FR3080329A1 - Circuit de fluide refrigerant pour vehicule, adapte a une charge rapide d'un dispositif de stockage electrique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un circuit (3) de fluide réfrigérant (FR) comprenant une conduite principale (5) comprenant un premier échangeur thermique (9) agencé pour être traversé par un flux d'air extérieur (FE) à un habitacle, une première branche (13) comprenant un deuxième échangeur thermique (18) configuré pour traiter thermiquement un flux d'air (FA) envoyé dans l'habitacle, une deuxième branche (14) comprenant un échangeur de chaleur (21) couplé thermiquement à un dispositif de stockage électrique (2), une troisième branche (6) comprenant un premier dispositif de compression (7), une quatrième branche (35) comprenant un deuxième dispositif de compression (37), et un dispositif de répartition (22) du fluide réfrigérant (FR) ayant un premier port (29) raccordé à une entrée (34) du premier dispositif de compression (7) et un deuxième port (30) raccordé à une sortie (38) du deuxième dispositif de compression (37). Application aux véhicules automobiles.

Description

Le domaine de la présente invention est celui des circuits de fluide réfrigérant pour véhicule, notamment pour véhicule automobile.

Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’un circuit de fluide réfrigérant utilisé pour chauffer ou refroidir différentes zones ou différents composants du véhicule. H est notamment connu d’utiliser ce circuit de fluide réfrigérant pour traiter thermiquement un flux d’air envoyé dans l’habitacle du véhicule équipé d’un tel circuit.

Dans une autre application de ce circuit, il est connu de l’utiliser pour refroidir un dispositif de stockage électrique du véhicule, ce dernier étant utilisé pour fournir une énergie à un moteur électrique capable de mettre en mouvement le véhicule. Le circuit de fluide réfrigérant fournit ainsi l’énergie capable de refroidir le dispositif de stockage électrique pendant son utilisation en phases de roulage. Le circuit de fluide réfrigérant est ainsi dimensionné pour refroidir ce dispositif de stockage électrique.

Lorsque ce circuit de fluide réfrigérant assure simultanément le traitement thermique de l’habitacle et le traitement thermique du dispositif de stockage, il est soumis à de très fortes contraintes qui amènent le circuit aux limites de ses capacités. C’est notamment le cas quand le dispositif de stockage électrique est utilisé d’une manière qui provoque un échauffement important de celui-ci. Un exemple de cette situation est notamment une phase de charge rapide du dispositif de stockage. Elle consiste à charger le dispositif de stockage électrique sous une tension et un ampérage élevés, de manière à charger le dispositif de stockage électrique en un temps court de quelques dizaines de minutes. Cette charge rapide implique un échauffement du dispositif de stockage électrique qu’il convient de traiter. Par ailleurs, il faut considérer la possibilité de maintenir un niveau de confort thermique acceptable à l’intérieur de l’habitacle, soit car les occupants du véhicule restent à l’intérieur du véhicule tout ou partie du temps de charge mentionné ci-dessus, soit pour anticiper le retour de ces occupants et éviter tous désagrément d’ordre thermique. Il faut alors également traiter thermiquement l’habitacle pendant cette charge rapide pour maintenir des conditions de confort acceptables, notamment quand la température extérieure au véhicule dépasse 30°C. Ces deux demandes en refroidissement impliquent un dimensionnement du système qui le rend peu compatible avec les contraintes des véhicules automobiles actuels, notamment les véhicules mus par un moteur électrique. Le problème technique réside donc dans la capacité d’une part à dissiper les calories générées par le dispositif de stockage électrique pendant la charge rapide, et d’autre part à refroidir l’habitacle, en limitant la consommation et/ou l’encombrement et/ou les nuisances sonores d’un système capable de remplir simultanément ces deux fonctions.

L’invention s’inscrit dans ce contexte et propose une solution technique qui concoure à l’atteinte de ce double objectif, c’est-à-dire maintenir le dispositif de stockage électrique en-dessous d’une température seuil pendant une charge rapide et refroidir l’habitacle du véhicule, au moyen d’un circuit de fluide réfrigérant astucieusement conçu pour fonctionner avec deux dispositifs de compression, les mettant en œuvre l’un, ou l’autre, ou alternativement ou simultanément dans des configurations de circuit de fluide réfrigérant les faisant fonctionner en parallèle ou en série.

L'invention a donc pour objet un circuit de fluide réfrigérant d’un véhicule comprenant au moins une conduite principale comprenant une première portion et une deuxième portion, la conduite principale étant disposée en série d’une première branche et d’une deuxième branche, la première branche et la deuxième branche étant en parallèle et disposées entre la première portion et la deuxième portion, la première portion de la conduite principale comprenant un premier échangeur thermique agencé pour être traversé par un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule, la première branche comprenant un premier organe de détente et un deuxième échangeur thermique configuré pour traiter thermiquement un flux d’air envoyé dans l’habitacle du véhicule, la deuxième branche comprenant un deuxième organe de détente et un échangeur de chaleur couplé thermiquement à un dispositif de stockage électrique du véhicule, le circuit de fluide réfrigérant comprenant une troisième branche qui comprend un premier dispositif de compression et une quatrième branche qui comprend un deuxième dispositif de compression, caractérisé en ce que le circuit de fluide réfrigérant comprend un dispositif de répartition du fluide réfrigérant à cinq voies, un premier port du dispositif de répartition étant raccordé à une entrée du premier dispositif de compression, un deuxième port du dispositif de répartition étant raccordé à une sortie du deuxième dispositif de compression.

Il est ainsi possible de faire fonctionner le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression, simultanément ou alternativement, selon les besoins thermiques. Cette configuration répond notamment aux besoins thermiques élevés. Par exemple, les besoins thermiques sont élevés quand le circuit de fluide réfrigérant fonctionne en mode refroidissement de l’habitacle et en mode de charge rapide alors que les occupants restent dans le véhicule et qu’il convient alors de refroidir l’habitacle. Les besoins thermiques sont aussi élevés quand il est nécessaire de réduire rapidement la température de l’habitacle, lors du pré-conditionnement de l’habitacle, ou de maintenir une climatisation de l’habitacle alors que les températures extérieures sont élevées. L’invention permet également de mettre en fonctionnement le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression quand une phase de charge rapide du dispositif de stockage électrique est activée.

Le deuxième dispositif de compression est indépendant du premier dispositif de compression en ce sens que l’un des dispositifs de compression peut être actif alors que l’autre dispositif de compression est inactif, ou encore simultanément tourner à des vitesses de rotation différentes. Ainsi, le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression sont configurés pour induire des niveaux de compression du fluide réfrigérant égaux ou distincts.

Cette organisation évite de dimensionner des composants, notamment le dispositif de compression, pour des phases d’utilisation dites de charge rapide finalement courtes comparées aux phases d’utilisation dites de roulage, où le besoin énergétique est plus faible.

Cette organisation du circuit de fluide réfrigérant permet également de limiter les nuisances acoustiques, en faisant fonctionner le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression à des vitesses inférieures à un seuil acoustique acceptable, ce qui ne serait pas le cas avec un unique dispositif de compression qui imposerait alors une vitesse de rotation très élevée pendant la charge rapide, et par conséquent une nuisance acoustique pour les occupants restés dans le véhicule.

Le premier dispositif de compression et le deuxième dispositif de compression sont par exemple des compresseurs, et l’invention trouve une application toute particulière lorsque les compresseurs sont des compresseurs électriques à cylindrée fixe et à vitesse variable. Il est ainsi possible de contrôler la puissance thermique du circuit de fluide réfrigérant selon l’invention.

Le dispositif de répartition du fluide réfrigérant à cinq voies est configuré pour être parcouru par le fluide réfrigérant. Le dispositif de répartition du fluide réfrigérant à cinq voies comprend une ou plusieurs entrées et une ou plusieurs sorties correspondant à des ports propres au dispositif de répartition. Le premier port, lorsqu’il est ouvert, est une sortie du dispositif de répartition. Le dispositif de répartition alimente ainsi en fluide réfrigérant la troisième branche via le premier port. Le deuxième port, lorsqu’il est ouvert, est une entrée du dispositif de répartition. Le dispositif de répartition est alors alimenté en fluide réfrigérant par la quatrième branche via le deuxième port. Le dispositif de répartition est par exemple une vanne cinq voies. Cette vanne cinq voies est par exemple à clapets rotatifs.

Au sein du dispositif de répartition coexistent cinq voies configurées pour être empruntées par le fluide réfrigérant. Ces voie, internes au dispositif de répartition, sont ouvertes ou fermées, de sorte à laisser passer ou à interdire la circulation du fluide réfrigérant. Chaque voie s’étend entre au moins deux ports du dispositif de répartition. L’ouverture de ces voies fait que le fluide réfrigérant est orienté depuis une ou plusieurs entrées vers une ou plusieurs sorties du dispositif de répartition.

