WO2021152235A1 - Dispositif de gestion thermique pour vehicule automobile - Google Patents

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WO2021152235A1
WO2021152235A1 PCT/FR2021/050101 FR2021050101W WO2021152235A1 WO 2021152235 A1 WO2021152235 A1 WO 2021152235A1 FR 2021050101 W FR2021050101 W FR 2021050101W WO 2021152235 A1 WO2021152235 A1 WO 2021152235A1
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branch
thermal management
compressor
management device
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Mohamed Yahia
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Valeo Systemes Thermiques
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Definitions

  • the invention relates to the field of thermal management devices for motor vehicles and more particularly to a thermal management device for electric or hybrid motor vehicles in the context of thermal management of the passenger compartment and of the batteries.
  • thermal management device allowing thermal management of air flow to the passenger compartment.
  • This thermal management device thus generally comprises an air conditioning circuit making it possible to cool this air flow by means of an evaporator.
  • This air conditioning circuit can also include a cooler in order to thermally manage the batteries. In order for them to be as efficient as possible, these batteries must remain at an optimum operating temperature. It is therefore necessary to cool them in use so that they do not exceed this optimum operating temperature excessively.
  • a known solution is to allow the passage of a refrigerant fluid at a different pressure and flow rate in the evaporator and the cooler in order to modulate the cooling power between G evaporator and the cooler as needed.
  • One of the aims of the present invention is therefore to at least partially remedy the drawbacks of the prior art and to provide an improved thermal management device.
  • the present invention therefore relates to a thermal management device for a motor vehicle in which a refrigerant fluid is intended to circulate, said thermal management device comprising: • a main loop comprising in the direction of circulation of the refrigerant fluid, a compressor, an evapo / condenser, a first expansion device and a first evaporator,
  • a balancing device comprising: a first high-pressure refrigerant fluid inlet pipe connected to a third connection point arranged on the main loop downstream of the compressor between said compressor and the evapo / compressor, a second low-pressure refrigerant fluid inlet pipe connected to a fourth connection point arranged on the main loop downstream of the first evaporator, between said first evaporator and the second connection point, a third so refrigerant fluid line connected to a fifth connection point disposed between the fourth and the second connection point, said balancing device being configured to expand the high pressure refrigerant fluid arriving via the first inlet pipe and to
  • the main loop further comprises a device for blocking the refrigerant fluid between the fourth and the fifth connection point.
  • the first inlet line has a third trigger device.
  • the thermal management device comprises a device for phase separation of the refrigerant fluid arranged on the branch. main downstream of the first evaporator, between said first evaporator and the fourth connection point.
  • the thermal management device comprises a second branch branch connecting a sixth connection point arranged on the main branch upstream of the first expansion device, between the first connection point and said first expansion device, at a seventh connection point arranged on the main branch upstream of the second connection point, between the blocking device and said second connection point, said second bypass branch comprising a second evaporator, the management device thermal further comprising a fourth expansion device arranged between the first connection point and the second evaporator.
  • the fourth expansion device is disposed on the second bypass branch upstream of the second evaporator.
  • the fourth expansion device is disposed on the main branch upstream of the sixth connection point.
  • the thermal management device comprises a sub-cooler disposed on the main branch downstream of the evapo / condenser, between said evapo / condenser and the first connection point.
  • the thermal management device comprises an internal heat exchanger comprising a high pressure part arranged on the main branch downstream of G evapo / condenser and a low pressure part arranged on the main branch upstream of the second connection point.
  • the thermal management device comprises: a third branch branch connecting an eighth connection point arranged on the main branch upstream of G evapo / condenser, between the compressor and said evapo / condenser, at a ninth connection point arranged on the main branch downstream of the eighth connection point, between said eighth connection point and the evapo / condenser, said third branch branch comprising in the direction of circulation of the refrigerant fluid a radiator and a fifth expansion device,
  • G evapo / condenser to the first connection point and / or to the fourth branch branch.
  • the third branch branch has a twelfth and a thirteenth connection point arranged on either side of the high pressure part of the internal heat exchanger so as to form:
  • the balancing device comprises an ejector comprising a first high pressure fluid inlet connected to the first inlet pipe, a second low pressure fluid inlet connected to the second inlet pipe and an ejection outlet connected to the third outlet pipe.
  • the balancing device comprises a mechanical expansion valve-compressor assembly, said mechanical expansion valve-compressor assembly comprising an expansion turbine and a mechanical compressor, the expansion turbine and the mechanical compressor being mechanically coupled to one another, the coolant inlet of the expansion turbine being connected to the first inlet pipe, the coolant inlet of the mechanical compressor being connected to the second inlet pipe, the exits of coolant from the expansion turbine and from the mechanical compressor both being connected to the third outlet pipe.
  • Figure 1 is a schematic representation of a thermal management device according to a first embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of a thermal management device according to a second embodiment
  • Figure 3 is a schematic representation of a thermal management device according to a third embodiment
  • FIG. 4 is a schematic representation of a thermal management device according to a fourth embodiment
  • FIG. 5 is a schematic representation of a thermal management device according to a fifth embodiment
  • FIG. 6 is a schematic representation of a thermal management device according to a sixth embodiment
  • Figure 7 is a schematic representation of a thermal management device according to a seventh embodiment
  • Figure 8 is a schematic representation of the thermal management device of Figure 6 according to a first mode of operation
  • FIG. 9 is a schematic representation of the thermal management device of FIG. 6 according to a second operating mode
  • FIG. 10a is a schematic representation of the thermal management device of FIG. 6 according to a third operating mode
  • Figure 10b is a schematic representation of a pressure / enthalpy evolution diagram of the operating mode of Figure 10a
  • FIG. 11a is a schematic representation of the thermal management device of FIG. 6 according to a fourth operating mode
  • FIG. 11b is a schematic representation of a diagram of the pressure / enthalpy evolution of the operating mode. operation of figure 11a,
  • FIG. 12a is a schematic representation of the thermal management device of FIG. 6 according to a fifth operating mode
  • FIG. 12b is a schematic representation of a diagram of the pressure / enthalpy evolution of the operating mode of FIG. 12a
  • FIG. 13 is a schematic representation of the thermal management device of FIG. 6 according to a sixth operating mode
  • FIG. 14 is a schematic representation of the thermal management device of FIG. 6 according to a seventh mode of operation. functioning
  • FIG. 15 is a schematic representation of the thermal management device of FIG. 6 according to an eighth operating mode.
  • first element or second element As well as first parameter and second parameter or even first criterion and second criterion, and so on.
  • indexing is a simple indexing to differentiate and name similar elements or parameters or criteria, but not identical. This indexing does not imply a priority of one element, parameter or criterion over another and such names can easily be interchanged without departing from the scope of the present description. This indexing does not imply an order in time, for example, to assess this or that criterion.
  • FIG. 1 shows a thermal management device 1 for a motor vehicle in which a refrigerant fluid is intended to circulate.
  • This thermal management device 1 comprises a main loop A, a first bypass branch B and a balancing device C.
  • the main loop A shown in bold lines, comprises in the direction of circulation of the refrigerant a compressor 3, an evapo / condenser 5, a first expansion device 7 and a first evaporator 9.
  • the first evaporator 9 is arranged upstream of the compressor 3 in order to close the main loop A.
  • the evapo / condenser 5 can more particularly be a heat exchanger arranged on the front face of the motor vehicle and intended to be traversed by an outside air flow.
  • the first evaporator 9 can for its part be a heat exchanger intended to be traversed by an internal air flow intended for the passenger compartment.
  • the first bypass branch B is for its part disposed in parallel with the first expansion device 7 and the first evaporator 9. The first bypass branch B thus connects a first connection point 41 to a second connection point 42.
  • the first connection point 41 is arranged on the main branch A downstream of the evapo / condenser 5, between said evapo / condenser 5 and the first expansion device 7.
  • the second connection point 42 is itself arranged on the main branch A upstream of compressor 3, between first evaporator 9 and said compressor 3.
  • the first bypass branch B also comprises, in the direction of circulation of the coolant, a second expansion device 11 as well as a cooler 13.
  • This cooler 13 may for example be a heat exchanger in direct contact with the elements. batteries of an electric or hybrid vehicle or else in indirect contact by means of a circulation loop of a heat transfer fluid intended to cool said batteries.
  • the balancing device C for its part comprises a first line C1 for the arrival of coolant, a second line C2 for the inlet of coolant and a third line C3 for the outlet of coolant.
  • the first refrigerant supply line C1 is a line in which the refrigerant is at high pressure.
  • This first high-pressure refrigerant fluid inlet pipe C1 is thus connected to a third connection point 43 arranged on the main loop A downstream of the compressor 3, between said compressor 3 and the evapo / compressor 5.
  • the second refrigerant fluid inlet pipe C2 is a pipe in which the refrigerant fluid is at low pressure.
  • This second line C2 for the inlet of low-pressure refrigerant fluid is thus connected to a fourth connection point 44 arranged on the main loop A downstream of the first evaporator 9, between said first evaporator 9 and the second connection point 42.
  • the second inlet pipe C2 can also include a non-return valve 23 so as to prevent a reflux of refrigerant fluid towards the fourth connection point 44.
  • high pressure refrigerant fluid is meant a refrigerant fluid downstream of the compressor 3 and which has not undergone a pressure loss by means of an expansion device.
  • low-pressure refrigerant fluid is understood to mean a refrigerant fluid downstream of an expansion device and having undergone a pressure loss at the level of the latter.
  • the third coolant outlet duct C3 is for its part connected to a fifth connection point 45 disposed, on the main branch A, between the fourth 44 and the second 42 connection point.
  • the third outlet line C3 can also include a non-return valve 25 so as to prevent a reflux of refrigerant from the fifth connection point 45 towards the balancing device C.
  • This configuration thus makes it possible to connect the first evaporator 9. to the compressor 3 in different operating modes without the refrigerant passing through the balancing device C. Such operating modes will be described in more detail later in the description.
  • the balancing device C is configured to expand the high pressure refrigerant fluid arriving via the first inlet line C1 and to compress the low pressure refrigerant fluid arriving via the second inlet line C2, so that the refrigerant fluid leaving through the third outlet line C3 is at a pressure substantially equal to the pressure of the coolant at the outlet of the cooler 13.
  • substantially equal is meant here that the pressure of the coolant at the outlet of the third line C3 output and the pressure of the refrigerant fluid at the outlet of the cooler 13 are both equal to the nuances of pressure drops between the two paths.
  • This balancing device C thus allows the thermal management device 1 to operate in at least one operating mode in which it is possible to have a distinct refrigerant pressure between the refrigerant fluid passing through the first evaporator 9 and the refrigerant flowing through the cooler 13.
  • Such an operating mode will be described in more detail later in the description.
  • the main loop A may in particular include a device 19 for blocking the refrigerant fluid between the fourth 44 and the fifth 45 connection point. This blocking device 19 can be a stop valve.
  • the first inlet pipe C1 can also include a third expansion device 21.
  • This third expansion device 21 allows in particular a pre-expansion of the refrigerant before it enters the balancing device C.
  • This third expansion device 21 thus makes it possible to modulate the pressure of the refrigerant fluid leaving the balancing device C via its third outlet duct C3 by allowing modulation of the pressure of the refrigerant fluid arriving in the balancing device C via its first duct Arrival key.
