WO2019122713A1 - Circuit de fluide refrigerant pour vehicule, adapte a une charge rapide d'un dispositif de stockage electrique - Google Patents

Circuit de fluide refrigerant pour vehicule, adapte a une charge rapide d'un dispositif de stockage electrique Download PDF

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refrigerant
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storage device
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Mohamed Yahia
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Valeo Systemes Thermiques
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Definitions

  • the field of the present invention is that of refrigerant fluid circuits for a vehicle, especially for a motor vehicle.
  • Motor vehicles are commonly equipped with a refrigerant circuit used to heat or cool different areas or different components of the vehicle. It is in particular known to use this refrigerant circuit to thermally treat a flow of air into the passenger compartment of the vehicle equipped with such a circuit.
  • this circuit In another application of this circuit, it is known to use it to cool an electrical storage device of the vehicle, the latter being used to supply energy to an electric motor capable of moving the vehicle.
  • the refrigerant circuit thus provides the energy capable of cooling the electric storage device during its use in rolling phases.
  • the refrigerant circuit is thus sized to cool the electrical storage device for temperatures that remain moderate.
  • a new charging technique has appeared recently. It consists of charging the electrical storage device with high voltage and amperage, so as to charge the electrical storage device in a maximum of a few tens of minutes. This rapid charge involves a heating of the electrical storage device that should be treated. In addition, the possibility must be considered that the occupants of the vehicle remain inside the vehicle all or part of the charging time mentioned above. It is then also necessary to heat treat the cabin during this fast charge to maintain comfort conditions acceptable to the occupants, in particular when the temperature outside the vehicle exceeds 30 ° C. These two requests for cooling imply a dimensioning of the system which makes it not very compatible with the constraints of the current motor vehicles, in particular the vehicles driven by an electric motor.
  • the technical problem therefore lies in the ability on the one hand to dissipate the calories generated by the electrical storage device during the fast charge, and on the other hand to cool the cabin, both by limiting consumption and / or congestion and / or the noise pollution of a system capable of simultaneously performing both functions.
  • the invention is in this context and proposes a technical solution that contributes to the achievement of this dual objective, that is to say, maintain the electrical storage device below a threshold temperature during a fast charge and cool the vehicle interior, by means of a refrigerant circuit cleverly designed to operate with a first compression device in rolling phase, and implementing a second compression device when the vehicle is fast charging.
  • the invention therefore relates to a motor vehicle circuit configured to be traversed by a refrigerant, the circuit comprising at least one main branch comprising at least one main heat exchanger, and a first branch and a second branch that extend between a point of divergence and a point of convergence and which are both arranged in series with the main branch, the first branch comprising at least a first expansion member and a first heat exchanger configured to heat-treat an electrical storage device of the vehicle, the second branch comprising at least a second expansion member and a second heat exchanger configured to heat-treat a passenger compartment of the vehicle, characterized in that the first branch comprises a first compression device and in that the second branch comprises a second compression device independent of the pre first compression device.
  • the invention also makes it possible to put into operation the two compression devices when a rapid charging phase of the electrical storage device is activated, while the occupants remain in the vehicle and it is then necessary to cool the passenger compartment.
  • the second compression device is independent of the first compression device in that one of the compression devices can be active while the other compression device is inactive, or simultaneously rotate at different speeds of rotation.
  • This organization avoids dimensioning components, including the compression device, for so-called rapid charge phases of use ultimately short compared to the so-called rolling use phases, where the energy requirement is lower.
  • This organization of the circuit also makes it possible to limit the acoustic nuisances by operating two compression devices at speeds below an acceptable acoustic threshold, which would not be the case with a single compression device which would then impose a very high speed of rotation. high during the fast charge, and therefore an acoustic nuisance for the occupants remaining in the vehicle.
  • the coolant is for example a subcritical fluid, such as that known under the reference R134A or 1234YF.
  • the fluid can be supercritical, such as the carbon dioxide whose reference is R744.
  • the refrigerant circuit according to the invention is a closed circuit which implements a thermodynamic cycle.
  • the compression device is for example a compressor, and the invention finds a particular application when the compressor is an electric compressor with fixed displacement and variable speed. It is thus possible to control the thermal power of the circuit according to the invention.
  • the first branch is in parallel with the second branch, given the refrigerant fluid.
  • the point of divergence is the area of the circuit where the main branch splits in two, forming the first branch and the second branch.
  • the point of convergence is the area of the circuit where the first branch and the second branch join to form the main branch.
  • the main heat exchanger can be installed on the front of the vehicle. This main heat exchanger can thus be used as a condenser, or gas cooler in the case of a super-critical fluid, or as an evaporator when the circuit operates in heat pump.
  • the first heat exchanger is configured to heat treat an electrical storage device of the vehicle. It is thus specifically dedicated to this electrical storage device and does not have the function of cooling another component.
  • the first heat exchanger exchanges heat between the refrigerant and the vehicle's electrical storage device, either directly, ie by convection between the first exchanger and the electrical storage device, or indirectly via a fluid loop. coolant, the latter being intended to transport the calories of the electrical storage device to the first heat exchanger. It is therefore understood that the cooling of the electrical storage device can be indirect. Alternatively, the first heat exchanger may be in contact with the electrical storage device. In such a case, the cooling of the electrical storage device is direct.
  • the circuit according to the invention may comprise a refrigerant storage device arranged in the portion of the second branch located between the second heat exchanger and the second compression device.
  • At least one pipe connects a portion of the first leg located between the first heat exchanger and the first compression device to a portion of the second leg located between the second heat exchanger and the second compression device.
  • the pipe comprises at least one means for controlling the circulation of the refrigerant fluid within the pipe.
  • the means for controlling the flow of refrigerant within the pipe comprises at least one expansion device of the refrigerant fluid.
  • the means for controlling the flow of refrigerant within the pipe comprises a first non-return valve.
  • the first expansion member and the second expansion member may be electrically actuated expansion members, driven for example by electronic means.
  • the first detent member and / or the second detent member are therefore controlled electrically or electronically. It is the same for the third detent member, as well as for the relaxation device.
  • the circuit may comprise a first pipe arranged in parallel with the pipe.
  • the first pipe includes a second check valve.
  • the circuit may comprise at least a first internal heat exchanger of which a first pass is arranged in the main branch, while a second pass is located in the portion of the first branch located between the first heat exchanger and the first compression device.
  • the circuit may also include a second internal heat exchanger of which a first pass is disposed in the main branch, while a second pass is located in the portion of the second branch between the second heat exchanger and the second compression device.
  • the main branch comprises a refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger disposed between the point of convergence and the main heat exchanger.
  • the first compression device and / or the second compression device may comprise at least one compression mechanism driven by an electric motor whose rotation is placed under the control of a controller.
  • the invention also covers a thermal treatment system of a motor vehicle, comprising an electrical storage device of the motor vehicle and a circuit according to any of the features described herein, wherein the first heat exchanger cooperates with the device. electrical storage so as to ensure at least its cooling.
  • the first heat exchanger also provides heating of the electrical storage device. Such cooling or heating can be carried out directly or indirectly, in particular by passing through a secondary heat transfer fluid circuit.
  • Such a system may comprise a ventilation, heating and / or air-conditioning installation of the passenger compartment of the motor vehicle, in which the second heat exchanger is arranged in, that is to say inside, the installation of ventilation, heating and / or air conditioning.
  • the second heat exchanger is thus arranged to be traversed by an interior air flow sent into the passenger compartment of the motor vehicle.
  • the invention also relates to a method for controlling the temperature of an electric storage device of a motor vehicle, implementing a refrigerant circuit as shown above, in which process the first device is simultaneously activated. compression device and the second compression device during a fast charge of the electrical storage device. Additionally, the method provides that a refrigerant circulation is allowed within the pipe.
  • FIG. 1 is a schematic view of the circuit according to the invention, in a first embodiment
  • FIGS. 2 to 7 schematically illustrate the circuit shown in FIG. 1, operated according to various operating modes of cooling the electrical storage device
  • FIG. 8 is a schematic view of a circuit according to the invention, in a second embodiment
  • FIG. 9 to 14 show the circuit object of Figure 8 operated according to different operating modes of heating the electrical storage device.
  • the circuit according to the invention mainly comprises two refrigerant compression devices, heat exchangers, expansion members, ducts connecting each of these components, and optionally valves or valve.
  • the circuit may also be under the control of a controller that acts on some of these components.
  • upstream and downstream employed in the description which follows refer to the flow direction of the fluid in question, that is to say the coolant, an interior air flow sent to a passenger compartment of the vehicle or an air flow. exterior to a passenger compartment of the vehicle.
  • the refrigerant fluid FR is symbolized by an arrow which illustrates the direction of circulation of the latter in the pipe considered.
  • the solid lines illustrate a portion of the circuit where the refrigerant circulates, while the dashed lines show a lack of circulation of the refrigerant.
  • FIG. 1 thus shows a circuit 1 inside which a refrigerating fluid FR circulates.
  • This circuit 1 is a closed loop where the coolant is circulated by a first compression device 9 and / or by a second compression device 13.
  • these compression devices can take the form of an electric compressor, that is to say a compressor that includes a compression mechanism, an electric motor and possibly a controller. The rotation mechanism is rotated by the electric motor whose speed of rotation is under the control of the controller, which may be external or internal to the compression device concerned.
  • the circuit 1 comprises a main branch 2, a first branch 4 and a second branch 5 which are in series with the main branch 2, so as to form a closed circuit where a thermodynamic cycle takes place.
  • first branch 4 and the second branch 5 separate at a point of divergence 6 and meet at a point of convergence 7. Between these two points, first branch 4 and second branch 5 are in parallel, given the refrigerant fluid FR.
  • the main branch 2 extends from the convergence point 7 to the point of divergence 6 and comprises a main heat exchanger 3.
  • the latter is intended to be traversed by the refrigerant FR and by an outside air flow Fl.
  • This main heat exchanger 3 is the seat of a heat exchange between the refrigerant FR and this outside air flow Fl and it can be used as a condenser, as is the case of the first embodiment, or as evaporator or condenser, as is the case of the second embodiment illustrated in Figures 8 to 14.
  • This main heat exchanger 3 can be installed on the front of the vehicle equipped with the circuit 1 according to the invention and it is in this situation crossed by the outside air flow Fi to the passenger compartment of the vehicle.
  • the first branch 4 starts at the point of divergence 6 and ends at the point of convergence 7, and comprises successively and in the direction of circulation of the refrigerant fluid FR in the first branch 4 a first expansion member 8, a first heat exchanger 10 and a first compression device 9 of the refrigerant fluid FR.
  • the first heat exchanger 10 is thus interposed between an outlet 29 of the first expansion element 8 and an inlet 30 of the first compression device 9.
  • This first heat exchanger 10 is specifically dedicated to the heat treatment of an electrical storage device 11, the function of which is to supply electrical energy to one or more electric motors that set the vehicle in motion.
  • Such an electrical storage device accumulates or restores this electrical energy in order to set the motor vehicle in motion, via the dedicated electric motor.
  • This is for example a battery pack containing several electric cells that store the electric current.
  • the first heat exchanger 10 directly exchanges calories with the electric storage device n, by convection or by conduction. This is called direct heat treatment of the electrical storage device n.
  • the first heat exchanger 10 is thermally associated with the electrical storage device n via a heat transfer fluid loop FC. This is called indirect heat treatment of the electrical storage device n.
  • the heat transfer fluid FC thus captures the calories at the electrical storage device n and transports them to the first heat exchanger 10.
  • the first expansion member 8 acts on a thermal power implemented by the first heat exchanger 10, being able to vary this thermal power of the maximum power of the first heat exchanger 10 at all thermal power below this maximum power , in particular by reducing the passage section of the coolant in the first expansion member 8.
  • the first expansion member 8 is indifferently a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a tube orifice or the like.
  • the first compression device 9 comprises its inlet 30 which is connected to an outlet 32 of the first heat exchanger 10 and an outlet 31 connected to the convergence point 7.
  • the first branch 4 of the circuit 1 also comprises a portion 33 which extends between the first heat exchanger 10, more particularly its outlet 32, and the first compression device 9, in particular its inlet 30.
  • the second branch 5 starts at the point of divergence 6 and ends at the point 7, and comprises successively and in the direction of circulation of the refrigerant fluid FR in the second branch 5 a second expansion member 12, a second heat exchanger 14, a refrigerant storage device 36 and a second compression device 13 of the refrigerant fluid FR.
  • the second heat exchanger 14 and the accumulation device 36 are thus interposed between an outlet 34 of the second expansion element 12 and an inlet 35 of the second compression device 13, the second heat exchanger 14 being disposed upstream of the accumulation device 36, considering the refrigerant fluid.
  • the accumulation device 36 may take the form of an accumulator, in which the liquid phase contained in the refrigerant FR accumulates in the accumulator, and in which the gaseous phase of this same refrigerant FR is sucked by the second device.
  • the storage device 36 may be a desiccant bottle which may advantageously be integrated into the main heat exchanger 3.
  • the second heat exchanger 10 is intended to thermally treat an interior air flow F2 which is sent inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the second heat exchanger 14 can be installed inside a ventilation, heating and / or air conditioning installation 28 which cooperates with the circuit 1, to form a thermal treatment system for the motor vehicle. This second heat exchanger 14 can then be used as an evaporator to cool the interior air flow F2 which is sent into the passenger compartment of the vehicle.
  • the second expansion member 12 acts on a thermal power implemented by the second heat exchanger 14, being able to vary this thermal power to more or less cool the interior air flow F2 sent into the passenger compartment.
  • the second expansion member 12 is indifferently a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a tube orifice or the like.
  • the second compression device 13 comprises its inlet 35 which is connected to an outlet 37 of the accumulation device 36, as well as an outlet 38 connected to the convergence point 7.
  • the second branch 5 of the circuit 1 also comprises a portion 39 which extends between the second heat exchanger 14, more particularly its output 40, and the second compression device 13, in particular its inlet 35.
  • the accumulation device 36 can be disposed in this portion 39 of the second branch 5.
  • the circuit 1 comprises at least one conduit 15 which fluidly connects the portion 33 of the first branch 4 to the portion 39 of the second branch 5.
  • a conduit 15 allows the first branch to communicate 4 and the second branch 5, thus offering the possibility of pooling the use of the two compression devices 9, 13 when the vehicle is in rapid charge and when the occupants of this vehicle require a cooling of the air sent to the vehicle. cabin.
