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WO2025223899A1 - Vanne à huit voies thermiquement isolée et système de gestion thermique d'un véhicule automobile muni d'une telle vanne - Google Patents

Vanne à huit voies thermiquement isolée et système de gestion thermique d'un véhicule automobile muni d'une telle vanne

Info

Publication number
WO2025223899A1
WO2025223899A1 PCT/EP2025/060140 EP2025060140W WO2025223899A1 WO 2025223899 A1 WO2025223899 A1 WO 2025223899A1 EP 2025060140 W EP2025060140 W EP 2025060140W WO 2025223899 A1 WO2025223899 A1 WO 2025223899A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
way valve
transfer fluid
heat exchange
heat transfer
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2025/060140
Other languages
English (en)
Inventor
Robert Yu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ampere SAS
Original Assignee
Ampere SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ampere SAS filed Critical Ampere SAS
Publication of WO2025223899A1 publication Critical patent/WO2025223899A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00885—Controlling the flow of heating or cooling liquid, e.g. valves or pumps
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K11/02—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K11/163—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with two or more closure members not moving as a unit operated by one actuating member, e.g. a handle which only slides, or only turns, or only swings in one plane only turns
    • F16K11/165—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with two or more closure members not moving as a unit operated by one actuating member, e.g. a handle which only slides, or only turns, or only swings in one plane only turns with the rotating spindles parallel to the closure members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K27/00—Construction of housing; Use of materials therefor
    • F16K27/06—Construction of housing; Use of materials therefor of taps or cocks
    • F16K27/065—Construction of housing; Use of materials therefor of taps or cocks with cylindrical plugs
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    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K2001/003—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units

Definitions

  • TITLE Thermally insulated eight-way valve and thermal management system of a motor vehicle equipped with such a valve.
  • the invention relates technically to thermal management systems for vehicle components, and in particular, insulated valves for such thermal management systems.
  • the current refrigerant 1234yf has a GWP (Global Warming Potential) of 4, much lower than the previously used refrigerant 134a which had a GWP of 1400.
  • the use of refrigerant 1234yf therefore represents significant progress in reducing global warming.
  • this refrigerant belongs to the PFAS family (an acronym for "Per- and Polyfluoroalkyl Substances”), which includes the fluorinated compounds HFCs and HFOs. These fluorinated compounds pose risks to public health. Their use has been banned by the European Union for 2025. Propane and carbon dioxide (CO2) are natural substances that could replace refrigerant 1234yf.
  • PFAS Per- and Polyfluoroalkyl Substances
  • CO2 carbon dioxide
  • propane requires a loop operating at a pressure (25 bar) and temperature (100°C) similar to those of a loop using the current refrigerant 1234yf.
  • the performance of carbon dioxide (CO2) and propane is similar.
  • propane is a highly flammable refrigerant.
  • a mass limit of 150 g has been set to limit its hazardous nature.
  • a propane-powered air conditioning system must therefore have an extremely compact compressor/condenser/evaporator loop assembly to meet this limit.
  • the heat and cold produced by such a system are transported through heat exchange circuits that distribute them primarily to cool the passenger compartment and/or the traction battery during driving and charging in summer, or to heat them in winter.
  • the cold heat transfer fluid produced by this system must cool both the passenger compartment and the battery.
  • the passenger compartment requires air at a temperature of approximately 5°C
  • the battery requires heat transfer fluid. at a temperature of around 18°C.
  • Regulating a 1234yf refrigerant-based air conditioning system is already problematic when both the passenger compartment and the battery need to be cooled.
  • the air conditioning loop must produce air at a temperature of 5°C with its evaporator in the air conditioning system and heat transfer fluid at a temperature of 18°C via its refrigerant/heat transfer fluid exchanger, also known as a "chiller.”
  • document FR23 12253 proposes a water circuit allowing the use of a single evaporator in the propane system to create two temperature levels of heat transfer fluid for cooling the passenger compartment and the battery.
  • the document does not offer a solution for winter operation to heat the passenger compartment and the battery.
  • the invention relates to a thermally insulated eight-way valve, comprising a first block and a second block thermally insulated by a layer of insulation, one block ensuring the circulation of a hot heat transfer fluid, the other block ensuring the circulation of a cold heat transfer fluid, each block comprising two rotating bodies, each in contact with two cavities, each communicating with a connection of the valve, and an elongated cavity communicating with another connection of the valve, each rotating body being provided with a passage such as to connect one of the two cavities with the elongated cavity depending on the angle of rotation of said rotating body relative to at the valve while limiting heat exchange between the cold heat transfer fluid and the hot heat transfer fluid.
  • Each cavity of the first block can be connected to a cavity of the second block and to one of the connections of the eight-way valve.
  • External tubes to the first block, the second block and the insulating layer can connect the two cavities.
  • Internal conduits in the first block, the second block and the insulating layer can connect the two cavities.
  • Cylindrical rotating bodies can be joined together in rotation, in particular by a set of connecting rods, so as to be driven in rotation by the same actuator.
  • the cylindrical rotating bodies of the first block can be joined in rotation, in particular by a set of connecting rods, so as to be driven by a first actuator; the cylindrical rotating bodies of the second block can also be joined in rotation, in particular by a set of connecting rods, so as to be driven by a second actuator.
  • the thermally insulated eight-way valve can be made of plastic materials with low thermal conductivity in order to reduce heat exchange between the hot heat transfer fluid and the cold heat transfer fluid circulating in the eight-way valve.
  • the invention also relates to a thermal management system for a motor vehicle, equipped with a thermally insulated eight-way valve as described above, and four heat exchange circuits through which a heat transfer fluid circulates.
  • the motor vehicle comprises at least one powertrain component and a passenger compartment, each equipped with a heat exchanger.
  • the four heat exchange circuits are each connected to the eight-way valve, each heat exchange circuit circulating at least one of a hot heat transfer fluid and a cold heat transfer fluid.
  • a first heat exchange circuit may include a main circuit comprising successively a compressor, a condenser, a tank, an expansion valve and an evaporator, the condenser being provided with a secondary circuit connected to a seventh connection and an eighth connection of the eight-way valve, the evaporator being provided with another secondary circuit connected to a fifth connection and a sixth connection of the eight-way valve.
  • the main circuit of the first heat exchange circuit may include a heat transfer fluid different from the heat transfer fluid circulating in the secondary circuits of the first heat exchange circuit and in the other heat exchange circuits, including propane.
  • a second heat exchange circuit may successively include a pump and a bypass path in parallel with a heat exchanger, the second heat exchange circuit is connected to a first connection and a second connection of the eight-way valve, the heat exchanger being designed so as to exchange heat with the air of the passenger compartment.
  • a third heat exchange circuit may successively include a pump, a bypass path in parallel with a radiator and at least one heat exchanger, the third heat exchange circuit is connected to a third connection and a fourth connection of the eight-way valve, the heat exchanger being designed so as to exchange heat with at least part of the powertrain.
  • the motor vehicle may be an electric vehicle
  • the thermal management system then including a fourth heat exchange circuit includes successively a connected inlet, a pump, a heat exchanger, a three-way valve and two parallel connections, the connection is connected to a branch between the inlet and the pump, the connection is connected to an outlet, a radiator is connected on one side to the three-way valve and on the other side between the branch and the pump, the inlet of the fourth heat exchange circuit being connected to the second heat exchange circuit by a three-way valve, the outlet of the fourth heat exchange circuit being connected with the second heat exchange circuit at the second connection of the eight-way valve, the heat exchanger being designed so as to exchange heat with a battery of the electric vehicle.
  • FIG 1 illustrates the main elements of a thermal management system equipped with a thermally insulated eight-way valve
  • FIG. 1 illustrates the circulation of heat transfer fluids in a thermal management system equipped with a thermally insulated eight-way valve during operation in "summer” mode.
  • FIG. 3 illustrates the circulation of heat transfer fluids in a thermal management system equipped with a thermally insulated eight-way valve during operation in "winter” mode.
  • FIG. 4 illustrates the main elements of a thermally insulated eight-way valve, according to a first embodiment
  • FIG. 5 illustrates the circulation of heat transfer fluids in a thermally insulated eight-way valve during operation in "summer" mode
  • FIG. 6 illustrates the circulation of heat transfer fluids in a thermally insulated eight-way valve during operation in "winter" mode
  • FIG. 7 illustrates the main elements of a thermally insulated eight-way valve, according to a second embodiment
  • FIG 8 illustrates the circulation of heat transfer fluids in a thermally insulated eight-way valve, according to a second embodiment, during operation in "summer" mode
  • FIG 9 illustrates the circulation of heat transfer fluids in a thermally insulated eight-way valve, according to a second embodiment, during operation in "winter" mode.
  • the thermal management system comprises several heat exchange circuits in which fluids at different temperatures circulate, interconnected by a thermally insulated valve with at least eight ways.
  • each heat exchange circuit is equipped with means for estimating or measuring the temperature and flow rate of the heat transfer fluid circulating in said circuit.
  • the thermal management system is illustrated by figure [Fig 1] and includes four heat exchange circuits referenced 1, 2, 3 and 4.
  • a first heat exchange circuit 1 comprises a main circuit and two secondary circuits.
  • the main circuit includes a compressor 10, electric or mechanical, a condenser 11, a cylinder 12, an expansion valve 13 and an evaporator 14.
  • the evaporator 14 includes a first circuit connected to connections E,F of the eight-way valve 60.
  • the condenser 1 1 includes a second secondary circuit connected to G, H connections of the eight-way valve 60.
  • the secondary circuits and other heat exchange circuits 2, 3, 4 include a heat transfer fluid.
  • the main circuit of the first heat exchange circuit 1 includes another heat transfer fluid, specifically propane.
  • the high-pressure heat transfer fluid 15 enters the expansion valve 13.
  • the pressure of the heat transfer fluid 15 drops as it enters the evaporator 14.
  • the evaporator 14 is thermally connected to the heat transfer fluid of a second heat exchange circuit 2, via the secondary circuit connected to the connections E,F of the eight-way valve 60.
  • the temperature of heat transfer fluid 15 increases due to heat transfer with the heat transfer fluid in the second heat exchange circuit 2. Heat transfer fluid 15 then evaporates and changes to a gaseous state. Upon exiting evaporator 14, the heat transfer fluid 15 passes back through expansion valve 13. The temperature of heat transfer fluid 15 is measured in expansion valve 13 for better control.