  • the third expansion device 21 can also include a stop function, that is to say that it is configured to block the refrigerant fluid when it is completely closed. Another solution in order to block the circulation of the refrigerant fluid within the first inlet pipe C1 is to provide it with a shut-off valve.
  • the thermal management device 1 can also include a phase separation device 17 for the refrigerant fluid upstream of the compressor 3 on the low pressure part of the thermal management device 1.
  • This phase separation device 17 is preferably arranged on the main branch A downstream of the first evaporator 9, between said first evaporator 9 and the fourth connection point 44.
  • This phase separation device 17 allows the refrigerant fluid to go to the compressor 3 or to the second inlet pipe C2 or in the gas phase.
  • the thermal management device 1 may include, in addition to or replacing the phase separation device 17, a desiccant bottle (not shown) arranged downstream of the compressor 3 on the high pressure part of the thermal management device 1.
  • This desiccant bottle 17 is preferably disposed on the main branch A between the evapo / condenser 5 and the high pressure part 15a of the internal heat exchanger 15a, 15b.
  • the thermal management device 1 may include a second branch branch D.
  • This second branch branch D is arranged in parallel with the first expansion device 7 and the first evaporator 9
  • the second branch branch D then connects a sixth connection point 46 to a seventh connection point 47.
  • the sixth connection point 46 is disposed on the main branch A upstream of the first expansion device 7, between the first point of connection 41 and said first expansion device 7.
  • the seventh connection point 47 is for its part disposed on the main branch A upstream of the second connection point 42, between the locking device 19 and said second connection point 42.
  • the second branch branch D comprises a second evaporator 29.
  • the second evaporator 29 may in particular be a heat exchanger also disposed in the flow d Internal air.
  • the seventh connection point 47 is arranged on the main branch A between the locking device 19 and the fifth connection point 45.
  • the thermal management device 1 may further include a fourth expansion device 27 arranged between the first connection point 41 and the second evaporator 29.
  • the fourth expansion device 27 is arranged on the second bypass branch D upstream of the second evaporator 29.
  • the fourth expansion device 27 is arranged on the main branch A upstream of the sixth connection point 46.
  • the second expansion device 11 may include a stop function.
  • the first expansion device 7 and the fourth expansion device 27 may also include a stop function in order to allow the refrigerant fluid to pass respectively into the first 9 and the second 29 evaporator.
  • An alternative solution not shown is the reuse of shut-off valves.
  • the thermal management device 1 may include a sub-cooler 5 'disposed on the main branch A downstream of the evapo / condenser 5, between said evapo / condenser 5 and the first connection point 41.
  • the thermal management device 1 can also include an internal heat exchanger 15a, 15b.
  • This internal heat exchanger 15a, 15b comprises a high pressure part 15a disposed on the main branch A downstream of G evapo / condenser 5 and a low pressure part 15b disposed on the main branch A upstream of the second connection point 42.
  • high pressure part 15a here means a part disposed upstream of an expansion device 7, 27.
  • low pressure part 15b is meant here a part arranged downstream of an expansion device 7, 27 and having also passed through a heat exchanger, here the first 9 and / or the second 29 evaporator.
  • the low pressure part 15b is also arranged downstream of the third outlet pipe C3 of the balancing device C, more particularly downstream of the fifth connection point 45.
  • the internal heat exchanger 15a, 15b allows the refrigerant fluid to overheat. at low pressure passing through its low pressure part 15b and sub-cooling of the high pressure refrigerant fluid passing through its high pressure part 15a by an exchange of heat energy between its two parts 15a, 15b. This makes it possible in particular to improve the coefficient of performance of the thermal management device 1.
  • the high pressure part 15a of the internal heat exchanger 15a, 15b may in particular be arranged on the main branch A downstream of the first connection point 4L Thus only the refrigerant supplied through the first evaporator 9 and / or the second evaporator 29 may be overheated.
  • the high pressure part 15a of the internal heat exchanger 15a, 15b can in particular be arranged on the main branch A upstream of the first connection point 4L
  • the refrigerant brought through the first evaporator 9, the second evaporator 29 and / or the cooler 13 may be overheated.
  • FIGS 5 and 6 show a particular embodiment in which the thermal management device 1 is configured to allow operation in heat pump mode in order to heat the internal air flow.
  • the thermal management device 1 comprises a third branch branch E connecting an eighth connection point 48 to a ninth connection point 49.
  • the eighth connection point 48 is in particular arranged on the main branch A in upstream of the evapo / condenser 5, between the compressor 3 and said evapo / condenser 5.
  • the ninth connection point 49 is for its part disposed on the main branch A downstream of the eighth connection point 48, between said eighth connection point. connection 48 and G evapo / condenser 5.
  • the third branch branch E comprises in the direction of circulation of the coolant a radiator 31 and a fifth expansion device 33.
  • the thermal management device 1 further comprises a fourth branch branch L connecting a tenth connection point 50 to an eleventh connection point 51.
  • the tenth connection point 50 is arranged on the main branch A downstream of G evapo / condenser 5, between said evapo / condenser 5 and the first connection point 41. More particularly, when the thermal management device 1 comprises a sub-cooler 5 ', the tenth connection point 50 can be placed between G evaporator 5 and said sub-cooler 5 '.
  • the eleventh connection point 51 is for its part arranged on the main branch A downstream of the first evaporator 9, between said first evaporator 9 and the compressor 3. Preferably, the eleventh connection point 51 is arranged upstream of the separation device. phase 17 when the latter is present.
  • the third branch branch E comprises a twelfth 52 and a thirteenth 53 connection point
  • This particular variant allows the refrigerant circulating in the third bypass branch E to pass into the high pressure part 15a of the internal heat exchanger 15a, 15b and thus to sub-cool the latter in order to improve the coefficient. performance.
  • the main loop A comprises a non-return valve 66 arranged upstream of the thirteenth connection point 53 so as to prevent a reflux of refrigerant fluid towards the evapo / condenser 5 or the sub-cooler 5 '.
  • the first section E ' also includes a non-return valve 65 so as to prevent backflow of refrigerant from the twelfth connection point 52.
  • the second section E also has a non-return valve 64 so as to prevent backflow. refrigerant from the ninth connection point 49.
  • the fifth expansion device 33 may include a stop function in order to allow or not the passage of the refrigerant fluid within the second section E ”.
  • the thermal management device 1 comprises a first device for redirecting the refrigerant fluid from the compressor 3 to the evapo / condenser 5 or the radiator 31. This first device redirection can for example include:
  • This second shut-off valve 62 can be replaced by a shut-off function of the fifth expansion device 33 when the third bypass branch E directly connects the eighth 48 and ninth 49 connection points.
  • the thermal management device 1 also comprises a second device for redirecting the refrigerant fluid from the evapo / condenser 5 to the first connection point 41 and / or to the fourth branch of bypass F.
  • This second redirection device may include a shut-off valve 63 disposed on the fourth bypass branch F.
  • the first 7, second 11, fourth 27 and fifth 33 expansion devices may also form part of the second redirection device s 'they have a stop function.
  • the balancing device C comprises an ejector 100 having a first high pressure fluid inlet 100a connected to the first inlet pipe C1, a second inlet 100b fluid at low pressure connected to the second inlet line C2 and an ejection outlet 100c connected to the third outlet line C3.
  • This ejector 100 can more particularly be an inexpensive gas-gas type ejector.
  • the balancing device C comprises a mechanical expansion valve-compressor assembly 200.
  • the mechanical expansion valve-compressor assembly 200 comprises an expansion turbine 200a and a mechanical compressor 200b.
  • the expansion turbine 200a and the mechanical compressor 200b are mechanically coupled to one another, for example by a connecting shaft 200c.
  • the coolant inlet of the expansion turbine 200a is connected to the first inlet pipe C1 and the coolant inlet of the mechanical compressor 200b is connected to the second inlet pipe C2.
  • the refrigerant fluid outlets of the expansion turbine 200a and of the mechanical compressor 200b are both connected to the third outlet line C3. For this, these outlets meet at a fourteenth junction point 54.
  • Figures 8 to 15 show examples of operating modes of a thermal management device 1 as described above and more particularly according to the example illustrated in Figure 6.
  • the direction of circulation of the refrigerant fluid is represented by arrows.
  • FIGS. 8 to 15 only the elements through which the refrigerant fluid passes in the illustrated operating mode are shown.
  • FIG. 8 shows a thermal management device 1 according to the embodiment of FIG. 6 in a first cooling mode.
  • This first cooling method can nevertheless also be transposed to all of the embodiments illustrated in Figures 1 to 5 and 7 because the latter have the essential elements through which the coolant passes.
  • the refrigerant is first compressed at the level of the compressor 3 and is redirected directly to the evapo / condenser 5.
  • the balancing device C is here at a standstill, that is to say that high pressure refrigerant fluid from the compressor 3 is not circulating in the first inlet line C1.
  • the third expansion device 21 is completely closed and blocks the circulation of the refrigerant fluid.
  • the first redirection device redirects the refrigerant from the compressor 3 to the evapo / condenser 5.
  • the first stop valve 61 is open and the second valve stop 62 is closed.
  • the refrigerant passes through the evapo / condenser 5 where it transfers heat energy to the external air flow.
  • the refrigerant then joins the first connection point 41.
  • the second redirection device redirects the refrigerant from the evapo / condenser 5 to the first connection point 41.
  • the stop valve 63 is closed.
  • the refrigerant does not rise in the second section E ”for example because the fifth expansion device 33 is closed and blocks the circulation of the refrigerant.
  • the refrigerant successively passes through the sub-cooler 5 ', at which level it undergoes a first sub-cooling , and the high pressure part 15a of the internal heat exchanger 15a, 15b, at which it undergoes a second sub-cooling.
  • the refrigerant then passes through the first expansion device 7 where it experiences a pressure loss before passing into the first evaporator 9 where the refrigerant absorbs heat energy from the internal air flow. [87] The refrigerant fluid leaving the first heat exchanger 9 then goes directly to the fifth connection point 45 without passing through the balancing device C.
  • the thermal management device 1 comprises a second branch branch D
  • part of the refrigerant from the first connection point 41 can pass through said second branch bypass D before joining the refrigerant from the first evaporator 9 at the seventh connection point 47.
  • the refrigerant undergoes a pressure loss at the fourth expansion device 27 before to pass into the second evaporator 29 at which the refrigerant fluid absorbs heat energy from the internal air flow.
  • the refrigerant fluid does not circulate in the first bypass branch B here because the second expansion device 11 is completely closed and blocks the circulation of the refrigerant fluid.
  • the refrigerant from the fifth connection point 45 passes through the low pressure part 15b of the internal heat exchanger 15a, 15b at which it recovers heat energy from the high pressure part 15a before returning to compressor 3.
  • This first cooling mode is an operating mode for cooling the internal air flow in order to ensure the comfort of the occupants of the motor vehicle.
  • FIG. 9 shows a thermal management device 1 according to the embodiment of FIG. 6 in a second cooling mode.
  • This second cooling mode can nevertheless also be transposed to all of the embodiments illustrated in FIGS. 1 to 5 and 7 owing to the fact that the latter have the essential elements through which the coolant passes.