  • the pipe 15 is thus connected to a first point 41 located in the portion 33 of the first leg 4 and to a second point 42 located in the portion 39 of the second leg 5.
  • the circulation of the refrigerant fluid FR in the pipe 15 can be controlled.
  • the pipe 15 may comprise a means 16 for controlling the circulation of the refrigerant fluid FR within the pipe 15.
  • This control means 16 may comprise or consist of an expansion device 17 whose function is either to close the pipe 15, or to open it completely, or to implement a pressure drop so as to generate a relaxation of the refrigerant fluid FR.
  • control means 16 for the circulation of the refrigerant fluid FR within the line 15 can comprise a first nonreturn valve 18. This latter thus allows a circulation of the refrigerant fluid FR of the portion 33 of the first branch 4 towards the portion 39 of the second branch 5, and prohibits such a circulation in the opposite direction, that is to say from the portion 39 of the second branch 5 and to the portion 33 of the first branch 4.
  • the circuit 1 according to the invention may also comprise a first pipe 19 disposed in parallel with the pipe 15, given the refrigerant fluid FR.
  • the first pipe 19 thus extends from the portion 39 of the second branch 5 to the portion 33 of the first branch 4.
  • the first pipe 19 extends between a third point 43 located in the portion 39 of the second branch 5 and the first point 41.
  • the first pipe 19 may comprise a second non-return valve 20.
  • the latter thus allows a circulation of the refrigerant fluid FR of the portion 39 of the second branch 5 to the portion 33 of the first branch 4, and prohibits such circulation in sense inverse, that is to say from the portion 33 of the first branch 4 and towards the portion 39 of the second branch 5.
  • FIG. 2 shows the circuit 1 illustrated in FIG. 1 and used in simultaneous cooling mode of the electric storage device 11 and the passenger compartment. This is particularly the case of a rapid charge imposed on the electrical storage device 11, while the occupants remain in the vehicle during the time of this rapid charge.
  • the two compression devices 9, 13 are in operation and compress the refrigerant fluid FR. These two compression devices 9, 13 thus shared allow to deliver the cooling capacity necessary for cooling the passenger compartment and the electrical storage device 11, without causing acoustic nuisance, for example.
  • the main heat exchanger 3 discharges the calories of the refrigerating fluid FR into the outside air flow Fi.
  • the refrigerant fluid FR then flows into both the first branch 4 and the second branch 5.
  • the first expansion member 8 performs an expansion of the refrigerant fluid FR and the first heat exchanger 10 cools the thermal storage device 11.
  • the refrigerant fluid FR is sucked by the first compression device 9.
  • the second expansion member 12 performs an expansion of the refrigerant FR and the second heat exchanger 14 cools the flow of indoor air F2 sent into the passenger compartment.
  • the refrigerant fluid FR that leaves the second heat exchanger 14 is then sucked by the second compression device 13, after having passed through the accumulation device 36.
  • the pipe 15 can be traversed by a part of the fluid refrigerant FR which leaves the first heat exchanger 10, this part joining the portion 39 of the second branch 5.
  • the second compression device 13 thus compresses a quantity of refrigerant fluid FR which corresponds to the sum of the refrigerant flowing out of the second heat exchanger 14 with the portion of refrigerant flowing through the pipe 15.
  • the expansion device 17 performs a detent which manages the flow rate of the refrigerant fluid which is directed towards the first compression device 9 relative to the portion of refrigerant fluid circulating in the pipe 15.
  • a detent which manages the flow rate of the refrigerant fluid which is directed towards the first compression device 9 relative to the portion of refrigerant fluid circulating in the pipe 15.
  • Such an organization makes it possible to relieve the work of the first compression device 9 by sending a portion of the refrigerant which has cooled the electric storage device 11 to the second compression device 13.
  • Such an organization reduces the size of the first compression device 9 and / or reduce its speed. rotation.
  • FIG. 3 shows the circuit 1 illustrated in FIGS. 1 and 2 and used in the priority cooling mode of the electrical storage device 11, that is to say a mode in which the thermal energy is concentrated to cool the thermal storage device 11. This is notably the case of a rapid charge imposed on the electrical storage device 11, while the occupants do not occupy the vehicle during the time of this fast charge. The cabin is not cooled.
  • the two compression devices 9, 13 are in operation and compress the refrigerant fluid FR. These two compression devices 9, 13 thus shared allow to deliver the cooling capacity necessary for cooling the electrical storage device 11, without causing noise, for example.
  • the main heat exchanger 3 discharges the calories of the refrigerating fluid FR into the outside air flow Fl.
  • the refrigerating fluid FR then circulates exclusively in the first branch 4.
  • the first expansion element 8 carries out an expansion of the refrigerating fluid FR and the first heat exchanger 10 cools the thermal storage device 11.
  • the opening of the first expansion device 8 manages the cooling capacity that must be applied to the cooling device. electrical storage 11.
  • the refrigerating fluid FR is sucked by the first compression device 9 and by the second device compression 13, thanks to the fact that a portion of the refrigerant fluid that has passed through the first heat exchanger 10 passes through the pipe 15 to move towards the second compression device 13.
  • the pipe 15 is traversed by a portion of the refrigerant FR coming out of the first heat exchanger 10, this part joining the portion 39 of the second branch 5.
  • the second device compression 13 thus compresses a quantity of refrigerant fluid FR that runs through the pipe 15.
  • the expansion device 17 is then fully open, without implementing relaxation.
  • Such an organization makes it possible to supply the energy necessary for cooling the electric storage device 11 with reduced acoustic nuisances, since the compression phase is provided by two compression devices 9, 13 which work in parallel.
  • FIG. 4 shows the circuit 1 illustrated in FIGS. 1 to 3 and used in priority cooling mode of the passenger compartment of the vehicle, that is to say a mode in which the thermal energy is concentrated in order to cool the flow of the vehicle rapidly.
  • indoor air F2 sent into the cockpit.
  • This mode can be activated when the temperature outside the passenger compartment is high, for example higher than 30 ° C, and that the users of the vehicle wish to cool very quickly the cabin. The cooling of the electrical storage device 11 is not ensured in this mode.
  • the two compression devices 9, 13 are in operation and compress the refrigerant fluid FR. These two compression devices 9, 13 thus shared allow to deliver the cooling capacity necessary for cooling the passenger compartment in a very short time, without causing noise, for example.
  • the main heat exchanger 3 discharges the calories of the refrigerating fluid FR into the outside air flow Fi.
  • the fluid FR refrigerant then circulates exclusively in the second branch 5, due to the fact that the first expansion member 8 is closed.
  • the second expansion member 12 performs an expansion of the refrigerant FR and the second heat exchanger 14 cools the flow of indoor air F2 sent to the passenger compartment.
  • the opening of the second expansion member 12 manages the cooling capacity that should be applied to the indoor air flow F2 to reach the required temperature in the passenger compartment.
  • the refrigerating fluid FR is sucked by the first compression device 9 and by the second compression device 13, thanks to the fact that part of the refrigerant fluid which has passed through the second heat exchanger 14 passes through the first pipe 19 and the second check valve 20, to move towards the first compression device 9.
  • This first compression device 9 thus compresses a quantity of refrigerant fluid FR which runs through the first pipe 19.
  • the first expansion member 8 is closed, prohibiting any circulation of refrigerant in the first heat exchanger 10.
  • FIG. 5 shows the circuit 1 illustrated in FIGS. 1 to 4 and used in the cooling mode of the passenger compartment of the vehicle, that is to say a mode in which the cooling request of the interior air flow F 2 sent to the cockpit is intermediate.
  • This mode can be activated when the temperature outside the passenger compartment is higher than the occupants' temperature demand, while remaining moderate.
  • the cooling of the electrical storage device 11 is not ensured in this mode.
  • only the second compression device 13 is in operation and compresses the refrigerant fluid FR.
  • the first compression device 9 is not put into operation.
  • This mode thus ensures the heat treatment of the passenger compartment by means of reduced energy consumption, since one of the compression devices is inactive.
  • the acoustic nuisance of circuit 1 is also lowered.
  • the main heat exchanger 3 discharges the calories of the refrigerating fluid FR into the outside air flow Fi.
  • the refrigerant fluid FR then circulates exclusively in the second branch 5, due to the fact that the first expansion member 8 is closed.
  • the second expansion member 12 performs an expansion of the refrigerant FR and the second heat exchanger 14 cools the flow of indoor air F2 sent to the passenger compartment.
  • the opening of the second expansion member 12 manages the cooling capacity that should be applied to the indoor air flow F2 to reach the required temperature in the passenger compartment.
  • the coolant FR is sucked only by the second compression device 13.
  • the first expansion member 8 On the side of the first branch 4, the first expansion member 8 is closed, prohibiting any circulation of refrigerant in the first heat exchanger 10. No refrigerant circulates in the first branch 4.
  • FIG. 6 shows the circuit 1 illustrated in FIGS. 1 to 5 and used in moderate and simultaneous cooling mode of the electric storage device 11 and the passenger compartment. This is particularly the case of a highway run phase, at an outside temperature for example greater than 25 ° C, and where the Electrical storage 11 heats moderately in response to its supply of electrical energy.
  • the first expansion element 8 performs an expansion of the refrigerant fluid FR and the first heat exchanger 10 cools the thermal storage device 11.
  • the refrigerant fluid FR is sucked by the second compression device 13.
  • the second expansion member 12 performs an expansion of the refrigerant FR and the second heat exchanger 14 cools the flow of indoor air F2 sent into the passenger compartment.
  • the coolant FR coming out of the second heat exchanger 14 is also sucked by the second compression device 13.
  • the refrigerant FR coming from the first branch 4 and the refrigerant FR coming from the second branch 5 pass through the device of accumulation 36, before joining the second compression device 13.
  • the pipe 15 is traversed by all the refrigerating fluid FR which leaves the first heat exchanger 10, this refrigerant then coming to join the portion 39 of the second branch 5.
  • the second compression device 13 thus compresses a quantity of refrigerating fluid FR which corresponds to the sum of the refrigerant flowing out of the second heat exchanger 14 with the refrigerant flowing out of the first exchanger 10 and which flows through the pipe 15 , ie all of the refrigerant circulating in the circuit 1 when it is operated according to this mode of operation.
  • the expansion device 17 may be in the fully open position and may therefore not effect expansion of the cooling fluid. Energy demand according to this mode is moderated and this avoids a cycling phenomenon (ON / OFF / ON / OFF) of one or the other of the compression devices, which can appear if the two compression devices were activated simultaneously during this mode of operation. operation.
  • FIG. 7 shows the circuit 1 illustrated in FIGS. 1 to 6 and used in the cooling mode of the electric storage device 11 simultaneously with the cooling of the passenger compartment. This is particularly the case on the motorway, where the need for cooling of the electrical storage device requires an evaporation temperature much higher than that required for thermal comfort to cool the cabin.
  • the two branches 4, 5 are fluidly independent.
  • the two compression devices 9, 13 are in operation and compress the refrigerant FR coming from each of the branches.
  • the first compression device 9 and the first expansion device 8 manage the cooling capacity of the first branch 4, while the second compression device 13 and the second expansion device 12 manage the cooling capacity of the second branch 5.
  • the Main heat exchanger 3 discharges the calories of the refrigerant FR into the outside air flow Fi.
  • the refrigerant fluid FR thus circulates both in the first branch 4 and in the second branch 5.
  • the second expansion member 12 performs an expansion of the refrigerant FR and the second heat exchanger 14 cools the flow of indoor air F2 sent into the passenger compartment.
  • the refrigerant fluid FR that leaves the second heat exchanger 14 is then sucked by the second compression device 13, after having passed through the accumulation device 36.
  • this cooling mode of the electric storage device 11 simultaneously with the cooling of the passenger compartment, the circulation of the coolant is prohibited in the pipe 15 by the fact that the control means 16 of the circulation of the refrigerant fluid within the pipe 15 is closed.
  • the expansion device 17 is here closed.
  • This mode of operation allows the cooling of the electric storage device when the temperature required for this cooling is between 5 and 10 ° C below the ambient temperature.
  • the electric storage device 11 is cooled independently of the passenger compartment and with very low power consumption of the compression device 9, since it is dedicated to the cooling of the electric storage device 11.
  • FIG. 8 shows a circuit 1 according to a second embodiment inside which a refrigerating fluid FR circulates.
  • This circuit 1 includes the components and their relative arrangements as described with reference to FIGS. 1 to 7. For a description of these components and their operation, reference will be made to this description, which applies mutatis mutandis to the circuit.
  • the modes of operation described in FIGS. 2 to 7 may therefore be implemented by the circuit 1 object of FIG. 8.
  • the description below sets out to describe the added components, and their position. in the circuit.
  • the circuit 1 comprises additional components that increase the performance of the circuit or that make it possible to heat the passenger compartment and / or the electrical storage device 11.
  • a refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 is disposed in the main branch 2, by example between the point of convergence 7 and the main heat exchanger 3.
  • This refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 provides calories to a secondary heat transfer fluid loop which comprises at least one heater positioned in the ventilation installation 28 , heating and / or air conditioning, so as to discharge the calories transported by the coolant in the indoor air flow F2.
  • a third expansion member 44 is disposed on the main branch 2 between an outlet of the refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 and a fourth point 45 located upstream of the main heat exchanger 3.
  • the circuit 1 comprises a second pipe 46 which joins the fourth point 45 to a fifth point 48 disposed on the pipe 15, for example between the expansion device 17 and the first non-return valve 18.
  • This second pipe 46 comprises a third non-return valve 47 arranged so as to prohibit the circulation of the refrigerant FR from the fourth point 45 and to the fifth point 48, and to allow it in the opposite direction.
  • the circuit 1 further comprises a third pipe 49 which joins a sixth point 50, disposed on the main branch 2 between the refrigerant fluid heat exchanger / heat transfer fluid 27 and the third expansion member 44, at the point of divergence 6.
  • This third line 49 comprises a first stop valve 51 capable of allowing or preventing the circulation of refrigerant fluid within the third pipe 49.
  • the circuit 1 finally comprises a fourth line 52 which joins a seventh point 53, disposed on the main branch 2 at the outlet of the heat exchanger 3 and the point of divergence 6, and an eighth point 54 disposed at an input of the device.
  • This fourth pipe 52 comprises a second stop valve 55 capable of allowing or preventing the circulation of refrigerant fluid within the fourth pipe 52.
  • the circuit 1 according to this second embodiment further comprises a fourth non-return valve 56 disposed on the main branch 2 between the seventh point 53 and the point of divergence 6.
