Brevet FR3031576A1 — publié le 20160715

DISPOSITIF DE THERMOREGULATION D'UN VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention se rapporte à un dispositif de thermorégulation d'un véhicule automobile. L'invention appartient au domaine technique des dispositifs pour le refroidissement de la chaîne de traction et la climatisation de l'habitacle des véhicules automobiles. Un véhicule automobile comporte une chaîne de traction composée d'organes de puissance et un habitacle dans lequel prennent place les occupants du véhicule. Pour fonctionner dans une plage de température appropriée, les organes de puissance de la chaîne de traction doivent être régulés thermiquement au moyen d'un ou plusieurs circuits dédiés. De même, pour le confort des occupants du véhicule, il est habituel d'installer un circuit de climatisation permettant de climatiser l'habitacle. On connaît du document FR-A1-2 982 935 un dispositif de thermorégulation de la chaîne de traction d'un véhicule automobile dans lequel l'air intérieur de l'habitacle du véhicule est rafraîchi par un circuit de climatisation et permet de refroidir une batterie de traction du véhicule. Un tel dispositif a pour inconvénient que le potentiel de réfrigération de l'habitacle par le circuit de climatisation se trouve réduit par la nécessité de refroidir la batterie de traction. Cet inconvénient est notamment présent lorsque la température de l'air extérieur au véhicule est supérieure à 35°C ou lorsque la batterie de traction est fortement sollicitée, par exemple lors de phases de fortes accélérations du véhicule, ou encore lors de phases de récupération d'énergie cinétique à la décélération du véhicule. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur. Dans ce but, la présente invention propose un dispositif de thermorégulation d'un véhicule automobile comportant : - un premier circuit pour la circulation d'un premier fluide de climatisation de l'habitacle du véhicule ; - un deuxième circuit pour la circulation d'un deuxième fluide de refroidissement d'au moins un premier organe de puissance du véhicule ; - un premier condenseur disposé sur le premier circuit pour échanger de la chaleur entre le premier fluide et de l'air extérieur au véhicule ; - un compresseur disposé sur le premier circuit pour augmenter la pression du premier fluide entre son entrée et sa sortie du compresseur ; 3031576 2 le dispositif étant remarquable en ce qu'un deuxième condenseur est disposé sur les premier et deuxième circuits, le deuxième condenseur étant disposé sur le premier circuit entre le compresseur et le premier condenseur et configuré pour échanger de la chaleur entre les premier et deuxième 5 fluides. Ainsi, le deuxième condenseur permet de diminuer la température du premier fluide en entrée du premier condenseur, ce qui permet d'améliorer l'efficacité de climatisation du premier circuit. Selon une caractéristique particulière, l'un des premier ou deuxième 10 circuit comporte une branche de contournement du deuxième condenseur défini plus haut. Selon une caractéristique particulière, une vanne pilotée est disposée sur la branche de contournement pour ouvrir ou fermer la circulation du deuxième fluide, la vanne étant ouverte lorsqu'au moins une température 15 choisie parmi la température du deuxième fluide, celle de l'air extérieur au véhicule ou celle de l'air intérieur de l'habitacle, est supérieure à un seuil de température prédéfini. Ainsi, l'échange de chaleur dans le deuxième condenseur entre le premier et le deuxième fluide peut être stoppé en ouvrant cette vanne. 20 Selon une caractéristique particulière, le premier circuit comporte une branche de dérivation pour refroidir un deuxième organe de puissance du véhicule. Ainsi, le premier circuit permet de refroidir un autre organe de puissance du véhicule. 25 Selon un mode particulier de réalisation, le deuxième organe est refroidi par la circulation du premier fluide dans cet organe. Selon un autre mode particulier de réalisation, le deuxième circuit comporte une deuxième branche de dérivation, le deuxième organe étant refroidi par la circulation du deuxième fluide dans cet organe. 