Brevet FR3033035A1 — publié le 20160826

SYSTEME DE REFROIDISSEMENT POUR UN CIRCUIT DE CLIMATISATION D'UN VEHICULE AUTOMOBILE ET UTILISATION DUDIT SYSTEME DE REFROIDISSEMENT Domaine de l'invention La présente invention concerne un système de refroidissement pour un véhicule automobile, tel qu'un véhicule automobile propulsé au moyen d'une pile à combustible, et plus précisément, un système de refroidissement pour un circuit de climatisation dudit véhicule automobile et l'utilisation dudit système de refroidissement au sein dudit véhicule automobile.. Etat de la technique De manière connue, le système de propulsion des véhicules automobiles comprend généralement un moteur thermique. Cependant, depuis quelques années, les constructeurs automobiles développent des véhicules automobiles dans lesquels le système de propulsion comprend une pile à combustible. Or, il s'avère que l'utilisation d'une pile à combustible au sein d'un véhicule automobile présente notamment deux inconvénients. Le premier inconvénient concerne la dissipation des rejets thermiques liés à l'utilisation de la pile à combustible. De manière connue, la valeur de la température de fonctionnement d'une pile à combustible est très basse et donc, par comparaison, très inférieure à la valeur de la température de fonctionnement d'un moteur thermique à combustion interne. Par conséquent, les rejets thermiques associés au fonctionnement du moteur du véhicule automobile comprenant une pile à combustibles ont également une température très basse. Ainsi, l'écart de température entre les rejets thermiques et l'air ambiant, à l'extérieur du véhicule automobile, est généralement très faible. Il en résulte que la dissipation des rejets 3033035 2 thermiques pour un véhicule automobile utilisant une pile à combustible est difficile à réaliser de manière optimale. Le deuxième inconvénient concerne la quantité de rejets thermiques à évacuer. De 5 manière connue, pour un véhicule automobile utilisant un moteur thermique, environ un tiers des rejets thermiques peut être évacué au moyen des gaz d'échappement du véhicule automobile. Or, pour un véhicule automobile utilisant une pile à combustible, la totalité des rejets thermiques doit être évacuée, et ce, en échangeant la chaleur associée aux rejets thermiques avec un fluide tel que de l'eau. 10 Cette importante quantité de rejets thermiques a évacuer représente une forte contrainte concernant la structure et l'emplacement du système de refroidissement prévu pour l'évacuation desdits rejets thermiques. Afin d'optimiser le fonctionnement d'un véhicule automobile utilisant une pile à 15 combustible, il s'avère nécessaire de surmonter les inconvénients mentionnés ci- dessus concernant les rejets thermiques afin d'éviter de sévères dégradations concernant le fonctionnement dudit véhicule automobile. 20 Objet de l'invention Un premier objet de l'invention concerne un système de refroidissement pour refroidir un fluide réfrigérant circulant au sein d'un circuit de climatisation d'un véhicule automobile, ledit circuit de climatisation comprenant un condenseur à eau, 25 et ledit système de refroidissement étant pourvu d'un premier circuit de refroidissement comprenant un échangeur de chaleur au sein duquel circule un fluide caloporteur, ledit échangeur de chaleur étant connecté au condenseur à eau, un condenseur à air étant en outre connecté au condenseur à eau. 30 Ainsi, l'échangeur de chaleur est connecté au condenseur à eau pour réaliser une première étape de refroidissement au moyen du fluide caloporteur et le condenseur 3033035 3 à air est connecté au condenseur à eau pour réaliser une deuxième étape de refroidissement. De manière avantageuse, l'échangeur de chaleur et le condenseur à air sont aptes à 5 être traversés par de l'air provenant de deux circuits d'air distincts. Les circuits d'air comprennent chacun une source d'alimentation en air distincte de manière à pouvoir alimenter l'échangeur de chaleur et le condenseur à air avec des débits d'air indépendants. 10 De manière avantageuse, ledit condenseur à air est disposé au niveau du passage d'une roue du véhicule automobile. De manière avantageuse, l'échangeur de chaleur est un radiateur basse température. 15 De manière avantageuse, le condenseur à eau et le condenseur à air ont une liaison par continuité de matière. Autrement dit, le condenseur à eau et le condenseur à air sont imbriqués, ou intégrés, l'un dans l'autre de manière à partager des éléments en commun, comme par exemple une chambre collectrice avec des parois internes, et 20 ne former ainsi qu'un seul module du circuit de climatisation. De manière avantageuse, le condenseur à eau est localisé au niveau du passage d'une roue du véhicule automobile. 