  • a fourth non-return valve 56 is organized from so as to prohibit the circulation of the refrigerant fluid FR from the point of divergence 6 and to the seventh point 53, and to allow it in the opposite direction.
  • the circuit 1 according to this mode comprises a third stop valve 57 disposed between the second point 42 and the eighth point 54 and capable of allowing or prohibiting the circulation of refrigerant fluid FR in the portion 39 of the second branch 5.
  • the circuit 1 may comprise a first internal heat exchanger 21 which ensures a heat exchange between a high pressure zone of the circuit 1, in particular the main branch 2, and a low zone. pressure of this circuit 1, here the portion 33 of the first branch 4.
  • This first internal heat exchanger 21 comprises a first pass 22 disposed in the main branch 2 and a second pass 23 located in the portion 33 of the first branch 4.
  • the first pass 22 is disposed in the circuit 1 between the seventh point 53 and the fourth non-return valve 56.
  • the second pass 23 is disposed between the first point 41 and the inlet 30 of the first compression device 9.
  • the first internal heat exchanger 21 makes it possible to increase the cooling capacity that can be generated by decreasing the value of the enthalpy of the refrigerant at the inlet of the heat exchanger 10.
  • the first heat exchanger 21 also makes it possible to control of the overheating of the refrigerant at the inlet of the first compression device 9.
  • the circuit having no accumulation device between the point 41 and the inlet of the first compression device 9 is the first internal exchanger 21 which controls the overheating of the refrigerant at the suction of the first compression device 9. The regulation of the circuit is improved.
  • the circuit 1 according to the first embodiment or according to this second embodiment may comprise a second internal heat exchanger 24 which provides a heat exchange between a high pressure zone of the circuit 1, in particular the main branch 2, and a low pressure zone of this circuit 1, here the portion 39 of the second branch 5.
  • This second internal heat exchanger 24 comprises a first pass 25 disposed in the main branch 2 and a second pass 26 located in the portion 39 of the second branch 5.
  • the first pass 25 is disposed in the circuit 1 between an output of the first pass 22 of the first internal heat exchanger 21 and the fourth non-return valve 56.
  • the second pass 26 is disposed between the outlet 37 of the accumulation device 36 and the inlet 35 of the second compression device 13.
  • FIG. 9 shows the circuit 1 illustrated in FIG. 8 and used in the heating mode of the electric storage device 11. This is particularly the case when the temperature outside the passenger compartment is less than 15 ° C.
  • the circuit 1 operates in heat pump mode, where the first heat exchanger 10 is used as a condenser, while the main heat exchanger 3 is used as an evaporator.
  • the second compression device 13 is in operation and compresses the refrigerant fluid FR, while the first compression device 9 is stopped.
  • the refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 can supply calories to the secondary loop so that the heater installed in the ventilation, heating and / or air conditioning unit 28 discharges the calories present in the coolant in the indoor airflow F2.
  • Such a refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 is used as a condenser.
  • the first stop valve 51 is open and allows a circulation of the refrigerant in the third pipe 49.
  • the first expansion member 8 is wide open and it generates no relaxation.
  • the refrigerating fluid FR which passes through the second heat exchanger 14 is thus hot and heats the flow of indoor air F2 sent into the passenger compartment of the vehicle.
  • the expansion device 17 operates a detent, while the third stop valve 57 is in the closed position.
  • the refrigerant fluid FR then passes through the third non-return valve 47 and joins the main heat exchanger 3, where the outside air flow Fl is cooled by the refrigerant.
  • the refrigerant FR then takes the fourth line 52, thanks to the fact that the second valve 55 is open, and joins the accumulation device 36.
  • the refrigerant FR is then sucked by the second compression device 13 to implement a new thermodynamic cycle.
  • the second expansion member 12 is closed and prevents any circulation of the refrigerant in the second heat exchanger 14.
  • the pipe 15 is traversed by the refrigerant FR which exits the first heat exchanger 10.
  • the electric storage device 11 is thus heated by the first heat exchanger 10 through the thermodynamic cycle that the second compression device 13 implements.
  • FIG. 10 shows the circuit 1 illustrated in FIGS. 8 and 9 and used in cockpit heating.
  • the circuit 1 operates in heat pump mode, where the second heat exchanger 14 is used as the condenser, while the main heat exchanger 3 is used as an evaporator.
  • the second compression device 13 is in operation and compresses the refrigerant fluid FR, while the first compression device 9 is stopped.
  • the coolant heat exchanger / heat transfer fluid 27 provides calories to the secondary loop so that the heater installed in the installation 28 of ventilation, heating and / or air conditioning discharges the calories present in the fluid coolant in the interior airflow F2.
  • Such a refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 is used as a condenser.
  • the first stop valve 51 is open and allows a circulation of the refrigerant in the third pipe 49 and through the expansion member 12 where it can undergo partial expansion.
  • the refrigerant fluid FR which passes through the second heat exchanger 14 is thus hot and condenses by heating the interior air flow F2 sent into the passenger compartment of the vehicle.
  • FR refrigerant then borrows the first pipe 19 and passes through the second non-return valve 20, then passes at least partially in line 15.
  • the expansion device 17 operates a detent, while the third stop valve 57 is in closed position.
  • the refrigerant fluid FR then passes through the third anti-return valve 47 and joins the main heat exchanger 3, where the outside air flow Fl is cooled by the refrigerant.
  • the refrigerant FR then takes the fourth line 52, thanks to the fact that the second valve 55 is open, and joins the accumulation device 36.
  • the refrigerant FR is then sucked by the second compression device 13 to implement a new thermodynamic cycle.
  • the first expansion member 8 On the side of the first branch 4, the first expansion member 8 is closed and prevents any circulation of the refrigerant fluid FR in the first heat exchanger 10.
  • the refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 provides calories to the secondary loop so that the air heater positioned in the installation 28 of ventilation, heating and / or air conditioning discharges the calories present in the heat transfer fluid in the indoor air flow F2.
  • Such a refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 is used as a condenser.
  • FIG. 11 shows the circuit 1 illustrated in FIGS. 8 to 10 and used in cabin heating mode simultaneously with heating or cooling of the electric storage device 11.
  • the circuit 1 operates in heat pump mode, where the first heat exchanger 10 and the second heat exchanger 14 are used as a condenser, while the main heat exchanger 3 is used as an evaporator.
  • the first heat exchanger 10 is used as an evaporator.
  • the refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 can provide calories to the secondary loop so that the heater installed in the ventilation, heating and / or cooling plant Air conditioning discharges the calories present in the coolant into the F2 indoor airflow.
  • Such a refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 is used as a condenser.
  • the second compression device 13 is in operation and compresses the refrigerant fluid FR, while the first compression device 9 is stopped.
  • the first stop valve 51 is open and allows a circulation of the refrigerant in the third pipe 49.
  • the first expansion member 8 and the second expansion member 12 are wide open and they generate no relaxation.
  • the refrigerating fluid FR which passes through the first heat exchanger 10 and the second heat exchanger 14 is thus hot and heated electric storage device 11 and the interior air flow F2 sent into the passenger compartment of the vehicle.
  • the first expansion member 8 can operate a relaxation, so that the refrigerant flowing through the first heat exchanger 10 cools the electric storage device 11.
  • FR refrigerant then borrows the first pipe 19 and passes through the second non-return valve 20, then passes at least partially in line 15. This pipe 15 is thus borrowed by the sum of the refrigerant fluid through the first branch 4 and the second branch 5, whatever the alternative use of the first heat exchanger 10.
  • the expansion device 17 operates a detent, while the third stop valve 57 is in the closed position.
  • the refrigerant fluid FR then passes through the third non-return valve 47 and joins the main heat exchanger 3, where the outside air flow Fl is cooled by the refrigerant.
  • the refrigerant FR then takes the fourth line 52, thanks to the fact that the second valve 55 is open, and joins the accumulation device 36.
  • the refrigerant FR is then sucked by the second compression device 13 to implement a new thermodynamic cycle.
  • the pipe 15 is traversed by the refrigerant FR which leaves the two heat exchangers 10, 14.
  • the cabin is thus at first heated or cooled by the second heat exchanger 14 before being heated by the heater which is coupled to the refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27, while the electric storage device 11 is heated or cooled , thanks to the thermodynamic cycle that the second compression device 13 implements.
  • the coolant heat exchanger / heat transfer fluid 27 provides calories to the secondary loop so that the heater installed in the installation 28 of ventilation, heating and / or air conditioning discharges the calories present in the fluid coolant in the interior airflow F2.
  • Such a refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 is used as a condenser.
  • FIG. 12 shows the circuit 1 illustrated in FIGS. 8 to 11 and used in cabin heating mode simultaneously with a cooling of the electric storage device 11.
  • a mode is implemented when it is possible to value the calories dissipated. by the electric storage device 11.
  • This libersation makes it possible to relieve the second compression device 13, thus avoiding excessive flow, which would require a high rotation speed and thus the generation of acoustic nuisances.
  • the first heat exchanger 10 is used as an evaporator to cool the electric storage device 11, while the second heat exchanger 14 is used as a condenser or evaporator so as to heat or cool the flow of heat.
  • the first expansion member 8 implements an expansion, while the second expansion member 12 is partially open thereby controlling an intermediate pressure dependent on the value of the temperature of the interior air flow F2 flowing through the second heat exchanger 14, especially when it is used as an evaporator.
  • the two compression devices 9, 13 are active and compress the refrigerant fluid FR.
  • the first shut-off valve 51 is open and allows a circulation of the coolant in the third pipe 49.
  • the coolant / heat transfer fluid heat exchanger 27 can provide calories to the secondary loop so that the unit heater positioned in the installation 28 of ventilation, heating and / or air conditioning discharges the calories present in the heat transfer fluid in the indoor air flow F2.
  • Such a refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 is used as a condenser.
  • the refrigerant fluid FR that comes from the second heat exchanger 14 borrows the first pipe 19 to reach the first point 41, while the coolant present in the first heat exchanger 10 also joins the first point 41.
  • a portion of the refrigerant FR present at first point 41 is sucked by the first compression device 9 and another part of this refrigerant FR present at the first point 41 runs at least partly through the pipe 15.
  • the expansion device 17 operates a detent, while the third valve of stop 57 is in the closed position.
  • the refrigerant fluid FR then passes through the third anti-return valve 47 and joins the main heat exchanger 3, where the outside air flow Fl is cooled by the refrigerant.
  • the refrigerating fluid FR then takes the fourth pipe 52, thanks to the fact that the second valve 55 is open, and joins the accumulation device 36.
  • the refrigerant fluid FR is then sucked by the second compression device 13.
  • the cabin is heated by the refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27, possibly by the second heat exchanger 14, while the electric storage device 11 is cooled, thanks to the thermodynamic cycle that the first compression device 9 and the second compression device 13 implement.
  • the simultaneous operation of the two compression devices 9, 13 makes it possible to respond to the energy demand of the circuit 1 without generating acoustic nuisances that would result from a too high rotational speed of a single compression device.
  • FIG. 13 shows the circuit 1 illustrated in FIGS. 8 to 12 and used in the cabin heating and defrosting mode of the main heat exchanger 3.
  • a mode is implemented when, in heat pump mode, the temperature of evaporation generates an icing of the outside air flow Fi during its passage through the main heat exchanger 3. This prevents the unavailability of this main heat exchanger 3.
  • the coolant heat exchanger / heat transfer fluid 27 provides calories to the secondary loop so that the heater installed in the installation 28 of ventilation, heating and / or air conditioning discharges the calories present in the fluid coolant in the interior airflow F2.
  • Such a refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 is used as a condenser.
  • the first stop valve 51 is in the closed position, preventing the flow of refrigerant in the third pipe 49.
  • the third expansion member 44 generates a pre-expansion so that the evaporation temperature of the refrigerant fluid FR in the main heat exchanger 3 is well above zero ° C, thus causing defrosting of the main heat exchanger 3.
  • the refrigerant FR separates and a portion of the refrigerant circulates in the fourth pipe 52, thanks to the fact that the second shut-off valve 55 is open, while another part of the refrigerant circulates towards the point of divergence 6.
  • the second detent 12 is closed.
  • the first expansion member 8 provides for it a residual relaxation allowing the refrigerant fluid to pass the intermediate pressure generated by the third expansion member 44 at low pressure.
  • the first heat exchanger 10 operates as an evaporator and cools the electric storage device 11. In doing so, the calories of this electrical storage device 11 are recovered by the refrigerant and used in the thermodynamic cycle implemented by the circuit 1. It will be noted that in a variant, the first expansion member 8 can also be wide open.
  • the control means 16 for the circulation within line 15 prevents this circulation and the third stop valve 57 is in the closed position.
  • the refrigerant flowing out of the first heat exchanger 10 is thus sucked by the first compression device 9.
  • first internal heat exchanger 21 is active, by exchanging calories between the main branch 2 and the portion 33 of the first branch 4.
  • the second internal heat exchanger 24 can also be active by exchanging it. calories between the main branch 2 and a portion of the second branch 5 extending between the accumulation device 36 and the second compression device 13.
  • the cabin is heated if necessary by the refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27, the electric storage device 11 then forming a hot source on which the thermodynamic cycle is based.
  • the heating of the cabin can then be implemented at the same time as a defrosting of the main heat exchanger 3.
  • FIG. 14 shows the circuit 1 illustrated in FIGS. 8 to 13 and used in a second mode of heating the passenger compartment and defrosting the main heat exchanger 3.
  • a mode is implemented when, in heat pump mode, the evaporation temperature generates an icing of the outside air flow Fi during its passage through the main heat exchanger 3. This prevents the unavailability of this main heat exchanger 3.
  • the coolant heat exchanger / heat transfer fluid 27 provides calories to the secondary loop so that the heater installed in the installation 28 of ventilation, heating and / or air conditioning discharges the calories present in the fluid coolant in the interior airflow F2.
  • Such a refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27 is used as a condenser.
  • the first shut-off valve 51 and the second shut-off valve 55 are in the closed position, preventing the circulation of refrigerant fluid respectively in the third pipe 49 and in the fourth pipe 52.
  • the third expansion element 44 generates a pre-expansion so that the evaporation temperature of the coolant in the main heat exchanger 3 is well above zero ° C, thus causing defrosting of the main heat exchanger 3.
  • the refrigerant FR then travels to the point of divergence 6, where it separates into a part which enters the first branch 4 and another part which enters the second branch 5.
