Brevet FR3099553A1 — publié le 20210205

Description Titre de l'invention : Dispositif de gestion thermique comportant un dispositif magnétocalorique [0001] La présente invention concerne un dispositif de gestion thermique pour véhicule au- tomobile. Ce dispositif de gestion thermique comportant lui-même un dispositif magnétocalorique. [0002] Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de gestion thermique de type cli- matisation, pompe à chaleur ou climatisation inversible afin de réguler la température d'un flux d'air interne à destination de l'habitacle et/ou afin de réguler des éléments internes au véhicule tels que par exemple des batteries pour un véhicule électrique ou hybride. [0003] En règle générale, les échangeurs de chaleur pour des dispositifs de gestion thermique sont dimensionnés pour échanger suffisamment de chaleur pour répondre aux spécifications demandées par les constructeurs dans les conditions extérieures les plus extrêmes en ternies de puissance thermique à évacuer et des conditions ambiantes. Ces échangeurs de chaleur sont donc généralement surdimensionnés dans la plupart des conditions réelles de roulage. Dans les conditions extrêmes pour lesquelles ils sont dimensionnés, ils sont sources de nuisances et de surconsommation. En effet pour échanger beaucoup de chaleur au niveau de la face avant, par exemple lors d'une charge rapide d'une batterie qui demande beaucoup de puissance thermique à évacuer, le compresseur du dispositif de gestion thermique ainsi que le ventilateur disposé en face avant produisent beaucoup de bruit et consomment beaucoup d'énergie. De plus pour des puissances importantes, le ratio entre la puissance thermique d'un échangeur de chaleur et sa masse diminue. Il faut donc des échangeurs de plus en plus gros et lourds pour atteindre les puissances thermiques demandées. [0004] Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un dispositif de gestion thermique amélioré dans lequel le surdimensionnement des échangeurs de chaleur est limité. [0005] La présente invention concerne donc un dispositif de gestion thermique d'un véhicule automobile, ledit dispositif de gestion thermique comportant une boucle principale dans laquelle est destiné à circuler un premier fluide réfrigérant et comportuit une pompe, un condenseur, un dispositif de détente et un évaporateur, le dispositif de gestion thermique comportant une boucle magnétocalorique dans laquelle est destiné à circuler un fluide caloporteur et indépendante de la boucle principale, la boucle magnétocalorique comportant : - un dispositif magnétocalorique, 2 - un premier échangeur de chaleur destiné à être traversé par un flux d'air externe, et - au moins un deuxième échangeur de chaleur destiné à échanger de l'énergie calorifique au niveau d'un actionneur thermique configure pour agir sur le confort thermique d'un passager dans l'habitacle et/ou sur un accessoire de confort dans l'habitacle. [0006] Selon un aspect de l'invention, la boucle magnétocalorique comporte au moins deux deuxièmes échangeurs de chaleur disposés en parallèle les uns des autres. [0007] Selon un autre aspect de l'invention, le premier échangeur de chaleur est un condenseur et en ce que le fluide caloporteur est un deuxième fluide réfrigérant choisi parmi le R134a, R1234yf, le CO2 (ou R744). [0008] Selon un autre aspect de l'invention, le premier échangeur de chaleur est un radiateur et en ce que le fluide caloporteur est de l'eau ou de l'eau glycoléc. [0009] Selon un autre aspect de l'invention, la boucle magnétocalorique comporte une première branche comportant le premier échangeur de chaleur et une deuxième branche comportant l'au moins un deuxième échangeur de chaleur, le dispositif magnétocalorique étant agencé conjointement sur les première et deuxième branches. [0010] Selon un autre aspect de l'invention, au moins un deuxième échangeur de chaleur est un échangeur à air destiné à être traversé par un flux d'air interne. [0011] Selon un autre aspect de l'invention, l'actionneur thermique est un dispositif de chauffage ventilation et d'air conditionné additionnel pour permettre des échanges thermiques par