25 De manière avantageuse, le système de refroidissement comprend, en outre, un deuxième circuit de refroidissement comprenant un échangeur de chaleur principal, tel qu'un radiateur haute température. De manière avantageuse, le deuxième circuit de refroidissement comprend un 30 échangeur de chaleur secondaire, tel qu'un radiateur haute température, localisé au niveau du passage d'une roue du véhicule automobile. 3033035 4 Un deuxième objet de l'invention concerne l'utilisation d'un système de refroidissement, ledit système de refroidissement étant utilisé dans un véhicule automobile. 5 De manière avantageuse, le véhicule automobile est propulsé au moyen d'une pile à combustible. Brève descriptions des dessins 10 Les but, objet et caractéristiques de la présente invention ainsi que ses avantages, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, des modes de réalisation préférés du système de refroidissement selon l'invention, faite en référence aux dessins dans lesquels : 15 la figure 1 montre, de manière schématique, la structure avant d'un véhicule automobile, comprenant notamment une pile à combustible et un système de refroidissement, selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 représente, de manière schématique, le fonctionnement du 20 système de refroidissement montré sur la figure 1. Description détaillée des modes de réalisation La description détaillée ci-après a pour but d'exposer l'invention de manière 25 suffisamment claire et complète, notamment à l'aide d'exemples, mais ne doit pas être considérée comme limitant l'étendue de la protection aux modes de réalisation particuliers et aux exemples présentés ci-après. La figure 1 montre la structure avant 10 d'un véhicule automobile (non montré). 30 La structure avant 10 comprend une partie, ou module, face avant 12. La partie face avant 12 est un élément structurel situé dans l'axe longitudinal du véhicule 3033035 5 automobile, et capable d'intégrer un ou plusieurs dispositifs associés au fonctionnement du véhicule automobile. Les dispositifs comprennent, par exemple, un module optique contenant les projecteurs du véhicule automobile, un avertisseur sonore ou un échangeur de chaleur. 5 La structure avant 10 comprend également les roues avant 14, 16 du véhicule automobile. Dans la présente description, on utilise l'expression « au voisinage de la roue » ou « au niveau du passage de roue » pour désigner un emplacement situé dans le même plan vertical que celui de chaque roue avant 14, 16 concernée. 10 L'emplacement correspond par exemple au volume disponible autour de chaque roue avant 14, 16 et à proximité d'un module optique (non montré). L'emplacement couvre par exemple un volume situé à une distance comprise entre environ 20 cm et 50 cm autour de chaque roue avant 14, 16. Au sein de la présente description, l'expression « au voisinage de la roue » s'applique à la roue avant 14 afin de 15 respecter la cohérence avec le mode de réalisation illustré par la figure 1. Ainsi, de manière symétrique, l'expression « au voisinage de la roue » peut également s'appliquer à la roue avant 16. Comme montré sur la figure 1, la structure avant 10 comprend un moteur électrique 20 18 destiné à propulser le véhicule automobile. La structure avant 10 comprend également une pile à combustible 20, de type à membrane, pour alimenter en énergie électrique le moteur électrique 18. 25 La structure avant 10 comprend aussi un dispositif de commande de puissance 22 pour commander le fonctionnement du moteur électrique 18. Comme montré sur la figure 1, le système de refroidissement selon l'invention comprend un premier circuit de refroidissement dit circuit à basse température, et 30 indiqué par des lignes formées de pointillés. Le premier circuit de refroidissement est destiné à refroidir les dispositifs associés au fonctionnement du véhicule automobile et pour lesquels la valeur de la température de fonctionnement est 3033035 6 comprise entre environ 40°C et 60°C. Les dispositifs comprennent, notamment, le moteur électrique 18 et le dispositif de commande de puissance 22. Selon la figure 1, le premier circuit de refroidissement comprend un premier 5 échangeur de chaleur 24 tel qu'un radiateur dit radiateur basse température ainsi qu'un premier ventilateur 26. Le premier échangeur de chaleur 24 et le premier ventilateur 26 sont situés au sein de la partie face avant 12. Un fluide caloporteur circule au sein du premier circuit de refroidissement. 