic cycle.
  • the second expansion valve 32 is in the closed position, and the refrigerant fluid does not circulate in the first branch B.
  • the internal exchanger 6 is active, since the first heat exchange section 6a and the second heat exchange section 6b are both traversed by a flow of refrigerant fluid.
  • the fifth regulator 35 is in the at least partial open position, so that the part of main loop A between the fifth connection point 15 and the seventh connection point 17, thus including the first exchanger 1, is at the same pressure as the pressure prevailing at the tenth connection point 10, that is to say low pressure.
  • the amount of fluid refrigerant contained in the first exchanger 1 and in the volume of the circuit part between the fifth connection point 15 and the seventh connection point 17 can thus be limited, which makes it possible to limit the volume of the fluid accumulator 8 refrigerant.
  • Figure 7 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described previously, in a so-called serial dehumidification mode.
  • a flow rate Q of refrigerant fluid circulates in the compressor 7 where it passes at high pressure, and circulates successively in the main loop A, in the first exchanger 1 where it transfers heat to the internal air flow Fi, in the fourth bypass branch E, in the second heat exchanger 2 where it transfers heat to the external air flow Fe, in the first expander 31, in the internal exchanger 6, in the third expander 33 where it passes at low pressure, in the fourth exchanger 4 where it receives heat from the internal air flow Fi, in the accumulation device 8, in the internal exchanger 6, and returns to the compressor 7.
  • the high pressure refrigerant fluid at the outlet of the compressor 7 is directed, at the fifth connection point 15, towards the first exchanger 1, circulating in the main loop A.
  • the refrigerant fluid transfers heat to the interior air flow and heats it.
  • the refrigerant then joins the seventh connection point 17, and is directed towards the eighth connection point 18 by circulating in the fourth branch E.
  • the second three-way valve 46 blocks the circulation of the refrigerant towards the third connection point 13.
  • the refrigerant fluid is directed to second exchanger 2, where it transfers heat to the outside air flow Fe.
  • the first stop valve 41 is in the closed position.
  • the refrigerant then joins the third connection point 13 after passing through the first expander 31 and the first heat exchange section 6a of the internal exchanger 6.
  • the refrigerant is expanded at the level of the third expander 33 and circulates in the fourth exchanger 4 and absorbs heat from the interior air flow Fi.
  • the interior air flow Fi is thus cooled at the level of the fourth exchanger 4 and heated at the level of the first exchanger 1, which makes it possible to dehumidify this air flow intended for the passenger compartment.
  • the low pressure refrigerant fluid leaving the fourth exchanger 4 then passes through the accumulator 8, the second heat exchange section 6b of the internal exchanger 6 and joins the inlet 7a of the compressor 7.
  • the internal exchanger 6 is active , since the first heat exchange section 6a and the second heat exchange section 6b are both traversed by a flow of refrigerant fluid.
  • the third exchanger 3 does not carry a flow of refrigerant fluid and does not participate in heat exchanges.
  • Figure 8 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described previously, in a so-called energy recovery mode.
  • the high pressure refrigerant fluid at outlet 7b of compressor 7 is directed, at the fifth connection point 15, towards the ninth connection point 19, circulating in the main loop A.
  • a part Q2 of the total flow rate Q1 of refrigerant fluid takes the fifth branch of diversion F, because the fifth regulator 35 is open.
  • the complementary part Q3 of the total flow Q1 continues in the main loop A, and circulates in the first exchanger 1 by transferring heat to the interior air flow Fi.
  • the second three-way valve 46 directs the refrigerant fluid towards the third connection point 13 and blocks the circulation of refrigerant fluid in the fourth branch E.
  • the refrigerant fluid reaches the first connection point 1 1, is redirected towards the first branch B, passes at low pressure into the second regulator 32 and circulates in the third exchanger 3.
  • the refrigerant fluid thus absorbs heat coming from element 25 of the electric traction chain .
  • the flow rate Q3 of refrigerant fluid leaving the third exchanger 3 joins the flow rate Q2 coming from the fifth branch F.
  • the total flow rate Q1 of refrigerant fluid then passes through the accumulator 8, the second heat exchange section 6b of the exchanger internal 6 and joins the inlet 7a of the compressor 7.
  • the internal exchanger 6 is inactive, because the first heat exchange section 6a is not traversed by a flow of refrigerant fluid.
  • the second exchanger 2 and the fourth exchanger 4 do not pass through the refrigerant fluid and do not participate in heat exchanges.
  • the passenger compartment is heated thanks to the heat recovered from element 25 of the electric traction chain at the level of the third exchanger 3, and thanks to the heat supplied by the compressor 7 to the refrigerant fluid .
  • the flow rate Q2 circulating in the fifth branch of diversion F makes it possible to increase the total flow rate of refrigerant fluid supplied by the compressor 7 and thus increase the thermal heating power supplied to the passenger compartment.
  • Figure 9 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described above, in a so-called passenger compartment heating and battery heating mode.
  • a flow rate Q of refrigerant fluid circulates in the compressor 7 where it passes at high pressure, and circulates successively in the main loop A, in the first exchanger 1 where it transfers heat to the internal air flow Fi, in the fifth exchanger 5, in the first regulator 31 where it passes at low pressure, in the second heat exchanger 2 where it receives heat from the external air flow Fe, in the accumulation device 8 and returns to the compressor 7.
  • the thermal conditioning system 100 is here according to the second variant of the first embodiment.
  • the high pressure refrigerant fluid leaving the compressor 7 is directed, at the fifth connection point 15, towards the first exchanger 1, circulating in the main loop A.
  • the refrigerant fluid gives up heats the interior air flow and heats it, which allows the vehicle's passenger compartment to be heated.
  • the refrigerant fluid then joins the seventh connection point 17, and is directed towards the fifth exchanger 5.
  • the refrigerant fluid gives up heat by passing through the fifth exchanger 5, which makes it possible to heat the element 25 of the electric traction chain of the vehicle. For example, heating of the electrical energy storage battery can be provided.
  • the second three-way valve 46 blocks the circulation of the refrigerant fluid towards the fourth branch E.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchange section 6a of the internal exchanger 6, then the first expansion valve 31 where the refrigerant fluid is expanded to a low pressure state, and circulates in the second exchanger 2 absorbing heat from the external air flow Fe.
  • the first stop valve 41 is open, allowing the low pressure refrigerant fluid coming from the second exchanger 2 to reach the fourth connection point 14.
  • the refrigerant fluid then passes through the accumulator 8, the second heat exchange section 6b of the internal exchanger 6 and joins the inlet 7a of the compressor 7.
  • the internal exchanger 6 is active, since the first heat exchange section 6a and the second heat exchange section 6b are both traversed by a flow of refrigerant fluid.
  • the third exchanger 3 and the fourth exchanger 4 do not pass through the refrigerant fluid and do not participate in heat exchanges.
  • FIG. 10 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 according to the second embodiment, in a so-called cabin cooling mode.
  • a flow rate Q of refrigerant fluid circulates in the compressor 7 where it passes at high pressure, and circulates successively in the third branch of diversion D, in the fifth exchanger 5, in the fourth branch of diversion E, in the second heat exchanger 2 where it transfers heat to the exterior air flow Fe, in the first regulator 31, in the third regulator 33 where it passes at low pressure, in the fourth exchanger 4 where it receives heat from the interior air flow Fi, in the accumulation device 8 and returns to the compressor 7.
  • the high pressure refrigerant fluid leaving the compressor 7 is directed, at the fifth connection point 15, towards the third branch D.
  • the third stop valve 43 is in fact open, while the second stop valve 42 is in the closed position and blocks circulation in the main loop A towards the first exchanger 1.
  • the high pressure refrigerant fluid coming from the third branch D passes through the fifth exchanger 5' while giving up heat, which allows element 25 of the vehicle's electric traction chain to be heated.
  • the refrigerant then joins the seventh connection point 17, and is directed towards the eighth connection point 18 by circulating in the fourth branch E.
  • the second three-way valve 46 blocks the circulation of the refrigerant towards the third connection point 13.
  • the refrigerant fluid is directed to second exchanger 2, where it transfers heat to the outside air flow Fe.
  • the first stop valve 41 is in the closed position.
  • the refrigerant then joins the third connection point 13 after passing through the first expander 31 and the first heat exchange section 6a of the internal exchanger 6.
  • the refrigerant is expanded at the third expander 33 and circulates in the fourth exchanger 4 and absorbs heat from the interior air flow Fi.
  • the interior air flow Fi is thus cooled, which allows the passenger compartment to be cooled.
  • the low pressure refrigerant fluid leaving the fourth exchanger 4 then passes through the accumulator 8, the second section heat exchanger 6b of the internal exchanger 6 and joins the inlet 7a of the compressor 7.
  • the internal exchanger 6 is active, since the first heat exchange section 6a and the second heat exchange section 6b are all two traversed by a flow of refrigerant fluid.