  • the first expansion member 8 and the second expansion member 12 each generate a residual expansion allowing the coolant to pass from the intermediate pressure generated by the third expansion member 44 to the low pressure on the side of the first compression device 9 and the side of the second compression device 13.
  • the first heat exchanger 10 and the second heat exchanger 14 operate as an evaporator and respectively cool the electric storage device 11 and the indoor air flow F2, the ventilation installation 28, heating and / or air conditioning having previously been positioned in cabin interior recycling F2 indoor airflow. In doing so, the calories of this electric storage device 11 and of this indoor air flow F 2 are recovered by the refrigerant and used in the thermodynamic cycle implemented by the circuit 1.
  • the temperature at the second heat exchanger 14 perhaps close to zero ° C, to dry the interior air flow F2 without frosting the evaporator.
  • the control means 16 for the circulation within line 15 prevents this circulation in line 15 and the third stop valve 57 is in the open position so that the refrigerant can reach the accumulation device 36 via the portion 39 of the second branch 5.
  • the refrigerant flowing out of the first heat exchanger 10 is thus sucked by the first compression device 9, while the refrigerant flowing out of the second heat exchanger 14 is sucked by the second device of compression 13.
  • first internal heat exchanger 21 is active, by exchanging calories between the main branch 2 and the portion 33 of the first branch 4.
  • the second internal heat exchanger 24 can also be active by exchanging it. calories between the main branch 2 and a portion of the second branch 5 extending between the accumulation device 36 and the second compression device 13.
  • the passenger compartment is heated by the refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 27, the electric storage device 11 and the interior air flow F 2 each then forming a hot source on which the thermodynamic cycle restraint.
  • the heating of the cabin can then be implemented at the same time as a defrosting of the main heat exchanger 3.
  • the heat treatment system of the vehicle may comprise a means of interrupting the flow of the outside air flow Fl. It may for example be flaps detachable arranged upstream of the main heat exchanger 3, in the direction of the outside air flow Fi, and closed when the vehicle rolls. Alternatively, this mode of operation can be implemented when the vehicle is stopped.
  • the refrigerant circuit 1 FR may comprise means for acquiring information relating to the circuit 1, the electrical storage device 11 or the passenger compartment, and means for acting on the components of this circuit 1 so as to reach set points, in particular coolant temperatures or rotational speeds of the first compression device 9 and / or the second compression device 13.
  • This management of the circuit 1 can be operated by a control device which may take the form of a housing or an electronic unit.
  • This control device is advantageously able to control the first compression device 9 and / or the second compression device 13. The control device thus acts on the rotational speed of these compression devices, especially when it comes to compressor with integrated electric motor and fixed displacement.
  • the present invention thus makes it possible to ensure simply, at optimized costs, without excess consumption and at a reduced noise level, the heat treatment, by heating or cooling, of an electrical storage device, such as a battery or a battery pack, configured to supply electric power to an electric drive motor of the vehicle, as well as the heat treatment of a passenger compartment, by heating or cooling an interior air flow sent to the cockpit.
  • an electrical storage device such as a battery or a battery pack
  • the invention can not, however, be limited to the means and configurations described and illustrated here, and it also extends to any equivalent means or configurations and any technically operating combination of such means.
  • the architecture of the refrigerant circuit can be modified without harming the invention insofar as it fulfills the functionalities described in this document.

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Abstract

L'invention concerne un circuit (1) pour véhicule automobile configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant (FR), le circuit (1) comprenant au moins une branche principale (2) comprenant au moins un échangeur de chaleur principal (3), ainsi qu'une première branche (4) et une deuxième branche (5) qui s'étendent entre un point de divergence (6) et un point de convergence (7) et qui sont toutes deux disposées en série de la branche principale (2), la première branche (4) comprenant au moins un premier organe de détente (8) et un premier échangeur thermique (10) configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique (11) du véhicule, la deuxième branche (5) comprenant au moins un deuxième organe de détente (12) et un deuxième échangeur thermique (14) configuré pour traiter thermiquement un habitacle du véhicule, caractérisé en que la première branche (4) comprend un premier dispositif de compression (9) et en ce que la deuxième branche (5) comprend un deuxième dispositif de compression (13) indépendant du premier dispositif de compression (9).

Description

CIRCUIT DE FLUIDE REFRIGERANT POUR VEHICULE, ADAPTE A UNE CHARGE RAPIDE D’UN DISPOSITIF DE STOCKAGE ELECTRIQUE
Le domaine de la présente invention est celui des circuits de fluide réfrigérant pour véhicule, notamment pour véhicule automobile.
Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’un circuit de fluide réfrigérant utilisé pour chauffer ou refroidir différentes zones ou différents composants du véhicule. Il est notamment connu d’utiliser ce circuit de fluide réfrigérant pour traiter thermiquement un flux d’air envoyé dans l’habitacle du véhicule équipé d’un tel circuit.
Dans une autre application de ce circuit, il est connu de l’utiliser pour refroidir un dispositif de stockage électrique du véhicule, ce dernier étant utilisé pour fournir une énergie à un moteur électrique capable de mettre en mouvement le véhicule. Le circuit de fluide réfrigérant fournit ainsi l’énergie capable de refroidir le dispositif de stockage électrique pendant son utilisation en phases de roulage. Le circuit de fluide réfrigérant est ainsi dimensionné pour refroidir ce dispositif de stockage électrique pour des températures qui restent modérées.
Il est également connu de charger le dispositif de stockage électrique du véhicule en le raccordant pendant plusieurs heures au réseau électrique domestique. Cette technique de charge longue permet de maintenir la température du dispositif de stockage électrique en dessous d’un certain seuil, ce qui permet de se passer de tout système de refroidissement du dispositif de stockage électrique.
Une nouvelle technique de charge a fait son apparition récemment. Elle consiste à charger le dispositif de stockage électrique sous une tension et un ampérage élevés, de manière à charger le dispositif de stockage électrique en un temps maximum de quelques dizaines de minutes. Cette charge rapide implique un échauffement du dispositif de stockage électrique qu’il convient de traiter. Par ailleurs, il faut considérer la possibilité que les occupants du véhicule restent à l’intérieur du véhicule tout ou partie du temps de charge mentionné ci-dessus. Il faut alors également traiter thermiquement l’habitacle pendant cette charge rapide pour maintenir des conditions de confort acceptables par les occupants, notamment quand la température extérieure au véhicule dépasse 30°C. Ces deux demandes en refroidissement impliquent un dimensionnement du système qui le rend peu compatible avec les contraintes des véhicules automobiles actuels, notamment les véhicules mus par un moteur électrique.
Le problème technique réside donc dans la capacité d’une part à dissiper les calories générées par le dispositif de stockage électrique pendant la charge rapide, et d’autre part à refroidir l’habitacle, tant en limitant la consommation et/ou l’encombrement et/ou les nuisances sonores d’un système capable de remplir simultanément ces deux fonctions.
L’invention s’inscrit dans ce contexte et propose une solution technique qui concoure à l’atteinte de ce double objectif, c’est-à-dire maintenir le dispositif de stockage électrique en-dessous d’une température seuil pendant une charge rapide et refroidir l’habitacle du véhicule, au moyen d’un circuit de fluide réfrigérant astucieusement conçu pour fonctionner avec un premier dispositif de compression en phase de roulage, et mettant en œuvre un second dispositif de compression quand le véhicule est en charge rapide.
L'invention a donc pour objet un circuit pour véhicule automobile configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant, le circuit comprenant au moins une branche principale comprenant au moins un échangeur de chaleur principal, ainsi qu’une première branche et une deuxième branche qui s’étendent entre un point de divergence et un point de convergence et qui sont toutes deux disposées en série de la branche principale, la première branche comprenant au moins un premier organe de détente et un premier échangeur thermique configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique du véhicule, la deuxième branche comprenant au moins un deuxième organe de détente et un deuxième échangeur thermique configuré pour traiter thermiquement un habitacle du véhicule, caractérisé en que la première branche comprend un premier dispositif de compression et en ce que la deuxième branche comprend un deuxième dispositif de compression indépendant du premier dispositif de compression.
Il est ainsi possible de faire fonctionner seulement l’un des deux dispositifs de compression quand le besoin thermique est limité, par exemple quand le circuit fonctionne en mode refroidissement de l’habitacle pendant une phase de roulage classique. L’invention permet également de mettre en fonctionnement les deux dispositifs de compression quand une phase de charge rapide du dispositif de stockage électrique est activée, alors que les occupants restent dans le véhicule et qu’il convient alors de refroidir l’habitacle.
Le deuxième dispositif de compression est indépendant du premier dispositif de compression en ce sens que l’un des dispositifs de compression peut être actif alors que l’autre dispositif de compression est inactif, ou encore simultanément tourner à des vitesses de rotation différentes.
Cette organisation évite de dimensionner des composants, notamment le dispositif de compression, pour des phases d’utilisation dites de charge rapide finalement courtes comparées aux phases d’utilisation dites de roulage, où le besoin énergétique est plus faible.
Cette organisation du circuit permet également de limiter les nuisances acoustiques, en faisant fonctionner deux dispositifs de compression à des vitesses inférieures à un seuil acoustique acceptable, ce qui ne serait pas le cas avec un unique dispositif de compression qui imposerait alors une vitesse de rotation très élevée pendant la charge rapide, et par conséquent une nuisance acoustique pour les occupants restés dans le véhicule.
Le fluide réfrigérant est par exemple un fluide sous-critique, tel que celui connu sous la référence R134A ou 1234YF. Alternativement, le fluide peut être super-critique, tel que le dioxyde de carbone dont la référence est R744. Le circuit de fluide réfrigérant selon l’invention est un circuit fermé qui met en œuvre un cycle thermodynamique.
Le dispositif de compression est par exemple un compresseur, et l’invention trouve une application toute particulière lorsque le compresseur est un compresseur électrique à cylindrée fixe et à vitesse variable. Il est ainsi possible de contrôler la puissance thermique du circuit selon l’invention.
La première branche est en parallèle de la deuxième branche, vu du fluide réfrigérant. Le point de divergence est la zone du circuit où la branche principale se sépare en deux, en formant la première branche et la deuxième branche. Le point de convergence est la zone du circuit où la première branche et la deuxième branche se joignent, pour former la branche principale.
L’échangeur de chaleur principal peut être installé en face avant du véhicule. Cet échangeur de chaleur principal peut ainsi être utilisé comme condenseur, ou refroidisseur de gaz dans le cas d’un fluide super-critique, ou comme évaporateur quand le circuit fonctionne en pompe à chaleur.
Le premier échangeur thermique est configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique du véhicule. Il est ainsi spécialement dédié à ce dispositif de stockage électrique et n’a pas pour fonction de refroidir un autre composant. Le premier échangeur thermique échange des calories entre le fluide réfrigérant et le dispositif de stockage électrique du véhicule, soit directement, c’est- à-dire par convection entre le premier échangeur et le dispositif de stockage électrique, soit indirectement via une boucle de fluide caloporteur, cette dernière étant destinée à transporter les calories du dispositif de stockage électrique vers le premier échangeur thermique. On comprend donc que le refroidissement du dispositif de stockage électrique peut être indirect. De manière alternative, le premier échangeur thermique peut être au contact du dispositif de stockage électrique. Dans un tel cas, le refroidissement du dispositif de stockage électrique est direct.
Le circuit selon l’invention peut comprendre un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé dans la portion de la deuxième branche située entre le deuxième échangeur thermique et le deuxième dispositif de compression.
De manière avantageuse, au moins une conduite relie une portion de la première branche située entre le premier échangeur thermique et le premier dispositif de compression à une portion de la deuxième branche située entre le deuxième échangeur thermique et le deuxième dispositif de compression. Une telle conduite permet de mettre en œuvre différents modes de fonctionnement du circuit objet de l’invention. La conduite comprend au moins un moyen de contrôle de la circulation du fluide réfrigérant au sein de la conduite.
Selon un exemple, le moyen de contrôle de la circulation du fluide réfrigérant au sein de la conduite comprend au moins un dispositif de détente du fluide réfrigérant.
Selon un autre exemple, le moyen de contrôle de la circulation du fluide réfrigérant au sein de la conduite comprend un premier clapet anti-retour.
Le premier organe de détente et le deuxième organe de détente peuvent être des organes de détente à commande électrique, pilotés par exemple par des moyens électroniques. Le premier organe de détente et/ou le deuxième organe de détente sont donc pilotés électriquement ou électroniquement. Il en va de même pour le troisième organe de détente, ainsi que pour le dispositif de détente.
On notera que le circuit peut comprendre une première canalisation disposée en parallèle de la conduite.
Il est envisagé que la première canalisation comprenne un deuxième clapet anti-retour.
De manière avantageuse, le circuit peut comprendre au moins un premier échangeur de chaleur interne dont une première passe est disposée dans la branche principale, tandis qu’une seconde passe est située dans la portion de la première branche située entre le premier échangeur thermique et le premier dispositif de compression.
Le circuit peut également comprendre un deuxième échangeur de chaleur interne dont une première passe est disposée dans la branche principale, tandis qu’une seconde passe est située dans la portion de la deuxième branche située entre le deuxième échangeur thermique et le deuxième dispositif de compression.
La branche principale comprend un échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur disposé entre le point de convergence et l’échangeur de chaleur principal. Avantageusement, le premier dispositif de compression et/ou le deuxième dispositif de compression peut comprendre au moins un mécanisme de compression entraîné par un moteur électrique dont la rotation est placée sous la dépendance d’un contrôleur.
L’invention couvre aussi un système de traitement thermique d’un véhicule automobile, comprenant un dispositif de stockage électrique du véhicule automobile et un circuit selon l’une quelconque des caractéristiques décrites dans le présent document, où le premier échangeur thermique coopère avec le dispositif de stockage électrique de manière à assurer au moins son refroidissement. Avantageusement, le premier échangeur thermique assure également le chauffage du dispositif de stockage électrique. Un tel refroidissement ou chauffage peut être réalisé de manière directe ou de manière indirecte, notamment en passant par un circuit secondaire de fluide caloporteur.
Un tel système peut comprendre une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation de l’habitacle du véhicule automobile, dans lequel le deuxième échangeur thermique est disposé dans, c’est-à-dire à l’intérieur de, l’installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation. Le deuxième échangeur thermique est ainsi disposé pour être traversé par un flux d’air intérieur envoyé dans l’habitacle du véhicule automobile.
