AUTOMOBILE

La présente invention se rapporte au domaine des boucles de fluide caloporteur fonctionnant avec un circuit de fluide réfrigérant. L’invention a pour objet un système de traitement thermique comprenant au moins une boucle de fluide caloporteur et un circuit de fluide réfrigérant.

Un circuit de fluide réfrigérant est généralement associé à une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation d’un habitacle de véhicule pour traiter thermiquement un flux d’air extérieur au véhicule se dirigeant vers l’habitacle. En effet, un tel circuit permet à l’aide des changements d’état du fluide réfrigérant de chauffer et/ou de refroidir le flux d’air envoyé à l’intérieur de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation.

D’autre part, un circuit de fluide caloporteur est généralement associé à au moins un des éléments de la chaîne de traction du véhicule à refroidir. Pour cela, le fluide caloporteur, étant de nature différente du fluide réfrigérant, nécessite d’être refroidi pour être en mesure de traiter thermiquement la chaîne de traction. À cet effet, le fluide caloporteur est généralement refroidi par un flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule.

Il est également connu de refroidir le fluide caloporteur qui circule dans cette chaîne de traction du véhicule en utilisant le circuit de fluide réfrigérant évoqué ci-dessus. Dans un tel cas, un échangeur de calories est disposé à une interface entre le circuit de fluide caloporteur et le circuit de fluide réfrigérant. Cet échangeur de calories est installé en série avec les autres organes qui composent le circuit de fluide réfrigérant.

Ces systèmes de refroidissement peuvent par exemple être intégrés sur des véhicules dont la chaîne de traction est électrique, c’est-à-dire qu’elle comporte au moins un moteur fonctionnant au moins partiellement à l’énergie électrique et commandé par un boîtier électronique de commande. De plus, ces moteurs électriques sont couramment alimentés électriquement par un ou plusieurs dispositifs de stockage électrique embarqués sur le véhicule. L’ensemble de ces éléments supporte mal les changements de températures trop importants et il convient donc de les refroidir. On comprend alors que les véhicules hybrides ou électriques nécessitent des systèmes de refroidissement de plus en plus performants.

Ces systèmes de refroidissement sont le plus souvent agencés au moins en partie en face avant des véhicules. Plus exactement, ces systèmes de refroidissement comprennent classiquement au moins un échangeur thermique qui est agencé au niveau de cette face avant. Notamment afin d’optimiser le rendement du système de traitement thermique, ledit échangeur thermique peut être configuré pour assurer le sous-refroidissement du fluide réfrigérant liquide lorsqu’il est utilisé comme condenseur.

Additionnellement, la boucle de fluide caloporteur desdits véhicules comprend classiquement au moins un radiateur, la boucle de fluide caloporteur et la boucle de fluide réfrigérant étant aménagées de sorte qu’au moins l’échangeur thermique soit disposé en amont du radiateur par rapport au sens de circulation du flux d’air extérieur entrant dans la face avant du véhicule. Dans de telles architectures, lorsque le système de traitement thermique fonctionne comme installation de climatisation, le flux d’air extérieur est successivement impliqué dans des échanges thermiques avec le fluide réfrigérant circulant dans l’échangeur thermique, puis avec le radiateur.

Néanmoins, il peut être nécessaire d’inverser une telle architecture de sorte que le radiateur soit disposé en amont de l’échangeur thermique, selon le sens de circulation du flux d’air extérieur à l’habitacle au travers de ce radiateur et de cet échangeur thermique. Un inconvénient d’une telle architecture réside dans le fait que l’échangeur thermique est inapte à assurer un sous-refroidissement du fluide réfrigérant postérieurement à sa phase de condensation.

La présente invention s’inscrit dans ce contexte et vise à résoudre un tel problème en proposant un système de traitement thermique dont le radiateur est disposé en amont d’au moins un échangeur thermique selon le sens de circulation du flux d’air extérieur, le système de traitement thermique étant apte à assurer le sous- refroidissement du fluide réfrigérant.

La présente invention concerne ainsi un système de traitement thermique destiné à un véhicule comprenant au moins un circuit de fluide réfrigérant et au moins une boucle de fluide caloporteur ; le circuit de fluide réfrigérant comprenant au moins un premier échangeur thermique et un deuxième échangeur thermique, le premier échangeur thermique étant configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule et le deuxième échangeur thermique étant configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d’air intérieur destiné à être envoyé dans l’habitacle,

- la boucle de fluide caloporteur comprenant au moins un radiateur configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le flux d’air extérieur et le fluide caloporteur,

- le système de traitement thermique comprenant au moins un échangeur de chaleur configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans le circuit et le fluide caloporteur circulant dans la boucle, le système de traitement thermique étant caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur est disposé sur le circuit de fluide réfrigérant entre le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique, l’échangeur de chaleur et le radiateur étant disposés dans la boucle de fluide caloporteur de manière à ce que le radiateur décharge dans le flux d’air extérieur des calories captées par l’échangeur de chaleur.

Le fluide caloporteur est avantageusement un liquide caloporteur, tel que par exemple une eau glycolée.

Particulièrement, le radiateur de la boucle de fluide caloporteur est directement disposé en amont de l’échangeur thermique du circuit de fluide réfrigérant selon le sens de circulation du flux d’air extérieur qui entre dans la face avant du véhicule de sorte que le flux d’air réchauffé par échange thermique avec le radiateur est directement envoyé vers le premier échangeur thermique.

Le circuit de fluide réfrigérant du système de traitement thermique selon l’invention est configuré pour fonctionner alternativement en mode pompe à chaleur, de sorte à réchauffer le flux d’air intérieur avant de l’envoyer dans l’habitacle, ou en mode climatisation, afin de refroidir le flux d’air intérieur avant de l’envoyer dans l’habitacle.

Selon le mode de fonctionnement du circuit du système de traitement thermique selon l’invention, le premier échangeur thermique est configuré pour fonctionner comme un condenseur ou comme un évaporateur, vis-à-vis du fluide réfrigérant. Particulièrement, le premier échangeur thermique est configuré pour être utilisé comme condenseur lorsque le circuit fonctionne en mode climatisation et comme évaporateur lorsque le circuit fonctionne en mode chauffage. En d’autres termes, lorsque le circuit fonctionne en mode climatisation, le fluide réfrigérant circulant dans l’échangeur thermique cède des calories au flux d’air extérieur et lorsque le circuit fonctionne en mode chauffage, le fluide réfrigérant circulant dans l’échangeur de chaleur capte des calories du flux d’air extérieur. Selon l’invention, l’échangeur de chaleur du circuit est configuré pour assurer le sous- refroidissement du fluide réfrigérant. Par « sous-refroidissement », on entend l’abaissement de la température du fluide réfrigérant au-dessous de sa température de condensation.

Selon un aspect de l’invention, l’échangeur de chaleur est disposé dans la boucle de fluide caloporteur en aval du radiateur, selon le sens de circulation du fluide caloporteur dans la boucle de fluide caloporteur.

Les calories cédées par le fluide caloporteur dans le radiateur par échange de chaleur avec le flux d’air extérieur assurent une entrée du fluide caloporteur dans l’échangeur de chaleur à une température significativement inférieure à la température du fluide réfrigérant qui entre dans cet échangeur de chaleur.

Selon un autre aspect de l’invention, l’échangeur de chaleur est disposé dans la boucle de fluide caloporteur en amont du radiateur, selon le sens de circulation du fluide caloporteur dans la boucle de fluide caloporteur.

Les calories captées par le fluide caloporteur au niveau de l’échangeur de chaleur sont déchargées dans le flux d’air extérieure via le radiateur, ce qui assure un retour du fluide caloporteur à une température significativement inférieure à la température du fluide réfrigérant qui entre dans l’échangeur de chaleur.

De tels aménagements contribuent notamment à améliorer le rendement thermique du circuit dans lequel circule ce fluide réfrigérant. Particulièrement, le sous- refroidissement est mis en œuvre lorsque le circuit de fluide réfrigérant fonctionne en mode climatisation, c’est-à-dire lorsque le fluide réfrigérant est amené à l’état majoritairement liquide dans l’échangeur de chaleur. Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de fluide réfrigérant est un circuit fermé qui comprend au moins une branche principale sur laquelle sont agencés au moins un dispositif de compression, le premier échangeur thermique, le deuxième échangeur thermique et au moins un organe de détente, dit organe de détente primaire, agencé entre l’échangeur de chaleur et le deuxième échangeur thermique, le radiateur étant disposé en amont du premier échangeur thermique selon le sens de circulation du flux d’air extérieur.

Il est entendu que le terme « primaire » est ici associé à la disposition de l’organe de détente primaire sur la branche principale du circuit de fluide réfrigérant et non à une quelconque hiérarchie des composants du système de traitement thermique. De même, les qualificatifs « premier », « deuxième » ont pour vocation de distinguer des éléments similaires dudit système et ne confère par un ordre d’importance à ces éléments.

