WO2025202072A1 - Système de traitement thermique d'un véhicule - Google Patents

Système de traitement thermique d'un véhicule

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WO2025202072A1
WO2025202072A1 PCT/EP2025/057865 EP2025057865W WO2025202072A1 WO 2025202072 A1 WO2025202072 A1 WO 2025202072A1 EP 2025057865 W EP2025057865 W EP 2025057865W WO 2025202072 A1 WO2025202072 A1 WO 2025202072A1
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WO
WIPO (PCT)
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branch
heat exchanger
heat
transfer fluid
heat transfer
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PCT/EP2025/057865
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English (en)
Inventor
Rabih MURR
Rody EL-CHAMMAS
Muriel Porto
Laurent Delaforge
Ali ESBER
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Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Publication date
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    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
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    • B60H1/32284—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
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    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow

Definitions

  • the sixth branch and/or the seventh branch are configured to allow circulation of the heat transfer fluid in a first circulation direction or in a second circulation direction opposite to the first circulation direction.
  • the circulation within the sixth and/or the seventh branch can be carried out in one or other of the circulation directions.
  • the first branch and the second branch respectively comprise a first valve and a second valve configured to control the circulation of the heat transfer fluid in the first branch and in the second branch.
  • access to the first branch and the second branch is respectively dependent on the first valve and the second valve. This makes it possible, for example, to avoid involuntary bypassing of the fourth heat exchanger.
  • the second branch comprises an electric heating element.
  • the electric heating element is an additional heat source allowing heating of the heat transfer fluid in order to carry out additional heat treatment of one of the elements of the heat treatment system, for example for the purpose of heating the electrical storage device or evaporating the refrigerant.
  • the position of the electric heating element is advantageous because the second branch is arranged so that the electric heating element can be in fluid connection with the second heat exchanger, the fourth heat exchanger and the seventh heat exchanger.
  • the second branch is configured to allow circulation of the heat transfer fluid in a first direction of circulation or in a second direction of circulation opposite to the first direction of circulation.
  • the second branch also allows circulation of heat transfer fluid in both directions of circulation, the direction of circulation being dependent on the operating mode of the heat treatment system.
  • the first convergence point comprises a regulating element configured to regulate the flow rate of heat transfer fluid circulating within the third heat exchanger and/or in the first branch.
  • the regulating element like the regulating member, makes it possible to control a distribution of the fluid circulating towards the third heat exchanger or within the third branch.
  • the distribution of heat transfer fluid is carried out according to the need, for example if cooling of the passenger compartment of the vehicle or of an element of the vehicle's powertrain is preferred.
  • the seventh junction point comprises a regulating device.
  • a regulating device may be a three-way valve comprising two open ways and one closed way. The three-way valve is configured so that, even if the heat transfer fluid does not circulate within any of said ways, the closed way is selected so as not to disturb the circulation of the heat transfer fluid if the latter circulates in the vicinity of the regulating device.
  • the invention also covers a method for heat treatment of a vehicle, implemented by a heat treatment system as described previously, during which:
  • the heat transfer fluid circulating in the first loop is separated into two fractions of heat transfer fluid, a first fraction of heat transfer fluid circulating in the first loop and passing through the third heat exchanger, a second fraction of heat transfer fluid circulating in the third branch.
  • Such a heat treatment process guarantees simultaneous treatment of the vehicle's passenger compartment and one or more elements of its powertrain, with a single heat exchanger dedicated to cooling the heat transfer fluid via the refrigerant.
  • part of the second fraction is recirculated in the first branch upstream of the fourth heat exchanger via the second branch.
  • the second fraction of heat transfer fluid is circulated in the second branch via the third branch to pass through the electric heating element.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a heat treatment system according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first mode of operation of the heat treatment system
  • FIG. 4 is a schematic representation of a third mode of operation of the heat treatment system
  • FIG. 5 is a schematic representation of a fourth mode of operation of the heat treatment system
  • FIG. 6 is a schematic representation of a fifth mode of operation of the heat treatment system
  • FIG. 7 is a schematic representation of a sixth mode of operation of the heat treatment system.
  • the heat treatment system 1 is configured to operate different interactions between the heat transfer fluid and the refrigerant fluid in order to optimally heat treat the vehicle interior and the various components of the vehicle's powertrain.
  • the heat transfer fluid may, for example, be glycolated water, while the refrigerant fluid may advantageously be an R290 type fluid, i.e. propane, meeting European environmental protection standards unlike other types of refrigerant fluid used for heat treatment.
  • the refrigerant circuit 2 is formed of a single closed path, provided with a compression device 4 circulating the refrigerant in the refrigerant circuit, a first heat exchanger 5, an expansion member 6 and a second heat exchanger 7.
  • the first heat exchanger 5 and the second heat exchanger 7 are configured to carry out a heat exchange between the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 2 and the heat transfer fluid circulating in the heat transfer fluid circuit 3.
  • the expansion member 6 ensures an expansion of the refrigerant which then drops in pressure and temperature.
  • the refrigerant fluid thus follows a thermodynamic cycle by being initially compressed by the compression device 4 which increases the pressure and temperature of the refrigerant fluid.
  • the refrigerant fluid is subsequently condensed within the first heat exchanger 5.
  • the heat exchange occurring within the first heat exchanger 5 causes a drop in the temperature of the refrigerant fluid which is then condensed, while causing an increase in the temperature of the heat transfer fluid also circulating within the first heat exchanger 5.
  • the refrigerant fluid is expanded by the expansion member 6, thus causing a drop in pressure and temperature of said refrigerant fluid. Subsequently, the latter passes through the second heat exchanger 7.
  • the internal heat exchanger 8 is configured to carry out a heat exchange between the refrigerant circulating between the first heat exchanger 5 and the expansion member 6, i.e. the high-pressure refrigerant, and the refrigerant circulating between the second heat exchanger 7 and the accumulation device 8.
  • the internal heat exchanger 8 thus regulates the thermodynamic balance within the refrigerant circuit 2 while improving the performance of the thermodynamic cycle.
  • the accumulation device 9 arranged upstream makes it possible to retain a liquid fraction of the refrigerant fluid in the event of partial evaporation within the second heat exchanger 7 and/or the internal heat exchanger 8. This prevents refrigerant fluid in the liquid state from passing through the compression device 4, which could cause it to malfunction.
  • the heat transfer fluid circuit 3 comprises a first loop 10 provided with a first pumping device 11, the second heat exchanger 7 and a third heat exchanger 12.
  • the first pumping device 11 ensures the circulation of the heat transfer fluid in the first loop 10.
  • the second Heat exchanger 7 ensures a reduction in the temperature of the heat transfer fluid via heat exchange with the refrigerant.
  • the third heat exchanger 12 is configured to carry out a heat exchange between the heat transfer fluid and an interior air flow 13 passing through said third heat exchanger 12.
  • the interior air flow 13 is subsequently intended to circulate to the passenger compartment of the vehicle. It is thus understood that the heat transfer fluid cools the interior air flow 13 passing through the third heat exchanger 12, and the cooled interior air flow 13 subsequently ensures the air conditioning of the passenger compartment of the vehicle.
  • the third heat exchanger 12 is advantageously arranged within a ventilation, heating and/or air conditioning installation not illustrated.
  • the heat transfer fluid circuit 3 further comprises a first branch 14 and a second branch 15.
  • the first branch 14 extends between a first junction point 16 and a first convergence point 17, the latter being arranged at the level of the first loop 10 between the third heat exchanger 12 and the first pumping device 11.
  • the first branch 14 comprises a second pumping device 18 and a fourth heat exchanger 19 configured to carry out a heat exchange between the heat transfer fluid circulating in the first branch 14 and an electrical storage device of the vehicle (not illustrated).
  • the fourth heat exchanger 19 thus makes it possible to heat treat the electrical storage device if necessary. For example, the latter must be heated when starting the vehicle in the event of low ambient temperature. According to a reverse example, the electrical storage device is likely to release a lot of heat during its operation, for example following rapid recharging, and must therefore be cooled in this situation. The heating or cooling of the electrical storage device is therefore implemented by means of the heat transfer fluid circulating within the fourth heat exchanger 19.
  • the second branch 15 extends between the first junction point 16 and a second junction point 47 arranged on the first branch 14 between the fourth heat exchanger and the first junction point. convergence 17.
  • the second branch 15 comprises an electric heating element 20 providing heating of the heat transfer fluid circulating in the second branch 15.
  • the electric heating element 20 constitutes an additional heat source if necessary.
  • the first branch 14 and the second branch 15 also respectively comprise a first valve 21 and a second valve 22 authorizing or prohibiting the circulation of the heat transfer fluid in the first branch 14 and in the second branch 15.
  • the heat treatment system 1 is characterized in that it comprises a third branch 23 extending between a first point of divergence 24 arranged on the first loop 10 between the second heat exchanger 7 and the third heat exchanger 12, and the first junction point 16 at which the first branch 14 and the second branch 15 extend.
  • the third branch 23 makes it possible to form a closed fluid connection between the first loop 10 and the first branch 14.
  • the heat transfer fluid can circulate between the second heat exchanger 7 and the fourth heat exchanger 19.
  • the cooled heat transfer fluid within the second heat exchanger 7 can therefore circulate to the third heat exchanger 12 to cool the passenger compartment of the vehicle, or to the fourth heat exchanger 19 to cool the electrical storage device, or even separate into two fractions to implement the two aforementioned functions simultaneously.
  • This makes it possible to implement a refrigerant circuit 2 with a single heat exchanger having the function of cooling the heat transfer fluid instead of implementing two paths each comprising an expansion member and a heat exchanger dedicated to cooling the heat transfer fluid.
  • the refrigerant circuit 2 is then more compact, while maintaining a multiplicity of operating modes of the heat treatment system 1.
  • the first convergence point 17 may comprise a regulating element 46 which may be present in the form of a proportional three-way valve.
  • the regulating element 46 makes it possible to control the distribution of the heat transfer fluid flow between the first loop 10 and the first branch 14 according to the priority requirement.
  • the heat transfer fluid circuit 3 also comprises a second loop 25.
  • the latter comprises a third pumping device 26, the first heat exchanger 5, as well as a fifth heat exchanger 27 configured to carry out a heat exchange between the heat transfer fluid and an outside air flow 28 which is not intended to be sent into the passenger compartment of the vehicle.
  • the fifth heat exchanger 27 may for example be arranged at a front face of the vehicle. The fifth heat exchanger thus allows for example a dissipation of the calories of the heat transfer fluid using the outside air flow 28.
  • the heat transfer fluid circuit 3 also comprises a fourth branch 29 extending between a second point of divergence 30 arranged on the second loop 25 between the first heat exchanger 5 and the fifth heat exchanger 27, and a second point of convergence 31 arranged on the second loop 25 between the fifth heat exchanger 27 and the third pumping device 26.
  • the fourth branch 29 comprises a sixth heat exchanger 32 which, like the third heat exchanger 12, is configured to carry out a heat exchange between the heat transfer fluid and the interior air flow 13.
  • the first heat exchanger 5 allows heating of the heat transfer fluid.
  • the sixth heat exchanger 32 allows the heat transfer fluid to transfer its calories to the interior air flow 13 which is subsequently sent into the passenger compartment of the vehicle to heat it.