L’invention vise aussi un procédé de contrôle de la température d’un dispositif de stockage électrique d’un véhicule automobile, mettant en œuvre un circuit de fluide réfrigérant tel que présenté ci-dessus, procédé au cours duquel on active simultanément le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression pendant une charge rapide du dispositif de stockage électrique. De manière additionnelle, le procédé prévoit qu’on autorise une circulation de fluide réfrigérant au sein de la conduite.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique du circuit selon l’invention, dans un premier mode de réalisation,
- les figures 2 à 7 illustrent de manière schématique le circuit montré à la figure 1, exploité selon différents modes de fonctionnement consistant à refroidir le dispositif de stockage électrique,
- la figure 8 est une vue schématique d’un circuit selon l’invention, dans un deuxième mode de réalisation,
- les figures 9 à 14 montrent le circuit objet de la figure 8 exploité selon différents modes de fonctionnement consistant à chauffer le dispositif de stockage électrique.
Il faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention, le cas échéant. Ces figures sont des représentations schématiques qui illustrent comment est réalisé le circuit, ce qui le compose et comment le fluide réfrigérant circule en son sein. En particulier, le circuit selon l’invention comprend principalement deux dispositifs de compression du fluide réfrigérant, des échangeurs de chaleurs, des organes de détentes, des canalisations reliant chacun de ces composants, et optionnellement des vannes ou clapet. Le circuit peut également être placé sous la dépendance d’un contrôleur qui agit sur certains de ces composants.
Les termes amont et aval employés dans la description qui suit se réfèrent au sens de circulation du fluide considéré, c’est-à-dire le fluide réfrigérant, un flux d’air intérieur envoyé vers un habitacle du véhicule ou un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule. Le fluide réfrigérant FR est symbolisé par une flèche qui illustre le sens de circulation de ce dernier dans la canalisation considérée. Les traits pleins illustrent une portion de circuit où le fluide réfrigérant circule, tandis que les traits pointillés montrent une absence de circulation du fluide réfrigérant.
La figure 1 montre ainsi un circuit 1 à l’intérieur duquel un fluide réfrigérant FR circule. Ce circuit 1 est une boucle fermée où le fluide réfrigérant est mis en circulation par un premier dispositif de compression 9 et/ou par un deuxième dispositif de compression 13. On notera que ces dispositifs de compression peuvent prendre la forme d’un compresseur électrique, c’est-à-dire un compresseur qui comprend un mécanisme de compression, un moteur électrique et éventuellement un contrôleur. Le mécanisme de rotation est mis en rotation par le moteur électrique dont la vitesse de rotation est placée sous la dépendance du contrôleur, celui-ci pouvant être externe ou interne au dispositif de compression concerné.
Selon le premier mode de réalisation illustré aux figures i à 7, le circuit 1 comprend une branche principale 2, une première branche 4 et une deuxième branche 5 qui sont en série de la branche principale 2, de sorte à former un circuit fermé où un cycle thermodynamique prend place.
La première branche 4 et la deuxième branche 5 se séparent à un point de divergence 6 et se rejoignent à un point de convergence 7. Entre ces deux points, première branche 4 et deuxième branche 5 sont en parallèles, vu du fluide réfrigérant FR.
La branche principale 2 s’étend du point de convergence 7 jusqu’au point de divergence 6 et comprend un échangeur de chaleur principal 3. Ce dernier est destiné à être traversé par le fluide réfrigérant FR et par un flux d’air extérieur Fl. Cet échangeur de chaleur principal 3 est le siège d’un échange de calories entre le fluide réfrigérant FR et ce flux d’air extérieur Fl et il peut être utilisé comme condenseur, comme c’est le cas du premier mode de réalisation, ou comme évaporateur ou condenseur, comme c’est le cas du deuxième mode de réalisation illustré aux figures 8 à 14. Cet échangeur de chaleur principal 3 peut être installé en face avant du véhicule équipé du circuit 1 selon l’invention et il est dans cette situation traversé par le flux d’air extérieur Fi à l’habitacle du véhicule.
La première branche 4 débute au point de divergence 6 et se termine au point de convergence 7, et comprend successivement et selon le sens de circulation du fluide réfrigérant FR dans la première branche 4 un premier organe de détente 8, un premier échangeur thermique 10 et un premier dispositif de compression 9 du fluide réfrigérant FR. Le premier échangeur thermique 10 est ainsi interposé entre une sortie 29 du premier organe de détente 8 et une entrée 30 du premier dispositif de compression 9. Ce premier échangeur thermique 10 est spécifiquement dédié au traitement thermique d’un dispositif de stockage électrique 11, dont la fonction est de fournir une énergie électrique à un ou plusieurs moteurs électriques qui mettent en mouvement le véhicule. Un tel dispositif de stockage électrique accumule ou restitue cette énergie électrique en vue de mettre en mouvement le véhicule automobile, via le moteur électrique dédié. Il s’agit par exemple d’un pack de batteries regroupant plusieurs cellules électriques qui stockent le courant électrique.
Le premier échangeur thermique 10 échange directement des calories avec le dispositif de stockage électrique n, par convection ou par conduction. On parle ici de traitement thermique direct du dispositif de stockage électrique n.
Selon une autre alternative, le premier échangeur thermique 10 est associé thermiquement au dispositif de stockage électrique n via une boucle de fluide caloporteur FC. On parle alors de traitement thermique indirect du dispositif de stockage électrique n. Le fluide caloporteur FC capte ainsi les calories au niveau du dispositif de stockage électrique n et les transporte vers le premier échangeur thermique 10.
Le premier organe de détente 8 agit sur une puissance thermique mise en œuvre par le premier échangeur thermique 10, en étant en mesure de faire varier cette puissance thermique de la puissance maximale du premier échangeur de chaleur 10 à toutes puissances thermiques inférieures à cette puissance maximale, notamment en réduisant la section de passage du fluide réfrigérant dans le premier organe de détente 8. Le premier organe de détente 8 est indifféremment un détendeur thermostatique, un détendeur électronisé, un orifice tube ou analogue.
Le premier dispositif de compression 9 comprend son entrée 30 qui est raccordée à une sortie 32 du premier échangeur thermique 10, ainsi qu’une sortie 31 raccordée au point de convergence 7.
La première branche 4 du circuit 1 comprend également une portion 33 qui s’étend entre le premier échangeur thermique 10, plus particulièrement sa sortie 32, et le premier dispositif de compression 9, notamment son entrée 30.
La deuxième branche 5 débute au point de divergence 6 et se termine au point de convergence 7, et comprend successivement et selon le sens de circulation du fluide réfrigérant FR dans la deuxième branche 5 un deuxième organe de détente 12, un deuxième échangeur thermique 14, un dispositif d’accumulation 36 de fluide réfrigérant et un deuxième dispositif de compression 13 du fluide réfrigérant FR. Le deuxième échangeur thermique 14 et le dispositif d’accumulation 36 sont ainsi interposés entre une sortie 34 du deuxième organe de détente 12 et une entrée 35 du deuxième dispositif de compression 13, le deuxième échangeur thermique 14 étant disposé en amont du dispositif d’accumulation 36, vu du fluide réfrigérant. Le dispositif d’accumulation 36 peut prendre la forme d’un accumulateur, où la phase liquide contenue dans le fluide réfrigérant FR s’accumule dans l’accumulateur, et où la phase gazeuse de ce même fluide réfrigérant FR est aspirée par le deuxième dispositif de compression 13. Alternativement, le dispositif d’accumulation 36 peut être une bouteille déshydratante qui peut avantageusement être intégrée à l’échangeur de chaleur principal 3.
Le deuxième échangeur thermique 10 est destiné à traiter thermiquement un flux d’air intérieur F2 qui est envoyé à l’intérieur de l’habitacle du véhicule. Le deuxième échangeur thermique 14 peut être installé à l’intérieur d’une installation 28 de ventilation, chauffage et/ou climatisation qui coopère avec le circuit 1, pour former un système de traitement thermique du véhicule automobile. Ce deuxième échangeur thermique 14 peut alors être utilisé en tant qu’évaporateur pour refroidir le flux d’air intérieur F2 qui est envoyé dans l’habitacle du véhicule.
Le deuxième organe de détente 12 agit sur une puissance thermique mise en œuvre par le deuxième échangeur thermique 14, en étant en mesure de faire varier cette puissance thermique pour plus ou moins refroidir le flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle. Le deuxième organe de détente 12 est indifféremment un détendeur thermostatique, un détendeur électronisé, un orifice tube ou analogue.
Le deuxième dispositif de compression 13 comprend son entrée 35 qui est raccordée à une sortie 37 du dispositif d’accumulation 36, ainsi qu’une sortie 38 raccordée au point de convergence 7.
La deuxième branche 5 du circuit 1 comprend également une portion 39 qui s’étend entre le deuxième échangeur thermique 14, plus particulièrement sa sortie 40, et le deuxième dispositif de compression 13, notamment son entrée 35. Le dispositif d’accumulation 36 peut être disposé dans cette portion 39 de la deuxième branche 5.
Selon un aspect de l’invention, le circuit 1 comprend au moins une conduite 15 qui relie fluidiquement la portion 33 de la première branche 4 à la portion 39 de la deuxième branche 5. Une telle conduite 15 permet de mettre en communication la première branche 4 et la deuxième branche 5, offrant ainsi la possibilité de mutualiser l’utilisation des deux dispositifs de compression 9, 13 quand le véhicule est en situation de charge rapide et quand les occupants de ce véhicule demandent un refroidissement de l’air envoyé dans l’habitacle.
La conduite 15 est ainsi raccordée à un premier point 41 situé dans la portion 33 de la première branche 4 et à un deuxième point 42 situé dans la portion 39 de la deuxième branche 5.
La circulation du fluide réfrigérant FR dans la conduite 15 peut être contrôlée. C’est ainsi que la conduite 15 peut comprendre un moyen de contrôle 16 de la circulation du fluide réfrigérant FR au sein de la conduite 15. Ce moyen de contrôle 16 peut comprendre ou être constitué par un dispositif de détente 17, dont la fonction est soit de fermer la conduite 15, soit de l’ouvrir totalement, soit de mettre en œuvre une perte de charge de manière à générer une détente du fluide réfrigérant FR.
De manière cumulative, le moyen de contrôle 16 de la circulation du fluide réfrigérant FR au sein de la conduite 15 peut comprendre un premier clapet anti retour 18. Ce dernier autorise ainsi une circulation du fluide réfrigérant FR de la portion 33 de la première branche 4 vers la portion 39 de la deuxième branche 5, et interdit une telle circulation en sens inverse, c’est-à-dire depuis la portion 39 de la deuxième branche 5 et vers la portion 33 de la première branche 4.
Le circuit 1 selon l’invention peut également comporter une première canalisation 19 disposée en parallèle de la conduite 15, vu du fluide réfrigérant FR. La première canalisation 19 s’étend ainsi de la portion 39 de la deuxième branche 5 à la portion 33 de la première branche 4. La première canalisation 19 s’étend entre un troisième point 43 situé dans la portion 39 de la deuxième branche 5 et le premier point 41.
La première canalisation 19 peut comprendre un deuxième clapet anti-retour 20. Ce dernier autorise ainsi une circulation du fluide réfrigérant FR de la portion 39 de la deuxième branche 5 vers la portion 33 de la première branche 4, et interdit une telle circulation en sens inverse, c’est-à-dire depuis la portion 33 de la première branche 4 et vers la portion 39 de la deuxième branche 5.
La figure 2 montre le circuit 1 illustré à la figure 1 et utilisé en mode de refroidissement simultanée du dispositif de stockage électrique 11 et de l’habitacle. C’est notamment le cas d’une charge rapide imposée au dispositif de stockage électrique 11, alors que les occupants restent dans le véhicule pendant le temps de cette charge rapide.
Dans un tel mode, les deux dispositifs de compression 9, 13 sont en fonctionnement et compriment le fluide réfrigérant FR. Ces deux dispositifs de compression 9, 13 ainsi mutualisés permettent de délivrer la puissance frigorifique nécessaire au refroidissement de l’habitacle et du dispositif de stockage électrique 11, sans causer de nuisance acoustique, par exemple. L’échangeur de chaleur principal 3 décharge les calories du fluide réfrigérant FR dans le flux d’air extérieur Fi. Le fluide réfrigérant FR circule ensuite à la fois dans la première branche 4 et dans la deuxième branche 5.
Le premier organe de détente 8 réalise une détente du fluide réfrigérant FR et le premier échangeur thermique 10 refroidit le dispositif de stockage thermique 11. Le fluide réfrigérant FR est aspiré par le premier dispositif de compression 9. Du côté de la deuxième branche 5, le deuxième organe de détente 12 réalise une détente du fluide réfrigérant FR et le deuxième échangeur thermique 14 refroidit le flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle. Le fluide réfrigérant FR qui sort du deuxième échangeur thermique 14 est alors aspiré par le deuxième dispositif de compression 13, après être passé par le dispositif d’accumulation 36.
Dans ce mode de refroidissement simultané de l’habitacle et du dispositif de stockage thermique 11, la conduite 15 peut être parcourue par une partie du fluide réfrigérant FR qui sort du premier échangeur thermique 10, cette partie venant rejoindre la portion 39 de la deuxième branche 5. Le deuxième dispositif de compression 13 comprime ainsi une quantité de fluide réfrigérant FR qui correspond à la somme du fluide réfrigérant qui sort du deuxième échangeur thermique 14 avec la partie de fluide réfrigérant qui parcourt la conduite 15.
Le dispositif de détente 17 réalise une détente qui gère le débit du fluide réfrigérant qui est dirigée vers le premier dispositif de compression 9 par rapport à la partie de fluide réfrigérant qui circule dans la conduite 15. Une telle organisation permet de soulager le travail du premier dispositif de compression 9 en envoyant une partie du fluide réfrigérant qui a refroidi le dispositif de stockage électrique 11 vers le deuxième dispositif de compression 13. Une telle organisation permet de réduire la taille du premier dispositif de compression 9 et/ou de réduire sa vitesse de rotation.
La figure 3 montre le circuit 1 illustré aux figures 1 et 2 et utilisé en mode de refroidissement prioritaire du dispositif de stockage électrique 11, c’est-à-dire un mode où l’énergie thermique est concentrée pour refroidir le dispositif de stockage thermique 11. C’est notamment le cas d’une charge rapide imposé au dispositif de stockage électrique 11, alors que les occupants n’occupent pas le véhicule pendant le temps de cette charge rapide. L’habitacle n’est ainsi pas refroidi.
