FR3142693A1 - Système de conditionnement thermique - Google Patents

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Abstract

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

Description

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

Claims (15)

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