Brevet FR2697210A1 — publié le 19940429

AÀ 2697210 Dispositif de climatisation plus particulièrement pour véhicule électrique L'invention concerne un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule, dans lequel un fluide réfrigérant circule de façon univoque entre un évaporateur o il reçoit de la chaleur et un condenseur o il cède de la chaleur. Un tel dispositif est utilisé couramment pour refroidir, notamment en été, un flux d'air à envoyer dans l'habitacle, en le mettant en contact avec l'évaporateur. En revanche, lorsqu'on souhaite réchauffer un flux d'air avant de l'envoyer dans l'habitacle, on utilise habituelle- ment à cet effet la chaleur dégagée par le moteur thermique d'entraînement du véhicule. Dans le cas d'un véhicule électrique, la chaleur produite par le système d'entraînement électrique n'est pas suffisante, en hiver, pour couvrir les besoins de chauffage de l'habitacle. Il est alors nécessaire de prévoir une source auxiliaire de chaleur. Un but de l'invention est de tirer parti, pour le chauffage de l'habitacle, de l'appareil de climatisation existant, sans changer le sens de circulation du fluide réfrigérant. Un autre but de l'invention est de limiter les sollicitations auxquelles est soumis notamment l'évaporateur en améliorant le rendement de l'échange de chaleur. Un autre but encore est de permettre une optimisation de la disposition des différents éléments du dispositif dans le véhicule. L'invention vise notamment un dispositif du genre défini en introduction, et prévoit que l'évaporateur et le condenseur sont des échangeurs de chaleur fluide-liquide, l'évaporateur recevant de la chaleur d'un liquide qui circule entre celui- ci et un troisième échangeur de chaleur liquide-air recevant lui-même de la chaleur d'un premier flux d'air, et le condenseur cédant de la chaleur à un liquide qui circule entre celui-ci et un quatrième échangeur de chaleur liquide- air cédant lui-même de la chaleur à un second flux d'air, des moyens étant prévus pour envoyer le premier flux d'air dans l'habitacle pour refroidir celui-ci en été et pour envoyer le second flux d'air dans l'habitacle pour réchauffer celui-ci en hiver. Le rendement d'échange de chaleur au niveau de l'évaporateur est meilleur entre le fluide réfrigérant et le liquide dans le dispositif selon l'invention qu'ehtre le fluide réfrigé- rant et un flux d'air dans le dispositif connu De plus, ni l'évaporateur ni le condenseur n'étant en contact direct avec des flux d'air à envoyer dans l'habitacle, le circuit de fluide réfrigérant peut être groupé en un endroit o suffi- samment de place est disponible pour le recevoir. D'autres caractéristiques, complémentaires ou alternatives, du dispositif selon l'invention sont énoncées ci-après: Il comprend un échangeur de chaleur de climatisation disposé dans le trajet d'un flux d'air vers l'habitacle et un échangeur de chaleur extérieur disposé dans le trajet d'un flux d'air extérieur à l'habitacle, ces deux échangeurs constituant respectivement le troisième échangeur et le quatrième échangeur dans une première configuration du dispositif, utilisable en été, et constituant respectivement le quatrième échangeur et le troisième échangeur dans une seconde configuration du dispositif, utilisable en hiver. L'évaporateur, le condenseur, l'échangeur de climatisation et l'échangeur extérieur sont montés respectivement dans des première, seconde, troisième et quatrième branches d'un circuit de liquide, des moyens de commutation étant prévus pour mettre les troisième et quatrième branches en boucle avec les première et seconde branches respectivement dans la première configuration et avec les seconde et première branches respectivement dans la seconde configuration. Les moyens de commutation comprennent huit branches de raccordement dudit circuit de liquide, à savoir des cinquième et sixième branches propres à raccorder l'une a l'autre les première et troisième branches pour former une première boucle fermée, des septième et huitième branches propres à raccorder l'une à l'autre les seconde et quatrième branches pour former une seconde boucle fermée, des neuvième et dixième branches propres à raccorder l'une à l'autre les première et quatrième branches pour former une troisième boucle fermée, des onzième et douzième branches propres à raccorder l'une à l'autre les seconde et troisième branches pour former une quatrième boucle fermée, une première vanne à trois voies ayant une première voie reliée à une extrémité de l'une des première et troisième branches, une seconde voie reliée à une extrémité de la cinquième branche et une troisième voie reliée à une extrémité de l'une des neuvième et onzième branches, une seconde vanne à trois voies ayant une première voie reliée à une extrémité de l'une des première et troisième branches, une seconde voie reliée à une extrémité de la sixième branche et une troisième voie reliée à une extrémité de l'une des dixième