  • This second cooling mode is identical to the first cooling mode of FIG. 8 with the difference that at the level of the first connection point 41, part of the refrigerant fluid passes into the first bypass branch B. Within the first bypass branch B, the coolant undergoes a pressure loss at the second expansion device 11 and passes through the cooler 13 at which it absorbs heat energy.
  • the refrigerant fluid coming from the cooler 13 joins the refrigerating fluid coming from the fifth connection point 45 at the level of the second connection point 42.
  • the refrigerating fluid coming from the fifth connection point 45 passes through the low pressure part 15b of the exchanger. internal heat 15a, 15b before joining the second connection point 42.
  • This second cooling mode is an operating mode allowing simultaneous cooling of the internal air flow as well as, for example, the batteries via the cooler 13.
  • FIG. 10a shows a thermal management device 1 in a third cooling mode according to an embodiment similar to that of FIG. 6.
  • This third cooling mode is nevertheless also transposable to all of the illustrated embodiments. in Figures 1 to 5 and 7 because the latter have the essential elements through which the refrigerant passes.
  • Figure 10b shows a schematic diagram of the change in pressure (in Bar) and enthalpy (in kj / kg) of the refrigerant in this third operating mode.
  • the dotted curve corresponds to the saturation curve of the refrigerant fluid.
  • the refrigerant is firstly compressed at the level of the compressor 3, illustrated by the curve 300 in the diagram of FIG. 10b. Part of the refrigerant is redirected to the evapo / condenser 5 and another part to the balancing device C via the first inlet line C1.
  • the balancing device C is in operation here, that is to say that high pressure refrigerant fluid from the compressor 3 circulates in the first inlet line C1.
  • the third trigger device is in operation here, that is to say that high pressure refrigerant fluid from the compressor 3 circulates in the first inlet line C1.
  • 21 is open in order to allow the refrigerant fluid to circulate and to subject it to a pre-expansion, illustrated by the curve 210 in the diagram of FIG. 10b.
  • the first redirection device redirects part of the refrigerant from the compressor 3 to the evapo / condenser 5.
  • the first stop valve 61 is open and the second stop valve 62 is closed.
  • the second redirection device redirects the refrigerant from the evapo / condenser 5 to the first connection point 41.
  • the stop valve 63 is closed.
  • the refrigerant does not rise in the second section E "for example because the fifth expansion device 33 is closed and blocks the circulation of the refrigerant.
  • the refrigerant does not pass through the latter, for example because the fourth expansion device 27 is closed and blocks the refrigerant.
  • the pressure loss of the refrigerant fluid at the level of the first expansion device 7 is greater than the pressure loss of the refrigerant fluid at the level of the second expansion device 11. This allows thus cooling the internal air flow to a temperature cold enough to ensure the comfort of the occupants in the passenger compartment while allowing significant cooling of the batteries via the cooler 13, in particular when their cooling needs are important, for example during 'fast charging.
  • the refrigerant fluid coming from the fifth connection point 45 passes through the low pressure part 15b of the internal heat exchanger 15a, 15b before reaching the second connection point 42. By crossing the low pressure part 15b, the fluid refrigerant absorbs heat energy from the high pressure part 15a, as illustrated by curve 150b of the diagram in FIG. 10b.
  • FIG 11a shows a thermal management device 1 in the third cooling mode similar to that of Figure 10a with the difference that the thermal management device 1 comprises a second branch branch D through which also passes the refrigerant fluid .
  • FIG. 11b shows a schematic diagram of the evolution of the pressure (in Bar) and of the enthalpy (in kj / kg) of the refrigerant fluid in this third operating mode for the embodiment of FIG. lia.
  • the dotted curve corresponds to the saturation curve of the refrigerant fluid.
  • the path of the refrigerant fluid is identical to that of FIG. 10a, with the difference that at the level of the sixth connection point 46, illustrated by point 460 on the diagram of FIG. 11b, part of the refrigerant passes by the second bypass branch D.
  • the refrigerant undergoes a pressure loss, illustrated by the curve 270 of the diagram of FIG. 11b, while passing through the fourth expansion device 27.
  • the fluid refrigerant then passes through the second evaporator 29 and absorbs heat energy from the internal air flow, illustrated by curve 290 in the diagram of FIG. 11b.
  • the refrigerant then joins the fifth connection point 45.
  • FIG. 12a and 12b respectively show a thermal management device 1 similar to that of Figure 10b and its pressure / enthalpy diagram with the difference that the high pressure part 15a of the internal heat exchanger 15a, 15b is arranged downstream of the first connection point 41.
  • the refrigerant fluid going to the first expansion device 7 undergoes sub-cooling, as illustrated by the curve 150a of the diagram of FIG. 12b.
  • FIG. 13 shows a thermal management device 1 according to the embodiment of FIG. 6 in a first heat pump mode.
  • This first heat pump mode can nevertheless be transposed to the embodiments illustrated in FIGS. 5 and 7 because the latter also include a third E and a fourth F bypass branch.
  • the refrigerant is initially compressed at the level of the compressor 3 and is redirected directly to the third bypass branch E.
  • the balancing device C is here at a standstill, that is to say that the high pressure refrigerant fluid from the compressor 3 is not circulating in the first inlet line C1.
  • the third expansion device 21 is completely closed and blocks the circulation of the refrigerant fluid.
  • the first redirection device redirects the refrigerant from the compressor 3 to the third bypass branch E.
  • the first stop valve 61 is closed and the second stop valve 62 is open.
  • the refrigerant thus passes through the radiator 31 at which it transfers heat energy to the internal air flow.
  • the refrigerant then passes through the fifth expansion device 33 at which it undergoes a loss of pressure before reaching the ninth connection point 49.
  • the refrigerant fluid passes through the high pressure part 15a of the internal heat exchanger 15a, 15b at which it undergoes sub-cooling.
  • the refrigerant then passes through the evapo / condenser 5 at which it absorbs heat energy from the external air flow.
  • the refrigerant then joins the fourth branch branch E [125]
  • the second redirection device redirects the refrigerant from the evapo / condenser 5 to the fourth bypass branch F.
  • the stop valve 63 is open and the first 7, second 11 and fourth 27 expansion devices are closed in order to block the circulation of the refrigerant fluid.
  • the refrigerant then joins the eleventh connection point 51 before passing through the phase separation device 17 so that only refrigerant in the gaseous phase arrives at the fifth connection point 45.
  • the stop valve 19 is used. opened.
  • the refrigerant fluid from the fifth connection point 45 passes through the low pressure part 15b of the internal heat exchanger 15a, 15b at which it recovers heat energy from the high pressure part 15a before returning to compressor 3.
  • This first heat pump mode is an operating mode for heating the internal air flow in order to ensure the comfort of the occupants of the motor vehicle.
  • FIG. 14 shows a thermal management device 1 according to the embodiment of FIG. 6 in a second heat pump mode.
  • This second heat pump mode can nevertheless be transposed to the embodiment illustrated in FIG. 7 because the latter also comprises a third branch branch E, comprising two sections E ’and E”, as well as a fourth branch branch E
  • This second heat pump mode is identical to the first heat pump mode in FIG. 13 with the difference that at the outlet of the radiator 31, a part of the refrigerant fluid is redirected towards the second section E ”and another part towards the first branch of branch B.
  • the coolant undergoes a pressure loss at the second expansion device 11 and passes through the cooler 13 at which it absorbs heat energy.
  • the refrigerant fluid coming from the cooler 13 joins the refrigerating fluid coming from the fifth connection point 45 at the level of the second connection point 42.
  • the refrigerating fluid coming from the fifth connection point 45 passes through the low pressure part 15b of the exchanger. of internal heat 15a, 15b before joining the second connection point 42.
  • This second heat pump mode makes it possible to recover heat energy at the level of the cooler 13 and to contribute to the heating of the internal air flow at the level of the radiator 31.
  • FIG. 15 shows a thermal management device 1 according to the embodiment of Figure 6 in a dehumidification mode. This mode of dehumidification can nevertheless be transposed to the embodiment illustrated in FIG. 7 because the latter also comprises a third branch branch E, comprising two sections E ’and E”, as well as a fourth branch branch F.
  • This dehumidification mode is relatively identical to the first heat pump mode of figure 13 with the difference that at the outlet of the radiator 31, a part of the refrigerant fluid is redirected towards the second section E ”and another part towards the second branch branch D.
  • the refrigerant undergoes a pressure loss at the level of the fourth expansion device 27 and passes through the second evaporator 29 at which it absorbs energy calorific value of the internal air flow.
  • the refrigerant from the second evaporator 29 joins the refrigerant from the fourth branch branch F at the seventh connection point 47.
  • the refrigerant from the seventh connection point 45 passes through the low pressure part 15b of l 'internal heat exchanger 15a, 15b before joining the compressor 3.
  • this mode of dehumidification is also possible according to a variant not shown in which the refrigerant from the first section E 'is redirected to the first expansion device 7 in order to undergo a loss of pressure and passes through the first evaporator 9 in order to cool the internal air flow, instead of passing through the second bypass branch D.
  • the refrigerant fluids then mixing at the eleventh connection point 51.
  • the thermal management device 1 allows different operating modes and more particularly operating modes allowing cooling according to several pressure stages in order in particular to cool simultaneously and with cooling power.
  • important different elements such as batteries during rapid charging and internal air flow to ensure the comfort of the occupants of the motor vehicle.

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Abstract

Dispositif de gestion thermique (1) pour véhicule automobile dans lequel est destiné à circuler un fluide réfrigérant, ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant : • une boucle principale (A) comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, un compresseur (3), un évapo/condenseur (5), un premier dispositif de détente (7) et un premier évaporateur (9), • une première branche de dérivation (B) comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant un deuxième dispositif de détente (11) et un refroidisseur (13), • un dispositif d'équilibrage (C) comportant une première conduite (Cl) d'arrivée de fluide réfrigérant à haute pression, une deuxième conduite (C2) d'arrivée de fluide réfrigérant à basse pression et une troisième conduite (C3) de sortie de fluide réfrigérant, ledit dispositif d'équilibrage (C) étant configuré pour détendre le fluide réfrigérant à haute pression arrivant via la première conduite (Cl) d'arrivée et pour comprimer le fluide réfrigérant à basse pression arrivant via la deuxième conduite (C2) d'arrivée de sorte que le fluide réfrigérant sortant par la troisième conduite (C3) de sortie soit à une pression sensiblement égale à la pression du fluide réfrigérant en sortie du refroidisseur (13).

Description

DISPOSITIF DE GESTION THERMIQUE POUR VEHICULE AUTOMOBILE
[1]L’ invention se rapporte au domaine des dispositifs de gestion thermique pour véhicules automobiles et plus particulièrement à un dispositif de gestion thermique pour véhicules automobiles électriques ou hybrides dans le cadre de la gestion thermique de l’habitacle et des batteries.
[2]Les véhicules automobiles électriques ou hybrides actuels comportent de plus en plus souvent un dispositif de gestion thermique permettant la gestion thermique d’un flux d’air à destination de l’habitacle. Ce dispositif de gestion thermique comporte ainsi généralement un circuit de climatisation permettant de refroidir ce flux d’air au moyen d’un évaporateur. Ce circuit de climatisation peut également comporter un refroidis seur afin de gérer thermiquement les batteries. En effet, afin qu’elles soient les plus efficaces possible, ces batteries doivent rester à une température optimale de fonctionnement. Il est donc nécessaire de les refroidir en utilisation pour ne pas qu’elles dépassent excessivement cette température optimale de fonctionnement.