  • the sixth heat exchanger 32 is therefore also advantageously arranged within the ventilation, heating and/or air conditioning installation mentioned above.
  • the second point of divergence 30 may comprise a regulating member 33 which, like the regulating element 24, may be presented in the form of a proportional three-way valve allowing a selection of the distribution between the heat transfer fluid circulating towards the fifth heat exchanger 27 or towards the sixth heat exchanger 32 depending on the need.
  • the heat transfer fluid circuit 3 is also equipped with a fifth branch 34 extending between a third junction point 35 arranged on the third branch 23, and a fourth junction point 36 arranged on the first branch 14 between the second junction point 47 and the first convergence point 17.
  • the fifth branch 34 comprises a fourth pumping device 37 and a seventh heat exchanger 38 configured to heat treat an electric motor with the heat transfer fluid.
  • the electric motor must be heated, for example when starting the vehicle, or cooled, for example in the event of extreme heat release due to high vehicle speed.
  • the heat transfer fluid circuit comprises a sixth branch 39 and a seventh branch 40.
  • the sixth branch 39 extends between a fifth junction point 41 arranged on the fifth branch 34 between the third junction point 35 and the fourth pumping device 37, and a sixth junction point 42 arranged on the second loop 25 between the fifth heat exchanger 27 and the second convergence point 31.
  • the seventh branch 40 extends between a seventh junction point 43 arranged on the fifth branch 34 between the seventh heat exchanger 38 and the fourth junction point 36, and an eighth junction point 44 arranged on the second loop 25 between the second divergence point 30 and the fifth heat exchanger 27.
  • the sixth branch 39 and the seventh branch 40 ensure a fluid connection between the fifth heat exchanger 27 and the fourth heat exchanger 19 and/or the seventh heat exchanger 38. This mainly makes it possible to implement passive heat dissipation of the calories from the electric motor and/or the electrical storage device using the external air flow 28.
  • the seventh junction point 43 may comprise a regulating device 45 which may be a three-way valve and ensuring participation in a circulation of the heat transfer fluid corresponding to the desired operating mode.
  • Figures 2 to 7 each illustrate a particular operating mode of the heat treatment system 1.
  • the list of these operating modes is not exhaustive and a plurality of other operating modes not illustrated may be implemented within the heat treatment system 1.
  • the solid lines indicate fluid circulation while the dotted lines represent an absence of fluid circulation.
  • the direction of fluid circulation is also represented by arrows.
  • the refrigerant circulates in the refrigerant circuit 2 according to the single loop illustrated in each figure.
  • the refrigerant circulation is represented by thick solid lines when the refrigerant is at high pressure, and by thin solid lines when the refrigerant is at low pressure.
  • the refrigerant is circulated and compressed by the high-pressure compression device 4.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchanger 5 while being at high temperature and therefore transfers its calories to the heat transfer fluid which also circulates within the first heat exchanger 5.
  • This heat exchange makes it possible, on the one hand, to heat the heat transfer fluid, and on the other hand to cool and condense the refrigerant in order to implement the thermodynamic cycle of the refrigerant.
  • the refrigerant is at least partially condensed and circulates to the internal heat exchanger 8 where it is further cooled by the low-pressure refrigerant also circulating within the internal heat exchanger 8.
  • This heat exchange improves the thermodynamic balance of the refrigerant and also facilitates the subsequent expansion of the high-pressure refrigerant fluid.
  • the refrigerant fluid at the outlet of the internal heat exchanger 8, is expanded by the expansion member 6.
  • the refrigerant fluid is therefore now at low pressure and low temperature and then passes through the second heat exchanger 7.
  • the refrigerant fluid captures the calories from the heat transfer fluid which also circulates within the second heat exchanger 7. This heat exchange makes it possible, on the one hand, to cool the heat transfer fluid, and on the other hand to heat and evaporate the refrigerant fluid in order to complete the thermodynamic cycle of the refrigerant fluid.
  • the low-pressure refrigerant circulates in the internal heat exchanger 8 and is heated by the high-pressure refrigerant.
  • the low-pressure refrigerant then circulates to the accumulation device 9 where a potential liquid fraction of refrigerant is retained, then is compressed again by the compression device 4.
  • Figure 2 represents a first mode of operation of the heat treatment system 1.
  • This first mode of operation has the objective of dehumidifying the interior air flow 13 intended to be sent into the passenger compartment of the vehicle.
  • the dehumidification consists of circulating heat transfer fluid both within the third heat exchanger 12 and the sixth heat exchanger 32 in order to dehumidify the interior air flow 13.
  • This method avoids sending a humid air flow into the passenger compartment which can cause several disadvantages such as the formation of fog on the windows of the vehicle which can impair visibility, or even discomfort for the occupants of the passenger compartment of the vehicle.
  • the heat transfer fluid circulates in particular within the first loop 10.
  • the heat transfer fluid After being put into circulation by the first pumping device n, the heat transfer fluid is cooled within the second heat exchanger 7 by the low-pressure refrigerant, then circulates to the first divergence point 24 where it separates into two fractions. A first fraction of heat transfer fluid continues its circulation in the first loop 10 to the third heat exchanger 12 in order to cool the interior air flow 13 passing through the third heat exchanger 12.
  • a second fraction of heat transfer fluid circulates in the third branch 23 then in a portion of the fifth branch 34 up to the fifth junction point 41 to circulate in the sixth branch 39 until it joins the second loop 25 and passes through the fifth heat exchanger 27 so that the outside air flow 28 heats the second fraction.
  • the second fraction circulates in the seventh branch 40, then in the fifth branch 34 towards the fourth junction point 36 thanks to the regulation device 45, then joins the first convergence point 17 via the first branch 14.
  • the two fractions therefore join at the first convergence point 17 and the regulation element 46 allows flow control between the two fractions in order to regulate the overall temperature as efficiently as possible. Separating the heat transfer fluid into two fractions makes it possible to optimize its heating through the third heat exchanger 12 and the fifth heat exchanger 27, with the aim of optimizing the thermodynamic cycle of the refrigerant fluid by promoting its evaporation within the second heat exchanger 7.
  • another circulation of the heat transfer fluid is also implemented within the heat transfer fluid circuit 3, more particularly at the level of the fourth branch 29.
  • the heat transfer fluid is circulated by the third pumping device 26 and passes through the first heat exchanger 5 to be heated by the high-pressure refrigerant.
  • the heated heat transfer fluid then circulates to the second divergence point 30 where the regulating member 33 directs it entirely to the within the fourth branch.
  • the heated heat transfer fluid then passes through the sixth heat exchanger 32.
  • the heat transfer fluid then heats the interior air flow 13.
  • the heat transfer fluid reaches the convergence point 31 and is again pumped by the third pumping device 26.
  • the interior air flow 13 is first cooled by passing through the third heat exchanger 12.
  • the cooling of the interior air flow 13 makes it possible to condense the humidity present therein and to retain it.
  • the interior air flow 13 thus leaves the third heat exchanger 12 cold and dry.
  • Figure 3 represents a second mode of operation of the heat treatment system 1, the purpose of which is to heat the passenger compartment of the vehicle.
  • the heat transfer fluid circulates in a portion of the second loop 25 and in the fourth branch 29 to be heated by the refrigerant fluid within the first heat exchanger 5 then to heat the interior air flow 13 by circulating within the sixth heat exchanger 32.
  • thermodynamic cycle must be completed by evaporation within the second heat exchanger 7.
  • the heat transfer fluid cannot be heated by the interior air flow 13 within the third heat exchanger 12 because dehumidification is not required.
  • the heat transfer fluid circulated by the first pumping device 11 is cooled within the second heat exchanger 7 then circulates entirely in the third branch 23 and separates into two fractions at the third junction point 35.
  • the first fraction of heat transfer fluid continues its circulation in the third branch 23 up to the first junction point 16.
  • the first valve 21 is closed while the second valve 22 is open, so that the first fraction circulates in the second branch 15 to be heated by the electric heating element 20 which allows a transfer of calories in place of the interior air flow 13 as illustrated in the first operating mode.
  • the circulation of the second fraction is identical to that described for the first operating mode.
  • the second fraction circulates in a portion of the fifth branch 34 up to the fifth junction point 41 to then circulate in the sixth branch 39 until it reaches the second loop 25 and passes through the fifth heat exchanger 27 so that the outside air flow 28 heats the second fraction. Subsequently, the second fraction circulates in the seventh branch 40, then in the fifth branch 34 towards the fourth junction point 36 thanks to the regulation device 45.
  • the first fraction continues its circulation in the first loop 10 until it passes through the third heat exchanger 12 so that the interior air flow 13 is cooled and is subsequently sent into the passenger compartment to cool it.
  • the second fraction circulates in the third branch 23 then in the first branch 14 to pass through the fourth heat exchanger 19 in order to cool the electrical storage device.
  • the second fraction circulates to the second junction point 47 from which part of the second fraction will circulate in the second branch 15, circulates within the electric heating element 20 without consequence because the latter is inactive, then rejoins the first branch 14 via the first junction point 16.
  • Such recirculation makes it possible to substantially heat the heat transfer fluid coming directly from the second heat exchanger 17 with heat transfer fluid having already passed through the fourth heat exchanger 19 and which is therefore at a higher temperature.
  • the objective of this configuration is to circulate heat transfer fluid at a moderately low temperature in the fourth heat exchanger 19 so as not to create a malfunction of the electrical storage device by cooling it too abruptly.
  • the first valve 21 and the second valve 22 are both open.
  • the second branch 15 allows the circulation of heat transfer fluid in both circulation directions. Indeed, in this third circulation mode, the heat transfer fluid circulates in the second branch 15 in a circulation direction opposite to the circulation direction as illustrated for example in FIG. 3. Thus, the heat transfer fluid can circulate in the second branch 15 in one or other of the circulation directions depending on the active operating mode. With the exception of the portion of heat transfer fluid circulating in the second branch 15, the second fraction, at the outlet of the fourth heat exchanger 19, circulates in the first branch 14 until it joins the first fraction at the first convergence point 17.
  • the refrigerant fluid must be condensed within the first heat exchanger 5.
  • the heat transfer fluid also circulates within the second loop 25 to capture the calories from the refrigerant fluid within the first heat exchanger 5. This being done, the heat transfer fluid continues its circulation exclusively in the second loop 25 up to the fifth heat exchanger 27 so that the captured calories are dissipated via the outside air flow 28. The heat transfer fluid then returns to the first heat exchanger 5, still circulating within the second loop 25.
  • Figure 5 represents a fourth mode of operation of the heat treatment system 1 according to the invention. This fourth mode of operation makes it possible to simultaneously cool the passenger compartment of the vehicle, the electrical storage device and the electric motor.
  • the circulation of the heat transfer fluid passing through the second heat exchanger 7 to be cooled there is identical to what was described in FIG. 4, with a first fraction cooling the interior air flow 13 by circulating within the third heat exchanger 12 and a second fraction cooling the electrical storage device by circulating within the fourth heat exchanger 19 with a part recirculating via the second branch 15 so as not to carry out cooling with a heat transfer fluid that is too cold.
