Brevet FR3028015A1 — publié le 20160506

Dispositif de gestion thermique de véhicule automobile La présente invention concerne les dispositifs de gestion thermique et plus 5 particulièrement les dispositifs de gestion thermique comportant des changements de phase d'un fluide caloporteur dans le domaine automobile. Les dispositifs de gestion thermique comportant des changements de phase d'un fluide caloporteur comportent généralement deux échangeurs thermiques, un compresseur et un détendeur. Un premier échangeur thermique est placé au contact 10 de l'air extérieur et un deuxième échangeur thermique est placé dans le flux d'air alimentant l'habitacle. Le dispositif de gestion thermique, par exemple un dispositif de climatisation réversible, peut notamment fonctionner dans un mode de climatisation où de l'énergie calorifique est absorbée par le deuxième échangeur thermique qui joue un rôle d'évaporateur dans le flux d'air alimentant l'habitacle afin 15 de le refroidir. Cette énergie calorifique est ensuite relâchée par le premier échangeur thermique dans l'air extérieur qui joue un rôle de condenseur. Le dispositif de climatisation peut également fonctionner dans un mode de pompe à chaleur où de l'énergie calorifique est absorbée par le premier échangeur thermique dans l'air extérieur, il joue alors un rôle d'évaporateur. Cette énergie calorifique est ensuite 20 relâchée dans le flux d'air alimentant l'habitacle, généralement par un troisième échangeur thermique qui joue le rôle de condenseur, afin de le réchauffer. Les échangeurs thermiques comportent un faisceau d'échange composé de tubes à l'intérieur desquels circule le fluide caloporteur. Ces échangeurs thermiques peuvent comporter un certain nombre de passes correspondant au nombre de fois où le fluide 25 caloporteur traverse le faisceau d'échange de chaleur. Dans un cycle de refroidissement, en sortie de l'évaporateur, le fluide caloporteur est dans un état de vapeur surchauffée. Cette surchauffe, nécessaire au fonctionnement du dispositif de gestion thermique afin qu'aucun fluide à l'état liquide ne pénètre dans le compresseur. Le fait d'amener le fluide caloporteur dans 30 un état de vapeur surchauffée s'effectue généralement lors de la dernière passe du fluide caloporteur au sein de l'évaporateur. Cette surchauffe du fluide caloporteur entraîne néanmoins une diminution de l'efficacité de l'évaporateur par rapport à sa capacité, car la dernière passe en son sein est dédiée à la surchauffe du fluide caloporteur. De plus, le fait de consacrer cette dernière passe à la surchauffe du fluide caloporteur entraîne également une inhomogénéité de la température de l'évaporateur, cette dernière passe étant plus chaude. Afin d'augmenter la puissance du dispositif de gestion thermique, il est connu 5 d'ajouter un échangeur de chaleur interne entre l'évaporateur et le condenseur afin qu'il y ait un échange de chaleur entre le fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur et le fluide caloporteur en provenance du condenseur. L'échangeur de chaleur interne est généralement placé en amont du détendeur sur le conduit de fluide caloporteur en provenance du condenseur, et en aval du compresseur sur le 10 conduit de fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur. Ainsi, un des buts de l'invention est de remédier aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un dispositif de gestion thermique amélioré. La présente invention concerne donc un dispositif de gestion thermique dans lequel circule un fluide caloporteur et comportant : 15 - un détendeur comportant une sonde thermostatique et un organe de détente, - un évaporateur placé en aval du détendeur et relié une entrée de fluide caloporteur du compresseur, - un échangeur de chaleur interne, 20 la sonde thermostatique du détendeur étant placée au contact du fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur en aval de l'échangeur de chaleur interne. Cette position de la sonde thermostatique permet une meilleure homogénéité de température sur toute la surface de l'évaporateur pour le refroidissement et permet une meilleure efficacité de l'évaporateur. 25 Selon un aspect de l'invention, le dispositif de gestion thermique comporte en outre : - un compresseur, et - un condenseur placé en aval dudit compresseur, l'évaporateur étant placé en aval du détendeur et étant relié à une entrée de fluide 30 caloporteur du compresseur, l'échangeur de chaleur interne permettant un échange de calories entre le fluide caloporteur en provenance du condenseur et le fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur. Selon un autre aspect de l'invention, le détendeur comporte une première entrée et une première sortie de fluide caloporteur en provenance du condenseur entre lesquelles est placé l'organe de détente et une deuxième entrée et une deuxième sortie de fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur, la