Le fluide réfrigérant est par exemple un fluide sous-critique, tel que celui connu sous la référence R134A ou R1234YL. Alternativement, le fluide peut être super-critique, tel que le dioxyde de carbone dont la référence est R744.

Le circuit de fluide réfrigérant selon l’invention est un circuit fermé qui met en œuvre un cycle thermodynamique. La première branche est en parallèle de la deuxième branche, vu du fluide réfrigérant.

Le premier échangeur thermique peut être installé en face avant du véhicule. Ce premier échangeur thermique peut ainsi être utilisé comme condenseur, ou refroidis seur de gaz dans le cas d’un fluide super-critique.

L’échangeur de chaleur est configuré pour traiter thermiquement un dispositif de stockage électrique du véhicule. Il est ainsi spécialement dédié à ce dispositif de stockage électrique et n’a pas pour fonction de refroidir un autre composant. Le premier échangeur thermique échange des calories entre le fluide réfrigérant et le dispositif de stockage électrique du véhicule, soit directement, c’est-à-dire par convection entre le premier échangeur et le dispositif de stockage électrique, soit indirectement via une boucle de fluide caloporteur, cette dernière étant destinée à transporter les calories du dispositif de stockage électrique vers un troisième échangeur thermique. On comprend donc que le refroidissement du dispositif de stockage électrique peut être indirect. De manière alternative, le premier échangeur thermique peut être au contact du dispositif de stockage électrique. Dans un tel cas, le refroidissement du dispositif de stockage électrique est direct.

Selon un aspect de l’invention, le circuit de fluide réfrigérant comprend un premier point de raccordement et un deuxième point de raccordement entre lesquels s’étendent la première branche et la deuxième branche, un troisième port du dispositif de répartition étant raccordé au deuxième point de raccordement par la deuxième portion de la conduite principale.

Le premier point de raccordement est la zone du circuit de fluide réfrigérant où la première portion de la conduite principale se sépare en deux, en formant la première branche et la deuxième branche. Le premier point de raccordement relie donc la première portion de la conduite principale à la première branche et à la deuxième branche. Vu du fluide réfrigérant, le premier point de raccordement permet au circuit de fluide réfrigérant de diverger.

Le deuxième point de raccordement est la zone du circuit de fluide réfrigérant où la première branche et la deuxième branche se joignent, pour former la deuxième portion de la conduite principale. Le deuxième point de raccordement relie donc la première branche, la deuxième branche et la deuxième portion de la conduite principale. Vu du fluide réfrigérant, le deuxième point de raccordement permet au circuit de fluide réfrigérant de converger.

La deuxième portion de la conduite principale s’étend entre le deuxième point de raccordement et le troisième port du dispositif de répartition. Le troisième port, lorsqu’il est ouvert, est une entrée du dispositif de répartition. Le dispositif de répartition est alors alimenté en fluide réfrigérant par la deuxième portion de la conduite principale via le troisième port.

Selon un aspect de l’invention, une cinquième branche s’étend entre un quatrième port du dispositif de répartition et un troisième point de raccordement, le troisième point de raccordement reliant la première portion de la conduite principale, la troisième branche et la cinquième branche.

La cinquième branche est en parallèle de la troisième branche entre le dispositif de répartition et le troisième point de raccordement.

Le troisième point de raccordement est la zone du circuit de fluide réfrigérant où la troisième branche et la cinquième branche se joignent, pour joindre la première portion de la conduite principale. Vu du fluide réfrigérant, le troisième point de raccordement permet au circuit de fluide réfrigérant de converger.

Le quatrième port, lorsqu’il est ouvert, est une sortie du dispositif de répartition. Le dispositif de répartition alimente alors en fluide réfrigérant la cinquième branche via le quatrième port.

Selon un aspect de l’invention, une sixième branche est comprise entre la quatrième branche et un cinquième port du dispositif de répartition.

Le cinquième port, lorsqu’il est ouvert, est une entrée du dispositif de répartition. Lorsque le cinquième port est une entrée, la sixième branche et la quatrième branche sont en parallèle du point de vue du fluide réfrigérant. Le dispositif de répartition est alors alimenté en fluide réfrigérant par la sixième branche via le cinquième port.

Alternativement, le cinquième port, lorsqu’il est ouvert, est une sortie du dispositif de répartition. Lorsque le cinquième port est une sortie, la sixième branche et la quatrième branche sont en série du point de vue du fluide réfrigérant. Le dispositif de répartition alimente alors en fluide réfrigérant la sixième branche via le cinquième port.

Selon un aspect de l’invention, le dispositif de répartition comprend une première voie qui s’étend entre le premier port du dispositif de répartition et le deuxième port du dispositif de répartition.

La première voie est configurée pour alimenter le premier dispositif de compression. La première voie relie la troisième branche à la quatrième branche. Ainsi, la troisième branche, la première voie et la quatrième branche sont en série. Lorsque le premier port et le deuxième port sont ouverts, le premier dispositif de compression est en série par rapport au deuxième dispositif de compression grâce à cette première voie.

Selon un aspect de l’invention, le dispositif de répartition comprend une deuxième voie qui s’étend entre le deuxième port du dispositif de répartition et le quatrième port du dispositif de répartition.

La deuxième voie relie la quatrième branche et la cinquième branche. Ainsi, la quatrième branche, la deuxième voie et la cinquième branche sont en série. Lorsque le deuxième port et le quatrième port sont ouverts, le deuxième dispositif de compression est en parallèle du premier dispositif de compression grâce à cette deuxième voie.

Quand la première voie est ouverte, la deuxième voie est fermée, et inversement. La première voie et la deuxième voie peuvent être fermées en même temps, mais ne sont pas ouvertes simultanément.

Selon un aspect de l’invention, le dispositif de répartition comprend une troisième voie qui s’étend entre le troisième port du dispositif de répartition et le premier port du dispositif de répartition.

La troisième voie est configurée pour alimenter le premier dispositif de compression. La troisième voie relie la deuxième portion de la conduite principale à la troisième branche. Ainsi, la deuxième portion de la conduite principale, la troisième voie et la troisième branche sont en série. Lorsque le troisième port et le premier port sont ouverts, le premier dispositif de compression est en parallèle du deuxième dispositif de compression grâce à cette troisième voie.

Quand la première voie est ouverte, la troisième voie est fermée, et inversement. La première voie et la troisième voie peuvent être fermées en même temps, mais ne sont pas ouvertes simultanément.

La deuxième voie et la troisième voie peuvent être ouvertes simultanément. La troisième voie peut être ouverte alors que la deuxième voie est fermée. La deuxième voie est fermée lorsque la troisième voie est fermée.

Selon un aspect de l’invention, le dispositif de répartition comprend une quatrième voie qui s’étend entre le troisième port du dispositif de répartition et le cinquième port du dispositif de répartition.

La quatrième voie est configurée pour alimenter le deuxième dispositif de compression. La quatrième voie relie la deuxième portion de la conduite principale à la sixième branche. Dans cette configuration, le cinquième port est une sortie du dispositif de répartition. Ainsi, la deuxième portion de la conduite principale, la quatrième voie et la sixième branche sont en série. Lorsque le troisième port et le cinquième port sont ouverts, le premier dispositif de compression est alternativement en série ou en parallèle du deuxième dispositif de compression grâce à cette quatrième voie, selon l’état d’ouverture des autres voies.

La première voie et la quatrième voie peuvent être ouvertes simultanément. Alternativement, la première voie peut être ouverte alors que la quatrième voie est fermée.

La deuxième voie et la quatrième voie peuvent être ouvertes simultanément. Alternativement, la quatrième voie peut être ouverte alors que la deuxième voie est fermée. La deuxième voie est fermée lorsque la quatrième voie est fermée. Alternativement, lorsque la deuxième voie est ouverte, la quatrième voie est ouverte.

La troisième voie et la quatrième voie peuvent être ouvertes simultanément. Alternativement, la quatrième voie peut être ouverte alors que la troisième voie est fermée.

Selon un aspect de l’invention, le dispositif de répartition comprend une cinquième voie qui s’étend entre le cinquième port du dispositif de répartition et le premier port du dispositif de répartition.

La cinquième voie est configurée pour alimenter le premier dispositif de compression. La cinquième voie relie la deuxième portion de la conduite principale à la troisième branche. Dans cette configuration, le cinquième port est une entrée du dispositif de répartition. Ainsi, la deuxième portion de la conduite principale, la cinquième voie et la troisième branche sont en série. Lorsque le cinquième port et le premier port sont ouverts, le premier dispositif de compression est en parallèle du deuxième dispositif de compression grâce à cette cinquième voie.