  • the valve opening can be controlled mechanically by a component whose volume varies according to the temperature of the fluid exiting evaporator 14, for example, the change from a solid to a liquid state. This change in volume modifies the cross-section of the valve opening through which the fluid flows before entering the evaporator. Such a mechanically controlled valve can be considered a mechanical thermostat.
  • the valve can be electronically controlled, always taking into account the parameters of the fluid exiting the evaporator in order to control the valve.
  • a valve including an electronic device, is more expensive but more flexible and precise in terms of control.
  • the expansion valve 13 comprises a fluid circuit entering the evaporator 14 and a fluid circuit exiting the evaporator 14, which are physically separate. It is this exiting fluid that controls the state of the expansion valve opening.
  • the pressure of the heat transfer fluid 15 is different in each of the physically separate fluid circuits entering and exiting the evaporator 14.
  • the heat transfer fluid 15 in gaseous form is then compressed by the compressor 10 to increase its pressure, which has the effect of increasing the temperature of the heat transfer fluid 15 in gaseous form.
  • the heat transfer fluid The high-pressure gaseous fluid 15 is then admitted into the condenser 11 where it is cooled via the secondary circuit connected to connections G and H of the eight-way valve 60, and through which the heat transfer fluid from the third heat exchange circuit 3 circulates.
  • the gaseous heat transfer fluid 15 is then transformed into a liquid.
  • the heat transferred by the fluid from the third heat exchange circuit 3 can be used to heat a component in winter or rejected into the ambient air in summer if this heat is not needed.
  • the high-pressure liquid heat transfer fluid 15 then enters the receiver 12, where it is filtered of any impurities and moisture before being directed to the expansion valve 13 and continuing the thermodynamic cycle.
  • the second heat exchange circuit 2 is connected to a first connection A of the eight-way valve 60 and includes successively a heat exchanger 21, a degassing jar and a pump 20.
  • the outlet of the second heat exchange circuit 2 is connected to a second connection B of the eight-way valve 60.
  • the degassing tank 22 is thus located between the pump 20 and the heat exchanger 21.
  • the connection of the degassing tank 22 can be made via a connecting branch which is linked to the branch connecting the heat exchanger 21 to the pump 20 by a branch point.
  • the heat exchanger 21 is designed to exchange heat with the air in the passenger compartment in order to cool the air destined for the passenger compartment, so it can also be referred to hereafter as a cooler.
  • the degassing vessel 22 ensures the degassing and compensation of the volume change of the heat transfer fluid in this second heat exchange circuit 2.
  • the degassing vessel 22 is shared with the fourth heat exchange circuit 4 described below. This vessel is also advantageous during after-sales service interventions when draining is necessary.
  • this circuit In summer operating mode (illustrated in Figure [Fig 2]), this circuit is in direct contact with the evaporator 14 of the heating and cooling module L1.
  • the temperature T1 of this circuit is the lowest (0-5 °C) in the thermal management system, ensuring the cooling of the passenger compartment via the heat exchanger 21.
  • a flow rate Q2 is achieved in the second heat exchange circuit 2 according to the air conditioning demand of the passenger compartment. This demand depends in particular on the ambient temperature, sunlight and the volume of the passenger compartment.
  • a three-way valve 42 is connected to the evaporator 21, to the second connection B of the eight-way valve 60, and to the fourth heat exchange circuit 4.
  • the three-way valve 42 is controlled by the computer 50.
  • a bypass is provided between the outlet A of the valve 60 and the three-way valve 42 to isolate the heat exchanger 21.
  • the flow rate Q2 in this second heat exchange circuit 2 is constant except for the branch between valve 42 and jar 22.
  • valve 42 When cooling of the passenger compartment is not required or when cooling of the battery is preferred, valve 42 is controlled so that the heat transfer fluid circulates in the bypass path and does not pass through the exchanger 21. The entire cooling capacity is then used by the fourth heat exchange circuit 4.
  • the fourth heat exchange circuit 4 provides cooling for the battery 41.
  • the battery 41 can be cooled either by a water plate or by a dielectric fluid in which the battery is immersed. In the latter case, the dielectric fluid is then cooled by a heat transfer fluid-dielectric fluid heat exchanger (not shown).
  • the temperature T4 of the heat transfer fluid at the battery inlet is precisely regulated by the control unit 50.
  • the fourth heat exchange circuit 4 is connected to a fourth connection of the three-way valve 42 and comprises successively a second pump 40, a heat exchanger 41, a three-way valve 48, and a branch 46 terminating in two parallel connections 24 and 45.
  • Connection 24 is connected to a branch 43 between the three-way valve 42 and the pump 40.
  • Connection 45 is connected between the branch of the reservoir 22 of the second heat exchange circuit 2 and the pump 20.
  • a radiator 47 is connected on one side to the three-way valve 48 and on the other side between the branch 43 and the second pump 40.
  • the second pump 40 is controlled by the computer 50 so that the heat transfer fluid circulates with a flow rate Q4 in the exchanger 41.
  • the three-way valve 48 also controlled by the computer 50, allows the flow of the heat transfer fluid exiting the exchanger 41 to be directed either to a radiator 47 or to the branch 46.
  • the branch 46 is used in particular in summer in order to bypass the radiator 47.
  • Radiator 47 is designed to cool the battery without the air conditioning in order to reduce vehicle fuel consumption (for example, in winter or when the ambient temperature is quite low), or simply when the cooling of the heat transfer fluid by radiator 47 is sufficient to maintain the battery temperature at an acceptable level. It should be noted that the Cooling by a radiator is all the more effective when the vehicle is traveling fast (on the motorway for example where the air speed is high and therefore the radiator is efficient) and when the temperature difference between the ambient air and the battery is high.
  • Branch 46 includes two simple T-shaped connections, referenced 43 and 49.
  • One of the two outlets of the T-shaped connection 49 is connected to a line 45 which is itself tapped into the line between the three-way valve 42 and the second connection B of the eight-way valve 60. More precisely, the line 45 is connected between the tap of the jar 22 and the pump 20 linked to the second connection B of the eight-way valve 60.
  • the other outlet of the T-shaped connection 49 is connected via the pipe 24 to the second T-shaped connection 43.
  • the second T-shaped connection 43 is arranged on the pipe 44 between the inlet of the pump 40 and the three-way valve 42.
  • the three-way valve 42 allows a small portion of the flow Q2 at the very low temperature T2 to circulate to the T-shaped connection 43 in branch 44 as a flow Q5.
  • This very cold heat transfer fluid mixes with the relatively hot fluid exiting the battery heat exchanger 41.
  • the heat transfer fluid admitted to the pump 40 results from this mixture and has a temperature T4 between the temperature T5 of the heat transfer fluid exiting the battery heat exchanger 41 and the temperature T2 of the heat transfer fluid exiting the valve 42.
  • temperature T4 depends on the flow rate Q5 in branch 44 and the flow rate Q4 upstream of pump 40, as well as the temperature T2 of the second heat exchange circuit 2 and the temperature T5.
  • the temperature T4 of the fourth heat exchange circuit 4 is given by the following equation: [Math j
  • the flow rate Q4 and the temperature T5 of the fourth heat exchange circuit 4 depend mainly on the battery cooling demand through the exchanger 41.
  • the temperature T2 of the second heat exchange circuit 2 is imposed by the battery cooling specifications.
  • Temperature T5 is determined by the battery cooling method: if the battery is cooled by water plates in contact with the cells, a temperature of around 15-20°C is required to prevent condensation. If the battery is cooled by an intermediate dielectric liquid in direct contact with the cells, and this liquid is then cooled by the heat exchanger 41, a lower temperature becomes possible because we no longer have the constraint related to the formation of water (condensation of water contained in the air) within the battery pack.
  • the third heat exchange circuit 3 is connected to a third connection C of the eight-way valve 60 and includes successively a pump 30, a radiator 31 and at least one electronic component 32.
  • the output of the third heat exchange circuit 3 is connected to a fourth connection D of the eight-way valve 60.
  • the third heat exchange circuit 3 also includes a degassing jar 33 connected between the third connection C of the eight-way valve 60 and the pump 30. According to an alternative embodiment not shown, another type of connection of the degassing jar is also possible with a permanent circulation of the heat transfer fluid at low flow rate inside the degassing jar 33.
  • the third heat exchange circuit 3 finally includes a bypass route whose inlet is connected between the outlet of the pump 30 and the radiator 31, the outlet being connected to a three-way valve 34 connected between the radiator 31 and at least one electronic component 32.
  • the at least one electronic component 32 may include at least one constituent element of the electric traction chain, such as the electric motor, power electronics, etc... According to one embodiment, the component 32 may be arranged in parallel with the valve 60 with input and output connected respectively to the input D and the output C.
  • the third heat exchange circuit 3 can also heat the passenger compartment and/or at least one of the elements of the powertrain.
  • FIG. 1 illustrates the circulation of heat transfer fluids in summer.
  • the cold heat transfer fluid exiting the secondary circuit of the evaporator 14 is directed to the second heat exchange circuit 2 and the fourth heat exchange circuit 4. If there is a need to cool the passenger compartment, the heat transfer fluid circulates in a loop from outlet A of valve 60 to exchanger 21 through which the air from the passenger compartment to be cooled passes, then returns entirely to inlet B of valve 60 without the need to cool the battery.
  • part of the cooling fluid can be directed to the battery to be cooled by a change in the position of valve 42, so that part of the flow of the heat transfer fluid circulating in the aforementioned loop 2 can be directed to the loop 4 containing the battery 41 to be cooled.
  • the glycol water circulating through the sort A of the valve 60 bypasses the exchanger 21 to enter directly into the loop 4 to cool the battery 41.
  • FIG. 1 illustrates the circulation of heat transfer fluids in winter, with the arrows in dotted lines.
  • the hot heat transfer fluid exiting the secondary circuit of condenser 11 of module 1 is directed to the second heat exchange circuit 2 and the fourth heat exchange circuit 4, while the cold heat transfer fluid exiting the secondary circuit of evaporator 14 is directed to the third heat exchange circuit 3.
  • the cold heat transfer fluid is warmed by heat exchange with the ambient air in the radiator 31 and/or in at least one component 32 of the electric drivetrain via valve 34.
  • the valve 35 redirects at least part of the heat transfer fluid into the radiator 31, then into at least one of the components of the electric drive chain 32.