Au sein du circuit de fluide réfrigérant, le deuxième échangeur thermique peut être configuré pour assurer une fonction opposée à celle du premier échangeur thermique. Autrement dit, à titre d’exemple, lorsque le premier échangeur thermique est utilisé comme condenseur, le deuxième échangeur thermique fonctionne comme un évaporateur et inversement.

Particulièrement, l’échangeur de chaleur est agencé sur le circuit de fluide réfrigérant entre le premier échangeur thermique et l’organe de détente primaire.

Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de fluide réfrigérant comprend une branche secondaire qui s’étend entre un premier point de divergence, compris entre l’échangeur de chaleur et le deuxième échangeur thermique, et un premier point de convergence, compris entre le deuxième échangeur thermique et le dispositif de compression, la branche secondaire comprenant au moins un organe de détente secondaire et un échangeur thermique secondaire couplé thermiquement à un dispositif de stockage électrique du véhicule.

On entend par « couplé thermiquement » le fait que l’échangeur thermique secondaire est configuré pour permettre un refroidissement direct ou indirect du dispositif de stockage électrique. Par exemple, l’échangeur thermique secondaire peut être configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le dispositif de stockage électrique, ce dernier étant alors agencé au contact de cet échangeur thermique secondaire. Alternativement, l’échangeur thermique peut être configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et du liquide caloporteur compris sur une deuxième boucle du système de traitement thermique, la deuxième boucle comprenant ce dispositif de stockage électrique. Le terme « secondaire » est ici associé à la localisation des éléments dits « secondaires » sur la branche secondaire du circuit. Le circuit de fluide réfrigérant comprend ainsi au moins un point de divergence, dit premier point de convergence, situé entre la branche secondaire et la branche principale, et au moins un point de convergence, dit premier point de convergence, situé entre ces mêmes branche secondaire et branche principale, de sorte que l’échangeur thermique secondaire est disposé en parallèle du deuxième échangeur thermique. Notamment, le premier point de divergence est disposé entre l’échangeur de chaleur et le deuxième échangeur thermique, plus particulièrement entre l’échangeur de chaleur et l’organe de détente primaire, tandis que le premier point de convergence est positionné entre le deuxième échangeur thermique et le dispositif de compression.

Ainsi, selon le mode de fonctionnement mis en œuvre, le système de traitement thermique peut être configuré de manière à assurer la circulation simultanée du fluide réfrigérant dans :

- le deuxième échangeur de chaleur de la branche principale, par exemple en mode climatisation ;

- le deuxième échangeur de chaleur de la branche principale et dans l’échangeur thermique secondaire de la branche secondaire, par exemple afin d’assurer simultanément le mode climatisation et le refroidissement du dispositif de stockage électrique. Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de fluide réfrigérant comprend une branche tertiaire qui bifurque le fluide réfrigérant de la branche la branche principale entre l’échangeur de chaleur et l’organe de détente primaire et l’amène sur la branche principale en un deuxième point de convergence situé en aval du dispositif de compression, entre le dispositif de compression et le premier échangeur thermique, la branche tertiaire comprenant au moins un organe de détente tertiaire.

Particulièrement, la branche tertiaire peut assurer une telle bifurcation au niveau du premier point de divergence de la branche secondaire et de la branche principale. Alternativement, le point de divergence de la branche principale et/ou de la branche secondaire et/ou de la branche tertiaire peut être remplacé par une vanne, par exemple une vanne trois voies.

Le système de traitement thermique comprend ainsi au moins deux points de convergence, le premier point de convergence reliant la branche secondaire à la branche principale, et un deuxième point de convergence reliant la branche tertiaire à la branche principale, le dispositif de compression étant interposé entre le premier point de convergence et le deuxième point de convergence.

La branche tertiaire peut, selon le mode de fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant, permettre de contourner le deuxième échangeur thermique et d’envoyer le fluide réfrigérant sortant de l’échangeur de chaleur vers le premier échangeur thermique sans que celui-ci ne circule à travers le deuxième échangeur thermique et le dispositif de compression. Ce contournement peut notamment être opéré lorsque le circuit fonctionne en mode chauffage afin d’envoyer un flux d’air chaud dans l’habitacle du véhicule, via la boucle de fluide caloporteur.

Autrement dit, cette branche tertiaire permet d’une part au système de traitement thermique de fonctionner alternativement en mode chauffage ou en mode climatisation en fonction de la demande des occupants de l’habitacle du véhicule et d’autre part d’éviter que, lorsque le circuit fonctionne en mode chauffage, le fluide réfrigérant ne passe inutilement dans le deuxième échangeur thermique.

Dans un tel mode de réalisation de la présente invention, le système de traitement thermique est ainsi configuré de sorte que, le fluide réfrigérant circule selon un même sens de circulation dans le premier échangeur thermique, indépendamment du mode de fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant, c’est-à-dire indépendamment du fait que le premier échangeur thermique soit utilisé comme condenseur ou comme évaporateur.

Selon une architecture alternative du système de traitement, le circuit de fluide réfrigérant peut comprendre une branche tertiaire qui bifurque le fluide réfrigérant de la branche principale entre l’échangeur de chaleur et l’organe de détente primaire et l’amène à la branche principale en un deuxième point de convergence situé en aval du premier échangeur thermique, entre ce premier échangeur thermique et l’échangeur de chaleur, la branche tertiaire comprenant au moins un organe de détente tertiaire.

Similairement au système de traitement thermique précédemment exposé, la branche tertiaire du système de traitement thermique du présent mode de réalisation peut, selon le mode de fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant, permettre de contourner le deuxième échangeur thermique et d’envoyer le fluide réfrigérant sortant de l’échangeur de chaleur vers le premier échangeur thermique sans qu’il ne circule dans le deuxième échangeur thermique. Comme précédemment, la branche tertiaire peut assurer une telle bifurcation au niveau du premier point de divergence de la branche secondaire et de la branche principale. Une telle architecture alternative du système de traitement thermique assure que le fluide réfrigérant circule selon des sens de circulation opposés au niveau du premier échangeur thermique selon que le circuit de fluide réfrigérant fonctionne en mode climatisation ou en mode chauffage, c’est-à-dire selon que le premier échangeur thermique est utilisé comme condenseur ou comme évaporateur respectivement et donc selon que le fluide réfrigérant entre dans le premier échangeur thermique à l’état gazeux ou à l’état liquide.

Ainsi, à titre d’exemple, lorsque le circuit de fluide réfrigérant fonctionne en mode climatisation, le fluide réfrigérant gazeux ou essentiellement gazeux peut entrer dans le premier échangeur thermique au niveau d’une première extrémité du premier échangeur thermique tandis que lorsque le circuit fonctionne en mode chauffage, le circuit de fluide réfrigérant, au moins en partie liquide, peut entrer dans le premier échangeur thermique au niveau d’une deuxième extrémité, opposée à la première extrémité.

Indépendamment du mode de réalisation mis en œuvre, selon une caractéristique de l’invention le circuit de fluide réfrigérant peut comprendre une branche de dérivation qui diverge de la branche principale en aval du dispositif de compression, entre ce dispositif de compression et le premier échangeur thermique, la branche de dérivation présentant un point de raccordement avec ladite branche principale situé entre le premier échangeur thermique et l’échangeur de chaleur, en aval du premier échangeur thermique et d’un clapet anti-retour. On notera qu’un tel clapet anti retour est disposé entre le point de raccordement avec la branche principale situé entre le premier échangeur thermique et l’échangeur de chaleur et un deuxième point de divergence situé entre le premier échangeur thermique et l’échangeur de chaleur.

Notamment, la branche de dérivation bifurque de la branche principale au niveau d’un point appelé point de bifurcation.

Selon l’invention, la branche principale et/ou la branche de dérivation comprennent au moins un organe de régulation du débit de fluide réfrigérant agencé entre le dispositif de compression et le premier échangeur thermique.

A titre d’exemple, les organes de régulation du débit de fluide réfrigérant peuvent être des vannes. On comprend que ces organes de régulation du débit de fluide réfrigérant permettent de diriger sélectivement le fluide réfrigérant vers la branche principale ou vers la branche de dérivation en autorisant et en interdisant la circulation de ce fluide réfrigérant dans l’une ou l’autre de ces branches.

Selon un exemple de réalisation, il s’agit de deux vannes deux voies, l’une étant installée dans la branche principale et l’autre étant installée dans la branche de dérivation. Alternativement, le système de traitement thermique peut comprendre une vanne trois voies installée au point de bifurcation.

