WO2024008476A1 - Module de distribution de fluide réfrigérant - Google Patents

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WO2024008476A1
WO2024008476A1 PCT/EP2023/067046 EP2023067046W WO2024008476A1 WO 2024008476 A1 WO2024008476 A1 WO 2024008476A1 EP 2023067046 W EP2023067046 W EP 2023067046W WO 2024008476 A1 WO2024008476 A1 WO 2024008476A1
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WO
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channel
distribution module
refrigerant
heat exchanger
module
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/067046
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Inventor
Stéphane CRONARD
Rody EL-CHAMMAS
Mael Briend
Roland AKIKI
Muriel Porto
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B60H1/00921—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant does not change and there is an extra subcondenser, e.g. in an air duct
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    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal conditioning systems. These systems can in particular equip a motor vehicle. Such systems make it possible to achieve thermal regulation of different components of the vehicle, such as for example the passenger compartment or an electrical energy storage battery, when the vehicle is electrically powered. Heat exchanges are managed mainly by the compression and expansion of a refrigerant fluid within different heat exchangers making it possible to selectively ensure heating or cooling of different parts of the vehicle.
  • Thermal conditioning systems use a refrigerant circuit comprising a main refrigerant circulation loop and multiple branch branches.
  • Various heat exchangers and various refrigerant expansion devices make it possible to control heat exchanges within the thermal conditioning system.
  • a set of valves makes it possible to achieve different combinations of circulation of the refrigerant fluid in the refrigerant fluid circuit and make it possible to ensure different operating modes, that is to say to select which exchangers participate in the heat exchanges, and the direction of these thermal exchanges.
  • Each operating mode can be selected based on the thermal conditions encountered by the vehicle and its occupants, as well as based on driving conditions. It is thus possible to achieve different operating modes, such as for example a mode of heating the passenger compartment, a mode of cooling the passenger compartment, a mode of dehumidifying the passenger compartment or even a mode of cooling an element. of the vehicle's traction chain.
  • a low-pressure refrigerant fluid distribution module comprising:
  • the first channel comprising a one-way valve disposed between the first connection zone and the second connection zone, the one-way valve being configured to allow circulation of refrigerant fluid from the first connection zone to the second connection zone, the one-way valve also being configured to prohibit circulation of refrigerant fluid from the second connection zone to the first connection zone .
  • the distribution module makes it possible to group the different flows of refrigerant gas at low pressure in order to pass them to another organ, such as for example a refrigerant compression device.
  • the same module can be used for multiple configurations, which allows standardization.
  • the first refrigerant circulation channel, the second refrigerant circulation channel and the third refrigerant circulation channel are formed by an internal recess of a body of the module. [9] The number of hoses and fittings necessary to ensure the circulation of the refrigerant fluid is reduced, since the connections between channels and the channels themselves are provided directly by the body of the distribution module.
  • the body of the module comprises a set of flat exterior surfaces.
  • the body of the module is of substantially parallelepiped shape.
  • the module is thus compact, which facilitates its integration.
  • the first input is arranged on a flat face of the body of the module.
  • the second input is arranged on a flat face of the body of the module.
  • the third input is arranged on a flat face of the body of the module.
  • the outlet is arranged on a flat face of the body of the module.
  • the first input and the output are arranged on the same flat face of the body of the module.
  • the second canal is rectilinear.
  • the third channel is rectilinear.
  • the first channel comprises a succession of rectilinear portions.
  • Each channel can thus be obtained by drilling, which allows inexpensive manufacturing of the module.
  • the first channel comprises a first portion extending between the first input and the first connection zone; the first portion of the first channel and the second channel extend along intersecting axes.
  • the first portion of the first channel and the second channel extend along perpendicular axes.
  • the first channel comprises a second portion extending between the first connection zone and the unidirectional valve.
  • the second portion of the first channel and the first portion of the first channel extend along perpendicular axes.
  • the one-way valve is arranged in a housing opening onto one face of the body of the distribution module.
  • the refrigerant distribution module thus integrates a one-way valve, such as a non-return valve, in a simple manner.
  • the housing of the one-way valve and the second inlet are arranged on opposite faces of the body of the distribution module.
  • the one-way valve comprises a flat portion flush with one face of the distribution module.
  • the housing of the one-way valve is cylindrical.
  • the housing of the one-way valve extends along an axis coaxial with the axis of the second circulation channel.
  • the first channel comprises a third portion extending between the one-way valve and the second connection zone.
  • the third portion of the first channel and the third channel extend along perpendicular axes.
  • the second channel and the third channel extend along perpendicular axes.
  • the first channel comprises a fourth portion extending between the second connection zone and the output; the fourth portion of the first channel and the third portion of the first channel are coaxial.
  • the first portion of the first channel and the third portion of the first channel extend along parallel axes.
  • the body of the distribution module is formed from an assembly of metal blocks.
  • the body of the distribution module is thus robust, inexpensive and has good sealing.
  • the metal blocks are, for example, molded.
  • Metal blocks are, for example, extruded.
  • the metal blocks are for example made of aluminum.
  • the body of the distribution module can be in one piece.
  • the distribution module includes a flange for attaching the module to a support.
  • the distribution module comprises a first device for maintaining a first refrigerant inlet tube in the first inlet.
  • the distribution module includes a second device for holding a second refrigerant outlet tube from the outlet.
  • the distribution module includes a third device for maintaining a third refrigerant inlet tube in the third inlet.
  • Each retaining device may include a stud and a nut.
  • Each retaining device may include a threaded hole and a fixing screw.
  • the disclosure also concerns a thermal conditioning system for a motor vehicle, comprising:
  • a third heat exchanger configured to operate selectively as an evaporator or condenser
  • the first heat exchanger is configured to exchange heat with a flow of air inside the vehicle cabin.
  • the first heat exchanger is configured to exchange heat with a heat transfer liquid of a heat transfer liquid circuit, the heat transfer liquid circuit comprising a fifth heat exchanger configured to exchange heat with a flow interior air in the vehicle passenger compartment.
  • the second heat exchanger is configured to exchange heat with a flow of air inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the third heat exchanger is configured to exchange heat with an air flow outside the vehicle passenger compartment.
  • the fourth heat exchanger is configured to be thermally coupled to an element of an electric powertrain of a vehicle.
  • the element of the electric traction chain may include an electrical energy storage battery.
  • the element of the electric traction chain may comprise an electronic module for controlling an electric traction motor of the vehicle.
  • the element of the electric traction chain may comprise an electric vehicle traction motor.
  • the thermal conditioning system comprises a refrigerant fluid circuit comprising:
  • a first branch branch fluidly connecting a first connection point located on the main loop downstream of the first exchanger and upstream of the first expansion device to a second connection point located on the main loop downstream of the second heat exchanger and upstream of the device compression, the first branch branch comprising a second expansion device arranged upstream of the third heat exchanger,
  • a second branch branch fluidly connecting a third connection point arranged on the main loop downstream of the first exchanger and upstream of the first connection point to a fourth connection point arranged on the main loop downstream of the second connection point and upstream of the compression device, the second branch branch comprising a third expansion device disposed upstream of the fourth heat exchanger.
  • the main refrigerant circulation loop comprises an accumulation device arranged downstream of the first heat exchanger and upstream of the third connection point.
  • the first branch branch comprises an internal heat exchanger, the internal heat exchanger comprising a first heat exchange section arranged upstream of the second expansion device and a second heat exchange section arranged downstream of the third heat exchanger, the internal heat exchanger being configured to allow heat exchange between the refrigerant in the first heat exchange section and the refrigerant in the second section heat exchange.
  • FIG. 1 is a schematic view of a first embodiment of a thermal conditioning system integrating a refrigerant distribution module according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic view of a second embodiment of a thermal conditioning system integrating a distribution module according to the invention
  • FIG. 3 is a perspective view of the refrigerant distribution module shown schematically in Figures 1 and 2,
  • FIG. 4 is another perspective view of the refrigerant distribution module shown schematically in Figures 1 and 2, seen from another angle of view,
  • FIG. 5 is a sectional view of the distribution module of Figures 3 and 4,
  • FIG. 6 is another sectional view of the distribution module of Figures 3 and 4,
  • FIG. 7 is a schematic view illustrating a mode of operation of the thermal conditioning system of Figure 1.
  • a first element upstream of a second element means that the first element is placed before the second element with respect to the direction of circulation, or travel, of a fluid.
  • a first element downstream of a second element means that the first element is placed after the second element with respect to the direction of circulation, or travel, of the fluid considered.