  • the heat transferred to the heat transfer fluid is thus used to heat the passenger compartment and/or the battery.
  • the valve 34 When the ambient air temperature is lower than the temperature of the heat transfer fluid, the valve 34 is controlled so as to circulate the heat transfer fluid in the bypass channel 35.
  • the preferential use of the heat from the electronic components 32 allows for a better efficiency of the L 1 module for the production of cold and heat.
  • FIG. 1 The eight-way valve 60 is illustrated by figures [Fig 4] to [Fig 9].
  • Figure [Fig 4] illustrates a first embodiment of the eight-way valve 60.
  • the eight-way valve 60 comprises two parts 61, 62 intended for the circulation of heat transfer fluids having different temperatures.
  • the first block is intended to regulate the circulation of the low-temperature heat transfer fluid exiting the first heat exchange circuit 1.
  • the second block, referenced 62, is intended to regulate the circulation of the high-temperature heat transfer fluid also coming from the first heat exchange circuit 1.
  • the first block 61 and the second block 62 are insulated by a layer of thermal insulation 63 so that there is no point of contact between them, thus reducing their heat exchange.
  • the first block 61 comprises two connections A, E and two connections B, F.
  • the second block 62 comprises two connections C, G and two connections D, H.
  • the first block 61 comprises two cylindrical rotating bodies 64, 64b.
  • the second block 62 comprises two cylindrical rotating bodies 66, 66b.
  • a fluidic passage 65, 67, 65b, 67b is provided in each of the cylindrical rotating bodies 64, 64b, 66, 66b, respectively
  • Each cylindrical rotating body 64, 64b, 66, 66b is associated at the input with an input channel 69, 71, 69b, 71b and at the output with a first cavity 72, 74, 72b, 74b and a second cavity 73, 75, 73b, 75b.
  • the four cavities 72, 73, 74 and 75 are each connected to tubes 76, 80, 82, 78 respectively.
  • Tubes 76, 80 come out of the first block 61, while tubes 78, 82 come out of the second block 62.
  • Tube 79 connects tube 76 to tube 78 and to a third connection, Common B.
  • Tube 81 connects tube 80 to tube 82 and to a third connection, D.
  • the four cavities 72b, 73b, 74b and 75b are each connected to tubes 76b, 80b, 82b, 78b respectively.
  • Tubes 76b, 80b come from the first block 61, while tubes 78b, 82b come from the second block 62.
  • a 79b tube connects the 76b tube to the 78b tube and to a second connection B.
  • Tube 81b connects tube 80b to tube 82b and to a fourth connection C. Between the fifth connection F and the rotating body 64, a conduit 69 is provided. In the immediate vicinity of the rotating body 64, there is an elongated cavity 68, allowing the passage 65 to be supplied by the conduit 69 for the two extreme positions of the rotating body 64 when it opens onto the first cavity 72 or onto the second cavity 73.
  • a conduit 71 is provided between the seventh connection H and the rotating body 66.
  • a conduit 71 is provided in the immediate vicinity of the rotating body 66.
  • there is an elongated cavity 70 which allows the passage 67 to be supplied by the conduit 71 for the two extreme positions of the rotating body 66 when it opens onto the first cavity 74 or onto the second cavity 75.
  • a conduit 69b is provided between the sixth connection E and the rotating body 64b.
  • a conduit 69b is provided in the immediate vicinity of the rotating body 64b.
  • a conduit 71b is made.
  • an elongated cavity 70b which allows the passage 67b to be supplied by the conduit 71b for the two extreme positions of the rotating body 66b when it opens into the first cavity 74b or the second cavity 75b.
  • the four rotating bodies have two identical angular positions connecting one of the first and second cavities with the elongated cavity.
  • these four cylindrical rotating bodies 64, 64b, 66, 66b can be driven by the same actuator.
  • cylindrical rotating bodies 64, 64b are joined together so that they can be rotated with the same actuator.
  • cylindrical rotating bodies 66, 66b are then joined together so that they can be set into rotation with the same actuator separate from the actuator setting into rotation the cylindrical rotating bodies 64 and 64b.
  • a first angular position of the cylindrical rotating bodies is associated with a so-called “summer” position for cooling and a second angular position is associated with a so-called “winter” position for heating the passenger compartment and the battery.
  • the passages 65, 67, 65b, 67b are opposite respectively the first cavities 72, 74, 72b, 74b.
  • the passages 65, 67, 65b, 67b are opposite the second cavities 73, 75, 73b, 75b respectively.
  • the eight-way valve 60 is made of plastic materials with low thermal conductivity in order to reduce heat exchange between the hot heat transfer fluid and the cold heat transfer fluid.
  • the 60 eight-way valve can be integrated directly into the heating and cooling generation module, or be separate but fluidly connected.
  • FIG 5 illustrates the positions of the four rotating bodies and the circulation of the hot and cold heat transfer fluids within the eight-way valve 60.
  • the cold heat transfer fluid enters through the sixth connection F of the secondary circuit of the first heat exchange circuit 1 and exits through the second connection A, which is connected to the inlet of the second heat exchange circuit 2.
  • the cold heat transfer fluid from the second heat exchange circuit 2 returns to the eight-way valve 60 through the first connection B of the valve and then returns to the secondary circuit of the first heat exchange circuit 1.
  • the hot heat transfer fluid enters the secondary circuit of the first heat exchange circuit 1 through the eighth connection H and exits through the fourth connection C, which is connected to the inlet of the third heat exchange circuit 3.
  • the hot heat transfer fluid from the third heat exchange circuit 3 returns to the eight-way valve 60 via the third connection D and then returns to a secondary circuit of the first heat exchange circuit 1 via the seventh connection H.
  • the two blocks 61 and 62 each handle a heat transfer fluid at a different temperature. Due to their structure and the presence of the insulation 63, they are well thermally insulated. Furthermore, outside the valve, the tubes carrying the hot and cold heat transfer fluids are separated and spaced apart.
  • Figure [Fig 6] illustrates the positions of the four rotating bodies and the circulation of the hot and cold heat transfer fluid inside the eight-way valve 60, when heating of the passenger compartment and/or the battery is required, particularly in winter.
  • the four rotating bodies are arranged so that their passages 65, 67, 65b, 67b are opposite respectively the first cavities 73, 75, 73b, 75b.
  • the hot heat transfer fluid supplies the heater core for the passenger compartment and the battery, while the cold heat transfer fluid supplies the third heat exchange circuit 3.
  • the cold heat transfer fluid enters through the opening E of the valve 60, and exits through the fourth connection C which is connected to the third circuit 3.
  • This cold heat transfer fluid cools the third heat exchange circuit 3 (the air of the radiator 31 and/or the components of the electric traction chain 32), then returns to the valve through the third connection D. It goes up through the tube 81, then into the cavity 73 and exits from the fifth connection E via the connection 69.
  • the hot heat transfer fluid from the secondary circuit of the first heat exchange circuit 1 enters through the eighth connection H of the valve, then exits through the second connection A of the valve connected to the inlet of the second heat exchange circuit 2. It then heats the passenger compartment via the heat exchanger 21 and the battery 41.
  • FIG 7 illustrates an alternative embodiment of the eight-way valve 60, in which the tubes 78, 79, 80, 81, 82 of the first embodiment are integrated into the valve body (i.e. into the blocks 61, 62).
  • a second passage 85 directly connecting the first cavity 72 of the first block and the second cavity 75 of the second block.
  • the second passage 85 is offset from the first passage 84, so that no fluidic or thermal communication exists between the two passages 84, 85.
  • the second passage 85b is offset from the first passage 84b, so that no fluidic or thermal communication exists between the two passages 84b, 85b.
  • passages 84, 85, 84b and 85b can be thermally insulated by a material with low thermal conductivity, in order to thermally insulate blocks 61 and 62 from the temperature of the heat transfer fluid.
  • Figure [Fig 8] illustrates the rotating bodies in a "summer" position and the associated circulation of cold and hot heat transfer fluid inside the eight-way valve 60 to cool the passenger compartment and the battery.
  • the four rotating bodies are arranged so that their passages 65, 67, 65b, and 67b are opposite the first cavities 72, 74, 72b, and 74b, respectively.
  • the cold heat transfer fluid enters through the sixth connection F from the secondary circuit of the first heat exchange circuit 1 and exits through the second connection A, which is connected to the inlet of the second heat exchange circuit 2.
  • the cold heat transfer fluid from the second heat exchange circuit 2 returns to the eight-way valve 60 through the first connection B of the valve and then returns to the secondary circuit of the first heat exchange circuit 1.
  • the hot heat transfer fluid enters through the eighth connection H from the secondary circuit of the first heat exchange circuit 1 and exits through the fourth connection C, which is connected to the inlet of the third heat exchange circuit 3.
  • the hot heat transfer fluid from the third heat exchange circuit 3 returns to the eight-way valve 60 via the third connection D and then returns to a secondary circuit of the first heat exchange circuit 1 via the seventh connection H. It can be seen that inside the valve, the two blocks 61 and 62 each handle a heat transfer fluid at a different temperature. Due to their structure and the presence of the insulation 63, they are well thermally insulated. Furthermore, the deposit or inserts of lower thermal conductivity in the pipes 84, 85, and 84b, 85b minimize heat exchange between the hot and cold fluids.
  • Figure [Fig 9] illustrates the rotating bodies in a "winter" position and the associated circulation of cold and hot heat transfer fluid inside the eight-way valve 60 to heat the passenger compartment and the battery.
  • the four rotating bodies are arranged so that their passages 65, 67, 65b, 67b are opposite respectively the first cavities 73, 75, 73b, 75b.
  • the hot heat transfer fluid supplies the heater core for the passenger compartment and the battery, while the cold heat transfer fluid supplies the third heat exchange circuit 3.
  • the cold heat transfer fluid enters through the opening E of the valve 60, and exits through the fourth connection C which is connected to the third circuit 3.
  • This cold heat transfer fluid cools the third heat exchange circuit 3 (the air of the radiator 31 and/or the components of the electric traction chain 32), then returns to the valve through the third connection C. It rises through the passage 84, then into the cavity 73 and exits from the fifth connection E via the connection 69.
  • hot heat transfer fluid from a secondary circuit of the first heat exchange circuit 1 enters through the eighth connection H of the valve, then exits through the second connection B of the valve connected to the inlet of the second heat exchange circuit 2. It then heats the passenger compartment via the heat exchanger 21 and the battery 41.