  • the first exchanger 1 and the third exchanger 3 do not carry the refrigerant fluid and do not participate in heat exchange.
  • Figure 11 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 according to the second embodiment, in a so-called passenger compartment heating and battery heating mode.
  • a flow rate Q of refrigerant fluid circulates in the compressor 7 where it passes at high pressure, and circulates successively in the main loop A, in the first exchanger 1 where it transfers heat to the internal air flow Fi, in the fifth exchanger 5, in the first expander 31 where it passes at low pressure, in the second exchanger 2 where it receives heat from the external air flow Fe, in the accumulation device 8 and returns to the compressor 7.
  • the high pressure refrigerant fluid leaving the compressor 7 is directed, at the fifth connection point 15, towards the first exchanger 1.
  • the second stop valve 42 is in fact open, while the third stop valve 43 is in the closed position and blocks the circulation in the third branch D.
  • the flow rate Q of refrigerant fluid passes through the first exchanger 1 by giving way heat to the interior air flow Fi, then passes through the fifth exchanger 5' also giving up heat.
  • the passenger compartment of the vehicle and element 25 of the vehicle's electric traction chain are both heated.
  • the refrigerant then joins the seventh connection point 17, and is directed towards the third connection point 13.
  • the second three-way valve 46 blocks the circulation of the refrigerant towards the fourth branch E.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchange section 6a of the internal exchanger 6, then the first expander 31 where the refrigerant fluid is expanded to a state of low pressure, and circulates in the second exchanger 2 absorbing heat from the air flow exterior Fe.
  • the first shut-off valve 41 is open, allowing the low pressure refrigerant fluid coming from the second exchanger 2 to reach the fourth connection point 14.
  • the refrigerant fluid then passes through the accumulator 8, the second heat exchange section 6b of the internal exchanger 6 and joins the inlet 7a of the compressor 7.
  • the internal exchanger 6 is active, since the first heat exchange section 6a and the second heat exchange section 6b are both traversed by a flow of refrigerant fluid.
  • the third exchanger 3 and the fourth exchanger 4 do not pass through the refrigerant fluid and do not participate in heat exchanges. [129] Many other modes of operation are also possible, and have not been shown.

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Abstract

Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comprenant un circuit de fluide réfrigérant (10) comportant: • - Une boucle principale (A) de circulation de fluide réfrigérant comprenant successivement: • -- un compresseur (7), • -- un premier échangeur de chaleur (1) couplé thermiquement avec un flux d'air intérieur (Fi) à un habitacle du véhicule, • -- un premier détendeur (31), • -- un deuxième échangeur de chaleur (2) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d'air extérieur (Fe) à l'habitacle du véhicule, • -- un dispositif d'accumulation (8) de fluide réfrigérant, • - Une première branche de dérivation (B) comprenant un deuxième détendeur (32) et un troisième échangeur de chaleur (3), • - Une deuxième branche de dérivation (C) disposée en parallèle de la première branche de dérivation (B) comprenant un troisième détendeur (33) et un quatrième échangeur de chaleur (4), • - Une troisième branche de dérivation (D), • - Une quatrième branche de dérivation (E).

Description

Description
Titre : Système de conditionnement thermique
Domaine technique
[1] La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique. De tels systèmes peuvent par exemple équiper des véhicules automobiles. Ces systèmes permettent d’assurer une régulation thermique de différents organes du véhicule, comme l’habitacle ou une batterie de stockage d’énergie électrique, lorsque le véhicule est à propulsion électrique. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant circulant dans un circuit dans lequel sont disposés plusieurs échangeurs de chaleur. Un compresseur refoule le fluide réfrigérant dans un état de haute pression et permet une circulation du fluide réfrigérant dans le circuit.
Technique antérieure
[2] Les fluides réfrigérants dit chimiques possèdent généralement un potentiel de réchauffement global (coefficient GWP) élevé, ce qui est un inconvénient. Il est possible d’utiliser le dioxyde de carbone comme fluide réfrigérant, qui possède par définition un coefficient de réchauffement global égal à un. Les propriétés thermodynamiques de ce gaz font que la pression de refoulement du compresseur se trouve généralement dans la plage 80 à 130 bars, afin que le système fournisse une puissance thermique suffisante. La température de refoulement du fluide réfrigérant pour cette plage de pression peut dans certains cas d’utilisation être problématique pour le compresseur, où pour certains organes dans lequel le fluide réfrigérant à haute pression et haute température circule.
[3] Il existe donc un besoin de disposer d’un système de conditionnement thermique dans lequel la température de refoulement du fluide réfrigérant peut être contrôlée.
Résumé
[4] A cette fin, la présente invention propose un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile, comportant un circuit de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comportant:
Une boucle principale comprenant successivement selon le sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un compresseur,
-- un premier échangeur de chaleur couplé thermiquement avec un flux d’air intérieur à un habitacle du véhicule,
-- un premier détendeur,
-- un deuxième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule,
-- un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant, la boucle principale comprenant un échangeur interne configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant en aval du premier échangeur et en amont du premier détendeur et le fluide réfrigérant en aval du dispositif d’accumulation et en amont d’une entrée du compresseur,
Une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur et en amont du premier détendeur à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième échangeur de chaleur et en amont du dispositif d’accumulation, la première branche de dérivation comprenant un deuxième détendeur et un troisième échangeur de chaleur,
- Une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur et en amont du premier point de raccordement à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième échangeur et en amont du deuxième point de raccordement, la deuxième branche de dérivation comprenant un troisième détendeur et un quatrième échangeur de chaleur,
- Une troisième branche de dérivation reliant un cinquième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du compresseur et en amont du premier échangeur à un sixième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur et en amont du quatrième point de raccordement,
- Une quatrième branche de dérivation reliant un septième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur et en amont du troisième point de raccordement à un huitième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième échangeur et en amont du quatrième point de raccordement.
[5] Cette architecture permet de contrôler la température de refoulement du compresseur, notamment grâce au premier détendeur et à l’échangeur interne. De plus, la troisième et la quatrième branche de dérivation permettent d’assurer de nombreux modes de fonctionnement, permettant d’optimiser la récupération de l’énergie depuis les différentes sources de chaleur disponibles.
[6] Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
[7] Selon un mode de réalisation, le premier échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[8] Selon une variante de réalisation, le premier échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans un circuit fermé de liquide caloporteur, le circuit de liquide caloporteur comportant un échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[9] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le troisième échangeur de chaleur est couplé thermiquement avec un élément d’une chaine de traction électrique d’un véhicule automobile.
[10] Dans ce mode réalisation, le quatrième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[11] L’ élément de la chaine de traction électrique du véhicule peut comprendre une batterie de stockage d’énergie électrique.
[12] L’ élément de la chaine de traction électrique du véhicule peut aussi comprendre un moteur électrique de traction du véhicule. [13] L’ élément de la chaîne de traction électrique du véhicule peut comprendre également une unité électronique de contrôle du moteur électrique de traction du véhicule.
[14] Selon un autre mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le quatrième échangeur de chaleur est couplé thermiquement avec un élément d’une chaîne de traction électrique d’un véhicule automobile.
[15] Dans ce cas, le troisième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[16] Le deuxième détendeur est disposé en amont du troisième échangeur de chaleur.
[17] Le troisième détendeur est disposé en amont du quatrième échangeur de chaleur.
[18] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le sixième point de raccordement est disposé entre le deuxième échangeur et le quatrième point de raccordement.
[19] Selon un autre mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le sixième point de raccordement est disposé en aval du premier échangeur et en amont du septième point de raccordement.
[20] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, la boucle principale comprend un quatrième détendeur disposé en aval du premier échangeur et en amont du septième point de raccordement.
[21] La boucle principale comprend une première vanne d’arrêt disposée entre le huitième point de raccordement et le quatrième point de raccordement.
[22] La boucle principale comprend une première vanne unidirectionnelle disposée entre le quatrième point de raccordement et le deuxième point de raccordement, la première vanne unidirectionnelle étant configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du quatrième point de raccordement vers le deuxième point de raccordement et configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant du deuxième point de raccordement vers le quatrième point de raccordement. [23] La première vanne unidirectionnelle est par exemple un premier clapet antiretour.
[24] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle principale comprend une deuxième vanne unidirectionnelle disposée entre le septième point de raccordement et le troisième point de raccordement, la deuxième vanne unidirectionnelle étant configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du septième point de raccordement vers le troisième point de raccordement et configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant du troisième point de raccordement vers le septième point de raccordement.
[25] Selon un autre mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle principale comprend une deuxième vanne unidirectionnelle disposée entre le premier échangeur et le sixième point de raccordement, la deuxième vanne unidirectionnelle étant configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du premier échangeur vers le sixième point de raccordement et configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant du sixième point de raccordement vers le premier échangeur.