pulsé ou convectif, une buse active pour produire un jet d'air local ou encore un siège climatisé. [0012] Selon un autre aspect de l'invention, au moins un deuxième échangeur de chaleur est un échangeur de surface de type plaque d'échange. [0013] Selon un autre aspect de l'invention, l'actionneur thermique est un porte gobelet ré- frigérant, une boite à gant réfrigérante ou un compartiment de rangement climatisé. [0014] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, fournie à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels : [0015] [fig.1] la figure 1 montre une représentation schématique d'un dispositif de gestion thermique selon l'invention, [0016] Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou inter-changées pour fournir d'autres réalisations. [0017] Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, 3 comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s'agit d'un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n'implique pas une priorité d'un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément inter-changer de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n'implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère. [0018] Dans la présente description, on entend par « placé en amont » qu'un élément est placé avant un autre par rapport au sens de circulation d'un fluide. A contrario, on entend par « placé en aval » qu'un élément est placé après un autre par rapport au sens de circulation du fluide. [0019] La figure 1 montre une représentation schématique d'un dispositif de gestion thermique 1 pour véhicule automobile selon un mode de réalisation simple. Le dispositif de gestion thermique 1 comporte une boucle principale A dans laquelle est destiné à circuler un premier fluide réfrigérant. Cette boucle principale A comporte, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, un compresseur 3, un premier condenseur 5, un dispositif de détente 7 et un évaporateur 11. Ce premier fluide réfrigérant peut être par exemple choisi parmi le R134a, R1234yf, le CO2 (R744). La boucle principale A peut également comporter un dispositif de séparation de phase 60 disposé en amont du compresseur 3. [0020] Ce dispositif de gestion thermique 1 peut être par exemple un circuit de climatisation comme illustré sur la figure 1. Dans ce cas, le condenseur 5 est notamment disposé en face avant du véhicule automobile. Le condenseur 5 est ainsi destiné à être traversé par un flux d'air externe 100. L'évaporateur 11 est quant à lui notamment disposé au sein d'un dispositif de chauffage, ventilation et climatisation (appelé également HVAC pour l'acronyme anglais de Heating, Ventilation and Air Conditioning). L'évaporateur 11 est ainsi destiné à être traversé par un flux d'air interne 200 allant en direction de l'habitacle du véhicule automobile. [0021] Il est cependant tout à fait possible d'imaginer une boucle principale A plus complexe comme par exemple de sorte à former un dispositif de climatisation inversible ou une pompe à chaleur. [0022] Le dispositif de gestion thermique 1 comporte en outre une boucle magnétocalorique M dans laquelle est destiné à circuler un fluide caloporteur. Cette boucle magnétocalorique M est indépendante de la boucle principale A. Par indépendante, on entend plus particulièrement que le fluide caloporteur de la boucle magnétocalorique M et le fluide réfrigérant de la boucle principale A sont distincts et ne sont pas amenés à être mélangés ou encore à échanger de l'énergie calorifique l'un avec l'autre. [0023] La boucle magnétocalorique M comporte : - un dispositif magnétocalorique 50, - un premier échangeur de chaleur 51 destiné à être traversé par un flux d'air externe 100', et - au moins un deuxième échangeur de chaleur 52 destiné à échanger de l'énergie calorifique au niveau d'un actionneur thermique configuré pour agir sur le confort thermique d'un passager dans l'habitacle et/ou sur un accessoire de confort dans l'habitacle. Par dispositif magnétocalorique 50, on entend ici un dispositif comportant un matériau susceptible d'un effet magnétocalorique, c'est-à-dire qui s'échauffe lorsqu'il est soumis à un champ magnétique, par