  • the second embodiment of the eight-way valve 60 is less complex than the first embodiment.
  • the first block 61 carries hot heat transfer fluid through the channel 85 connecting cavities 72 and 75, while the first block 61 primarily transports cold heat transfer fluid.
  • cold heat transfer fluid flows through the passage 84 connecting cavities 73 and 74, while the second block 62 primarily transports hot heat transfer fluid.
  • the distance between the channels, and especially the thermal conductivity of the materials in these two blocks there is a risk of heat exchange between the two heat transfer fluids.
  • insulation 63 By using insulation 63, the main heat exchanges between the hot and cold heat transfer fluids are significantly reduced.
  • insulating inserts could be placed in the pipes 84, 85, 84b, and 85b to reduce the heat passing through the walls between the blocks and the two fluids.

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Abstract

Vanne à huit voies (60) thermiquement isolée, comprenant un premier bloc (61) et un deuxième bloc (62) isolés thermiquement par une couche d'isolant (63), un des blocs assurant la circulation d'un fluide caloporteur chaud, l'autre bloc assurant la circulation d'un fluide caloporteur froid, chaque bloc (61,62) comprenant deux corps rotatifs (64,64b,66,66b) en contact chacun avec deux cavités (72,73,74,75,72b,73b,74b,75b) communiquant chacune avec une connexion (A,B,C,D) de la vanne et une cavité allongée (68,70,68b,70b) communiquant avec une autre connexion (E,F,G,H) de la vanne, chaque corps rotatif (64,64b,66,66b) étant muni d'un passage (65,67,65b,67b) de sorte à mettre en relation une des deux cavités avec la cavité allongée en fonction de l'angle de rotation dudit corps rotatif par rapport à la vanne tout en limitant les échanges thermiques entre le fluide caloporteur froid et le fluide caloporteur chaud.

Description

TITRE : Vanne à huit voies thermiquement isolée et système de gestion thermique d’ un véhicule automobile muni d’ une telle vanne.
Domaine technique
L’ invention a pour domaine technique les systèmes de gestion thermique des organes d’un véhicule, et en particulier, les vannes isolées pour de tels systèmes de gestion thermique.
Techniques antérieures
Le réfrigérant actuel 1234yf présente un coefficient d’ effet de serre GWP (acronyme pour « Global Warming Potential ») égal à 4, bien plus faible que le réfrigérant 134a précédemment utilisé qui présentait un coefficient GWP égale à 1400. L’utilisation du réfrigérant 1234yf représente donc un progrès important pour réduire le réchauffement climatique.
Toutefois, ce réfrigérant fait partie de la famille des composés PFAS (acronyme pour « Per-&-PolyFluoroAlkyl Sub stances ») comprenant notamment les composés fluorés HFC et HFO. Ces composés fluorés présentent des dangers pour la santé publique. L’ interdiction de leur utilisation a été décidée par la communauté européenne pour 2025. Le propane et le dioxyde de carbone CO2 sont des substances naturelles candidates au remplacement du réfrigérant 1234yf.
L’utilisation du dioxyde de carbone CO2 nécessite une boucle à très haute pression ( 125 bars) et température ( 150°C), tandis que l ’utilisation du propane nécessite une boucle fonctionnant à une pression (25 bars) et température ( 100°C) similaires à celles d’une boucle utilisant le réfrigérant actuel 1234yf. Par ailleurs, les performances du dioxyde de carbone CO2 et du propane sont proches.
Cependant le propane est un réfrigérant hautement combustible. Une limitation de masse de 150 g a été fixée pour limiter sa dangerosité. Un système de climati sation utilisant le propane doit alors présenter une compacité extrême de l ’ ensemble boucle compresseur/condenseur/évaporateur de sorte à satisfaire cette limite. Le froid et la chaleur produits par un tel système sont transportés par des circuits d’ échange de chaleur qui les distribuent pour refroidir essentiellement l ’ habitacle et/ou la batterie de traction pendant le roulage et la recharge en été, ou pour les chauffer en hiver.
Par de fortes chaleurs en été, le fluide caloporteur froid produit par ce système doit refroidir l ’ habitacle ainsi que la batterie. Néanmoins, leurs besoins en refroidissement sont différents l ’ habitacle nécessite de l ’ air à une température d’ environ 5°C tandi s que la batterie nécessite du fluide caloporteur à une température de l ’ ordre 18°C. La régulation d’un système de climati sation à base de réfrigérant 1234yf est déj à problématique lorsqu’ on a besoin de refroidir à la fois l ’ habitacle et la batterie. La boucle de climati sation doit produire de l ’ air à une température de 5°C avec son évaporateur dans le système de conditionnement d’ air et du fluide caloporteur à une température de 18°C par l ’ intermédiaire de son échangeur réfrigérant/fluide caloporteur également appelé « Chiller » en langue anglaise.
Avec un système à propane à un seul évaporateur, le besoin de la climatisation de l ’ habitacle impose un fluide caloporteur à une température comprise entre 0°C et 5°C, qui impose alors à la batterie de subir cette très basse température par rapport au fluide caloporteur attendu à une température de 18°C.
Un système de climatisation n’ est alors pas suffisant et un système de gestion thermique doit être utilisé afin de gérer des températures si différentes.
Il existe un besoin pour un système de gestion thermique apte à produire du fluide caloporteur à deux températures très différentes.
Il existe également un besoin pour une vanne isolée limitant les pertes thermiques de fluides à des températures différentes.
De l ’ état de la technique, on connait le document FR23 12253 , qui propose un circuit d’ eau permettant d’utiliser un seul évaporateur du système propane pour créer deux niveaux de température de fluide caloporteur pour refroidir l ’ habitacle et la batterie. Le document ne propose pas de solution pour le fonctionnement en hiver afin de chauffer l ’ habitacle et la batterie.
On connait également aussi des solutions de mitigation de la déperdition thermique vers l ’ atmosphère ambiante, sans pour autant traiter des échanges thermiques entre fluides au sein d’une même vanne.
Les problèmes techniques demeurent non résolus.
Exposé de l’invention
L’invention a pour obj et une vanne à huit voies thermiquement isolée, comprenant un premier bloc et un deuxième bloc isolés thermiquement par une couche d’ isolant, un des blocs assurant la circulation d’un fluide caloporteur chaud, l ’ autre bloc assurant la circulation d’un fluide caloporteur froid, chaque bloc comprenant deux corps rotatifs en contact chacun avec deux cavités communiquant chacune avec une connexion de la vanne et une cavité allongée communiquant avec une autre connexion de la vanne, chaque corps rotatif étant muni d’un passage de sorte à mettre en relation une des deux cavités avec la cavité allongée en fonction de l ’ angle de rotation dudit corps rotatif par rapport à la vanne tout en limitant les échanges thermiques entre le fluide caloporteur froid et le fluide caloporteur chaud.
Chaque cavité du premier bloc peut être mise en communication avec une cavité du deuxième bloc et avec une des connexions de la vanne à huit voies.
Des tubes externes au premier bloc, au deuxième bloc et à la couche d’ isolant peuvent mettre en communication les deux cavités.
Des conduites internes au premier bloc, au deuxième bloc et à la couche d’ isolant peuvent mettre en communication les deux cavités.
Les corps rotatifs cylindriques peuvent être solidarisés en rotation, notamment par un ensemble de bielles, de sorte à être entraînés en rotation par un même actionneur.
Les corps rotatifs cylindriques du premier bloc peuvent être solidarisés en rotation, notamment par un ensemble de bielles, de sorte à être entraînés par un premier actionneur, les corps rotatifs cylindriques du deuxième bloc peuvent être également solidarisés en rotation, notamment par un ensemble de bielles, de sorte à être entraînés par un deuxième actionneur.
La vanne à huit voies thermiquement isolée peut être réalisée en matériaux plastiques à faible conductivité thermique afin de réduire l ’ échange thermique entre le fluide caloporteur chaud et le fluide caloporteur froid circulant dans la vanne à huit voies.
L’ invention a également pour obj et un système de gestion thermique d’un véhicule automobile, muni d’une vanne à huit voies isolée thermiquement telle que décrite ci-dessus, ainsi que de quatre circuits d’ échange thermique dans lesquels circule un fluide caloporteur, le véhicule automobile comprenant au moins un élément du groupe motopropulseur et un habitacle, munis chacun d’un échangeur. Les quatre circuits d’ échange thermique sont connectés chacun à la vanne à huit voies, chaque circuit d’ échange thermique faisant circuler au moins l ’un parmi un fluide caloporteur chaud et un fluide caloporteur froid.
Un premier circuit d’ échange thermique peut comprendre un circuit principal comprenant successivement par un compresseur, un condenseur, une bouteille, une vanne de détente et un évaporateur, le condenseur étant muni d’un circuit secondaire connecté à une septième connexion et à une huitième connexion de la vanne à huit voies, l ’ évaporateur étant muni d’un autre circuit secondaire connecté à une cinquième connexion et à une sixième connexion de la vanne à huit voies.
Le circuit principal du premier circuit d’ échange thermique peut comprendre un fluide caloporteur différent du fluide caloporteur circulant dans les circuits secondaires du premier circuit d’ échange thermique et dans les autres circuits d’ échange thermique, notamment du propane.
Un deuxième circuit d’ échange de chaleur peut comprendre successivement une pompe et une voie de contournement en parallèle avec un échangeur, le deuxième circuit d’ échange de chaleur est connecté à une première connexion et à une deuxième connexion de la vanne à huit voies, l ’ échangeur étant conçu de sorte à échanger de la chaleur avec l ’ air de l ’ habitacle.
Un troisième circuit d’ échange de chaleur peut comprendre successivement une pompe, une voie de contournement en parallèle d’un radiateur et au moins un échangeur, le troisième circuit d’ échange de chaleur est connecté à une troisième connexion et à une quatrième connexion de la vanne à huit voies, l ’ échangeur étant conçu de sorte à échanger de la chaleur avec au moins une partie du groupe motopropulseur.