[26] La deuxième vanne unidirectionnelle est par exemple un deuxième clapet antiretour.
[27] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une cinquième branche de dérivation reliant un neuvième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du cinquième point de raccordement et en amont du premier échangeur à un dixième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du quatrième point de raccordement et en amont du dispositif d’accumulation, la cinquième branche de dérivation comportant un cinquième détendeur.
[28] Le dixième point de raccordement peut être confondu avec le deuxième point de raccordement.
[29] Selon un autre mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une cinquième branche de dérivation reliant un neuvième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du cinquième point de raccordement et en amont du premier échangeur à un dixième point de raccordement disposé sur la première branche de dérivation entre le deuxième détendeur et le troisième échangeur, la cinquième branche de dérivation comportant un cinquième détendeur.
[30] Selon un exemple de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle principale comprend un cinquième échangeur disposé en aval du septième point de raccordement et en amont du troisième point de raccordement.
[31] Selon un autre exemple de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle principale comprend un cinquième échangeur disposé en aval du sixième point de raccordement et en amont du septième point de raccordement.
[32] Le cinquième échangeur de chaleur est couplé thermiquement avec l’élément de la chaine de traction électrique du véhicule.
[33] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une première vanne trois voies disposée conjointement sur la boucle principale et sur la troisième branche de dérivation, la première vanne trois voies étant configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du compresseur vers le premier échangeur et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du compresseur vers le sixième point de raccordement, ou
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du compresseur vers le sixième point de raccordement et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du compresseur vers le premier échangeur.
[34] Selon un autre mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle principale comporte une deuxième vanne d’arrêt disposée entre le cinquième point de raccordement et le premier échangeur.
[35] La deuxième vanne d’arrêt est disposée entre le cinquième point de raccordement et le neuvième point de raccordement.
[36] Dans ce mode de réalisation, la troisième branche de dérivation comporte une troisième vanne d’arrêt. [37] Selon un exemple de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte une deuxième vanne trois voies disposée conjointement sur la boucle principale et sur la quatrième branche de dérivation, la deuxième vanne trois voies étant configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur vers le troisième point de raccordement et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur vers le huitième point de raccordement, ou
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur vers le huitième point de raccordement et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur vers le troisième point de raccordement.
[38] Selon un exemple de mise en oeuvre, la deuxième vanne trois voies et le quatrième détendeur sont disposés dans un même corps, par exemple dans un même corps de fonderie.
[39] La divulgation concerne aussi un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de refroidissement habitacle dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans la troisième branche de dérivation, dans le deuxième échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur, dans le premier détendeur où il passe à une pression intermédiaire, dans l’échangeur interne, 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, dans le dispositif d’accumulation, dans l’échangeur interne et retourne au compresseur, et dans lequel le cinquième détendeur est en position d’ouverture au moins partielle de façon à ce que le fluide réfrigérant contenu dans le premier échangeur soit à basse pression.
[40] La divulgation se rapporte également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de déshumidification série dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans la boucle principale, dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur, dans la quatrième branche de dérivation, dans deuxième échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur, dans le premier détendeur, dans l’échangeur interne, 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, dans le dispositif d’accumulation, dans l’échangeur interne, et retourne au compresseur.
[41] La divulgation concerne également un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de récupération d’énergie dans lequel :
- un débit total de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, circule dans la boucle principale et se divise entre :
-- un deuxième débit circulant dans la cinquième branche de dérivation,
-- un troisième débit circulant dans la boucle principale, dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur, dans la deuxième détendeur où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur, et rejoint le deuxième débit, le débit total circule dans le dispositif d’accumulation et retourne au compresseur.
[42] La divulgation traite aussi d’un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de chauffage habitacle et chauffage batterie dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans la boucle principale, dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur, dans le cinquième échangeur, dans le premier détendeur où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur, dans le dispositif d’accumulation et retourne au compresseur.
[43] Il est ici divulgué aussi un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de refroidissement habitacle dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans la troisième branche de dérivation, dans le cinquième échangeur, dans la quatrième branche de dérivation, dans le deuxième échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur, dans le premier détendeur, 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, dans le dispositif d’accumulation et retourne au compresseur.
[44] La divulgation se rapporte aussi à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un mode dit de chauffage habitacle et chauffage batterie, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur où il passe à haute pression, et circule successivement dans la boucle principale, dans le premier échangeur où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur, dans le cinquième échangeur, dans le premier détendeur où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur, dans le dispositif d’accumulation et retourne au compresseur.
Brève description des dessins
[45] 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 :
[46] [Fig. 1 ] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention,
[47] [Fig. 2] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une première variante du premier mode de réalisation de l’invention,
[48] [Fig. 3] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une deuxième variante du premier mode de réalisation de l’invention,
[49] [Fig. 4] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
[50] [Fig. 5] est une autre vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 4,
[51] [Fig. 6] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 2, fonctionnant suivant un premier mode de fonctionnement, dit mode de refroidissement habitacle, [52] [Fig. 7] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 2, fonctionnant suivant un deuxième mode de fonctionnement, dit mode de déshumidification série,
[53] [Fig. 8] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 2, fonctionnant suivant un troisième mode de fonctionnement, dit mode de récupération d’énergie,
[54] [Fig. 9] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 3, fonctionnant suivant un quatrième mode de fonctionnement, dit mode de chauffage habitacle et chauffage batterie,
[55] [Fig. 10] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 4, fonctionnant suivant un mode de fonctionnement, dit mode de refroidissement habitacle,
[56] [Fig. 1 1 ] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 4, fonctionnant suivant un mode de fonctionnement, dit chauffage habitacle et chauffage batterie.
Description des modes de réalisation
[57] Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre et on peut interchanger les dénominations.
[58] Dans la description qui suit, l’expression " un premier élément en amont d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, d'un fluide. De manière analogue, le terme " un premier élément en aval d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, du fluide considéré. Dans le cas du circuit de fluide réfrigérant, le terme « un premier élément est en amont d’un deuxième élément >> signifie que le fluide réfrigérant parcourt successivement le premier élément, puis le deuxième élément, sans passer par le dispositif de compression. Autrement dit, le fluide réfrigérant sort du dispositif de compression, traverse éventuellement ou plusieurs éléments, puis traverse le premier élément, puis le deuxième élément, puis regagne le dispositif de compression, éventuellement après avoir traversé d’autres éléments.
[59] 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.
[60] Quand il est précisé qu'un sous-système comporte un élément donné, cela n'exclut pas la présence d'autres éléments dans ce sous-système.
[61] Le système de conditionnement thermique 100 qui va être décrit comprend une unité électronique de contrôle 44 recevant des informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit. L’unité électronique de contrôle 44 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 44 peut aussi recevoir des consignes provenant d’autres sous-systèmes électroniques, comme par exemple le système de gestion des batteries de stockage d’énergie électrique. L’unité électronique de contrôle 44 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.
[62] Un dispositif de compression 7, encore appelé compresseur, permet de faire circuler un fluide réfrigérant dans un circuit 10 de circulation de fluide réfrigérant. Le dispositif de compression 7 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 7 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée 7a du dispositif de compression, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie 7b du dispositif de compression 7. Les pièces mobiles internes du compresseur 7 font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée 7a à une haute pression côté sortie 7b. Après détente dans un ou plusieurs organes de détente et circulation dans au moins une partie du circuit, le fluide réfrigérant revient à l’entrée 7a du compresseur 7 et recommence un nouveau cycle thermodynamique.
[63] Le circuit de fluide réfrigérant 10 forme un circuit fermé dans lequel peut circuler le fluide réfrigérant. Le circuit de fluide réfrigérant 10 est étanche lorsque celui-ci est dans un état nominal de fonctionnement, c’est-à-dire sans défaut ou fuite. Chaque point de raccordement du circuit 10 permet au fluide réfrigérant de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit se rejoignant à ce point de raccordement. La répartition du fluide réfrigérant entre les portions de circuit se rejoignant en un point de raccordement se fait en jouant sur l’ouverture ou la fermeture des vannes d’arrêt, clapets anti-retour ou dispositifs de détente compris sur chacune de ces portions. Autrement dit, chaque point de raccordement est un moyen de redirection du fluide réfrigérant arrivant à ce point de raccordement. Diverses vannes d’arrêt et clapets anti-retour permettent ainsi de diriger sélectivement le fluide réfrigérant dans les différentes branches du circuit de réfrigérant, afin d’assurer différents modes de fonctionnement, comme il sera décrit ultérieurement.
[64] Le fluide réfrigérant utilisé par le circuit de fluide réfrigérant 10 est ici un fluide naturel tel le R744. Un fluide réfrigérant chimique tel que le R1234yf, ou le 134a peut également être utilisé.
[65] Chaque dispositif de détente du fluide réfrigérant, encore appelé détendeur, 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 module électronique de contrôle du détendeur pilote un moteur électrique qui déplace un obturateur mobile contrôlant la section de passage offerte au fluide réfrigérant.