  • a second fraction circulates within the sixth branch 39 in order to join the fifth branch 34 via the fifth junction point 41.
  • the circulation of said second fraction is implemented by the fourth pumping device 37.
  • the second fraction thus passes through the seventh heat exchanger 38 in order to cool the electric motor. This mode of operation only applies when the electric motor must be cooled moderately with heat transfer fluid whose calories have been dissipated by the external air flow 28.
  • the second fraction circulates to the seventh junction point 43 where the regulation device 45 makes it circulate within the seventh branch 40 until it joins the second loop 25 and the first fraction via the eighth junction point 44.
  • the calories of the heat transfer fluid are subsequently dissipated again by the flow of outside air 28 by circulating within the fifth heat exchanger 27.
  • FIG. 5 represents a fifth mode of operation of the thermal treatment system 1 according to the invention. This consists of dehumidification of the passenger compartment of the vehicle while also cooling the electrical storage device.
  • the heat transfer fluid circulating within the first heat exchanger 5 is heated by the high-pressure refrigerant and is separated into two fractions at the second point of divergence 30 by means of the regulating member 33 which makes it possible to determine the quantity of heat transfer fluid in each of said fractions.
  • the first fraction circulates in the fourth branch 29 and transfers its calories to the internal air flow 13 by circulating within the sixth heat exchanger 32.
  • the second fraction continues its circulation in the second loop 25 to the fifth heat exchanger 27 so that the calories captured by the second fraction in the first heat exchanger 5 are dissipated by the external air flow 28 within the fifth heat exchanger 27.
  • the two fractions subsequently join at the second point of convergence 31.
  • the heat transfer fluid is cooled and circulates to the first point of divergence 24 to also be separated into two fractions.
  • the first fraction continues its circulation in the first loop 10 to pass through the third heat exchanger 12 and thus cool the interior air flow 13.
  • the dehumidification function is therefore well implemented here because the interior air flow 13 is initially cooled by the heat transfer fluid circulating in the third heat exchanger 12, then is heated by the heat transfer fluid circulating in the sixth heat exchanger 32.
  • the second fraction formed at the first point of divergence 24 circulates in the third branch 23, then in the first branch 14 by being pumped into the second pumping device 18.
  • the second fraction then circulates within the fourth heat exchanger 19 in order to cool the electrical storage device, then continues its circulation until it joins the first loop 10 via the first point of convergence 17-
  • the first valve 21 is open while the second valve 22 is closed.
  • recirculation of the heat transfer fluid via the second branch 15 is not necessarily necessary. However, it is possible to implement the fifth operating mode with recirculation of the heat transfer fluid via the second branch 15, as illustrated for example in Figures 4 and 5.
  • FIG. 7 represents a sixth mode of operation of the heat treatment system 1 according to the invention.
  • This sixth mode of operation is particular because unlike the previous modes of operation, the refrigerant circuit 2 is inactive and the refrigerant therefore does not circulate.
  • this sixth embodiment consists of heating the passenger compartment of the vehicle implemented in an emergency, for example in the event of a breakdown of the refrigerant circuit 2.
  • This mode of operation is also part of the heat treatment process during which the heat transfer fluid separates into two fractions.
  • the heat transfer fluid is circulated by the first pumping device 11 and passes through the second heat exchanger 7 without consequence because the refrigerant circuit 2 is inactive.
  • the heat transfer fluid separates into two fractions at the first point of divergence 24.
  • the first fraction continues its circulation in the first loop 10 and circulates within the third heat exchanger 12 before joining the second fraction at the first point of convergence 17.
  • the second fraction circulates in the third branch 23 up to the first junction point 16, then circulates exclusively in the second branch 15.
  • the first valve 21 is closed while the second valve 22 is open.
  • the second fraction is heated by the electric heating element 20, then joins the first fraction at the first convergence point 17 via the first branch 14.
  • the heat transfer fluid accumulates calories via the second fraction heated by the electric heating element 20, and subsequently releases these calories via the first fraction circulating within the third heat exchanger 12.
  • the latter normally used to cool the interior air flow 13, is exceptionally used here to heat the interior air flow 13 in a manner specific to this sixth operating mode.
  • the invention achieves the goal it set for itself, and makes it possible to propose a heat treatment system capable of implementing a plurality of operating modes by comprising only a single heat exchanger dedicated to cooling a heat transfer fluid via a refrigerant fluid.
  • Variants not described here could be implemented without departing from the context of the invention, provided that, in accordance with the invention, they comprise a heat treatment system in accordance with the invention.

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Abstract

La présente invention concerne un système de traitement thermique (1) d'un véhicule, comprenant un circuit de fluide réfrigérant (2) et un circuit de fluide caloporteur (3), le circuit de fluide réfrigérant (2) comprenant un premier échangeur thermique (5) et un deuxième échangeur thermique (7), le circuit de fluide caloporteur (3) comprenant une première boucle (10), une première branche (14) et une deuxième branche (15), la première boucle (10) comprenant le deuxième échangeur thermique (7) et un troisième échangeur thermique (12), la première branche (14) comprenant un quatrième échangeur thermique (19) configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique du véhicule, caractérisé en ce que le circuit de fluide caloporteur (3) comprend une troisième branche (23) reliant fluidiquement la première boucle (10) à la première branche (14) et à la deuxième branche (15).

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Système de traitement thermique d’un véhicule
La présente invention se rapporte au domaine des véhicules automobiles, et concerne plus particulièrement un système de traitement thermique intégré au sein desdits véhicules automobiles.
Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’un circuit de fluide réfrigérant et d’au moins un circuit de fluide caloporteur, tous deux utilisés pour participer à un traitement thermique de différentes zones ou différents composants du véhicule. Il est notamment connu d’utiliser le circuit de fluide réfrigérant et/ou le circuit de fluide caloporteur pour traiter thermiquement un flux d’air envoyé dans l’habitacle du véhicule équipé d’un tel circuit. Ce traitement thermique se fait notamment par le biais d’une circulation du fluide réfrigérant au sein d’une installation de ventilation, de chauffage et/ ou de climatisation agencée dans le véhicule.
Dans une autre application de ce circuit, il est connu d’utiliser le circuit de fluide caloporteur pour refroidir des composants de la chaîne de traction du véhicule, tel que par exemple un dispositif de stockage électrique, ce dernier étant utilisé pour fournir une énergie à un moteur électrique capable de mettre en mouvement le véhicule. Le système de traitement thermique fournit ainsi l’énergie capable de refroidir le dispositif de stockage électrique pendant son utilisation en phases de roulage.
Plusieurs fluides réfrigérants ont été utilisés pour ce type de système de traitement thermique, comme le Ri34a ou Ri234yf. Cependant, suite à des nouvelles normes européennes, ces fluides réfrigérants ont été interdits d’utilisation en Europe du fait de leur nocivité environnementale. Pour les futurs systèmes de traitement thermique, il a donc été décidé d’utiliser le R290 comme fluide réfrigérant. Toutefois, le R290 est du propane pur. Par mesure de sécurité, il est donc indispensable d’éviter de faire circuler le propane directement dans l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation. Ainsi, il est connu de traiter thermiquement l’habitacle du véhicule de manière indirecte par le fluide réfrigérant, et seul le fluide caloporteur circule alors au sein de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation.
Il est connu notamment de mettre en œuvre deux échangeurs thermiques assurant le refroidissement du fluide caloporteur afin que ce dernier puisse traiter thermiquement l’habitacle du véhicule et un élément de la chaine de traction du véhicule de manière simultanée, avec un échangeur thermique dédié à chaque fonction.
Les constructeurs automobiles sont dans une optique d’amélioration continuelle de leurs véhicules. Ces améliorations passent notamment par une diminution de l’encombrement spatial du système de traitement thermique ainsi que de son coût, mais tout en conservant une multiplicité de modes de fonctionnement de celui-ci.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et propose à ce titre un système de traitement thermique d’un véhicule, comprenant un circuit de fluide réfrigérant destiné à être parcouru par un fluide réfrigérant et un circuit de fluide caloporteur destiné à être parcouru par un fluide caloporteur, le circuit de fluide réfrigérant comprenant au moins un dispositif de compression, un organe de détente, ainsi qu’un premier échangeur thermique et un deuxième échangeur thermique configurés pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur, le circuit de fluide caloporteur comprenant une première boucle, une première branche et une deuxième branche, la première boucle comprenant un premier dispositif de pompage, le deuxième échangeur thermique et un troisième échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et un flux d’air intérieur destiné à être envoyé dans un habitacle du véhicule, la première branche s’étendant entre un premier point de jonction et un premier point de convergence disposé sur la première boucle entre le troisième échangeur thermique et le premier dispositif de pompage et comprenant un deuxième dispositif de pompage et un quatrième échangeur thermique configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique du véhicule, la deuxième branche s’étendant entre le premier point de jonction et un deuxième point de jonction disposé sur la première branche entre le quatrième échangeur thermique et le premier point de convergence, caractérisé en ce que le circuit de fluide caloporteur comprend une troisième branche reliant fluidiquement la première boucle à la première branche et à la deuxième branche, la troisième branche débutant à un premier point de divergence disposé sur la première boucle entre le deuxième échangeur thermique et le troisième échangeur thermique et s’étendant jusqu’au premier point de jonction.
Un tel système de traitement thermique selon l’invention permet un refroidissement de l’habitacle du véhicule et/ou du dispositif de stockage électrique et ce en refroidissant préalablement le fluide caloporteur à l’aide d’un seul échangeur thermique qui est le deuxième échangeur thermique. Il est alors possible de se passer d’un échangeur thermique supplémentaire et de distribuer le fluide caloporteur refroidi simultanément vers le troisième échangeur thermique dans le but de refroidir l’habitacle du véhicule et vers le quatrième échangeur thermique afin de refroidir le dispositif de stockage électrique, la troisième branche assurant une liaison fluidique directe entre le deuxième échangeur thermique et le quatrième échangeur thermique.
Le fluide réfrigérant est avantageusement un fluide de type R290, c’est-à-dire du propane, qui est un fluide réfrigérant biphasique et qui est comprimé et mis en circulation à l’état vapeur par le dispositif de compression. Le fluide réfrigérant traverse par la suite le premier échangeur thermique, l’organe de détente et le deuxième échangeur thermique dans cet ordre, afin de mettre en œuvre un cycle thermodynamique.
Ainsi, le fluide réfrigérant à haute pression et haute température se condense en traversant le premier échangeur thermique et cède des calories au fluide caloporteur circulant également au sein du premier échangeur thermique. Puis le fluide réfrigérant est détendu par l’organe de détente et est alors à basse pression et basse température. Enfin, le fluide réfrigérant est évaporé en circulant au sein du deuxième échangeur thermique et refroidit le fluide caloporteur circulant également au sein du deuxième échangeur thermique. Le fluide réfrigérant évaporé peut ainsi de nouveau être comprimé par le dispositif de compression pour débuter un nouveau cycle et participer aux fonctions du système de traitement thermique.