Dans un tel mode, les deux dispositifs de compression 9, 13 sont en fonctionnement et compriment le fluide réfrigérant FR. Ces deux dispositifs de compression 9, 13 ainsi mutualisés permettent de délivrer la puissance frigorifique nécessaire au refroidissement du dispositif de stockage électrique 11, sans causer de nuisance acoustique, par exemple. L’échangeur de chaleur principal 3 décharge les calories du fluide réfrigérant FR dans le flux d’air extérieur Fl. Le fluide réfrigérant FR circule ensuite exclusivement dans la première branche 4.
Le premier organe de détente 8 réalise une détente du fluide réfrigérant FR et le premier échangeur thermique 10 refroidit le dispositif de stockage thermique 11. L’ouverture du premier organe de détente 8 gère la puissance frigorifique qu’il convient d’appliquer au dispositif de stockage électrique 11. Le fluide réfrigérant FR est aspiré par le premier dispositif de compression 9 et par le deuxième dispositif de compression 13, grâce au fait qu’une partie du fluide réfrigérant qui a traversé le premier échangeur thermique 10 passe par la conduite 15 pour se diriger vers le deuxième dispositif de compression 13.
Du côté de la deuxième branche 5, le deuxième organe de détente 12 est fermé, interdisant toute circulation de fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur thermique 14.
Dans ce mode de refroidissement prioritaire du dispositif de stockage thermique 11, la conduite 15 est parcourue par une partie du fluide réfrigérant FR qui sort du premier échangeur thermique 10, cette partie venant rejoindre la portion 39 de la deuxième branche 5. Le deuxième dispositif de compression 13 comprime ainsi une quantité de fluide réfrigérant FR qui parcourt la conduite 15.
Le dispositif de détente 17 est alors totalement ouvert, sans mettre en œuvre de détente. Une telle organisation permet de fournir l’énergie nécessaire au refroidissement du dispositif de stockage électrique 11 avec des nuisances acoustiques réduites, puisque la phase de compression est assurée par deux dispositifs de compression 9, 13 qui travaillent en parallèle.
La figure 4 montre le circuit 1 illustré aux figures 1 à 3 et utilisé en mode de refroidissement prioritaire de l’habitacle du véhicule, c’est-à-dire un mode où l’énergie thermique est concentrée pour refroidir rapidement le flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle. Ce mode peut être activé quand la température extérieure à l’habitacle est importante, par exemple supérieure à 30°C, et que les utilisateurs du véhicule souhaitent refroidir très rapidement l’habitacle. Le refroidissement du dispositif de stockage électrique 11 n’est pas assuré dans ce mode.
Dans un tel mode, les deux dispositifs de compression 9, 13 sont en fonctionnement et compriment le fluide réfrigérant FR. Ces deux dispositifs de compression 9, 13 ainsi mutualisés permettent de délivrer la puissance frigorifique nécessaire au refroidissement de l’habitacle dans un temps très court, sans causer de nuisance acoustique, par exemple. L’échangeur de chaleur principal 3 décharge les calories du fluide réfrigérant FR dans le flux d’air extérieur Fi. Le fluide réfrigérant FR circule ensuite exclusivement dans la deuxième branche 5, grâce au fait que le premier organe de détente 8 est fermé.
Le deuxième organe de détente 12 réalise une détente du fluide réfrigérant FR et le deuxième échangeur thermique 14 refroidit le flux d’air intérieur F2 envoyé vers l’habitacle. L’ouverture du deuxième organe de détente 12 gère la puissance frigorifique qu’il convient d’appliquer au flux d’air intérieur F2 pour atteindre la température demandée dans l’habitacle. Le fluide réfrigérant FR est aspiré par le premier dispositif de compression 9 et par le deuxième dispositif de compression 13, grâce au fait qu’une partie du fluide réfrigérant qui a traversé le deuxième échangeur thermique 14 passe par la première canalisation 19 et par le deuxième clapet anti-retour 20, pour se diriger vers le premier dispositif de compression 9. Ce premier dispositif de compression 9 comprime ainsi une quantité de fluide réfrigérant FR qui parcourt la première canalisation 19.
Du côté de la première branche 4, le premier organe de détente 8 est fermé, interdisant toute circulation de fluide réfrigérant dans le premier échangeur thermique 10.
Dans ce mode de refroidissement prioritaire de l’habitacle, la circulation du fluide réfrigérant FR est interdite dans la conduite 15 puisque le moyen de contrôle 16 de la circulation de fluide réfrigérant est fermé. Selon l’exemple de ce premier mode de réalisation du circuit 1, le dispositif de détente 17 est fermé. Une telle organisation permet de fournir l’énergie nécessaire au refroidissement du flux d’air intérieur F2 avec des nuisances acoustiques réduites et dans un temps très court, puisque la phase de compression est assurée par deux dispositifs de compression 9, 13 qui travaillent en parallèle.
La figure 5 montre le circuit 1 illustré aux figures 1 à 4 et utilisé en mode de refroidissement de l’habitacle du véhicule, c’est-à-dire un mode où la demande de refroidissement du flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle est intermédiaire. Ce mode peut être activé quand la température extérieure à l’habitacle est supérieure à la demande de température des occupants, tout en restant modérée. Le refroidissement du dispositif de stockage électrique 11 n’est pas assuré dans ce mode. Dans un tel mode, seul le deuxième dispositif de compression 13 est en fonctionnement et comprime le fluide réfrigérant FR. Le premier dispositif de compression 9 n’est pas mis en fonctionnement. Ce mode permet ainsi d’assurer le traitement thermique de l’habitacle au moyen d’une consommation énergétique réduite, puisque l’un des dispositifs de compression est inactif. On abaisse également les nuisances acoustiques du circuit 1. L’échangeur de chaleur principal 3 décharge les calories du fluide réfrigérant FR dans le flux d’air extérieur Fi. Le fluide réfrigérant FR circule ensuite exclusivement dans la deuxième branche 5, grâce au fait que le premier organe de détente 8 est fermé.
Le deuxième organe de détente 12 réalise une détente du fluide réfrigérant FR et le deuxième échangeur thermique 14 refroidit le flux d’air intérieur F2 envoyé vers l’habitacle. L’ouverture du deuxième organe de détente 12 gère la puissance frigorifique qu’il convient d’appliquer au flux d’air intérieur F2 pour atteindre la température demandée dans l’habitacle. Le fluide réfrigérant FR est aspiré uniquement par le deuxième dispositif de compression 13.
Du côté de la première branche 4, le premier organe de détente 8 est fermé, interdisant toute circulation de fluide réfrigérant dans le premier échangeur thermique 10. Aucun fluide réfrigérant ne circule dans la première branche 4.
Dans ce mode de refroidissement de l’habitacle, la circulation du fluide réfrigérant FR est interdite dans la conduite 15 puisque le moyen de contrôle 16 de la circulation de fluide réfrigérant est fermé. Selon l’exemple de ce premier mode de réalisation du circuit 1, le dispositif de détente 17 est fermé. Une telle organisation permet d’ajuster l’énergie consommée par le circuit 1 au strict nécessaire correspondant à la demande de refroidissement de l’habitacle, ce qui permet de fournir l’énergie nécessaire au refroidissement du flux d’air intérieur F2 avec des nuisances acoustiques faibles, puisque la phase de compression est assurée par un unique dispositif de compression.
La figure 6 montre le circuit 1 illustré aux figures 1 à 5 et utilisé en mode de refroidissement modéré et simultanée du dispositif de stockage électrique 11 et de l’habitacle. C’est notamment le cas d’une phase de roulage sur autoroute, à une température extérieure par exemple supérieure à 25°C, et où le dispositif de stockage électrique 11 s’échauffe modérément en réponse à sa fourniture d’énergie électrique.
Dans un tel mode, seul l’un des deux dispositifs de compression est en fonctionnement et comprime le fluide réfrigérant FR. Ce deuxième dispositif de compression 13 assure seul la délivrance de la puissance frigorifique nécessaire au refroidissement de l’habitacle et du dispositif de stockage électrique 11, sans causer de nuisance acoustique, notamment. Le premier dispositif de compression est à l’arrêt. L’échangeur de chaleur principal 3 décharge les calories du fluide réfrigérant FR dans le flux d’air extérieur Fl. Le fluide réfrigérant FR circule ensuite à la fois dans la première branche 4 et dans la deuxième branche 5.
Le premier organe de détente 8 réalise une détente du fluide réfrigérant FR et le premier échangeur thermique 10 refroidit le dispositif de stockage thermique 11. Le fluide réfrigérant FR est aspiré par le deuxième dispositif de compression 13. Du côté de la deuxième branche 5, le deuxième organe de détente 12 réalise une détente du fluide réfrigérant FR et le deuxième échangeur thermique 14 refroidit le flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle. Le fluide réfrigérant FR qui sort du deuxième échangeur thermique 14 est lui aussi aspiré par le deuxième dispositif de compression 13. Le fluide réfrigérant FR qui provient de la première branche 4 et le fluide réfrigérant FR qui provient de la deuxième branche 5 passent par le dispositif d’accumulation 36, avant de rejoindre le deuxième dispositif de compression 13.
Dans ce mode de refroidissement modéré et simultané de l’habitacle et du dispositif de stockage thermique 11, la conduite 15 est parcourue par la totalité du fluide réfrigérant FR qui sort du premier échangeur thermique 10, ce fluide réfrigérant venant alors rejoindre la portion 39 de la deuxième branche 5. Le deuxième dispositif de compression 13 comprime ainsi une quantité de fluide réfrigérant FR qui correspond à la somme du fluide réfrigérant qui sort du deuxième échangeur thermique 14 avec le fluide réfrigérant qui sort du premier échangeur 10 et qui parcourt la conduite 15, c’est-à-dire la totalité du fluide réfrigérant en circulation dans le circuit 1 quand il est exploité selon ce mode de fonctionnement.
Le dispositif de détente 17 peut être en position totalement ouverte et peut donc ne pas réaliser de détente du fluide réfrigérant. La demande énergétique selon ce mode étant modérée et on évite ainsi un phénomène de cyclage (MARCHE/ARRET/MARCHE/ARRET) de l’un ou l’autre des dispositifs de compression, qui peut apparaître si les deux dispositifs de compression étaient activés simultanément pendant ce mode de fonctionnement.
La figure 7 montre le circuit 1 illustré aux figures 1 à 6 et utilisé en mode de refroidissement du dispositif de stockage électrique 11 simultanément au refroidissement de l’habitacle. C’est notamment le cas sur l’autoroute, où le besoin en refroidissement du dispositif de stockage électrique requiert une température d’évaporation très supérieure à celle nécessaire au confort thermique pour refroidir l’habitacle.
Dans un tel mode, on peut considérer que les deux branches 4, 5 sont fluidiquement indépendantes. Les deux dispositifs de compression 9, 13 sont en fonctionnement et compriment le fluide réfrigérant FR issu de chacune des branches. Le premier dispositif de compression 9 et le premier organe de détente 8 gèrent la puissance frigorifique de la première branche 4, tandis que le deuxième dispositif de compression 13 et le deuxième organe de détente 12 gèrent la puissance frigorifique de la deuxième branche 5. L’échangeur de chaleur principal 3 décharge les calories du fluide réfrigérant FR dans le flux d’air extérieur Fi. Le fluide réfrigérant FR circule ainsi à la fois dans la première branche 4 et dans la deuxième branche 5.
Du côté de la deuxième branche 5, le deuxième organe de détente 12 réalise une détente du fluide réfrigérant FR et le deuxième échangeur thermique 14 refroidit le flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle. Le fluide réfrigérant FR qui sort du deuxième échangeur thermique 14 est alors aspiré par le deuxième dispositif de compression 13, après être passé par le dispositif d’accumulation 36.
Dans ce mode de refroidissement du dispositif de stockage électrique 11 simultanément au refroidissement de l’habitacle, la circulation du fluide réfrigérant est interdite dans la conduite 15 par le fait que le moyen de contrôle 16 de la circulation du fluide réfrigérant au sein de la conduite 15 est fermé. Le dispositif de détente 17 est ici fermé. Une telle organisation permet de réaliser la fonction en faisant tourner les dispositifs de compression à une vitesse inférieure à ce qu’elle serait si un unique dispositif de compression était activé. Les nuisances sonores sont donc réduites. De plus, ce mode de fonctionnement permet le refroidissement du dispositif de stockage électrique quand la température requise pour ce refroidissement est entre 5 et io°C en-dessous de la température ambiante. On refroidit ainsi le dispositif de stockage électrique 11 indépendamment de l’habitacle et avec une très faible consommation électrique du dispositif de compression 9, puisqu’il est dédié au refroidissement du dispositif de stockage électrique 11.
La figure 8 montre un circuit 1 selon un deuxième mode de réalisation à l’intérieur duquel un fluide réfrigérant FR circule. Ce circuit 1 reprend les composants et leurs dispositions relatives tels qu’ils ont été décrits en rapport aux figures 1 à 7. Pour la description de ces composants et leur fonctionnement, on se reportera à cette description qui s’applique mutatis-mutandis au circuit des figures 8 à 14. Les modes de fonctionnement décrits aux figures 2 à 7 peuvent donc être est mise en œuvre par le circuit 1 objet de la figure 8. La description ci-dessous s’attache à décrire les composants ajoutés, et leur position dans le circuit.
Le circuit 1 comprend des composants supplémentaires qui augmentent la performance du circuit ou qui permettent de chauffer l’habitacle et/ou le dispositif de stockage électrique 11. Un échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 est disposé dans la branche principale 2, par exemple entre le point de convergence 7 et l’échangeur de chaleur principal 3. Cet échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 fournit des calories à une boucle secondaire de fluide caloporteur qui comprend au moins un aérotherme positionné dans l’installation 28 de ventilation, chauffage et/ou climatisation, de manière à décharger les calories transportées par le fluide caloporteur dans le flux d’air intérieur F2.
Un troisième organe de détente 44 est disposé sur la branche principale 2 entre une sortie de l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 et un quatrième point 45 situé en amont de l’échangeur de chaleur principal 3.
Le circuit 1 comprend une deuxième canalisation 46 qui joint le quatrième point 45 à un cinquième point 48 disposé sur la conduite 15, par exemple entre le dispositif de détente 17 et le premier clapet anti-retour 18. Cette deuxième canalisation 46 comporte un troisième clapet anti-retour 47 organisé de sorte à interdire la circulation du fluide réfrigérant FR depuis le quatrième point 45 et vers le cinquième point 48, et à l’autoriser en sens inverse.