  • the term “a first element is upstream of a second element” means that the refrigerant fluid successively travels through the first element, then the second element, without passing through the compression device. In other words, the refrigerant fluid leaves the compression device, possibly passes through one or more elements, then passes through the first element, then the second element, then returns to the compression device, possibly after passing through other elements.
  • the expansion devices used can be an electronic expansion valve, a thermostatic expansion valve, or a calibrated orifice.
  • the passage section allowing the fluid to pass refrigerant can be continuously adjusted between a closed position and a maximum open position.
  • an electronic controller controls an electric motor which moves a movable shutter controlling the passage section offered to the refrigerant fluid.
  • the thermal conditioning system 100 which will be described can be fitted to a motor vehicle.
  • An electronic control unit receives information from various sensors measuring in particular the characteristics of the refrigerant fluid.
  • the electronic control unit also receives instructions from the vehicle occupants, for example the desired temperature inside the passenger compartment.
  • the electronic control unit implements control laws allowing the control of the different actuators, in order to ensure the control of the thermal conditioning system 100 so as to ensure the instructions received.
  • a compression device 7 makes it possible to circulate a refrigerant fluid in a closed circuit 10 for circulating refrigerant fluid.
  • the compression device 7 can be an electric compressor, that is to say a compressor whose moving parts are driven by an electric motor.
  • the compression device 7 comprises a suction side of the low-pressure refrigerant fluid, also called inlet 7a of the compression device 7, and a discharge side of the high-pressure refrigerant fluid, also called outlet 7b of the compression device 7.
  • the moving parts internals of the compressor 7 pass the refrigerant fluid from a low pressure on the inlet side 7a to a high pressure on the outlet side 7b. After expansion in one or more expansion devices, the refrigerant fluid returns to inlet 7a of compressor 7 and begins a new thermodynamic cycle.
  • Compressor 7 here is a compressor having exactly one inlet and one outlet of refrigerant fluid.
  • connection point allows the refrigerant fluid to pass into one or other of the circuit portions joining at this connection point.
  • the distribution of the refrigerant fluid between the circuit portions joining at a connection point is done by varying the degree of opening of the expansion devices, and the position of the stop valves arranged on each of the branches connected to this point.
  • each connection point is a means of redirecting the refrigerant fluid arriving at this connection point.
  • the refrigerant fluid used by the refrigerant circuit is here a chemical fluid such as R1234yf.
  • Other refrigerant fluids could be used, such as for example R 134a, R744, or even R290.
  • interior air flow we mean a flow of air destined for the passenger compartment of the motor vehicle. This interior air flow can circulate in a heating, ventilation and air conditioning installation, often referred to by the English term “HVAC” meaning “Heating, Ventilating and Air Conditioning”. This installation has not been shown in the various figures.
  • a motor-fan unit not shown, can be activated in order to increase the flow rate of the interior air flow Fi if necessary.
  • external air flow Fe we mean an air flow which is not intended for the passenger compartment of the vehicle. In other words, the air flow Fe remains outside the vehicle cabin.
  • Another motor-fan group also not shown, can be activated in order to increase, if necessary, the flow rate of the exterior air flow Fe.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a thermal conditioning system 100 for a motor vehicle, according to a first embodiment.
  • This thermal conditioning system 100 has a refrigerant circulation circuit 10 making it possible to circulate a controlled flow of refrigerant fluid under pressure in various heat exchangers. In normal use, the refrigerant circulation circuit is tight and forms a closed circuit.
  • the thermal conditioning system 100 integrates a refrigerant distribution module 50.
  • the thermal conditioning system 100 for a motor vehicle comprises:
  • a compression device 7 comprising at least one input 7a and one output 7b,
  • first heat exchanger 1 configured to operate as a condenser
  • a third heat exchanger 3 configured to operate selectively as an evaporator or condenser
  • An outlet 2b of the second heat exchanger 2 is connected to the first input El of the distribution module 50
  • an outlet 3b of the third heat exchanger 3 is connected to the second input E2 of the distribution module 50
  • an outlet 4b of the fourth exchanger heat pump 4 is connected to the third input E3 of the distribution module 50
  • the output S of the distribution module 50 is connected to the input 7a of the compression device 7.
  • the first heat exchanger 1 is configured to exchange heat with an interior air flow Fi in the passenger compartment of the vehicle.
  • the interior air flow Fi can thus be heated directly, that is to say the heat of condensation of the refrigerant fluid is transferred directly to the interior air flow Fi when the latter passes through the first exchanger 1.
  • the first heat exchanger 1 is arranged in the heating, ventilation and air conditioning installation of the vehicle, not shown in the figures.
  • the second heat exchanger 2 is configured to exchange heat with an interior air flow Fi in the passenger compartment of the vehicle.
  • the second heat exchanger 2 is also arranged in the heating, ventilation and air conditioning installation of the vehicle.
  • the second exchanger 2 cools the interior air flow Fi in order to regulate the temperature of the passenger compartment.
  • the second exchanger 2 is arranged downstream of the first exchanger 1 in a direction of flow of the interior air flow in the heating, ventilation and air conditioning installation of the vehicle.
  • the third heat exchanger 3 is configured to exchange heat with an exterior air flow Fe to the passenger compartment of the vehicle.
  • the third exchanger 3 can selectively, depending on the operating modes of the thermal conditioning system 100, dissipate heat in the exterior air flow Fe, when the third exchanger 3 operates as a condenser, or absorb heat from the flow of air. outside air Fe, when the third exchanger 3 operates as an evaporator.
  • the third exchanger 3 can for example be placed in the front face of the vehicle, and receives the air flow generated by the forward speed of the vehicle.
  • the fourth heat exchanger 4 is configured to be thermally coupled to an element 6 of an electric traction chain of the vehicle.
  • Element 6 of the electric traction chain may include an electrical energy storage battery.
  • the fourth exchanger 4 makes it possible to absorb heat from element 6.
  • Thermal coupling can be done by a heat transfer liquid circulating in a circuit 30.
  • the heat transfer liquid of circuit 30 can for example be a mixture of water and glycol. The heat transfer liquid exchanges heat with the refrigerant fluid at the fourth exchanger 4, and exchanges heat with element 6 of the traction chain.
  • Element 6 of the electric traction chain may comprise an electronic module for controlling an electric vehicle traction motor.
  • Element 6 of the electric traction chain may also include an electric vehicle traction motor.
  • the first heat exchanger 1 is configured to exchange heat with a heat transfer liquid of a heat transfer liquid circuit 20, the heat transfer liquid circuit 20 comprising a fifth heat exchanger 5 configured to exchange heat with an interior air flow Fi in the passenger compartment of the vehicle.
  • the interior air flow Fi is heated indirectly, since the heat of condensation of the refrigerant fluid is first transferred to the heat transfer liquid of circuit 20, then the heat of the heat transfer liquid is transferred to the interior air flow Fi at the level of the fifth exchanger 5.
  • the heat transfer liquid circuit 20 comprises a pump 28 capable of circulating the heat transfer liquid in the circuit 20.
  • the fifth exchanger 5 is arranged in the heating, ventilation and air conditioning downstream of the second exchanger 2 according to the direction of flow of the interior air flow Fi.
  • the role of the other exchangers is the same as in the first embodiment.
  • the heat transfer liquid circuit 20 for passenger compartment heating and the liquid circuit 30 for thermal coupling with element 6 of the transmission chain are disjoint, that is to say they do not communicate.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a refrigerant fluid circuit 10 comprising:
  • a main loop A for circulating refrigerant fluid comprising successively in one direction of circulation of the refrigerant fluid:
  • a first branch branch B fluidly connecting a first connection point 21 located on the main loop A downstream of the first exchanger 1 and upstream of the first expansion device 31 to a second connection point 22 located on the main loop A in downstream of the second heat exchanger 2 and upstream of the compression device 7, the first branch B comprising a second expansion device 32 disposed upstream of the third heat exchanger 3,
  • a second branch C fluidly connecting a third point of connection 23 arranged on the main loop A downstream of the first exchanger 1 and upstream of the first connection point 21 to a fourth connection point 24 arranged on the main loop A downstream of the second connection point 22 and upstream of the connection device compression 7, the second branch C comprising a third expansion device 33 disposed upstream of the fourth heat exchanger 4.
  • the main refrigerant fluid circulation loop A comprises an accumulation device 9 disposed downstream of the first heat exchanger 1 and upstream of the third connection point 23.
  • the accumulation device 9 is arranged on the main loop A between the outlet of the first exchanger 1 and the third connection point 23.
  • the fourth connection point 24 is arranged on the main loop A between the second connection point 22 and the inlet 7a of the compression device 7.
  • the distribution module 50 comprises part of the main loop A, the first branch branch B, and the second branch branch C.