Le véhicule automobile peut être un véhicule électrique, le système de gestion thermique comprenant alors un quatrième circuit d’ échange thermique comprend successivement une entrée connectée, une pompe, un échangeur, une vanne à trois voies et deux connexions parallèles, la connexion est connectée à un piquage entre l ’ entrée et la pompe, la connexion est connectée à une sortie, un radiateur est connecté d’une part à la vanne à trois voies et d’ autre part entre le piquage et la pompe, l ’ entrée du quatrième circuit d’ échange thermique circuit étant connectée au deuxième circuit d’ échange thermique par une vanne à trois voies, la sortie du quatrième circuit d’ échange thermique circuit étant connectée avec le deuxième circuit d’ échange thermique à la deuxième connexion de la vanne à huit voies, l ’ échangeur étant conçu de sorte à échanger de la chaleur avec une batterie du véhicule électrique.
Cette solution permet de respecter le cahier des charges actuel du refroidissement de batterie par eau, évite de la condensation à l ’intérieur du pack batterie, qui peut créer de court-circuit électrique.
Brève description des dessins
D’ autres buts, caractéristiques et avantages de l ’ invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’ exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure [Fig 1 ] illustre les principaux éléments d’un système de gestion thermique muni d’une vanne à huit voies, thermiquement isolée,
- la figure [Fig 2] illustre la circulation des fluides caloporteur dans un système de gestion thermique muni d’une vanne à huit voies, thermiquement isolée, lors d’un fonctionnement en mode « été », - la figure [Fig 3 ] illustre la circulation des fluides caloporteur dans un système de gestion thermique muni d’une vanne à huit voies, thermiquement isolée, lors d’un fonctionnement en mode « hiver »,
- la figure [Fig 4] illustre les principaux éléments d’une vanne à huit voies, thermiquement isolée, selon un premier mode de réalisation
- la figure [Fig 5] illustre la circulation des fluides caloporteurs dans une vanne à huit voies, thermiquement isolée, lors d’un fonctionnement en mode « été »,
- la figure [Fig 6] illustre la circulation des fluides caloporteurs dans une vanne à huit voies, thermiquement isolée, lors d’un fonctionnement en mode « hiver »,
- la figure [Fig 7] illustre les principaux éléments d’une vanne à huit voies, thermiquement isolée, selon un second mode de réalisation,
- la figure [Fig 8] illustre la circulation des fluides caloporteurs dans une vanne à huit voies, thermiquement isolée, selon un second mode de réalisation, lors d’un fonctionnement en mode « été », et
- la figure [Fig 9] illustre la circulation des fluides caloporteurs dans une vanne à huit voies, thermiquement isolée, selon un second mode de réalisation, lors d’un fonctionnement en mode « hiver » .
Description détaillée
Le système de gestion thermique selon l ’ invention comprend plusieurs circuits d’ échange de chaleur dans lesquels circulent des fluides à des températures différentes, interconnectés par une vanne thermiquement isolée à au moins huit voies.
Dans un mode de réalisation, chaque circuit d’ échange de chaleur est muni de moyens d’ estimation ou de mesure de la température et du débit du fluide caloporteur circulant dans ledit circuit.
Le système de gestion thermique est illustré par la figure [Fig 1 ] et comprend quatre circuits d’ échange de chaleur référencés 1 , 2, 3 et 4.
Un premier circuit 1 d’ échange de chaleur comprend un circuit principal et deux circuits secondaires.
Le circuit principal comprend un compresseur 10, électrique ou mécanique, un condenseur 1 1 , une bouteille 12, une vanne de détente 13 et un évaporateur 14. Un fluide caloporteur 15, notamment du propane, remplit partiellement le module L 1 en laissant un volume vide précis pour le développement de l ’ ébullition et de la condensation. L’ évaporateur 14 comprend un premier circuit relié à des connexions E,F de la vanne à huit voies 60.
De façon similaire, le condenseur 1 1 comprend un deuxième circuit secondaire relié à des connexions G, H de la vanne à huit voies 60.
Les circuits secondaires et les autres circuits d’ échange thermique 2,3 ,4 comprennent un fluide caloporteur. Le circuit principal du premier circuit 1 d’ échange de chaleur comprend un autre fluide caloporteur, notamment du propane.
Lors du fonctionnement du système de gestion thermique, le fluide caloporteur 15 à haute pression entre dans la vanne de détente 13. La pression du fluide caloporteur 15 chute, alors qu’ il entre dans l ’ évaporateur 14. L’ évaporateur 14 est thermiquement relié au fluide caloporteur d’un deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur, par l ’ intermédiaire du circuit secondaire connecté aux connexions E,F de la vanne à huit voies 60.
Dans l ’ évaporateur 14, la température du fluide caloporteur 15 augmente du fait d’un transfert de chaleur avec le fluide caloporteur du deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur. Le fluide caloporteur 15 s’ évapore alors et passe à l ’ état gazeux. En sortant de l ’ évaporateur 14, le fluide caloporteur 15 repasse dans la vanne de détente 13. La température du fluide caloporteur 15 est mesurée dans la vanne de détente 13 afin de mieux la contrôler. Le contrôle de l ’ ouverture de la vanne peut se fait mécaniquement par un élément dont le volume varie selon la température du fluide en sortie de l’ évaporateur 14, par exemple le passage de l ’ état solide à l ’ état liquide, ce changement du volume modifie la section de l ’ ouverture de la vanne par laquelle le fluide circule avant son entrée dans l ’ évaporateur. Une telle vanne à contrôle mécanique est assimilable à un thermostat mécanique. Selon une variante de réalisation, la vanne peut être de type à commande électronique tenant touj ours en considération les paramètres du fluide en sortie de l ’ évaporateur afin de piloter la vanne. Une telle vanne comprenant un dispositif électronique est plus coûteuse mais plus souple et fine en termes de pilotage La vanne de détente 13 comprend un circuit de fluide entrant dans l ’ évaporateur 14 et un circuit de fluide sortant de l ’ évaporateur 14 physiquement séparés, c’ est ce fluide sortant qui contrôle l ’ état de l ’ ouverture de la vanne de détente. La pression du fluide caloporteur 15 est différente dans chacun des circuits de fluide entrant dans l ’ évaporateur 14 et sortant de l ’ évaporateur 14 physiquement séparés.
Le fluide caloporteur 15 sous forme gazeuse est ensuite comprimé par le compresseur 10 pour augmenter sa pression, ce qui a pour effet d’ augmenter la température du fluide caloporteur 15 sous forme gazeuse. Le fluide caloporteur 15 sous forme gazeuse haute pression est ensuite admis dans le condenseur 1 1 où il est refroidi par l ’intermédiaire du circuit secondaire connecté aux connexions G, H de la vanne à huit voies 60, et dans lequel circule le fluide caloporteur du troisième circuit 3 d’ échange de chaleur. Le fluide caloporteur 15 sous forme gazeuse est alors transformé en liquide. La chaleur transmise par le fluide du troisième circuit 3 d’ échange de chaleur peut être utili sée pour chauffer un organe en hiver ou rej etée dans l ’ air ambiant en été si cette chaleur n’ est pas utile. Le fluide caloporteur 15 sous forme de liquide à haute pression entre alors dans la bouteille 12, où il est filtré de ses éventuelles impuretés et de l ’ humidité avant d’ être dirigé vers la vanne de détente 13 et poursuivre le cycle thermodynamique.
Le deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur est relié à une première connexion A de la vanne à huit voies 60 et comprend successivement un échangeur 21 , un bocal de dégazage et une pompe 20. La sortie du deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur est reliée à une deuxième connexion B de la vanne à huit voies 60.
Le bocal de dégazage 22 se trouve ainsi localisé entre la pompe 20 et l ’ échangeur 21. La connexion du bocal de dégazage 22 peut être réalisée par l ’ intermédiaire d’une branche de connexion qui est reliée à la branche reliant l ’ échangeur 21 à la pompe 20 par un point de piquage. L’ échangeur 21 est conçu de sorte à échanger de la chaleur avec l ’ air de l ’ habitacle afin de refroidir l ’ air à destination de l ’ habitacle, de sorte qu’ il peut être aussi qualifié par la suite de refroidisseur.
Le bocal de dégazage 22 assure le dégazage et la compensation du changement du volume du fluide caloporteur de ce deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur. Le bocal de dégazage 22 est commun avec le quatrième circuit 4 d’ échange de chaleur décrit ci-après. Ce bocal est également avantageux lors d’une intervention d’un service après-vente lorsqu’une vidange est nécessaire.
Dans le mode de fonctionnement en été (illustré par la figure [Fig 2]), ce circuit est en contact direct avec l ’ évaporateur 14 du module L 1 de production du froid et de chaleur. La température T l de ce circuit est la plus basse (0-5 °C) du système de gestion thermique, assurant le refroidissement de l ’ habitacle par l ’ intermédiaire de l ’ échangeur 21.
La pompe 20 est pilotée par un calculateur 50 de sorte qu’un débit Q2 soit atteint dans le deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur en fonction de la demande de climati sation de l ’habitacle. Cette demande dépend notamment de la température ambiante, de l ’ ensoleillement et du volume de l ’ habitacle. Une vanne à trois voies 42 est connectée à l ’ évaporateur 21 , à la deuxième connexion B de la vanne à huit voies 60 et au quatrième circuit 4 d’ échange de chaleur. La vanne à trois voies 42 est pilotée par le calculateur 50. Une voie de contournement (« bypass » en langue anglaise) est prévue entre la sortie A de la vanne 60 et la vanne à trois voies 42 de sorte à isoler l ’ échangeur 21.
Le débit Q2 dans ce deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur est constant à l ’ exception de la branche entre la vanne 42 et le bocal 22.
Lorsque le refroidissement de l ’ habitacle n’ est pas nécessaire ou lorsque l ’ on privilégie le refroidi ssement de la batterie, la vanne 42 est commandée de sorte que le fluide caloporteur circule dans la voie de contournement et ne traverse pas l ’ échangeur 21. La totalité de la capacité de refroidissement est alors employée par le quatrième circuit 4 d’ échange de chaleur.
Le quatrième circuit 4 d’ échange de chaleur assure le refroidissement de la batterie 41. La batterie 41 peut être soit refroidie par une plaque à eau, soit par un fluide diélectrique dans lequel la batterie est immergée. Dans ce dernier cas, le fluide diélectrique est alors refroidi par un échangeur liquide caloporteur- fluide diélectrique (non illustré). La température T4 du fluide caloporteur à l ’ entrée de la batterie est régulée de façon précise par le calculateur 50.