En d’autres termes, la branche de dérivation associée aux organes de régulation du débit de fluide réfrigérant peut permettre de contourner ou non le premier échangeur thermique selon qu’il est nécessaire d’envoyer un flux d’air chaud ou un flux d’air froid respectivement dans l’habitacle du véhicule. Autrement dit, cette branche de dérivation permet au système de traitement thermique de fonctionner alternativement en mode pompe chauffage ou en mode climatisation selon la demande.

Selon l’invention, la boucle de fluide caloporteur est une boucle fermée qui comprend au moins une ligne principale, sur laquelle sont au moins agencés le radiateur, l’échangeur de chaleur et un organe de mise en circulation du fluide caloporteur, et au moins une ligne de dérivation qui diverge de la ligne principale entre l’organe de mise en circulation du fluide caloporteur et le radiateur, la ligne de dérivation présentant un point de jonction avec ladite ligne principale disposé entre le radiateur et l’échangeur de chaleur. Selon l’invention, la ligne de dérivation comprend au moins un aérotherme configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le flux d’air intérieur.

Particulièrement, le système de traitement thermique peut comprendre au moins une vanne trois voies configurée pour contrôler la circulation du fluide caloporteur vers la ligne principale et/ou la ligne de dérivation de la boucle de fluide caloporteur. Alternativement, la boucle de fluide caloporteur peut comprendre un troisième point de divergence associé à au moins deux organes de régulation du débit, par exemple des vannes, respectivement disposés sur la ligne principale et la ligne de dérivation.

La ligne de dérivation permet notamment d’assurer le contournement de l’aérotherme de sorte que, selon que le circuit de fluide réfrigérant met en œuvre le mode climatisation ou le mode chauffage, la ligne de dérivation assure respectivement le contournement de l’aérotherme ou le passage du fluide caloporteur à son travers.

Selon une caractéristique de l’invention, la boucle de fluide caloporteur comprend au moins une ligne additionnelle de circulation du fluide caloporteur qui comprend au moins un échangeur thermique dédié au traitement thermique d’au moins un élément de la chaîne de traction électrique du véhicule automobile.

Notamment, la ligne additionnelle de la boucle de fluide caloporteur peut être destinée au refroidissement d’au moins un moteur électrique du véhicule et/ou un module de commande de ce moteur électrique via un échangeur thermique couplé à l’un quelconque de ces organes.

Selon l’invention, le système de traitement thermique peut en outre comprendre un échangeur thermique interne agencé entre deux portions distinctes du circuit de fluide réfrigérant, notamment une première portion, comprise entre le dispositif de compression et l’organe de détente primaire, au niveau de laquelle le fluide réfrigérant est soumis à une haute pression et une deuxième portion du circuit de fluide réfrigérant, comprise entre l’organe de détente primaire et le dispositif de compression, dans laquelle le fluide réfrigérant est soumis à une basse pression, inférieure à la haute pression.

Avantageusement, cet échangeur thermique interne permet d’une part de réchauffer le fluide réfrigérant en amont du dispositif de compression de sorte à ce que ce fluide réfrigérant soit exclusivement sous forme gazeuse lorsqu’il rejoint une entrée du dispositif de compression et d’autre part de refroidir le fluide réfrigérant en amont de l’organe de détente primaire de sorte à ce que la baisse de pression opérée par cet organe de détente soit facilitée. L’efficacité globale du circuit de fluide réfrigérant est ainsi améliorée en présence de cet échangeur thermique interne. Un objet de la présente invention concerne également un véhicule automobile comprenant au moins un système de traitement thermique tel que précédemment exposé.

D’autres caractéristiques détails et avantages ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec les différents exemples de réalisation illustrés sur les figures suivantes :

La figure 1 est une représentation schématique d’un système de traitement thermique selon la présente invention, ce système de traitement thermique comprenant au moins un circuit de fluide réfrigérant et une boucle d’un fluide caloporteur ;

La figure 2 illustre schématiquement un premier exemple de fonctionnement du système de traitement thermique représenté sur la figure i dans lequel le circuit de fluide réfrigérant fonctionne en mode refroidissement de l’habitacle ;

La figure 3 illustre schématiquement un deuxième exemple de fonctionnement du système de traitement thermique représenté sur la figure 1 dans lequel le circuit de fluide réfrigérant fonctionne en mode refroidissement d’un organe de stockage électrique du véhicule ;

La figure 4 illustre schématiquement le système de traitement thermique représenté sur la figure 1 selon un troisième exemple de fonctionnement dans lequel le circuit de fluide réfrigérant fonctionne en mode chauffage de l’habitacle ;

La figure 5 illustre schématiquement le système de traitement thermique représenté sur la figure 1 selon un quatrième exemple de fonctionnement dans lequel le circuit de fluide réfrigérant fonctionne en mode chauffage de l’habitacle et récupération de calories ;

La figure 6 illustre schématiquement le système de traitement thermique représenté sur la figure 1 selon un cinquième exemple de fonctionnement dans lequel le circuit de fluide réfrigérant fonctionne en un premier mode de désembuage de l’habitacle ; La figure 7 illustre schématiquement le système de traitement thermique représenté sur la figure 1 selon un sixième exemple de fonctionnement dans lequel le circuit de fluide réfrigérant fonctionne en un second mode de désembuage de l’habitacle ;

La figure 8 est une représentation schématique d’un système de traitement thermique selon la présente invention réalisé selon un mode de réalisation alternatif ;

La figure 9 illustre schématiquement le système de traitement thermique alternatif représenté sur la figure 8 selon le troisième exemple de fonctionnement dans lequel le circuit de fluide réfrigérant fonctionne en mode chauffage de l’habitacle.

La figure 1 illustre schématiquement un système de traitement thermique 1 de plusieurs fonctions d’un véhicule automobile, parmi lesquelles on trouve au moins une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation de l’habitacle 40, un dispositif de stockage électrique 9 et au moins élément d’une chaîne de traction électrique du véhicule.

Le système de traitement thermique 1 comprend une boucle 2 de fluide caloporteur, par exemple de l’eau glycolée, et un circuit 3 de fluide réfrigérant qui est destiné notamment au traitement thermique d’un habitacle d’un véhicule.

Dans l’ensemble de la description, les termes « amont », « aval », « entrée » et « sortie » se réfèrent à un sens de circulation Si du fluide caloporteur dans la boucle 2 de fluide caloporteur ou à un sens de circulation S 2 du fluide réfrigérant dans le circuit 3 de fluide réfrigérant ou d’un sens de circulation S3 d’un flux d’air extérieur FAi à l’habitacle.

Le circuit 3 de fluide réfrigérant consiste en un circuit fermé qui comprend au moins une branche principale 310 sur laquelle sont disposés un dispositif de compression 4, destiné à élever la pression du fluide réfrigérant, au moins un premier échangeur thermique 5 configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le flux d’air extérieur FAi à l’habitacle, au moins un organe de détente 6, dit organe de détente primaire 61, destiné à diminuer la pression du fluide réfrigérant, et au moins un deuxième échangeur thermique 7 destiné à traiter thermiquement un flux d’air intérieur FA2, distinct du flux d’air extérieur FAi, et qui est destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule. La boucle 2 de fluide caloporteur consiste en une boucle fermée comprenant un organe de mise en circulation 21 du fluide caloporteur, tel qu’une pompe, et au moins un radiateur 22 configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le flux d’air extérieur FAi à l’habitacle et le fluide caloporteur. Au sein du système de traitement thermique 1, le radiateur 22 de la boucle 2 de fluide caloporteur et le premier échangeur thermique 5 du circuit 3 de fluide réfrigérant sont exposés au flux d’air extérieur FAi, le radiateur 22 étant disposé en amont du premier échangeur thermique 5 selon le sens de circulation S3 du flux d’air extérieur FAi. Avantageusement, le radiateur 22 et le premier échangeur thermique 5 sont aménagés en face avant du véhicule, mais ils pourraient aussi être installés sur un pavillon du véhicule, dans une aile arrière et d’un manière générale en toutes zones du véhicule qui peut être balayées par le flux d’air extérieur FAi.

Le premier échangeur thermique 5 est configuré pour être utilisé en tant que condenseur ou en tant qu’évaporateur selon le mode de fonctionnement du circuit 3 de fluide réfrigérant opéré, c’est-à-dire un mode climatisation ou un mode chauffage. Selon le mode de fonctionnement mis en œuvre, le fluide réfrigérant qui circule dans ce premier échangeur thermique 5 présente différents états. En effet, lorsque le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode climatisation, le premier échangeur thermique 5 fonctionne en tant que condenseur, c’est-à-dire que le fluide réfrigérant entre dans ce premier échangeur thermique 5 à l’état gazeux, est refroidi par échange thermique avec le flux d’air extérieur FAi et ressort à l’état liquide. A l’inverse, lorsque le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode chauffage, le premier échangeur thermique 5 est utilisé en tant qu’évaporateur. Le fluide réfrigérant entre dans le premier échangeur thermique 5 à l’état diphasique, c’est-à-dire sous forme d’un mélange liquide/gaz, et en ressort à l’état gazeux. En d’autres termes, lorsque le circuit fonctionne en mode climatisation, le fluide réfrigérant est configuré pour céder des calories au flux d’air extérieur FAi traversant le premier échangeur thermique 5 et lorsque le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode chauffage, le fluide réfrigérant est configuré pour capter des calories du flux d’air extérieur FAi qui traverse le premier échangeur thermique 5.