10 Le système de refroidissement selon l'invention comprend un deuxième circuit de refroidissement dit circuit à haute température, et indiqué par des lignes formées de points. Le deuxième circuit de refroidissement est destiné à refroidir les dispositifs associés au fonctionnement du véhicule automobile et pour lesquels la valeur de la température de fonctionnement est comprise entre environ 80°C et 100°C. Les 15 dispositifs comprennent, notamment, la pile à combustible. Selon la figure 1, le deuxième circuit de refroidissement comprend un deuxième échangeur de chaleur 28, dit échangeur de chaleur principal, tel qu'un radiateur dit radiateur haute température, un troisième échangeur de chaleur 30, dit échangeur 20 de chaleur secondaire, tel qu'un radiateur dit radiateur haute température, et un deuxième ventilateur 32. Le deuxième échangeur de chaleur 28 est situé au sein de la partie face avant 12, dans le même plan vertical que le premier échangeur de chaleur 24. Le troisième échangeur de chaleur 30 est situé, de manière latérale, au voisinage de la roue avant 14. 25 Comme montré sur la figure 1, le véhicule automobile comprend également un circuit de climatisation, en boucle fermée, et indiqué par des lignes formées d'une alternance de points et de pointillés. Le circuit de climatisation comprend un évaporateur 34, un compresseur 36, un condenseur à eau 38, un condenseur à air 30 40, une bouteille de déshydratation 42 et un détendeur 44. Un fluide réfrigérant circule au sein du circuit de climatisation. 3033035 7 Comme montré sur la figure 2, le condenseur à air 40 comprend une pluralité de premiers tubes avec ailettes, ou des plaques, qui forme une zone de refroidissement A, pour réaliser le refroidissement du fluide réfrigérant afin d'obtenir un état liquide dudit fluide réfrigérant. Le condenseur à air 40 comprend également une pluralité 5 de deuxièmes tubes avec ailettes, ou des plaques, qui forme une zone de sous- refroidissement B, comme montré sur la figure 2, pour réaliser le sous-refroidissement du fluide réfrigérant en phase liquide, c'est-à-dire un refroidissement en-dessous de la température de condensation dudit fluide réfrigérant. 10 La bouteille de séparation et déshydratation 42, telle que connue dans l'art antérieur, est intégrée entre la pluralité de premières et de deuxièmes plaques et permet de filtrer et déshydrater le fluide réfrigérant, comme montré sur la figure 2. La bouteille de déshydratation 42 permet ainsi de compenser les variations de 15 volume du fluide réfrigérant. La bouteille de déshydratation 42 permet également de maintenir une séparation entre les phases liquide et gazeuse dudit fluide réfrigérant, de sorte que seul le fluide réfrigérant en phase liquide circule dans la zone de sous-refroidissement B. 20 Selon la figure 1, le condenseur à eau 38, est disposé au niveau du passage de la roue avant 14. De manière alternative, le condenseur à eau 38 peut également être disposé au sein de la face avant 12. Selon la figure 1, le condenseur à air 40 et la bouteille de déshydratation 42 sont 25 disposés au niveau du passage de la roue avant 14. La figure 2 montre une vue détaillée du système de refroidissement selon l'invention avec le condenseur à eau 38, le condenseur à air 40 et la bouteille de déshydratation 42 situées au niveau du passage de la roue avant 14, lors du 30 fonctionnement dudit système de refroidissement. 3033035 8 Comme montré sur la figure 2, le fluide réfrigérant, sous forme gazeuse, issu du compresseur 36 circule au sein du condenseur à eau 38 selon la direction de la flèche 50. 5 Dans la mesure où le condenseur à eau 38 est également connecté au premier circuit de refroidissement et plus précisément au premier échangeur de chaleur 24, le fluide réfrigérant peut échanger une quantité déterminée de chaleur avec le fluide caloporteur issu du premier circuit de refroidissement comme montré sur la figure 2 et circulant selon les directions des flèches 46, 48. Ainsi, le fluide réfrigérant est 10 partiellement, ou totalement, condensé et circule selon la direction de la flèche 52. Compte tenu de la localisation du condenseur à eau 38, du condenseur à air 40 et de la bouteille de déshydratation 42 au niveau du passage de la roue avant 14, un flux d'air extérieur au véhicule automobile est également présent comme montré par la flèche 49. Ainsi, le flux d'air participe également au refroidissement du fluide 15 réfrigérant. Ensuite, le fluide réfrigérant circule au sein du condenseur à air 40, dans la zone de refroidissement A, selon la direction de la flèche A1. A la sortie de la zone de refroidissement A, le fluide réfrigérant traverse la bouteille de déshydratation 42 pour subir un procédé de filtration et de déshydratation. Ensuite, le fluide réfrigérant circule à nouveau au sein du condenseur à air 40, dans la zone de sous- 20 refroidissement B, selon la direction de la flèche B1. Enfin, le fluide réfrigérant sous- refroidi circule à l'extérieur du condenseur à air 40 selon la direction de la flèche 54. Un des avantages de la présente invention réside dans le fait que le condenseur à eau 38 réalise une première étape de refroidissement du fluide réfrigérant. En 25 fonction de la localisation du condenseur à eau 38, cette première étape de refroidissement a lieu au sein de la face avant 12 ou au voisinage du passage de la roue avant 14. Ensuite, de manière additionnelle, le condenseur à air 40 réalise une seconde étape de refroidissement du fluide réfrigérant. Cette seconde étape a lieu seulement au voisinage du passage de la roue avant 14. 