[3]Cependant, lorsque les besoins de refroidissement des batteries sont importants, le refroidissement de ces dernières peut se faire au détriment du refroidissement du flux d’air à destination de l’habitacle. Cela est particulièrement le cas lors d’une charge rapide des batteries.
[4]Une solution connue est de permettre le passage d’un fluide réfrigérant à une pression et un débit différents dans l’évaporateur et le refroidisseur afin de moduler la puissance de refroidissement entre G évaporateur et le refroidisseur selon les besoins.
[5]Cependant, une telle solution peut entraîner des architectures complexes et coûteuses. De plus, de telles architectures peuvent ne pas permettre certains modes de fonctionnement ou bien les permettre mais avec une efficacité dégradée.
[6]Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un dispositif de gestion thermique amélioré.
[7]La présente invention concerne donc un dispositif de gestion thermique pour véhicule automobile dans lequel est destiné à circuler un fluide réfrigérant, ledit dispositif de gestion thermique comportant : • une boucle principale comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, un compresseur, un évapo/condenseur, un premier dispositif de détente et un premier évaporateur,
• une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement, disposé en aval de l’ évapo/condenseur, entre ledit évapo/condenseur et le premier dispositif de détente, à un deuxième point de raccordement disposé en amont du compresseur, entre le premier évaporateur et ledit compresseur, ladite première branche de dérivation comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant un deuxième dispositif de détente et un refroidisseur, · un dispositif d’équilibrage comportant : une première conduite d’arrivée de fluide réfrigérant à haute pression connectée à un troisième point de raccordement disposée sur boucle principale en aval du compresseur entre ledit compresseur et l’évapo/compresseur, une deuxième conduite d’arrivée de fluide réfrigérant à basse pression connectée à un quatrième point de raccordement disposé sur boucle principale en aval du premier évaporateur, entre ledit premier évaporateur et le deuxième point de raccordement, une troisième conduite de sortie de fluide réfrigérant connectée à un cinquième point de raccordement disposé entre le quatrième et le deuxième point de raccordement, ledit dispositif d’équilibrage étant configuré pour détendre le fluide réfrigérant à haute pression arrivant via la première conduite d’arrivée et pour comprimer le fluide réfrigérant à basse pression arrivant via la deuxième conduite d’arrivée de sorte que le fluide réfrigérant sortant par la troisième conduite de sortie soit à une pression sensiblement égale à la pression du fluide réfrigérant en sortie du refroidisseur.
[8]Selon un aspect de l’invention, la boucle principale comporte en outre un dispositif de blocage du fluide réfrigérant entre le quatrième et le cinquième point de raccordement.
[9]Selon un autre aspect de l’invention, la première conduite d’arrivée comporte un troisième dispositif de détente.
[10]Selon un autre aspect de l’invention, le dispositif de gestion thermique comporte un dispositif de séparation de phase du fluide réfrigérant disposé sur la branche principale en aval du premier évaporateur, entre ledit premier évaporateur et le quatrième point de raccordement.
[11]Selon un autre aspect de l’invention, le dispositif de gestion thermique comporte une deuxième branche de dérivation reliant un sixième point de raccordement disposé sur la branche principale en amont du premier dispositif de détente, entre le premier point de raccordement et ledit premier dispositif de détente, à un septième point de raccordement disposé sur la branche principale en amont du deuxième point de raccordement, entre le dispositif de blocage et ledit deuxième point de raccordement, ladite deuxième branche de dérivation comportant un deuxième évaporateur, le dispositif de gestion thermique comportant en outre un quatrième dispositif de détente disposé entre le premier point de raccordement et le deuxième évaporateur.
[12]Selon un autre aspect de l’invention, le quatrième dispositif de détente est disposé sur la deuxième branche de dérivation en amont du deuxième évaporateur.
[13]Selon un autre aspect de l’invention, le quatrième dispositif de détente est disposé sur la branche principale en amont du sixième point de raccordement.
[14]Selon un autre aspect de l’invention, le dispositif de gestion thermique comporte un sous-refroidisseur disposé sur la branche principale en aval de l’évapo/condenseur, entre ledit évapo/condenseur et le premier point de raccordement.
[15]Selon un autre aspect de l’invention, le dispositif de gestion thermique comporte un échangeur de chaleur interne comportant une partie haute pression disposée sur la branche principale en aval de G évapo/condenseur et une partie basse pression disposée sur la branche principale en amont du deuxième point de raccordement.
[16]Selon un autre aspect de l’invention, le dispositif de gestion thermique comporte : · une troisième branche de dérivation reliant un huitième point de raccordement disposé sur la branche principale en amont de G évapo/condenseur, entre le compresseur et ledit évapo/condenseur, à un neuvième point de raccordement disposé sur la branche principale en aval du huitième point de raccordement, entre ledit huitième point de raccordement et l’évapo/condenseur, ladite troisième branche de dérivation comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant un radiateur et un cinquième dispositif de détente,
• une quatrième branche de dérivation reliant un dixième point de raccordement disposé sur la branche principale en aval de l’évapo/condenseur, entre ledit évapo/condenseur et le premier point de raccordement, à un onzième point de raccordement disposé sur la branche principale en aval du premier évaporateur, entre ledit premier évaporateur et le compresseur,
• un premier dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance du compresseur vers G évapo/condenseur ou le radiateur,
• un deuxième dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance de
G évapo/condenseur vers le premier point de raccordement et/ou vers la quatrième branche de dérivation.
[17]Selon un autre aspect de l’invention, la troisième branche de dérivation comporte un douzième et un treizième point de raccordement disposés de part et d’autre de la partie haute pression de l’échangeur de chaleur interne de sorte à former :
• une première section reliant le huitième et le douzième point de raccordement, ladite première section comportant le radiateur, et
• une deuxième section reliant le treizième et le neuvième point de raccordement, ladite deuxième section comportant le cinquième dispositif de détente.
[18]Selon un autre aspect de l’invention, le dispositif d’équilibrage comporte un éjecteur comportant une première entrée de fluide à haute pression reliée à la première conduite d’arrivée, une deuxième entrée de fluide à basse pression reliée à la deuxième conduite d’arrivée et une sortie d’éjection reliée à la troisième conduite de sortie.
[19]Selon un autre aspect de l’invention, le dispositif d’équilibrage comporte un ensemble mécanique détendeur-compresseur, ledit ensemble mécanique détendeur-compresseur comportant une turbine de détente et un compresseur mécanique, la turbine de détente et le compresseur mécanique étant couplés mécaniquement l’un à l’autre, l’entrée fluide réfrigérant de la turbine de détente étant reliée à la première conduite d’arrivée, l’entrée de fluide réfrigérant du compresseur mécanique étant reliée à la deuxième conduite d’arrivée, les sorties de fluide réfrigérant de la turbine de détente et du compresseur mécanique étant reliées toutes deux à la troisième conduite de sortie.
[20]D’ autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, fournie à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels :
[21]La figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon un premier mode de réalisation,
[22]La figure 2 est une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon un deuxième mode de réalisation, [23]La figure 3 est une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon un troisième mode de réalisation,
[24]La figure 4 est une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon un quatrième mode de réalisation,
[25]La figure 5 est une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon un cinquième mode de réalisation,
[26]La figure 6 est une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon un sixième mode de réalisation,
[27]La figure 7 est une représentation schématique d’un dispositif de gestion thermique selon un septième mode de réalisation, [28]La figure 8 est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique de la figure 6 selon un premier mode de fonctionnement,
[29]La figure 9 est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique de la figure 6 selon un deuxième mode de fonctionnement,
[30]La figure 10a est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique de la figure 6 selon un troisième mode de fonctionnement,
[31]La figure 10b est une représentation schématique d’un diagramme de l’évolution pression / enthalpie du mode de fonctionnement de la figure 10a,
[32]La figure lia est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique de la figure 6 selon un quatrième mode de fonctionnement, [33]La figure 11b est une représentation schématique d’un diagramme de l’évolution pression / enthalpie du mode de fonctionnement de la figure lia,
[34]La figure 12a est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique de la figure 6 selon un cinquième mode de fonctionnement, [35]La figure 12b est une représentation schématique d’un diagramme de l’évolution pression / enthalpie du mode de fonctionnement de la figure 12a,
[36]La figure 13 est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique de la figure 6 selon un sixième mode de fonctionnement, [37]La figure 14 est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique de la figure 6 selon un septième mode de fonctionnement,
[38]La figure 15 est une représentation schématique du dispositif de gestion thermique de la figure 6 selon un huitième mode de fonctionnement.
[39]Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
[40]Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou inter-changées pour fournir d'autres réalisations.
[41]Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément inter-changer de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.
[42]Dans la présente description, on entend par « placé en amont » qu’un élément est placé avant un autre par rapport au sens de circulation d'un fluide. A contrario, on entend par « placé en aval » qu’un élément est placé après un autre par rapport au sens de circulation du fluide. [43]La figure 1 montre un dispositif de gestion thermique 1 pour véhicule automobile dans lequel est destiné à circuler un fluide réfrigérant. Ce dispositif de gestion thermique 1 comporte une boucle principale A, une première branche de dérivation B ainsi qu’un dispositif d’équilibrage C. [44]La boucle principale A, représentée en trait gras, comporte dans le sens de circulation du fluide réfrigérant un compresseur 3, un évapo/condenseur 5, un premier dispositif de détente 7 et un premier évaporateur 9. Le premier évaporateur 9 est disposé en amont du compresseur 3 afin de refermer la boucle principale A. L’ évapo/condenseur 5 peut être plus particulièrement un échangeur de chaleur disposé en face avant du véhicule automobile et destiné à être traversé par un flux d’air extérieur. Le premier évaporateur 9 peut quant à lui être un échangeur de chaleur destiné à être traversé par un flux d’air interne à destination de l’habitacle. [45]La première branche de dérivation B est quant à elle disposée en parallèle du premier dispositif de détente 7 et du premier évaporateur 9. La première branche de dérivation B relie ainsi un premier point de raccordement 41 à un deuxième point de raccordement 42. Le premier point de raccordement 41 est disposé sur la branche principale A en aval de l’ évapo/condenseur 5, entre ledit évapo/condenseur 5 et le premier dispositif de détente 7. Le deuxième point de raccordement 42 est quant à lui disposé sur la branche principale A en amont du compresseur 3, entre le premier évaporateur 9 et ledit compresseur 3.
[46]La première branche de dérivation B comporte également, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, un deuxième dispositif de détente 11 ainsi qu’un refroidisseur 13. Ce refroidisseur 13 peut par exemple être un échangeur de chaleur en contact direct avec les batteries d’un véhicule électrique ou hybride ou alors en contact indirect au moyen d’une boucle de circulation d’un fluide caloporteur destinée à refroidir lesdites batteries.
[47]Le dispositif d’équilibrage C comporte quant à lui une première conduite Cl d’arrivée de fluide réfrigérant, une deuxième conduite C2 d’arrivée de fluide réfrigérant ainsi qu’une troisième conduite C3 de sortie de fluide réfrigérant.