De manière optionnelle, le circuit de fluide réfrigérant peut comprendre un échangeur de chaleur interne configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans le circuit de fluide réfrigérant entre le premier échangeur thermique et l’organe de détente et le fluide réfrigérant circulant dans le circuit de fluide réfrigérant entre le deuxième échangeur thermique et le dispositif de compression. Un tel échangeur de chaleur interne permet un échange de calories entre le fluide réfrigérant haute pression et le fluide réfrigérant basse pression et régule ainsi l’équilibre thermodynamique au sein du circuit de fluide réfrigérant tout en améliorant les performances du cycle thermodynamique.
Le circuit de fluide réfrigérant peut également comprendre un dispositif d’accumulation disposé entre le deuxième échangeur thermique et le dispositif de compression. Le dispositif d’accumulation permet, en cas d’évaporation partielle du fluide réfrigérant, de retenir une fraction restée liquide de fluide réfrigérant afin d’éviter que cette fraction liquide ne circule jusqu’au dispositif de compression et n’endommage celui-ci.
Le fluide caloporteur circulant dans le circuit de fluide caloporteur peut par exemple être de l’eau glycolée. Ce dernier est mis en circulation dans la première boucle grâce au premier dispositif de pompage et circule au sein du deuxième échangeur thermique pour être refroidi par le fluide réfrigérant à basse pression et basse température, tel que cela est décrit précédemment.
Par la suite, le fluide caloporteur peut poursuivre sa circulation dans la première boucle pour circuler jusqu’au troisième échangeur thermique. Ce dernier est avantageusement agencé au sein d’une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation et participe ainsi à la climatisation de l’habitacle du véhicule. Pour ce faire, le flux d’air intérieur traverse le troisième échangeur thermique et cède ses calories au fluide caloporteur. Le flux d’air intérieur refroidi est par la suite envoyé dans l’habitacle du véhicule pour climatiser ce dernier. Alternativement ou simultanément, en sortie du deuxième échangeur thermique, le fluide caloporteur circule dans la troisième branche à partir du premier point de divergence, ceci afin de circuler par la suite dans la première branche et de traverser le quatrième échangeur thermique dans le but de refroidir le dispositif de stockage électrique. Ce dernier peut être à une température très élevée, par exemple suite à un rechargement rapide, et doit donc être refroidi afin de ne pas être endommagé. La circulation du fluide caloporteur peut être assistée par le deuxième dispositif de pompage. La première branche s’étend jusqu’au premier point de convergence, en amont du deuxième échangeur thermique, afin que le fluide caloporteur puisse rejoindre la première boucle et être de nouveau refroidi par le fluide réfrigérant au sein du deuxième échangeur thermique.
La deuxième branche s’étend en parallèle d’une portion de la première branche s’étendant entre le premier point de jonction et le deuxième point de jonction, ladite portion comportant le deuxième dispositif de pompage et le quatrième échangeur thermique. La deuxième branche permet notamment de faire recirculer du fluide caloporteur du deuxième point de jonction vers le premier point de jonction, ceci afin de se servir des calories captées au sein du quatrième échangeur thermique pour réchauffer le fluide caloporteur provenant directement de la troisième branche et circulant en amont du quatrième échangeur thermique. Une telle configuration permet de refroidir le dispositif de stockage électrique à une température modérément basse afin d’éviter de générer un dysfonctionnement de celui-ci suite à un refroidissement trop brusque.
La troisième branche liant la première boucle à la première branche, et cette dernière étant également connectée à la première boucle via le premier point de convergence, le quatrième échangeur thermique peut donc être fourni en fluide caloporteur refroidi par le deuxième échangeur thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de fluide caloporteur comprend une deuxième boucle comportant un troisième dispositif de pompage, le premier échangeur thermique et un cinquième échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et un flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule. La deuxième boucle permet une mise en circulation de fluide caloporteur grâce au troisième dispositif de pompage et peut également être chauffé via le premier échangeur thermique grâce au fluide réfrigérant à haute pression et haute température qui y circule également. Le cinquième échangeur thermique permet de traiter thermiquement le fluide caloporteur grâce au flux d’air extérieur. De ce fait, le cinquième échangeur thermique est idéalement agencé en face avant du véhicule afin qu’une phase de roulage du véhicule entraîne la génération du flux d’air extérieur circulant au sein de la face avant du véhicule et traversant ainsi le cinquième échangeur thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de fluide caloporteur comprend une quatrième branche débutant à un deuxième point de divergence disposé sur la deuxième boucle entre le premier échangeur thermique et le cinquième échangeur thermique et se terminant à un deuxième point de convergence disposé sur la deuxième boucle entre le cinquième échangeur thermique et le troisième dispositif de pompage, la quatrième branche comprenant un sixième échangeur thermique configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le flux d’air intérieur. La quatrième branche est connectée à la deuxième boucle de part et d’autre du troisième dispositif de pompage et du premier échangeur thermique afin que du fluide caloporteur à haute température puisse être mis en circulation dans la quatrième branche.
Le sixième échangeur thermique, tout comme le troisième échangeur thermique, est avantageusement disposé dans l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation évoquée précédemment. Le fluide caloporteur circulant au sein du sixième échangeur thermique cède alors ses calories au flux d’air intérieur qui augmente alors en température et circule jusqu’à l’habitacle du véhicule pour chauffer ce dernier. Ainsi, lorsque le chauffage de l’habitacle du véhicule est demandé, le fluide caloporteur circule entre la deuxième boucle et la quatrième branche, est chauffé au sein du premier échangeur et cède ses calories au flux d’air intérieur au sein du sixième échangeur thermique. Selon une caractéristique de l’invention, le deuxième point de divergence comprend un organe de régulation configuré pour réguler le débit de fluide caloporteur circulant vers le cinquième échangeur thermique et/ ou vers le sixième échangeur thermique. L’organe de régulation peut par exemple être une vanne trois voies comprenant une entrée au sein de laquelle entre le fluide caloporteur chauffé au sein du premier échangeur thermique, et deux sorties assurant la circulation vers le cinquième échangeur thermique ou vers le sixième échangeur thermique.
Avantageusement, une telle vanne trois voies est proportionnelle, c’est-à-dire qu’il est possible de répartir de manière sélective le fluide caloporteur vers l’une et/ ou l’autre des sorties de l’organe de régulation. Une telle répartition peut être dépendante du besoin et peut par ailleurs varier au cours du temps. Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de fluide caloporteur comprend une cinquième branche s’étendant entre un troisième point de jonction disposé sur la troisième branche et un quatrième point de jonction disposé sur la première branche entre le deuxième point de jonction et le premier point de convergence, la cinquième branche comprenant un quatrième dispositif de pompage et un septième échangeur thermique configuré pour traiter thermiquement un moteur électrique du véhicule. La cinquième branche est fluidiquement liée à la première branche et la troisième branche et garantit ainsi une connexion fluidique entre le deuxième échangeur thermique et le septième échangeur thermique, ainsi qu’entre le quatrième échangeur thermique et le septième échangeur thermique.
Le septième échangeur thermique assure un traitement thermique du moteur électrique du véhicule via le fluide caloporteur. Le moteur électrique peut en effet nécessiter un chauffage, par exemple au démarrage de celui-ci en cas de température ambiante très faible. Le moteur électrique est par ailleurs susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement, particulièrement lorsque le véhicule roule à vitesse élevée, et doit donc être refroidi afin d’éviter tout dysfonctionnement de celui-ci. Le quatrième dispositif de pompage permet quant à lui la mise en circulation du fluide caloporteur dans la cinquième branche. Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de fluide caloporteur comprend une sixième branche et une septième branche, la sixième branche s’étendant entre un cinquième point de jonction disposé sur la cinquième branche entre le troisième point de jonction et le quatrième dispositif de pompage et un sixième point de jonction disposé sur la deuxième boucle entre le cinquième échangeur thermique et le deuxième point de convergence, la septième branche s’étendant entre un septième point de jonction disposé sur la cinquième branche entre le septième échangeur thermique et le quatrième point de jonction et un huitième point de jonction disposé sur la deuxième boucle entre le deuxième point de divergence et le cinquième échangeur thermique. La sixième branche et la septième branche s’étendant entre la deuxième boucle et la cinquième branche et permettent une liaison fluidique entre le cinquième échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique et/ ou le quatrième échangeur thermique et/ ou le septième échangeur thermique. La sixième branche et la septième branche permettent une dissipation des calories captées par le fluide caloporteur au sein du deuxième échangeur thermique ou du quatrième échangeur thermique ou du septième échangeur thermique. Cela permet un refroidissement passif du fluide caloporteur et donc un traitement thermique nécessitant seulement le flux d’air extérieur, ce qui est particulièrement avantageux en termes de dépense d’énergie.
Selon une caractéristique de l’invention, la sixième branche et/ ou la septième branche sont configurées pour autoriser une circulation du fluide caloporteur selon un premier sens de circulation ou selon un deuxième sens de circulation opposé au premier sens de circulation. En fonction de quel élément du système de traitement thermique doit être traité thermiquement via dissipation calorique au sein du cinquième échangeur thermique, la circulation au sein de la sixième et/ou de la septième branche peut se faire selon l’un ou l’autre des sens de circulation.
Selon une caractéristique de l’invention, la première branche et la deuxième branche comprennent respectivement une première vanne et une deuxième vanne configurées pour contrôler la circulation du fluide caloporteur dans la première branche et dans la deuxième branche. En fonction du mode de fonctionnement opéré par le système de traitement thermique, l’accès à la première branche et à la deuxième branche est respectivement dépendant de la première vanne et de la deuxième vanne. Cela permet par exemple d’éviter un contournement involontaire du quatrième échangeur thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, la deuxième branche comprend un élément de chauffage électrique. L’élément de chauffage électrique est une source de chaleur supplémentaire permettant un chauffage du fluide caloporteur afin d’opérer un traitement thermique additionnel de l’un des éléments du système de traitement thermique, par exemple dans le but de chauffer le dispositif de stockage électrique ou d’évaporer le fluide réfrigérant. La position de l’élément de chauffage électrique est avantageuse car la deuxième branche est agencée de sorte à ce que l’élément de chauffage électrique puisse être en liaison fluidique avec le deuxième échangeur thermique, le quatrième échangeur thermique et le septième échangeur thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, la deuxième branche est configurée pour autoriser une circulation du fluide caloporteur selon un premier sens de circulation ou selon un deuxième sens de circulation opposé au premier sens de circulation. Tout comme la sixième branche et la septième branche, la deuxième branche autorise également une circulation de fluide caloporteur selon les deux sens de circulation, le sens de circulation étant dépendant du mode de fonctionnement du système de traitement thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier point de convergence comprend un élément de régulation configuré pour réguler le débit de fluide caloporteur circulant au sein du troisième échangeur thermique et/ ou dans la première branche. L’élément de régulation, tout comme l’organe de régulation, permet de contrôler une répartition du fluide circulant vers le troisième échangeur thermique ou au sein de la troisième branche. La répartition de fluide caloporteur se fait en fonction du besoin, par exemple si un refroidissement de l’habitacle du véhicule ou d’un élément de la chaîne de traction du véhicule est privilégié. Selon une caractéristique de l’invention, le septième point de jonction comprend un dispositif de régulation. Un tel dispositif de régulation peut être une vanne trois voies comprenant deux voies ouvertes et une voie fermée. La vanne trois voies est configurée pour que, même si le fluide caloporteur ne circule au sein d’aucun desdites voies, la voie fermée est sélectionnée de sorte à ne pas perturber la circulation du fluide caloporteur si celui-ci circule au voisinage du dispositif de régulation.