sonde thermostatique étant placée au sein du détendeur entre la deuxième entrée et la deuxième sortie de fluide caloporteur. Selon un autre aspect de l'invention, le fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur passe par l'échangeur de chaleur interne avant de rejoindre la deuxième entrée de fluide caloporteur du détendeur, le fluide caloporteur en provenance du condenseur passe par l'échangeur de chaleur interne avant de rejoindre la première entrée de fluide caloporteur du détendeur. Selon un autre aspect de l'invention, l'échangeur de chaleur interne est intégré au sein du détendeur, ledit échangeur de chaleur interne étant placé en amont de l'organe de détente et la sonde thermostatique étant placée en aval de l'échangeur de chaleur interne et reliée à l'organe de détente par un capillaire. Selon un autre aspect de l'invention, le détendeur comporte une première entrée et une première sortie de fluide caloporteur en provenance du condenseur et la sonde thermostatique est externe, reliée à l'organe de détente par un capillaire. Selon un autre aspect de l'invention, l'échangeur de chaleur interne est placé 20 en amont de la première entrée du détendeur et la sonde thermostatique externe est placée en aval de l'échangeur de chaleur interne au contact fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur. La présente invention concerne également un dispositif de gestion thermique tel que décrit précédemment pour une utilisation en tant que dispositif de 25 climatisation. La présente invention concerne également un dispositif de gestion thermique tel que décrit précédemment pour une utilisation en tant que dispositif de gestion thermique de batteries. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus 30 clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 montre une représentation schématique générale d'un dispositif de gestion thermique selon l'invention, - la figure 2 montre une représentation schématique des branchements au niveau d'un détendeur selon un premier mode de réalisation d'un dispositif de gestion thermique selon l'invention, - la figure 3 montre une représentation schématique des branchements 5 au niveau d'un détendeur selon un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de gestion thermique selon l'invention, - la figure 4 montre une représentation schématique des branchements au niveau d'un détendeur selon un troisième mode de réalisation d'un dispositif de gestion thermique selon l'invention, 10 - la figure 5 montre un diagramme de Mollier du fluide caloporteur circulant dans différents dispositifs de gestion thermique. Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Dans la présente description, on entend par « placé en amont » qu'un élément 15 est placé avant un autre par rapport au sens de circulation du fluide caloporteur. A contrario, on entend par « placé en aval » qu'un élément est placé après un autre par rapport au sens de circulation du fluide caloporteur. Comme le montre la figure 1, un dispositif de gestion thermique 1 comportant 20 des changements de phase du fluide caloporteur comprend généralement : - un compresseur 3, - un condenseur 5 placé en aval dudit compresseur 3, - un détendeur 7 placé en aval dudit condenseur 5 et comportant une sonde thermostatique 74 et un organe de détente 73 (voir figures 2, 3 et 4), 25 - un évaporateur 9 placé en aval du détendeur 7 et relié une entrée de fluide caloporteur du compresseur 3, - un échangeur de chaleur interne 11 permettant un échange de calorie entre le fluide caloporteur en provenance du condenseur 5 et le fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur 9. 30 Le dispositif de gestion thermique 1 peut également comporter une bouteille dessicante qui permet la déshydratation 12 du fluide caloporteur. Cette bouteille dessicante 12 est par exemple placée entre le condenseur 5 et l'échangeur de chaleur interne 11. Ce dispositif de gestion thermique 1 permet par exemple de capter de l'énergie calorifique à de l'air traversant l'évaporateur 9 notamment dans le cas d'un dispositif de climatisation, ou alors capter de l'énergie calorifique à une batterie étant au contact d'une plaque d'échange thermique jouant le rôle d'évaporateur 9 ou encore à une batterie étant au contact d'un évaporateur 9 dans le cas d'un dispositif de gestion thermique de batteries. A contrario, ce dispositif de gestion thermique 1 permet par exemple de restituer de l'énergie calorifique à de l'air traversant l'évaporateur 9 notamment dans le cas d'un dispositif de climatisation, ou alors capter de l'énergie calorifique à une batterie étant au contact d'une plaque d'échange thermique jouant le rôle d'évaporateur 9 ou encore à une batterie étant au contact d'un évaporateur 9 dans le cas d'un dispositif de gestion thermique de batteries. Ce dégagement d'énergie calorifique au niveau du condenseur 5 et cette absorption d'énergie calorifique au niveau de l'évaporateur 9 est expliqué par le diagramme enthalpique ou diagramme de Mollier montré sur la figure 5. Sur la figure 5, le fluide caloporteur est le 1,1,1,2-tétrafluoroéthane (R-134a). 