Quand la première voie est ouverte, la cinquième voie est fermée, et inversement. La première voie et la cinquième voie peuvent être fermées en même temps, mais ne sont pas ouvertes simultanément.

Quand la deuxième voie est ouverte, la cinquième voie est fermée, et inversement. La deuxième voie et la cinquième voie peuvent être fermées en même temps, mais ne sont pas ouvertes simultanément.

Quand la quatrième voie est ouverte, la cinquième voie est fermée, et inversement. La quatrième voie et la cinquième voie peuvent être fermées en même temps, mais ne sont pas ouvertes simultanément.

La cinquième voie et la troisième voie peuvent être ouvertes simultanément. La troisième voie peut être ouverte alors que la cinquième voie est fermée. Quand la troisième voie est fermée, la cinquième l’est également.

Selon un aspect de l’invention, la troisième branche comporte un premier clapet antiretour configuré pour autoriser la circulation du fluide réfrigérant du premier dispositif de compression au premier échangeur thermique.

Lors de la mise en œuvre de l’invention, le premier clapet-anti-retour impose au fluide réfrigérant un sens de circulation dans la troisième branche. Grâce au premier clapet anti-retour, le fluide réfrigérant circule du premier port du dispositif de répartition vers le troisième point de raccordement. La circulation en sens inverse, c’est-à-dire du troisième point de raccordement vers le premier dispositif de compression, est bloquée.

Selon un aspect de l’invention, la cinquième branche comporte un deuxième clapet anti-retour configuré pour autoriser la circulation du fluide réfrigérant du quatrième port du dispositif de répartition au premier échangeur thermique.

Lors de la mise en œuvre de l’invention, le deuxième clapet-anti-retour impose au fluide réfrigérant un sens de circulation dans la cinquième branche. Grâce au deuxième clapet anti-retour, le fluide réfrigérant circule du quatrième port du dispositif de répartition vers le troisième point de raccordement. La circulation en sens inverse, c’est-à-dire vers le quatrième port du dispositif de répartition, est bloquée.

Selon un aspect de l’invention, la première branche comporte un troisième clapet anti-retour situé en aval du deuxième échangeur thermique et configuré pour autoriser la circulation du fluide réfrigérant du deuxième échangeur thermique au troisième port du dispositif de répartition.

Lors de la mise en œuvre de l’invention, le troisième clapet-anti-retour impose au fluide réfrigérant un sens de circulation dans la première branche. Grâce au troisième clapet anti-retour, le fluide circule du deuxième échangeur thermique vers la deuxième portion de la conduite principale. La circulation en sens inverse, c’est-à-dire de la deuxième portion de la conduite principale vers le deuxième échangeur thermique, est bloquée.

Selon un aspect de l’invention, le circuit de fluide réfrigérant comprend un échangeur de chaleur interne à deux passes, une première passe étant située entre le premier point de raccordement et le premier organe de détente et une deuxième passe étant située entre l’échangeur de chaleur et le deuxième point de raccordement.

L’échangeur de chaleur interne comprend deux passes constitutives du circuit de fluide réfrigérant. Lorsque le fluide réfrigérant circule dans chacune des passes, c’est-àdire quand le fluide réfrigérant circule dans la première branche et dans la deuxième branche, un transfert thermique s’opère entre le fluide réfrigérant présent dans l’une et l’autre passe. Dans ces conditions, le fluide réfrigérant présent dans la première passe est à haute pression et à haute température, tandis que le fluide réfrigérant présent dans la deuxième passe est à basse pression et à basse température.

Selon un aspect de l’invention, l’échangeur de chaleur interne est un premier échangeur de chaleur interne, le circuit de fluide réfrigérant comprenant un deuxième échangeur de chaleur interne à deux nappes, la première nappe étant située sur la première branche entre le premier point de raccordement et la première passe, et la deuxième nappe étant située sur la deuxième branche entre le deuxième organe de détente et l’échangeur de chaleur.

Les deux nappes du deuxième échangeur de chaleur interne sont constitutives du circuit de fluide réfrigérant. Le deuxième échangeur de chaleur interne met également en œuvre un échange thermique entre le fluide réfrigérant circulant dans la première branche et celui de la deuxième branche. Dans ces conditions, le fluide réfrigérant présent dans la première nappe est à haute pression et à haute température, tandis que le fluide réfrigérant présent dans la deuxième nappe est à basse pression et à basse température.

Vu du fluide réfrigérant, le deuxième échangeur de chaleur interne est en amont du premier échangeur de chaleur interne. La première passe et la première nappe sont disposées de manière à ce que le fluide réfrigérant circule d’abord dans la première nappe puis dans la première passe. La deuxième passe et la deuxième nappe sont disposées de manière à ce que le fluide réfrigérant circule d’abord dans la deuxième nappe puis dans la deuxième passe. On notera que la première nappe et la première passe sont disposées en série dans la première branche, et la deuxième nappe et la deuxième passe sont disposées en série dans la deuxième branche.

La présence de deux échangeurs de chaleur interne met en œuvre des échanges thermiques successifs. Ces échanges ont lieu entre la première branche et la deuxième branche et permettent d’optimiser la répartition thermique du circuit de fluide réfrigérant, entre ces deux branches parallèles desservant respectivement le deuxième échangeur thermique et l’échangeur de chaleur.

L’invention concerne également un système de traitement thermique d’un véhicule comprenant le circuit de fluide réfrigérant tel que précédemment décrit et une boucle de circulation de fluide caloporteur comprenant un troisième échangeur thermique configuré pour échanger thermiquement avec au moins un dispositif de stockage électrique du véhicule, l’échangeur de chaleur étant configuré pour être parcouru par le fluide réfrigérant et par le fluide caloporteur.

D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique du circuit de fluide réfrigérant selon l’invention, dans un premier mode de réalisation,

- la figure 2 est une vue schématique du circuit de fluide réfrigérant selon l’invention, dans un deuxième mode de réalisation,

- les figures 3 à 5 illustrent de manière schématique le circuit de fluide réfrigérant montré à la figure 2, exploité selon différents modes de fonctionnement consistant à refroidir l’habitacle et le dispositif de stockage électrique,

- les figures 6 et 7 illustrent de manière schématique le circuit de fluide réfrigérant montré à la figure 2, exploité selon différents modes de fonctionnement consistant à refroidir l’habitacle sans traiter thermiquement le dispositif de stockage électrique,

- les figures 8 et 9 illustrent de manière schématique le circuit de fluide réfrigérant montré à la figure 2, exploité selon différents modes de fonctionnement consistant à refroidir le dispositif de stockage électrique sans traiter thermiquement l’habitacle.

Il faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Ces figures sont des représentations schématiques qui illustrent comment est réalisé le circuit de fluide réfrigérant, ce qui le compose et comment le fluide réfrigérant circule en son sein. En particulier, le circuit de fluide réfrigérant selon l’invention comprend principalement deux dispositifs de compression du fluide réfrigérant, un dispositif de répartition de fluide réfrigérant à cinq voies, des échangeurs thermiques, des organes de détentes, des canalisations reliant chacun de ces composants, et optionnellement des vannes ou clapet.

Les termes amont et aval employés dans la description qui suit se réfèrent au sens de circulation du fluide considéré, c’est-à-dire le fluide réfrigérant, un flux d’air envoyé vers un habitacle du véhicule ou un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule.

Pour les figures 3 à 9, dans le circuit de fluide réfrigérant et dans la boucle de circulation de fluide caloporteur, des traits symbolisant des conduites reliant les composants sont pleins lorsqu’ils illustrent le fluide circulant, tandis que des traits pointillés montrent une absence de circulation dudit fluide. Dans le circuit de fluide réfrigérant représenté aux figures 3 à 9, le fluide réfrigérant est symbolisé par une flèche longue qui illustre un sens de circulation de ce dernier dans la conduite considérée. Des traits épais et une flèche pleine sont utilisés pour symboliser un fluide réfrigérant en état de haute pression et de haute température. Des traits fins et une flèche évidée correspondent à un fluide en état de basse pression et de basse température.

Dans la boucle de circulation de fluide caloporteur illustrée aux figures 3 à 9, le fluide caloporteur est symbolisé par une flèche courte qui illustre son sens de circulation dans la conduite considérée.

Les différents composants sont explicités ci-dessous selon un sens de circulation du fluide considéré, c’est-à-dire le fluide réfrigérant ou le fluide caloporteur. Par ailleurs, les désignations «premier», «deuxième», «troisième», ... n’ont pas de valeur d’ordre hiérarchique ou vis-à-vis de leur succession. Ces désignations visent uniquement à distinguer les composants du circuit de fluide réfrigérant.