[48]La première conduite Cl d’arrivée de fluide réfrigérant est une conduite dans laquelle le fluide réfrigérant est à haute pression. Cette première conduite Cl d’arrivée de fluide réfrigérant à haute pression est ainsi connectée à un troisième point de raccordement 43 disposée sur boucle principale A en aval du compresseur 3, entre ledit compresseur 3 et l’évapo/compresseur 5.
[49]La deuxième conduite C2 d’arrivée de fluide réfrigérant est une conduite dans laquelle le fluide réfrigérant est à basse pression. Cette deuxième conduite C2 d’arrivée de fluide réfrigérant à basse pression est ainsi connectée à un quatrième point de raccordement 44 disposé sur boucle principale A en aval du premier évaporateur 9, entre ledit premier évaporateur 9 et le deuxième point de raccordement 42. La deuxième conduite C2 d’arrivée peut également comporter un clapet anti-retour 23 de sorte à empêcher un reflux de fluide réfrigérant vers le quatrième point de raccordement 44. Par fluide réfrigérant à haute pression, on entend un fluide réfrigérant en aval du compresseur 3 et n’ayant pas subit de perte de pression au moyen d’un dispositif de détente. Par fluide réfrigérant à basse pression, on entend un fluide réfrigérant en aval d’un dispositif de détente et ayant subit une perte de pression au niveau de ce dernier. [50]La troisième conduite C3 de sortie de fluide réfrigérant est quant à elle connectée à un cinquième point de raccordement 45 disposé, sur la branche principale A, entre le quatrième 44 et le deuxième 42 point de raccordement. La troisième conduite C3 de sortie peut également comporter un clapet anti-retour 25 de sorte à empêcher un reflux de fluide réfrigérant en provenance du cinquième point de raccordement 45 vers le dispositif d’équilibrage C. Cette configuration permet ainsi de relier le premier évaporateur 9 au compresseur 3 dans différents modes de fonctionnement sans que le fluide réfrigérant passe par le dispositif d’équilibrage C. De tels modes de fonctionnement seront décrit plus en détail plus loin dans la description. [5 l]Le dispositif d’équilibrage C est configuré pour détendre le fluide réfrigérant à haute pression arrivant via la première conduite Cl d’arrivée et pour comprimer le fluide réfrigérant à basse pression arrivant via la deuxième conduite C2 d’arrivée, de sorte que le fluide réfrigérant sortant par la troisième conduite C3 de sortie soit à une pression sensiblement égale à la pression du fluide réfrigérant en sortie du refroidisseur 13. Par sensiblement égale, on entend ici que la pression du fluide réfrigérant en sortie de la troisième conduite C3 de sortie et la pression du fluide réfrigérant en sortie du refroidisseur 13 sont égales l’une et l’autre aux nuances de pertes de charges près entre les deux trajets.
[52]Ce dispositif d’équilibrage C permet ainsi au dispositif de gestion thermique 1 de fonctionner dans au moins un mode de fonctionnement dans lequel il est possible d’avoir une pression du fluide réfrigérant distincte entre le fluide réfrigérant traversant le premier évaporateur 9 et le fluide réfrigérant traversant le refroidisseur 13. Cela permet par exemple un mode de fonctionnement dans lequel le flux d’air interne est refroidi via le premier évaporateur 9 pour un confort des utilisateurs dans l’habitacle, tout en disposant d’une puissance de refroidissement importante pour refroidir des batteries via le refroidisseur 13, notamment lors d’une charge rapide de ces dernières. Un tel mode de fonctionnement sera décrit plus en détail plus loin dans la description. [53]La boucle principale A peut notamment comporter un dispositif de blocage 19 du fluide réfrigérant entre le quatrième 44 et le cinquième 45 point de raccordement. Ce dispositif de blocage 19 peut être une vanne d’arrêt. Ce dispositif de blocage 19 permet de laisser passer ou non le fluide réfrigérant entre le quatrième 44 et le cinquième 45 point de raccordement. [54]La première conduite Cl d’arrivée peut également comporter un troisième dispositif de détente 21. Ce troisième dispositif de détente 21 permet notamment une pré-détente du fluide réfrigérant avant qu’il ne pénètre dans le dispositif d’équilibrage C. Ce troisième dispositif de détente 21 permet ainsi de moduler la pression du fluide réfrigérant sortant du dispositif d’équilibrage C par sa troisième conduite C3 de sortie en permettant une modulation de la pression du fluide réfrigérant arrivant dans le dispositif d’équilibrage C via sa première conduite Cl d’arrivée. Le troisième dispositif de détente 21 peut également comporter une fonction d’arrêt, c’est à dire qu’il est configuré pour bloquer le fluide réfrigérant lorsqu’il est fermé complètement. Une autre solution afin de bloquer la circulation du fluide réfrigérant au sein de la première conduite Cl d’arrivée est de la munir d’une vanne d’arrêt.
[55]Le dispositif de gestion thermique 1 peut également comporter un dispositif de séparation de phase 17 du fluide réfrigérant en amont du compresseur 3 sur la partie basse pression du dispositif de gestion thermique 1. Ce dispositif de séparation de phase 17 est de préférence disposé sur la branche principale A en aval du premier évaporateur 9, entre ledit premier évaporateur 9 et le quatrième point de raccordement 44. Ce dispositif de séparation de phase 17 permet que le fluide réfrigérant allant au compresseur 3 ou vers la deuxième conduite C2 d’arrivée soit en phase gazeuse. Le dispositif de gestion thermique 1 peut comporter, en complément ou en remplacement du dispositif de séparation de phase 17, une bouteille dessicante (non représentée) disposée en aval du compresseur 3 sur la partie haute pression du dispositif de gestion thermique 1. Cette bouteille dessicante 17est de préférence disposée sur la branche principale A entre l’évapo/condenseur 5 et la partie haute pression 15a de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b.
[56]Selon une première variante illustrée aux figures 2 et 3, le dispositif de gestion thermique 1 peut comporter une deuxième branche de dérivation D. Cette deuxième branche de dérivation D est disposée en parallèle du premier dispositif de détente 7 et du premier évaporateur 9. La deuxième branche de dérivation D relie alors un sixième point de raccordement 46 à un septième point de raccordement 47. Le sixième point de raccordement 46 est disposé sur la branche principale A en amont du premier dispositif de détente 7, entre le premier point de raccordement 41 et ledit premier dispositif de détente 7. Le septième point de raccordement 47 est quant à lui disposé sur la branche principale A en amont du deuxième point de raccordement 42, entre le dispositif de blocage 19 et ledit deuxième point de raccordement 42. La deuxième branche de dérivation D comporte un deuxième évaporateur 29. Le deuxième évaporateur 29 peut notamment être un échangeur de chaleur également disposé dans le flux d’air interne. Dans les exemples illustrés aux figures 2 et 3, le septième point de raccordement 47 est disposé sur la branche principale A entre le dispositif de blocage 19 et le cinquième point de raccordement 45.
[57]Le dispositif de gestion thermique 1 peut comporter en outre un quatrième dispositif de détente 27 disposé entre le premier point de raccordement 41 et le deuxième évaporateur 29.
[58]Selon un premier exemple illustré à la figure 2, le quatrième dispositif de détente 27 est disposé sur la deuxième branche de dérivation D en amont du deuxième évaporateur 29. [59]Selon un deuxième exemple illustré à la figure 3, le quatrième dispositif de détente 27 est disposé sur la branche principale A en amont du sixième point de raccordement 46.
[60] Afin de permettre au fluide réfrigérant de traverser ou non le refroidisseur 13, le deuxième dispositif de détente 11 peut comporter une fonction d’arrêt. De même, le premier dispositif de détente 7 et le quatrième dispositif de détente 27 peuvent également comporter une fonction d’arrêt afin de laisser passer le fluide réfrigérant respectivement dans le premier 9 et le deuxième 29 évaporateur. Une solution alternative non représentée est rutilisation de vannes d’arrêt. [61]Selon une deuxième variante illustrée à la figure 4, le dispositif de gestion thermique 1 peut comporter un sous-refroidisseur 5’ disposé sur la branche principale A en aval de l’évapo/condenseur 5, entre ledit évapo/condenseur 5 et le premier point de raccordement 41. Ce sous-refroidisseur 5’ peut notamment être disposé dans le flux d’air externe en aval de G évapo/condenseur 5 afin que le fluide réfrigérant subisse un sous refroidissement après avoir traversé G évapo/condenseur 5. Cela permet notamment d’améliorer le coefficient de performance par exemple dans un mode de refroidissement qui sera détaillé plus en détail plus loin dans la description. [62]Le dispositif de gestion thermique 1 peut également comporter un échangeur de chaleur interne 15a, 15b. Cet échangeur de chaleur interne 15a, 15b comporte une partie haute pression 15a disposée sur la branche principale A en aval de G évapo/condenseur 5 et une partie basse pression 15b disposée sur la branche principale A en amont du deuxième point de raccordement 42. Par partie haute pression 15a, on entend ici une partie disposée en amont d’un dispositif de détente 7, 27. Par partie basse pression 15b, on entend ici une partie disposée en aval d’un dispositif de détente 7, 27 et ayant également traversé un échangeur de chaleur, ici le premier 9 et/ou le deuxième 29 évaporateur. La partie basse pression 15b est également disposée en aval de la troisième conduite C3 de sortie du dispositif d’équilibrage C, plus particulièrement en aval du cinquième point de raccordement 45. L’échangeur de chaleur interne 15a, 15b permet une surchauffe du fluide réfrigérant à basse pression passant dans sa partie basse pression 15b et un sous-refroidissement du fluide réfrigérant à haute pression passant dans sa partie haute pression 15a par un échange d’énergie calorifique entre ses deux parties 15a, 15b. Cela permet notamment d’améliorer le coefficient de performance du dispositif de gestion thermique 1.
[63]Comme illustré sur les figures 1 à 5, la partie haute pression 15a de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b peut notamment être disposée sur la branche principale A en aval du premier point de raccordement 4L Ainsi seul le fluide réfrigérant amené à traverser le premier évaporateur 9 et/ou le deuxième évaporateur 29 pourra subir une surchauffe.
[64]Selon une variante illustré à la figure 6, la partie haute pression 15a de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b peut notamment être disposée sur la branche principale A en amont du premier point de raccordement 4L Ainsi le fluide réfrigérant amené à traverser le premier évaporateur 9, le deuxième évaporateur 29 et/ou le refroidisseur 13 pourra subir une surchauffe.
[65]Les figures 5 et 6 montrent un mode de réalisation particulier dans lequel le dispositif de gestion thermique 1 est configuré pour permettre un fonctionnement en mode pompe à chaleur afin de réchauffer le flux d’air interne.
Dans ce mode de réalisation particulier, le dispositif de gestion thermique 1 comporte une troisième branche de dérivation E reliant un huitième point de raccordement 48 à un neuvième point de raccordement 49. Le huitième point de raccordement 48 est notamment disposé sur la branche principale A en amont de l’évapo/condenseur 5, entre le compresseur 3 et ledit évapo/condenseur 5. Le neuvième point de raccordement 49 est quant à lui disposé sur la branche principale A en aval du huitième point de raccordement 48, entre ledit huitième point de raccordement 48 et G évapo/condenseur 5. La troisième branche de dérivation E comporte dans le sens de circulation du fluide réfrigérant un radiateur 31 et un cinquième dispositif de détente 33.