[66] On entend par flux d’air intérieur Fi un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air intérieur Fi peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, désignée fréquemment par le terme Anglais « HVAC », pour « Heating, Ventilating and Air Conditioning >>. Cette installation n’a pas été représentée sur les différentes figures. Un premier groupe moto-ventilateur, non représenté, est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air intérieur Fi.
[67] On entend par flux d’air extérieur Fe un flux d’air qui n’est pas à destination de l’habitacle du véhicule. Autrement dit, ce flux d’air Fe reste à l’extérieur de l’habitacle du véhicule. Un deuxième groupe moto-ventilateur, également non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur Fe. Le débit d’air assuré par le premier ainsi que par le deuxième groupe moto-ventilateur peut être ajusté en temps réel en fonction des besoins d’échanges thermiques, par exemple par l’unité électronique 44 de contrôle du système de conditionnement thermique 100.
[68] Le terme « premier échangeur >> est équivalent au terme « premier échangeur de chaleur >>. De même, le terme « échangeur interne >> est équivalent au terme « échangeur de chaleur interne ». Le terme « dispositif d’accumulation >> est équivalent au terme « dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant >>.
[69] Le ou les circuits de liquide caloporteur forment également un ou des circuits fermés et étanches dans lesquels un liquide caloporteur peut circuler.
[70] On a représenté sur la figure 1 un système de conditionnement thermique 100 pour véhicule automobile, selon un premier mode de réalisation. Le système de conditionnement thermique 100 comporte un circuit de fluide réfrigérant 10 configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant 10 comportant:
Une boucle principale A comprenant successivement selon le sens de circulation du fluide réfrigérant:
- un compresseur 7,
- un premier échangeur de chaleur 1 couplé thermiquement avec un flux d’air intérieur Fi à un habitacle du véhicule,
- un premier détendeur 31 ,
- un deuxième échangeur de chaleur 2 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe à l’habitacle du véhicule, -- un dispositif d’accumulation 8 de fluide réfrigérant, la boucle principale A comprenant un échangeur interne 6 configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant en aval du premier échangeur 1 et en amont du premier détendeur 31 et le fluide réfrigérant en aval du dispositif d’accumulation 8 et en amont d’une entrée 7a du compresseur 7,
Une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement 1 1 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur 1 et en amont du premier détendeur 31 à un deuxième point de raccordement 12 disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième échangeur de chaleur 2 et en amont du dispositif d’accumulation 8, la première branche de dérivation B comprenant un deuxième détendeur 32 et un troisième échangeur de chaleur 3,
- Une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement 13 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur 1 et en amont du premier point de raccordement 1 1 à un quatrième point de raccordement 14 disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième échangeur 2 et en amont du deuxième point de raccordement 12, la deuxième branche de dérivation B comprenant un troisième détendeur 33 et un quatrième échangeur de chaleur 4,
- Une troisième branche de dérivation D reliant un cinquième point de raccordement 15 disposé sur la boucle principale A en aval du compresseur 7 et en amont du premier échangeur 1 à un sixième point de raccordement 16 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur 1 et en amont du quatrième point de raccordement 14,
- Une quatrième branche de dérivation E reliant un septième point de raccordement 17 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur 1 et en amont du troisième point de raccordement 13 à un huitième point de raccordement 18 disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième échangeur 2 et en amont du quatrième point de raccordement 14.
[71] Cette architecture permet de contrôler la température de refoulement du compresseur, notamment grâce au premier détendeur 31 et à l’échangeur interne 8. De plus, la troisième D et la quatrième branche de dérivation E permettent d’assurer de nombreux modes de fonctionnement, permettant d’optimiser la récupération de l’énergie depuis les différentes sources de chaleur disponibles. [72] Dans ce mode de réalisation, le premier échangeur de chaleur 1 est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule.
[73] Le premier échangeur 1 est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule. Le chauffage de l’habitacle est assuré de manière directe, le flux d’air Fi à destination de l’habitacle étant échauffé par son passage dans le premier échangeur 1 .
[74] Selon une variante de réalisation, représentée sur la figure 2, le premier échangeur de chaleur 1 est configuré pour échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans un circuit fermé 30 de liquide caloporteur, le circuit 30 de liquide caloporteur comportant un échangeur de chaleur 1 B configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule.
[75] Le chauffage de l’habitacle est dans cette variante assurée de manière indirecte, puisque le fluide réfrigérant chauffe un liquide caloporteur qui à son tour chauffe le flux d’air Fi alimentant l’habitacle. Le l’échangeur 1 B est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule.
[76] Selon l’exemple illustré ici, le troisième échangeur de chaleur 3 est couplé thermiquement avec un élément 25 d’une chaine de traction électrique d’un véhicule automobile.
[77] L’ élément 25 de la chaine de traction électrique du véhicule peut comprendre une batterie de stockage d’énergie électrique.
L’élément 25 de la chaine de traction électrique du véhicule peut aussi comprendre un moteur électrique de traction du véhicule.
L’élément 25 de la chaine de traction électrique du véhicule peut comprendre également une unité électronique de contrôle du moteur électrique de traction du véhicule.
[78] Dans ce mode de réalisation, le quatrième échangeur de chaleur 4 est configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule.
[79] Le quatrième échangeur de chaleur 4 est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule. Le quatrième échangeur 4 est disposé en amont du premier échangeur 1 , ou le cas échéant de l’échangeur 1 B, selon le sens d’écoulement du flux d’air intérieur Fi.
[80] Selon un autre mode de réalisation du système de conditionnement thermique 100, non représenté, le quatrième échangeur de chaleur 4 est couplé thermiquement avec un élément 25 d’une chaine de traction électrique d’un véhicule automobile. Dans ce cas, le troisième échangeur de chaleur 3 est configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule. Autrement dit, les rôles du troisième échangeur 3 et du quatrième échangeur 4 peuvent être échangés.
[81] Le deuxième détendeur 32 est disposé en amont du troisième échangeur de chaleur 3. Le troisième détendeur 33 est disposé en amont du quatrième échangeur de chaleur 4. Le deuxième détendeur 32 permet ainsi d’alimenter le troisième échangeur 3 en fluide réfrigérant à basse pression. De même, le troisième détendeur 33 permet d’alimenter le quatrième échangeur 4 en fluide réfrigérant à basse pression.
[82] L’échangeur de chaleur interne 6 comporte une première section d’échange thermique 6a disposée sur la boucle principale A en aval du premier détendeur 31 et en amont du deuxième détendeur 32, ainsi qu’une deuxième section d’échange thermique 6b disposée sur la boucle principale A en aval de l’accumulateur 8 et en amont de l’entrée 7a du compresseur 7. L’échangeur de chaleur interne 6 est configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique 6a et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique 6b. Le fluide réfrigérant circulant à haute pression dans la boucle principale A peut ainsi céder de la chaleur au fluide réfrigérant circulant à une pression plus faible dans la boucle principale A.
[83] Selon les exemples illustrés, le troisième échangeur de chaleur 3 est couplé thermiquement avec l’élément 25 de la chaine de traction électrique par l’intermédiaire d’un liquide caloporteur circulant dans une boucle secondaire 40 de liquide caloporteur. Le liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire 40 peut être un fluide diélectrique. Le liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire 40 de liquide caloporteur peut, en variante, être un mélange d’eau et de glycol.
[84]
[85] Selon le premier mode de réalisation du système de conditionnement thermique 100 et ses variantes, représentés sur les figures 1 à 3, le sixième point de raccordement 16 est disposé entre le deuxième échangeur 2 et le quatrième point de raccordement 14.
[86] Selon un deuxième mode de réalisation du système de conditionnement thermique 100, illustré à la figure 4, le sixième point de raccordement 16’ est disposé en aval du premier échangeur 1 et en amont du septième point de raccordement 17.
[87] En d’ autres termes, le sixième point de raccordement 16’ est dans ce cas disposé entre le premier échangeur 1 et le septième point de raccordement 17.
[88] La boucle principale A comprend un quatrième détendeur 34 disposé en aval du premier échangeur 1 et en amont du septième point de raccordement 17. Le quatrième détendeur 34 est disposé entre le premier échangeur 1 et le septième point de raccordement 17.
[89] La boucle principale A comprend une première vanne d’arrêt 41 disposée entre le huitième point de raccordement 18 et le quatrième point de raccordement 14.
[90] La boucle principale A comprend une première vanne unidirectionnelle 47 disposée entre le quatrième point de raccordement 14 et le deuxième point de raccordement 12. La première vanne unidirectionnelle 47 est configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du quatrième point de raccordement 14 vers le deuxième point de raccordement 12 et configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant du deuxième point de raccordement 12 vers le quatrième point de raccordement 14.