Le circuit 1 comprend encore une troisième canalisation 49 qui joint un sixième point 50, disposé sur la branche principale 2 entre l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 et le troisième organe de détente 44, au point de divergence 6. Cette troisième canalisation 49 comporte une première vanne d’arrêt 51 capable d’autoriser ou d’interdire la circulation de fluide réfrigérant au sein de la troisième canalisation 49.
Le circuit 1 comprend enfin une quatrième canalisation 52 qui joint un septième point 53, disposé sur la branche principale 2 en sortie de l’échangeur de chaleur 3 et le point de divergence 6, et un huitième point 54 disposé à une entrée du dispositif d’accumulation 36. Cette quatrième canalisation 52 comporte une deuxième vanne d’arrêt 55 capable d’autoriser ou d’interdire la circulation de fluide réfrigérant au sein de la quatrième canalisation 52.
On notera que le circuit 1 selon ce deuxième mode de réalisation comprend encore un quatrième clapet anti-retour 56 disposé sur la branche principale 2 entre le septième point 53 et le point de divergence 6. Un tel quatrième clapet anti-retour 56 est organisé de sorte à interdire la circulation du fluide réfrigérant FR depuis le point de divergence 6 et vers le septième point 53, et à l’autoriser en sens inverse. Enfin, le circuit 1 selon ce mode comprend une troisième vanne d’arrêt 57 disposé entre le deuxième point 42 et le huitième point 54 et capable d’autoriser ou d’interdire la circulation de fluide réfrigérant FR dans la portion 39 de la deuxième branche 5.
Le circuit 1 selon le premier mode de réalisation ou selon ce deuxième mode de réalisation peut comprendre un premier échangeur de chaleur interne 21 qui assure un échange de chaleur entre une zone haute pression du circuit 1, notamment la branche principale 2, et une zone basse pression de ce circuit 1, ici la portion 33 de la première branche 4. Ce premier échangeur de chaleur interne 21 comprend une première passe 22 disposée dans la branche principale 2 et une seconde passe 23 située dans la portion 33 de la première branche 4. La première passe 22 est disposée dans le circuit 1 entre le septième point 53 et le quatrième clapet anti-retour 56. La seconde passe 23 est disposée entre le premier point 41 et l’entrée 30 du premier dispositif de compression 9.
Le premier échangeur interne 21 permet d’augmenter la puissance frigorifique qu’il est possible de générer en diminuant la valeur de l’enthalpie du réfrigérant en entrée de l’échangeur 10. De plus, le premier échangeur thermique 21 permet également de faciliter le contrôle de la surchauffe du fluide frigorigène à l’entrée du premier dispositif de compression 9. Le circuit ne comportant pas de dispositif d’accumulation entre le point 41 et l’entrée du premier dispositif de compression 9, c’est le premier échangeur interne 21 qui permet de contrôler la surchauffe du fluide frigorigène à l’aspiration du premier dispositif de compression 9. La régulation du circuit est améliorée.
De manière alternative ou cumulative au paragraphe précédent, le circuit 1 selon le premier mode de réalisation ou selon ce deuxième mode de réalisation peut comprendre un deuxième échangeur de chaleur interne 24 qui assure un échange de chaleur entre une zone haute pression du circuit 1, notamment la branche principale 2, et une zone basse pression de ce circuit 1, ici la portion 39 de la deuxième branche 5. Ce deuxième échangeur de chaleur interne 24 comprend une première passe 25 disposée dans la branche principale 2 et une seconde passe 26 située dans la portion 39 de la deuxième branche 5. La première passe 25 est disposée dans le circuit 1 entre une sortie de la première passe 22 du premier échangeur de chaleur interne 21 et le quatrième clapet anti-retour 56. La seconde passe 26 est disposée entre la sortie 37 du dispositif d’accumulation 36 et l’entrée 35 du deuxième dispositif de compression 13.
La figure 9 montre le circuit 1 illustré à la figure 8 et utilisé en mode de chauffage du dispositif de stockage électrique 11. C’est notamment le cas quand la température extérieure à l’habitacle est inférieure à 15°C.
Dans un tel mode, le circuit 1 fonctionne en mode pompe à chaleur, où le premier échangeur thermique 10 est utilisé comme condenseur, tandis que l’échangeur de chaleur principal 3 est utilisé comme évaporateur. Le deuxième dispositif de compression 13 est en fonctionnement et comprime le fluide réfrigérant FR, tandis que le premier dispositif de compression 9 est arrêté. Dans un tel mode, l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 peut fournir des calories à la boucle secondaire de sorte que l’aérotherme positionné dans l’installation 28 de ventilation, chauffage et/ou climatisation décharge les calories présentes dans le fluide caloporteur dans le flux d’air intérieur F2. Un tel échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 est utilisé en tant que condenseur.
La première vanne d’arrêt 51 est ouverte et autorise une circulation du fluide réfrigérant dans la troisième canalisation 49. Le premier organe de détente 8 est grand ouvert et il ne génère aucune détente. Le fluide réfrigérant FR qui traverse le deuxième échangeur thermique 14 est ainsi chaud et chauffe le flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle du véhicule.
Le dispositif de détente 17 opère une détente, tandis que la troisième vanne d’arrêt 57 est en position fermée. Le fluide réfrigérant FR passe ensuite par le troisième clapet anti-retour 47 et rejoint l’échangeur de chaleur principal 3, où le flux d’air extérieur Fl est refroidi par le fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant FR emprunte ensuite la quatrième canalisation 52, grâce au fait que la deuxième vanne 55 est ouverte, et rejoint le dispositif d’accumulation 36. Le fluide réfrigérant FR est ensuite aspiré par le deuxième dispositif de compression 13 pour mettre en œuvre un nouveau cycle thermodynamique.
Du côté de la deuxième branche 5, le deuxième organe de détente 12 est fermé et empêche toute circulation du fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur thermique 14.
Dans ce mode de chauffage du dispositif de stockage thermique 11, la conduite 15 est parcourue par le fluide réfrigérant FR qui sort du premier échangeur thermique 10. Le dispositif de stockage électrique 11 est ainsi chauffé par le premier échangeur thermique 10 grâce au cycle thermodynamique que le deuxième dispositif de compression 13 met en œuvre.
La figure 10 montre le circuit 1 illustré aux figures 8 et 9 et utilisé en mode de chauffage de l’habitacle. Dans un tel mode, le circuit 1 fonctionne en mode pompe à chaleur, où le deuxième échangeur thermique 14 est utilisé comme condenseur, tandis que l’échangeur de chaleur principal 3 est utilisé comme évaporateur.
Le deuxième dispositif de compression 13 est en fonctionnement et comprime le fluide réfrigérant FR, tandis que le premier dispositif de compression 9 est arrêté. Dans un tel mode, l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 fournit des calories à la boucle secondaire de sorte que l’aérotherme positionné dans l’installation 28 de ventilation, chauffage et/ou climatisation décharge les calories présentes dans le fluide caloporteur dans le flux d’air intérieur F2. Un tel échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 est utilisé en tant que condenseur.
La première vanne d’arrêt 51 est ouverte et autorise une circulation du fluide réfrigérant dans la troisième canalisation 49 et à travers l’organe de détente 12 où il peut subir une détente partielle. Le fluide réfrigérant FR qui traverse le deuxième échangeur thermique 14 est ainsi chaud et se condense en chauffant le flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle du véhicule.
Le fluide réfrigérant FR emprunte ensuite la première canalisation 19 et passe au travers du deuxième clapet anti-retour 20, puis passe au moins partiellement dans la conduite 15. Le dispositif de détente 17 opère une détente, tandis que la troisième vanne d’arrêt 57 est en position fermée. Le fluide réfrigérant FR passe ensuite par le troisième clapet anti -retour 47 et rejoint l’échangeur de chaleur principal 3, où le flux d’air extérieur Fl est refroidi par le fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant FR emprunte ensuite la quatrième canalisation 52, grâce au fait que la deuxième vanne 55 est ouverte, et rejoint le dispositif d’accumulation 36. Le fluide réfrigérant FR est ensuite aspiré par le deuxième dispositif de compression 13 pour mettre en œuvre un nouveau cycle thermodynamique.
Du côté de la première branche 4, le premier organe de détente 8 est fermé et empêche toute circulation du fluide réfrigérant FR dans le premier échangeur thermique 10.
Dans un tel mode, l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 fournit des calories à la boucle secondaire de sorte que l’aérotherme positionné dans l’installation 28 de ventilation, chauffage et/ou climatisation décharge les calories présentes dans le fluide caloporteur dans le flux d’air intérieur F2. Un tel échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 est utilisé en tant que condenseur.
La figure 11 montre le circuit 1 illustré aux figures 8 à 10 et utilisé en mode de chauffage de l’habitacle simultanément à un chauffage ou à un refroidissement du dispositif de stockage électrique 11.
Dans un tel mode, le circuit 1 fonctionne en mode pompe à chaleur, où le premier échangeur thermique 10 et le deuxième échangeur thermique 14 sont utilisés comme condenseur, tandis que l’échangeur de chaleur principal 3 est utilisé comme évaporateur. Alternativement et en mode de refroidissement du dispositif de stockage électrique 11, le premier échangeur de chaleur 10 est utilisé en tant qu’évaporateur. Dans l’une ou l’autre de ces alternatives, l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 peut fournir des calories à la boucle secondaire de sorte que l’aérotherme positionné dans l’installation 28 de ventilation, chauffage et/ou climatisation décharge les calories présentes dans le fluide caloporteur dans le flux d’air intérieur F2. Un tel échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 est utilisé en tant que condenseur.
Le deuxième dispositif de compression 13 est en fonctionnement et comprime le fluide réfrigérant FR, tandis que le premier dispositif de compression 9 est arrêté. La première vanne d’arrêt 51 est ouverte et autorise une circulation du fluide réfrigérant dans la troisième canalisation 49. En mode chauffage simultané de l’habitacle et du dispositif de stockage électrique 11, le premier organe de détente 8 et le deuxième organe de détente 12 sont grands ouverts et ils ne génèrent aucune détente. Le fluide réfrigérant FR qui traverse le premier échangeur thermique 10 et le deuxième échangeur thermique 14 est ainsi chaud et chauffe dispositif de stockage électrique 11 et le flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle du véhicule. Alternativement et en mode de refroidissement du dispositif de stockage électrique 11, le premier organe de détente 8 peut opérer une détente, si bien que le fluide réfrigérant qui traverse le premier échangeur thermique 10 refroidit le dispositif de stockage électrique 11. Le fluide réfrigérant FR emprunte ensuite la première canalisation 19 et passe au travers du deuxième clapet anti-retour 20, puis passe au moins partiellement dans la conduite 15. Cette conduite 15 est ainsi empruntée par la somme du fluide réfrigérant qui traverse la première branche 4 et la deuxième branche 5, quelle que soit l’alternative d’utilisation du premier échangeur thermique 10.
Le dispositif de détente 17 opère une détente, tandis que la troisième vanne d’arrêt 57 est en position fermée. Le fluide réfrigérant FR passe ensuite par le troisième clapet anti-retour 47 et rejoint l’échangeur de chaleur principal 3, où le flux d’air extérieur Fl est refroidi par le fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant FR emprunte ensuite la quatrième canalisation 52, grâce au fait que la deuxième vanne 55 est ouverte, et rejoint le dispositif d’accumulation 36. Le fluide réfrigérant FR est ensuite aspiré par le deuxième dispositif de compression 13 pour mettre en œuvre un nouveau cycle thermodynamique.
Dans ce mode de chauffage de l’habitacle, où le dispositif de stockage électrique 11 peut être soit chauffé, soit refroidi, la conduite 15 est parcourue par le fluide réfrigérant FR qui sort des deux échangeurs thermiques 10, 14. L’habitacle est ainsi dans un premier temps chauffé ou refroidi par le deuxième échangeur thermique 14 avant d’être chauffé par l’aérotherme qui est couplé à l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27, tandis que le dispositif de stockage électrique 11 est chauffé ou refroidi, grâce au cycle thermodynamique que le deuxième dispositif de compression 13 met en œuvre.
Dans un tel mode, l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 fournit des calories à la boucle secondaire de sorte que l’aérotherme positionné dans l’installation 28 de ventilation, chauffage et/ou climatisation décharge les calories présentes dans le fluide caloporteur dans le flux d’air intérieur F2. Un tel échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 est utilisé en tant que condenseur.
La figure 12 montre le circuit 1 illustré aux figures 8 à 11 et utilisé en mode de chauffage de l’habitacle simultanément à un refroidissement du dispositif de stockage électrique 11. Un tel mode est mis en œuvre quand il est possible de valoriser les calories dissipées par le dispositif de stockage électrique 11. Cette valorisation permet de soulager le deuxième dispositif de compression 13, évitant ainsi qu’il aspire un débit trop important, ce qui nécessiterait une vitesse de rotation importante et donc la génération de nuisances acoustiques.
Dans un tel mode, le premier échangeur thermique 10 est utilisé en tant qu’évaporateur pour refroidir le dispositif de stockage électrique 11, tandis que le deuxième échangeur thermique 14 est utilisé en tant que condenseur ou évaporateur de sorte à chauffer ou refroidir le flux d’air intérieur F2 envoyé dans l’habitacle du véhicule. Pour ce faire, le premier organe de détente 8 met en œuvre une détente, tandis que le deuxième organe de détente 12 est partiellement ouvert contrôlant ainsi une pression intermédiaire dépendante de la valeur de la température du flux d’air intérieur F2 circulant au travers du deuxième échangeur thermique 14, notamment quand celui-ci est utilisé en tant qu’évaporateur.
Les deux dispositifs de compression 9, 13 sont actifs et compriment le fluide réfrigérant FR. La première vanne d’arrêt 51 est ouverte et autorise une circulation du fluide réfrigérant dans la troisième canalisation 49. Dans un tel mode, l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 peut fournir des calories à la boucle secondaire de sorte que l’aérotherme positionné dans l’installation 28 de ventilation, chauffage et/ou climatisation décharge les calories présentes dans le fluide caloporteur dans le flux d’air intérieur F2. Un tel échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 est utilisé en tant que condenseur.