  • the low-pressure refrigerant fluid distribution module 50 comprises:
  • the first channel 11 comprises a unidirectional valve 17 arranged between the first zone of connection Cl and the second connection zone C2.
  • the one-way valve 17 is configured to allow circulation of refrigerant fluid from the first connection zone C1 to the second connection zone C2.
  • the one-way valve 17 is also configured to prevent circulation of refrigerant fluid from the second connection zone C2 to the first connection zone CL
  • the distribution module 50 makes it possible to group the different flows of refrigerant gas at low pressure in order to pass them towards the inlet 7a of the compression device 7.
  • the same module can be used for multiple configurations, which allows standardization.
  • the geometry of the distribution module can be optimized in order to reduce pressure losses, and thus improve the thermodynamic performance of the thermal conditioning system on which the distribution module is integrated.
  • Each channel 11, 12, 13 of the refrigerant distribution module 50 is a refrigerant circulation channel.
  • Each channel 11, 12, 13 is generally tubular in shape.
  • the refrigerant fluid circulating in the distribution module 50 is in contact with the surface of the different channels 11, 12, 13.
  • Each channel 11, 12, 13 has exactly one inlet and one outlet of refrigerant fluid. In other words, a channel is not branched. Circuit portions arranged in parallel are formed by at least two distinct channels.
  • connection zone Cl, C2 establishes fluid communication between two channels joining at this connection zone.
  • a connection zone is delimited by the intersection between two channels. We speak of a connection zone and not of a connection point because the fluid circulation channels are physically volumetric elements.
  • Each connection zone forms a tap from one channel to another channel.
  • the refrigerant fluid circulating in the distribution module 50 is a low pressure refrigerant fluid.
  • low pressure we mean that the refrigerant fluid delivered by the compressor 7 has undergone expansion in an expansion device before joining the distribution module 50.
  • the pressure of the refrigerant fluid at the level of the inlets El, E2, E3 is for example less than 5 Bar.
  • the first channel 11 for circulating refrigerant fluid, the second channel 12 for circulating refrigerant fluid and the third channel 13 for circulating refrigerant fluid are formed by an internal recess of a body 15 of the module 50.
  • Each channel 11 , 12, 13 is formed by an internal recess of the body 15 of the module 50.
  • Each channel 11, 12, 13 is entirely contained inside the refrigerant distribution module 50.
  • Figure 3 and Figure 4 are perspective views of an exemplary embodiment of a refrigerant distribution module 50. The viewing angle differs between Figure 3 and Figure 4.
  • the body 15 of the module 50 comprises a set of flat exterior surfaces. The fixing of brackets for holding the tubes or hoses bringing the refrigerant fluid to the inlets of the module, or causing the refrigerant fluid to leave the module, is thus facilitated. [102] In the example shown, the body 15 of the module 50 is of substantially parallelepiped shape. The module is thus compact, which facilitates its integration.
  • the module 50 includes three refrigerant fluid inlets El, E2, E3 and a single refrigerant fluid outlet S.
  • the first input El is arranged on a flat face 41 of the body 15 of the module 50.
  • the second input E2 is arranged on a flat face 42 of the body 15 of the module 50.
  • the third input E3 is arranged on a flat face 43 of the body 15 of the module 50.
  • the output S is arranged on a flat face of the body 15 of the module 50.
  • the first input El and the output S are arranged on the same flat face 41 of the body 15 of the module 50.
  • Figure 5 and Figure 6 are sectional views of the distribution module 50, on which the refrigerant circulation channels are visible.
  • the second channel 12 is rectilinear.
  • the third channel 13 is rectilinear.
  • the first channel 11 comprises a succession of rectilinear portions. Each channel can thus be obtained by drilling, which allows inexpensive manufacturing of the module.
  • the first channel 11 comprises a first portion 11-1 extending between the first input El and the first connection zone CL
  • the first portion 11-1 of the first channel 11 and the second channel 12 extend along axes secants.
  • the first portion 11-1 of the first channel 11 and the second channel 12 extend along perpendicular axes.
  • the sign DI 1-1 illustrates the axis of the first portion 11-1 of the first channel 11
  • the sign D12 illustrates the axis of the second channel 12.
  • the first channel 11 comprises a second portion 11-2 extending between the first connection zone Cl and the one-way valve 17.
  • the second portion 11-2 of the first channel 11 and the first portion 11-1 of the first channel 11 extend along perpendicular axes.
  • the second portion 11-2 of the first channel 11 and the second channel 12 are coaxial.
  • the axis of the second portion 11-2 is illustrated by the sign DI 1-2.
  • the one-way valve 17 is arranged in a housing 14 opening onto a face 44 of the body 15 of the distribution module 50.
  • the refrigerant distribution module thus integrates a one-way valve, such as a non-return valve, in a simple manner .
  • the housing 14 of the one-way valve 17 and the second inlet E2 are arranged on opposite faces 44, 42 of the body 15 of the module distribution 50.
  • the different components of the module are thus distributed around the external surface of the module.
  • the one-way valve 17 comprises a flat portion 18 flush with a face 44 of the distribution module 50.
  • the one-way valve 17 also comprises a stud 19 projecting from the flat portion 18.
  • the stud 19 allows the unidirectional valve 17 to be gripped and allows the one-way valve 17 to be extracted from its housing, in the event of possible dismantling.
  • Housing 14 of one-way valve 17 is cylindrical.
  • the housing 14 of the unidirectional valve 17 extends along an axis D14 coaxial with the axis D12 of the second circulation channel 12.
  • the housing 14 of the one-way valve 17, the second channel 12 and part of the first channel 11 can thus be made by drilling along the same axis, which facilitates the production of the module.
  • the first channel 11 comprises a third portion 11-3 extending between the one-way valve 17 and the second connection zone C2.
  • the third portion 11-3 of the first channel 11 and the third channel 13 extend along perpendicular axes.
  • the second channel 12 and the third channel 13 extend along perpendicular axes.
  • the axis of the third channel 13 is illustrated by the sign D13 in Figures 5 and 6.
  • the first portion 11-1 of the first channel 11, the second channel 12 and the third channel 13 extend along perpendicular axes in pairs.
  • the first channel 11 comprises a fourth portion 11-4 extending between the second connection zone C2 and the outlet S; the fourth portion 11-4 of the first channel 11 and the third portion 11-3 of the first channel 11 are coaxial.
  • the sign DI 1-4 illustrates the axis of the fourth portion 11-4 of the first channel 11.
  • the first portion 11-1 of the first channel 11 and the third portion 11-3 of the first channel 11 extend along parallel axes. These parallel axes are illustrated by the signs DI 1-1 and DI 1-4.
  • the body 15 of the distribution module 50 is here formed of an assembly of metal blocks.
  • the body of the distribution module is thus robust, inexpensive and has good sealing.
  • Metal blocks can be cast. Metal blocks can also be extradited. The metal blocks are for example made of aluminum.
  • the body 15 of the distribution module 50 can be in one piece.
  • the distribution module 50 includes a flange 49 for fixing the module to a support.
  • the distribution module 50 comprises a first device 45 for holding a first tube for inlet of refrigerant fluid into the first inlet EL.
  • the distribution module 50 also comprises a second device 46 for holding a second tube of refrigerant outlet from outlet S.
  • the distribution module 50 comprises a third device for maintaining a third refrigerant fluid inlet tube in the third inlet E3, not shown in the figures.
  • each holding device 45, 46 comprises a stud and a nut.
  • each holding device may comprise a threaded orifice and a fixing screw.
  • the first branch branch B comprises an internal heat exchanger 25, the internal heat exchanger 25 comprising a first exchange section thermal 25a disposed upstream of the second expansion device 32 and a second heat exchange section 25b disposed downstream of the third heat exchanger 3, the internal heat exchanger 25 being configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid in the first heat exchange section 25a and the refrigerant in the second heat exchange section 25b.
  • the internal exchanger 25 makes it possible to improve the performance of the thermal conditioning system 100.
  • Figure 7 illustrates the operation of the thermal conditioning system 100 in a so-called traction chain energy recovery operating mode.
  • a flow rate Q of refrigerant fluid circulates in the compression device 7 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first heat exchanger 1 where it condenses by supplying heat to the interior air flow Fi, then into the accumulation device 9.
  • the refrigerant fluid is directed into the second branch of diversion C, because the first regulator 31 and the second regulator 32 are in the closed position and block the circulation of refrigerant fluid.
  • the refrigerant fluid circulating in the second branch C circulates in the first expansion device 31 where it undergoes expansion and passes at low pressure, then in the fourth exchanger 4 where it receives heat from element 6 of the chain traction, and enters the distribution module 50 via the third input E3 and joins the second connection zone C2.