20 Cependant il est tout à fait possible d'utiliser un autre fluide caloporteur couramment utilisé dans le domaine automobile comme par exemple le 2,3,3,3-tétrafluoropropène (R-1234y0 ou le dioxyde de carbone (R744). Pour un cycle classique sans échangeur de chaleur interne 11 (représenté en trait plein sur la figure 5) : 25 - Au niveau du détendeur 7, le fluide caloporteur liquide subit une baisse de sa pression illustrée par le trait 7o. Il traverse ainsi sa courbe de saturation pour passer de la phase liquide à un mélange liquide et vapeur. - Le fluide caloporteur arrive ensuite au niveau de l'évaporateur 9 et 30 gagne de l'énergie calorifique, son enthalpie augmente donc comme le montre le trait 90 et le fluide caloporteur liquide passe en phase gazeuse. Au sein de l'évaporateur 9, le fluide caloporteur dépasse la courbe de saturation wo pour passer dans un état de vapeur surchauffée. - Le fluide caloporteur passe ensuite par le compresseur 3 où sa pression et son enthalpie augmentent comme le montre le trait 30. - Le fluide caloporteur arrive ensuite au niveau du condenseur 5 où son enthalpie diminue et donc où il restitue de l'énergie calorifique. Le fluide caloporteur passe une première fois sa courbe de saturation pour passer d'un état gazeux surchauffé à un mélange liquide et vapeur et une deuxième fois pour passer d'un mélange liquide et vapeur à un état de liquide sous refroidit. - Le fluide rejoint ensuite le détendeur pour un nouveau cycle. L'ajout d'un échangeur de chaleur interne 11 au sein du dispositif de gestion thermique, montré par le cycle en pointillés continus, permet une surchauffe plus importante, illustrée par la portion 130 avant l'entrée dans le compresseur 3. Cette surchauffe est obtenue par un transfert d'enthalpie, illustré par la double flèche 110. De l'enthalpie est prélevée au fluide caloporteur en sortie du condenseur 5 pour être ajoutée au fluide caloporteur en sortie de l'évaporateur 9. Le fluide caloporteur à haute pression venant du condenseur 5 est ainsi refroidi par le fluide caloporteur à basse pression venant de l'évaporateur 9 au niveau de l'échangeur de chaleur interne 11. Cet ajout augmente la puissance de l'évaporateur 3 du fait qu'en sortie du détendeur 7, l'enthalpie est encore plus basse. Selon l'invention, la sonde thermostatique 74 du détendeur 7 est placée au contact du fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur 9 en aval de l'échangeur de chaleur interne 11. Cette configuration permet de modifier le cycle sur le diagramme de Mollier de la figure 5. Cette configuration est illustrée par le cycle en pointillés discontinus. Du fait de la présence de l'échangeur de chaleur interne ii, il y a toujours un échange d'énergie calorifique entre le fluide caloporteur en sortie du condenseur 5 et 30 le fluide caloporteur en sortie de l'évaporateur 9. Cela augmente également la puissance de l'évaporateur 3 du fait qu'en sortie du détendeur 7, l'enthalpie est encore plus basse. Cependant, l'énergie calorifique prélevée au fluide caloporteur en sortie du condenseur 5 n'est pas utilisée pour s'additionner à la surchauffe effectuée dans l'évaporateur 9. En effet, ici cette énergie calorifique est uniquement utilisée pour surchauffer le fluide caloporteur à l'état gazeux en sortie de l'évaporateur 9. En sortie dudit évaporateur 9, le fluide caloporteur vient seulement de dépasser sa courbe de saturation 100 et n'est pas encore surchauffé. Par conséquent, du fait que l'évaporateur 9 n'est plus utilisé pour réaliser la surchauffe du fluide caloporteur, on a une meilleure homogénéité de température sur toute la surface de l'évaporateur 9 pour le refroidissement de l'élément au contact de ce dernier, par exemple de l'air ou alors une batterie. De plus, l'évaporateur 9 est également plus efficace, en effet la dernière passe du fluide caloporteur en son sein n'est plus consacrée à la surchauffe dudit fluide caloporteur, mais à un échange d'énergie calorifique standard. Le détendeur 7 peut être un détendeur couramment utilisé dans le domaine automobile (voir figure 2), c'est-à-dire comportant : - une première entrée 7ia et une première sortie 71b de fluide caloporteur 15 en provenance du condenseur 5 entre lesquelles est placé l'organe de détente 73 et, - une deuxième entrée 72a et une deuxième sortie 72b de fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur 9. La sonde thermostatique 74 est alors placée au sein du détendeur 7 entre la deuxième entrée 72a et la deuxième sortie 72b de fluide caloporteur. Elle mesure 20 alors la température du fluide caloporteur à ce niveau et transmet cette mesure à l'organe de détente 73 qui détend le