Dans le système de traitement thermique 1 selon la présente invention, lorsque le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode climatisation, le flux d’air extérieur FAi circule d’abord au travers du radiateur 22 et capte les calories du fluide caloporteur circulant dans le radiateur 22. Le flux d’air extérieur FAi sortant du radiateur 22, réchauffé, est ensuite directement amené vers le premier échangeur thermique 5 où il capte les calories du fluide réfrigérant, plus chaud. Le fluide réfrigérant circulant dans le premier échangeur thermique 5 est alors condensé.

Le système de traitement thermique 1 selon la présente invention comprend un échangeur de chaleur 8 configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le fluide réfrigérant circulant dans le circuit 3 de fluide réfrigérant et le fluide caloporteur circulant dans la boucle 2 de fluide caloporteur. Particulièrement, l’échangeur de chaleur 8 peut être utilisé comme sous-refroidisseur ou comme condenseur, selon le mode de fonctionnement envisagé. On comprend que cet échangeur de chaleur 8 forme une interface entre le circuit 3 de fluide réfrigérant et la boucle 2 de fluide caloporteur dédiée au transfert de calories entre ces deux fluides.

L’échangeur de chaleur 8 est disposé entre le premier échangeur thermique 5 et l’organe de détente primaire 61, en aval du premier échangeur thermique 5. Dit autrement, l’échangeur de chaleur 8 est interposé entre le premier échangeur thermique 5 et le deuxième échangeur thermique 7 du circuit 3 de fluide réfrigérant.

Également, l’échangeur de chaleur 8 est aménagé dans la boucle 2 de fluide caloporteur de sorte que l’échangeur de chaleur 8 est disposé en amont du radiateur 22 selon le sens de circulation Si du fluide caloporteur. Le fluide réfrigérant qui entre dans l’échangeur de chaleur 8 peut ainsi décharger ses calories dans le fluide caloporteur, ce qui permet ensuite au radiateur 22 de dissiper ces calories dans le flux d’air extérieur FAi au véhicule. Ainsi, le fluide réfrigérant circule dans une première passe 81 de l’échangeur de chaleur 8, tandis que le fluide caloporteur circule dans une deuxième passe 82 de ce même échangeur de chaleur 8. Le fluide caloporteur présent dans le deuxième passe 82 est chauffé par échange thermique avec le fluide réfrigérant présent dans la première passe 81 de l’échangeur de chaleur 8.

De manière alternative et non représentée, l’échangeur de chaleur 8 est disposé en aval du radiateur 22 selon le sens de circulation Si du fluide caloporteur, de sorte que le fluide réfrigérant entrant dans l’échangeur de chaleur 8 est au préalable refroidi par l’échange thermique opéré dans le radiateur 22, entre le fluide caloporteur et le flux d’air extérieur. Ainsi, le fluide caloporteur, refroidi préalablement par échange thermique avec le flux d’air extérieur FAi, est amené vers la deuxième passe 82 de l’échangeur de chaleur 8 afin de réaliser un second échange thermique avec le fluide réfrigérant circulant dans une première passe 81 de ce même échangeur de chaleur 8.

La disposition selon laquelle l’échangeur de chaleur 8 est disposé en aval du radiateur 22, selon le sens de circulation Si du fluide caloporteur, est bien entendu transposable à l’un quelconque des modes de fonctionnement ou alternatives illustrés aux figures 2 à 9.

Il est à noter que les différents fluides circulant dans cet échangeur de chaleur 8 ne se mélangent pas et que l’échange de chaleur entre ces deux fluides se fait par conduction.

Le circuit 3 de fluide réfrigérant tel qu’illustré à la figue 1 comprend ainsi la branche principale 310 sur laquelle sont successivement disposés, selon le sens de circulation S2 du fluide réfrigérant, le dispositif de compression 4, le premier échangeur thermique 5, l’échangeur de chaleur 8, l’organe de détente primaire 61 et le deuxième échangeur thermique 7. Le fluide réfrigérant, circulant dans une première portion 501 du circuit 2 de fluide réfrigérant comprise entre le dispositif de compression 4 et l’organe de détente primaire 61, est soumis à une haute pression, tandis que le fluide réfrigérant circulant dans une deuxième portion 502 du circuit comprise entre l’organe de détente primaire 61 et le dispositif de compression 4 est soumis une basse pression, inférieure à la haute pression.

Avantageusement, le circuit 3 de fluide réfrigérant du système de traitement thermique 1 comprend un échangeur thermique interne 31. Cet échangeur thermique interne 31 permet de récupérer des calories d’une portion du circuit 3 de fluide réfrigérant, ici la première portion 501, pour les échanger avec une autre portion de ce même circuit, ici la deuxième portion 502, de manière à réduire la puissance consommée par le dispositif de compression 4 et globalement augmenter la performance du circuit de fluide réfrigérant.

L’échangeur thermique interne 31 est ainsi disposé entre deux conduites présentant un différentiel de température entre elles. On distingue alors une première conduite 302, dite haute pression et haute température, et une deuxième conduite 303, dite basse pression et basse température, qui comprennent respectivement une première partie 318 de l’échangeur thermique interne 31 dans laquelle le fluide réfrigérant circule à haute pression et haute température et une deuxième partie 319 dans laquelle le fluide réfrigérant circule à une pression inférieure et une température inférieure. Le fluide réfrigérant à basse température étant plus froid que le fluide réfrigérant à pression supérieure, on comprend que l’échangeur thermique interne 31 autorise un échange de chaleur entre ses deux parties 318, 319, et donc entre les deux conduites 302, 303 du circuit 3 de fluide réfrigérant sur lesquelles sont agencées ces parties.

Dans l’exemple illustré, la première partie 318 de l’échangeur thermique interne 31 est disposée entre l’échangeur de chaleur 8 et l’organe de détente primaire 61 et la deuxième partie 319 de cet échangeur thermique interne 31 est disposée entre le deuxième échangeur thermique 7 et le dispositif de compression 4. L’échangeur thermique interne 31 permet le réchauffement du fluide réfrigérant en amont du dispositif de compression 4 de sorte que ce fluide réfrigérant arrive dans ce dispositif de compression 4 à l’état gazeux. Dans l’ensemble des figures du présent document, l’échange thermique mis en œuvre entre la première partie 318 de l’échangeur thermique interne 31 et la deuxième partie 319 de l’échangeur thermique interne est schématiquement représentée par la ligne pointillée 100.

La branche principale 310 du circuit 3 de fluide réfrigérant comprend un dispositif d’accumulation 32 agencé entre le deuxième échangeur thermique 7 et la deuxième partie 319 de l’échangeur thermique interne 31, en amont du dispositif de compression 4. Le dispositif d’accumulation 32 permet d’accumuler une phase liquide du fluide réfrigérant de manière à garantir que seule une phase gazeuse du fluide réfrigérant se dirige vers le dispositif de compression 4. Également, le dispositif d’accumulation 32 permet de gérer la quantité de fluide réfrigérant circulant dans le circuit 3 de fluide réfrigérant. Le circuit 3 de fluide réfrigérant comprend une branche secondaire 320 qui diverge de la branche principale 310 en un point de divergence, dit premier point de divergence 311, situé entre la première partie 318 de l’échangeur thermique interne 31 et l’organe de détente primaire 61 et qui rejoint la branche principale 310 en un premier point de convergence 312 situé entre le deuxième échangeur thermique 7 et le dispositif d’accumulation 32.

La branche secondaire 320 comprend successivement, selon le sens de circulation S2 du fluide réfrigérant, un organe de détente secondaire 321 et un échangeur thermique secondaire 322 couplé thermiquement à un dispositif de stockage électrique 9 du véhicule configuré pour alimenter électriquement au moins un élément de la chaîne de traction électrique dudit véhicule. L’échangeur thermique secondaire 322 est ainsi agencé en parallèle du deuxième échangeur thermique 7, du point de vue du fluide réfrigérant. On comprend que le dispositif de stockage électrique 9 est agencé à proximité, ou avantageusement en contact thermique, de l’échangeur thermique secondaire 322 et que ce dernier est configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans la branche secondaire 320 et une deuxième boucle 10 de fluide caloporteur comprenant le dispositif de stockage électrique 9 et configurée pour en assurer le refroidissement. Le fluide caloporteur présent dans cette deuxième boucle 10 est mis en circulation par un circulateur 110.