  • the one-way valve 17 prevents a circulation of refrigerant fluid from the second connection zone C2 towards the first connection zone Cl, that is to say from the fourth connection point 24 towards the second connection point 22.
  • migration of the refrigerant fluid towards the third exchanger 3 and the second exchanger 2 is avoided.
  • the refrigerant contained in each of the second and third exchangers can be produced.
  • a progressive migration of the refrigerant fluid towards the second and third exchangers could occur, which would reduce the exchange capacities of the thermal conditioning system.
  • the presence of the one-way valve makes it possible to operate the thermal conditioning system in this operating mode in which only the fourth heat exchanger 4 is active, the second and the third exchanger then being inactive.
  • the distribution module described can also be implemented in thermal conditioning systems in which the role of the first exchanger 1, the second exchanger 2 and the third exchanger 3 is different.

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Abstract

L'invention concerne un module de distribution (50) de fluide réfrigérant, comportant : - un premier canal (11) de circulation de fluide réfrigérant reliant une première entrée (E1) et une sortie (S), - un deuxième canal (12) reliant une deuxième entrée (E2) et une première zone de connexion (C1) disposée sur le premier canal (11) entre la première entrée (E1) et la sortie (S), - un troisième canal (13) reliant une troisième entrée (E3) et une deuxième zone de connexion (C2) disposée sur le premier canal (11) entre la première zone de connexion (C1) et la sortie (S), le premier canal (11) comportant une vanne unidirectionnelle (17) disposée entre la première zone de connexion (C1) et la deuxième zone de connexion (C2), la vanne unidirectionnelle (17) étant configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant de la première zone de connexion (C1) vers la deuxième zone de connexion (C2) et étant configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant de la deuxième zone de connexion (C2) vers la première zone de connexion (C1).

Description

MODULE DE DISTRIBUTION DE FLUIDE RÉFRIGÉRANT
Domaine technique
[1] La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique. Ces systèmes peuvent notamment équiper un véhicule automobile. De tels systèmes permettent de réaliser une régulation thermique de différents organes du véhicule, comme par exemple l’habitacle ou une batterie de stockage d’énergie électrique, lorsque le véhicule est à propulsion électrique. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant au sein de différents échangeurs de chaleur permettant d’assurer sélectivement un chauffage ou un refroidissement de différents organes du véhicule.
Technique antérieure
[2] Les systèmes de conditionnement thermiques font appel à un circuit de fluide réfrigérant comportant une boucle principale de circulation du fluide réfrigérant et de multiples branches de dérivation. Divers échangeurs de chaleur et divers dispositifs de détente du fluide réfrigérant permettent de contrôler les échanges de chaleur au sein du système de conditionnement thermique. Un ensemble de vannes permet de réaliser différentes combinaisons de circulation du fluide réfrigérant dans le circuit de fluide réfrigérant et permettent d’assurer différents modes de fonctionnement, c’est-à-dire de sélectionner quels échangeurs participent aux échanges thermiques, et le sens de ces échanges thermiques. Chaque mode de fonctionnement peut être sélectionné en fonction des conditions thermiques rencontrées par le véhicule et ses occupants, ainsi qu’en fonction des conditions de conduite. Il est ainsi possible de réaliser différents modes de fonctionnement, comme par exemple un mode de chauffage de l’habitacle, un mode de refroidissement de l’habitacle, un mode de déshumidification de l’habitacle ou encore un mode de refroidissement d’un élément de la chaine de traction du véhicule.
[3] L’intégration du système de conditionnement thermique dans le véhicule est généralement difficile. En effet, l’espace disponible pour l’installation de l’ensemble du système de conditionnement thermique a tendance à diminuer, tandis que le nombre de composants à installer a lui tendance à augmenter. Le montage du système dans le véhicule devient ainsi plus difficile. De plus, l’adaptation d’un système existant à un nouveau véhicule peut demander des modifications substantielles pour s’intégrer au nouvel environnement, ce qui accroit la durée et le cout de l’activité de développement.
[4] H est ainsi souhaitable de disposer de systèmes de conditionnement thermique plus facile à intégrer, permettant d’utiliser des composants standardisés, et offrant des performances thermodynamiques optimisées.
Résumé
[5] A cette fin, la présente invention propose un module de distribution de fluide réfrigérant à basse pression, comportant :
- un premier canal de circulation de fluide réfrigérant, reliant une première entrée et une sortie,
- un deuxième canal reliant une deuxième entrée et une première zone de connexion disposée sur le premier canal entre la première entrée et la sortie,
- un troisième canal reliant une troisième entrée et une deuxième zone de connexion disposée sur le premier canal entre la première zone de connexion et la sortie, le premier canal comportant une vanne unidirectionnelle disposée entre la première zone de connexion et la deuxième zone de connexion, la vanne unidirectionnelle étant configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant de la première zone de connexion vers la deuxième zone de connexion, la vanne unidirectionnelle étant également configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant de la deuxième zone de connexion vers la première zone de connexion.
[6] Le module de distribution permet de regrouper les différents flux de gaz réfrigérant à basse pression afin de les faire transiter vers un autre organe, comme par exemple un dispositif de compression du fluide réfrigérant. Un même module peut être utilisé pour de multiples configurations, ce qui permet une standardisation.
[7] Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
[8] Selon un aspect du module de distribution de fluide réfrigérant, le premier canal de circulation de fluide réfrigérant, le deuxième canal de circulation de fluide réfrigérant et le troisième canal de circulation de fluide réfrigérant sont formés par un évidement interne d’un corps du module. [9] Le nombre de durites et raccords nécessaires pour assurer la circulation du fluide réfrigérant est réduit, puisque les connexions entre canaux et les canaux eux-mêmes sont assurés directement par le corps du module de distribution.
[10] Selon un mode de réalisation du module de distribution de fluide réfrigérant, le corps du module comporte un ensemble de surfaces extérieures planes.
[11] La fixation de pattes de maintien des tubes ou durites amenant le fluide réfrigérant jusqu’aux entrées du module, ou faisant repartir le fluide réfrigérant du module, est ainsi facilitée.
[12] Selon un exemple de réalisation du module de distribution de fluide réfrigérant, le corps du module est de forme sensiblement parallélépipédique.
[13] Le module est ainsi compact, ce qui facilite son intégration.
[14] Selon un exemple de réalisation, la première entrée est agencée sur une face plane du corps du module.
[15] Selon un exemple de réalisation, la deuxième entrée est agencée sur une face plane du corps du module.
[16] Selon un exemple de réalisation, la troisième entrée est agencée sur une face plane du corps du module.
[17] Selon un exemple de réalisation du module de distribution de fluide réfrigérant, la sortie est agencée sur une face plane du corps du module.
[18] Selon un mode de réalisation, la première entrée et la sortie sont agencées sur une même face plane du corps du module.
[19] Le deuxième canal est rectiligne.
[20] Le troisième canal est rectiligne.
[21] Le premier canal comprend une succession de portions rectilignes.
[22] Chaque canal peut ainsi être obtenu par perçage, ce qui permet une fabrication peu onéreuse du module.
[23] Selon un mode de réalisation, le premier canal comprend une première portion s’étendant entre la première entrée et la première zone de connexion ; la première portion du premier canal et le deuxième canal s’étendent selon des axes sécants.
[24] Selon un mode de réalisation, la première portion du premier canal et le deuxième canal s’étendent selon des axes perpendiculaires.
[25] Selon un mode de réalisation, le premier canal comprend une deuxième portion s’étendant entre la première zone de connexion et la vanne unidirectionnelle. La deuxième portion du premier canal et la première portion du premier canal s’étendent selon des axes perpendiculaires.
[26] La deuxième portion du premier canal et le deuxième canal sont coaxiaux.
[27] Selon un exemple de réalisation du module de distribution de fluide réfrigérant, la vanne unidirectionnelle est agencée dans un logement débouchant sur une face du corps du module de distribution.
[28] Le module de distribution de fluide réfrigérant intègre ainsi une vanne unidirectionnelle, tel un clapet anti-retour, de façon simple.
[29] Par exemple, le logement de la vanne unidirectionnelle et la deuxième entrée sont agencées sur des faces opposées du corps du module de distribution.
[30] Les différents composants du module sont ainsi répartis autour de la surface externe du module.
[31] La vanne unidirectionnelle comprend une portion plane affleurant une face du module de distribution.
[32] Le logement de la vanne unidirectionnelle est cylindrique.
[33] Selon un exemple de réalisation du module de distribution de fluide réfrigérant, le logement de la vanne unidirectionnelle s’étend selon un axe coaxial avec l’axe du deuxième canal de circulation.