Le quatrième circuit 4 d’ échange de chaleur est connecté à une quatrième connexion de la vanne à trois voies 42 et comprend successivement une seconde pompe 40, un échangeur 41 , une vanne à trois voies 48 et une branche 46 aboutissant sur deux connexions 24,45 parallèles. La connexion 24 est connectée à un piquage 43 entre la vanne à trois voies 42 et la pompe 40. La connexion 45 est connectée entre le piquage du bocal 22 du deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur et la pompe 20.
Un radiateur 47 est connecté d’une part à la vanne à trois voies 48 et d’ autre part entre le piquage 43 et la seconde pompe 40.
La seconde pompe 40 est commandée par le calculateur 50 de sorte que le fluide caloporteur circule avec un débit Q4 dans l ’ échangeur 41.
La vanne à trois voies 48, pilotée aussi par le calculateur 50, permet de diriger le passage du fluide caloporteur sortant de l ’ échangeur 41 soit vers un radiateur 47, soit vers la brache 46. La branche 46 est utilisée notamment en été afin de contourner (« by-pass » en langue anglaise) le radiateur 47.
Le radiateur 47 est prévu pour refroidir la batterie sans la climatisation afin de réduire la consommation du véhicule, (par exemple en hiver ou lorsque la température ambiante est assez basse), ou tout simplement lorsque le refroidissement du fluide caloporteur par le radiateur 47 suffit à maintenir la température de la batterie à un niveau acceptable. On rappelle que le refroidissement par un radiateur est d’ autant plus efficace que le véhicule roule vite, (sur autoroute par exemple où la vitesse de l ’ air est élevée et donc le radiateur est performant) et que l ’ écart de température entre l ’ air ambient et la batterie est élevée.
La branche 46 comprend deux connexions en forme de simple T, référencées 43 et 49. L’une des deux sorties de la connexion 49 en forme de T est branchée sur une conduite 45 qui est elle-même piquée sur la conduite entre la vanne à trois voies 42 et la deuxième connexion B de la vanne à huit voies 60. Plus précisément, la conduite 45 est branchée entre le piquage du bocal 22 et la pompe 20 liée à la deuxième connexion B de la vanne à huit voies 60.
L’ autre sortie de la connexion 49 en forme de T est connectée par l ’ intermédiaire de la conduite 24 sur la seconde connexion 43 en forme de T. La seconde connexion 43 en forme de T est disposée sur la conduite 44 entre l ’ entrée de la pompe 40 et la vanne à trois voies 42.
Lors du refroidissement de batterie par la climatisation, la vanne à trois voies 42 autorise une petite partie du débit Q2 à très faible température T2 à circuler vers la connexion 43 en forme de T dans la branche 44 sous forme d’un débit Q5. Ce liquide caloporteur très froid se mélange avec le liquide relativement chaud sortant de l ’ échangeur 41 de la batterie. Le liquide caloporteur admis dans la pompe 40 résulte de ce mélange et présente une température T4 comprise entre la température T5 du liquide caloporteur sortant de l ’ échangeur 41 de la batterie et la température T2 du liquide caloporteur sortant de la vanne 42.
La valeur exacte de la température T4 dépend du débit Q5 dans la branche 44 et du débit Q4 en amont de la pompe 40, ainsi que de la température T2 du deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur et de la température T5. La température T4 du quatrième circuit 4 d’ échange de chaleur est donnée par l ’ équation suivante : [Math j
Dans l ’ équation [Math 1 ], le débit Q4 et la température T5 du quatrième circuit 4 d’ échange de chaleur dépendent principalement de la demande de refroidissement de la batterie à travers l ’ échangeur 41. La température T2 du deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur est imposée par le cahier des charges de refroidissement de la batterie.
Le réglage du débit Q5 permet d’ obtenir cela de façon précise et sans oscillation de la température T4 du fluide caloporteur circulant dans le quatrième circuit 4 d’ échange de chaleur en connaissant les températures T2 et T5. La température T5 est conditionnée par le mode de refroidissement de la batterie : si la batterie est refroidie par des plaques à eau en contact avec les cellules, une température de l ’ ordre 15 -20°C est imposée pour éviter la condensation de l ’ air. Si la batterie est refroidie par un liquide diélectrique intermédiaire en contact direct avec les cellules, ce liquide est ensuite refroidi par l ’ échangeur 41 , une température plus basse devient possible car nous n’ avons plus la contrainte liée à l ’ apparition (condensation de l ’ eau contenue dans l ’ air) de l ’ eau dans le pack batterie.
Le troisième circuit 3 d’ échange de chaleur est connecté à une troisième connexion C de la vanne à huit voies 60 et comprend successivement une pompe 30, un radiateur 3 1 et au moins un composant électronique 32. La sortie du troisième circuit 3 d’ échange de chaleur est connectée à une quatrième connexion D de la vanne à huit voies 60.
Le troisième circuit 3 d’ échange de chaleur comprend également un bocal de dégazage 33 piqué entre la troisième connexion C de la vanne à huit voies 60 et la pompe 30. Selon une variante de réalisation non représentée un autre type de branchement du bocal de dégazage est aussi possible avec une circulation permanente du fluide caloporteur à faible débit à l ’ intérieur du bocal de dégazage 33.
Le troisième circuit 3 d’ échange de chaleur comprend enfin une voie de contournement (« bypass » en langue anglaise) dont l ’ entrée est connectée entre la sortie de la pompe 30 et le radiateur 3 1 , la sortie étant connectée à une vanne à trois voies 34 connectée entre le radiateur 3 1 et au moins un composant électronique 32.
L’ au moins un composant électronique 32 peut comprendre au moins un élément constitutif de la chaine de traction électrique, comme le moteur électrique, les électroniques de pui ssance, etc... Selon une variante de réalisation, le composant 32 peut être disposé en parallèle de la vanne 60 avec des entrée et sortie connectées respectivement sur l ’ entrée D et la sortie C.
En hiver, le troisième circuit 3 d’ échange de chaleur peut aussi chauffer l ’ habitacle et/ou au moins l ’un des éléments de la chaîne de traction.
La figure [Fig 2] illustre la circulation des fluides caloporteurs en été.
En été, le fluide caloporteur chaud sortant du circuit secondaire du condenseur 1 1 du module 1 est dirigé vers le troisième circuit 3 d’ échange de chaleur.
Le fluide caloporteur froid sortant du circuit secondaire de l ’ évaporateur 14 est dirigé vers le deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur et le quatrième circuit 4 d’ échange de chaleur. En cas de besoin de refroidissement de l ’ habitacle, le fluide caloporteur circule en boucle de la sortie A de la vanne 60 vers l ’ échangeur 21 traversé par l ’ air de l ’ habitacle à refroidir, puis revient en totalité vers l ’ entrée B de la vanne 60 sans besoin de refroidissement de la batterie.
En cas de besoin de refroidissement de la batterie, une partie du fluide de refroidissement peut être dirigée vers la batterie à refroidir par un changement d’ étant de la vanne 42, de telle sorte qu’une partie du débit du fluide caloporteur circulant dans la boucle 2 susmentionnée puisse être dirigée vers la boucle 4 contenant la batterie 41 à refroidir.
Dans l ’ hypothèse où selon l ’ air à destination de l ’ habitacle n’ est pas à refroidir, et que seul le besoin de refroidir la batterie est présent, l ’ eau glycolée circulant au travers de la sorte A de la vanne 60 contourne l ’ échangeur 21 pour entrer directement dans la boucle 4 pour refroidir la batterie 41.
La figure [Fig 3 ] illustre la circulation des fluides caloporteurs en hiver, avec les flèches en pointillés.
En hiver, le fluide caloporteur chaud sortant du circuit secondaire du condenseur 1 1 du module 1 est dirigé vers le deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur et le quatrième circuit 4 d’ échange de chaleur, tandis que le fluide caloporteur froid sortant du circuit secondaire de l ’ évaporateur 14 est dirigé vers le troisième circuit 3 d’ échange de chaleur. Le fluide caloporteur froid se réchauffe par échange de chaleur avec l ’ air ambiant dans le radiateur 3 1 et/ou dans l ’ au moins un composant 32 de chaine de traction électrique par l ’ intermédiaire de la vanne 34.
Lorsque la température du fluide caloporteur est plus froide que l ’ air ambiant, la vanne 35 redirige au moins une partie du fluide caloporteur dans le radiateur 3 1 , puis dans l ’ au moins un des composants de la chaine de traction électrique 32. La chaleur transférée au fluide caloporteur est ainsi valorisée pour chauffer l ’ habitacle et/ou la batterie.
Lorsque la température de l ’ air ambiant est plus basse que la température du fluide caloporteur, la vanne 34 est commandée de sorte à faire circuler le fluide caloporteur dans la voie de contournement 35. L’utilisation privilégiée de la chaleur des composants électroniques 32 permet d’ obtenir un meilleur rendement du module L 1 de production du froid et de chaleur.
On va maintenant s’ attacher à décrire la vanne à huit voies 60 du système de gestion thermique illustré par les figures [Fig 1 ] à [Fig 3 ] , La vanne à huit voies 60 est illustrée par les figures [Fig 4] à [Fig 9] , La figure [Fig 4] illustre un premier mode de réalisation de la vanne à huit voies 60. La vanne à huit voies 60 comprend deux parties 61 , 62 destinées à la circulation de fluides caloporteurs ayant des températures différentes.
Le premier bloc référencé 61 est destiné à réguler la circulation du fluide caloporteur à basse température sortant du premier circuit 1 d’ échange de chaleur.
Le second bloc référencé 62 est destiné à réguler la circulation du fluide caloporteur à haute température provenant également du premier circuit 1 d’ échange de chaleur.
Le premier bloc 61 et le second bloc 62 sont isolés par une couche d’ isolant thermique 63 de sorte qu’ il n’ existe aucun point de contact entre eux, réduisant ainsi leurs échanges thermiques.
Le premier bloc 61 comprend deux connexions A,E et deux connexions B, F . Le second bloc 62 comprend deux connexions C,G et deux connexions D,H Le premier bloc 61 comprend deux corps rotatifs cylindriques 64,64b . De façon similaire, le second bloc 62 comprend deux corps rotatifs cylindriques 66, 66b .