exemple au moyen d'une bobine électromagnétique, et qui se refroidit lorsque ce champ magnétique s'éteint. Une redircction synchrone d'un ou plusieurs fluides avec ses phases d'échauffement ou de refroidissement permet de réchauffer ou refroidir un élément. Par exemple, lorsque le dispositif magnétocalorique 50 est soumis à un champ magnétique, il s'échauffe et transmet de l'énergie calorifique au fluide caloporteur de la boucle magnétocalorique M. Ce fluide caloporteur est alors redirigé vers le premier échangeur de chaleur 51 par exemple pour dissiper cette énergie calorifique. Lorsque le dispositif magnétocalorique 50 n'est plus soumis à cc champ magnétique, il se refroidit et absorbe de l'énergie calorifique du fluide caloporteur de la boucle magnétocalorique M. Ce fluide caloporteur est alors redirigé vers le deuxième échangeur de chaleur 52 par exemple pour refroidir un élément. L'inverse est également possible, c'est à dire que le dispositif magnétocalorique 50 absorbe de l'énergie calorifique au niveau du premier échangeur de chaleur 51 et réchauffe un élément au niveau du deuxième échangeur de chaleur 52. [0024] Le fait d'avoir une boucle magnétocalorique M indépendante, permet de ne pas prendre de la puissance au niveau de la boucle principale A pour la gestion thermique d'éléments de confort. L'intégralité de la puissance disponible au niveau de la boucle principale A peut alors être utilisée par exemple pour la gestion thermique de l'habitacle ou encore la gestion thermique des batteries dans le cadre d'un véhicule automobile électrique ou hybride. Les échangeurs de chaleur de la boucle principale A tels que le condenseur 5 et l'évaporateur 11 seront alors dimensionnés uniquement pour ces fonctions et donc moins volumineux en taille. [0025] La boucle magnétocalorique M peut comporter une pompe ou bien comme illustré sur les figures 1 et 2, le dispositif magnétocalorique peut lui même être configuré pour mettre en mouvement le fluide calorifique dans la boucle magnétocalorique M. [0026] Le fluide caloporteur de la boucle magnétocalorique M peut être un deuxième fluide réfrigérant choisi parmi le R134a. R1234yf, le CO2 (R744). Dans ce cas, le premier échangeur de chaleur 5 est un condenseur. [0027] Le fluide caloporteur de la boucle magnétocalorique M peut à contrario être un fluide non chimique, par exemple de l'eau glycolée. Dans ce cas, le premier échangeur de chaleur 5 est un radiateur. [0028] Le deuxième échangeur de chaleur 52 peut être un échangeur à air destiné à être traversé par un flux d'air interne 200'. Ce flux d'air interne 200' est plus particulièrement distinct du flux d'air interne 200 traversant par exemple l'évaporateur 11 de la boucle principale A. Le deuxième échangeur de chaleur 52 peut alors permettre la gestion thermique d'actionneurs thermiques tels qu'un dispositif de chauffage ventilation et d'air conditionné additionnel pour permettre des échanges thermiques par air pulsé ou convectif, une buse active pour produire un jet d'air local ou encore un siège cli mati sé. [0029] Le deuxième échangeur de chaleur 52 peut également être un échangeur de surface de type plaque d'échange. Le deuxième échangeur de chaleur 52 peut alors permettre la gestion thermique d'actionneurs thermiques tels qu'un porte gobelet réfrigérant, une boite à gant réfrigérante ou un compartiment de rangement climatisé, par exemple pour des médicaments. [0030] Comme illustré sur la figure 1, la boucle magnétocalorique M peut comporter une première branche M1 comportant le premier échangeur de chaleur 51 et une deuxième branche M2 comportant l'au moins un deuxième échangeur de chaleur 52. Le dispositif magnétocalorique 50 est agencé conjointement sur les première MI et deuxième M2 branches. Plus précisément, le dispositif magnétocalorique 50 peut comporter : - une première entrée Mla et une première sortie Mlb de fluide caloporteur connectées aux extrémités de la première branche MI, et - une deuxième entrée M2a et une deuxième sortie M2b de fluide caloporteur connectées aux extrémités de la deuxième branche M2. [0031] Au sein même du dispositif magnétocalorique 50, la