[66]Toujours selon ce mode de réalisation particulier, le dispositif de gestion thermique 1 comporte en outre une quatrième branche de dérivation L reliant un dixième point de raccordement 50 à un onzième point de raccordement 51. Le dixième point de raccordement 50 est disposé sur la branche principale A en aval de G évapo/condenseur 5, entre ledit évapo/condenseur 5 et le premier point de raccordement 41. Plus particulièrement, lorsque le dispositif de gestion thermique 1 comporte un sous-refroidisseur 5’, le dixième point de raccordement 50 peut être disposé entre G évaporateur 5 et ledit sous- refroidisseur 5’. Le onzième point de raccordement 51 est quant à lui disposé sur la branche principale A en aval du premier évaporateur 9, entre ledit premier évaporateur 9 et le compresseur 3. De préférence, le onzième point de raccordement 51 est disposé en amont du dispositif de séparation de phase 17 lorsque ce dernier est présent.
[67]Selon une variante particulière illustrée à la figure 6, la troisième branche de dérivation E comporte un douzième 52 et un treizième 53 point de raccordement
52 disposés de part et d’autre de la partie haute pression 15a de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b de sorte à former :
• une première section E’ reliant le huitième 48 et le douzième 52 point de raccordement, ladite première section E’ comportant le radiateur 31, et • une deuxième section E” reliant le treizième 53 et le neuvième 49 point de raccordement, ladite deuxième section E” comportant le cinquième dispositif de détente 33.
[68]Cette variante particulière permet au fluide réfrigérant circulant dans la troisième branche de dérivation E de passer dans la partie haute pression 15a de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b et ainsi de sous-refroidir ce dernier afin d’améliorer le coefficient de performance.
[69]Toujours selon cette variante particulière, la boucle principale A comporte un clapet anti-retour 66 disposé en amont du treizième point de raccordement 53 de sorte à empêcher un reflux de fluide réfrigérant vers l’évapo/condenseur 5 ou le sous-refroidisseur 5’. La première section E’ comporte également un clapet anti retour 65 de sorte à empêcher un reflux de fluide réfrigérant en provenance du douzième point de raccordement 52. La deuxième section E” comporte elle aussi un clapet anti-retour 64 de sorte à empêcher un reflux de fluide réfrigérant en provenance du neuvième point de raccordement 49.
[70]Selon cette variante particulière, le cinquième dispositif de détente 33 peut comporter une fonction d’arrêt afin de permettre ou non le passage du fluide réfrigérant au sein de la deuxième section E”. Une alternative serait de munir la deuxième section E” d’une vanne d’arrêt. [71]Selon ce mode de réalisation particulier des figures 5 et 6, le dispositif de gestion thermique 1 comporte un premier dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance du compresseur 3 vers l’évapo/condenseur 5 ou le radiateur 31. Ce premier dispositif de redirection peut par exemple comporter :
• une première vanne d’arrêt 61 disposée sur la branche principale A entre le huitième 48 et le neuvième point de raccordement 49, et
• une deuxième vanne d’arrêt 62 disposée sur la troisième branche de dérivation
E, plus précisément sur la première section E’ lorsque la troisième branche de dérivation E comporte deux sections E’, E”. Cette deuxième vanne d’arrêt 62 peut être remplacée par une fonction d’arrêt du cinquième dispositif de détente 33 lorsque la troisième branche de dérivation E relie directement les huitième 48 et neuvième 49 points de raccordement.
[72]Le dispositif de gestion thermique 1 comporte également un deuxième dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance de l’évapo/condenseur 5 vers le premier point de raccordement 41 et/ou vers la quatrième branche de dérivation F. Ce deuxième dispositif de redirection peut comporter une vanne d’arrêt 63 disposée sur la quatrième branche de dérivation F. Les premier 7, deuxième 11, quatrième 27 et cinquième 33 dispositifs de détente peuvent également faire partie du deuxième dispositif de redirection s’ils comportent une fonction d’arrêt.
[73]Selon un premier mode de réalisation illustré aux figures 1 à 6, le dispositif d’équilibrage C comporte un éjecteur 100 comportant une première entrée 100a de fluide à haute pression reliée à la première conduite Cl d’arrivée, une deuxième entrée 100b de fluide à basse pression reliée à la deuxième conduite C2 d’arrivée et une sortie d’éjection 100c reliée à la troisième conduite C3 de sortie. Cet éjecteur 100 peut plus particulièrement être un éjecteur de type gaz- gaz peu onéreux.
[74]Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 7, le dispositif d’équilibrage C comporte un ensemble mécanique détendeur-compresseur 200. L’ensemble mécanique détendeur-compresseur 200 comporte une turbine de détente 200a et un compresseur mécanique 200b. La turbine de détente 200a et le compresseur mécanique 200b sont couplés mécaniquement l’un à l’autre par exemple par un arbre de liaison 200c. L’entrée de fluide réfrigérant de la turbine de détente 200a est reliée à la première conduite Cl d’arrivée et l’entrée de fluide réfrigérant du compresseur mécanique 200b est reliée à la deuxième conduite C2 d’arrivée. Les sorties de fluide réfrigérant de la turbine de détente 200a et du compresseur mécanique 200b sont quant à elles reliées toutes deux à la troisième conduite C3 de sortie. Pour cela, ces sorties se rejoignent au niveau d’un quatorzième point de jonction 54. [75]L’utilisation d’un éjecteur 100 ou d’un ensemble mécanique détendeur- compresseur 200 permet d’utiliser l’énergie obtenue par la détente du fluide réfrigérant à haute pression arrivant par la première conduite Cl d’arrivée afin de comprimer le fluide réfrigérant à basse pression arrivant par la deuxième conduite C2 d’arrivée. Dans le cas de l’éjecteur 100, cela est réalisé par l’action d’un effet Venturi qui aspire et comprime le fluide réfrigérant à basse pression de la deuxième conduite C2 d’arrivée. Dans le cas de l’ensemble mécanique détendeur-compresseur 200, la détente du fluide réfrigérant à haute pression entraîne une rotation de la turbine de détente 200a qui est transmise au compresseur mécanique 200b afin d’aspirer et comprimer le fluide réfrigérant à basse pression.
[76]Les figures 8 à 15 montrent des exemples de modes de fonctionnement d’un dispositif de gestion thermique 1 tel que décrit ci-dessus et plus particulièrement selon l’exemple illustré à la figure 6. Sur ces différentes figures, le sens de circulation du fluide réfrigérant est représenté par des flèches. Sur ces différentes figures 8 à 15, seuls sont représenté les éléments par lesquels passe le fluide réfrigérant dans le mode de fonctionnement illustré.
G7711) premier mode de refroidissement : [78]La figure 8 montre un dispositif de gestion thermique 1 selon le mode de réalisation de la figure 6 dans un premier mode de refroidissement. Ce premier mode de refroidissement est néanmoins également transposable à l’ensemble des modes de réalisation illustrés aux figures 1 à 5 et 7 du fait que ces derniers possèdent les éléments essentiels par lesquels passe le fluide réfrigérant. [79]Dans ce premier mode de refroidissement, le fluide réfrigérant est dans un premier temps comprimé au niveau du compresseur 3 et est redirigé directement vers l’évapo/condenseur 5.
[80]Le dispositif d’équilibrage C est ici à l’arrêt, c’est à dire que du fluide réfrigérant à haute pression en provenance du compresseur 3 ne circule pas dans la première conduite Cl d’arrivée. Par exemple, le troisième dispositif de détente 21 est fermé complètement et bloque la circulation du fluide réfrigérant.
[81]Dans l’exemple de la figure 8, le premier dispositif de redirection redirige le fluide réfrigérant en provenance du compresseur 3 vers l’évapo/condenseur 5. Par exemple, la première vanne d’arrêt 61 est ouverte et la deuxième vanne d’arrêt 62 est fermée.
[82]Le fluide réfrigérant traverse l’évapo/condenseur 5 au niveau duquel il cède de l’énergie calorifique au flux d’air externe. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le premier point de raccordement 41.
[83]Pour cela, dans l’exemple de la figure 8, le deuxième dispositif de redirection redirige le fluide réfrigérant en provenance de l’évapo/condenseur 5 vers le premier point de raccordement 41. Par exemple, la vanne d’arrêt 63 est fermée.
[84]Toujours selon l’exemple de la figure 8, le fluide réfrigérant ne remonte pas dans la deuxième section E” par exemple du fait que le cinquième dispositif de détente 33 est fermé et bloque la circulation du fluide réfrigérant. [85]Toujours selon l’exemple de la figure 8, entre l’évapo/condenseur 5 et le premier point de raccordement 41, le fluide réfrigérant traverse successivement le sous- refroidisseur 5’, au niveau duquel il subit un premier sous-refroidissement, et la partie haute pression 15a de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b, au niveau duquel il subit un second sous-refroidissement.
[86]Le fluide réfrigérant traverse ensuite le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel il subit une perte de pression avant de passer dans le premier évaporateur 9 au niveau duquel le fluide réfrigérant absorbe de l’énergie calorifique au flux d’air interne. [87]Le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur 9 rejoint ensuite directement le cinquième point de raccordement 45 sans passer par le dispositif d’équilibrage C.
[88]Si, comme dans les modes de réalisation des figures 2 à 7, le dispositif de gestion thermique 1 comporte une deuxième branche de dérivation D, une partie du fluide réfrigérant en provenance du premier point de raccordement 41 peut passer par ladite deuxième branche de dérivation D avant de rejoindre le fluide réfrigérant en provenance du premier évaporateur 9 au niveau du septième point de raccordement 47. En traversant la deuxième branche de dérivation D, le fluide réfrigérant subit une perte de pression au niveau du quatrième dispositif de détente 27 avant de passer dans le deuxième évaporateur 29 au niveau duquel le fluide réfrigérant absorbe de l’énergie calorifique au flux d’air interne.
[89]Le fluide réfrigérant ne circule pas dans la première branche de dérivation B ici du fait que le deuxième dispositif de détente 11 est fermé complètement et bloque la circulation du fluide réfrigérant. [90]Le fluide réfrigérant en provenance du cinquième point de raccordement 45 traverse la partie basse pression 15b de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b au niveau duquel il récupère de l’énergie calorifique issue de la partie haute pression 15a avant de retourner au compresseur 3.
[91]Ce premier mode de refroidissement est un mode de fonctionnement permettant de refroidir le flux d’air interne afin d’assurer le confort des occupants du véhicule automobile.
G9212) deuxième mode de refroidissement :
[93]La figure 9 montre un dispositif de gestion thermique 1 selon le mode de réalisation de la figure 6 dans un deuxième mode de refroidissement. Ce deuxième mode de refroidissement est néanmoins également transposable à l’ensemble des modes de réalisation illustrés aux figures 1 à 5 et 7 du fait que ces derniers possèdent les éléments essentiels par lesquels passe le fluide réfrigérant. [94]Ce deuxième mode de refroidissement est identique au premier mode de refroidissement de la figure 8 à la différence qu’au niveau du premier point de raccordement 41, une partie du fluide réfrigérant passe dans la première branche de dérivation B. Au sein de la première branche de dérivation B, le fluide réfrigérant subit une perte de pression au niveau du deuxième dispositif de détente 11 et traverse le refroidisseur 13 au niveau duquel il absorbe de l’énergie calorifique. Le fluide réfrigérant en provenance du refroidisseur 13 rejoint le fluide réfrigérant en provenance du cinquième point de raccordement 45 au niveau du deuxième point de raccordement 42. Le fluide réfrigérant en provenance du cinquième point de raccordement 45 traverse la partie basse pression 15b de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b avant de rejoindre le deuxième point de raccordement 42.