[91] La première vanne unidirectionnelle 47 est par exemple un premier clapet antiretour. Un clapet anti-retour est un organe passif ne demandant pas de commande électrique. [92] Selon le premier mode de réalisation et ses variantes, la boucle principale A comprend une deuxième vanne unidirectionnelle 48 disposée entre le septième point de raccordement 17 et le troisième point de raccordement 13. La deuxième vanne unidirectionnelle est configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du septième point de raccordement 17 vers le troisième point de raccordement 13 et configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant du troisième point de raccordement 13 vers le septième point de raccordement 17.
[93] Selon le deuxième mode de réalisation du système de conditionnement thermique 100, la boucle principale A comprend une deuxième vanne unidirectionnelle 48’ disposée entre le premier échangeur 1 et le sixième point de raccordement 16’. La deuxième vanne unidirectionnelle 48’ est configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du premier échangeur 1 vers le sixième point de raccordement 16’ et configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant du sixième point de raccordement 16’ vers le premier échangeur 1 .
[94] La deuxième vanne unidirectionnelle 48’ est par exemple un deuxième clapet anti-retour.
[95] Selon le premier mode de réalisation et ses variantes, le système de conditionnement thermique 100 comporte une cinquième branche de dérivation F reliant un neuvième point de raccordement 19 disposé sur la boucle principale A en aval du cinquième point de raccordement 15 et en amont du premier échangeur 1 à un dixième point de raccordement 20 disposé sur la boucle principale A en aval du quatrième point de raccordement 14 et en amont du dispositif d’accumulation 8. La cinquième branche de dérivation F comporte un cinquième détendeur 35.
[96] Le dixième point de raccordement 20 peut être confondu avec le deuxième point de raccordement 12, comme c’est le cas sur les figures 1 à 3. De même, le quatrième point de raccordement 14 peut être confondu avec le deuxième point de raccordement 12. De même, le premier point de raccordement 1 1 et le troisième point de raccordement 13 peuvent être confondus. Le sixième point de raccordement 16 et le huitième point de raccordement 18 peuvent également être confondus. [97] Selon le deuxième mode de réalisation, le système de conditionnement thermique 100 comporte une cinquième branche de dérivation F reliant un neuvième point de raccordement 19 disposé sur la boucle principale A en aval du cinquième point de raccordement 15 et en amont du premier échangeur 1 à un dixième point de raccordement 20’ disposé sur la première branche de dérivation B entre le deuxième détendeur 32 et le troisième échangeur 3. La cinquième branche de dérivation F comportant un cinquième détendeur 35.
[98] La cinquième branche de dérivation F permet au fluide réfrigérant à haute pression en sortie du compresseur 7 de regagner l’entrée 7a du compresseur sans passer par le premier échangeur 1 ni par le deuxième échangeur 2. Dans le premier mode de réalisation, la cinquième branche de dérivation F ramène le fluide réfrigérant à haute pression à l’entrée de l’accumulateur 8. Le fluide réfrigérant ne circule donc pas dans le troisième échangeur 3. Dans le deuxième mode de réalisation, la cinquième branche de dérivation F ramène le fluide réfrigérant à haute pression à un point du circuit situé en aval du deuxième détendeur 32 et en amont du troisième échangeur 3. Le fluide réfrigérant à haute pression provenant de la cinquième branche de dérivation F circule donc dans le troisième échangeur 3 avant de regagner l’accumulateur 8.
[99] Dans la variante du premier mode de réalisation, illustrée sur la figure 3, la boucle principale A comprend un cinquième échangeur 5 disposé en aval du septième point de raccordement 17 et en amont du troisième point de raccordement 13. Le cinquième échangeur 5 est disposé entre la deuxième vanne unidirectionnelle 48 et le septième point de raccordement 17.
[100] Dans le deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 4, la boucle principale A comprend un cinquième échangeur 5’ disposé en aval du sixième point de raccordement 16’ et en amont du septième point de raccordement 17.
[101] Dans chacun des modes réalisation, le cinquième échangeur de chaleur 5, 5’ est couplé thermiquement avec l’élément 25 de la chaine de traction électrique du véhicule.
[102] Le cinquième échangeur de chaleur 5, 5’ est couplé thermiquement avec l’élément 25 de la chaine de traction électrique par l’intermédiaire d’un liquide caloporteur circulant dans une boucle tertiaire 40B de liquide caloporteur. Cette boucle tertiaire 40B est schématisée sur la figure 5. Sur cette figure, le circuit 10 de fluide réfrigérant est représenté en pointillés, et certains portions de circuit ont été omises afin de minimiser les croisements entre les lignes des différents circuits et simplifier la figure. Les boucles 40 et 40B de liquide caloporteur sont représentées en traits pleins. La boucle tertiaire 40B n’est pas représentée sur les figures 3, 4, 9, 10 et 11 , afin de simplifier la représentation.
[103] Dans le premier mode de réalisation et ses variantes, illustrés notamment sur les figures 1 à 3, on trouve dans l’ordre en parcourant la boucle principale A à partir du compresseur 7 : la sortie 7b du compresseur 7, le cinquième point de raccordement 15, le neuvième point de raccordement 19, le premier échangeur 1 , le septième point de raccordement 17, le troisième point de raccordement 13, le premier point de raccordement 1 1 , le deuxième échangeur 2, le huitième point de raccordement 18, le sixième point de raccordement 16, le quatrième point de raccordement 14, le deuxième point de raccordement 12, l’entrée 7a du compresseur.
[104] Dans le deuxième mode de réalisation, illustré notamment sur la figure 4, on trouve dans l’ordre en parcourant la boucle principale A à partir du compresseur 7 : la sortie 7b du compresseur 7, le cinquième point de raccordement 15, le neuvième point de raccordement 19, le premier échangeur 1 , le sixième point de raccordement 16’, le cinquième échangeur 5’, le septième point de raccordement 17, le troisième point de raccordement 13, le premier point de raccordement 1 1 , le deuxième échangeur 2, le huitième point de raccordement 18, le quatrième point de raccordement 14, le deuxième point de raccordement 12, l’entrée 7a du compresseur.
[105] Le système de conditionnement thermique 100 selon le premier mode de réalisation comporte une première vanne trois voies 45 disposée conjointement sur la boucle principale A et sur la troisième branche de dérivation D. La première vanne trois voies 45 est configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du compresseur 7 vers le premier échangeur 1 et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du compresseur 7 vers le sixième point de raccordement 16, ou
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du compresseur 7 vers le sixième point de raccordement 16 et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du compresseur 7 vers le premier échangeur 21 .
[106] La première vanne trois voies 45 est une vanne à commande électrique. Un moteur électrique permet de déplacer un obturateur mobile permettant de régler le passage du fluide réfrigérant dans les trois voies, selon la loi d’ouverture définie ci- dessus.
[107] Dans le système de conditionnement thermique 100 selon le deuxième mode de réalisation, la boucle principale A comporte une deuxième vanne d’arrêt 42 disposée entre le cinquième point de raccordement 15 et le premier échangeur 1. La deuxième vanne d’arrêt 42 est disposée entre le cinquième point de raccordement 15 et le neuvième point de raccordement 19. Dans ce mode de réalisation, la troisième branche de dérivation D comporte une troisième vanne d’arrêt 43.
[108] La deuxième vanne d’arrêt 42 et la troisième vanne d’arrêt 43 permettent de répartir le débit de fluide réfrigérant sortant du compresseur 7 entre un débit circulant dans la boucle principale A un débit circulant dans la troisième branche de dérivation D.
[109] Dans l’exemple illustré, le système de conditionnement thermique 100 comporte une deuxième vanne trois voies 46 disposée conjointement sur la boucle principale A et sur la quatrième branche de dérivation E.
La deuxième vanne trois voies 46 est configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur 1 vers le troisième point de raccordement 13 et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur 1 vers le huitième point de raccordement 18, ou
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur 1 vers le huitième point de raccordement 18 et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur 1 vers le troisième point de raccordement 13.
[110] La deuxième vanne trois voies 46 est une vanne à commande électrique [111] Selon le deuxième mode de réalisation, la deuxième vanne trois voies 46 et le quatrième dispositif de détente 34 sont disposés dans un même corps, par exemple dans un même corps de fonderie.
[112] Le corps recevant la deuxième vanne trois voies 46 et le quatrième dispositif de détente 34 peut être monobloc. Autrement dit, un même composant intègre les fonctions de vanne trois voies et de dispositif de détente. L’intégration mécanique du composant dans le système de conditionnement thermique 100 est ainsi facilitée.
[113] La figure 6 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit de refroidissement habitacle.