L’invention couvre également un procédé de traitement thermique d’un véhicule, mis en œuvre par un système de traitement thermique tel que décrit précédemment, au cours duquel :
- on fait circuler le fluide caloporteur au sein de la première boucle,
- on sépare le fluide caloporteur circulant dans la première boucle en deux fractions de fluide caloporteur, une première fraction de fluide caloporteur circulant dans la première boucle et traversant le troisième échangeur thermique, une deuxième fraction de fluide caloporteur circulant dans la troisième branche.
Un tel procédé de traitement thermique garantit de manière simultanée un traitement de l’habitacle du véhicule et d’un ou plusieurs éléments de la chaine de traction de celui-ci et ce avec un unique échangeur thermique dédié au refroidissement du fluide caloporteur via le fluide réfrigérant.
Selon une caractéristique du procédé, au cours de celui-ci :
- on fait circuler le fluide réfrigérant dans le circuit de fluide réfrigérant,
- on fait circuler la deuxième fraction de fluide caloporteur dans la première branche via la troisième branche pour traverser le quatrième échangeur thermique,
- en sortie du quatrième échangeur thermique, on fait recirculer une partie de la deuxième fraction dans la première branche en amont du quatrième échangeur thermique via la deuxième branche.
Selon une autre caractéristique du procédé, au cours de celui-ci : on fait circuler la deuxième fraction de fluide caloporteur dans la deuxième branche via la troisième branche pour traverser l’élément de chauffage électrique.
Ces caractéristiques diffèrent plus généralement par rapport à différents modes de fonctionnement pouvant être mis en œuvre au sein du système de traitement thermique selon l’invention.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[fig i] est une représentation schématique d’un système de traitement thermique selon l’invention,
[fig 2] est une représentation schématique d’un premier mode de fonctionnement du système de traitement thermique,
[fig 3] est une représentation schématique d’un deuxième mode de fonctionnement du système de traitement thermique,
[fig 4] est une représentation schématique d’un troisième mode de fonctionnement du système de traitement thermique,
[fig 5] est une représentation schématique d’un quatrième mode de fonctionnement du système de traitement thermique,
[fig 6] est une représentation schématique d’un cinquième mode de fonctionnement du système de traitement thermique,
[fig 7] est une représentation schématique d’un sixième mode de fonctionnement du système de traitement thermique.
La figure 1 représente un système de traitement thermique 1 selon l’invention, pouvant être intégré au sein d’un véhicule automobile. Ce système de traitement thermique 1 est apte à assurer un traitement thermique de l’habitacle du véhicule, mais également un traitement thermique de différents composants d’une chaîne de traction du véhicule. Pour ce faire, le système de traitement thermique i comprend un circuit de fluide réfrigérant 2 au sein duquel circule un fluide réfrigérant et un circuit de fluide caloporteur 3 au sein duquel circule un fluide caloporteur. Sur la figure 1, le circuit de fluide réfrigérant 2 est représenté en traits mixtes tandis que le circuit de fluide caloporteur 3 est représenté en traits pleins.
Le système de traitement thermique 1 est configuré pour opérer différentes interactions entre le fluide caloporteur et le fluide réfrigérant afin de traiter thermiquement l’habitacle du véhicule et les différents composants de la chaîne de traction du véhicule de manière optimale. Le fluide caloporteur peut par exemple être de l’eau glycolée, tandis que le fluide réfrigérant peut être avantageusement un fluide de type R290, c’est-à-dire du propane, répondant à des normes européennes de préservation de l’environnement contrairement à d’autres types de fluide réfrigérant utilisés pour le traitement thermique.
Le circuit de fluide réfrigérant 2 est formé d’une unique voie fermée, pourvue d’un dispositif de compression 4 mettant en circulation le fluide réfrigérant dans le circuit de fluide réfrigérant, d’un premier échangeur thermique 5, d’un organe de détente 6 et d’un deuxième échangeur thermique 7. Le premier échangeur thermique 5 et le deuxième échangeur thermique 7 sont configurés pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans le circuit de fluide réfrigérant 2 et le fluide caloporteur circulant dans le circuit de fluide caloporteur 3. L’organe de détente 6 assure quant à lui une détente du fluide réfrigérant qui baisse alors en pression et en température.
Le fluide réfrigérant suit ainsi un cycle thermodynamique en étant dans un premier temps comprimé par le dispositif de compression 4 qui augmente la pression et la température du fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant est par la suite condensé au sein du premier échangeur thermique 5. L’échange de chaleur se produisant au sein du premier échangeur thermique 5 entraîne une baisse de la température du fluide réfrigérant qui est alors condensé, tout en entraînant une hausse de la température du fluide caloporteur circulant également au sein du premier échangeur thermique 5. En sortie du premier échangeur thermique 5, le fluide réfrigérant est détendu par l’organe de détente 6, entraînant ainsi une baisse en pression et en température dudit fluide réfrigérant. Par la suite, ce dernier traverse le deuxième échangeur thermique 7.
Le fluide réfrigérant est évaporé au sein du deuxième échangeur thermique 7. L’échange de chaleur se produisant au sein du deuxième échangeur thermique 7 entraîne un apport de chaleur au fluide réfrigérant qui est alors évaporé, tout en entraînant une baisse de la température du fluide caloporteur circulant également au sein du deuxième échangeur thermique 7.
D’une manière avantageuse, tel que cela est illustré sur la figure 1, le circuit de fluide réfrigérant 2 peut également comprendre un échangeur de chaleur interne 8 et un dispositif d’accumulation 9.
L’échangeur de chaleur interne 8 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant entre le premier échangeur thermique 5 et l’organe de détente 6, c’est-à-dire le fluide réfrigérant à haute pression, et le fluide réfrigérant circulant entre le deuxième échangeur thermique 7 et le dispositif d’accumulation 8. L’échangeur de chaleur interne 8 régule ainsi l’équilibre thermodynamique au sein du circuit de fluide réfrigérant 2 tout en améliorant les performances du cycle thermodynamique.
Le dispositif de compression 4 n’étant apte à comprimer que du fluide réfrigérant à l’état gazeux, le dispositif d’accumulation 9 disposé en amont permet de retenir une fraction liquide du fluide réfrigérant en cas d’évaporation partielle au sein du deuxième échangeur thermique 7 et/ ou de l’échangeur de chaleur interne 8. Cela évite une traversée de fluide réfrigérant à l’état liquide au sein du dispositif de compression 4, laquelle pouvant entraîner un dysfonctionnement de celui-ci.
Le circuit de fluide caloporteur 3 comprend quant à lui une première boucle 10 pourvue d’un premier dispositif de pompage 11, du deuxième échangeur thermique 7 et d’un troisième échangeur thermique 12. Le premier dispositif de pompage 11 assure la mise en circulation du fluide caloporteur dans la première boucle 10. Tel que cela a été décrit précédemment, la deuxième échangeur thermique 7 garantit une baisse de la température du fluide caloporteur via échange de chaleur avec le fluide réfrigérant.
Le troisième échangeur thermique 12 est quant à lui configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et un flux d’air intérieur 13 traversant ledit troisième échangeur thermique 12. Le flux d’air intérieur 13 est par la suite destiné à circuler jusqu’à l’habitacle du véhicule. On comprend ainsi que le fluide caloporteur refroidit le flux d’air intérieur 13 traversant le troisième échangeur thermique 12, et le flux d’air intérieur 13 refroidi assure par la suite la climatisation de l’habitacle du véhicule. De ce fait, le troisième échangeur thermique 12 est avantageusement disposé au sein d’une installation de ventilation, de chauffage et/ ou de climatisation non illustrée.
Le circuit de fluide caloporteur 3 comprend par ailleurs une première branche 14 et une deuxième branche 15. La première branche 14 s’étend entre un premier point de jonction 16 et un premier point de convergence 17, ce dernier étant disposé au niveau de la première boucle 10 entre le troisième échangeur thermique 12 et le premier dispositif de pompage 11.
La première branche 14 comprend un deuxième dispositif de pompage 18 et un quatrième échangeur thermique 19 configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur circulant dans la première branche 14 et un dispositif de stockage électrique du véhicule non illustré. Le quatrième échangeur thermique 19 permet ainsi de traiter thermiquement le dispositif de stockage électrique en cas de besoin. Celui-ci doit par exemple être chauffé au démarrage du véhicule en cas de basse température ambiante. Selon un exemple inverse, le dispositif de stockage électrique est susceptible de dégager énormément de chaleur lors de son fonctionnement, par exemple suite à un rechargement rapide, et doit donc être refroidi dans cette situation. Le chauffage ou le refroidissement du dispositif de stockage électrique est donc mis en œuvre par le biais du fluide caloporteur circulant au sein du quatrième échangeur thermique 19.
La deuxième branche 15 s’étend quant à elle entre le premier point de jonction 16 et un deuxième point de jonction 47 disposé sur la première branche 14 entre le quatrième échangeur thermique et le premier point de convergence 17. La deuxième branche 15 comprend un élément de chauffage électrique 20 assurant un chauffage du fluide caloporteur circulant dans la deuxième branche 15. L’élément de chauffage électrique 20 constitue une source de chaleur supplémentaire en cas de besoin. La première branche 14 et la deuxième branche 15 comprennent par ailleurs respectivement une première vanne 21 et une deuxième vanne 22 autorisant ou interdisant la circulation du fluide caloporteur dans la première branche 14 et dans la deuxième branche 15.
Le système de traitement thermique 1 selon l’invention, plus particulièrement le circuit de fluide caloporteur 3, est caractérisé en ce qu’il comprend une troisième branche 23 s’étendant entre un premier point de divergence 24 disposé sur la première boucle 10 entre le deuxième échangeur thermique 7 et le troisième échangeur thermique 12, et le premier point de jonction 16 au niveau duquel s’étendent la première branche 14 et la deuxième branche 15. La troisième branche 23 permet de former une liaison fluidique fermée entre la première boucle 10 et la première branche 14. Ainsi, le fluide caloporteur peut circuler entre le deuxième échangeur thermique 7 et le quatrième échangeur thermique 19.
Le fluide caloporteur refroidi au sein du deuxième échangeur thermique 7 peut donc circuler vers le troisième échangeur thermique 12 pour refroidir l’habitacle du véhicule, ou vers le quatrième échangeur thermique 19 pour refroidir le dispositif de stockage électrique, ou encore se séparer en deux fractions pour mettre en œuvre les deux fonctions suscitées de manière simultanée. Cela permet de mettre en œuvre un circuit de fluide réfrigérant 2 avec un seul échangeur thermique ayant pour fonction de refroidir le fluide caloporteur au lieu de mettre en œuvre deux voies comprenant chacune un organe de détente et un échangeur thermique dédié au refroidissement du fluide caloporteur. Le circuit de fluide réfrigérant 2 s’en retrouve alors plus compact, et ce tout en maintenant une multiplicité de modes de fonctionnement du système de traitement thermique 1.