première entrée Mla est plus particulièrement reliée à la deuxième sortie M2 et la deuxième entrée M2a est reliée à la première sortie Mlb. Dans ce mode de réalisation, le fluide caloporteur est par exemple refroidi au sein du dispositif magnétocalorique 50 lorsqu'il passe de la première entrée Mla à la deuxième sortie M2b afin de refroidir un élément au niveau du deuxième échangeur de chaleur 52. Le fluide caloporteur est alors réchauffé au sein du dispositif magnétocalorique 50 lorsqu'il passe de la deuxième entrée M2a à la première sortie Mlb afin de dissiper de l'énergie calorifique au niveau du premier échangeur de chaleur 51. Bien sûr, l'inverse est également possible. [0032] Toujours comme illustré à la figure I, la boucle magnétocalorique M peut comporter au moins deux deuxièmes échangeurs de chaleur 52 disposés en parallèle les uns des 6 autres. Par parallèle les uns des autres, on entend ici que les entrées de fluide caloporteur des différents deuxièmes échangeurs de chaleur 52 sont toutes reliées à la même sortie de fluide caloporteur du dispositif magnétocalorique 50. De même, les sorties de fluide caloporteur des différents deuxièmes échangeurs de chaleur 52 sont toutes reliées à la même entrée de fluide caloporteur du dispositif magnétocalorique 50. 7 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] REVENDICATIONSDispositif de gestion thermique (1) d'un véhicule automobile, ledit dispositif de gestion thermique (I) comportant une boucle principale (A) dans laquelle est destiné à circuler un premier fluide réfrigérant et comportant une pompe (3), un condenseur (5), un dispositif de détente (7) et un évaporateur (II ), caractérisé en ce que le dispositif de gestion thermique (1) comporte une boucle magnétocalorique (M) dans laquelle est destiné à circuler un fluide caloporteur et indépendante de la boucle principale (A), la boude magnétocalorique (M) comportant : - un dispositif magnétocalorique (50), - un premier échangeur de chaleur (51) destiné à être traversé par un flux d'air externe (100'), et - au moins un deuxième échangeur de chaleur (52) destiné à échanger de l'énergie calorifique au niveau d'un actionneur thermique configuré pour agir sur le confort thermique d'un passager dans l'habitacle et/ou sur un accessoire de confort dans l'habitacle. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la boucle magnétocalorique (M) comporte au moins deux deuxièmes échangeurs de chaleur (52) disposés en parallèle les uns des autres. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (51) est un condenseur et en ce que le fluide caloporteur est un deuxième fluide réfrigérant choisi parmi le R134a, R1234yf, le et le R744. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (51) est un radiateur et en ce que le fluide caloporteur est de l'eau ou de l'eau glycolée. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la boucle magnétocalorique (M) comporte une première branche (M1) comportant le premier échangeur de chaleur (51) et une deuxième branche (M2) comportant l'au moins un deuxième échangeur de chaleur (52), le dispositif magnétocalorique (50) étant. agencé conjointement sur les première (M1) et deuxième (M2) branches. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une quelconque des reven- 8 [Revendication 7] dications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins un deuxième échangeur de chaleur (52) est un échangeur à air destiné à être traversé par un flux d'air interne (200'). [Revendication 8] Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé que l'actionneur thermique est un dispositif de chauffage ventilation et d'air conditionné additionnel pour permettre des échanges thermiques par air pulsé ou convectif, une buse active pour produire un jet d'air local ou encore un siège climatisé. [Revendication 9] Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins un deuxième échangeur de chaleur (52) est un échangeur de surface de type plaque d'échange. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé que l'actionneur thermique est un porte gobelet réfrigérant, une boite à gant réfrigérante ou un compartiment de rangement climatisé.