Le circuit 3 de fluide réfrigérant comprend de plus une branche tertiaire 330 qui diverge de la branche principale 310 au niveau du premier point de divergence 311 et qui rejoint la branche principale 310 entre le dispositif de compression 4 et le premier échangeur thermique 5, au niveau d’un deuxième point de convergence 313. La branche tertiaire 330 permet de contourner le deuxième échangeur thermique 7 et d’envoyer le fluide réfrigérant sortant de l’échangeur de chaleur 8 vers le premier échangeur thermique 5. Ce contournement peut notamment être mis en œuvre lorsque le circuit fonctionne en mode chauffage afin d’envoyer un flux d’air chaud dans l’habitacle du véhicule.

Le circuit 3 de fluide réfrigérant comprend également une branche quaternaire 340 qui diverge de la branche principale 310 au niveau d’un deuxième point de divergence 314, situé entre le premier échangeur thermique 5 et l’échangeur de chaleur 8 et qui rejoint la branche principale 310 au niveau du premier point de convergence 312. La branche quaternaire 340 permet le contournement du deuxième échangeur thermique 7, notamment lorsque le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode chauffage. Particulièrement, la branche quaternaire 340 peut comprendre au moins un organe de régulation 12 du débit de fluide réfrigérant configuré pour diriger le fluide réfrigérant vers la branche principale 310 ou vers la branche quaternaire 340. Enfin, le circuit 3 de fluide réfrigérant comprend une branche de dérivation 350 qui diverge de la branche principale 310 au niveau d’un point de bifurcation 315, compris entre le dispositif de compression 4 et le premier échangeur thermique 5, et qui rejoint la branche principale 310 au niveau d’un point de raccordement 316, situé entre le premier échangeur thermique 5 et l’échangeur de chaleur 8.

La branche principale 310 comprend au moins un premier organe de régulation 121 du débit de fluide réfrigérant agencé entre le dispositif de compression 4 et le premier échangeur thermique 5, tandis que la branche de dérivation 350 comprend au moins un deuxième organe de régulation 122 du débit de fluide réfrigérant agencé entre le dispositif de compression 4 et le point de raccordement 316, lesdits organes de régulation 12, 121, 122 du débit de fluide réfrigérant permettant de diriger sélectivement le fluide réfrigérant vers la branche principale 310 ou vers la branche de dérivation 350 en autorisant et en interdisant la circulation de ce fluide réfrigérant dans l’une ou l’autre de ces branches. Notamment, lesdits organes de régulation 12, 121, 122 du débit de fluide réfrigérant peuvent être des vannes deux voies ou une unique vanne trois voies installée au point de bifurcation 315.

La branche de dérivation 350 associée aux organes de régulation 12, 121, 122 du débit de fluide réfrigérant peut notamment permettre de contourner le premier échangeur thermique 5, notamment lorsque le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode chauffage et qu’il est nécessaire d’envoyer un flux d’air chaud dans l’habitacle du véhicule.

La branche principale 310 comprend au moins un clapet anti-retour 33 situé entre le premier échangeur thermique 5 et le point de raccordement 316 et configurée pour entraver la circulation du fluide réfrigérant issu de la branche de dérivation 350 en direction du premier échangeur thermique 5, et autoriser la circulation de fluide réfrigérant entre le deuxième point de divergence 314 et le point de raccordement 316. Selon l’exemple illustré à la figure 1, la boucle 2 de fluide caloporteur comprend une ligne principale 210 sur laquelle sont successivement disposés, selon le sens de circulation Si du fluide caloporteur, au moins l’organe de mise en circulation 21 du fluide caloporteur, l’échangeur de chaleur 8 et le radiateur 22.

La boucle 2 de fluide caloporteur comprend en outre une ligne de dérivation 220 qui diverge de la ligne principale 210 entre l’organe de mise en circulation 21 et le radiateur 22, en amont de l’organe de mise en circulation, et qui la rejoint au niveau d’un point de jonction 201 situé entre le radiateur 22 et l’échangeur de chaleur 8. En d’autres termes, la ligne de dérivation 220 assure le contournement du radiateur 22. La boucle 2 de fluide caloporteur comprend notamment une vanne trois voies 202 afin d’assurer sélectivement la circulation du fluide caloporteur le long de la ligne principale 210 et/ou de la ligne de dérivation 220. En outre, la ligne de dérivation 220 comprend un aérotherme 23 configuré pour mettre en œuvre un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le flux d’air intérieur FA2. Additionnellement, la boucle 2 de fluide caloporteur peut comprendre au moins un dispositif de chauffage électrique 24 du fluide caloporteur disposé en amont de l’aérotherme, selon le sens de circulation Si du fluide caloporteur.

La boucle 2 de fluide caloporteur comprend enfin une ligne additionnelle 230 qui comprend au moins un moyen de mise en circulation 231 du fluide caloporteur dans cette ligne, tel qu’une pompe, et un échangeur thermique 232 destinée au traitement thermique d’au moins un élément de la chaîne de traction électrique du véhicule, par exemple un moteur électrique et/ou un module de commande de ce moteur électrique. La ligne additionnelle 230 diverge et converge de la ligne principale 210 de la boucle 2 de fluide caloporteur de part et d’autre du radiateur 22 respectivement, la circulation du fluide caloporteur le long de la ligne additionnelle 230 étant, à titre d’exemple, commandée par une vanne trois voies 203 ou, alternativement, par une pluralité de moyens de régulation du débit du fluide caloporteur, non représentés.

La ligne additionnelle 230 est destinée au traitement thermique de l’élément de la chaîne de traction électrique du véhicule, par exemple un moteur électrique et/ou un module de commande de ce moteur électrique, et est agencée afin, par exemple, d’opérer un échange thermique entre le fluide caloporteur circulant dans la ligne additionnelle 230 et le flux d’air extérieur FAi à l’habitacle du véhicule. Notamment, le flux d’air extérieur FAi peut assurer le refroidissement du fluide caloporteur qui peut alors capter via l’échangeur thermique 232 des calories émises par l’élément de la chaîne de traction thermiquement.

La figure 1 montre également une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation 40 qui comprend un boîtier 41 délimitant un volume interne. Le flux d’air intérieur FA2 est canaliser par ce boîtier 41 avant d’être envoyé dans l’habitacle du véhicule. Le boîtier loge le deuxième échangeur thermique 7 et l’aérotherme 23. L’installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation 40 comprend également un ventilateur 42 chargé de mettre en mouvement le flux d’air intérieur FA2 dans le boîtier 41, ainsi que des volets de mixage ou de distribution globalement désignés par la référence 43.

Les figures 2 à 7 représentent différents exemples de fonctionnement du système de traitement thermique 1 tel qu’exposé précédemment dans la figure 1. Sur ces figures, les traits pleins représentent des conduites du système de traitement thermique 1 dans lesquelles le fluide réfrigérant ou le fluide caloporteur circulent, tandis que les traits pointillés représentent des conduites du système de traitement thermique 1 dans lesquelles ni le fluide réfrigérant ni le fluide caloporteur ne circulent. Le flux d’air extérieur FAi, le flux d’air intérieur FA2 et son sens de circulation S3, un sens de circulation Si du fluide caloporteur dans la boucle 2 de fluide caloporteur et un sens de circulation S2 du fluide réfrigérant dans le circuit 3 de fluide réfrigérant sont également schématiquement représentés sur les différentes figures 1 à 9. Les organes ou moyens de régulation de débit sont quant à eux illustrés pleins quand ils bloquent la circulation du fluide concerné, et évidés quand ils autorisent ladite circulation. La figure 2 illustre ainsi un premier exemple de fonctionnement du système de traitement thermique 1 dans lequel le circuit 3 de fluide réfrigérant est configuré pour fonctionner en mode climatisation, c’est-à-dire qu’il est configuré pour refroidir le flux d’air intérieur FA2 avant que celui-ci ne soit envoyé dans l’habitacle du véhicule.

Selon ce premier exemple de fonctionnement, dans le circuit 3 de fluide réfrigérant, la branche secondaire 320, la branche tertiaire 330 et la branche quaternaire 340 ne sont pas parcourues par le fluide réfrigérant. A titre d’exemple, la circulation du fluide réfrigérant peut être entravée par au moins l’un des organes de détente 6 et/ou l’un des organes de régulation 12 du circuit de fluide réfrigérant compris dans les branches correspondantes. Il en va de même pour la branche de dérivation 350. En d’autres termes, dans le présent exemple de fonctionnement, la circulation du fluide réfrigérant se limite à la branche principale 310 du circuit 3 de fluide réfrigérant.