30 Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif comporte un évaporateur, disposé sur la première et la deuxième branche, pour échanger de la chaleur entre le premier fluide et le deuxième fluide. Selon un mode particulier de réalisation, le deuxième organe est un stockeur d'énergie électrique du véhicule. 35 Selon un mode particulier de réalisation, le premier organe est une machine électrique, ou un onduleur, ou un convertisseur électronique de puissance, ou un calculateur, ou un chargeur d'une batterie du véhicule. 3 0 3 1 5 7 6 3 L'invention concerne également un véhicule automobile comportant un tel dispositif. L'invention sera mieux comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de modes 5 particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemple nullement limitatifs et en référence aux dessins qui les accompagnent, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma présentant un dispositif de thermorégulation conforme à l'art antérieur ; - la figure 2 est un schéma présentant un dispositif de 10 thermorégulation conforme à l'invention dans un premier mode de réalisation ; - la figure 3 est un schéma présentant un dispositif de thermorégulation conforme à l'invention dans un deuxième mode de réalisation ; et 15 - la figure 4 est un schéma présentant un dispositif de thermorégulation conforme à l'invention dans un troisième mode de réalisation. La figure 1 présente un dispositif de thermorégulation d'un véhicule automobile selon l'art antérieur. Ce dispositif comporte un premier circuit 10, 20 formant une boucle pour la circulation d'un fluide de climatisation de l'habitacle du véhicule et un deuxième circuit 20, indépendant du premier, formant une boucle pour la circulation d'un fluide de refroidissement d'un ou plusieurs organes de puissance 6 du véhicule. Sur le premier circuit 10, dit circuit de climatisation, on trouve un 25 compresseur 11, un condenseur principal 12, un détendeur 14 et un évaporateur 15, dans cet ordre. Sur le deuxième circuit 20, dit circuit de refroidissement basse température, on trouve un radiateur 21, une pompe 22 permettant de faire circuler le fluide de refroidissement et un ou plusieurs organes de puissance 30 6 à refroidir. Le compresseur 11 permet d'augmenter la pression du fluide de climatisation entre son entrée et sa sortie. Lors du fonctionnement du dispositif, le fluide de climatisation est généralement à l'état gazeux au niveau du compresseur 11 et passe par 35 exemple d'une pression comprise entre 2 bars et 5 bars en entrée à une pression comprise entre 15 bars et 25 bars en sortie. 3031576 4 La température du fluide de climatisation augmente également entre l'entrée et la sortie du compresseur 11. La température du fluide de climatisation en entrée du compresseur est par exemple comprise entre 5°C et 30°C en entrée et entre 80°C et 110°C en sortie. 5 Le fluide de climatisation est ensuite dirigé vers le condenseur principal 12, qui permet d'échanger de la chaleur entre le fluide de climatisation et de l'air extérieur au véhicule. L'air extérieur ayant une température inférieure à celle du fluide de climatisation, la température de ce fluide est ainsi diminuée, jusqu'à une température comprise entre 30°C et 10 60°C en sortie, la pression du fluide restant sensblement constante. En fonctionnement, le fluide de climatisation se trouve généralement à l'état gazeux à l'entrée du condenseur principal 12 et à l'état liquide à sa sortie. Le fluide de climatisation circule ensuite dans le détendeur 14, qui 15 permet de réduire la pression du fluide de climatisation. Cette phase de détente du fluide de climatisation s'accompagne d'une réduction de sa température. La température du fluide de climatisation en sortie du détendeur 14 est par exemple comprise entre -5°C et 10°C et sa pession comprise entre 20 2 bars et 5 bars. Ces plages de température et de pression correspondent généralement à un état mixte du fluide de climatisation, liquide/gazeux. Enfin, le fluide de climatisation passe dans l'évaporateur 15, dans lequel il échange de la chaleur avec l'air intérieur de l'habitacle du véhicule. L'air intérieur de l'habitacle a généralement une température supérieure à 25 celle du fluide de climatisation en entrée de l'évaporateur 15, ce qui a pour effet de réchauffer ce fluide avant son entrée dans le compresseur 11, déjà décrit. Lors du fonctionnement du dispositif, le fluide de refroidissement du deuxième circuit 20 circule dans le ou les organes de puissance 6, de 30 manière à les refroidir. La température du fluide de refroidissement en entrée du ou des organes 6 est par exemple comprise entre 30°C et 50°C, mais dépend de la température de l'air extérieur et de l'efficacité des échanges thermiques au niveau du radiateur 21. 