et douzième branches, une troisième vanne à trois voies ayant une première voie reliée à une extrémité de l'une des seconde et quatrième branches, une seconde voie reliée à une extrémité de la septième branche et une troisième voie reliée à une extrémité de l'une des neuvième et onzième branches, une quatrième vanne à trois voies ayant une première voie reliée à une extrémité de l'une des seconde et quatrième branches, une seconde voie reliée à une extrémité de la huitième branche et une troisième voie reliée à une extrémité de l'une des dixième et douzième branches, et des moyens de commande coordonnée propres à mettre en communication les premières voies des première, seconde, troisième et quatrième vannes avec leurs secondes voies pour établir la première configura- tion et avec leurs troisièmes voies pour établir la seconde configuration. Il comprend un échangeur de chaleur supplémentaire disposé dans le trajet d'un flux d'air de désembuage du pare-brise du véhicule, et des moyens pour faire circuler le liquide dans ledit échangeur supplémentaire, en parallèle avec l'évapora- teur, dans la seconde configuration. La circulation du liquide dans l'échangeur supplémentaire est interrompue dans la première configuration. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: les figures 1 et 2 sont des schémas montrant un dispositif de climatisation selon l'invention respectivement dans une configuration d'été et dans une configuration d'hiver; et la figure 3 est un schéma analogue à la figure 2, relatif à une variante du dispositif. Le dispositif illustré aux figures 1 et 2 est destiné à la climatisation d'un véhicule à entraînement électrique Il comprend un circuit de fluide réfrigérant 1 dans lequel circule un fluide réfrigérant évoluant entre l'état liquide et l'état gazeux, notamment un fluide à base d'hydrocarbures fluorés, et comportant de façon classique un évaporateur 2, un compresseur 3, un condenseur 4, une bouteille/déshydrateur et un détendeur 6. Selon l'invention, l'évaporateur 2 et le condenseur 4 sont des échangeurs de chaleur fluide-liquide dans lesquels s'effectue un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant du circuit 1 et un liquide circulant dans un second circuit 7 A cet effet, l'évaporateur et le condenseur sont montés respectivement dans des branches Bl et B 2 du circuit 7, qui comportent également des pompes de circulation Pl et P 2. Deux échangeurs de chaleur liquide-air ou radiateurs sont par ailleurs montés dans des branches B 3 et B 4 du circuit 7, à savoir respectivement un radiateur d'habitacle 8 placé dans l'habitacle 9 du véhicule, sur le trajet d'un flux d'air produit par un groupe motoventilateur 10 pour être envoyé à l'intérieur de l'habitacle, et un radiateur extérieur il disposé dans le compartiment moteur 12 du véhicule, sur le trajet d'un flux d'air produit par un groupe motoventilateur 13 et circulant entièrement à l'extérieur de l'habitacle Le circuit 7 comprend également huit branches de raccordement et quatre électrovannes à trois voies commandées de façon coordonnée, permettant d'établir les deux configurations illustrées respectivement aux figures 1 et 2, dans chacune desquelles le liquide circule indépendamment, d'une part entre l'évaporateur et l'un des radiateurs 8 et 11, d'autre part entre le condenseur et l'autre radiateur. Les deux extrémités d'une branche de raccordement BS sont reliées respectivement à une seconde voie 1-2 d'une électro- vanne à trois voies EV 1, dont une première voie 1-1 est reliée à une première extrémité de la branche Bi, et à une première extrémité Tl de la branche B 3 De même, les deux extrémités d'une branche de raccordement B 6 sont reliées respectivement à une seconde voie 2-2 d'une électrovanne à trois voies EV 2 dont une première voie 2-1 est reliée à la seconde extrémité de la branche Bi, et à la seconde extrémité T 2 de la branche B 3 Une branche de raccordement B 7 a ses extrémités reliées respectivement à une seconde voie 3-2 d'une électrovanne à trois voies EV 3, dont une première voie 3-1 est reliée à une première extrémité de la branche B 2, et sa seconde extrémité reliée à une première extrémité T 3 de la branche B 4 Une autre branche de raccordement B 8 a ses extrémités reliées respectivement à la seconde extrémité T 4 de la branche B 2, et à une seconde voie 4-2 d'une électro- vanne à trois voies EV 4 dont la première voie 4-1 est reliée à la seconde extrémité de la branche B 4 Les extrémités d'une branche de raccordement B 9 sont reliées respectivement à la troisième voie 1-3 de l'électrovanne EV 1 et à la jonction T 3, celles d'une branche de raccordement B 10 aux troisièmes voies 2-3 et 4-3 des électrovannes EV 2 et EV 4, les extrémités d'une branche de raccordement Bll à la jonction Tl et à la troi- sième voie 3-3 de l'électrovanne EV 3 et enfin celles d'une branche de raccordement B 12 aux jonctions T 2 et T 4. Pour établir la première