En se référant tout d’abord à la figure 1, on voit un système de traitement thermique 1 selon l’invention, dans un premier mode de réalisation. Ce système de traitement thermique 1 est apte à fonctionner dans un mode permettant de ventiler et de climatiser un habitacle d’un véhicule en parallèle d’un traitement thermique d’un dispositif de stockage électrique 2 du véhicule en situation de charge rapide. C’est par exemple le cas quand les occupants du véhicule restent dans l’habitacle le temps de la charge rapide.

Le système de traitement thermique 1 se compose d’un circuit 3 de fluide réfrigérant à deux dispositifs de compression et d’une boucle de circulation 4 de fluide caloporteur.

Le circuit 3 de fluide réfrigérant est un circuit fermé qui comprend un réseau de conduites reliant les composants du circuit 3 de fluide réfrigérant. Le réseau de conduites est constitué de telle sorte à ce que certains composants soient disposés en série et d’autres en parallèle. Le réseau de conduite comporte ainsi une conduite principale 5 et des branches détaillées par ailleurs. Des points de raccordement des branches mais aussi certains composants servent à raccorder les branches entre elles.

Le circuit 3 de fluide réfrigérant comprend, sur une troisième branche 6, un premier dispositif de compression 7 du fluide réfrigérant. On notera que le premier dispositif de compression 7 du fluide réfrigérant peut prendre la forme d’un compresseur électrique, c’est-à-dire d’un compresseur qui comprend un mécanisme de compression, un moteur électrique et une unité de contrôle et de conversion électrique. Le mécanisme de compression du premier dispositif de compression 7 est mis en rotation par le moteur électrique.

Un premier clapet anti-retour 8 est placé en aval du premier dispositif de compression 7 sur la troisième branche 6.

Un premier échangeur thermique 9 est situé en aval du premier clapet anti-retour 8. Le premier clapet anti-retour 8 est configuré pour autoriser la circulation du fluide réfrigérant du premier dispositif de compression 7 vers le premier échangeur thermique 9, et bloque la circulation en sens inverse. Ce premier échangeur thermique 9 est positionné sur la conduite principale 5 du circuit 3 de fluide réfrigérant, et plus précisément sur une première portion 10 de cette conduite principale 5. Le premier échangeur thermique 9 est configuré pour être traversé par un flux d’air extérieur au véhicule et fonctionner en condenseur afin d’évacuer la chaleur du fluide réfrigérant. Un troisième point de raccordement 11 relie la troisième branche 6 à la première portion 10 de la conduite principale 5. Ce troisième point de raccordement 11 est ainsi positionné entre le premier clapet anti-retour 8 et le premier échangeur thermique 9.

La première portion 10 de la conduite principale 5 se divise en un premier point de raccordement 12 en deux branches parallèles. La première portion 10 de la conduite principale 5 s’étend donc entre le troisième point de raccordement 11 et le premier point de raccordement 12. De ce premier point de raccordement 12, le circuit 3 de fluide réfrigérant diverge en une première branche 13 et une deuxième branche 14, qui se rejoignent l’une l’autre au niveau d’un deuxième point de raccordement 15. Ainsi, la première branche 13 s’étend entre le premier point de raccordement 12 et le deuxième point de raccordement 15, tout comme la deuxième branche 14. Ce deuxième point de raccordement 15 lie la première branche 13 et la deuxième branche 14 à une deuxième portion 16 de la conduite principale 5.

Un premier organe de détente 17 est positionné sur la première branche 13 en aval du premier point de raccordement 12. Un deuxième échangeur thermique 18 est disposé entre le premier organe de détente 17 et le deuxième point de raccordement 15. Ce deuxième échangeur thermique 18 est configuré pour être traversé par un flux d’air intérieur destiné à l’habitacle du véhicule, le deuxième échangeur thermique 18 fonctionnant en évaporateur afin de refroidir ce flux d’air. Un troisième clapet anti-retour 19 est situé en aval du deuxième échangeur thermique 18. Le troisième clapet anti-retour 19 est configuré pour autoriser la circulation du fluide réfrigérant du deuxième échangeur thermique 18 vers le deuxième point de raccordement 15, et bloque la circulation en sens inverse.

Un deuxième organe de détente 20 est positionné sur la deuxième branche 14 en aval du premier point de raccordement 12. Un échangeur de chaleur 21 est disposé entre le deuxième organe de détente 20 et le deuxième point de raccordement 15. Cet échangeur de chaleur 21 est configuré pour être couplé thermiquement au dispositif de stockage électrique 2. En l’espèce, l’échangeur de chaleur 21 est configuré pour traiter thermiquement le dispositif de stockage électrique 2 indirectement. Le dispositif de stockage électrique 2 échange ses calories non pas directement par convection avec l’échangeur de chaleur 21, mais indirectement via la boucle de circulation 4 de fluide caloporteur. La boucle de circulation 4 de fluide caloporteur est en effet destinée à transporter vers l’échangeur de chaleur 21 les calories que le dispositif de stockage électrique 2 à échangé avec un troisième échangeur thermique 46.

Le dispositif de stockage électrique 2 a pour fonction de fournir une énergie électrique à un ou plusieurs moteurs électriques qui mettent en mouvement le véhicule. Un tel dispositif de stockage électrique 2 accumule ou restitue cette énergie électrique en vue de mettre en mouvement le véhicule, via le moteur électrique dédié. Il s’agit par exemple d’un pack de batteries regroupant plusieurs cellules électriques qui stockent le courant électrique.

La deuxième portion 16 de la conduite principale 5 est comprise entre le deuxième point de raccordement 15 et un dispositif de répartition 22 de fluide réfrigérant à cinq voies 24, 25, 26, 27, 28. Le dispositif de répartition 22 comprend un corps 23 au sein duquel on trouve une première voie 24, une deuxième voie 25, une troisième voie 26, une quatrième voie 27 et une cinquième voie 28.

Ces voies 24, 25, 26, 27, 28 sont en communication avec les branches du circuit 3 de fluide réfrigérant via des ports 29, 30, 31, 32, 33. La première voie 24 s’étend entre un premier port 29 et un deuxième port 30. La deuxième voie 25 s’étend entre le deuxième port 30 et un quatrième port 31. La troisième voie 26 s’étend entre un troisième port 32 et le premier port 29. La quatrième voie 27 s’étend entre le troisième port 32 et un cinquième port 33. La cinquième voie 28 s’étend entre le premier port 29 et le cinquième port 33. Selon le fonctionnement du circuit 3 de fluide réfrigérant, les ports du dispositif de répartition 22 opèrent en entrée et/ou en sortie. Ils sont alternativement soit ouverts soit fermés, selon la mise en œuvre du circuit 3 de fluide réfrigérant, comme cela sera décrit dans les figures 3 à 9. En l’espèce, le premier port 29 et le quatrième port 31, lorsqu’ils sont ouverts, sont des sorties du dispositif de répartition 22. Le deuxième port 30 et le troisième port 32, lorsqu’ils sont ouverts, sont des entrées du dispositif de répartition 22. Le cinquième port 33, lorsqu’il est ouvert, est alternativement une entrée ou une sortie.

Le premier port 29 lie la première voie 24, la troisième voie 26 et la cinquième voie 28 du dispositif de répartition 22 à la troisième branche 6 du circuit 3 de fluide réfrigérant. Ainsi, la troisième branche 6 s’étend entre le premier port 29 et le troisième point de raccordement 11. Sur la troisième branche 6, le premier dispositif de compression 7 est positionné de sorte à ce qu’une entrée 34 de ce premier dispositif de compression 7 est reliée au premier port 29.

Le deuxième port 30 lie la première voie 24 et la deuxième voie 25 à une quatrième branche 35 du circuit 3 de fluide réfrigérant. Cette quatrième branche 35 s’étend entre le deuxième port 30 et un quatrième point de raccordement 36. Un deuxième dispositif de compression 37 est positionné sur cette quatrième branche 35 de sorte à ce qu’une sortie 38 de ce deuxième dispositif de compression 37 est reliée au deuxième port 30.

On notera que le deuxième dispositif de compression 37 du fluide réfrigérant peut prendre la forme d’un compresseur électrique, c’est-à-dire d’un compresseur qui comprend un mécanisme de compression, un moteur électrique et une unité de contrôle et de conversion électrique. Le mécanisme de compression du deuxième dispositif de compression 37 est mis en rotation par le moteur électrique.

Le troisième port 32 lie la deuxième portion 16 de la conduite principale 5 à la troisième voie 26 et à la quatrième voie 27. La deuxième portion 16 de la conduite principale 5 s’étend donc du deuxième point de raccordement 15 au troisième port 32.