Dans ce mode dit de refroidissement habitacle :
- un débit Q de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 7 où il passe à haute pression, et circule successivement dans la troisième branche de dérivation D, dans le deuxième échangeur de chaleur 2 où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe, dans le premier détendeur 31 où il passe à une pression intermédiaire, dans l’échangeur interne 6, dans le troisième détendeur 33 où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur 4 où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, dans le dispositif d’accumulation 8, dans l’échangeur interne 6 et retourne au compresseur 7, et le cinquième détendeur 35 est en position d’ouverture au moins partielle de façon à ce que le fluide réfrigérant contenu dans le premier échangeur 1 soit à basse pression.
[114] Dans ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant à haute pression en sortie du compresseur 7 est dirigé, au niveau du cinquième point de raccordement
15, dans la troisième branche de dérivation D. La première vanne trois voies 45 bloque la circulation du fluide réfrigérant vers le premier échangeur 1 . En sortie de la troisième branche de dérivation D, au niveau du sixième point de raccordement
16, le fluide réfrigérant à haute pression est dirigé vers le deuxième échangeur 2. La première vanne d’arrêt 41 est en position fermée, de sorte que la circulation du fluide réfrigérant dans la boucle principale A entre le sixième point de raccordement 16 et le quatrième point de raccordement 14 est bloquée. La deuxième vanne trois voies 47 bloque la circulation du fluide réfrigérant dans la quatrième branche de dérivation E entre le huitième point de raccordement 18 et le septième point de raccordement 17. Le fluide réfrigérant circulant dans le deuxième échangeur 2 se refroidit en cédant de la chaleur au flux d’air extérieur Fe. Au niveau du premier détendeur 31 , le fluide réfrigérant subit une détente partielle. Cette détente partielle permet de diminuer la température du fluide réfrigérant en entrée de la première section d’échange thermique 6a de l’échangeur interne 6, ce qui permet de contrôler la température de sortie de la deuxième section d’échange thermique 6b, et de là la température de refoulement du compresseur 7. Le niveau de détente, ou de perte de charge, généré par le premier détendeur 31 est contrôlé de façon à maintenir la température de refoulement du compresseur 7 à une valeur inférieure à une limite maximale acceptable.
[115] Le fluide réfrigérant à pression intermédiaire revient le troisième point de raccordement 13 puis le troisième détendeur 33 où il subit une détente et passe à basse pression. La pression dite basse pression a une valeur inférieure à celle de la pression dite pression intermédiaire. De même, la pression dite intermédiaire a une valeur inférieure à celle de la pression dite haute pression. Le fluide réfrigérant à basse pression circule dans le quatrième échangeur 4 et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, ce qui permet de refroidir l’habitacle. Le fluide réfrigérant à basse pression circule ensuite dans l’accumulateur 8, dans la deuxième section d’échange thermique 6b de l’échangeur de chaleur interne 6, et rejoint l’entrée 7a du compresseur 7, bouclant ainsi le cycle thermodynamique. Le deuxième détendeur 32 est en position fermée, et le fluide réfrigérant ne circule pas dans la première branche de dérivation B. L’échangeur interne 6 est actif, puisque la première section d’échange thermique 6a et la deuxième section d’échange thermique 6b sont toutes les deux parcourues par un débit de fluide réfrigérant.
[116] Le cinquième détendeur 35 est en position d’ouverture au moins partielle, de sorte que la partie de boucle principale A comprise entre le cinquième point de raccordement 15 et le septième point de raccordement 17, incluant ainsi le premier échangeur 1 , est à la même pression que la pression régnant au niveau du dixième point de raccordement 10, c’est-à-dire la basse pression. La quantité de fluide réfrigérant contenue dans le premier échangeur 1 et dans le volume de la partie de circuit comprise entre le cinquième point de raccordement 15 et le septième point de raccordement 17 peut ainsi être limitée, ce qui permet de limiter le volume de l’accumulateur 8 de fluide réfrigérant.
[117] La figure 7 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit de déshumidification série.
Dans ce mode de fonctionnement :
- un débit Q de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 7 où il passe à haute pression, et circule successivement dans la boucle principale A, dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, dans la quatrième branche de dérivation E, dans deuxième échangeur de chaleur 2 où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe, dans le premier détendeur 31 , dans l’échangeur interne 6, dans le troisième détendeur 33 où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur 4 où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, dans le dispositif d’accumulation 8, dans l’échangeur interne 6, et retourne au compresseur 7.
[118] Dans ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant à haute pression en sortie du compresseur 7 est dirigé, au niveau du cinquième point de raccordement 15, vers le premier échangeur 1 , en circulant dans la boucle principale A. Au niveau du premier échangeur 1 , le fluide réfrigérant cède de la chaleur au flux d’air intérieur et chauffe celui-ci. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le septième point de raccordement 17, et est dirigé vers le huitième point de raccordement 18 en circulant dans la quatrième branche de dérivation E. La deuxième vanne trois voies 46 bloque la circulation du fluide réfrigérant vers le troisième point de raccordement 13. Au niveau du huitième point de raccordement 18, le fluide réfrigérant est dirigé vers deuxième échangeur 2, où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe. La première vanne d’arrêt 41 est en position fermée. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le troisième point de raccordement 13 après avoir traversé le premier détendeur 31 et la première section d’échange thermique 6a de l’échangeur interne 6. Le fluide réfrigérant est détendu au niveau du troisième détendeur 33 et circule dans le quatrième échangeur 4 et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur Fi. Le flux d’air intérieur Fi est ainsi refroidi au niveau du quatrième échangeur 4 et chauffé au niveau du premier échangeur 1 , ce qui permet de déshumidifier ce flux d’air à destination de l’habitacle. Le fluide réfrigérant à basse pression en sortie du quatrième échangeur 4 traverse ensuite l’accumulateur 8, la deuxième section d’échange thermique 6b de l’échangeur interne 6 et rejoint l’entrée 7a du compresseur 7. L’échangeur interne 6 est actif, puisque la première section d’échange thermique 6a et la deuxième section d’échange thermique 6b sont toutes les deux parcourues par un débit de fluide réfrigérant. Le troisième échangeur 3 n’est pas parcouru par un débit de fluide réfrigérant et ne participe pas aux échanges thermiques.
[119] La figure 8 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit de récupération d’énergie.
Selon ce mode de fonctionnement :
- un débit total Q1 de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 7 où il passe à haute pression, circule dans la boucle principale A et se divise entre :
-- un deuxième débit Q2 circulant dans la cinquième branche de dérivation F,
-- un troisième débit Q3 circulant dans la boucle principale A, dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, dans le deuxième détendeur 32 où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur 3, et rejoint le deuxième débit Q2, le débit total Q1 circule dans le dispositif d’accumulation 8 et retourne au compresseur 7.
[120] Dans ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant à haute pression en sortie 7b du compresseur 7 est dirigé, au niveau du cinquième point de raccordement 15, vers le neuvième point de raccordement 19, en circulant dans la boucle principale A. Au niveau du neuvième point de raccordement 19, une partie Q2 du débit total Q1 de fluide réfrigérant emprunte la cinquième branche de dérivation F, car le cinquième détendeur 35 est ouvert. La partie complémentaire Q3 du débit total Q1 continue dans la boucle principale A, et circule dans le premier échangeur 1 en cédant de la chaleur au flux d’air intérieur Fi. Au niveau du septième point de raccordement 17, la deuxième vanne trois voies 46 dirige le fluide réfrigérant vers le troisième point de raccordement 13 et bloque la circulation de fluide réfrigérant dans la quatrième branche de dérivation E. Le fluide réfrigérant rejoint le premier point de raccordement 1 1 , est redirigé vers la première branche de dérivation B, passe à basse pression dans le deuxième détendeur 32 et circule dans le troisième échangeur 3. Le fluide réfrigérant absorbe ainsi de la chaleur provenant de l’élément 25 de la chaine de traction électrique. Le débit Q3 de fluide réfrigérant sortant du troisième échangeur 3 rejoint le débit Q2 provenant de la cinquième branche de dérivation F. Le débit total Q1 de fluide réfrigérant traverse ensuite l’accumulateur 8, la deuxième section d’échange thermique 6b de l’échangeur interne 6 et rejoint l’entrée 7a du compresseur 7. L’échangeur interne 6 est inactif, car la première section d’échange thermique 6a n’est pas parcourue par un débit de fluide réfrigérant. De même, le deuxième échangeur 2 et le quatrième échangeur 4 ne sont pas parcourus par le fluide réfrigérant et ne participent pas aux échanges thermiques.
[121] Dans ce mode de fonctionnement, l’habitacle est chauffé grâce à la chaleur récupérée de l’élément 25 de la chaine de traction électrique au niveau du troisième échangeur 3, et grâce à la chaleur fournie par le compresseur 7 au fluide réfrigérant. Le débit Q2 circulant dans la cinquième branche de dérivation F permet d’accroitre le débit total de fluide réfrigérant fourni par le compresseur 7 et ainsi augmenter la puissance thermique de chauffage fournie à l’habitacle.
[122] La figure 9 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, dans un mode dit de chauffage habitacle et chauffage batterie.
