Brevet FR2712850A1 — publié le 19950602

-Dispositif et procédé pour la production de flux thermiques dans un véhicule électrique L'invention concerne l'utilisation, pour la production de flux thermiques dans un véhicule électrique, de systèmes de stockage d'énergie faisant appel à des réactions chimiques ou à des phénomènes d'adsorption ou d'absorption, tels que ceux décrits dans EP-A-0 307 297 et EP-A-O 382 586 par exemple. Le hut de l'invention est de proposer des solutions concrètes dans ce domaine en voie d'exploration. L'ir.vention vise notamment un dispositif pour la production de flux thermiques dans un véhicule électrique, comprenant un premier réacteur contenant un premier réactif solide propre à se combiner avec un fluide réactif par une réaction exothermique réversible, une source de fluide réactif propre à produire ledit fluide réactif par un phénomène endothermiqe réversible, des moyens pour transférer le fluide réactif de ladite source audit premier réacteur et inversement., un circuit de fluide caloporteur comprenant une première branche en contact thermique avec le premier réacteur, une seconde branche en contact thermique avec la source de fluide réactif, une troisième branche propre à échanger de la chaleur avec un courant d'air destiné à être envoyé dans l'habitacle du véhicule, une quatrième branche propre à échanger de la chaleur avec un milieu extérieur à l'hc-titacle, et des moyens de commutation propres à établir au c:hoix au moins deux configurations distinctes du circuit de fluide caloporteur, à savoir une première configuration dan. laquelle ce circuit est divisé en deux sous-circuits independants, l'un contenant les première et quatrième brar.ches et l'autre contenant les seconde et troisième branches, et une seconde configuration dans laquelle les prenliè re , seconde, troisième et quatrième branches sont en série. D'autres caractéristiques, complémentaires ou alternatives, de l'invention sont énoncées ci-après - Lc. source de fluide réactif est un évaporateur. - Le. source de fluide réactif est un second réacteur dans lequel 1 se produit une réaction endothermique réversible donr.ant naissance audit fluide réactif et à un second réactif solide. - Ledit milieu extérieur est l'atmosphère. - D-.ns la seconde configuration, le fluide caloporteur circule successivement dans les première, troisième, seconde et quatrième branches. - Les moyens de commutation comprennent une première vanne à quat.re voies propre à mettre les sorties des première et seconde branches en communication respectivement avec les entrées des quatrième et troisième branches dans la première configuration et avec les entrées des troisième et quatrième branches dans la seconde configuration. - Les moyens de commutation comprennent une seconde vanne à quat.re voies propre à coopérer avec la première vanne à quat.re voies pour établir soit une troisième configuration du circuit de fluide caloporteur dans laquelle un troisième sous-circuit contient les seconde et quatrième branches à l'exclusion des première et troisième branches, soit une quatrième configuration du circuit de fluide caloporteur dans laquelle un quatrième sous-circuit contient les seconde et troisième branches à l'exclusion des première et quatrième brar.ches. - Le. seconde vanne à quatre voies est une vanne de mélange propre à mélanger, dans la seconde configuration, une fraction du débit de fluide provenant de la quatrième branche au fluide provenant de la troisième branche pour introduire le mélange dans la seconde branche. L'invention a également pour objet un procédé pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule électrique utilisant le dispositif défini ci-dessus, les première et seconde configurations étant établies respectivement pour le refroidissement et pour le chauffage de l'habitacle lors de la marche du véhicule. Les troisième et quatrième configurations peuvent alors être établies respectivement pour dissiper à l'atmosphère et dans l'hc-titacle la chaleur dégagée par la source de gaz réactif lorC de la régénération du dispositif à l'arrêt du véhicule. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - les figures la, lb, lc et ld sont des schémas montrant un dispositif selon le premier mode de réalisation de l'inventison, dans les quatre configurations du circuit de fluide calcporteur; - la figure le, analogue à la figure lb, illustre une variante de ce dispositif. Le clispositif illustré aux figures la à ld, destiné à la climatisation d'un véhicule électrique, utilise un système de stockage d'énergie comprenant un réacteur 1 et un évaporateur-condenseur 2 reliés entre eux par une conduite 3 sur laquelle est interposée une vanne commandée 4. Lorsque la vanne 4 est ouverte, le système peut fonctionner selon une phase de production ou de libération d'énergie, et selon une phase de régénération ou d'emmagasinage d'énergie. Dans la phaE.e de production, un fluide réactif se vaporise dans l'évaporateur 2 en consommant de la chaleur. Le froid produit peut. être évacué par un fluide caloporteur circulant à travers l'évaporateur dans une conduite 6. Le fluide vaporisé est transféré par la conduite 3 dans le réacteur 1 où il se combine, par une réaction chimique (ou une absorption) ou par un phénomène physico-chimique tel qu'une adsorption, avec un réactif solide présent dans le réacteur. La chaleur dégagée par cette réaction exothermique peut être évacuée par un fluide caloporteur circulant à travers le réacteur dans une conduite 5. Dans. la phase de régénération, de la chaleur est fournie au réacteur 1 par une source de chaleur non représentée. Le fluide réactif se dissocie du réactif solide et est renvoyé vers l'évaporateur 2, qui joue alors le rôle de condenseur et dégage de la chaleur qui peut être évacuée par le fluide calc,porteur circulant dans la conduite 6. Comme connu en soi, l'élément 2 servant tantôt d'évaporateur, tant.ôt de condenseur, peut être remplacé par un évaporateur et un condenseur séparés formant avec le réacteur 1 un circuit triangulaire dans lequel la conduite reliant le réacteur et l'évaporateur est fermée lors de la régénération. De façon également connue en soi, l'évaporateur/condensateur 2 peut être remplacé par un second réacteur contenant un réactif solide analogue à celui du réacteur 1 et pouvant se combiner avec le gaz réactif par une réaction exothermique réversible, la pression d'équilibre de la réaction étant plus élevée pour le second réacteur que pour le réacteur 1, pour une température donnée. Les conduites 5 et 6, munies de pompes de circulation respectives 7 et 8, sont reliées par l'intermédiaire de deux vanr.es à quatre voies 9 et 10 à deux autres conduites 11 et 12 pour former un circuit de fluide caloporteur à configuratior. variable. La conduite 11 traverse un échangeur de chialeur 13 interposé sur le trajet d'un courant d'air, qui est produit par un ventilateur 14 et peut être envoyé de façon connue dans différents endroits de l'habitacle du véhicule, selon des flèches F, à travers des tubulures respectives 16. La branche 12 traverse de la même façon un éche.ngeur de chaleur 17 placé à l'extérieur de l'habitacle et qui peut être balayé par un courant d'air produit par un ventilateur 18. La vanne 9 est reliée aux extrémités aval des branches 5 et 6 et la vanne 10 à leurs extrémités amont. La figure la illustre la configuration du circuit de fluide caloporteur utilisée en été pour le refroidissement de l'he.bitacle. La vanne 9, dans une position a, relie les extrémités aval des conduites 5 et 6 aux extrémités amont des conduites 12 et 11 respectivement, tandis que la vanne 10, dan sa position a, relie les extrémités amont des branches 5 et. 6 aux extrémités aval des branches 12 et 11 respectivement.. Le circuit de fluide caloporteur est donc divisé en deux sous-circuits indépendants, dans lesquels le fluide circule sous l'effet des pompes 7 et 8 respectivement. Le fluide circulant dans le sous-circuit 6, 11 est refroidi par l'évaporateur 2 et refroidit à son tour le courant d'air produit par le ventilateur 14, assurant ainsi le refroidissement. de l'habitacle. La chaleur dégagée par le réacteur 1 est évac:uée à l'atmosphère par l'intermédiaire du fluide circulant. dans le sous-circuit 5, 12, de l'échangeur de chaleur 17 et u courant d'air produit par le ventilateur 18. Dans la configuration illustrée à la figure lb, utilisée pour le chauffage