Un passage fluidique 65, 67, 65b, 67b est ménagé dans chacun des corps rotatifs cylindriques 64, 64b, 66, 66b, respectivement
Chaque corps rotatif cylindrique 64, 64b, 66, 66b est associé en entrée à un canal d’ entrée 69, 71 , 69b, 71b et en sortie à une première cavité 72, 74, 72b, 74b et à une deuxième cavité 73 , 75, 73b, 75b .
Les quatre cavités 72, 73 , 74 et 75 sont connectées chacune à des tubes 76, 80, 82, 78 respectivement.
Les tubes 76, 80 sortent du premier bloc 61 , tandis que les tubes 78, 82 sortent du second bloc 62.
Un tube 79 connecte le tube 76 au tube 78 et à une troisième connexion Commune B . Un tube 81 connecte le tube 80 au tube 82 et à une troisième connexion D
De façon similaire, les quatre cavités 72b, 73b, 74b et 75b sont connectés chacune à des tubes 76b, 80b, 82b, 78b respectivement.
Les tubes 76b, 80b sortent du premier bloc 61 , tandis que les tubes 78b, 82b sortent du second bloc 62.
Un tube 79b connecte le tube 76b au tube 78b et à une deuxième connexion B .
Un tube 81b connecte le tube 80b au tube 82b et à une quatrième connexion C. Entre la cinquième connexion F et le corps rotatif 64, une conduite 69 est prévue. Dans le voisinage immédiat du corps rotatif 64, on trouve une cavité 68 de forme allongée, permettant d’ alimenter le passage 65 par la conduite 69 pour les deux positions extrémales du corps rotatif 64 lorsqu’ il débouche sur la première cavité 72 ou sur la deuxième cavité 73.
Entre la septième connexion H et le corps rotatif 66, une conduite 71 est prévue. Dans le voi sinage immédiat du corps rotatif 66, on trouve une cavité 70 de forme allongée, permettant alimenter le passage 67 par la conduite 71 pour les deux positions extrémales du corps rotatif 66 lorsqu’ il débouche sur la première cavité 74 ou sur la deuxième cavité 75.
De façon similaire, entre la sixième connexion E et le corps rotatif 64b, une conduite 69b est réalisée. Dans le voisinage immédiat du corps rotatif 64b, on trouve une cavité 68b de forme allongée, permettant d’ alimenter le passage 65b par la conduite 69b pour les deux positions extrémales du corps rotatif 64b lorsqu’ il débouche sur la première cavité 72b ou sur la deuxième cavité 73b .
Entre la huitième connexion G et le corps rotatif 66b, une conduite 71 b est réalisée. Dans le voisinage immédiat du corps rotatif 66b, on trouve une cavité 70b de forme allongée, permettant alimenter le passage 67b par la conduite 71b pour les deux positions extrémales du corps rotatif 66b lorsqu’ il débouche sur la première cavité 74b ou sur la deuxième cavité 75b .
On comprend que du fait de leur conception identique, et de la di sposition similaire de la première cavité et de la seconde cavité pour chacun d’ entre eux, les quatre corps rotatifs présentent deux positions angulaires identiques mettant en communication une des première et seconde cavités avec la cavité de forme allongée.
Dans un mode de réalisation, ces quatre corps rotatifs cylindriques 64, 64b, 66, 66b peuvent être entraînés par un même actionneur.
Dans un autre mode de réalisation, les corps rotatifs cylindriques 64, 64b sont solidaires afin qu’ ils puissent mis en rotation avec un même actionneur.
De façon similaire, les corps rotatifs cylindriques 66, 66b sont alors solidaires afin qu’ il s puissent mi s en rotation avec un même actionneur distinct de l ’ actionneur mettant en rotation les corps rotatifs cylindriques 64 et 64b .
Une première position angulaire des corps rotatifs cylindriques est associée à une position dite « été » pour le refroidissement et une deuxième position angulaire étant associée à une position dite « hiver » pour le chauffage de l ’ habitacle et de la batterie. Lorsque les corps rotatifs de la vanne sont en position « été » ou refroidissement, les passages 65, 67, 65b, 67b sont en face respectivement des premières cavités 72, 74, 72b, 74b .
Lorsque les corps rotatifs de la vanne sont en position « hiver » ou chauffage, les passages 65, 67, 65b, 67b sont en face respectivement des secondes cavités 73 , 75, 73b, 75b .
Dans un mode de réalisation préférée, la vanne à huit voies 60 est réalisée en matériaux plastique à faible conductivité thermique afin de réduire l ’ échange thermique entre le fluide caloporteur chaud et le fluide caloporteur froid.
Par ailleurs, la vanne à huit voies 60 peut être intégrée directement dans le module de génération du froid et de chaleur, ou en être distincte mais connectée fluidiquement.
La figure [Fig 5] illustre les positions des quatre corps rotatifs et les circulations du fluide caloporteur chaud et du fluide caloporteur froid à l ’ intérieur de la vanne à huit voies 60. Le fluide caloporteur froid entre par la sixième connexion F du circuit secondaire du premier circuit 1 d’ échange de chaleur et sort par la deuxième connexion A qui est connectée à l ’ entrée du deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur. Le fluide caloporteur froid du deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur retourne vers la vanne à huit voies 60 par la première connexion B de la vanne puis retourne vers le circuit secondaire du premier circuit 1 d’ échange de chaleur. Le fluide caloporteur chaud entre dans le circuit secondaire du premier circuit 1 d’ échange de chaleur par la huitième connexion H, et sort par la quatrième connexion C qui est connectée à l ’ entrée du troisième circuit 3 d’ échange de chaleur. Le fluide caloporteur chaud du troisième circuit 3 d’ échange de chaleur retourne vers la vanne à huit voies 60 par la troisième connexion D puis retourne vers un circuit secondaire du premier circuit 1 d’ échange de chaleur par la septième connexion H. On peut constater qu’ à l ’ intérieur de la vanne, les deux blocs 61 ,62 traitent chacun un fluide caloporteur à une température différente. Du fait de leur structure et de la présence de l ’ isolant 63 , ils sont bien isolés thermiquement. De plus, à l ’ extérieur de la vanne, les tubes transportant le fluide caloporteur chaud et le fluide caloporteur froid sont séparés et espacés.
Le figure [Fig 6] illustre les positions des quatre corps rotatifs et les circulations du fluide caloporteur chaud et du fluide caloporteur froid à l ’ intérieur de la vanne à huit voies 60, lorsque l ’ on a besoin de chauffage de l ’ habitacle et/ou la batterie, notamment en hiver.
Les quatre corps rotatifs sont disposés de sorte que leurs passages 65, 67, 65b, 67b soient en face respectivement des premières cavités 73 , 75, 73b, 75b . Le fluide caloporteur chaud alimente le radiateur de chauffage de l ’ habitacle et de la batterie, tandis que le fluide caloporteur froid alimente le troisième circuit 3 d’ échange de chaleur.
Dans ce mode de fonctionnement, le fluide caloporteur froid entre par l ’ ouverture E de la vanne 60, et sort par la quatrième connexion C qui est connectée au troisième circuit 3. Ce fluide caloporteur froid refroidit le troisième circuit 3 d’ échange de chaleur (l ’ air du radiateur 3 1 ou/et les composants de la chaine de traction électrique 32), puis retourne vers la vanne par la troisième connexion D. Il remonte par le tube 81 , puis dans la cavité 73 et sort de la cinquième connexion E en passant par la connexion 69.
Pour chauffer l ’ habitacle et la batterie, le fluide caloporteur chaud du circuit secondaire du premier circuit 1 d’ échange de chaleur entre par la huitième connexion H de la vanne, puis sort par la deuxième connexion A de la vanne connectée à l ’ entrée du deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur. Il réchauffe alors l ’ habitacle par l ’intermédiaire de l ’ échangeur 21 et la batterie 41.
On peut constater qu’ en utilisant deux connexions dédiées par des tubes à l ’ extérieur du bloc, on renforce l ’ isolation entre les deux blocs 61 et 62 en évitant les échanges thermiques au niveau des tubes.
La figure [Fig 7] illustre un mode de réalisation alternatif de la vanne à huit voies 60, dans lequel les tubes 78,79, 80, 81 , 82 du premier mode de réalisation sont intégrés dans le corps de la vanne (c’ est-à-dire dans les blocs 61 ,62).
Ces tubes sont remplacés par quatre conduites internes aux deux blocs 61 ,62.
Entre les connexions F, B, A, E, on crée :
- Un premier passage 84 connectant directement la seconde cavité 73 du premier bloc et la première cavité 74 du second bloc ;
- Un second passage 85 connectant directement la première cavité 72 du premier bloc et la seconde cavité 75 du second bloc.
Le second passage 85 est décalé par rapport au premier passage 84, de sorte qu’ aucune communication fluidique ou thermique n’ existe entre les deux passages 84, 85.
De façon similaire, entre les connexions E, A, C, G, on crée :
- Un premier passage 84b connectant directement la seconde cavité 73b et la première cavité 74b du second bloc ;
- Un second passage 85b connectant directement la première cavité 72b du premier bloc et la seconde cavité 75b du second bloc. Le second passage 85b est décalé par rapport au premier passage 84b, de sorte qu’ aucune communication fluidique ou thermique n’ existe entre les deux passages 84b, 85b .
En outre, les parois internes de passages 84, 85, 84b et 85b peuvent être isolées thermiquement par un matériau de faible conductivité thermique, afin d’ isoler thermiquement les blocs 61 et 62 de la température du fluide caloporteur.
La figure [Fig 8] illustre les corps rotatifs dans une position « été » et la circulation associée du fluide caloporteur froid et du fluide caloporteur chaud à l ’ intérieur de la vanne à huit voies 60 afin de refroidir l ’ habitacle et la batterie.