Le quatrième port 31 lie la deuxième voie 25 à une cinquième branche 39 du circuit 3 de fluide réfrigérant. La cinquième branche 39 s’étend entre le quatrième port 31 et le troisième point de raccordement 11. Ainsi, vu du fluide réfrigérant, le troisième point de raccordement 11 permet à la troisième branche 6 et la cinquième branche 39 de converger vers la première portion 10 de la conduite principale 5. Un deuxième clapet anti-retour 40 est positionné sur la cinquième branche 39. Il est configuré pour autoriser la circulation du fluide réfrigérant du quatrième port 31 vers le troisième point de raccordement 11, et bloque la circulation en sens inverse.

Le cinquième port 33 lie la quatrième voie 27 et la cinquième voie 28 à une sixième branche 41 du circuit 3 de fluide réfrigérant. La sixième branche 41 s’étend entre le cinquième port 33 et le quatrième point de raccordement 36. Le cinquième port 33 étant apte à fonctionner en entrée ou en sortie, cette sixième branche 41 est bidirectionnelle du point de vue du fluide réfrigérant.

Cette configuration fait que la quatrième branche 35, la première voie 24 et la troisième branche 6 sont en série. La quatrième branche 35, la deuxième voie 25 et la cinquième branche 39 sont en série. La deuxième portion 16 de la conduite principale 5, la troisième voie 26 et la troisième branche 6 sont en série. La deuxième portion 16 de la conduite principale 5, la quatrième voie 27 et la sixième branche 41 sont en série. La sixième branche 41, la cinquième voie 28 et la troisième branche 6 sont en série. Ainsi, le premier dispositif de compression 7 et le deuxième dispositif de compression 37 sont en parallèle ou en série entre le troisième port 32 et le troisième point de raccordement 11, selon le jeu d’ouverture et de fermeture des voies 24, 25, 26, 27, 28, empruntées ou non par le fluide réfrigérant.

Le circuit 3 de fluide réfrigérant comprend en outre une septième branche 42. Cette dernière s’étend entre le quatrième point de raccordement 36 et un cinquième point de raccordement 43. Le cinquième point de raccordement 43 est positionné sur la première branche 13, entre le deuxième échangeur thermique 18 et le troisième clapet anti-retour 19.

Lorsque le fluide réfrigérant circule du cinquième port 33 vers le quatrième point de raccordement 36, la sixième branche 41 et la quatrième branche 35 sont en série. Vu du fluide réfrigérant, le quatrième point de raccordement 36 est alors un point de convergence entre la septième branche 42 et la sixième branche 41.

Lorsque le fluide réfrigérant circule du quatrième point de raccordement 36 vers le cinquième port 33, la sixième branche 41 et la quatrième branche 35 sont en parallèle. Vu du fluide réfrigérant, le quatrième point de raccordement 36 est un point de divergence entre la sixième branche 41 et la quatrième branche 35.

La boucle de circulation 4 de fluide caloporteur est un circuit fermé qui comporte une conduite 44 de sorte à ce que les composants qu’elle relie sont disposés en série les uns par rapport aux autres.

La boucle de circulation 4 de fluide caloporteur comprend un moyen 45 de mise en circulation de fluide caloporteur, tel une pompe. Le moyen 45 de mise en circulation de fluide caloporteur est disposé en amont à l’échangeur de chaleur 21, selon le sens de circulation du fluide caloporteur dans la conduite 44. Le troisième échangeur thermique 46 est placé en aval de l’échangeur de chaleur 21. Ce troisième échangeur thermique 46 est placé en amont du moyen 45 de mise en circulation de fluide caloporteur. Le troisième échangeur thermique 46 est en contact physique avec le dispositif de stockage électrique 2 pour le traiter thermiquement, par exemple pour capter les calories qu’il dissipe. Ainsi, l’échangeur de chaleur 21 traite thermiquement le dispositif de stockage électrique 2 par l’intermédiaire du troisième échangeur thermique 46.

La figure 2 montre le système de traitement thermique 1 selon l’invention, dans un deuxième mode de réalisation. Ce deuxième mode de réalisation correspond au premier mode de réalisation décrit figure 1 auquel a été ajouté un premier échangeur de chaleur interne 47 et/ou un deuxième échangeur de chaleur interne 48. Le système de traitement thermique 1 selon l’invention est en effet configuré pour fonctionner avec deux échangeurs de chaleur interne 47, 48 comme montré en figure 2, ou sans échangeur de chaleur interne comme montré en figure 1, mais ces exemple sont non limitatifs, puisque le circuit 3 de fluide réfrigérant selon l’invention peut aussi comporter un unique échangeur de chaleur interne 47, 48.

Ainsi, le système de traitement thermique 1 de la figure 2 est tel que celui décrit en figure 1 si ce n’est la présence des deux échangeurs de chaleur interne 47, 48. De ce fait, seul le positionnement de ces deux échangeurs de chaleur interne 47, 48 au sein du circuit 3 de fluide réfrigérant est décrit ci-après, et on se reportera à la description ci-dessus pour la mise en œuvre des composants communs à ces deux modes de réalisation.

Le premier échangeur de chaleur interne 47 comprend deux passes 49, 50 constitutives du circuit 3 de fluide réfrigérant. Le deuxième échangeur de chaleur interne 48 comprend deux nappes 51, 52 constitutives du circuit 3 de fluide réfrigérant.

Une première nappe 51 et une première passe 49 sont en série sur la première branche 13. La première nappe 51 est positionnée entre le premier point de raccordement 12 et la première passe 49. La première passe 49 est située entre la première nappe 51 et le premier organe de détente 17.

Une deuxième nappe 52 et une deuxième passe 50 sont en série sur la deuxième branche 14. La deuxième nappe 52 est positionnée entre le deuxième organe de détente 20 et l’échangeur de chaleur 21. La deuxième passe 50 est située entre l’échangeur de chaleur et le deuxième point de raccordement 15.

Les modes de fonctionnement des figures 3 à 9 s’appliquent mutatis mutandis au circuit 3 de fluide réfrigérant selon le premier mode de réalisation tel que décrit à la figure 1, à l’exception des interactions relatives aux échangeurs de chaleur interne 47, 48.

La figure 3 illustre le système de traitement thermique 1 selon l’invention présenté en figure 2. Ce mode de fonctionnement permet le refroidissement simultané du dispositif de stockage électrique 2 et de l’habitacle du véhicule. Le premier dispositif de compression 7 et le deuxième dispositif de compression 37 fonctionnent en parallèle et de façon simultanée. Le premier dispositif de compression 7 est dédié au confort de l’habitacle et le deuxième dispositif de compression 37 est dédié au refroidissement du dispositif de stockage électrique 2. Cette configuration permet à l’échangeur de chaleur 21 et au deuxième échangeur thermique 18 de fonctionner à des niveaux différents de basse pression.

Dans cet exemple de fonctionnement, au niveau du dispositif de répartition 22 de fluide réfrigérant FR, le premier port 29, le quatrième port 31, le deuxième port 30, et le troisième port 32 sont ouverts. Le cinquième port 33 est fermé. Ainsi, le fluide réfrigérant FR circule dans la troisième voie 26 et dans la deuxième voie 25, et ne circule pas dans la première voie 24, dans la quatrième voie 27 et dans la cinquième voie 28.

Dans la quatrième branche 35, le fluide réfrigérant FR passe d’une basse pression et d’une basse température à une haute pression et une haute température grâce au deuxième dispositif de compression 37. Le fluide réfrigérant FR traverse le dispositif de répartition grâce à la deuxième voie 25, rejoignant la cinquième branche 39, qu’il parcourt jusqu’au troisième point de raccordement 11, via le deuxième clapet anti-retour 40 passant.

Dans la troisième branche 6, le fluide réfrigérant FR passe d’une basse pression et d’une deuxième basse température à une haute pression et une haute température grâce au premier dispositif de compression 7. Il traverse le premier clapet anti-retour 8 qui est passant avant de rejoindre le troisième point de raccordement 11.

Les deux portions des fluides réfrigérant FR, se mélangent au troisième point de raccordement 11. Le mélange parcourt alors la première portion 10 de la conduite principale 5 jusqu’au premier point de raccordement 12. En parcourant la première portion 10 de la conduite principale 5, il traverse le premier échangeur thermique 9 fonctionnant en condenseur. Un échange thermique s’y opère entre le fluide réfrigérant FR et le flux d’air extérieur FE au véhicule.

Le fluide réfrigérant FR, au premier point de raccordement 12, se réparti entre la première branche 13 et la deuxième branche 14.