de l'habitacle en hiver, la vanne 10 conserve sa position a tandis que la vanne 9 se trouve dans une position d dans laquelle elle relie les extrémités aval des branches 5 et 6 aux extrémités amont des branches 11 et 12 respectivement.. Dans ces conditions, les quatre branches 5, 11, 6 et 12 sont. disposées en série et sont parcourues dans cet ordre par le fluide caloporteur. Le fluide caloporteur chauffé par le réacteur 1 chauffe à son tour le courant d'air produit par le ventilateur 14 et envoyé dans l'habitacle. Il conserve néanmoins une température sensiblement plus élevée que celle de l'air ambiant par temps froid. Son utilisation comme source de chaleur pour l'évaporateur évite les problèmes de givrage rencontrés lorsqu'on utilise à cet effet l'air atmcïsphérique. Le fluide caloporteur froid traverse ensuite l'échangeur de chaleur 17, le ventilateur 18 étant hors service, avant d'être renvoyé dans le réacteur 1. Les modes de production de froid et de chaleur utilisant les configurations des figures la et lb épuisent l'énergie stockée dans le système 1-4, nécessitant une régénération. Cett.e régénération s'effectue par apport de chaleur au réacteur 1, par exemple grâce à des résistances électriques non représentées prévues dans celui-ci et qui sont alimentées en c:ourant pendant la recharge des batteries de traction du véhicule. La configuration illustrée à la figure lc peut être utilisée pour la régénération en été. La vanne 9 est dans la position d, et la vanne 10 est également dans une position b raccordant. l'extrémité amont de la conduite 6 et l'extrémité aval de ].a conduite 12. Le fluide caloporteur circule alors dans un sous-circuit composé de ces deux branches, sous l'action de la pompe 8, dissipant ainsi dans l'atmosphère, par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 17 et du courant d'air produit par le ventilateur 18, la chaleur dégagée par l'évaporateur 2 fonctionnant en condenseur. La pompe 7 étant arrêtée, aucun fluide ne circule dans les branches 5 et 11. Dans la configuration selon la figure ld, utilisée pour la régcnération en hiver, les vannes 9 et 10 sont toutes deux dans. leur position a. Le fluide caloporteur circule sous l'action de la pompe 8 dans un sous-circuit composé des brar.ches 6 et 11. La chaleur dégagée par le condenseur 2 est utilisée pour préchauffer l'habitacle. La pompe 7 est encore arrêtée, de sorte qu'aucun fluide ne circule dans les brar.ches 5 et 12. L'er.semble du dispositif est piloté par des moyens électroniqueL. de commande 19. Le dispositif des figures la à ld est simple dans sa structure. Il peut être muni d'un tableau de commande placé sur la planche de bord du véhicule et permettant. à l'utilisateur de sélectionner les différents paramètreE de fonctionnement. Comme il l'a été indiqué, dans la configuration selon la figure lb, la circulation dans l'évaporateur 2 du fluide chauffé par le réacteur 1 évite tout risque de givrage dans l'évaporateur. Cependant, pour certains couples gaz réactif/ solide, si la température du fluide caloporteur arrivant à l'évaporateur est trop élevée, il en résulte une augmentation continue indésirable des températures dans l'évaporateur et dans le réacteur. Pour éviter cet inconvénient, dans la variante du dispositif illustré à la figure le, on utilise en tant que vanne à quatre voies 10 une vanne dite mélangeuse ou de mélange, telle que celle décrite dans la Demande de Brevet français No 93 07650 au nom de la Demanderesse. Cette vanne comporte des moyens de réglage permettant un passage continu d'une position a correspondant à la figure la, dans laquelle les conduites 11 et 12 sont reliées respectivement aux conduites 6 et 5, à une position d correspondant à la figure îc dans laquelle la conduite 12 est reliée à la conduite 6 et les conduites 5 et 11 sont isolées. Dans les positions intermédiaires c, comme illustré à la figure le, des débits variables de fluide circulent, à travers la vanne 10; de la conduite 11 à la conduite 6, de la conduite 12 à la conduite 5 et de la conduite 12 à la conduite 6. Pour maintenir l'égalité des débits dans les différentes branches, il est prévu une conduite de dérivation 20 partant de la conduite 11, en