Ainsi, selon ce premier exemple de fonctionnement du système de traitement thermique 1, le fluide réfrigérant quitte le dispositif de compression 4 sous haute pression, à haute température et à l’état gazeux. Le fluide réfrigérant arrive au niveau du point de bifurcation 315 où la combinaison de la fermeture du deuxième organe de régulation 122 et de l’ouverture du premier organe de régulation 121 prévient la circulation du fluide réfrigérant dans branche de dérivation 350. Il en résulte que le fluide réfrigérant circule dans la branche principale 310 en direction du premier échangeur thermique 5 qui fonctionne comme un condenseur.

Le fluide réfrigérant arrive ainsi au niveau du premier échangeur thermique 5 à l’état gazeux et à une température supérieure à la température du flux d’air extérieur FAi et cède ses calories au flux d’air extérieur FAi. Le fluide réfrigérant ainsi refroidi quitte ainsi le premier échangeur thermique 5 majoritairement à l’état liquide.

Le fluide réfrigérant est ensuite amené au niveau du point de raccordement 316 puis jusqu’à l’échangeur de chaleur 8. Le fluide réfrigérant circule alors dans la première passe 81 de l’échangeur de chaleur 8, ce fluide réfrigérant présentant une température supérieure à celle du fluide caloporteur circulant dans la deuxième passe 82 de ce même échangeur de chaleur 8. Avantageusement, cet écart de température permet un sous-refroidissement, à une température inférieure à sa température de condensation, du fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant sortant de l’échangeur de chaleur 8, essentiellement à l’état liquide, est envoyé vers l’organe de détente primaire 61 dans lequel il subit une diminution de sa pression.

Le fluide réfrigérant, à basse pression et à l’état diphasique, rejoint le deuxième échangeur thermique 7, utilisé comme évaporateur, dans lequel il est évaporé en captant des calories du flux d’air intérieur FA2. Le flux d’air intérieur FA2 est refroidi et envoyé vers l’habitacle du véhicule tandis que le fluide réfrigérant quitte le deuxième échangeur thermique 7. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le dispositif d’accumulation 32 dans lequel, tel que décrit précédemment, la phase liquide et la phase gazeuse sont séparées de sorte que seule la phase gazeuse soit ensuite envoyée vers la deuxième partie 319 de l’échangeur thermique interne 31 puis, à nouveau, vers le dispositif de compression 4.

Dans la boucle 2 de fluide caloporteur, la ligne de dérivation 220 n’est pas parcourue et la circulation du fluide caloporteur se fait essentiellement au niveau de la ligne principale 210 et de la ligne additionnelle 230.

Au sein de la boucle 2 de fluide caloporteur, le fluide caloporteur qui circule dans l’échangeur de chaleur 8 est, au moins en partie, réchauffé par l’échange de chaleur réalisé avec le fluide réfrigérant. Le fluide caloporteur circule le long de la ligne principale 210 par mise en mouvement via l’organe de mise en circulation 21, puis traverse le radiateur 22 où il est refroidi par un échange de chaleur avec le flux d’air extérieur FAi, opéré dans le radiateur 22. Il en résulte un refroidissement du fluide réfrigérant présent dans l’échangeur de chaleur 8, ce fluide réfrigérant ayant été préalablement condensé lors de son passage au travers du premier échangeur thermique 5. Le fluide réfrigérant qui traverse la première passe 81 est à l’état liquide et subit un refroidissement à une température proche de celle du flux d’air extérieur FAi. Il faut noter ici que le radiateur 22 est traversé en premier par ce flux d’air extérieur FAi, si bien que la température du fluide caloporteur est abaissée à la température la plus basse disponible en face avant du véhicule. C’est ainsi qu’il est possible d’opérer un sous-refroidissement performant du fluide réfrigérant présent dans l’échangeur de chaleur 8.

La figure 3 illustre un deuxième exemple de fonctionnement du système de traitement thermique 1. Ce deuxième exemple de fonctionnement est sensiblement similaire à celui décrit précédemment en ce qu’il concerne un mode climatisation du circuit 3 de fluide réfrigérant et la description faite de ces éléments en référence à la figure 2 est transposable à ce deuxième exemple de fonctionnement illustré sur la figure 3. Ce deuxième exemple de fonctionnement diffère néanmoins du premier exemple de fonctionnement notamment en ce que la branche secondaire 320 du circuit 3 de fluide réfrigérant est parcourue, autrement dit l’organe de détente secondaire 321 autorise la circulation du fluide réfrigérant dans ladite branche secondaire 320. Il en résulte que le circuit 3 de fluide réfrigérant permet ici simultanément un refroidissement de l’habitacle et un refroidissement du dispositif de stockage électrique 9, directement ou via la deuxième boucle 10.

En effet, lorsque le fluide réfrigérant arrive au niveau du point premier point de divergence 311, une partie du fluide réfrigérant est dirigée vers l’organe de détente primaire 61 et vers le deuxième échangeur thermique 7, tel que décrit en référence à la figure 2, et une autre partie de ce fluide réfrigérant est dirigée vers l’organe de détente secondaire 321 de la branche secondaire 320 dans lequel il subit une détente avant de rejoindre l’échangeur thermique secondaire 322.

Dans l’échangeur thermique secondaire 322, le fluide réfrigérant, circulant dans une première passe 3221 de l’échangeur thermique secondaire 322, capte des calories du fluide caloporteur circulant dans une deuxième passe 3222 de cet échangeur thermique secondaire 322. Le fluide réfrigérant quitte l’échangeur thermique secondaire 322 sous forme majoritairement gazeuse et rejoint le premier point de convergence 312 afin d’être dirigé vers le dispositif d’accumulation 32. Dans un même temps, le fluide caloporteur qui a été refroidi dans l’échangeur thermique secondaire 322 circule dans la deuxième boucle 10 de fluide caloporteur 2 de sorte à refroidir le dispositif de stockage électrique 9. La figure 4 représente de façon schématique un troisième exemple de fonctionnement du système de traitement thermique 1 selon lequel le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode chauffage de l’habitacle, c’est-à-dire qu’il opère le réchauffement du flux d’air intérieur FA2 avant que celui-ci ne soit envoyé dans l’habitacle du véhicule. Dans ce troisième exemple de fonctionnement, la branche secondaire 320 du circuit 3 de fluide réfrigérant, couplée thermiquement au dispositif de stockage électrique 9, n’est pas parcourue. Également, dans le présent exemple de fonctionnement, le radiateur 22 est inactif, en ce sens qu’il n’est pas traversé par le fluide caloporteur.

Le fluide réfrigérant quitte le dispositif de compression 4 à l’état gazeux, à haute pression et à haute température, et se dirige vers le point de bifurcation 315. Le premier organe de régulation 121, compris dans la branche principale 310, est fermé tandis que le deuxième organe de régulation 122, compris dans la branche de dérivation 350, est ouvert. Le fluide réfrigérant comprimé est ainsi dévié de la branche principale 310 et envoyé vers la branche de dérivation 350 de manière à contourner le premier échangeur thermique 5.

Le fluide réfrigérant comprimé passe au niveau du point de raccordement 316 puis entre dans l’échangeur de chaleur 8, qui, dans le présent monde de fonctionnement, est utilisé comme condenseur. Le fluide réfrigérant circulant dans la première passe 81 de l’échangeur de chaleur 8 cède des calories au fluide caloporteur, plus froid, qui circule dans la deuxième passe 82 de l’échangeur de chaleur 8. Le fluide réfrigérant quitte ensuite l’échangeur de chaleur 8 dans un état au moins partiellement liquide et entre dans la première partie 318 de l’échangeur thermique interne 31.

Lorsque le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne selon le mode chauffage, le fonctionnement de l’échangeur thermique interne 31 demeure similaire à celui précédemment exposé, c’est-à-dire que le fluide réfrigérant circulant dans la première partie 318 de l’échangeur thermique interne 31 réchauffe du fluide réfrigérant circulant dans la deuxième partie 319 de l’échangeur thermique interne 31, disposée en amont du dispositif de compression 4. Le fluide réfrigérant sortant de la première partie 318 de l’échangeur thermique interne 31 est ainsi avantageusement refroidi puis dirigé vers le premier point de divergence 311.

A ce niveau, l’organe de détente primaire 61 et l’organe de détente secondaire 321 entravent respectivement la circulation du fluide réfrigérant vers le deuxième échangeur thermique 7 et la branche secondaire 320. Le fluide réfrigérant est donc dirigé sur la branche tertiaire 330. Le fluide réfrigérant traverse un organe de détente tertiaire 331, dans lequel il subit une détente, et ressort à l’état diphasique. Le fluide réfrigérant détendu passe ensuite par le deuxième point de convergence 313 puis entre dans le premier échangeur thermique 5, utilisé comme évaporateur, qui est configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre ce fluide réfrigérant et le flux d’air extérieur FAi à l’habitacle.