35 Le fluide de refroidissement est ensuite dirigé vers le radiateur 21, avec une température comprise entre 60°C et 85°C enfonction du nombre d'organes de puissance 6 à refroidir et de leurs points de fonctionnement. 3031576 5 Le radiateur 21 permet au fluide de refroidissement d'échanger de la chaleur avec de l'air extérieur au véhicule, dont la température est inférieure à celle de ce fluide, avant qu'il ne soit renvoyé vers le ou les organes 6 à refroidir. 5 La figure 2 présente schématiquement un premier mode de réalisation de l'invention, reprenant l'ensemble des éléments du dispositif de l'art antérieur décrit à la figure 1. Le fluide de climatisation du premier circuit 10 peut par exemple être du tétrafluoroéthane-1,1,1,2 (commercialisé sous les noms R-134a ou HFC- 10 134a), du tétrafluoropropène-2,3,3,3 (commercialisé sous les noms HFO- 1234yf ou R-1234yf), ou encore du dioxyde de carbone (ou CO2, aussi commercialisé sous le nom R744). On notera que dans le cas de l'utilisation du dioxyde de carbone comme fluide de climatisation, les niveaux de pressions sont très différents 15 de ceux mentionnés précédemment. L'invention est toutefois applicable à ce type de fluide, car les niveaux de température sont équivalents à ceux déjà mentionnés. La position de la pompe 22 sur le deuxième circuit 20 est sans importance pour le fonctionnement de ce circuit. 20 Le fluide de refroidissement du deuxième circuit 20 est par exemple de l'eau glycolée. Un tel dispositif de thermorégulation peut comporter d'autres circuits, (non représentés) pour le refroidissement ou le réchauffage d'un ou plusieurs autres organes de puissance du véhicule. 25 Le compresseur 11 peut être à entraînement électrique ou à entraînement mécanique. Le ou les organes de puissance 6 peuvent par exemple être une machine électrique, ou un onduleur, ou un convertisseur électronique de puissance, ou un calculateur, ou un chargeur d'une batterie du véhicule. 30 De façon optionnelle, un autre organe de puissance (non représenté) par exemple un stockeur d'énergie électrique tel qu'une batterie de traction, peut être refroidi par l'air intérieur de l'habitacle, lui-même rafraîchi par le premier circuit. Le condenseur principal 12 et le radiateur 21 sont généralement 35 disposés au niveau de la face avant du véhicule. Aussi, l'efficacité des échanges de chaleur au niveau condenseur principal 12 et du radiateur 21 dépend de la vitesse de déplacement du véhicule. 3031576 6 Conformément à l'invention, un condenseur additionnel 30 est ajouté sur le premier circuit 10 et le deuxième circuit 20, de façon à échanger de la chaleur entre le fluide de climatisation et le fluide de refroidissement. Le condenseur additionnel 30 peut par exemple être implanté dans un 5 passage de roue du véhicule, ce qui permet de libérer de l'espace en face avant du véhicule. Le condenseur additionnel 30 est disposé sur le premier circuit 10 entre le compresseur 11 et le condenseur principal 12 et sur le deuxième circuit en amont du radiateur 21. L'expression en amont s'entend par rapport 10 au sens de circulation du fluide. En fonctionnement, la température du fluide de refroidissement du deuxième circuit 20 est généralement inférieure à celle du premier circuit 10. Cela permet de réduire la température du fluide de climatisation avant son entrée dans le condenseur principal 12. Ainsi, lorsque la température 15 extérieure du véhicule est élevée, par exemple supérieure à 35°C, cela permet d'améliorer l'efficacité du circuit de climatisation de l'habitacle