Brevet FR2451837A1 — publié le 19801017

La présente invention concerneun nouveau dispositif de climatisation pour des véhicules comportant un moteur surali menté, c'est-à-dire dans lequel la pression à l'admission du moteur est supérieure- à la pression atmosphérique. Les moteurs suralimentés sont déjà largement utilisés et selon les cas les pressions absolues à la sortie du compresseur varient d'une valeur inférieure à 1,5 bar à plus de 10 bars. Dans certaines réalisations on comprime l'air à une pression supérieure à celle nécessaire à l'alimentation du moteur, on fait passer l'air dans un échangeur refroidisseur et on détend partiellement l'air en aval du refroidisseur pour obtenir une température- particulièrement basse de l'air à l'admission du moteur tout en réduisant l'encombrement du refroidisseur. La présente invention crée un nouveau dispositif qui rend possible, pour climatiser l'intérieur de l'habitacle d'un véhicule ou pour remplir des fonctions analogues, d'utiliser une partie de l'énergie dissipée par les gaz d'échappement du moteur. Pour cela, l'invention crée un nouveau procédé dans lequel on utilise les gaz d'échappement pour entrainer un turbocompresseur, caractérisé en ce que le débit de l'air comprimé est rendu supérieur à celui nécessaire pour l'alimentation du moteur, en ce que l'air excédentaire est prélevé à la sortie d'un refroidisseur d'air de suralimentation, en ce que ladite partie prélevée est détendue dans un dispositif produisant un travail pour être refroidie jusqu'à une température permettant son utilisation en partie au moins pour la climatisation de l'intérieur du véhicule L'invention s'étend, en outre, à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, ce dispositif comportant un moteur, un turbocompresseur de suralimentation entraîné par les gaz d'échappement du moteur, un échangeur d'air de suralimentation relié à la sortie de l'étage de compression du turbocompresseur et à l'admission du moteur et étant caractérisé par une dérivation branchée entre l'échangeur d'air de suralimentation et l'admission du moteur, ladite dérivation étant reliée à l'entrée d'un dispositif détendeur-et d'absorption d'énergie. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressor tent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin an nexé. La fig. 1 est un schéma d'un dispositif de climatisation pour véhicule comportant un moteur thermique suralimenté. La fig. 2 est un schéma, analogue à la fig. 1, illustrant un développement de l'invention. La fig. 3 est un schéma analogue. aux figures précédentes d'un autre développement de l'invention. Au dessein,1 désigne un moteur thermique, par exemple un moteur Diesel ou à essence, dont le collecteur d'échappement 2 est relié à une turbine 3 d'un turbocompresseur 4 dont 5 désigne la roue de compression à un ou plusieurs étages. La roue 5 aspire de l'air par l'orifice d'admission 6 et le refoule, après compression, dans un échangeur dit de suralimentation qui est désigné par 7. L'échangeur 7 peut être réalisé de nombreuses façons différentes, par exemple par un échangeur tubulaire ou à plaques. La sortie de l'échangeur de suralimentation 7 est reliée, par une conduite 8, au collecteur d'admission 9 du moteur. Suivant l'invention, la conduite 8 de sortie de l'échangeur de suralimentation 7 est reliée à une dérivation 10 menant à l'entrée d'une turbine de détente 17 ou autre dispositif analogue produisant un travail. Par exemple, s'il agit d'une turbine de détente, elle peut entrainer un ventilateur 12 soufflant sur l'échangeur de suralimentation 7 ou un autre organe auxiliaire analogue. L'air détendu sortant de la turbine 77 est conduit par une tubulure 11a à un dispositif d'aération 13. Le dispositif 13 peut être constitué simplement par des oules de distribution prévues dans l'habitacle d'un véhicule entrat- né par le moteur 1 ou bien ce dispositif peut être un échangeur de chaleur d'un type quelconque, lui-même disposé dans l'habitacle ou à proximité de l'habitacle du véhicule devant être conditionné. il est possible également que le dispositif 13 contienne le condenseur d'une pompe de chaleur ou serve d'une autre manière à son refroidissement. Le turbocompresseur 4, entraîné par les gaz d'échappement du moteur 1, est prévu de façon que son débit d'air, c'est-à dire le volume d'air sortant du turbocompresseur et éventuellement aussi la pression de cet air, soit supérieur à celui nécessaire à l'entrée du collecteur d'admission 9 du moteur pour permettre l'alimentation de la turbine 11. Dans le mode de réalisation de la fig. 1, lorsque la roue de compression 5 du turbocompresseur 4 élève, par exemple, l'air à 4 bars, la température à laquelle est porté cet air est de 196t our une température d'admission de 200C. L'échangeur de suralimentation 7 peut être prévu pour qu' sa sortie la température soit de 73"C, ce qui constitue une température bien appropriée pour amener l'air au collecteur 9. En détendant l'air à la pression atmosphérique dans la turbine Il, la température à l'entrée du dispositif 13 est d'environ -180C. Ces températures sont vérifiées en admettant que le rendement des turbomachines, à savoir les roues de compression et les turbines de détente, est de 0,8.Le