A titre d’exemple, le fluide réfrigérant entrant dans le premier échangeur thermique 5 peut présenter une température de l’ordre de -30°C tandis que le flux d’air extérieur FAi présente une température supérieure, par exemple de l’ordre de -20 à -5°C. Notamment, le radiateur 22 étant arrêté lorsque le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode chauffage, le flux d’air extérieur FAi passe au préalable à travers le radiateur 22 sans que sa température ne soit modifiée.

Puis, le flux d’air extérieur FAi traverse le premier échangeur thermique 5 et cède ses calories au fluide réfrigérant, plus froid, circulant dans le premier échangeur thermique 5 de sorte à l’évaporer. Le fluide réfrigérant sortant du premier échangeur thermique 5 circule jusqu’au niveau du deuxième point de divergence 314 du circuit 3 de fluide réfrigérant, au niveau duquel il est envoyé vers la branche quaternaire 340. Une conduite de raccordement 305 de la branche principale 310, reliant le deuxième point de divergence 314 et le point de raccordement 316, n’est pas parcourue par le fluide réfrigérant, la circulation du fluide réfrigérant dans la conduite de raccordement 305 étant interdite par l’écart de pression entre la portion haute pression et la portion basse pression du circuit 3 de fluide réfrigérant.

Le fluide réfrigérant est ainsi amené jusqu’au premier point de convergence 312 puis circule dans la branche principale 310, successivement à travers le dispositif d’accumulation 32 et la deuxième partie 319 de l’échangeur thermique interne 31, avant d’être ramené vers le dispositif de compression 4. Ainsi, dans le présent mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant contourne le deuxième échangeur thermique 7 et ne parcourt pas la branche secondaire 320, de sorte que le deuxième échangeur thermique 7 et l’échangeur thermique secondaire 322 demeurent inactifs.

Tel que précédemment exposé, lorsque le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode chauffage, le radiateur 22 est inactif et le fluide caloporteur circulant dans la boucle 2 de fluide caloporteur le contourne. Le fluide caloporteur est ainsi mis en circulation par l’organe de mise en circulation 21 puis, traverse l’échangeur de chaleur 8, contourne le radiateur 22 grâce au fait que la vanne trois voies 202 est placé dans une position autorisant la circulation de fluide caloporteur dans la ligne de dérivation 220.

Selon l’exemple de la figure 4, le fluide caloporteur ne parcourt pas la ligne additionnelle 230 de la boucle 2 de fluide caloporteur en vue du refroidissement d’au moins l’échangeur thermique 232 de la chaîne de traction électrique du véhicule. Alternativement, le refroidissement de l’échangeur thermique 232 dédié à l’élément de la chaîne de traction électrique peut être assuré en mettant en fonctionnement la pompe 231 de manière à collecter des calories auprès de l’échangeur thermique 232 puis à les décharger dans le flux d’air extérieur FAi.

Le fluide caloporteur chauffé par échange thermique au sein de l’échangeur de chaleur 8 est envoyé à l’aérotherme 23 par mise ne fonctionnement de l’organe de mise en circulation 21, l’aérotherme 23 étant configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le fluide caloporteur et le flux d’air intérieur FA2. Le flux d’air intérieur FA2 présentant une température inférieure à celle du fluide caloporteur circulant dans l’aérotherme 23, il capte les calories de ce fluide caloporteur. Le flux d’air intérieur FA2 ainsi chauffé peut ensuite être envoyé vers l’habitacle du véhicule.

Le fluide caloporteur circule dans la ligne de dérivation 220 puis est amené jusqu’à l’échangeur de chaleur 8 qui fonctionne comme condenseur du fluide réfrigérant. Tel que précédemment exposé, le fluide caloporteur circulant dans la deuxième passe 82 de l’échangeur de chaleur 8 capte les calories du fluide réfrigérant circulant dans la première passe 81 dudit échangeur de chaleur 8. Le fluide caloporteur sortant réchauffé est ensuite envoyé vers un organe de régulation de débit 12. Dans ce mode de fonctionnement, le dispositif de chauffage électrique 24 peut être activé de manière à apporter des calories au fluide caloporteur, avant son entrée dans l’aérotherme 23. Ceci permet d’apporter un surplus de chauffage à l’habitacle, en fonction de la demande. La figure 5 représente un quatrième exemple de fonctionnement du système de traitement thermique 1 de la présente invention dans lequel le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode chauffage et récupération de calories, notamment celles du dispositif de stockage électrique 9.

Ce quatrième exemple de fonctionnement diffère du troisième exemple de fonctionnement en ce que la branche secondaire 320 du circuit 3 de fluide réfrigérant est parcourue par le fluide réfrigérant. L’organe de détente secondaire 321 est ouvert et configuré pour réaliser une diminution de la pression du fluide réfrigérant en amont de l’échangeur thermique secondaire 322. Tel que précédemment exposé, le fluide réfrigérant circule dans la première passe 3221 de l’échangeur thermique secondaire 322 qui fonctionne comme un évaporateur vis-à-vis du fluide réfrigérant. Une température de ce fluide réfrigérant étant inférieure à une température du fluide caloporteur qui circule dans la deuxième passe 3222 de l’échangeur thermique secondaire 322, le fluide réfrigérant capte les calories du fluide caloporteur circulant dans la deuxième boucle 10, ledit fluide caloporteur assurant ensuite le refroidissement du dispositif de stockage électrique 9 du véhicule. Avantageusement, les calories cédées par le dispositif de stockage électrique 9 au fluide caloporteur de la deuxième boucle 10 sont récupérées et permettent de réchauffer le fluide réfrigérant du circuit 3 de fluide réfrigérant en amont du dispositif de compression 4. Le fluide réfrigérant quitte ainsi l’échangeur thermique secondaire 322 à l’état gazeux et rejoint ensuite le premier point de convergence 312, puis le dispositif d’accumulation 32 sur la branche principale 310.

Pour ce qui concerne le reste du circuit 3 de fluide réfrigérant et la boucle 2 de fluide caloporteur, le présent exemple de fonctionnement est identique au troisième exemple de fonctionnement décrit en référence à la figure 4. La figure 6 illustre schématique un cinquième exemple de fonctionnement du système de traitement thermique 1 dans lequel le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode chauffage et déshumidification. Ce cinquième mode de fonctionnement peut notamment être mis en œuvre lorsque la température du flux d’air extérieur FAi est de l’ordre de o à io°C par exemple, c’est-à-dire lorsqu’il peut être nécessaire d’envoyer de l’air chaud dans l’habitacle du véhicule mais également de déshumidifier l’air circulant dans ledit habitacle afin de prévenir l’accumulation de buée sur les différentes surfaces vitrées le délimitant, ce qui pourrait gêner la visibilité du conducteur dudit véhicule.

Ce cinquième exemple de fonctionnement est sensiblement similaire au troisième exemple de fonctionnement, décrit précédemment en référence à la figure 4. Il diffère néanmoins du troisième exemple de fonctionnement en ce que, au niveau du premier point de divergence 311, le fluide réfrigérant se sépare en deux parties dont une partie est envoyée vers la branche tertiaire 330 tandis que l’autre partie continue à circuler sur la branche principale 310.

L’organe de détente primaire 61 est ainsi ouvert et configuré pour opérer une détente du fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant détendu rejoint ensuite le deuxième échangeur thermique 7 dans lequel il cède des calories au flux d’air intérieur FA2. Dans le présent exemple de fonctionnement, le deuxième échangeur thermique 7 fonctionne comme un second évaporateur, en plus du premier échangeur thermique 5 qui peut alors être qualifié de premier évaporateur. Le refroidissement du flux d’air intérieur FA2 permet d’assécher le flux d’air intérieur FA2 avant de l’envoyer dans l’habitacle du véhicule, évitant ainsi la formation de buée sur les surfaces vitrées de l’habitacle. Tel qu’illustré, le fluide réfrigérant qui quitte le deuxième échangeur thermique 7 et le fluide réfrigérant qui circule dans la branche quaternaire 340, c’est- à-dire le fluide réfrigérant quittant le premier échangeur thermique 5, se rejoignent au niveau du premier point de convergence 312 avant d’être amenés au dispositif d’accumulation 32.