du véhicule. Par exemple, le condenseur additionnel 30 permet de réduire de 10°C à 20°C la température du fluide de climatisation en entrée du condenseur 20 principal 12. Par répercussion, la température du fluide de climatisation en entrée du détendeur 14 et de l'évaporateur 15 est elle aussi réduite de 5°C à 10°C par rapport au dispositif de l'art antérieur gésenté à la figure 1. Une branche de contournement 23 (en anglais « by-pass ») du condenseur additionnel 30, optionnelle, permet, dans certaines situations de 25 fonctionnement, au fluide de refroidissement de contourner le condenseur 30 et d'éviter que le fluide de climatisation et le fluide de refroidissement échangent de la chaleur. La branche de contournement 23 est par exemple disposée sur le deuxième circuit. En variante, la branche de contournement 23 peut être 30 disposée sur le premier circuit 10. Une vanne pilotée 24 permet d'ouvrir ou de fermer la circulation du fluide dans la branche de contournement 23. Ainsi, la vanne 24 permet lorsque la température du fluide de refroidissement devient trop élevée, par exemple supérieure à 85°C (dans le 35 cas d'un fort besoin de refroidissement du ou des organes de puissance 6), d'ouvrir la circulation du fluide dans la branche de contournement 23 et de 3031576 7 stopper les échanges de chaleur entre les fluides des premier et deuxième circuits 10 et 20. La vanne 24 permet aussi de stopper les échanges thermiques au niveau du deuxième condenseur 30 lorsque le premier condenseur 12 peut 5 assurer seul le besoin en condensation. C'est le cas lorsque la température de l'air extérieur est suffisamment faible, par exemple inférieure à 20°C, ou lorsque la température de l'air intérieur de l'habitacle correspond à la demande des occupants du véhicule. La figure 3 présente un dispositif de thermorégulation d'un véhicule 10 automobile selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de la figure 3 reprend l'ensemble des éléments du dispositif décrit à la figure 2, le premier circuit 10 comportant en outre une branche de dérivation 17. La branche de dérivation 17 est disposée sur le premier circuit 10, 15 entre la sortie du condenseur principal 12 et l'entrée du compresseur 11. La branche de dérivation 17 permet de refroidir un organe additionnel de puissance 5, tel qu'un stockeur d'énergie électrique, par exemple une batterie de traction du véhicule. Une vanne pilotée 16 est disposée sur la branche de dérivation 17 du 20 premier circuit 10 pour ouvrir et fermer la circulation du fluide de climatisation dans cette branche 17. Par exemple la vanne 16 peut être fermée lorsqu'il n'est pas nécessaire de refroidir l'organe 5. Dans le mode de réalisation de la figure 3, l'organe additionnel 5 est refroidi par la circulation du premier fluide dans l'organe additionnel 5. 25 Un détendeur 18 est disposé sur la branche de dérivation 17 de manière à réduire la pression du fluide de climatisation, en amont de l'organe 5 à refroidir. Une vanne pilotée 13 peut être disposée sur le premier circuit 10. Elle permet d'ouvrir ou de fermer la circulation du fluide de climatisation dans ce 30 circuit. La vanne pilotée 13 est de préférence installée entre le condenseur principal 12 et le détendeur 14. Comme dans le dispositif de la figure 2, le condenseur additionnel 30 permet de réduire la température du fluide de climatisation en entrée du condenseur principal 12 et d'augmenter l'efficacité du circuit de climatisation. 35 La figure 4 présente un troisième mode de réalisation de l'invention permettant également de refroidir l'organe additionnel 5, dans une variante du dispositif de la figure 3. 303 1 5 7 6 8 Le dispositif de thermorégulation de la figure 4 comporte une branche de dérivation 25 du deuxième circuit 20, entre la sortie du radiateur 21 et l'entrée du condenseur additionnel 30. La branche de dérivation 25 du deuxième circuit 20 comporte une 5 vanne pilotée 27, une pompe 28. L'organe additionnel de puissance 5 est disposé sur la branche de dérivation 25 du deuxième circuit 20 et non sur celle du premier circuit. Le dispositif de la figure 4 comporte un évaporateur 19 (également appelé « chiller ») qui permet d'échanger de la chaleur entre le fluide de 10 climatisation du premier circuit 10 et le fluide de refroidissement du deuxième circuit 2. L'évaporateur 19 est disposé sur la branche de dérivation 17 du premier circuit, en aval du détendeur 18 et sur la branche de dérivation 25 du deuxième circuit 20, en amont de l'organe additionnel 5. 