Dans ce mode de fonctionnement :
- un débit Q de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 7 où il passe à haute pression, et circule successivement dans la boucle principale A, dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, dans le cinquième échangeur 5, dans le premier détendeur 31 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur 2 où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur Fe, dans le dispositif d’accumulation 8 et retourne au compresseur 7.
[123] Le système de conditionnement thermique 100 est ici selon la deuxième variante du premier mode de réalisation. Le fluide réfrigérant à haute pression en sortie du compresseur 7 est dirigé, au niveau du cinquième point de raccordement 15, vers le premier échangeur 1 , en circulant dans la boucle principale A. Au niveau du premier échangeur 1 , le fluide réfrigérant cède de la chaleur au flux d’air intérieur et chauffe celui-ci, ce qui permet de chauffer l’habitacle du véhicule. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le septième point de raccordement 17, et est dirigé vers le cinquième échangeur 5. Le fluide réfrigérant cède de la chaleur en traversant le cinquième échangeur 5, ce qui permet de chauffer l’élément 25 de la chaine de traction électrique du véhicule. Par exemple, un chauffage de la batterie de stockage d’énergie électrique peut être assuré. La deuxième vanne trois voies 46 bloque la circulation du fluide réfrigérant vers la quatrième branche de dérivation E. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique 6a de l’échangeur interne 6, puis le premier détendeur 31 où le fluide réfrigérant est détendu jusqu’à un état de basse pression, et circule dans le deuxième échangeur 2 en absorbant de la chaleur du flux d’air extérieur Fe. La première vanne d’arrêt 41 est ouverte, permettant au fluide réfrigérant à basse pression provenant du deuxième échangeur 2 de rejoindre le quatrième point de raccordement 14. Le fluide réfrigérant traverse ensuite l’accumulateur 8, la deuxième section d’échange thermique 6b de l’échangeur interne 6 et rejoint l’entrée 7a du compresseur 7. L’échangeur interne 6 est actif, puisque la première section d’échange thermique 6a et la deuxième section d’échange thermique 6b sont toutes les deux parcourues par un débit de fluide réfrigérant. Le troisième échangeur 3 et le quatrième échangeur 4 ne sont pas parcourus par le fluide réfrigérant et ne participent pas aux échanges thermiques.
[124] Dans ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule exclusivement dans la boucle principale A. Le sens de circulation dans le premier détendeur 31 et dans le deuxième échangeur 2 est inversé par rapport aux modes de fonctionnement décrit auparavant et correspondant aux figures 7 et 8. [125] La figure 10 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 selon le deuxième mode de réalisation, dans un mode dit de refroidissement habitacle.
Dans ce mode de fonctionnement :
- un débit Q de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 7 où il passe à haute pression, et circule successivement dans la troisième branche de dérivation D, dans le cinquième échangeur 5, dans la quatrième branche de dérivation E, dans le deuxième échangeur de chaleur 2 où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe, dans le premier détendeur 31 , dans le troisième détendeur 33 où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur 4 où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, dans le dispositif d’accumulation 8 et retourne au compresseur 7.
[126] Le fluide réfrigérant à haute pression en sortie du compresseur 7 est dirigé, au niveau du cinquième point de raccordement 15, vers la troisième branche de dérivation D. La troisième vanne d’arrêt 43 est en effet ouverte, tandis que la deuxième vanne d’arrêt 42 est en position fermée et bloque la circulation dans la boucle principale A vers le premier échangeur 1. Le fluide réfrigérant à haute pression provenant de la troisième branche de dérivation D traverse le cinquième échangeur 5’ en cédant de la chaleur, ce qui permet de chauffer l’élément 25 de la chaine de traction électrique du véhicule. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le septième point de raccordement 17, et est dirigé vers le huitième point de raccordement 18 en circulant dans la quatrième branche de dérivation E. La deuxième vanne trois voies 46 bloque la circulation du fluide réfrigérant vers le troisième point de raccordement 13. Au niveau du huitième point de raccordement 18, le fluide réfrigérant est dirigé vers deuxième échangeur 2, où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe. La première vanne d’arrêt 41 est en position fermée. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le troisième point de raccordement 13 après avoir traversé le premier détendeur 31 et la première section d’échange thermique 6a de l’échangeur interne 6. Le fluide réfrigérant est détendu au niveau du troisième détendeur 33 et circule dans le quatrième échangeur 4 et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur Fi. Le flux d’air intérieur Fi est ainsi refroidi, ce qui permet de refroidir l’habitacle. Le fluide réfrigérant à basse pression en sortie du quatrième échangeur 4 traverse ensuite l’accumulateur 8, la deuxième section d’échange thermique 6b de l’échangeur interne 6 et rejoint l’entrée 7a du compresseur 7. L’échangeur interne 6 est actif, puisque la première section d’échange thermique 6a et la deuxième section d’échange thermique 6b sont toutes les deux parcourues par un débit de fluide réfrigérant. Le premier échangeur 1 et le troisième échangeur 3 ne sont pas parcourus par le fluide réfrigérant et ne participent pas aux échanges thermiques.
[127] La figure 11 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 selon le deuxième mode de réalisation, dans un mode dit de chauffage habitacle et chauffage batterie.
Dans ce mode de fonctionnement :
- un débit Q de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 7 où il passe à haute pression, et circule successivement dans la boucle principale A, dans le premier échangeur 1 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, dans le cinquième échangeur 5, dans le premier détendeur 31 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur 2 où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur Fe, dans le dispositif d’accumulation 8 et retourne au compresseur 7.
[128] Le fluide réfrigérant à haute pression en sortie du compresseur 7 est dirigé, au niveau du cinquième point de raccordement 15, vers le premier échangeur 1 . La deuxième vanne d’arrêt 42 est en effet ouverte, tandis que la troisième vanne d’arrêt 43 est en position fermée et bloque la circulation dans la troisième branche de dérivation D. Le débit Q de fluide réfrigérant traverse le premier échangeur 1 en cédant de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, puis traverse le cinquième échangeur 5’ également en cédant de la chaleur. L’habitacle du véhicule et l’élément 25 de la chaine de traction électrique du véhicule sont tous les deux chauffés. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le septième point de raccordement 17, et est dirigé vers le troisième point de raccordement 13. La deuxième vanne trois voies 46 bloque la circulation du fluide réfrigérant vers la quatrième branche de dérivation E. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique 6a de l’échangeur interne 6, puis le premier détendeur 31 où le fluide réfrigérant est détendu jusqu’à un état de basse pression, et circule dans le deuxième échangeur 2 en absorbant de la chaleur du flux d’air extérieur Fe. La première vanne d’arrêt 41 est ouverte, permettant au fluide réfrigérant à basse pression provenant du deuxième échangeur 2 de rejoindre le quatrième point de raccordement 14. Le fluide réfrigérant traverse ensuite l’accumulateur 8, la deuxième section d’échange thermique 6b de l’échangeur interne 6 et rejoint l’entrée 7a du compresseur 7. L’échangeur interne 6 est actif, puisque la première section d’échange thermique 6a et la deuxième section d’échange thermique 6b sont toutes les deux parcourues par un débit de fluide réfrigérant. Le troisième échangeur 3 et le quatrième échangeur 4 ne sont pas parcourus par le fluide réfrigérant et ne participent pas aux échanges thermiques. [129] De nombreux autres modes de fonctionnement sont également possibles, et n’ont pas été représentés.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comportant un circuit de fluide réfrigérant (10) configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant (10) comportant:
Une boucle principale (A) comprenant successivement selon le sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un compresseur (7),
-- un premier échangeur de chaleur (1 ) couplé thermiquement avec un flux d’air intérieur (Fi) à un habitacle du véhicule,
-- un premier détendeur (31 ),
-- un deuxième échangeur de chaleur (2) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur (Fe) à l’habitacle du véhicule,
-- un dispositif d’accumulation (8) de fluide réfrigérant, la boucle principale (A) comprenant un échangeur interne (6) configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant en aval du premier échangeur (1 ) et en amont du premier détendeur (31 ) et le fluide réfrigérant en aval du dispositif d’accumulation (8) et en amont d’une entrée (7a) du compresseur (7),
Une première branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement (1 1 ) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier échangeur (1 ) et en amont du premier détendeur (31 ) à un deuxième point de raccordement (12) disposé sur la boucle principale (A) en aval du deuxième échangeur de chaleur (2) et en amont du dispositif d’accumulation (8), la première branche de dérivation (B) comprenant un deuxième détendeur (32) et un troisième échangeur de chaleur (3),
- Une deuxième branche de dérivation (C) reliant un troisième point de raccordement (13) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier échangeur (1 ) et en amont du premier point de raccordement (1 1 ) à un quatrième point de raccordement (14) disposé sur la boucle principale (A) en aval du deuxième échangeur (2) et en amont du deuxième point de raccordement (12), la deuxième branche de dérivation (B) comprenant un troisième détendeur (33) et un quatrième échangeur de chaleur (4),
- Une troisième branche de dérivation (D) reliant un cinquième point de raccordement (15) disposé sur la boucle principale (A) en aval du compresseur (7) et en amont du premier échangeur (1 ) à un sixième point de raccordement (16) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier échangeur (1 ) et en amont du quatrième point de raccordement (14),
- Une quatrième branche de dérivation (E) reliant un septième point de raccordement (17) disposé sur la boucle principale (A) en aval du premier échangeur (1 ) et en amont du troisième point de raccordement (13) à un huitième point de raccordement (18) disposé sur la boucle principale (A) en aval du deuxième échangeur (2) et en amont du quatrième point de raccordement (14).