[34] Selon un mode de réalisation du module de distribution de fluide réfrigérant, le premier canal comprend une troisième portion s’étendant entre la vanne unidirectionnelle et la deuxième zone de connexion. La troisième portion du premier canal et le troisième canal s’étendent selon des axes perpendiculaires.
[35] Le deuxième canal et le troisième canal s’étendent selon des axes perpendiculaires.
[36] Selon un exemple de réalisation, le premier canal comprend une quatrième portion s’étendant entre la deuxième zone de connexion et la sortie ; la quatrième portion du premier canal et la troisième portion du premier canal sont coaxiales.
[37] Selon un mode de réalisation du module de distribution de fluide réfrigérant, la première portion du premier canal et la troisième portion du premier canal s’étendent selon des axes parallèles.
[38] Dans un exemple de réalisation du module de distribution de fluide réfrigérant, le corps du module de distribution est formé d’un assemblage de blocs métalliques.
[39] Le corps du module de distribution est ainsi robuste, peu onéreux et possède une bonne étanchéité. [40] Les blocs métalliques sont par exemple moulés.
[41] Les blocs métalliques sont par exemple extrudés.
[42] Les blocs métalliques sont par exemple en aluminium.
[43] Le corps du module de distribution peut être monobloc.
[44] Le module de distribution comprend une bride de fixation du module à un support.
[45] Le module de distribution comprend un premier dispositif de maintien d’un premier tube d’arrivée de fluide réfrigérant dans la première entrée.
[46] Le module de distribution comprend un deuxième dispositif de maintien d’un deuxième tube de sortie de fluide réfrigérant depuis la sortie.
[47] Le module de distribution comprend un troisième dispositif de maintien d’un troisième tube d’arrivée de fluide réfrigérant dans la troisième entrée.
[48] Chaque dispositif de maintien peut comprendre un goujon et un écrou.
[49] Chaque dispositif de maintien peut comprendre un orifice fileté et une vis de fixation.
[50] La divulgation concerne également un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile, comprenant :
- un dispositif de compression comprenant au moins une entrée et une sortie,
- un premier échangeur de chaleur configuré pour fonctionner en condenseur,
- un deuxième échangeur de chaleur configuré pour fonctionner en évaporateur,
- un troisième échangeur de chaleur configuré pour fonctionner sélectivement en évaporateur ou en condenseur,
- un quatrième échangeur de chaleur configuré pour fonctionner en évaporateur,
- un module de distribution de fluide réfrigérant tel que décrit précédemment, dans lequel une sortie du deuxième échangeur de chaleur est reliée à la première entrée du module de distribution, une sortie du troisième échangeur de chaleur est reliée à la deuxième entrée du module de distribution, une sortie du quatrième échangeur de chaleur est reliée à la troisième entrée du module de distribution, et dans lequel la sortie du module de distribution est reliée à l’entrée du dispositif de compression. [51] Dans un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le premier échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[52] En variante, le premier échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur d’un circuit de liquide caloporteur, le circuit de liquide caloporteur comportant un cinquième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[53] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le deuxième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[54] Selon un mode de réalisation, le troisième échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule.
[55] Dans un mode de réalisation, le quatrième échangeur de chaleur est configuré pour être couplé thermiquement à un élément d’une chaine de traction électrique d’un véhicule.
[56] L’élément de la chaine de traction électrique peut comprendre une batterie de stockage d’énergie électrique.
[57] Selon une variante ou de manière complémentaire, l’élément de la chaine de traction électrique peut comprendre un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule.
[58] Selon une autre variante ou de manière complémentaire, l’élément de la chaine de traction électrique peut comprendre un moteur électrique de traction du véhicule.
[59] Dans un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte un circuit de fluide réfrigérant comprenant :
— une boucle principale de circulation de fluide réfrigérant, la boucle principale comportant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant :
— le dispositif de compression,
— le premier échangeur de chaleur,
— un premier dispositif de détente,
— le deuxième échangeur de chaleur,
— une première branche de dérivation reliant fluidiquement un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur et en amont du premier dispositif de détente à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième échangeur de chaleur et en amont du dispositif de compression, la première branche de dérivation comportant un deuxième dispositif de détente disposé en amont du troisième échangeur de chaleur,
- une deuxième branche de dérivation reliant fluidiquement un troisième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur et en amont du premier point de raccordement à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième point de raccordement et en amont du dispositif de compression, la deuxième branche de dérivation comportant un troisième dispositif de détente disposé en amont du quatrième échangeur de chaleur.
[60] La boucle principale de circulation de fluide réfrigérant comprend un dispositif d’accumulation disposé en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du troisième point de raccordement.
[61] Dans un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la première branche de dérivation comprend un échangeur de chaleur interne, l’échangeur de chaleur interne comportant une première section d’échange thermique disposée en amont du deuxième dispositif de détente et une deuxième section d’échange thermique disposée en aval du troisième échangeur de chaleur, l’échangeur de chaleur interne étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique.
Brève description des dessins
[62] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
[63] [Fig. 1] est une vue schématique d’un premier mode de réalisation d’un système de conditionnement thermique intégrant un module de distribution de fluide réfrigérant selon l’invention,
[64] [Fig. 2] est une vue schématique d’un deuxième mode de réalisation d’un système de conditionnement thermique intégrant un module de distribution selon l’invention,
[65] [Fig. 3] est une vue en perspective du module de distribution de fluide réfrigérant schématisé sur les figures 1 et 2,
[66] [Fig. 4] est une autre vue en perspective du module de distribution de fluide réfrigérant schématisé sur les figures 1 et 2, vue sous un autre angle de vue,
[67] [Fig. 5] est une vue en coupe du module de distribution des figures 3 et 4,
[68] [Fig. 6] est une autre vue en coupe du module de distribution des figures 3 et 4, [69] [Fig. 7] est une vue schématique illustrant un mode de fonctionnement du système de conditionnement thermique de la figure 1.
Description des modes de réalisation
[70] Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre. On peut ainsi interchanger les dénominations ‘premier’, ’deuxième’, ‘troisième’, etc.... De même, les termes primaire/secondaire servent à indexer et n’impliquent pas de priorité d’un élément par rapport à l’autre.
[71] Dans la description qui suit, le terme "un premier élément en amont d'un deuxième élément" signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, d'un fluide. De manière analogue, le terme "un premier élément en aval d'un deuxième élément" signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, du fluide considéré. Dans le cas du circuit de fluide réfrigérant, le terme « un premier élément est en amont d’un deuxième élément » signifie que le fluide réfrigérant parcourt successivement le premier élément, puis le deuxième élément, sans passer par le dispositif de compression. Autrement dit, le fluide réfrigérant sort du dispositif de compression, traverse éventuellement un ou plusieurs éléments, puis traverse le premier élément, puis le deuxième élément, puis regagne le dispositif de compression, éventuellement après avoir traversé d’autres éléments.
[72] L’expression « un deuxième élément est placé entre un premier élément et un troisième élément » signifie que le plus court trajet pour passer du premier élément au troisième élément passe par le deuxième élément.
[73] Quand il est précisé qu'un sous-système comporte un élément donné, cela n'exclut pas la présence d'autres éléments dans ce sous-système.
[74] Les dispositifs de détente employés, encore appelés détendeurs, peuvent être un détendeur électronique, un détendeur thermostatique, ou un orifice calibré. Dans le cas d’un détendeur électronique, la section de passage permettant de faire passer le fluide réfrigérant peut être ajustée de manière continue entre une position de fermeture et une position d’ouverture maximale. Pour cela, un contrôleur électronique pilote un moteur électrique qui déplace un obturateur mobile contrôlant la section de passage offerte au fluide réfrigérant.
[75] Le système de conditionnement thermique 100 qui va être décrit peut équiper un véhicule automobile. Une unité électronique de contrôle, non représentée, reçoit des informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant. L’unité électronique de contrôle reçoit également des consignes émises par les occupants du véhicule, par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique de contrôle met en œuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 100 de façon à assurer les consignes reçues. Un dispositif de compression 7 permet de faire circuler un fluide réfrigérant dans un circuit fermé 10 de circulation de fluide réfrigérant. Le dispositif de compression 7 peut être un compresseur électrique, c'est- à-dire un compresseur dont les pièces mobiles sont entrainées par un moteur électrique. Le dispositif de compression 7 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée 7a du dispositif de compression 7, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie 7b du dispositif de compression 7. Les pièces mobiles internes du compresseur 7 font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée 7a à une haute pression côté sortie 7b. Après détente dans un ou plusieurs dispositifs de détente, le fluide réfrigérant revient à l’entrée 7a du compresseur 7 et recommence un nouveau cycle thermodynamique. Le compresseur 7 est ici un compresseur possédant exactement une entrée et une sortie de fluide réfrigérant.