[95]Ce deuxième mode de refroidissement est un mode de fonctionnement permettant de refroidir simultanément le flux d’air interne ainsi que par exemple les batteries via le refroidisseur 13. G9613) troisième mode de refroidissement :
[97]La figure 10a montre un dispositif de gestion thermique 1 dans un troisième mode de refroidissement selon un mode de réalisation similaire à celui de la figure 6. Ce troisième mode de refroidissement est néanmoins également transposable à l’ensemble des modes de réalisation illustrés aux figures 1 à 5 et 7 du fait que ces derniers possèdent les éléments essentiels par lesquels passe le fluide réfrigérant.
[98]La figure 10b, montre un diagramme schématique de l’évolution de la pression (en Bar) et de l’enthalpie (en kj/kg) du fluide réfrigérant dans ce troisième mode de fonctionnement. La courbe en pointillés correspond à la courbe de saturation du fluide réfrigérant.
[99]Dans ce troisième mode de refroidissement, le fluide réfrigérant est dans un premier temps comprimé au niveau du compresseur 3, illustré par la courbe 300 sur le diagramme de la figure 10b. Une partie du fluide réfrigérant est redirigée vers l’évapo/condenseur 5 et une autre partie vers le dispositif d’équilibrage C via la première conduite Cl d’arrivée.
[100]Le dispositif d’équilibrage C est ici en fonction, c’est à dire que du fluide réfrigérant à haute pression en provenance du compresseur 3 circule dans la première conduite Cl d’arrivée. Par exemple, le troisième dispositif de détente
21 est ouvert afin de laisser circuler le fluide réfrigérant et lui faire subir une pré-détente, illustrée par la courbe 210 sur le diagramme de la figure 10b.
[101]Dans l’exemple de la figure 10a, le premier dispositif de redirection redirige une partie du fluide réfrigérant en provenance du compresseur 3 vers l’évapo/condenseur 5. Par exemple, la première vanne d’arrêt 61 est ouverte et la deuxième vanne d’arrêt 62 est fermée.
[102]Une partie du fluide réfrigérant traverse ainsi l’évapo/condenseur 5 au niveau duquel il cède de l’énergie calorifique au flux d’air externe, illustré par la courbe 500 sur le diagramme de la figure 10b. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le premier point de raccordement 41, illustré par le point 410 sur le diagramme de la figure 10b.
[103]Pour cela, dans l’exemple de la figure 10a, le deuxième dispositif de redirection redirige le fluide réfrigérant en provenance de l’évapo/condenseur 5 vers le premier point de raccordement 41. Par exemple, la vanne d’arrêt 63 est fermée. [104]Toujours selon l’exemple de la figure 10a, le fluide réfrigérant ne remonte pas dans la deuxième section E” par exemple du fait que le cinquième dispositif de détente 33 est fermé et bloque la circulation du fluide réfrigérant.
[105]Toujours selon l’exemple de la figure 10a, entre l’évapo/condenseur 5 et le premier point de raccordement 41, le fluide réfrigérant traverse successivement le sous-refroidisseur 5’, au niveau duquel il subit un premier sous- refroidissement illustré par la courbe 500’ du diagramme de la figure 10b, et la partie haute pression 15a de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b, au niveau duquel il subit un second sous-refroidissement, illustré par la courbe 150a du diagramme de la figure 10b. [106]Au niveau du premier point de raccordement 41 :
• une partie du fluide réfrigérant traverse ensuite le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel il subit une perte de pression, illustrée par la courbe 700 du diagramme de la figure 10b, avant de passer dans le premier évaporateur 9 au niveau duquel le fluide réfrigérant absorbe de l’énergie calorifique au flux d’air interne, illustré par la courbe 900 du diagramme de la figure 10b, et arrive au quatrième point de raccordement 44, illustré par le point 440 sur le diagramme de la figure 10b,
• une autre partie du fluide réfrigérant passe dans la première branche de dérivation B. Au sein de la première branche de dérivation B, le fluide réfrigérant subit une perte de pression au niveau du deuxième dispositif de détente 11, illustrée par la courbe 110 du diagramme de la figure 10b, et traverse le refroidisseur 13 au niveau duquel il absorbe de l’énergie calorifique, illustré par la courbe 130 du diagramme de la figure 10b. Le fluide réfrigérant en provenance du refroidisseur 13 rejoint ensuite le deuxième point de raccordement 42, illustré par le point 420 sur le diagramme de la figure 10b.
[107]Si la deuxième branche de dérivation D est présente, le fluide réfrigérant ne passe pas par cette dernière, par exemple du fait que le quatrième dispositif de détente 27 est fermé et bloque le fluide réfrigérant.
[108]Comme le montre le diagramme de la figure 10b, la perte de pression du fluide réfrigérant au niveau du premier dispositif de détente 7 est plus importante que la perte de pression du fluide réfrigérant au niveau du deuxième dispositif de détente 11. Cela permet ainsi de refroidir le flux d’air interne jusqu’à une température suffisamment froide pour assurer le confort des occupants dans l’habitacle tout en permettant un refroidissement important des batteries via le refroidisseur 13 notamment lorsque leurs besoins de refroidissement sont importants par exemple lors d’une charge rapide.
[109]Le fluide réfrigérant circulant dans la première conduite Cl arrive au dispositif d’équilibrage C et subit une perte de pression comme illustré par la courbe
1000a du diagramme de la figure 10b. Du fait de cette perte de pression, le fluide réfrigérant en provenance du quatrième point de raccordement 44 est aspiré dans la deuxième conduite C2 d’arrivée et est comprimé au niveau du dispositif d’équilibrage C, comme illustré par la courbe 1000b du diagramme de la figure 10b.
[110] Afin que le fluide réfrigérant en provenance du quatrième point de raccordement 44 ne rejoigne pas directement le cinquième point de raccordement 45, la vanne d’arrêt 19 est fermée. [11 l]Les fluides réfrigérants en provenance de la première Cl et deuxième C2 conduite d’arrivée se mélangent au sein du dispositif d’équilibrage et rejoignent le cinquième point de raccordement 45, illustré par le point 450 sur le diagramme de la figure 10b.
[112]Le fluide réfrigérant en provenance du cinquième point de raccordement 45 traverse la partie basse pression 15b de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b avant de rejoindre le deuxième point de raccordement 42. En traversant la partie basse pression 15b, le fluide réfrigérant absorbe de l’énergie calorifique issue de la partie haute pression 15a, comme illustré par la courbe 150b du diagramme de la figure 10b.
[113]Le fluide réfrigérant en provenance du refroidisseur 13 et du cinquième point de raccordement 45 sont à une pression sensiblement égale et se mélangent au niveau du deuxième point de raccordement 42 avant de rejoindre le compresseur
3.
[114]La figure lia montre un dispositif de gestion thermique 1 dans le troisième mode de refroidissement similaire à celui de la figure 10a à la différence que le dispositif de gestion thermique 1 comporte une deuxième branche de dérivation D par laquelle passe également le fluide réfrigérant.
[115]La figure 11b, montre un diagramme schématique de l’évolution de la pression (en Bar) et de l’enthalpie (en kj/kg) du fluide réfrigérant dans ce troisième mode de fonctionnement pour le mode de réalisation de la figure lia. La courbe en pointillés correspond à la courbe de saturation du fluide réfrigérant.
[116]Le parcours du fluide réfrigérant est identique à celui de la figure 10a, à la différence qu’au niveau du sixième point de raccordement 46, illustré par le point 460 sur le diagramme de la figure 11b, une partie du fluide réfrigérant passe par la deuxième branche de dérivation D. Au sein de la deuxième branche de dérivation D, le fluide réfrigérant subit une perte de pression, illustrée par la courbe 270 du diagramme de la figure 11b, en traversant le quatrième dispositif de détente 27. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le deuxième évaporateur 29 et absorbe de l’énergie calorifique au flux d’air interne, illustré par la courbe 290 du diagramme de la figure 11b. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le cinquième point de raccordement 45. La pression du fluide réfrigérant en sortie du deuxième évaporateur 29 est sensiblement égale à la pression du fluide réfrigérant en sortie du refroidisseur 13. [117]Les figures 12a et 12b montrent respectivement un dispositif de gestion thermique 1 similaire à celui de la figure 10b et son diagramme pression / enthalpie à la différence que la partie haute pression 15a de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b est disposé en aval du premier point de raccordement 41. De ce fait, seul le fluide réfrigérant allant vers le premier dispositif de détente 7 subit un sous-refroidissement, comme illustré par la courbe 150a du diagramme de la figure 12b.
G11814) premier mode pompe à chaleur
[119]La figure 13 montre un dispositif de gestion thermique 1 selon le mode de réalisation de la figure 6 dans un premier mode pompe à chaleur. Ce premier mode pompe à chaleur est néanmoins transposable aux modes de réalisations illustrés aux figures 5 et 7 car ces derniers comportent également une troisième E et une quatrième F branche de dérivation.
[120]Dans ce premier mode pompe à chaleur, le fluide réfrigérant est dans un premier temps comprimé au niveau du compresseur 3 et est redirigé directement vers la troisième branche de dérivation E.
[121]Le dispositif d’équilibrage C est ici à l’arrêt, c’est à dire que du fluide réfrigérant à haute pression en provenance du compresseur 3 ne circule pas dans la première conduite Cl d’arrivée. Par exemple, le troisième dispositif de détente 21 est fermé complètement et bloque la circulation du fluide réfrigérant.
[122]Pour cela, dans l’exemple de la figure 13, le premier dispositif de redirection redirige le fluide réfrigérant en provenance du compresseur 3 vers la troisième branche de dérivation E. Par exemple, la première vanne d’arrêt 61 est fermée et la deuxième vanne d’arrêt 62 est ouverte. [123]Le fluide réfrigérant traverse ainsi le radiateur 31 au niveau duquel il cède de l’énergie calorifique au flux d’air interne. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le cinquième dispositif de détente 33 au niveau duquel il subit une perte de pression avant de rejoindre le neuvième point de raccordement 49. Selon l’exemple de la figure 13, avant de traverser le cinquième dispositif de détente 33, le fluide réfrigérant traverse la partie haute pression 15a de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b au niveau duquel il subit un sous-refroidissement.
[124]Le fluide réfrigérant traverse ensuite l’évapo/condenseur 5 au niveau duquel il absorbe de l’énergie calorifique du flux d’air externe. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite la quatrième branche de dérivation E [125]Pour cela, dans l’exemple de la figure 13, le deuxième dispositif de redirection redirige le fluide réfrigérant en provenance de l’évapo/condenseur 5 vers la quatrième branche de dérivation F. Par exemple, la vanne d’arrêt 63 est ouverte et les premier 7, deuxième 11 et quatrième 27 dispositifs de détente sont fermés afin de bloquer la circulation du fluide réfrigérant.