Afin d’améliorer la répartition du fluide caloporteur, le premier point de convergence 17 peut comprendre un élément de régulation 46 pouvant se présenter sous la forme d’une vanne trois voies proportionnelle. L’élément de régulation 46 permet de contrôler la répartition du débit de fluide caloporteur entre la première boucle 10 et la première branche 14 en fonction du besoin prioritaire.
Le circuit de fluide caloporteur 3 comprend également une deuxième boucle 25. Cette dernière comprend un troisième dispositif de pompage 26, le premier échangeur thermique 5, ainsi qu’un cinquième échangeur thermique 27 configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et un flux d’air extérieur 28 qui n’est pas destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule. Afin d’être positionné au niveau d’une trajectoire du flux d’air extérieur 28, le cinquième échangeur thermique 27 peut par exemple être agencé au niveau d’une face avant du véhicule. Le cinquième échangeur thermique permet ainsi par exemple une dissipation des calories du fluide caloporteur à l’aide du flux d’air extérieur 28.
Le circuit de fluide caloporteur 3 comprend également une quatrième branche 29 s’étendant entre un deuxième point de divergence 30 disposé sur la deuxième boucle 25 entre le premier échangeur thermique 5 et le cinquième échangeur thermique 27, et un deuxième point de convergence 31 disposé sur la deuxième boucle 25 entre le cinquième échangeur thermique 27 et le troisième dispositif de pompage 26.
La quatrième branche 29 comprend un sixième échangeur thermique 32 qui, tout comme le troisième échangeur thermique 12, est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le flux d’air intérieur 13. Tel que cela a été décrit précédemment, le premier échangeur thermique 5 permet un chauffage du fluide caloporteur. Ainsi, le sixième échangeur thermique 32 permet au fluide caloporteur de céder ses calories au flux d’air intérieur 13 qui par la suite est envoyé dans l’habitacle du véhicule pour chauffer celui-ci. Le sixième échangeur thermique 32 est donc lui aussi avantageusement disposé au sein de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation évoquée précédemment.
Le deuxième point de divergence 30 peut comprendre un organe de régulation 33 pouvant, tout comme l’élément de régulation 24, se présenter sous la forme une vanne trois voies proportionnelle permettant une sélection de la répartition entre le fluide caloporteur circulant vers le cinquième échangeur thermique 27 ou vers le sixième échangeur thermique 32 en fonction du besoin.
Le circuit de fluide caloporteur 3 est également équipé d’une cinquième branche 34 s’étendant entre un troisième point de jonction 35 disposé sur la troisième branche 23, et un quatrième point de jonction 36 disposé sur la première branche 14 entre le deuxième point de jonction 47 et le premier point de convergence 17.
La cinquième branche 34 comprend un quatrième dispositif de pompage 37 et un septième échangeur thermique 38 configuré pour traiter thermiquement un moteur électrique par le fluide caloporteur. En fonction de la situation, le moteur électrique doit être chauffé, par exemple au démarrage du véhicule, ou refroidi, par exemple en cas de dégagement de chaleur extrême dû à une grande vitesse du véhicule.
Enfin, le circuit de fluide caloporteur comprend une sixième branche 39 et une septième branche 40. La sixième branche 39 s’étend entre un cinquième point de jonction 41 disposé sur la cinquième branche 34 entre le troisième point de jonction 35 et le quatrième dispositif de pompage 37, et un sixième point de jonction 42 disposé sur la deuxième boucle 25 entre le cinquième échangeur thermique 27 et le deuxième point de convergence 31.
La septième branche 40 s’étend entre un septième point de jonction 43 disposé sur la cinquième branche 34 entre le septième échangeur thermique 38 et le quatrième point de jonction 36, et un huitième point de jonction 44 disposé sur la deuxième boucle 25 entre le deuxième point de divergence 30 et le cinquième échangeur thermique 27.
La sixième branche 39 et la septième branche 40 garantissent une liaison fluidique entre le cinquième échangeur thermique 27 et le quatrième échangeur thermique 19 et/ou le septième échangeur thermique 38. Cela permet principalement de mettre en œuvre une dissipation thermique passive des calories du moteur électrique et/ ou du dispositif de stockage électrique à l’aide du flux d’air extérieur 28. Le septième point de jonction 43 peut comprendre un dispositif de régulation 45 pouvant être une vanne trois voies et assurant de participer à une circulation du fluide caloporteur correspondante au mode de fonctionnement souhaité.
Les figures 2 à 7 illustrent chacune un mode de fonctionnement particulier au système de traitement thermique 1. La liste de ces modes de fonctionnement n’est pas exhaustive et une pluralité d’autres modes de fonctionnement non illustrés pourront être mis en œuvre au sein du système de traitement thermique 1. Pour chacune des figures 2 à 7, les traits pleins indiquent une circulation de fluide tandis que les traits en pointillés représentent une absence de circulation de fluide. Le sens de circulation du fluide est par ailleurs représenté par des flèches.
Pour les modes de fonctionnement illustrés aux figures 2 à 6, le fluide réfrigérant circule dans le circuit de fluide réfrigérant 2 selon la boucle unique illustrée sur chaque figure. La circulation de fluide réfrigérant est représentée par des traits pleins épais lorsque le fluide réfrigérant est à haute pression, et par des traits pleins fins lorsque le fluide réfrigérant est à basse pression.
Ainsi, pour chaque mode de fonctionnement illustré sur les figures 2 à 6, le fluide réfrigérant est mis en circulation et comprimé par le dispositif de compression 4 à haute pression. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le premier échangeur thermique 5 en étant à haute température et cède donc ses calories au fluide caloporteur qui circule également au sein du premier échangeur thermique 5. Cet échange de chaleur permet d’une part de chauffer le fluide caloporteur, d’autre part de refroidir et de condenser le fluide réfrigérant afin de mettre en œuvre le cycle thermodynamique du fluide réfrigérant.
En sortie du premier échangeur thermique 5, le fluide réfrigérant est au moins partiellement condensé et circule jusqu’à l’échangeur de chaleur interne 8 où il est davantage refroidi par le fluide réfrigérant basse pression circulant également au sein de l’échangeur de chaleur interne 8. Cet échange de chaleur améliore l’équilibre thermodynamique du fluide réfrigérant et facilite par ailleurs la détente du fluide réfrigérant à haute pression par la suite.
Le fluide réfrigérant, en sortie de l’échangeur de chaleur interne 8 est détendu par l’organe de détente 6. Le fluide réfrigérant est donc maintenant à basse pression et à basse température et traverse alors le deuxième échangeur thermique 7. Le fluide réfrigérant capte les calories du fluide caloporteur qui circule également au sein du deuxième échangeur thermique 7. Cet échange de chaleur permet d’une part de refroidir le fluide caloporteur, d’autre part de chauffer et d’évaporer le fluide réfrigérant afin d’achever le cycle thermodynamique du fluide réfrigérant.
En sortie du deuxième échangeur thermique 7, le fluide réfrigérant basse pression circule dans l’échangeur de chaleur interne 8 et est chauffé par le fluide réfrigérant haute pression. Le fluide réfrigérant basse pression circule ensuite jusqu’au dispositif d’accumulation 9 où une potentielle fraction liquide de fluide réfrigérant est retenue, puis est de nouveau comprimé par le dispositif de compression 4.
Tel que cela a été mentionné précédemment, la circulation du fluide réfrigérant dans le circuit de fluide réfrigérant 2 est identique pour les modes de fonctionnement illustrés pour les figures 2 à 6. Seule la circulation du fluide caloporteur dans le circuit de fluide caloporteur 3 sera donc décrite par la suite pour chacun desdits modes de fonctionnement.
La figure 2 représente un premier mode de fonctionnement du système de traitement thermique 1. Ce premier mode de fonctionnement a pour objectif de déshumidifier le flux d’air intérieur 13 destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule. La déshumidification consiste à faire circuler du fluide caloporteur à la fois au sein du troisième échangeur thermique 12 et du sixième échangeur thermique 32 afin de déshumidifier le flux d’air intérieur 13. Ce procédé évite d’envoyer un flux d’air humide dans l’habitacle qui peut causer plusieurs inconvénients comme la formation de buée sur les vitres du véhicule pouvant nuire à la visibilité, ou encore une gêne pour les occupants de l’habitacle du véhicule. Pour ce premier mode de circulation, le fluide caloporteur circule notamment au sein de la première boucle 10. Après avoir été mis en circulation par le premier dispositif de pompage n, le fluide caloporteur est refroidi au sein du deuxième échangeur thermique 7 par le fluide réfrigérant à basse pression, puis circule jusqu’au premier point de divergence 24 où il se sépare en deux fractions. Une première fraction de fluide caloporteur poursuit sa circulation dans la première boucle 10 jusqu’au troisième échangeur thermique 12 afin de refroidir le flux d’air intérieur 13 traversant le troisième échangeur thermique 12.
Une deuxième fraction de fluide caloporteur circule quant à elle dans la troisième branche 23 puis dans une portion de la cinquième branche 34 jusqu’au cinquième point de jonction 41 pour circuler dans la sixième branche 39 jusqu’à rejoindre la deuxième boucle 25 et traverser le cinquième échangeur thermique 27 afin que le flux d’air extérieur 28 chauffe la deuxième fraction. Par la suite, la deuxième fraction circule dans la septième branche 40, puis dans la cinquième branche 34 vers le quatrième point de jonction 36 grâce au dispositif de régulation 45, puis rejoint le premier point de convergence 17 via la première branche 14. Les deux fractions se rejoignent donc au niveau du premier point de convergence 17 et l’élément de régulation 46 permet un contrôle de débit entre les deux fractions afin de réguler la température globale le plus efficacement possible. Le fait de séparer le fluide caloporteur en deux fractions permet d’optimiser le chauffage de celui-ci à travers le troisième échangeur thermique 12 et le cinquième échangeur thermique 27, et ce dans le but d’optimiser le cycle thermodynamique du fluide réfrigérant en favorisant l’évaporation de celui-ci au sein du deuxième échangeur thermique 7.
En parallèle, une autre circulation du fluide caloporteur est également mise en œuvre au sein du circuit de fluide caloporteur 3, plus particulièrement au niveau de la quatrième branche 29. Le fluide caloporteur est mis en circulation par le troisième dispositif de pompage 26 et traverse le premier échangeur thermique 5 pour être chauffé par le fluide réfrigérant à haute pression. Le fluide caloporteur chauffé circule ensuite jusqu’au deuxième point de divergence 30 où l’organe de régulation 33 le dirige intégralement au sein de la quatrième branche. Le fluide caloporteur chauffé traverse alors le sixième échangeur thermique 32. En circulant au sein du sixième échangeur thermique 32, le fluide caloporteur réchauffe alors le flux d’air intérieur 13. En sortie du sixième échangeur thermique 32, le fluide caloporteur rejoint le point de convergence 31 et est de nouveau pompé par le troisième dispositif de pompage 26.
Ainsi, avant d’être envoyé dans l’habitacle du véhicule, le flux d’air intérieur 13 est dans un premier temps refroidi en traversant le troisième échangeur thermique 12. Le refroidissement du flux d’air intérieur 13 permet de condenser l’humidité qui y est présente et de la retenir. Le flux d’air intérieur 13 sort ainsi du troisième échangeur thermique 12 froid et sec.