[76] Chaque point de raccordement permet au fluide réfrigérant de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit se rejoignant à ce point de raccordement. La répartition du fluide réfrigérant entre les portions de circuit se rejoignant en un point de raccordement se fait en jouant sur le degré d’ouverture des dispositifs de détente, et la position des vannes d’arrêt disposés sur chacune des branches raccordées à ce point. Autrement dit, chaque point de raccordement est un moyen de redirection du fluide réfrigérant arrivant à ce point de raccordement.
[77] Le fluide réfrigérant utilisé par le circuit de fluide réfrigérant est ici un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants pourraient être employés, comme par exemple le R 134a, le R744, ou encore le R290. [78] On entend par flux d’air intérieur un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air intérieur peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation, souvent désignée par le terme Anglais « HVAC » signifiant « Heating, Ventilating and Air Conditioning ». Cette installation n’a pas été représentée sur les différentes figures. Un groupe moto-ventilateur, non représenté, peut être activé afin d’augmenter au besoin le débit du flux d’air intérieur Fi.
[79] On entend par flux d’air extérieur Fe un flux d’air qui n’est pas à destination de l’habitacle du véhicule. Autrement dit, le flux d’air Fe reste à l’extérieur de l’habitacle du véhicule. Un autre groupe moto-ventilateur, également non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur Fe.
[80] On a représenté sur la figure 1 un schéma de principe d’un système de conditionnement thermique 100 pour véhicule automobile, selon un premier mode de réalisation. Ce système de conditionnement thermique 100 possède un circuit 10 de circulation de fluide réfrigérant permettant de faire circuler dans divers échangeurs de chaleur un débit contrôlé de fluide réfrigérant sous pression. En usage normal, le circuit de circulation de fluide réfrigérant est étanche et forme un circuit fermé. Le système de conditionnement thermique 100 intègre un module de distribution 50 de fluide réfrigérant.
[81] Le système de conditionnement thermique 100 pour véhicule automobile comprend :
- un dispositif de compression 7 comprenant au moins une entrée 7a et une sortie 7b,
- un premier échangeur de chaleur 1 configuré pour fonctionner en condenseur,
- un deuxième échangeur de chaleur 2 configuré pour fonctionner en évaporateur,
- un troisième échangeur de chaleur 3 configuré pour fonctionner sélectivement en évaporateur ou en condenseur,
- un quatrième échangeur de chaleur 4 configuré pour fonctionner en évaporateur,
- un module de distribution 50 de fluide réfrigérant qui sera décrit ultérieurement.
Une sortie 2b du deuxième échangeur de chaleur 2 est reliée à la première entrée El du module de distribution 50, une sortie 3b du troisième échangeur de chaleur 3 est reliée à la deuxième entrée E2 du module de distribution 50, une sortie 4b du quatrième échangeur de chaleur 4 est reliée à la troisième entrée E3 du module de distribution 50, et la sortie S du module de distribution 50 est reliée à l’entrée 7a du dispositif de compression 7. [82] Dans un premier mode de réalisation du système de conditionnement thermique 100, illustré sur la figure 1, le premier échangeur de chaleur 1 est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule.
[83] Le flux d’air intérieur Fi peut ainsi être chauffé de manière directe, c’est-à-dire que la chaleur de condensation du fluide réfrigérant est transférée directement au flux d’air intérieur Fi lorsque celui-ci traverse le premier échangeur 1. Le premier échangeur de chaleur 1 est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule, non représentée sur les figures.
[84] Dans l’exemple illustré, le deuxième échangeur de chaleur 2 est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule. Le deuxième échangeur 2 de chaleur est également disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule. Le deuxième échangeur 2 permet de refroidir le flux d’air intérieur Fi afin de réguler la température de l’habitacle. Le deuxième échangeur 2 est disposé en aval du premier échangeur 1 selon un sens d’écoulement du flux d’air intérieur dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule.
[85] Le troisième échangeur de chaleur 3 est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe à l’habitacle du véhicule. Le troisième échangeur 3 peut sélectivement, suivant les modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique 100, dissiper de la chaleur dans le flux d’air extérieur Fe, lorsque le troisième échangeur 3 fonctionne en condenseur, ou absorber de la chaleur du flux d’air extérieur Fe, lorsque le troisième échangeur 3 fonctionne en évaporateur. Le troisième échangeur 3 peut par exemple être disposé dans la face avant du véhicule, et reçoit le flux d’air généré par la vitesse d’avancement du véhicule.
[86] Le quatrième échangeur de chaleur 4 est configuré pour être couplé thermiquement à un élément 6 d’une chaine de traction électrique du véhicule. L’élément 6 de la chaine de traction électrique peut comprendre une batterie de stockage d’énergie électrique. Le quatrième échangeur 4 permet d’absorber de la chaleur de l’élément 6. Le couplage thermique peut se faire par un liquide caloporteur circulant dans un circuit 30. Le liquide caloporteur du circuit 30 peut par exemple être un mélange d’eau et de glycol. Le liquide caloporteur échange de la chaleur avec le fluide réfrigérant au niveau du quatrième échangeur 4, et échange de la chaleur avec l’élément 6 de la chaine de traction.
[87] L’élément 6 de la chaine de traction électrique peut comprendre un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule. L’élément 6 de la chaîne de traction électrique peut aussi comprendre un moteur électrique de traction du véhicule.
[88] Dans un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 2, le premier échangeur de chaleur 1 est configuré pour échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur d’un circuit de liquide caloporteur 20, le circuit de liquide caloporteur 20 comportant un cinquième échangeur de chaleur 5 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule.
[89] Dans ce mode de réalisation, le flux d’air intérieur Fi est chauffé de manière indirecte, puisque la chaleur de condensation du fluide réfrigérant est d’abord transférée au liquide caloporteur du circuit 20, puis la chaleur du liquide caloporteur est transférée au flux d’air intérieur Fi au niveau du cinquième échangeur 5. Le circuit de liquide caloporteur 20 comprend une pompe 28 pouvant faire circuler le liquide caloporteur dans le circuit 20. Le cinquième échangeur 5 est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation en aval du deuxième échangeur 2 selon le sens d’écoulement du flux d’air intérieur Fi. Le rôle des autres échangeurs est le même que dans le premier mode de réalisation. Le circuit de liquide caloporteur 20 pour le chauffage habitacle et le circuit de liquide 30 pour le couplage thermique avec l’élément 6 de la chaîne de transmission sont disjoints, c’est-à-dire qu’ils ne communiquent pas.
[90] Plus précisément, le système de conditionnement thermique 100 comporte un circuit de fluide réfrigérant 10 comprenant :
— une boucle principale A de circulation de fluide réfrigérant, la boucle principale A comportant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant :
— le dispositif de compression 7,
— le premier échangeur 1 de chaleur,
— un premier dispositif de détente 31,
— le deuxième échangeur 2 de chaleur,
— une première branche de dérivation B reliant fluidiquement un premier point de raccordement 21 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur 1 et en amont du premier dispositif de détente 31 à un deuxième point de raccordement 22 disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième échangeur 2 de chaleur et en amont du dispositif de compression 7, la première branche de dérivation B comportant un deuxième dispositif de détente 32 disposé en amont du troisième échangeur 3 de chaleur,
— une deuxième branche de dérivation C reliant fluidiquement un troisième point de raccordement 23 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur 1 et en amont du premier point de raccordement 21 à un quatrième point de raccordement 24 disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième point de raccordement 22 et en amont du dispositif de compression 7, la deuxième branche de dérivation C comportant un troisième dispositif de détente 33 disposé en amont du quatrième échangeur 4 de chaleur.
[91] La boucle principale A de circulation de fluide réfrigérant comprend un dispositif d’accumulation 9 disposé en aval du premier échangeur 1 de chaleur et en amont du troisième point de raccordement 23. Autrement dit, le dispositif d’accumulation 9 est agencé sur la boucle principale A entre la sortie du premier échangeur 1 et le troisième point de raccordement 23. Le quatrième point de raccordement 24 est agencé sur la boucle principale A entre le deuxième point de raccordement 22 et l’entrée 7a du dispositif de compression 7.
[92] Le module de distribution 50 comprend une partie de la boucle principale A, de la première branche de dérivation B, et de la deuxième branche de dérivation C.