calcul montre que pour une température d'admission de 400C à la roue de compresseur du turbocompresseur 4, la température à la sortie de la turbine 11 serait encore de -5 C. La fig. 2 illustre une variante qui facilite grandement l'utilisation directe de l'air provenant de la turbine 11 pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule. Dans ce cas, la tubulure lla de sortie de la turbine 11 est amenée à l'entrée de l'enveloppe d'un échangeur 14 dont un second circuit est parcouru par l'air comprimé provenant de la dérivation 10. Ainsi, l'air froid détendu provenant de la turbine assure un pré-refrqidissement de l'air amené à l'admission de la turbine Il, ce qui a pour effet de déshydrater cet air, en permettant de le rendre plus apte à être utilisé directement dans le dispositif 13 constitué éventuellement par l'habitacle du véhicule. Un dispositif de purge 15 est, dans ce cas, prévu pour récupérer l'eau de condensation dans l'enveloppe de l'échangeur 14. Suivant la fig. 3, la dérivation 10 conduit à l'admission d'un turbocompresseur 16 relié par un arbre 16a à une turbine d'entraînement 18. La sortie du compresseur 16 est reliée à un échangeur refroidisseur auxiliaire 17 menant à l'entrée de la turbine de détente et d'entraînement 18 dont la sortie est reliée à la tubulure lla menant à l'enceinte à climatiser ou à un dispositif d'aération. Cette disposition est particulièrement avantageuse lorsque la pression de l'air de suralimentation est trop faible pour engendrer par simple détente de l'air des températures suffisamment basses pour les besoins de la climatisation. En effet, dans cette réalisation, l'air de suralimentation non conduit à l'admission du moteur est comprimé par le compresseur 16, puis refroidi dans l'échangeur refroidisseur auxiliaire 17 avant d'être détendu. Cette disposition présente également l'avantage de ne pas consommer d'énergie mais ne permet pas normalement de récupérer une énergie mécanique sur l'arbre de la turbine de détente 18. Le dispositif décrit ci-dessus peut également être utilise sur un moteur à pression de suralimentation relativement élevée pour permettre d'assurer la climatisation lorsque le moteur tourne à faible vitesse. Le dispositif peut être court circuité lorsque le moteur tourne à des régimes plus élevés et, à cette fin, il est possible de prévoir une vanne de dérivation 19 en amont du compresseur 16 et un conduit de dérivation lOa menant à l'entrée de la turbine de détente 18 qui, dans ce cas, peut être accouplée à un dispositif d'embrayage à travail mécanique, par exemple à un ventilateur débrayable 12a L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la climatisation d'un véhicule dont le moteur est suralimenté, dans lequel on utilise les gaz d'échappement pour entrainer un turbocompresseur, caractérisé en ce que le débit de l'air comprimé est rendu supérieur à celui nécessaire pour l'alimentation du moteur, en ce que l'air excédentaire est prélevé à la sortie d'un refroidisseur d'air de suralimentation et en ce que ladite partie prélevée est détendue dans un dispositif produisant un travail pour être refroidie jusqu'à une température permettant son utilisation en partie au moins pour la climatisation de l'intérieur du véhicule. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'air détendu de climatisation est utilisé dans un dispositif annexe du genre échangeur ou pompe à chaleur. 3 - Dispositif de climatisation pour la mise en oeuvre du procédé de l'une des revendications 1 ou 2 dans un véhicule comportant un moteur, un turbocompresseur de suralimentation entraîné par les gaz d'échappement du moteur, un échangeur d'air de suralimentation relié à la sortie de l'étage de compression du turbocompresseur et à l'admission du moteur, carac térisé par une dérivation branchée entre l'échangeur d'air de suralimentation et l'admission du moteur, ladite dérivation étant reliée à l'entrée d'un dispositif détendeur et d'absorption d'énergie. 4 - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif détendeur et d'absorption d'énergie est constitué par une turbine d'entraînement d'accessoires. 5 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la sortie de la turbine du dispositif de détente et de récupération d'énergie est relié à l'entrée d'un circuit d'un échangeur à deux circuits dont le second est traversé par l'air provenant de la dérivation et qui est conduit à l'entrée dudit dispositif de détente et de récupération d'énergie. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'air détendu est conduit à un dispositif du genre échangeur de chaleur ou pompe à chaleur. 7 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la dérivation branchée entre l'admission du moteur et l'échangeur d'air de suralimentation est reliée à l'entrée d'un turbocompresseur relié par un arbre à la turbine de détente dont l'entrée est reliée à la sortie du turbocompresseur par un échangeur refroidisseur auxiliaire. 8 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par un circuit de dérivation prévu entre la dérivation et l'entrée de la turbine de détente, ce circuit de dérivation comportant une vanne de dérivation pour court-circuiter le turbocompresseur menant à l'échangeur refroidisseur auxiliaire.