Dans la première branche 13, le fluide réfrigérant FR intègre la première nappe 51 du deuxième échangeur de chaleur interne 48. Un échange thermique avec le fluide réfrigérant FR de la première passe 49 s’y opère de sorte à ce que les calories passent du fluide réfrigérant FR de la première nappe 51 vers le fluide réfrigérant FR la deuxième nappe 52. Puis le fluide réfrigérant FR intègre la première passe 49 du premier échangeur de chaleur interne 47. Un autre échange thermique avec le fluide réfrigérant FR, fluide réfrigérant FR dans la deuxième passe 50 cette fois, s’y opère : les calories passent du fluide réfrigérant FR la première passe 49 au fluide réfrigérant FR la deuxième passe 50. Alors, le fluide réfrigérant FR traverse le premier organe de détente 17, y subissant un abaissement de sa pression. H y passe d’un état de haute pression et de haute température à un état de basse pression et de basse température avant d’entrer dans le deuxième échangeur thermique 18.

Un échange thermique entre le fluide réfrigérant FR et le flux d’air FA destiné à l’habitacle du véhicule à lieu au niveau du deuxième échangeur thermique 18, ce dernier fonctionnant en évaporateur. Le flux d’air FA envoyé vers l’habitacle est ainsi refroidi.

Le troisième clapet anti-retour 19 est bloquant et empêche le fluide réfrigérant FR de circuler entre le deuxième point de raccordement 15 et le cinquième point de raccordement 43, la pression au deuxième point de raccordement 15 étant supérieure à la pression au cinquième point de raccordement 43. La fermeture du cinquième port 33 empêche la circulation du fluide réfrigérant FR dans la sixième branche 41. Dès lors, le fluide réfrigérant FR circule depuis le deuxième échangeur thermique 18 vers le deuxième dispositif de compression 37, en traversant successivement le cinquième point de raccordement 43, la septième branche 42, le quatrième point de raccordement 36, avant d’entrée dans la quatrième branche 35 pour terminer un cycle thermodynamique.

Dans la deuxième branche 14, le fluide réfrigérant FR subit une détente en passant au travers du deuxième organe de détente 20. Il y passe d’un état de haute pression et de haute température à un état de basse pression et de basse température avant d’intégrer la deuxième nappe 52 du deuxième échangeur de chaleur interne 48 où s’opère le transfert thermique tel que précédemment décrit. Puis, le fluide réfrigérant FR circule au travers de l’échangeur de chaleur 21 pour réaliser un échange thermique avec le fluide caloporteur FC de la boucle de fluide caloporteur FC, le fluide caloporteur FC circulant dans l’échangeur de chaleur 21, au sein de la boucle de circulation 4 du fluide caloporteur FC. Fe fluide réfrigérant FR capte les calories du fluide caloporteur FC, afin de refroidir le dispositif de stockage électrique 2, via le troisième échangeur thermique 46 de la boucle de circulation 4 du fluide caloporteur FC, l’échangeur de chaleur 21 fonctionnant alors en évaporateur.

Passé l’échangeur de chaleur 21, le fluide réfrigérant FR passe au travers de la deuxième passe 50 et opère un échange thermique avec le fluide réfrigérant FR de la première passe 49 comme précité. En aval de la deuxième passe 50, après le deuxième point de raccordement 15, le fluide réfrigérant FR circule dans la deuxième portion 16 de la conduite principale 5, en entrant dans le dispositif de répartition 22 via le troisième port 32. Empruntant la troisième voie 26, le fluide réfrigérant FR rejoint la troisième branche 6 via le premier port 29, puis le premier dispositif de compression 7 pour terminer un cycle thermodynamique.

Ainsi dans le mode de fonctionnement décrit en figure 3, le premier dispositif de compression 7 et le deuxième dispositif de compression 37 sont en parallèle entre le premier point de raccordement 12, divergeant, et le troisième point de raccordement 11, convergeant, du point de vue du fluide réfrigérant FR. Us sont tous deux alimentés par un fluide réfrigérant présentant une basse pression différente.

Les figures 4 et 5 illustrent le système de traitement thermique 1 selon l’invention présenté en figure 2. La figure 4 et la figure 5 peuvent illustrer deux modes de fonctionnement indépendants, dissociés. La figure 4 et la figure 5 peuvent également illustrer un même mode de fonctionnement séquentiel, divisé en deux séquences, une première séquence étant illustrée figure 4 et suivie d’une deuxième séquence illustrée en figure 5. Les deux modes de fonctionnement indépendants, comme le mode séquentiel, permettent le refroidissement simultané du dispositif de stockage électrique 2 et de l’habitacle du véhicule en ne faisant fonctionner qu’un seul compresseur.

Dans les modes de fonctionnement indépendants, soit le premier dispositif de compression 7, soit le deuxième dispositif de compression 37 a la charge de refroidir le dispositif de stockage électrique 2 et l’habitacle du véhicule. Les deux dispositifs de compression 7, 37 ne fonctionnent pas en même temps. La figure 4 montre un premier mode de fonctionnement indépendant où seul le premier dispositif de compression 7 est opérant. La figure 5 montre un deuxième mode de fonctionnement indépendant où seul le deuxième dispositif de compression 37 est opérant.

Dans le mode de fonctionnement séquentiel, le premier dispositif de compression 7 et le deuxième dispositif de compression 37 fonctionnent alternativement : dans la première séquence décrite en figure 4, seul le premier dispositif de compression 7 est opérant ; dans la deuxième séquence décrite en figure 5, seul le deuxième dispositif de compression 37 est opérant. La première séquence illustrée figure 4 et la deuxième séquence illustrée figure 5 se succèdent l’une l’autre, par l’ouverture et la fermeture alternées des ports 29, 30, 31, 32, 33 du dispositif de répartition 22, pour que toute la fonction de compression soit portée alternativement par l’un ou l’autre des dispositifs de compression 7, 37, évitant un fonctionnement simultané de ces derniers à des vitesses de rotation trop faibles. Ainsi, soit le premier dispositif de compression 7, soit le deuxième dispositif de compression 37 a la charge de refroidir le dispositif de stockage électrique 2 et l’habitacle du véhicule. Dans l’une et l’autre séquence, les basses pressions et les hautes pressions sont identiques.

Dans les exemples visés aux figures 4 et 5, le fluide réfrigérant LR circule comme précédemment décrit dans la figure 3 depuis le troisième point de raccordement 11 jusqu’au troisième port 32 d’une part, et jusqu’au quatrième point de raccordement 36 d’autre part.

Au niveau du dispositif de répartition 22 de fluide réfrigérant FR, et ce pour le premier mode de fonctionnement indépendant tout comme pour la première séquence du mode de fonctionnement séquentiel, illustrées figure 4, le premier port 29, le troisième port 32 et le cinquième port 33 sont ouverts. Le deuxième port 30 et le quatrième port 31 sont fermés. Ainsi, le fluide réfrigérant FR circule dans la troisième voie 26 et la cinquième voie 28, et ne circule pas dans la première voie 24, la deuxième voie 25 et la quatrième voie 27. Par ailleurs, le troisième clapet anti-retour 19 et le deuxième clapet anti-retour 40 sont bloquant, interdisant respectivement la circulation du fluide réfrigérant FR sur la première branche 13 entre le cinquième point de raccordement 43 et le deuxième point de raccordement 15, et dans la cinquième branche 39. Le premier clapet anti-retour 8 est quant à lui passant, permettant ainsi la circulation du fluide réfrigérant dans la troisième branche 6.

Dans la figure 4, le fluide réfrigérant FR entre dans le dispositif de répartition 22 par le cinquième port 33 qui sert d’entrée, et également par le troisième port 32, après avoir parcouru la sixième voie 41 depuis le quatrième point de raccordement 36. Le fluide réfrigérant FR qui traverse la cinquième voie 28 et celui qui traverse la troisième voie 26 convergent pour sortir du dispositif de compression au niveau du même port, le premier port 29. De ce premier port 29, le fluide réfrigérant FR subit une compression au niveau du premier dispositif de compression 7 avant de rejoindre le troisième point de raccordement 11.

Le fluide réfrigérant FR ne circule pas entre le cinquième point de raccordement 43 et le deuxième point de raccordement 15, ni dans la quatrième branche 35 et la cinquième branche 39. Le deuxième dispositif de compression 37 est à l’arrêt, n’aspirant pas le fluide réfrigérant FR dans la quatrième branche 35.