15 Une vanne pilotée 26, optionnelle, peut être disposée sur le deuxième circuit 20, en amont de la pompe 22, pour ouvrir et fermer la circulation du fluide de refroidissement dans le deuxième circuit 20. Comme dans les dispositifs des figures 2 et 3, le condenseur additionnel 30 permet de réduire la température du fluide de climatisation en 20 entrée du condenseur principal 12 et d'augmenter l'efficacité du circuit de climatisation. Dans les modes de réalisation des figures 3 et 4, la vanne 24 permet en outre de stopper les échanges thermique au niveau du deuxième condenseur 30 lorsque le besoin en refroidissement du deuxième organe de 25 puissance 5 est faible, par exemple lorsque la température du deuxième organe 5 est inférieure à 30°C. Ainsi, un dispositif selon l'invention permet d'améliorer le potentiel de réfrigération de l'habitacle par le circuit de climatisation, y compris lorsqu'un organe de puissance additionnel est refroidi par ce circuit. 30 REVENDICATIONS1. Dispositif de thermorégulation d'un véhicule automobile comportant : - un premier circuit (10) pour la circulation d'un premier fluide de climatisation de l'habitacle du véhicule ; - un deuxième circuit (20) pour la circulation d'un deuxième fluide de refroidissement d'au moins un premier organe de puissance (6) du véhicule ; - un premier condenseur (12) disposé sur ledit premier circuit (10) pour échanger de la chaleur entre le premier fluide et de l'air extérieur au véhicule ; - un compresseur (11) disposé sur ledit premier circuit (10) pour augmenter la pression du premier fluide entre son entrée et sa sortie du compresseur (11) ; caractérisé en ce qu'un deuxième condenseur (30) est disposé sur les premier et deuxième circuits (10, 20), ledit deuxième condenseur (30) étant disposé sur ledit premier circuit (10) entre ledit compresseur (11) et ledit premier condenseur (12) et configuré pour échanger de la chaleur entre les premier et deuxième fluides. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un desdits premier ou deuxième circuit (10 ; 20) comporte une branche de contournement (23) dudit deuxième condenseur (30). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une vanne pilotée (24) est disposée sur ladite branche de contournement (23) pour ouvrir ou fermer la circulation du deuxième fluide, ladite vanne (24) étant ouverte lorsqu'au moins une température choisie parmi la température du deuxième fluide, celle de l'air extérieur au véhicule ou celle de l'air intérieur de l'habitacle, est supérieure à un seuil de température prédéfini. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier circuit (10) comporte en outre une branche de dérivation (17) pour refroidir un deuxième organe de puissance (5) du véhicule. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le deuxième organe (5) est refroidi par la circulation du premier fluide dans cet organe (5). 3031576 10 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit deuxième circuit (20) comporte en outre une deuxième branche de dérivation (25), le deuxième organe (5) étant refroidi par la circulation du deuxième fluide dans cet organe (5). 5 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un évaporateur (19), disposé sur ladite première branche (17) et sur ladite deuxième branche (25), pour échanger de la chaleur entre le premier fluide et le deuxième fluide. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, 10 caractérisé en ce que ledit deuxième organe (5) est un stockeur d'énergie électrique du véhicule. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier organe (6) est une machine électrique, ou un onduleur, ou un convertisseur électronique de puissance, ou un 15 calculateur, ou un chargeur d'une batterie du véhicule. 10. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.