[126]Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le onzième point de raccordement 51 avant de traverser le dispositif de séparation de phase 17 afin que seul du fluide réfrigérant en phase gazeuse arrive au cinquième point de raccordement 45. Pour cela la vanne d’arrêt 19 est ouverte. [127]Le fluide réfrigérant en provenance du cinquième point de raccordement 45 traverse la partie basse pression 15b de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b au niveau duquel il récupère de l’énergie calorifique issue de la partie haute pression 15a avant de retourner au compresseur 3.
[128]Ce premier mode pompe à chaleur est un mode de fonctionnement permettant de réchauffer le flux d’air interne afin d’assurer le confort des occupants du véhicule automobile.
G12915) deuxième mode pompe à chaleur
[130]La figure 14 montre un dispositif de gestion thermique 1 selon le mode de réalisation de la figure 6 dans un deuxième mode pompe à chaleur. Ce deuxième mode pompe à chaleur est néanmoins transposable au mode de réalisation illustré à la figure 7 car ce dernier comporte également une troisième branche de dérivation E, comportant deux section E’ et E”, ainsi qu’une quatrième branche de dérivation E
[131]Ce deuxième mode pompe à chaleur est identique au premier mode pompe à chaleur de la figure 13 à la différence qu’en sortie du radiateur 31, une partie du fluide réfrigérant est redirigée vers la deuxième section E” et une autre partie vers la première branche de dérivation B.
[132] Au sein de la première branche de dérivation B, le fluide réfrigérant subit une perte de pression au niveau du deuxième dispositif de détente 11 et traverse le refroidisseur 13 au niveau duquel il absorbe de l’énergie calorifique. Le fluide réfrigérant en provenance du refroidisseur 13 rejoint le fluide réfrigérant en provenance du cinquième point de raccordement 45 au niveau du deuxième point de raccordement 42. Le fluide réfrigérant en provenance du cinquième point de raccordement 45 traverse la partie basse pression 15b de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b avant de rejoindre le deuxième point de raccordement 42.
[133]Le fluide réfrigérant en provenance du refroidisseur 13 et le fluide réfrigérant en provenance de la quatrième branche de dérivation F se mélangent au niveau du deuxième point de raccordement 42 avant de rejoindre le compresseur 3.
[134]Ce deuxième mode pompe à chaleur permet de récupérer de l’énergie calorifique au niveau du refroidisseur 13 et de contribuer au chauffage du flux d’air interne au niveau du radiateur 31.
G13516) mode de déshumidification [136]La figure 15 montre un dispositif de gestion thermique 1 selon le mode de réalisation de la figure 6 dans un mode de déshumidification. Ce mode de déshumidification est néanmoins transposable au mode de réalisation illustré à la figure 7 car ce dernier comporte également une troisième branche de dérivation E, comportant deux section E’ et E”, ainsi qu’une quatrième branche de dérivation F.
[137]Ce mode de déshumidification est relativement identique au premier mode pompe à chaleur de la figure 13 à la différence qu’en sortie du radiateur 31, une partie du fluide réfrigérant est redirigée vers la deuxième section E” et une autre partie vers la deuxième branche de dérivation D. [138] Au sein de la deuxième branche de dérivation D, le fluide réfrigérant subit une perte de pression au niveau du quatrième dispositif de détente 27 et traverse le deuxième évaporateur 29 au niveau duquel il absorbe de l’énergie calorifique du flux d’air interne. Le fluide réfrigérant en provenance du deuxième évaporateur 29 rejoint le fluide réfrigérant en provenance de la quatrième branche de dérivation F au niveau du septième point de raccordement 47. Le fluide réfrigérant en provenance du septième point de raccordement 45 traverse la partie basse pression 15b de l’échangeur de chaleur interne 15a, 15b avant de rejoindre le compresseur 3.
[139]I1 est à noter que ce mode de déshumidification est également possible selon une variante non représentée dans laquelle le fluide réfrigérant en provenance de la première section E’ est redirigé vers le premier dispositif de détente 7 afin de subir une perte de pression et traverse le premier évaporateur 9 afin de refroidir le flux d’air interne, à la place de passer par la deuxième branche de dérivation D. Les fluides réfrigérants se mélangeant alors au niveau du onzième point de raccordement 51.
[140]Ce mode de déshumidification permet une déshumidification du flux d’air interne en lui faisant subir successivement un refroidissement et un réchauffement.
[141]Ainsi, on voit bien que le dispositif de gestion thermique 1 selon l’invention permet différents modes de fonctionnement et plus particulièrement des modes de fonctionnement permettant un refroidissement selon plusieurs étages de pression afin notamment de refroidir simultanément et avec une puissance de refroidissement importante différents éléments tels que des batteries lors d’un chargement rapide et un flux d’air interne afin d’assurer le confort des occupants du véhicule automobile.

Claims

Revendications
1. Dispositif de gestion thermique (1) pour véhicule automobile dans lequel est destiné à circuler un fluide réfrigérant, ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant : une boucle principale (A) comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, un compresseur (3), un évapo/condenseur (5), un premier dispositif de détente (7) et un premier évaporateur (9), une première branche de dérivation (B) reliant un premier point de raccordement (41), disposé en aval de G évapo/condenseur (5), entre ledit évapo/condenseur (5) et le premier dispositif de détente (7), à un deuxième point de raccordement (42) disposé en amont du compresseur (3), entre le premier évaporateur (9) et ledit compresseur (3), ladite première branche de dérivation (B) comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant un deuxième dispositif de détente (11) et un refroidisseur (13), un dispositif d’équilibrage (C) comportant :
• une première conduite (Cl) d’arrivée de fluide réfrigérant à haute pression connectée à un troisième point de raccordement (43) disposée sur boucle principale (A) en aval du compresseur (3) entre ledit compresseur (3) et l’évapo/compresseur (5), · une deuxième conduite (C2) d’arrivée de fluide réfrigérant à basse pression connectée à un quatrième point de raccordement (44) disposé sur boucle principale (A) en aval du premier évaporateur (9), entre ledit premier évaporateur (9) et le deuxième point de raccordement (42),
• une troisième conduite (C3) de sortie de fluide réfrigérant connectée à un cinquième point de raccordement (45) disposé entre le quatrième (44) et le deuxième (42) point de raccordement, ledit dispositif d’équilibrage (C) étant configuré pour détendre le fluide réfrigérant à haute pression arrivant via la première conduite (Cl) d’arrivée et pour comprimer le fluide réfrigérant à basse pression arrivant via la deuxième conduite (C2) d’arrivée de sorte que le fluide réfrigérant sortant par la troisième conduite (C3) de sortie soit à une pression sensiblement égale à la pression du fluide réfrigérant en sortie du refroidisseur (13). 2. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la boucle principale (A) comporte en outre un dispositif de blocage (19) du fluide réfrigérant entre le quatrième (44) et le cinquième (45) point de raccordement.
3. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première conduite (Cl) d’arrivée comporte un troisième dispositif de détente (21).
4. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de séparation de phase (17) du fluide réfrigérant disposé sur la branche principale (A) en aval du premier évaporateur (9), entre ledit premier évaporateur (9) et le quatrième point de raccordement (44).
5. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une deuxième branche de dérivation (D) reliant un sixième point de raccordement (46) disposé sur la branche principale (A) en amont du premier dispositif de détente (7), entre le premier point de raccordement (41) et ledit premier dispositif de détente (7), à un septième point de raccordement (47) disposé sur la branche principale (A) en amont du deuxième point de raccordement (42), entre le dispositif de blocage (19) et ledit deuxième point de raccordement (42), ladite deuxième branche de dérivation (D) comportant un deuxième évaporateur (29), le dispositif de gestion thermique (1) comportant en outre un quatrième dispositif de détente (27) disposé entre le premier point de raccordement (41) et le deuxième évaporateur (29).
6. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le quatrième dispositif de détente (27) est disposé sur la deuxième branche de dérivation (D) en amont du deuxième évaporateur (29).
7. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le quatrième dispositif de détente (27) est disposé sur la branche principale (A) en amont du sixième point de raccordement (46).
8. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un sous-refroidisseur (5’) disposé sur la branche principale (A) en aval de l’évapo/condenseur (5), entre ledit évapo/condenseur (5) et le premier point de raccordement (41).
9. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un échangeur de chaleur interne (15a, 15b) comportant une partie haute pression (15a) disposée sur la branche principale (A) en aval de l’évapo/condenseur (5) et une partie basse pression (15b) disposée sur la branche principale (A) en amont du deuxième point de raccordement (42).
10. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte : une troisième branche de dérivation (E) reliant un huitième point de raccordement (48) disposé sur la branche principale (A) en amont de l’évapo/condenseur (5), entre le compresseur (3) et ledit évapo/condenseur (5), à un neuvième point de raccordement (49) disposé sur la branche principale (A) en aval du huitième point de raccordement
(48), entre ledit huitième point de raccordement (48) et l’évapo/condenseur (5), ladite troisième branche de dérivation (E) comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant un radiateur (31) et un cinquième dispositif de détente (33), une quatrième branche de dérivation (F) reliant un dixième point de raccordement (50) disposé sur la branche principale (A) en aval de l’évapo/condenseur (5), entre ledit évapo/condenseur (5) et le premier point de raccordement (41), à un onzième point de raccordement (51) disposé sur la branche principale (A) en aval du premier évaporateur (9), entre ledit premier évaporateur (9) et le compresseur (3), un premier dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance du compresseur (3) vers G évapo/condenseur (5) ou le radiateur (31), un deuxième dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance de G évapo/condenseur (5) vers le premier point de raccordement (41) et/ou vers la quatrième branche de dérivation (F).
11. Dispositif de gestion thermique (1) selon les revendications 9 et 10 en combinaison, caractérisé en ce que la troisième branche de dérivation (E) comporte un douzième (52) et un treizième (53) point de raccordement disposés de part et d’autre de la partie haute pression (15a) de l’échangeur de chaleur interne de sorte à former : une première section (E’) reliant le huitième (48) et le douzième (52) point de raccordement, ladite première section (E’) comportant le radiateur (31), et une deuxième section (E”) reliant le treizième (53) et le neuvième (49) point de raccordement, ladite deuxième section (E”) comportant le cinquième dispositif de détente (33). 12. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif d’équilibrage (C) comporte un éjecteur (100) comportant une première entrée (100a) de fluide à haute pression reliée à la première conduite (Cl) d’arrivée, une deuxième entrée (100b) de fluide à basse pression reliée à la deuxième conduite (C2) d’arrivée et une sortie d’éjection (100c) reliée à la troisième conduite (C3) de sortie.
13. Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif d’équilibrage (C) comporte un ensemble mécanique détendeur-compresseur (200), ledit ensemble mécanique détendeur- compresseur (200) comportant une turbine de détente (200a) et un compresseur mécanique (200b), la turbine de détente (200a) et le compresseur mécanique
(200b) étant couplés mécaniquement l’un à l’autre, l’entrée fluide réfrigérant de la turbine de détente (200a) étant reliée à la première conduite (Cl) d’arrivée, l’entrée de fluide réfrigérant du compresseur mécanique (200b) étant reliée à la deuxième conduite (C2) d’arrivée, les sorties de fluide réfrigérant de la turbine de détente (200a) et du compresseur mécanique (200b) étant reliées toutes deux à la troisième conduite (C3) de sortie.
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