Au niveau du dispositif de répartition 22 de fluide réfrigérant FR, et ce pour le deuxième mode de fonctionnement indépendant tout comme pour la deuxième séquence du mode de fonctionnement séquentiel, illustrées figure 5, le deuxième port 30, le quatrième port 31, le troisième port 32 et le cinquième port 33 sont ouverts. Le premier port 29 est fermé. Ainsi, le fluide réfrigérant FR circule dans la quatrième voie 27 et la deuxième voie

25, et ne circule pas dans la première voie 24, dans la troisième voie 26 et la cinquième voie 28. Par ailleurs, le troisième clapet anti-retour 19 et le premier clapet anti-retour 8 sont bloquants, interdisant respectivement la circulation du fluide réfrigérant FR sur la première branche 13 entre le cinquième point de raccordement 43 et le deuxième point de raccordement 15, et dans la troisième branche 6. Le deuxième clapet anti-retour 40 est quant à lui ouvert permettant la circulation du fluide réfrigérant dans la cinquième branche 39.

Le fluide réfrigérant LR circule depuis le troisième port 32 vers le quatrième point de raccordement 36 via la quatrième voie 27 et le cinquième port 33. Le fluide réfrigérant LR circule en sens opposé dans la sixième branche 41 par rapport à ce qui a été décrit en figure 4. Au quatrième point de raccordement 36 convergent par ailleurs le fluide réfrigérant LR en provenance de la septième branche 42 en plus de celui provenant de la sixième branche 41. Depuis le quatrième point de raccordement 36, le fluide réfrigérant LR circule dans la quatrième branche 35 pour rejoindre le deuxième dispositif de compression 37 où il subit une compression. Le fluide réfrigérant rejoint alors le troisième point de raccordement 11, via la deuxième voie 25 et la cinquième branche 39.

Le fluide réfrigérant LR ne circule pas entre le cinquième point de raccordement 43 et le deuxième point de raccordement 15, ni dans la troisième branche 6. Le premier dispositif de compression 7 est ainsi à l’arrêt.

La figure 6 illustre le système de traitement thermique 1 selon l’invention présenté en figure 2. Ce mode de fonctionnement permet un refroidissement dédié à l’habitacle du véhicule. Le premier dispositif de compression 7 et le deuxième dispositif de compression 37 y fonctionnent en parallèle et de façon simultanée, à un même taux de compression. Cette configuration permet de générer dans un temps bref un important refroidissement du flux d’air LA destiné à l’habitacle, par exemple pour pré-conditionnement accéléré de l’habitacle.

Dans l’exemple de la figure 6, le fluide réfrigérant LR circule comme précédemment décrit dans la figure 3, excepté pour ce qui suit. Le deuxième organe de détente 20 est fermé pour bloquer la circulation du fluide caloporteur dans la deuxième branche 14, rendant l’échangeur de chaleur 21 inopérant, tout comme le premier échangeur de chaleur interne 47 et le deuxième échangeur de chaleur interne 48. Le troisième clapet anti-retour est quant à lui passant : le fluide réfrigérant FR diverge au niveau du cinquième point de raccordement 43, aspiré par le premier dispositif de compression 7 et le deuxième dispositif de compression 37. Le fluide réfrigérant traverse ainsi l’ensemble de la première branche 13, rejoignant le deuxième point de raccordement 15. Ainsi, le premier dispositif de compression 7 et le deuxième dispositif de compression 37 sont alimentés en parallèle par le fluide réfrigérant FR issu du deuxième échangeur thermique 18 qui fonctionne en évaporateur.

Dans le mode de fonctionnement décrit en figure 6, le premier dispositif de compression 7 et le deuxième dispositif de compression 37 sont en parallèle entre le cinquième point de raccordement 43, divergeant, et le troisième point de raccordement 11, convergeant, du point de vue du fluide réfrigérant FR.

La figure 7 illustre le système de traitement thermique 1 selon l’invention présenté en figure 2. Ce mode de fonctionnement permet un refroidissement dédié à l’habitacle du véhicule. Le premier dispositif de compression 7 et le deuxième dispositif de compression 37 y fonctionnent en série, pour comprimer séquentiellement le fluide réfrigérant FR les traversant successivement. Cette configuration permet de générer dans un temps bref un important refroidissement du flux d’air FA destiné à l’habitacle, notamment lorsque le véhicule est à l’arrêt ou au ralenti. Cette configuration permet donc au système de traitement thermique 1 de fonctionner à des points de fonctionnement à fort taux de compression basse pression basse et haute pression très haute. Ce cas de fonctionnement peut s’avérer très utile dans le cas d’usage du fluide réfrigérant FR R744 car cela permet de limiter la température de refoulement en sortie du deuxième compresseur?. On peut aussi imaginer refroidir par un artifice externe le refoulement du compresseur 37 pour limiter la consommation du compresseur 7.

Dans cet exemple de fonctionnement, au niveau du dispositif de répartition 22 de fluide réfrigérant FR, le premier port 29 et le deuxième port 30 sont ouverts. Le troisième port 32, le quatrième port 31 et cinquième port 33 sont fermés. Ainsi, le fluide réfrigérant FR circule dans la première voie 24, et ne circule pas dans la deuxième voie 25, la troisième voie 26, dans la quatrième voie 27 et la cinquième voie 28.

Par ailleurs, le deuxième clapet anti-retour 40 et le troisième clapet anti-retour 19 sont bloquants, et le deuxième organe de détente 20 est fermé. Le premier clapet anti retour 8 est quant à lui passant. De ce fait, l’échangeur de chaleur 21 est inopérant, tout comme le premier échangeur de chaleur interne 47 et le deuxième échangeur de chaleur interne 48. Le deuxième échangeur thermique 18 fonctionne en évaporateur.

Dans l’exemple de la figure 7, le fluide réfrigérant LR circule comme précédemment décrit dans la figure 6 depuis le troisième point de raccordement 11 jusqu’au cinquième point de raccordement 43. La boucle 4 de circulation de fluide caloporteur LC est comme décrite en figure 6.

Au cinquième point de raccordement 43, le fluide réfrigérant LR n’emprunte que la septième branche 42, aspiré par le deuxième dispositif de compression 37. Il traverse alors le quatrième point de raccordement 36 pour se retrouver dans la quatrième branche 35. Le fluide réfrigérant LR traverse le deuxième dispositif de compression 37, et subit une première détente. Il traverse ensuite le dispositif de répartition 22 via la première voie 24. Le fluide réfrigérant LR rejoint alors la troisième branche 6. Il y subit alors une deuxième détente en traversant le premier dispositif de compression 7. La haute pression est ainsi atteinte graduellement.

Grâce à la première voie 24, le deuxième dispositif de compression 37 est disposé en série du premier dispositif de compression 7, du point de vue du fluide réfrigérant LR. De ce fait, le fluide réfrigérant LR est amené à un premier niveau de haute pression grâce au deuxième dispositif de compression 37. Puis, ce fluide réfrigérant LR est élevé à un deuxième niveau de haute pression, plus important que le premier niveau de haute pression grâce au premier dispositif de compression 7. La haute pression obtenue de façon séquentielle permet d’obtenir une pression élevée à moindre effort et avec un niveau de nuisance sonore moindre qu’avec un dispositif de compression unique.

La figure 8 illustre le système de traitement thermique 1 selon l’invention présenté en figure 2. Ce mode de fonctionnement permet un refroidissement dédié au dispositif de stockage électrique 2. L’habitacle n’est pas traité lors du fonctionnement de ce mode.

Le premier dispositif de compression 7 et le deuxième dispositif de compression 37 y fonctionnent en parallèle, à un même taux de compression. Cette configuration permet de réduire la vitesse de rotation des dispositifs de compression 7, 37 comparée à un dispositif de compression unique.

Dans cet exemple de fonctionnement, au niveau du dispositif de répartition 22 de fluide réfrigérant FR, le premier port 29, le deuxième port 30, le troisième port 32, le quatrième port 31, et le troisième port 32 sont ouverts. Aucun port n’est fermé. Ainsi, le fluide réfrigérant FR circule dans chaque port. Par ailleurs, le premier organe de détente 17 est fermé et le troisième clapet anti-retour 19 est bloquant. De ce fait, le deuxième échangeur thermique 18 est inopérant, tout comme le premier échangeur de chaleur interne 47 et le deuxième échangeur de chaleur interne 48. L’échangeur de chaleur 21 fonctionne en évaporateur.

Dans l’exemple de la figure 8, le fluide réfrigérant FR circule comme précédemment décrit dans la figure 3 depuis chacun des dispositifs de compression 7, 37 jusqu’au premier point de raccordement 12. A partir de ce premier point de raccordement 12, le fluide réfrigérant n’emprunte que la deuxième branche 14. Le fluide réfrigérant FR traverse le deuxième organe de détente 20 où il subit une détente, passe la deuxième nappe 52 thermodynamiquement neutre, et l’échangeur de chaleur 21 où il opère indirectement le traitement thermique du dispositif de stockage électrique 2. Le fluide réfrigérant FR traverse la deuxième passe 50 avant de rejoindre le troisième port 32 via la deuxième portion 16 de la conduite principale 5. Depuis le troisième port 32, le fluide réfrigérant FR diverge. D’un côté il rejoint le premier dispositif de compression 7 après avoir passé la troisième voie 26. De l’autre côté, il emprunte la quatrième voie 27, la sixième branche 41 jusqu’au quatrième point de convergence 36. Du quatrième point de convergence 36, le fluide réfrigérant FR rejoint le deuxième dispositif de compression 37.