30 De manière avantageuse, l'association fonctionnelle, selon la présente invention, du condenseur à eau 38 et du condenseur à air 40 et la localisation du condenseur à air 3033035 9 au niveau du passage de la roue avant 14 permet d'optimiser la gestion du refroidissement du fluide réfrigérant du circuit de climatisation. En effet, d'une part, le système de refroidissement permet de refroidir le fluide 5 réfrigérant du circuit de climatisation au cours de deux étapes de refroidissement distinctes, ce qui garantit un refroidissement optimal dudit fluide réfrigérant. D'autre part, l'ensemble formé par le condenseur à eau 24 localisé au sein de la face avant 12 et le condenseur à air 40 localisé au niveau du passage de la roue avant 14 10 permet de répartir la quantité déterminée de chaleur à refroidir de manière optimale en utilisant le volume disponible sur la structure du véhicule automobile. Dans l'art antérieur, le condenseur à air et le condenseur à eau sont localisés au sein de la face avant. Au sein de la présente invention, la séparation spatiale du condenseur à air et du condenseur à eau permet de réduire de manière avantageuse 15 le volume des dispositifs présents au sein de la face avant du véhicule automobile et d'augmenter ainsi le débit du flux d'air qui pénètre dans la face avant. Par conséquent, l'accumulation de chaleur au sein de la face avant est limitée. Ainsi, les autres dispositifs associés au fonctionnement du véhicule automobile, et localisés au sein de la face avant, ne subissent pas de dégradations liées à une importante 20 quantité de chaleur présente au sein de la face avant. Par ailleurs, le premier et le deuxième ventilateurs 26, 32 sont également situés à deux emplacements différents, c'est-à-dire au sein de la face avant 12 et au niveau du passage de la roue avant 14. Ainsi, selon les conditions de fonctionnement du 25 système de refroidissement selon l'invention, l'utilisateur peut gérer le fonctionnement des premier et deuxième ventilateurs 26, 32 de manière indépendante et ainsi contrôler leur consommation électrique respective. L'échangeur de chaleur 24 et le condenseur à air 40 peuvent ainsi être alimentés en 30 air par deux circuits d'air distincts, les circuits d'air comprennent une source d'air distincte, à savoir le premier et le deuxième ventilateurs 26,32 de manière à pouvoir 3033035 10 alimenter l'échangeur de chaleur 24 et le condenseur à air 40 avec des débits d'air indépendants. REVENDICATIONS1. Système de refroidissement pour refroidir un fluide réfrigérant circulant au sein d'un circuit de climatisation d'un véhicule automobile, ledit circuit de climatisation comprenant un condenseur à eau (38), et ledit système de refroidissement étant pourvu d'un premier circuit de refroidissement comprenant un échangeur de chaleur (24) au sein duquel circule un fluide caloporteur, ledit échangeur de chaleur (24) étant connecté au condenseur à eau (38), un condenseur à air (40) étant en outre connecté au condenseur à eau (38). 2. Système de refroidissement selon la revendication 1, dans lequel l'échangeur de chaleur (24) et le condenseur à air (40) sont aptes à être traversés par de l'air provenant de deux circuits d'air distincts. 3. Système de refroidissement selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit condenseur à air (40) est disposé au niveau du passage d'une roue (14,16) du véhicule automobile. 4. Système de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'échangeur de chaleur (24) est un radiateur basse température. 5. Système de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le condenseur à eau (38) et le condenseur à air (40) ont une liaison par continuité de matière 6. Système de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le condenseur à eau (38) est localisé au niveau du passage d'une roue (14,16) du véhicule automobile. 7. Système de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit système de refroidissement comprend, en outre, un deuxième 3033035 12 circuit de refroidissement comprenant un échangeur de chaleur principal (28), tel qu'un radiateur haute température. 8. Système de refroidissement selon la revendication 7, le deuxième circuit de 5 refroidissement comprenant un échangeur de chaleur secondaire (30), tel qu'un radiateur haute température, localisé au niveau du passage d'une roue (14,16) du véhicule automobile. 9. Utilisation d'un système de refroidissement selon l'une des revendications 1 10 à 8, ledit système de refroidissement étant utilisé dans un véhicule automobile. 10. Utilisation d'un système de refroidissement selon la revendication 8, le véhicule automobile étant propulsé au moyen d'une pile à combustible. 15