fluide caloporteur en provenance du condenseur 5 en conséquence. Afin que ladite sonde thermostatique 74 soit placée en aval de l'échangeur de chaleur interne 11, il est nécessaire que le fluide caloporteur en provenance de 25 l'évaporateur 9 passe par l'échangeur de chaleur interne 11 avant de rejoindre la deuxième entrée 72a de fluide caloporteur du détendeur 7 et que le fluide caloporteur en provenance du condenseur 5 passe par l'échangeur de chaleur interne 11 avant de rejoindre la première entrée 7ia de fluide caloporteur du détendeur 7. Selon un deuxième mode de réalisation, illustré à la figure 3, l'échangeur de 30 chaleur interne 11 est intégré au sein du détendeur 7. L'échangeur de chaleur interne 11 est alors placé en amont de l'organe de détente 73 et la sonde thermostatique 74 est placée en aval de l'échangeur de chaleur interne 11. Cette dernière est reliée à l'organe de détente 73 par un capillaire 75 afin de transmettre à l'organe de détente 73 la température enregistrée par la sonde thermostatique 74. Selon un troisième mode de réalisation, illustré à la figure 4, le détendeur 7 comporte une première entrée 7ia et une première sortie 71b de fluide caloporteur en 5 provenance du condenseur 5 et une sonde thermostatique 74 externe. Cette sonde thermostatique 74 externe est reliée à l'organe de détente 73 par un capillaire 75. Dans ce mode de réalisation, l'échangeur de chaleur interne 11 est placé en amont de la première entrée 7ia du détendeur 7. La sonde thermostatique 74 externe est quant à elle placée en aval de l'échangeur de chaleur interne 11 au contact du 10 fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur 9. Ainsi, on voit bien que le dispositif de gestion thermique selon l'invention permet une meilleure homogénéité de température sur toute la surface de l'évaporateur 9 pour le refroidissement et également d'avoir un évaporateur 9 plus efficace. 15 REVENDICATIONS1. Dispositif de gestion thermique (1) dans lequel circule un fluide caloporteur et comportant : - un détendeur (7) comportant une sonde thermostatique (74) et un organe de détente (73), - un évaporateur (9), - un échangeur de chaleur interne (11), caractérisé en ce que la sonde thermostatique (74) du détendeur (7) est placée au 10 contact du fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur (9) en aval de l'échangeur de chaleur interne (11). 2. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : 15 - un compresseur (3), et - un condenseur (5) placé en aval dudit compresseur (3), l'évaporateur (9) étant placé en aval du détendeur (7) et étant relié à une entrée de fluide caloporteur du compresseur (3), l'échangeur de chaleur interne (n) permettant un échange de calories entre le fluide caloporteur en provenance du 20 condenseur (5) et le fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur (9). 3. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détendeur (7) comporte une première entrée (71a) et une première sortie (71b) de fluide caloporteur en provenance du condenseur (5) entre 25 lesquelles est placé l'organe de détente (73) et une deuxième entrée (72a) et une deuxième sortie (72b) de fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur (9), la sonde thermostatique (74) étant placée au sein du détendeur (7) entre la deuxième entrée (72a) et la deuxième sortie (72b) de fluide caloporteur. 30 4. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur passe par l'échangeur de chaleur interne (n) avant de rejoindre la deuxième entrée (72a) de fluide caloporteur du détendeur (7) et que le fluide caloporteur en provenance ducondenseur (5) passe par l'échangeur de chaleur interne (n) avant de rejoindre la première entrée (71a) de fluide caloporteur du détendeur (7). 5. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur interne (n) est intégré au sein du détendeur (7), ledit échangeur de chaleur interne (n) étant placé en amont de l'organe de détente (73) et la sonde thermostatique (74) étant placée en aval de l'échangeur de chaleur interne (n) et reliée à l'organe de détente (73) par un capillaire (75). 6. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le détendeur (7) comporte une première entrée (71a) et une première sortie (71b) de fluide caloporteur en provenance du condenseur (5) et que la sonde thermostatique (74) est externe, reliée à l'organe de détente (73) par un capillaire (75). 7. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur interne (n) est placé en amont de la première entrée (71a) du détendeur (7) et que la sonde thermostatique (74) externe est placée en aval de l'échangeur de chaleur interne (n) au contact fluide caloporteur en provenance de l'évaporateur (9). 8. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif est un dispositif de climatisation. 9. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit dispositif est un dispositif de gestion thermique de batteries.