Ainsi dans le mode de fonctionnement décrit en figure 8, le premier dispositif de compression 7 et le deuxième dispositif de compression 37 sont en parallèle entre le troisième port 32, où le fluide réfrigérant FR diverge, et le troisième point de raccordement 11, convergeant, du point de vue du fluide réfrigérant FR.

La figure 9 illustre le système de traitement thermique 1 selon l’invention présenté en figure 2. Ce mode de fonctionnement permet un refroidissement dédié au dispositif de stockage électrique 2, sans traitement thermique de l’habitacle. Le premier dispositif de compression 7 et le deuxième dispositif de compression 37 y fonctionnent en série, pour comprimer en séquentiel le fluide réfrigérant FR les traversant successivement. Cette configuration permet de réduire la vitesse de rotation des premier dispositif de compression et deuxième dispositif de compression 37 comparé à un dispositif de compression unique, tout en fournissant un important refroidissement du dispositif de stockage électrique 2, nécessaire par exemple quand la température ambiante est importante.

Dans cet exemple de fonctionnement, au niveau du dispositif de répartition 22 de fluide réfrigérant FR, le premier port 29, le deuxième port 30, le troisième port 32 et le cinquième port 33 sont ouverts. Le quatrième port 31 est fermé. Ainsi, le fluide réfrigérant FR circule dans la première voie 24 et la quatrième voie 27, et ne circule pas dans la deuxième voie 25, la troisième voie 26 et la cinquième voie 28.

Dans l’exemple de la figure 9, le fluide réfrigérant FR circule comme précédemment décrit dans la figure 8 depuis le troisième point de raccordement 11 et jusqu’au troisième port 32. On se reportera à la description de la figure 8 pour la mise en œuvre de cette partie du circuit. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté pour des faibles températures ambiantes, voire négatives, pour la fonction dite chauffage. Le point d’aspiration du compresseur 37 est alors voisin de 1 bar et la pression de refoulement de 7 est voisine de 20 bars.

Au troisième port 32, le fluide réfrigérant FR traverse la quatrième voie 27 et le cinquième port 33. Passé le cinquième port 33, le fluide réfrigérant FR emprunte la sixième branche 41 et le quatrième point de raccordement 36 avant d’arriver dans la quatrième branche 35. Il subit alors une compression par l’intermédiaire du deuxième dispositif de compression 37. Alors en étant de haute pression et de haute température, il traverse la première voie 24 et la troisième banche 6 via le premier dispositif de compression 7 avant de rejoindre le troisième point de raccordement 11.

Grâce à la première voie 24, le deuxième dispositif de compression 37 est disposé en série du premier dispositif de compression 7, du point de vue du fluide réfrigérant FR. Ceci a pour effet l’obtention graduelle de la haute pression comme que ce qui a été décrit en figure 7.

On comprend à la lecture de ce qui précède que la présente invention propose circuit de fluide réfrigérant configuré pour mettre en œuvre une compression du fluide réfrigérant adaptée au fonctionnement désiré en vue de refroidir un habitacle et/ou un dispositif de stockage électrique. Ce circuit de fluide réfrigérant, par ailleurs compatible avec la charge rapide du véhicule, est en effet apte à délivrer un fort refroidissement tout en minimisant les nuisances sonores dues au dispositif de compression. L’efficacité de ce circuit de refroidissement trouve son utilité lorsque le circuit de refroidissement est sollicité pour refroidir rapidement et en un minimum de temps à la fois l’habitacle du véhicule et le 5 dispositif de stockage électrique.

L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tout moyen ou configuration équivalents et à toute combinaison technique opérant de tels moyens. En particulier, l’architecture du circuit de fluide réfrigérant peut être modifiée sans nuire à l’invention, dans la mesure où le circuit de 10 fluide réfrigérant, in fine, remplit les mêmes fonctionnalités que celles décrites dans ce document.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1, Circuit (3) de fluide réfrigérant (FR) d’un véhicule comprenant au moins une conduite principale (5) comprenant une première portion (10) et une deuxième portion (16), la conduite principale (5) étant disposée en série d’une première branche (13) et d’une deuxième branche (14), la première branche (13) et la deuxième branche (14) étant en parallèle et disposées entre la première portion (10) et la deuxième portion (16), la première portion (10) de la conduite principale (5) comprenant un premier échangeur thermique (9) agencé pour être traversé par un flux d’air extérieur (FE) à un habitacle du véhicule, la première branche (13) comprenant un premier organe de détente (17) et un deuxième échangeur thermique (18) configuré pour traiter thermiquement un flux d’air (FA) envoyé dans l’habitacle du véhicule, la deuxième branche (14) comprenant un deuxième organe de détente (20) et un échangeur de chaleur (21) couplé thermiquement à un dispositif de stockage électrique (2) du véhicule, le circuit (3) de fluide réfrigérant (FR) comprenant une troisième branche (6) qui comprend un premier dispositif de compression (7) et une quatrième branche (35) qui comprend un deuxième dispositif de compression (37), caractérisé en ce que le circuit (3) de fluide réfrigérant (FR) comprend un dispositif de répartition (22) du fluide réfrigérant (FR) à cinq voies (24, 25, 26, 27, 28), un premier port (29) du dispositif de répartition (22) étant raccordé à une entrée (34) du premier dispositif de compression (7), un deuxième port (30) du dispositif de répartition (22) étant raccordé à une sortie (38) du deuxième dispositif de compression (37).
2. 2, Circuit (3) de fluide réfrigérant (FR) selon la revendication 1, comprenant un premier point de raccordement (12) et un deuxième point de raccordement (15) entre lesquels s’étendent la première branche (13) et la deuxième branche (14), un troisième port (32) du dispositif de répartition (22) étant raccordé au deuxième point de raccordement (15) par la deuxième portion (16) de la conduite principale (5).
3. 3, Circuit (3) de fluide réfrigérant (FR) selon la revendication précédente, dans lequel une cinquième branche (39) s’étend entre un quatrième port (31) du dispositif de répartition (22) et un troisième point de raccordement (11), le troisième point de raccordement (11) reliant la première portion (10) de la conduite principale (5), la troisième branche (6) et la cinquième branche (39).
4. 4. Circuit (3) de fluide réfrigérant (FR) selon la revendication précédente, dans lequel une sixième branche (41) est comprise entre la quatrième branche (35) et un cinquième port (33) du dispositif de répartition (22).
5. 5. Circuit (3) de fluide réfrigérant (FR) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de répartition (22) comprend une première voie (24) qui s’étend entre le premier port (29) du dispositif de répartition (22) et le deuxième port (30) du dispositif de répartition (22).
6. 6. Circuit (3) de fluide réfrigérant (FR) selon les revendications 3 à 5, dans lequel le dispositif de répartition (22) comprend une deuxième voie (25) qui s’étend entre le deuxième port (30) du dispositif de répartition (22) et le quatrième port (31) du dispositif de répartition (22).
7. 7. Circuit (3) de fluide réfrigérant (FR) selon les revendications 2 à 6, dans lequel le dispositif de répartition (22) comprend une troisième voie (26) qui s’étend entre le troisième port (32) du dispositif de répartition (22) et le premier port (29) du dispositif de répartition (22).
8. 8. Circuit (3) de fluide réfrigérant (FR) selon les revendications 5 à 7, dans lequel le dispositif de répartition (22) comprend une quatrième voie (27) qui s’étend entre le troisième port (32) du dispositif de répartition (22) et le cinquième port (33) du dispositif de répartition (22).
9. 9. Circuit (3) de fluide réfrigérant (FR) selon les revendications 4 à 8, dans lequel le dispositif de répartition (22) comprend une cinquième voie (28) qui s’étend entre le cinquième port (33) du dispositif de répartition (22) et le premier port (29) du dispositif de répartition (22).
10. 10. Système de traitement thermique (1) d’un véhicule comprenant le circuit (3) de fluide réfrigérant (FR) selon l’une quelconque des revendications précédentes et une boucle de circulation (4) de fluide caloporteur (FC) comprenant un troisième échangeur thermique (46) configuré pour échanger thermiquement avec au moins un dispositif de stockage électrique (2) du véhicule, l’échangeur de chaleur (21) étant configuré pour être parcouru par le fluide réfrigérant (FR) et par le fluide caloporteur (FC).