Comme pour le premier mode de réalisation illustré par la figure [Fig 5], les quatre corps rotatifs sont disposés de sorte que leurs passages 65, 67, 65b, 67b soient en face respectivement des premières cavités 72, 74, 72b, 74b . Le fluide caloporteur froid entre par la sixième connexion F depuis le circuit secondaire du premier circuit 1 d’ échange de chaleur et sort par la deuxième connexion A qui est connectée à l ’ entrée du deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur. Le fluide caloporteur froid du deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur retourne vers la vanne à huit voies 60 par la première connexion B de la vanne puis retourne vers le circuit secondaire du premier circuit 1 d’ échange de chaleur. Le fluide caloporteur chaud entre par la huitième connexion H depuis le circuit secondaire du premier circuit 1 d’ échange de chaleur, et sort par la quatrième connexion C qui est connectée à l ’ entrée du troisième circuit 3 d’ échange de chaleur. Le fluide caloporteur chaud du troisième circuit 3 d’ échange de chaleur retourne vers la vanne à huit voies 60 par la troisième connexion D puis retourne vers un circuit secondaire du premier circuit 1 d’ échange de chaleur par la septième connexion H. On peut constater qu’ à l ’ intérieur de la vanne, les deux blocs 61 ,62 traitent chacun un fluide caloporteur à une température différente. Du fait de leur structure et de la présence de l ’ isolant 63 , ils sont bien isolés thermiquement. De plus, le dépôt ou des inserts de plus faible conductivité thermique dans les conduites 84, 85 et 84b, 85b permettent de minimi ser l ’ échange thermique entre le fluide chaud et le fluide froid.
La figure [Fig 9] illustre les corps rotatifs dans une position « hiver » et la circulation associée du fluide caloporteur froid et du fluide caloporteur chaud à l ’ intérieur de la vanne à huit voies 60 afin de réchauffer l ’ habitacle et la batterie.
Comme pour le premier mode de réalisation illustré par la figure [Fig 6], les quatre corps rotatifs sont disposés de sorte que leurs passages 65, 67, 65b, 67b soient en face respectivement des premières cavités 73 , 75, 73b, 75b . Le fluide caloporteur chaud alimente le radiateur de chauffage de l ’ habitacle et de la batterie, tandis que le fluide caloporteur froid alimente le troisième circuit 3 d’ échange de chaleur.
Dans ce mode de fonctionnement, le fluide caloporteur froid entre par l ’ ouverture E de la vanne 60, et sort par la quatrième connexion C qui est connectée au troisième circuit 3. Ce fluide caloporteur froid refroidit le troisième circuit 3 d’ échange de chaleur (l ’ air du radiateur 3 1 ou/et les composants de la chaine de traction électrique 32), puis retourne vers la vanne par la troisième connexion C. Il remonte par le passage 84, puis dans la cavité 73 et sort de la cinquième connexion E en passant par la connexion 69.
Pour chauffer l ’ habitacle et la batterie, le fluide caloporteur chaud provenant d’un circuit secondaire du premier circuit 1 d’ échange de chaleur entre par la huitième connexion H de la vanne, puis sort par la deuxième connexion B de la vanne connectée à l ’ entrée du deuxième circuit 2 d’ échange de chaleur. Il réchauffe alors l ’ habitacle par l ’ intermédiaire de l ’ échangeur 21 et la batterie 41.
Le second mode de réalisation de la vanne à huit voies 60 est moins complexe que le premier mode de réalisation. Pendant le chauffage (cf. [Fig 9]), le premier bloc 61 fait passer du fluide caloporteur chaud par le canal 85 qui relie les cavités 72, 75, alors que le premier bloc 61 assure essentiellement le transport de fluide caloporteur froid. De même, du fluide caloporteur froid transite par le passage 84 liant les cavités 73 et 74 alors que le second bloc 62 assure essentiellement le transport de fluide caloporteur chaud.
Selon la surface des parois de ces canaux, la distance entre les canaux et surtout la conductivité thermique des matériaux de ces deux blocs, il existe un risque d’ échange de chaleur entre les deux fluides caloporteurs. En utilisant l ’ isolant 63 , les principaux échanges thermiques entre les fluides caloporteurs chaud et froid sont essentiellement réduits. Afin de réduire encore plus cet échange thermique, on pourrait envisager de disposer des inserts isolants dans les conduites 84, 85 84b et 85b pour réduire la chaleur traversant les parois entre les blocs et les deux fluides.

Claims

REVENDICATIONS
1. Vanne à huit voies (60) thermiquement isolée, comprenant un premier bloc (61 ) et un deuxième bloc (62) isolés thermiquement par une couche d’ isolant (63), un des blocs assurant la circulation d’un fluide caloporteur chaud, l ’ autre bloc assurant la circulation d’un fluide caloporteur froid, chaque bloc (61 ,62) comprenant deux corps rotatifs (64, 64b, 66, 66b) en contact chacun avec deux cavités (72, 73 , 74, 75 , 72b, 73b, 74b, 75b) communiquant chacune avec une connexion (A,B,C,D) de la vanne et une cavité allongée (68, 70, 68b, 70b) communiquant avec une autre connexion (E,F,G,H) de la vanne, chaque corps rotatif (64, 64b, 66, 66b) étant muni d’un passage (65, 67, 65b, 67b) de sorte à mettre en relation une des deux cavités avec la cavité allongée en fonction de l ’ angle de rotation dudit corps rotatif par rapport à la vanne tout en limitant les échanges thermiques entre le fluide caloporteur froid et le fluide caloporteur chaud.
2. Vanne à huit voies (60) thermiquement isolée selon la revendication
1 , dans laquelle chaque cavité (72, 73 , 72b, 73b) du premier bloc est mise en communication avec une cavité (74, 75, 74b, 75b) du deuxième bloc et avec une des connexions (A,B,C,D) de la vanne à huit voies (60).
3. Vanne à huit voies (60) thermiquement isolée selon la revendication
2, dans lequel des tubes externes (76, 78,79, 80, 81 , 82, 76b, 78b, 79b, 80b, 81b, 82b) au premier bloc, au deuxième bloc et à la couche d’ isolant mettent en communication les deux cavités.
4. Vanne à huit voies (60) thermiquement isolée selon la revendication 2, dans lequel des conduites internes (84, 85, 84b, 85b) au premier bloc, au deuxième bloc et à la couche d’ isolant mettent en communication les deux cavités.
5. Vanne à huit voies (60) thermiquement isolée selon l ’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les corps rotatifs cylindriques (64, 64b, 66, 66b) sont solidarisés en rotation, notamment par un ensemble de bielles, de sorte à être entraînés en rotation par un même actionneur.
6. Vanne à huit voies (60) thermiquement isolée selon l ’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les corps rotatifs cylindriques (64, 64b) du premier bloc sont solidarisés en rotation, notamment par un ensemble de bielles, de sorte à être entraînés par un premier actionneur, les corps rotatifs cylindriques (66, 66b) du deuxième bloc sont également solidarisés en rotation, notamment par un ensemble de bielles, de sorte à être entraînés par un deuxième actionneur.
7. Vanne à huit voies (60) thermiquement isolée selon l ’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait qu’ elle est réalisée en matériaux plastiques à faible conductivité thermique afin de réduire l ’ échange thermique entre le fluide caloporteur chaud et le fluide caloporteur froid circulant dans la vanne à huit voies (60).
8. Système de gestion thermique d’un véhicule automobile, muni d’une vanne à huit voies (60) isolée thermiquement selon l ’une quelconque des revendications 1 à 7, ainsi que de quatre circuits d’ échange thermique dans lesquels circule un fluide caloporteur, le véhicule automobile comprenant au moins un élément du groupe motopropulseur et un habitacle, munis chacun d’un échangeur (21 ,32), caractérisé par le fait que les quatre circuits d’ échange thermique sont connectés chacun à la vanne à huit voies (60), chaque circuit d’ échange thermique faisant circuler au moins l ’un parmi un fluide caloporteur chaud et un fluide caloporteur froid.
9. Système de gestion thermique selon la revendication 8, dans lequel un premier circuit ( 1 ) d’ échange thermique comprend un circuit principal comprenant successivement par un compresseur ( 10), un condenseur ( 1 1 ), une bouteille ( 12), une vanne de détente ( 13) et un évaporateur ( 14), le condenseur ( 1 1 ) étant muni d’un circuit secondaire connecté à une septième connexion (G) et à une huitième connexion (H) de la vanne à huit voies (60), l ’ évaporateur ( 14) étant muni d’un autre circuit secondaire connecté à une cinquième connexion (E) et à une sixième connexion (F) de la vanne à huit voies (60).
10. Système de gestion thermique selon la revendication 9, dans lequel le circuit principal du premier circuit ( 1 ) d’ échange thermique comprend un fluide caloporteur différent du fluide caloporteur circulant dans les circuits secondaires du premier circuit ( 1 ) d’ échange thermique et dans les autres circuits (2,3 ,4) d’ échange thermique.
1 1. Système de gestion thermique selon la revendication 8 à 10, dans lequel un deuxième circuit (2) d’ échange de chaleur comprend une pompe (20) et une voie de contournement en parallèle avec un échangeur (21 ), le deuxième circuit (2) d’ échange de chaleur est connecté à une première connexion (A) et à une deuxième connexion (B) de la vanne à huit voies (60), l ’ échangeur (21 ) étant conçu de sorte à échanger de la chaleur avec l ’ air de l ’ habitacle.
12. Système de gestion thermique selon l ’une quelconque des revendications 8 à 1 1 , dans lequel un troisième circuit (3) d’ échange de chaleur comprend successivement une pompe (30), une voie de contournement (35) en parallèle d’un radiateur (3 1 ) et au moins un échangeur (32), le troisième circuit (3) d’ échange de chaleur est connecté à une troisième connexion (C) et à une quatrième connexion (D) de la vanne à huit voies (60), l ’ échangeur (32) étant conçu de sorte à échanger de la chaleur avec au moins une partie du groupe motopropulseur.
13. Système de gestion thermique selon l ’une quelconque des revendications 8 à 12, dans lequel le véhicule automobile est un véhicule électrique, le système de gestion thermique comprenant alors un quatrième circuit (4) d’ échange thermique comprend successivement une entrée connectée, une pompe (40), un échangeur (41 ), une vanne à trois voies (48) et deux connexions (24,45) parallèles, la connexion (24) est connectée à un piquage (43) entre l ’ entrée et la pompe (40), la connexion (45) est connectée à une sortie, un radiateur (47) est connecté d’une part à la vanne à trois voies (48) et d’ autre part entre le piquage (43) et la pompe (40), l ’ entrée du quatrième circuit d’ échange thermique circuit étant connectée au deuxième circuit (2) d’ échange thermique par une vanne à trois voies (42), la sortie du quatrième circuit d’ échange thermique circuit étant connectée avec le deuxième circuit (2) d’ échange thermique à la deuxième connexion (B) de la vanne à huit voies (60), l ’ échangeur (41 ) étant conçu de sorte à échanger de la chaleur avec une batterie du véhicule électrique.
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