La figure 7 illustre un sixième exemple de fonctionnement du système de traitement thermique 1 dans lequel le circuit 3 de fluide réfrigérant est en mode chauffage et déshumidification. Ce sixième exemple de fonctionnement peut notamment être mis en œuvre lorsque le flux d’air extérieur FAi présente une température de l’ordre de 10 à 20°C , c’est-à-dire lorsqu’il peut être nécessaire d’assurer un faible réchauffement du flux d’air intérieur FA2, envoyé vers l’habitacle, et qu’il faut assurer la déshumidification de l’air présent dans l’habitacle afin de prévenir l’accumulation de buée sur les différentes surfaces vitrées. Le sixième exemple de fonctionnement diffère du cinquième exemple de fonctionnement en ce que le premier échangeur thermique 5 n’est pas exploité et en ce que la branche tertiaire 330 et la branche quaternaire 340 du circuit 3 de fluide réfrigérant ne sont pas parcourues par le fluide réfrigérant. En d’autres termes, le deuxième échangeur thermique 7 permet à lui seul d’évaporer une quantité suffisante de fluide réfrigérant pour que le cycle thermodynamique du circuit 3 de fluide réfrigérant s’opère. Ainsi, dans le présent mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant comprimé et gazeux sortant du dispositif de compression 4 est envoyé, au niveau du point de bifurcation 315, vers la branche de dérivation 350 de sorte à contourner le premier échangeur thermique 5. Tel que précédemment exposé, un tel contournement peut être mis en œuvre par la fermeture du premier organe de régulation 121 et l’ouverture du deuxième organe de régulation 122, respectivement compris sur la branche principale 310 et la branche de dérivation 350.

Le fluide réfrigérant passe ensuite au niveau du point de raccordement 316 et est amené vers l’échangeur de chaleur 8, la clapet anti-retour 33, disposé sur la conduite de raccordement 305 de la branche principale 310, empêchant le retour du fluide réfrigérant vers le premier échangeur thermique 5. L’échangeur de chaleur 8 est alors utilisé comme un condenseur de sorte que le fluide réfrigérant circulant dans la première passe 81 de cet échangeur de chaleur 8 cède ses calories au fluide caloporteur circulant dans la deuxième passe 82 dudit échangeur de chaleur 8. Le fluide réfrigérant sort de l’échangeur de chaleur 8 au moins en partie condensé et est envoyé dans la première partie 318 de l’échangeur thermique interne 31 puis dans l’organe de détente primaire 61, dans lequel il est détendu.

Le fluide réfrigérant détendu entre ensuite dans le deuxième échangeur thermique 7 qui, tel que décrit en référence au cinquième exemple de fonctionnement et à la figure 6, fonctionne comme un évaporateur de sorte à assurer le refroidissement, et donc l’assèchement, du flux d’air intérieur FA2 avant qu’il ne soit envoyé dans l’habitacle du véhicule. Le fluide réfrigérant quitte ensuite le deuxième échangeur thermique 7 à l’état gazeux et rejoint le dispositif d’accumulation 32. Le reste de ce circuit 3 de fluide réfrigérant et de la boucle 2 de fluide caloporteur fonctionnent quant à eux de façon similaire au cinquième exemple de fonctionnement illustré sur la figure 6.

Dans le système de traitement thermique 1 exposé ci-dessus, le circuit 3 de fluide réfrigérant est configuré de sorte que le fluide réfrigérant circule dans le même sens au niveau de premier échangeur thermique 5 lorsqu’il fonctionne en mode climatisation ou en mode chauffage. Autrement dit, dans les exemples de fonctionnement illustrés aux figures 2 et 3, pour lesquels le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode climatisation et le premier échangeur thermique 5 est utilisé comme condenseur, le fluide réfrigérant entre dans le premier échangeur thermique 5 à l’état essentiellement gazeux au niveau d’une première extrémité 51 du premier échangeur thermique 5 et en ressort à l’état liquide au niveau d’une deuxième extrémité 52. Dans les exemples de fonctionnement illustrés aux figures 4 à

7, pour lesquels le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode chauffage et le premier échangeur thermique peut être utilisé comme évaporateur, le fluide réfrigérant entre dans le premier échangeur thermique 5 à l’état diphasique au niveau de cette même première extrémité 51 du premier échangeur thermique 5 et en ressort à l’état majoritairement gazeux au niveau de la deuxième extrémité 52.

La figure 8 illustre schématiquement une architecture alternative du système de traitement dans laquelle le fluide réfrigérant circule selon des sens de circulation opposés selon que le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en mode climatisation ou en mode chauffage. Une telle architecture permet d’optimiser l’efficacité des échanges thermiques prenant place au sein du premier échangeur thermique 5. Il est entendu que les éléments communs à ces deux modes de réalisation portent les mêmes références. Également, la description des différents exemples de fonctionnement faite en référence au système de traitement thermique 1 illustré sur la figure 1 est transposable au mode de réalisation alternatif tel qu’illustré à la figure

8.

Le circuit 3 de fluide réfrigérant illustré à la figure 8 se distingue de ceux représentés dans les figures 1 à 7 en ce que la branche tertiaire 330 bifurque le fluide réfrigérant de la branche principale 310 entre l’échangeur de chaleur 8 et l’organe de détente primaire 61 et l’amène à la branche principale 310, entre le premier échangeur de chaleur 5 et l’échangeur de chaleur 8.

Sur la figure 8, la branche tertiaire 330 bifurque de la branche principale 310 au niveau du premier point de divergence 311. En revanche, la position du deuxième point de convergence 313, reliant la branche tertiaire 330 à la branche principale 310, est modifiée. Tel que précédemment décrit en références aux figures 1 à 7, la branche tertiaire 330 comprend au moins l’organe de détente tertiaire 331.

Également, le circuit 3 de fluide réfrigérant selon la présente alternative se distingue de ceux précédemment exposés en ce que la branche quaternaire 340 bifurque de la branche principale 310 au niveau du deuxième point de divergence 314, compris entre le premier échangeur thermique 5 et le dispositif de compression 4, et rejoint ladite branche principale 310 au niveau du premier point de convergence 312.

En d’autres termes, le deuxième point de convergence 313 et le deuxième point de divergence 314, raccordant respectivement la branche tertiaire 330 et la branche quaternaire 340 à la branche principale 310, présentent, notamment par rapport au premier échangeur thermique 5, des positions inverses de ce qui a été précédemment décrit en référence aux figures 1 à 7.

Lorsque le circuit 3 de fluide réfrigérant selon la présente alternative met en œuvre le mode climatisation, le cheminement du fluide réfrigérant dans le circuit 3 de fluide réfrigérant, limité à la branche principale 310, voire également à la branche secondaire 320, est identique à ce qui a été précédemment décrit, notamment en référence aux figures 2 et 3. Le fluide réfrigérant entre ainsi dans le premier échangeur thermique 5, utilisé comme condenseur, à l’état gazeux au niveau de la première extrémité 51 du premier échangeur thermique 5 et en ressort à l’état essentiellement liquide au niveau de la deuxième extrémité 52.

La figure 9 illustre un exemple de fonctionnement du système de traitement thermique 1 selon lequel le circuit 3 de fluide réfrigérant fonctionne en tant que pompe à chaleur, similairement au mode de fonctionnement précédemment exposé à la figure 4. La description faite du circuit 3 de fluide réfrigérant et de la boucle 2 de fluide caloporteur s’applique ainsi à la présente alternative, celle-ci différant en ce que, lorsque le fluide réfrigérant arrive à l’état liquide au niveau du premier point de divergence 311, la partie du fluide réfrigérant envoyée sur la branche tertiaire 330 est amenée par la branche tertiaire 330 jusqu’à la deuxième extrémité 52 du premier échangeur thermique 5, configuré pour être utilisé comme évaporateur, en lieu de la première extrémité 51 du premier échangeur thermique tel que cela a été exposé pour les figures 1 à 7.

Tel que précédemment exposé, le fluide réfrigérant est évaporé par échange thermique avec le flux d’air extérieur FAi. Puis, il ressort au moins en partie gazeux au niveau de la première extrémité 51 du premier échangeur thermique 5, passe le deuxième point de divergence 314 puis circule le long de la branche quaternaire 340 jusqu’au premier point de convergence 312 afin d’être amené jusqu’au dispositif d’accumulation 32. Le reste du circuit 3 de fluide réfrigérant, le cheminement de ce dernier, ainsi que la boucle de fluide réfrigérant demeurent identiques à ce qui a été précédemment exposé, notamment dans le troisième exemple de fonctionnement, en référence à la figure 3.

La présente invention propose ainsi un système de traitement thermique dans lequel un radiateur d’une boucle de fluide caloporteur est disposé en face avant du véhicule, en amont, selon le sens de circulation d’un flux d’air extérieur, d’un échangeur thermique d’un circuit 3 de fluide réfrigérant. Le système de traitement thermique selon l’invention comprend également un échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur de sorte à assurer le sous-refroidissement du fluide réfrigérant, notamment lorsque le circuit fonctionne selon le mode climatisation afin d’améliorer le coefficient de performance du système dans son ensemble.

La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tous moyens et configurations équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens. En particulier, l’architecture de la boucle de circulation du fluide caloporteur et l’architecture du circuit de fluide réfrigérant peuvent être modifiées sans nuire à l’invention dans la mesure où elles permettent de remplir les fonctionnalités du système de traitement thermique décrites et illustrées dans le présent document.