configuration du dispositif, illustré à la figure 1, chacune des électrovannes EV 1, EV 2, EV 3 et EV 4 est commandée de façon à mettre en communication ses première et seconde voies Une première boucle fermée du circuit de liquide 7 est donc formée par les branches Bi, B 6, B 3 et B 5 Le liquide circule dans cette boucle au moyen de la pompe Pi Le liquide, par exemple une solution aqueuse de glycol ou une huile, cède de la chaleur au fluide réfrigérant du circuit 1 dans l'évaporateur 2 et en reçoit du flux d'air produit par le groupe motoventilateur 10 dans le radiateur 8. Ce flux d'air est donc refroidi et permet de refroidir, en été, l'atmosphère de l'habitacle du véhicule Une seconde boucle fermée du circuit 7 est formée par les branches B 2, B 7, B 4 et B 8, et le liquide y circule grâce à la pompe P 2 Le fluide réfrigérant transmet au liquide, dans le condenseur 4, la chaleur qu'il reçoit dans l'évaporateur 2, et cette chaleur est cédée par le liquide, dans le radiateur 11, au flux d'air produit par le groupe motoventilateur 13, et est ainsi dissipé à l'extérieur de l'habitacle Aucun liquide ne circule dans les branches B 9 à B 12. Dans la seconde configuration illustrée à la figure 2, les électrovannes EV 1 à EV 4 sont au contraire commandées de façon à mettre en communication les premières voies avec les troisièmes voies Une première boucle fermée du circuit 7 est formée par les branches Bi, B 10, B 4 et B 9, dans laquelle le liquide circule au moyen de la pompe Pl Ce liquide cède de la chaleur au fluide réfrigérant dans l'évaporateur 2, et en reçoit, dans le radiateur 11, du flux d'air produit par le groupe motoventilateur 13 Dans une seconde boucle fermée formée par les branches B 2, Bll, B 3 et B 12, le liquide circule au moyen de la pompe P 2, reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant dans le condenseur 4 et la cède, dans le radiateur 8, au flux d'air produit par le groupe motoventila- teur 10, permettant à celui-ci de réchauffer l'habitacle en hiver Le bilan du fonctionnement du dispositif comporte donc le prélèvement de chaleur à l'extérieur de l'habitacle et son transfert à l'intérieur de celui-ci. Le dispositif de la figure 3 comprend les mêmes éléments que celui des figures 1 et 2, désignés par les mêmes signes de référence Il comporte une branche supplémentaire B 13 du circuit 7 de liquide dont les extrémités sont reliées respectivement à la branche Bi, en une jonction T 5 située entre l'évaporateur 2 et l'électrovanne EV 1, et à la branche B 10 en une jonction T 6 située entre les électrovannes EV 2 et EV 4 Sur la branche B 13 sont montées une électrovanne de réglage EV 5 et un radiateur supplémentaire 14 disposé dans l'habitacle 9, dans le trajet d'une fraction de flux d'air destiné au dégivrage/désembuage du pare-brise du véhicule. Lorsque le dispositif est dans sa configuration "été", o la branche B 10 est isolée par les électrovannes EV 2 et EV 4, aucun liquide ne circule dans la branche B 13 qui débouche en T 6 dans la précédente Au contraire, dans la configuration "hiver", la branche B 13 se trouve en parallèle avec la branche Bl par l'intermédiaire du passage 2-1/2-3 de l'élec- trovanne EV 2 L'ouverture partielle ou totale de l'électro- vanne EV 5 entraîne un partage du liquide entre l'évaporateur 2 et le radiateur 14 Le liquide parcourant le radiateur 14, partiellement refroidi par son passage dans le radiateur 8, permet un chauffage du flux d'air de désembuage pouvant être réglé par l'électrovanne EV 5. Dans les exemples décrits, trois vannes à trois voies EV 1, EV 2 et EV 3 sont raccordées directement aux branches du circuit de liquide contenant l'évaporateur et le condenseur, la quatrième électrovanne à trois voies EV 4 étant raccordée directement à la branche B 4 contenant le radiateur extérieur 11 De façon générale, selon l'invention, chacune de ces quatre électrovannes peut être raccordée directement, au choix, à l'une des branches contenant l'évaporateur et le condenseur ou à l'une des branches contenant le radiateur de climatisation et le radiateur extérieur. Dans ces mêmes exemples, les pompes de circulation Pl et P 2 sont montées dans les branches Bl et B 2, et le sens de circulation du liquide dans les branches B 3 et B 4 s'inverse de la première configuration à la seconde configuration Les5 pompes pourraient aussi être montées dans les branches B 3 et B 4, l'inversion du sens de circulation se produisant dans les branches Bl et B 2. Revendications 1 Dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicu- le, notamment d'un véhicule à entraînement électrique, dans lequel un fluide réfrigérant circule de façon univoque entre un évaporateur ( 2) o il reçoit de la chaleur et un conden- seur ( 4) o il cède de la chaleur, caractérisé en ce que l'évaporateur et le condenseur sont des échangeurs de chaleur fluide-liquide, l'évaporateur recevant de la chaleur d'un liquide qui circule entre celui-ci et un troisième échangeur de chaleur liquide-air ( 8, 11) recevant lui-même de la chaleur d'un premier flux d'air, et le condenseur cédant de la chaleur à un liquide qui circule entre celui-ci et un quatrième échangeur de chaleur liquide-air ( 11, 8) cédant lui- même de la chaleur à un second flux d'air, des moyens ( 10, 13) étant prévus pour envoyer le premier flux d'air dans l'habitacle pour refroidir celui-ci en été et pour envoyer le second flux d'air dans l'habitacle pour réchauffer celui-ci en hiver. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur de chaleur de climatisation ( 8) disposé dans le trajet d'un flux d'air vers l'habitacle ( 9) et un échangeur de chaleur extérieur ( 11) disposé dans le trajet d'un flux d'air extérieur à l'habitacle, ces deux échangeurs constituant respectivement le troisième échangeur et le quatrième échangeur dans une première configuration du dispositif, utilisable en été, et constituant respectivement le quatrième échangeur et le troisième échangeur dans une seconde configuration du dispositif, utilisable en hiver. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'évaporateur, le condenseur, l'échangeur de climatisa- tion et l'échangeur extérieur sont montés respectivement dans des première, seconde, troisième et quatrième branches (B 1-B 4) d'un circuit ( 7) de liquide, des moyens de commuta- tion étant prévus pour mettre les troisième et quatrième branches en boucle avec les première et seconde branches respectivement dans la première configuration et avec les seconde et première branches respectivement dans la seconde configuration. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent huit branches de raccordement (B 5-B 12) dudit circuit de liquide, à savoir des cinquième et sixième branches (B 5, B 6) propres à raccorder l'une à l'autre les première et troisième branches pour former une première boucle fermée, des septième et huitième branches (B 7, B 8) propres à raccorder l'une à l'autre les seconde et quatrième branches pour former une seconde boucle fermée, des neuvième et dixième branches (B 9, B 10) propres à raccorder l'une à l'autre les première et quatrième branches pour former une troisième boucle fermée, des onzième et douzième branches (B 11, B 12) propres à raccorder l'une à l'autre les seconde et troisième branches pour former une quatrième boucle fermée, une première vanne à trois voies (EV 1) ayant une première voie ( 1-1) reliée à une extrémité de l'une des première et troisième branches, une seconde voie ( 1-2) reliée à une extrémité de la cinquième branche et une troisième voie ( 1-3) reliée à une extrémité de l'une des neuvième et onzième branches, une seconde vanne à trois voies (EV 2) ayant une première voie ( 2-1) reliée à une extrémité de l'une des première et troisième branches, une seconde voie ( 2-2) reliée à une extrémité de la sixième branche et une troisième voie ( 2-3) reliée à une extrémité de l'une des dixième et douzième branches, une troisième vanne à trois voies (EV 3) ayant une première voie ( 3-1) reliée à une extrémité de l'une des seconde et quatrième branches, une seconde voie ( 3-2) reliée à une extrémité de la septième branche et une troisième voie ( 3-3) reliée à une extrémité de l'une des neuvième et onzième branches, une quatrième vanne à trois voies (EV 4) ayant une première voie ( 4-1) reliée à une extrémité de l'une des seconde et quatrième branches, une seconde voie ( 4-2) reliée à une extrémité de la huitième branche et une troisième voie ( 4-3) reliée à une extrémité de l'une des dixième et douzième branches, et des moyens de commande coordonnée propres à mettre en communication les premières voies des première, seconde, troisième et quatrième il vannes avec leurs secondes voies pour établir la première configuration et avec leurs troisièmes voies pour établir la seconde configuration. 5 Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que deux pompes de circulation (Pi, P 2) sont montées dans les première et seconde branches respecti- vement. 6 Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que deux pompes de circulation (Pi, P 2) sont montées dans les troisième et quatrième branches respectivement. 7 Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le sens de circulation du liquide est inversé, de la première configuration à la seconde configura- tion, dans celles des première, seconde, troisième et quatrième branches qui ne comportent pas les pompes de circulation. 8 Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur de chaleur supplémentaire ( 14) disposé dans le trajet d'un flux d'air de désembuage du pare- brise du véhicule, et des moyens pour faire circuler le liquide dans ledit échangeur supplémentai- re, en parallèle avec l'évaporateur, dans la seconde configu- ration. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la circulation du liquide dans l'échangeur supplémentaire est interrompue dans la première configuration.