[93] Le module de distribution 50 de fluide réfrigérant à basse pression comporte:
- un premier canal 11 de circulation de fluide réfrigérant, reliant une première entrée El et une sortie S,
- un deuxième canal 12 reliant une deuxième entrée E2 et une première zone de connexion Cl disposée sur le premier canal 11 entre la première entrée El et la sortie S,
- un troisième canal 13 reliant une troisième entrée E3 et une deuxième zone de connexion C2 disposée sur le premier canal 11 entre la première zone de connexion Cl et la sortie S. Le premier canal 11 comporte une vanne unidirectionnelle 17 disposée entre la première zone de connexion Cl et la deuxième zone de connexion C2.
La vanne unidirectionnelle 17 est configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant de la première zone de connexion Cl vers la deuxième zone de connexion C2. La vanne unidirectionnelle 17 est également configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant de la deuxième zone de connexion C2 vers la première zone de connexion CL
[94] Le module de distribution 50 permet de regrouper les différents flux de gaz réfrigérant à basse pression afin de les faire transiter vers l’entrée 7a du dispositif de compression 7. Un même module peut être utilisé pour de multiples configurations, ce qui permet une standardisation. De plus, la géométrie du module de distribution peut être optimisée afin de réduire les pertes de charges, et ainsi améliorer les performances thermodynamiques du système de conditionnement thermique sur lequel le module de distribution est intégré.
[95] Chaque canal 11, 12, 13 du module de distribution 50 de fluide réfrigérant est un canal de circulation de fluide réfrigérant. Chaque canal 11, 12, 13 est de forme générale tubulaire. Le fluide réfrigérant circulant dans le module de distribution 50 est en contact avec la surface des différents canaux 11, 12, 13. Chaque canal 11, 12, 13 possède exactement une entrée et une sortie de fluide réfrigérant. Autrement dit, un canal n’est pas ramifié. Des portions de circuit disposées en parallèle sont formées par au moins deux canaux distincts.
[96] Chaque zone de connexion Cl, C2 établit une communication fluidique entre deux canaux se rejoignant au niveau de cette zone de connexion. Une zone de connexion est délimitée par l’intersection entre deux canaux. On parle de zone de connexion et non de point de connexion car les canaux de circulation de fluide sont physiquement des éléments volumiques. Chaque zone de connexion forme un piquage d’un canal sur un autre canal.
[97] Le fluide réfrigérant circulant dans le module de distribution 50 est un fluide réfrigérant à basse pression. Par « basse pression », on entend que le fluide réfrigérant refoulé par le compresseur 7 a subi une détente dans un dispositif de détente avant de rejoindre le module de distribution 50. La pression du fluide réfrigérant au niveau des entrées El, E2, E3 est par exemple inférieure à 5 Bar.
[98] Le premier canal 11 de circulation de fluide réfrigérant, le deuxième canal 12 de circulation de fluide réfrigérant et le troisième canal 13 de circulation de fluide réfrigérant sont formés par un évidement interne d’un corps 15 du module 50. Chaque canal 11, 12, 13 est formé par un évidement interne du corps 15 du module 50. Chaque canal 11, 12, 13 est entièrement contenu à l’intérieur du module 50 de distribution de fluide réfrigérant.
[99] Le nombre de durites et raccords nécessaires pour assurer la circulation du fluide réfrigérant est réduit, puisque les connexions entre canaux et les canaux eux-mêmes sont assurés directement par le corps du module de distribution.
[100] La figure 3 et la figure 4 sont des vues en perspective d’un exemple de réalisation d’un module de distribution 50 de fluide réfrigérant. L’angle de vue diffère entre la figure 3 et la figure 4.
[101] Le corps 15 du module 50 comporte un ensemble de surfaces extérieures planes. La fixation de pattes de maintien des tubes ou durites amenant le fluide réfrigérant jusqu’aux entrées du module, ou faisant repartir le fluide réfrigérant du module, est ainsi facilitée. [102] Sur l’exemple représenté, le corps 15 du module 50 est de forme sensiblement parallélépipédique. Le module est ainsi compact, ce qui facilite son intégration.
[103] Le module 50 comprend trois entrées El, E2, E3 de fluide réfrigérant et une unique sortie S de fluide réfrigérant. La première entrée El est agencée sur une face plane 41 du corps 15 du module 50. La deuxième entrée E2 est agencée sur une face plane 42 du corps 15 du module 50. La troisième entrée E3 est agencée sur une face plane 43 du corps 15 du module 50. La sortie S est agencée sur une face plane du corps 15 du module 50. La première entrée El et la sortie S sont agencées sur une même face plane 41 du corps 15 du module 50.
[104] La figure 5 et la figure 6 sont des vues en coupe du module de distribution 50, sur lesquelles les canaux de circulation de fluide réfrigérant sont visibles.
[105] Le deuxième canal 12 est rectiligne. Le troisième canal 13 est rectiligne. Le premier canal 11 comprend une succession de portions rectilignes. Chaque canal peut ainsi être obtenu par perçage, ce qui permet une fabrication peu onéreuse du module.
[106] Le premier canal 11 comprend une première portion 11-1 s’étendant entre la première entrée El et la première zone de connexion CL La première portion 11-1 du premier canal 11 et le deuxième canal 12 s’étendent selon des axes sécants. Sur l’exemple représenté, la première portion 11-1 du premier canal 11 et le deuxième canal 12 s’étendent selon des axes perpendiculaires. Sur la figure 5, le signe DI 1-1 illustre l’axe de la première portion 11-1 du premier canal 11 et le signe D12 illustre l’axe du deuxième canal 12.
[107] Le premier canal 11 comprend une deuxième portion 11-2 s’étendant entre la première zone de connexion Cl et la vanne unidirectionnelle 17. La deuxième portion 11-2 du premier canal 11 et la première portion 11-1 du premier canal 11 s’étendent selon des axes perpendiculaires. La deuxième portion 11-2 du premier canal 11 et le deuxième canal 12 sont coaxiaux. L’axe de la deuxième portion 11-2 est illustré par le signe DI 1-2.
[108] La vanne unidirectionnelle 17 est agencée dans un logement 14 débouchant sur une face 44 du corps 15 du module de distribution 50. Le module de distribution de fluide réfrigérant intègre ainsi une vanne unidirectionnelle, tel un clapet anti-retour, de façon simple.
[109] Comme représenté sur la figure 5, le logement 14 de la vanne unidirectionnelle 17 et la deuxième entrée E2 sont agencées sur des faces opposées 44, 42 du corps 15 du module de distribution 50. Les différents composants du module sont ainsi répartis autour de la surface externe du module.
[110] La vanne unidirectionnelle 17 comprend une portion plane 18 affleurant une face 44 du module de distribution 50. La vanne unidirectionnelle 17 comprend aussi un plot 19 saillant de la portion plane 18. Le plot 19 permet la préhension de la vanne unidirectionnelle 17 et permet d’extraire la vanne unidirectionnelle 17 de son logement, dans le cas d’un éventuel démontage.
[111] Le logement 14 de la vanne unidirectionnelle 17 est cylindrique. Le logement 14 de la vanne unidirectionnelle 17 s’étend selon un axe D14 coaxial avec l’axe D12 du deuxième canal 12 de circulation. Le logement 14 de la vanne unidirectionnelle 17, le deuxième canal 12 et une partie du premier canal 11 peuvent ainsi être réalisés par des perçages selon un même axe, ce qui facilite la réalisation du module.
[112] Le premier canal 11 comprend une troisième portion 11-3 s’étendant entre la vanne unidirectionnelle 17 et la deuxième zone de connexion C2. La troisième portion 11-3 du premier canal 11 et le troisième canal 13 s’étendent selon des axes perpendiculaires.
[113] Le deuxième canal 12 et le troisième canal 13 s’étendent selon des axes perpendiculaires. L’axe du troisième canal 13 est illustré par le signe D13 sur les figures 5 et 6.
[114] La première portion 11-1 du premier canal 11, le deuxième canal 12 et le troisième canal 13 s’étendent selon des axes perpendiculaires deux à deux.
[115] Le premier canal 11 comprend une quatrième portion 11-4 s’étendant entre la deuxième zone de connexion C2 et la sortie S ; la quatrième portion 11-4 du premier canal 11 et la troisième portion 11-3 du premier canal 11 sont coaxiales. Sur la figure 5, le signe DI 1-4 illustre l’axe de la quatrième portion 11-4 du premier canal 11.
[116] Comme détaillé sur la figure 5, la première portion 11-1 du premier canal 11 et la troisième portion 11-3 du premier canal 11 s’étendent selon des axes parallèles. Ces axes parallèles sont illustrés par les signes DI 1-1 et DI 1-4.