Ensuite, l’objectif étant de chauffer l’habitacle du véhicule tout en le déshumidifiant, le flux d’air intérieur 13 traverse le sixième échangeur thermique 32 pour y être chauffé. Le flux d’air intérieur 13 est ainsi envoyé dans l’habitacle du véhicule chaud et sec.
La figure 3 représente un deuxième mode de fonctionnement du système de traitement thermique 1, dont le but est de chauffer l’habitacle du véhicule. Pour ce faire, tel que cela est décrit pour le deuxième mode de fonctionnement, le fluide caloporteur circule dans une portion de la deuxième boucle 25 et dans la quatrième branche 29 pour être chauffé par le fluide réfrigérant au sein du premier échangeur thermique 5 puis pour chauffer le flux d’air intérieur 13 en circulant au sein du sixième échangeur thermique 32.
Toutefois le cycle thermodynamique doit être complété par l’évaporation au sein du deuxième échangeur thermique 7. Contrairement au premier mode de réalisation, le fluide caloporteur ne peut être réchauffé par le flux d’air intérieur 13 au sein du troisième échangeur thermique 12 car la déshumidification n’est pas demandée.
Pour pallier cela, le fluide caloporteur mis en circulation par le premier dispositif de pompage 11 est refroidi au sein du deuxième échangeur thermique 7 puis circule intégralement dans la troisième branche 23 et se sépare en deux fractions au niveau du troisième point de jonction 35. La première fraction de fluide caloporteur poursuit sa circulation dans la troisième branche 23 jusqu’au premier point de jonction 16.
La première vanne 21 est fermée tandis que la deuxième vanne 22 est ouverte, afin que la première fraction circule dans la deuxième branche 15 pour être chauffé par l’élément de chauffage électrique 20 qui permet un transfert de calories en lieu et place du flux d’air intérieur 13 tel que cela est illustré dans le premier mode de fonctionnement.
La circulation de la deuxième fraction quant à elle est identique à ce qui est décrit pour le premier mode de fonctionnement. La deuxième fraction circule dans une portion de la cinquième branche 34 jusqu’au cinquième point de jonction 41 pour circuler ensuite dans la sixième branche 39 jusqu’à rejoindre la deuxième boucle 25 et traverser le cinquième échangeur thermique 27 afin que le flux d’air extérieur 28 chauffe la deuxième fraction. Par la suite, la deuxième fraction circule dans la septième branche 40, puis dans la cinquième branche 34 vers le quatrième point de jonction 36 grâce au dispositif de régulation 45.
Les deux fractions se rejoignent au niveau du quatrième point de jonction 36 puis rejoignent la première boucle 10 grâce à l’élément de régulation 46. Ici l’évaporation du fluide réfrigérant au sein du deuxième échangeur thermique 7 se fait d’une part d’une manière passive au sein du cinquième échangeur thermique 27 grâce au flux d’air extérieur 28, d’autre part via l’élément de chauffage électrique 20 en faisant circuler une partie du fluide caloporteur au sein de la deuxième branche 15.
La figure 4 représente un troisième mode de fonctionnement du système de traitement thermique 1 selon l’invention. Ce troisième mode de fonctionnement consiste à refroidir à la fois l’habitacle du véhicule et le dispositif de stockage électrique. Comme ce qui est illustré en figure 2, le fluide caloporteur circulant dans la première boucle 10 se sépare en deux fractions au niveau du premier point de divergence 24. Un tel mode de fonctionnement s’inscrit dans un contexte de mise en œuvre d’un procédé de traitement thermique au cours duquel le fluide caloporteur se sépare en deux fractions, assurant ici un traitement thermique simultané de l’habitacle du véhicule et d’un élément de la chaîne de traction du véhicule à l’aide d’un seul échangeur thermique opérant un refroidissement du fluide caloporteur via le fluide réfrigérant.
La première fraction poursuit sa circulation dans la première boucle 10 jusqu’à traverser le troisième échangeur thermique 12 pour que le flux d’air intérieur 13 soit refroidi et soit envoyé par la suite dans l’habitacle pour le refroidir.
La deuxième fraction circule dans la troisième branche 23 puis dans la première branche 14 pour traverser le quatrième échangeur thermique 19 dans le but de refroidir le dispositif de stockage électrique.
En sortie du quatrième échangeur thermique 19, la deuxième fraction circule jusqu’au deuxième point de jonction 47 à partir duquel une partie de la deuxième fraction va circuler dans la deuxième branche 15, circule au sein de l’élément de chauffage électrique 20 sans conséquence car ce dernier est inactif, puis rejoint de nouveau la première branche 14 via le premier point de jonction 16. Une telle recirculation permet de réchauffer sensiblement le fluide caloporteur provenant directement du deuxième échangeur thermique 17 avec du fluide caloporteur ayant déjà traversé le quatrième échangeur thermique 19 et qui est donc à plus haute température. Cette configuration a pour objectif de faire circuler dans le quatrième échangeur thermique 19 du fluide caloporteur à une température modérément faible afin de ne pas créer un dysfonctionnement du dispositif de stockage électrique en le refroidissant trop brusquement. De ce fait, la première vanne 21 et la deuxième vanne 22 sont toutes deux ouvertes.
Cette configuration permet également de constater que la deuxième branche 15 autorise la circulation de fluide caloporteur selon les deux sens de circulation. En effet, dans ce troisième mode de circulation, le fluide caloporteur circule dans la deuxième branche 15 selon un sens de circulation opposé au sens de circulation tel qu’illustré par exemple sur la figure 3. Ainsi, le fluide caloporteur peut circuler dans la deuxième branche 15 selon l’un ou l’autre des sens de circulation en fonction du mode de fonctionnement actif. A l’exception de la partie de fluide caloporteur circulant dans la deuxième branche 15, la deuxième fraction, en sortie du quatrième échangeur thermique 19, circule dans la première branche 14 jusqu’à rejoindre la première fraction au niveau du premier point de convergence 17.
Pour compléter le cycle thermodynamique, le fluide réfrigérant doit être condensé au sein du premier échangeur thermique 5. Pour ce faire, le fluide caloporteur circule également au sein de la deuxième boucle 25 pour capter les calories du fluide réfrigérant au sein du premier échangeur thermique 5. Ceci étant fait, le fluide caloporteur poursuit sa circulation exclusivement dans la deuxième boucle 25 jusqu’au cinquième échangeur thermique 27 afin que les calories captées soient dissipées via le flux d’air extérieur 28. Le fluide caloporteur rejoint alors de nouveau le premier échangeur thermique 5 toujours en circulant au sein de la deuxième boucle 25.
La figure 5 représente un quatrième mode de fonctionnement du système de traitement thermique 1 selon l’invention. Ce quatrième mode de fonctionnement permet de simultanément refroidir l’habitacle du véhicule, le dispositif de stockage électrique et le moteur électrique.
La circulation du fluide caloporteur passant au sein du deuxième échangeur thermique 7 pour y être refroidi est identique à ce qui a été décrit en figure 4, avec une première fraction refroidissant le flux d’air intérieur 13 en circulant au sein du troisième échangeur thermique 12 et une deuxième fraction refroidissant le dispositif de stockage électrique en circulant au sein du quatrième échangeur thermique 19 avec une partie recirculant via le deuxième branche 15 pour ne pas opérer un refroidissement avec un fluide caloporteur trop froid.
Également tout comme pour le précédent mode de fonctionnement, le fluide caloporteur circule dans la deuxième boucle 25 pour condenser le fluide réfrigérant en captant ses calories au sein du premier échangeur thermique 5. Ces calories sont ensuite dissipées par le flux d’air extérieur 28 lorsque le fluide caloporteur circule dans la deuxième boucle 25 jusqu’à traverser le cinquième échangeur thermique 27. La différence avec le précédent mode de fonctionnement est qu’en sortie du cinquième échangeur thermique 27, le fluide caloporteur est divisé en deux fractions au niveau du sixième point de jonction 42. Une première fraction poursuit sa circulation dans la deuxième boucle 25 jusqu’à rejoindre le troisième dispositif de pompage 26.
Une deuxième fraction circule quant à elle au sein de la sixième branche 39 afin de rejoindre la cinquième branche 34 via le cinquième point de jonction 41. La circulation de ladite deuxième fraction est mise en œuvre par le quatrième dispositif de pompage 37. La deuxième fraction traverse ainsi le septième échangeur thermique 38 afin de refroidir le moteur électrique. Ce mode de fonctionnement ne s’applique que lorsque le moteur électrique doit être refroidi de manière modérée avec du fluide caloporteur dont les calories ont été dissipées par le flux d’air extérieur 28.
En sortie du septième échangeur thermique 38, la deuxième fraction circule jusqu’au septième point de jonction 43 où le dispositif de régulation 45 la fait circuler au sein de la septième branche 40 jusqu’à rejoindre la deuxième boucle 25 et la première fraction via le huitième point de jonction 44. Les calories du fluide caloporteur sont par la suite de nouveau dissipées par le flux d’air extérieur 28 en circulant au sein du cinquième échangeur thermique 27.
Ce quatrième mode de fonctionnement permet d’observer que, tout comme la deuxième branche 15, la sixième branche 39 et la septième branche 40 autorisent également une circulation de fluide caloporteur selon les deux sens de circulation. En effet, tel que cela est illustré sur la figure 5, le fluide caloporteur circule dans la sixième branche 39 et dans la septième branche 40 selon un sens de circulation opposé au sens de circulation du fluide caloporteur dans ces deux mêmes branches lorsque c’est par exemple le premier mode de circulation qui est actif, tel que cela est illustré sur la figure 2. Ainsi, le fluide caloporteur peut circuler dans la sixième branche 39 et dans la septième branche 40 selon l’un ou l’autre des sens de circulation en fonction du mode de fonctionnement actif. La figure 6 représente un cinquième mode de fonctionnement du système de traitement thermique 1 selon l’invention. Ce consiste en une déshumidification de l’habitacle du véhicule tout en refroidissant également le dispositif de stockage électrique.
Le fluide caloporteur circulant au sein du premier échangeur thermique 5 est chauffé par le fluide réfrigérant à haute pression et est séparé en deux fractions au niveau du deuxième point de divergence 30 grâce à l’organe de régulation 33 qui permet de déterminer la quantité de fluide caloporteur dans chacune desdites fractions. La première fraction circule dans la quatrième branche 29 et cède ses calories au flux d’air intérieur 13 en circulant au sein du sixième échangeur thermique 32. La deuxième fraction poursuit sa circulation dans la deuxième boucle 25 jusqu’au cinquième échangeur thermique 27 afin que les calories captées par la deuxième fraction dans le premier échangeur thermique 5 soient dissipées par le flux d’air extérieur 28 au sein du cinquième échangeur thermique 27. Les deux fractions se rejoignent par la suite au niveau du deuxième point de convergence 31.