aval de l'échangeur 13, et aboutissant à la conduite 5, en amont du réacteur 1. Le réglage de la vanne de mélange permet de maîtriser la température du fluide envoyé à l'évaporateur et par conséquent de stabiliser le fonctionnement du système. Revendications 1. Dispositif pour la production de flux thermiques dans un véhicule électrique, comprenant un premier réacteur (1) cont.enant un premier réactif solide propre à se combiner avec un fluide réactif par une réaction exothermique réversible, une source (2) de fluide réactif propre à produire ledit fluide réactif par un phénomène endothermique réversible, des moyens (3,4) pour transférer le fluide réactif de ladite source audit premier réacteur et inversement, un circuit de fluide caloporteur comprenant une première branche (5) en cont.act thermique avec le premier réacteur, une seconde brar.che (6) en contact thermique avec la source de fluide réactif, une troisième branche (11) propre à échanger de la chaleur avec un courant d'air (F) destiné à être envoyé dans l'he.bitacle du véhicule, une quatrième branche (12) propre à échanger de la chaleur avec un milieu extérieur à l'habitacle, et des moyens de commutation (9,10) propres à établir au choix au moins deux configurations distinctes du circuit de fluide caloporteur, à savoir une première configuration dans laquelle ce circuit est divisé en deux sous-circuits indépendants, l'un contenant les première et quatrième branches (5,12) et l'autre contenant les seconde et troisième branches (6,11), et une seconde configuration dans laquelle les première, seconde, troisième et quatrième branches sont en série. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de fluide réactif est un évaporateur (2). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de fluide réactif est un second réacteur dans lequel se produit une réaction endothermique réversible donr.ant naissance audit fluide réactif et à un second réactif solide. 4. Dispositif de climatisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit milieu extérieur est l'atmosphère. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans la seconde configuration, le fluide caloporteur circule successivement dans les première, troisième, seconde et quatrième branches (5,11,6,12). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent une première vanne à quatre voies (9) propre à mettre les sorties des première et seconde branches (5,6) en communication respectivement avec les entrées des quatrième et troisième branches (12,11) dans la première configuration et avec les entrées des troisième et quatrième branches dans la seconde configuration. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent une seconde vanne à quatre voies (10) propre à coopérer avec la première vanne à quatre voies pour établir soit une troisième configuration du circuit de fluide caloporteur dans laquelle un troisième sous-circuit contient les seconde et quatrième branches (6,12) à l'exclusion des première et troisième branches (5,11), soit une quatrième configuration du circuit de fluide caloporteur dans laquelle un quatrième sous-circuit contient les seconde et troisième branches (6,11) à l'exclusion des première et quatrième branches (5,12). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la seconde vanne à quatre voies (10) est une vanne de mélange propre à mélanger, dans la seconde configuration, une fraction du débit de fluide provenant de la quatrième branche (12) au fluide provenant de la troisième branche (11) pour introduire le mélange dans la seconde branche (6). 9. Procédé pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule électrique utilisant le dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, les première et seconde configurations étant établies respectivement pour le refroidissement et pour le chauffage de l'habitacle lors de la marche du véhicule. 10. Procédé selon la revendication 9 utilisant le dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les troisième et quatrième configurations sont établies respectivement pour dissiper à l'atmosphère et dans l'habitacle la chaleur dégagée par la source (2) de gaz réactif lors de la régénération du dispositif à l'arrêt du véhicule.