Le fluide réfrigérant FR qui provient du deuxième échangeur thermique 14 emprunte la première canalisation 19 pour rejoindre le premier point 41, tandis que le fluide réfrigérant présent dans le premier échangeur thermique 10 rejoint également le premier point 41. Une partie du fluide réfrigérant FR présent au premier point 41 est aspiré par le premier dispositif de compression 9 et une autre partie de ce fluide réfrigérant FR présent au premier point 41 parcourt au moins en partie la conduite 15. Le dispositif de détente 17 opère une détente, tandis que la troisième vanne d’arrêt 57 est en position fermée. Le fluide réfrigérant FR passe ensuite par le troisième clapet anti -retour 47 et rejoint l’échangeur de chaleur principal 3, où le flux d’air extérieur Fl est refroidi par le fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant FR emprunte ensuite la quatrième canalisation 52, grâce au fait que la deuxième vanne 55 est ouverte, et rejoint le dispositif d’accumulation 36. Le fluide réfrigérant FR est ensuite aspiré par le deuxième dispositif de compression 13.
Dans ce mode de fonctionnement particulier, l’habitacle est chauffé par l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27, éventuellement par le deuxième échangeur thermique 14, tandis que le dispositif de stockage électrique 11 est refroidi, grâce au cycle thermodynamique que le premier dispositif de compression 9 et le deuxième dispositif de compression 13 mettent en œuvre. Le fonctionnement simultané des deux dispositifs de compression 9, 13 permet de répondre à la demande énergétique du circuit 1 sans pour autant générer des nuisances acoustiques qui résulteraient d’une vitesse de rotation trop importante d’un unique dispositif de compression.
La figure 13 montre le circuit 1 illustré aux figures 8 à 12 et utilisé en mode chauffage de l’habitacle et dégivrage de l’échangeur de chaleur principal 3. Un tel mode est mis en œuvre quand, en mode pompe à chaleur, la température d’évaporation génère un givrage du flux d’air extérieur Fi lors de sa traversée de l’échangeur de chaleur principal 3. On évite ainsi une indisponibilité de cet échangeur de chaleur principal 3.
Dans un tel mode, l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 fournit des calories à la boucle secondaire de sorte que l’aérotherme positionné dans l’installation 28 de ventilation, chauffage et/ou climatisation décharge les calories présentes dans le fluide caloporteur dans le flux d’air intérieur F2. Un tel échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 est utilisé en tant que condenseur.
La première vanne d’arrêt 51 est en position fermée, interdisant la circulation de fluide réfrigérant dans la troisième canalisation 49. Le troisième organe de détente 44 génère une pré-détente de sorte à ce que la température d’évaporation du fluide réfrigérant FR dans l’échangeur de chaleur principal 3 soit bien supérieure à zéro °C, provoquant ainsi un dégivrage de l’échangeur de chaleur principal 3. Au septième point 53, le fluide réfrigérant FR se sépare et une partie du fluide réfrigérant circule dans la quatrième canalisation 52, grâce au fait que la deuxième vanne d’arrêt 55 est ouverte, tandis qu’une autre partie du fluide réfrigérant circule vers le point de divergence 6.
Le deuxième organe de détente 12 est fermé. Le premier organe de détente 8 assure quant à lui une détente résiduelle permettant au fluide réfrigérant de passer de la pression intermédiaire générée par le troisième organe de détente 44 à la basse pression. Le premier échangeur thermique 10 fonctionne en tant qu’évaporateur et refroidit le dispositif de stockage électrique 11. Ce faisant, les calories de ce dispositif de stockage électrique 11 sont récupérées par le fluide réfrigérant et exploitées dans le cycle thermodynamique mis en œuvre par le circuit 1. On notera que dans une variante, le premier organe de détente 8 peut également être grand ouvert.
Le moyen de contrôle 16 de la circulation au sein de la conduite 15 empêche cette circulation et la troisième vanne d’arrêt 57 est en position fermée. Le fluide réfrigérant qui sort du premier échangeur thermique 10 est ainsi aspiré par le premier dispositif de compression 9.
On notera que le premier échangeur de chaleur interne 21 est actif, en échangeant des calories entre la branche principale 2 et la portion 33 de la première branche 4. Alternativement ou cumulativement, le deuxième échangeur de chaleur interne 24 peut également être actif en en échangeant des calories entre la branche principale 2 et une portion de la deuxième branche 5 qui s’étend entre le dispositif d’accumulation 36 et le deuxième dispositif de compression 13.
Dans ce mode de fonctionnement, l’habitacle est chauffé si besoin par l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27, le dispositif de stockage électrique 11 formant alors une source chaude sur laquelle le cycle thermodynamique s’appuie. Le chauffage de l’habitacle peut alors être mis en œuvre en même temps qu’un dégivrage de l’échangeur de chaleur principal 3.
La figure 14 montre le circuit 1 illustré aux figures 8 à 13 et utilisé en un second mode de chauffage de l’habitacle et de dégivrage de l’échangeur de chaleur principal 3. Comme pour la figure 13, un tel mode est mis en œuvre quand, en mode pompe à chaleur, la température d’évaporation génère un givrage du flux d’air extérieur Fi lors de sa traversée de l’échangeur de chaleur principal 3. On évite ainsi une indisponibilité de cet échangeur de chaleur principal 3. Dans un tel mode, l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 fournit des calories à la boucle secondaire de sorte que l’aérotherme positionné dans l’installation 28 de ventilation, chauffage et/ou climatisation décharge les calories présentes dans le fluide caloporteur dans le flux d’air intérieur F2. Un tel échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27 est utilisé en tant que condenseur.
La première vanne d’arrêt 51 et la deuxième vanne d’arrêt 55 sont en position fermées, interdisant la circulation de fluide réfrigérant respectivement dans la troisième canalisation 49 et dans la quatrième canalisation 52. Le troisième organe de détente 44 génère une pré-détente de sorte à ce que la température d’évaporation du fluide réfrigérant dans l’échangeur de chaleur principal 3 soit bien supérieure à zéro °C, provoquant ainsi un dégivrage de l’échangeur de chaleur principal 3. Le fluide réfrigérant FR chemine ensuite vers le point de divergence 6, où il se sépare en une partie qui entre dans la première branche 4 et autre partie qui entre dans la deuxième branche 5.
Le premier organe de détente 8 et le deuxième organe de détente 12 génèrent chacun une détente résiduelle permettant au fluide réfrigérant de passer de la pression intermédiaire générée par le troisième organe de détente 44 à la basse pression du côté du premier dispositif de compression 9 et du côté du deuxième dispositif de compression 13. Le premier échangeur thermique 10 et le deuxième échangeur thermique 14 fonctionnent en tant qu’évaporateur et refroidissent respectivement le dispositif de stockage électrique 11 et le flux d’air intérieur F2, l’installation 28 de ventilation, chauffage et/ou climatisation ayant préalablement été positionnée en recyclage habitacle du flux d’air intérieur F2. Ce faisant, les calories de ce dispositif de stockage électrique 11 et de ce flux d’air intérieur F2 sont récupérées par le fluide réfrigérant et exploitées dans le cycle thermodynamique mis en œuvre par le circuit 1. La température au niveau du deuxième échangeur thermique 14 peut-être proche de zéro °C, pour assécher le flux d’air intérieur F2 sans néanmoins givrer l’évaporateur.
Le moyen de contrôle 16 de la circulation au sein de la conduite 15 empêche cette circulation dans la conduite 15 et la troisième vanne d’arrêt 57 est en position ouverte pour que le fluide réfrigérant puisse rejoindre le dispositif d’accumulation 36 via le portion 39 de la deuxième branche 5. Le fluide réfrigérant qui sort du premier échangeur thermique 10 est ainsi aspiré par le premier dispositif de compression 9, tandis que le fluide réfrigérant qui sort du deuxième échangeur thermique 14 est aspiré par le deuxième dispositif de compression 13.
On notera que le premier échangeur de chaleur interne 21 est actif, en échangeant des calories entre la branche principale 2 et la portion 33 de la première branche 4. Alternativement ou cumulativement, le deuxième échangeur de chaleur interne 24 peut également être actif en en échangeant des calories entre la branche principale 2 et une portion de la deuxième branche 5 qui s’étend entre le dispositif d’accumulation 36 et le deuxième dispositif de compression 13.
Dans ce mode de fonctionnement, l’habitacle est chauffé par l’échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 27, le dispositif de stockage électrique 11 et le flux d’air intérieur F2 formant alors chacun une source chaude sur laquelle le cycle thermodynamique s’appuie. Le chauffage de l’habitacle peut alors être mis en œuvre en même temps qu’un dégivrage de l’échangeur de chaleur principal 3.
Dans ce mode de fonctionnement dédié au dégivrage de l’échangeur de chaleur principal 3, le système de traitement thermique du véhicule peut comprendre un moyen d’interrompre la circulation du flux d’air extérieur Fl. Il peut par exemple s’agir de volets amovibles disposés en amont de l’échangeur de chaleur principal 3, selon le sens du flux d’air extérieur Fi, et fermés quand le véhicule roule. Alternativement, ce mode de fonctionnement peut être mis en œuvre quand le véhicule est à l’arrêt.
Le circuit 1 de fluide réfrigérant FR selon le premier mode de réalisation ou selon le deuxième mode de réalisation peut comprendre des moyens pour acquérir des informations relatives au circuit 1, au dispositif de stockage électrique 11 ou à l’habitacle, et des moyens pour agir sur les composants de ce circuit 1 de manière à atteindre des consignes fixées, notamment des températures de fluide réfrigérant ou des vitesses de rotation du premier dispositif de compression 9 et/ou du deuxième dispositif de compression 13. Cette gestion du circuit 1 peut être opérée par un dispositif de contrôle qui peut prendre la forme d’un boîtier ou d’une unité électronique. Ce dispositif de contrôle est avantageusement en capacité de piloter le premier dispositif de compression 9 et/ou le deuxième dispositif de compression 13. Le dispositif de contrôle agit ainsi sur la vitesse de rotation de ces dispositifs de compression, notamment quand il s’agit de compresseur à moteur électrique intégré et cylindrée fixe. On comprend de ce qui précède que la présente invention permet ainsi d’assurer simplement, à coûts optimisés, sans excès de consommation et à un niveau sonore réduit, le traitement thermique, par chauffage ou refroidissement, d’un dispositif de stockage électrique, tel qu’une batterie ou un pack de batteries, configuré pour fournir une énergie électrique à un moteur électrique d’entraînement du véhicule, ainsi que le traitement thermique d’un habitacle, par chauffage ou refroidissement d’un flux d’air intérieur envoyé dans l’habitacle.
L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tous moyens ou configurations équivalentes et à toute combinaison techniquement opérant de tels moyens. En particulier, l’architecture du circuit de fluide réfrigérant peut être modifiée sans nuire à l’invention dans la mesure où il remplit les fonctionnalités décrites dans le présent document.

Claims

REVENDICATIONS
1. Circuit (i) pour véhicule automobile configuré pour être parcouru par un fluide réfrigérant (FR), le circuit (1) comprenant au moins une branche principale (2) comprenant au moins un échangeur de chaleur principal (3), ainsi qu’une première branche (4) et une deuxième branche (5) qui s’étendent entre un point de divergence (6) et un point de convergence (7) et qui sont toutes deux disposées en série de la branche principale (2), la première branche (4) comprenant au moins un premier organe de détente (8) et un premier échangeur thermique (10) configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique (11) du véhicule, la deuxième branche (5) comprenant au moins un deuxième organe de détente (12) et un deuxième échangeur thermique (14) configuré pour traiter thermiquement un habitacle du véhicule, caractérisé en que la première branche (4) comprend un premier dispositif de compression (9) et en ce que la deuxième branche (5) comprend un deuxième dispositif de compression (13) indépendant du premier dispositif de compression (9).
2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel au moins une conduite (15) relie une portion (33) de la première branche (4) située entre le premier échangeur thermique (10) et le premier dispositif de compression (9) à une portion (39) de la deuxième branche (5) située entre le deuxième échangeur thermique (14) et le deuxième dispositif de compression (13).
3. Circuit selon la revendication 2, dans lequel la conduite (15) comprend au moins un moyen de contrôle (16) de la circulation du fluide réfrigérant (FR) au sein de la conduite (15).
4. Circuit selon la revendication 3, dans lequel le moyen de contrôle (16) de la circulation du fluide réfrigérant (FR) au sein de la conduite (15) comprend au moins un dispositif de détente (17) du fluide réfrigérant.
5. Circuit selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le moyen de contrôle (16) de la circulation du fluide réfrigérant (FR) au sein de la conduite (15) comprend un premier clapet anti-retour (18).
6. Circuit selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, comprenant une première canalisation (19) disposée en parallèle de la conduite (15).
7. Circuit selon la revendication 6, dans lequel la première canalisation (19) comprend un deuxième clapet anti-retour (20).
8. Circuit selon l’une quelconque des revendications 2 à 7, comprenant au moins un premier échangeur de chaleur interne (21) dont une première passe (22) est disposée dans la branche principale (2), tandis qu’une seconde passe (23) est située dans la portion de la première branche (4) située entre le premier échangeur thermique (10) et le premier dispositif de compression (9).
9. Circuit selon l’une quelconque des revendications 2 à 8, comprenant un deuxième échangeur de chaleur interne (24) dont une première passe (25) est disposée dans la branche principale (2), tandis qu’une seconde passe (26) est située dans la portion de la deuxième branche (4) située entre le deuxième échangeur thermique (14) et le deuxième dispositif de compression (13).
10. Circuit selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la branche principale (2) comprend un échangeur de chaleur fluide réfrigérant/fluide caloporteur (27) disposé entre le point de convergence (7) et l’échangeur de chaleur principal (3).
11. Système de traitement thermique d’un véhicule automobile, comprenant un dispositif de stockage électrique (11) du véhicule automobile et un circuit (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le premier échangeur thermique (10) coopère avec le dispositif de stockage électrique (11) de manière à assurer au moins son refroidissement.
12. Système selon la revendication précédente, comprenant une installation (28) de ventilation, chauffage et/ou climatisation de l’habitacle du véhicule automobile, dans lequel le deuxième échangeur thermique (14) est disposé dans l’installation (28) de ventilation, chauffage et/ou climatisation.
13. Procédé de contrôle de la température d’un dispositif de stockage électrique (11) d’un véhicule automobile, mettant en œuvre un circuit (1) de fluide réfrigérant selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, procédé au cours duquel on active simultanément le premier dispositif de compression (9) et le deuxième dispositif de compression (13) pendant une charge rapide du dispositif de stockage électrique (11).
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