[117] Le corps 15 du module de distribution 50 est ici formé d’un assemblage de blocs métalliques. Le corps du module de distribution est ainsi robuste, peu onéreux et possède une bonne étanchéité.
[118] Les blocs métalliques peuvent être moulés. Les blocs métalliques peuvent également être extradés. Les blocs métalliques sont par exemple en aluminium.
[119] Le corps 15 du module de distribution 50 peut être monobloc. [120] Le module de distribution 50 comprend une bride de fixation 49 du module à un support.
[121] Le module de distribution 50 comprend un premier dispositif de maintien 45 d’un premier tube d’arrivée de fluide réfrigérant dans la première entrée EL Le module de distribution 50 comprend aussi un deuxième dispositif de maintien 46 d’un deuxième tube de sortie de fluide réfrigérant depuis la sortie S.
[122] De même, le module de distribution 50 comprend un troisième dispositif de maintien d’un troisième tube d’arrivée de fluide réfrigérant dans la troisième entrée E3, non représenté sur les figures.
[123] Sur l’exemple représenté sur les figures 3 et 4, chaque dispositif de maintien 45, 46 comprend un goujon et un écrou. Selon une variante non représentée, chaque dispositif de maintien peut comprendre un orifice fileté et une vis de fixation.
[124] Dans un deuxième mode de réalisation du système de conditionnement thermique 100, illustré sur la figure 2, la première branche de dérivation B comprend un échangeur de chaleur interne 25, l’échangeur de chaleur interne 25 comportant une première section d’échange thermique 25a disposée en amont du deuxième dispositif de détente 32 et une deuxième section d’échange thermique 25b disposée en aval du troisième échangeur de chaleur 3, l’échangeur de chaleur interne 25 étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique 25a et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique 25b. L’échangeur interne 25 permet d’améliorer les performances du système de conditionnement thermique 100.
[125] La figure 7 illustre le fonctionnement du système de conditionnement thermique 100 dans un mode de fonctionnement dit de récupération d’énergie de la chaine de traction.
Sur cette figure, les portions du circuit 10 dans lesquelles le fluide réfrigérant circule sont représentées en traits pleins. Les traits pleins épais correspondent au fluide réfrigérant à haute pression et les traits fins pleins correspondant au fluide réfrigérant à basse pression. Les portions dans lesquelles le fluide réfrigérant ne circule pas sont représentées en traits pointillés.
[126] Dans ce mode de fonctionnement, un débit Q de fluide réfrigérant, schématisé par la flèche en trait épais, circule dans le dispositif de compression 7 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur 1 où il se condense en fournissant de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, puis dans le dispositif d’accumulation 9. Au niveau du troisième point de raccordement 23, le fluide réfrigérant est dirigé dans la deuxième branche de dérivation C, car le premier détendeur 31 et le deuxième détendeur 32 sont en position fermée et bloquent la circulation de fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième branche de dérivation C circule dans le premier dispositif de détente 31 où il subit une détente et passe à basse pression, puis dans le quatrième échangeur 4 où il reçoit de la chaleur de l’élément 6 de la chaine de traction, et rentre dans le module de distribution 50 par la troisième entrée E3 et rejoint la deuxième zone de connexion C2.
[127] La vanne unidirectionnelle 17 empêche une circulation de fluide réfrigérant de la deuxième zone de connexion C2 vers la première zone de connexion Cl, c’est-à-dire du quatrième point de raccordement 24 vers le deuxième point de raccordement 22. Ainsi, une migration du fluide réfrigérant vers le troisième échangeur 3 et le deuxième échangeur 2 est évitée. En effet, lorsque la température du flux d’air intérieur Fi et du flux d’air extérieur Fe est inférieure à la température de saturation du fluide réfrigérant, le fluide réfrigérant contenu dans chacun du deuxième et du troisième échangeur peut se produire. En l’absence de vanne unidirectionnelle, une migration progressive du fluide réfrigérant vers le deuxième et le troisième échangeur pourrait se produire, ce qui diminuerait les capacités d’échange du système de conditionnement thermique. La présence de la vanne unidirectionnelle permet de faire fonctionner le système de conditionnement thermique dans ce mode de fonctionnement dans lequel seul le quatrième échangeur de chaleur 4 est actif, le deuxième et le troisième échangeur étant alors inactifs.
[128] Le module de distribution décrit peut aussi être mis en œuvre dans des systèmes de conditionnement thermiques dans lesquels le rôle du premier échangeur 1, du deuxième échangeur 2 et du troisième échangeur 3 est différent.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Module de distribution (50) de fluide réfrigérant à basse pression, comportant :
- un premier canal (11) de circulation de fluide réfrigérant, reliant une première entrée (El) et une sortie (S),
- un deuxième canal (12) reliant une deuxième entrée (E2) et une première zone de connexion (Cl) disposée sur le premier canal (11) entre la première entrée (El) et la sortie (S),
- un troisième canal (13) reliant une troisième entrée (E3) et une deuxième zone de connexion (C2) disposée sur le premier canal (11) entre la première zone de connexion (Cl) et la sortie (S), le premier canal (11) comportant une vanne unidirectionnelle (17) disposée entre la première zone de connexion (Cl) et la deuxième zone de connexion (C2), la vanne unidirectionnelle (17) étant configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant de la première zone de connexion (Cl) vers la deuxième zone de connexion (C2), la vanne unidirectionnelle (17) étant également configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant de la deuxième zone de connexion (C2) vers la première zone de connexion (Cl).
[Revendication 2] Module de distribution (50) de fluide réfrigérant selon la revendication 1, dans lequel le premier canal (11) de circulation de fluide réfrigérant, le deuxième canal (12) de circulation de fluide réfrigérant et le troisième canal (13) de circulation de fluide réfrigérant sont formés par un évidement interne d’un corps (15) du module (50).
[Revendication 3] Module de distribution (50) de fluide réfrigérant selon la revendication précédente, dans lequel le corps (15) du module (50) comporte un ensemble de surfaces extérieures planes.
[Revendication 4] Module de distribution (50) de fluide réfrigérant selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le corps (15) du module (50) est de forme sensiblement parallélépipédique.
[Revendication 5] Module de distribution (50) de fluide réfrigérant selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel la première entrée (El) et la sortie (S) sont agencées sur une même face plane du corps (15) du module (50).
[Revendication 6] Module de distribution (50) de fluide réfrigérant selon l’une des revendications 2 à 5, dans lequel la vanne unidirectionnelle (17) est agencée dans un logement (14) débouchant sur une face du corps (15) du module de distribution (50).
[Revendication 7] Module de distribution (50) de fluide réfrigérant selon la revendication précédente, dans lequel le logement (14) de la vanne unidirectionnelle (17) et la deuxième entrée (E2) sont agencées sur des faces opposées du corps (15) du module de distribution (50).
[Revendication 8] Module de distribution (50) de fluide réfrigérant selon l’une des revendications 2 à 7, dans lequel le corps (15) du module de distribution (50) est formé d’un assemblage de blocs métalliques.
[Revendication 9] Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comprenant :
- un dispositif de compression (7) comprenant au moins une entrée (7a) et une sortie (7b),
- un premier échangeur de chaleur (1) configuré pour fonctionner en condenseur,
- un deuxième échangeur de chaleur (2) configuré pour fonctionner en évaporateur,
- un troisième échangeur de chaleur (3) configuré pour fonctionner sélectivement en évaporateur ou en condenseur,
- un quatrième échangeur de chaleur (4) configuré pour fonctionner en évaporateur,
- un module de distribution (50) de fluide réfrigérant selon l’une des revendications précédentes, dans lequel une sortie (2b) du deuxième échangeur de chaleur (2) est reliée à la première entrée (El) du module de distribution (50), une sortie (3b) du troisième échangeur de chaleur (3) est reliée à la deuxième entrée (E2) du module de distribution (50), une sortie (4b) du quatrième échangeur de chaleur (4) est reliée à la troisième entrée (E3) du module de distribution (50), et dans lequel la sortie (S) du module de distribution (50) est reliée à l’entrée (7a) du dispositif de compression (7).
[Revendication 10] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication précédente, dans lequel le premier échangeur de chaleur (1) est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi) à l’habitacle du véhicule. et dans lequel :
- le deuxième échangeur de chaleur (2) est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi) à l’habitacle du véhicule,
- le troisième échangeur de chaleur (3) est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur (Fe) à l’habitacle du véhicule, et
- le quatrième échangeur de chaleur (4) est configuré pour être couplé thermiquement à un élément (6) d’une chaine de traction électrique d’un véhicule.
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