Au niveau du deuxième échangeur thermique 7 le fluide caloporteur y est refroidi et circule jusqu’au premier point de divergence 24 pour être également séparé en deux fractions. La première fraction poursuit sa circulation dans la première boucle 10 pour traverser le troisième échangeur thermique 12 et refroidir ainsi le flux d’air intérieur 13. La fonction de déshumidification est donc ici bien mise en œuvre car le flux d’air intérieur 13 est dans un premier temps refroidi par le fluide caloporteur circulant dans le troisième échangeur thermique 12, puis est réchauffé par le fluide caloporteur circulant dans le sixième échangeur thermique 32.
La deuxième fraction formée au niveau du premier point de divergence 24 circule dans la troisième branche 23, puis dans la première branche 14 en étant pompé dans le deuxième dispositif de pompage 18. La deuxième fraction circule ensuite au sein du quatrième échangeur thermique 19 afin de refroidir le dispositif de stockage électrique, puis poursuit sa circulation jusqu’à rejoindre la première boucle 10 via le premier point de convergence 17- Tel que cela est illustré sur la figure 6, la première vanne 21 est ouverte tandis que la deuxième vanne 22 est fermée. En fonction de la température du fluide caloporteur et/ou de la température du dispositif de stockage électrique, une recirculation du fluide caloporteur via la deuxième branche 15 n’est pas forcément nécessaire. Il est toutefois possible de mettre en œuvre le cinquième mode de fonctionnement avec une recirculation du fluide caloporteur via la deuxième branche 15, tel que cela est par exemple illustré aux figures 4 et 5.
La figure 7 représente un sixième mode de fonctionnement du système de traitement thermique 1 selon l’invention. Ce sixième mode de fonctionnement est particulier car contrairement aux modes de fonctionnement précédents, le circuit de fluide réfrigérant 2 est inactif et le fluide réfrigérant ne circule donc pas. Ainsi, ce sixième mode de réalisation consiste en un chauffage de l’habitacle du véhicule mis en œuvre en cas d’urgence, par exemple en cas de panne du circuit de fluide réfrigérant 2. Ce mode de fonctionnement s’inscrit également dans le cadre du procédé de traitement thermique au cours duquel le fluide caloporteur se sépare en deux fractions.
Dans ce mode, le fluide caloporteur est mis en circulation par le premier dispositif de pompage 11 et traverse le deuxième échangeur thermique 7 sans conséquence car le circuit de fluide réfrigérant 2 est inactif. Le fluide caloporteur se sépare en deux fractions au niveau du premier point de divergence 24. La première fraction poursuit sa circulation dans la première boucle 10 et circule au sein du troisième échangeur thermique 12 avant de rejoindre la deuxième fraction au niveau du premier point de convergence 17.
La deuxième fraction circule quant à elle dans la troisième branche 23 jusqu’au premier point de jonction 16, puis circule exclusivement dans la deuxième branche 15. Dans ce mode de fonctionnement, la première vanne 21 est fermée tandis que la deuxième vanne 22 est ouverte. En circulant dans la deuxième branche 15, la deuxième fraction est chauffée par l’élément de chauffage électrique 20, puis rejoint la première fraction au niveau du premier point de convergence 17 via la première branche 14. On comprend ainsi qu’ici, le fluide caloporteur accumule des calories via la deuxième fraction chauffée par l’élément de chauffage électrique 20, et cède par la suite ces calories via la première fraction circulant au sein du troisième échangeur thermique 12. Ce dernier, normalement utilisé pour refroidir le flux d’air intérieur 13, est exceptionnellement utilisé ici pour chauffer le flux d’air intérieur 13 de manière spécifique à ce sixième mode de fonctionnement.
D’autres modes de fonctionnement non illustrés sont également opérationnels grâce au système de traitement thermique 1 selon l’invention. De manière non exhaustive, parmi les fonctions non illustrées, il est par exemple possible de refroidir de manière intense le moteur électrique en connectant fluidiquement le deuxième échangeur thermique 7 au septième échangeur thermique 38, de refroidir passivement le dispositif de stockage électrique en connectant fluidiquement le quatrième échangeur thermique 19 au cinquième échangeur thermique 27, ou encore de chauffer le dispositif de stockage électrique avec la chaleur dégagée par le moteur électrique en connectant fluidiquement le quatrième échangeur thermique 19 au septième échangeur thermique 38.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.
L’invention, telle qu’elle vient d’être décrite, atteint bien le but qu’elle s’était fixée, et permet de proposer un système de traitement thermique apte à mettre en œuvre une pluralité de modes de fonctionnement en ne comprenant qu’un unique échangeur thermique dédié au refroidissement d’un fluide caloporteur via un fluide réfrigérant. Des variantes non décrites ici pourraient être mises en œuvre sans sortir du contexte de l’invention, dès lors que, conformément à l’invention, elles comprennent un système de traitement thermique conforme à l’invention.

Claims

REVENDICATIONS
1- Système de traitement thermique (1) d’un véhicule, comprenant un circuit de fluide réfrigérant (2) destiné à être parcouru par un fluide réfrigérant et un circuit de fluide caloporteur (3) destiné à être parcouru par un fluide caloporteur, le circuit de fluide réfrigérant (2) comprenant au moins un dispositif de compression (4), un organe de détente (6), ainsi qu’un premier échangeur thermique (5) et un deuxième échangeur thermique (7) configurés pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur, le circuit de fluide caloporteur (3) comprenant une première boucle (10), une première branche (14) et une deuxième branche (15), la première boucle (10) comprenant un premier dispositif de pompage (11), le deuxième échangeur thermique (7) et un troisième échangeur thermique (12) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et un flux d’air intérieur (13) destiné à être envoyé dans un habitacle du véhicule, la première branche (14) s’étendant entre un premier point de jonction (16) et un premier point de convergence (17) disposé sur la première boucle (10) entre le troisième échangeur thermique (12) et le premier dispositif de pompage (11) et comprenant un deuxième dispositif de pompage (18) et un quatrième échangeur thermique (19) configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique du véhicule, la deuxième branche (15) s’étendant entre le premier point de jonction (16) et un deuxième point de jonction (47) disposé sur la première branche (14) entre le quatrième échangeur thermique (19) et le premier point de convergence (17), caractérisé en ce que le circuit de fluide caloporteur (3) comprend une troisième branche (23) reliant fluidiquement la première boucle (10) à la première branche (14) et à la deuxième branche (15), la troisième branche (23) débutant à un premier point de divergence (24) disposé sur la première boucle (10) entre le deuxième échangeur thermique (7) et le troisième échangeur thermique (12) et s’étendant jusqu’au premier point de jonction (16).
2- Système de traitement thermique (1) selon la revendication 1, dans lequel le circuit de fluide caloporteur (3) comprend une deuxième boucle (25) comportant un troisième dispositif de pompage (26), le premier échangeur thermique (5) et un cinquième échangeur thermique (27) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et un flux d’air extérieur (28) à l’habitacle du véhicule.
3- Système de traitement thermique (1) selon la revendication 2, dans lequel le circuit de fluide caloporteur (3) comprend une quatrième branche (29) débutant à un deuxième point de divergence (30) disposé sur la deuxième boucle (25) entre le premier échangeur thermique (5) et le cinquième échangeur thermique (27) et se terminant à un deuxième point de convergence (31) disposé sur la deuxième boucle (25) entre le cinquième échangeur thermique (27) et le troisième dispositif de pompage (26), la quatrième branche (29) comprenant un sixième échangeur thermique (32) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le flux d’air intérieur (13).
4- Système de traitement thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième point de divergence (30) comprend un organe de régulation (33) configuré pour réguler le débit de fluide caloporteur circulant vers le cinquième échangeur thermique (27) et/ou vers le sixième échangeur thermique (32).
5- Système de traitement thermique (1) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le circuit de fluide caloporteur (3) comprend une cinquième branche (34) s’étendant entre un troisième point de jonction (35) disposé sur la troisième branche (23) et un quatrième point de jonction (36) disposé sur la première branche (14) entre le deuxième point de jonction (47) et le premier point de convergence (17), la cinquième branche (34) comprenant un quatrième dispositif de pompage (37) et un septième échangeur thermique (38) configuré pour traiter thermiquement un moteur électrique du véhicule.
6- Système de traitement thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le circuit de fluide caloporteur (3) comprend une sixième branche (39) et une septième branche (40), la sixième branche (39) s’étendant entre un cinquième point de jonction (41) disposé sur la cinquième branche (34) entre le troisième point de jonction (35) et le quatrième dispositif de pompage (37) et un sixième point de jonction (42) disposé sur la deuxième boucle (25) entre le cinquième échangeur thermique (27) et le deuxième point de convergence (31), la septième branche (40) s’étendant entre un septième point de jonction (43) disposé sur la cinquième branche (34) entre le septième échangeur thermique (38) et le quatrième point de jonction (36) et un huitième point de jonction (44) disposé sur la deuxième boucle (25) entre le deuxième point de divergence (30) et le cinquième échangeur thermique (27).
7- Système de traitement thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la sixième branche (39) et/ ou la septième branche (40) sont configurées pour autoriser une circulation du fluide caloporteur selon un premier sens de circulation ou selon un deuxième sens de circulation opposé au premier sens de circulation.
8- Système de traitement thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première branche (14) et la deuxième branche (15) comprennent respectivement une première vanne (21) et une deuxième vanne (22) configurées pour contrôler la circulation du fluide caloporteur dans la première branche (14) et dans la deuxième branche (15)-
9- Système de traitement thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième branche (15) comprend un élément de chauffage électrique (20).
10- Système de traitement thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième branche (15) est configurée pour autoriser une circulation du fluide caloporteur selon un premier sens de circulation ou selon un deuxième sens de circulation opposé au premier sens de circulation.
11- Système de traitement thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier point de convergence (17) comprend un élément de régulation (46) configuré pour réguler le débit de fluide caloporteur circulant au sein du troisième échangeur thermique (12) et/ou dans la première branche (14).
12- Système de traitement thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 6 à 11, en combinaison avec la revendication 6, dans lequel le septième point de jonction (43) comprend un dispositif de régulation (45). 13- Procédé de traitement thermique d’un véhicule, mis en œuvre par un système de traitement thermique (i) selon l’une quelconque des revendications précédentes, au cours duquel :
- on fait circuler le fluide caloporteur au sein de la première boucle (10),
- on sépare le fluide caloporteur circulant dans la première boucle (10) en deux fractions de fluide caloporteur, une première fraction de fluide caloporteur circulant dans la première boucle (10) et traversant le troisième échangeur thermique (12), une deuxième fraction de fluide caloporteur circulant dans la troisième branche (23).
14- Procédé de traitement thermique selon la revendication précédente, au cours duquel :
- on fait circuler le fluide réfrigérant dans le circuit de fluide réfrigérant (2),
- on fait circuler la deuxième fraction de fluide caloporteur dans la première branche (14) via la troisième branche (23) pour traverser le quatrième échangeur thermique (19),
- en sortie du quatrième échangeur thermique (19), on fait recirculer une partie de la deuxième fraction dans la première branche (14) en amont du quatrième échangeur thermique (19) via la deuxième branche (15).
15- Procédé de traitement thermique selon la revendication 13, mis en œuvre par un système de traitement thermique (1) selon la revendication 9, au cours duquel :
- on fait circuler la deuxième fraction de fluide caloporteur dans la deuxième branche (15) via la troisième branche (23) pour traverser l’élément de chauffage électrique (20).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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