[Revendication 2] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1 , dans lequel le premier échangeur de chaleur (1 ) est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi) à l’habitacle du véhicule, ou dans lequel le premier échangeur de chaleur (1 ) est configuré pour échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans un circuit fermé (30) de liquide caloporteur, le circuit (30) de liquide caloporteur comportant un échangeur de chaleur (1 B) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi) à l’habitacle du véhicule.
[Revendication 3] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel :
- le troisième échangeur de chaleur (3) est couplé thermiquement avec un élément (25) d’une chaine de traction électrique d’un véhicule automobile, et dans lequel
- le quatrième échangeur de chaleur (4) est configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air intérieur (Fi) à l’habitacle du véhicule, l’élément (25) de la chaine de traction électrique du véhicule comprenant une batterie de stockage d’énergie électrique, ou un moteur électrique de traction du véhicule, ou une unité électronique de contrôle du moteur électrique de traction du véhicule.
[Revendication 4] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le sixième point de raccordement (16) est disposé entre le deuxième échangeur (2) et le quatrième point de raccordement (14).
[Revendication 5] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le sixième point de raccordement (16’) est disposé en aval du premier échangeur (1 ) et en amont du septième point de raccordement (17).
[Revendication 6] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la boucle principale (A) comprend un quatrième détendeur (34) disposé en aval du premier échangeur (1 ) et en amont du septième point de raccordement (17).
[Revendication 7] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 6, comportant une cinquième branche de dérivation (F) reliant un neuvième point de raccordement (19) disposé sur la boucle principale (A) en aval du cinquième point de raccordement (15) et en amont du premier échangeur (1 ) à un dixième point de raccordement (20) disposé sur la boucle principale (A) en aval du quatrième point de raccordement (14) et en amont du dispositif d’accumulation (8), la cinquième branche de dérivation (F) comportant un cinquième détendeur (35).
[Revendication 8] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 6, comportant une cinquième branche de dérivation (F) reliant un neuvième point de raccordement (19) disposé sur la boucle principale (A) en aval du cinquième point de raccordement (15) et en amont du premier échangeur (1 ) à un dixième point de raccordement (20’) disposé sur la première branche de dérivation (B) entre le deuxième détendeur (32) et le troisième échangeur (3), la cinquième branche de dérivation (F) comportant un cinquième détendeur (35).
[Revendication 9] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la boucle principale (A) comprend un cinquième échangeur (5) disposé en aval du septième point de raccordement (17) et en amont du troisième point de raccordement (13).
[Revendication 10] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la boucle principale (A) comprend un cinquième échangeur (5’) disposé en aval du sixième point de raccordement (16’) et en amont du septième point de raccordement (17).
[Revendication 11] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant une première vanne trois voies (45) disposée conjointement sur la boucle principale (A) et sur la troisième branche de dérivation (D), la première vanne trois voies (45) étant configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du compresseur (7) vers le premier échangeur (1 ) et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du compresseur (7) vers le sixième point de raccordement (16), ou
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du compresseur (7) vers le sixième point de raccordement (16) et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du compresseur (7) vers le premier échangeur (21 ).
[Revendication 12] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant une deuxième vanne trois voies (46) disposée conjointement sur la boucle principale (A) et sur la quatrième branche de dérivation (E), la deuxième vanne trois voies (46) étant configurée pour sélectivement :
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur (1 ) vers le troisième point de raccordement (13) et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur (1 ) vers le huitième point de raccordement (18), ou
- autoriser une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur (1 ) vers le huitième point de raccordement (18) et interdire une circulation du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur (1 ) vers le troisième point de raccordement (13), et dans lequel la deuxième vanne trois voies (46) et le quatrième détendeur (34) sont disposés dans un même corps, par exemple dans un même corps de fonderie.
[Revendication 13] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 12, dans un mode dit de refroidissement habitacle dans lequel :
- un débit (Q) de fluide réfrigérant circule dans le compresseur (7) où il passe à haute pression, et circule successivement dans la troisième branche de dérivation (D), dans le deuxième échangeur de chaleur (2) où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur (Fe), dans le premier détendeur (31 ) où il passe à une pression intermédiaire, dans l’échangeur interne (6), dans le troisième détendeur (33) où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur (4) où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur (Fi), dans le dispositif d’accumulation (8), dans l’échangeur interne (6) et retourne au compresseur (7), et dans lequel le cinquième détendeur (35) est en position d’ouverture au moins partielle de façon à ce que le fluide réfrigérant contenu dans le premier échangeur (1 ) soit à basse pression.
[Revendication 14] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 2 à 12, dans un mode dit de déshumidification série dans lequel :
- un débit (Q) de fluide réfrigérant circule dans le compresseur (7) où il passe à haute pression, et circule successivement dans la boucle principale (A), dans le premier échangeur (1 ) où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur (Fi), dans la quatrième branche de dérivation (E), dans deuxième échangeur de chaleur (2) où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur (Fe), dans le premier détendeur (31 ), dans l’échangeur interne (6), dans le troisième détendeur (33) où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur (4) où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur (Fi), dans le dispositif d’accumulation (8), dans l’échangeur interne (6), et retourne au compresseur (7).
[Revendication 15] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 2 à 12, dans un mode dit de récupération d’énergie dans lequel :
- un débit total (Q1 ) de fluide réfrigérant circule dans le compresseur (7) où il passe à haute pression, circule dans la boucle principale (A) et se divise entre :
-- un deuxième débit (Q2) circulant dans la cinquième branche de dérivation (F), -- un troisième débit (Q3) circulant dans la boucle principale (A), dans le premier échangeur (1 ) où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur (Fi), dans la deuxième détendeur (32) où il passe à basse pression, dans le troisième échangeur (3), et rejoint le deuxième débit (Q2), le débit total (Q1 ) circule dans le dispositif d’accumulation (8) et retourne au compresseur (7).
[Revendication 16] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 2 à 12 en combinaison avec la revendication 9, dans un mode dit de chauffage habitacle et chauffage batterie dans lequel :
- un débit (Q) de fluide réfrigérant circule dans le compresseur (7) où il passe à haute pression, et circule successivement dans la boucle principale (A), dans le cinquième échangeur (5), dans le premier échangeur (1 ) où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur (Fi), dans le premier détendeur (31 ) où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur de chaleur (2) où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur (Fe), dans le dispositif d’accumulation (8) et retourne au compresseur (7).
[Revendication 17] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 2 à 12, dans un mode dit de refroidissement habitacle dans lequel :
- un débit (Q) de fluide réfrigérant circule dans le compresseur (7) où il passe à haute pression, et circule successivement dans la troisième branche de dérivation (D), dans le cinquième échangeur (5’), dans la quatrième branche de dérivation (E), dans le deuxième échangeur de chaleur (2) où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur (Fe), dans le premier détendeur (31 ), dans le troisième détendeur (33) où il passe à basse pression, dans le quatrième échangeur (4) où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur (Fi), dans le dispositif d’accumulation (8) et retourne au compresseur (7).
[Revendication 18] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 2 à 12 en combinaison avec la revendication 10, dans un mode dit de chauffage habitacle et chauffage batterie, dans lequel :
- un débit (Q) de fluide réfrigérant circule dans le compresseur (7) où il passe à haute pression, et circule successivement dans la boucle principale (A), dans le premier échangeur (1 ) où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur (Fi), dans le cinquième échangeur (5), dans le premier détendeur (31 ) où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur (2) où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur (Fe), dans le dispositif d’accumulation (8) et retourne au compresseur (7).
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019158318A1 (fr) * 2018-02-16 2019-08-22 Jaguar Land Rover Limited Appareil et procédé de gestion de lubrifiant dans un véhicule électrique
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DE102020106625A1 (de) * 2020-03-11 2021-09-16 Audi Aktiengesellschaft Nachheizverfahren zum Betreiben einer Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug, Kälteanlage und Kraftfahrzeug mit einer solchen Kälteanlage
FR3112312A1 (fr) * 2020-07-08 2022-01-14 Valeo Systemes Thermiques Dispositif de gestion thermique des batteries d’un véhicule automobile électrique ou hybride

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