Brevet FR2693685A1 — publié le 19940121

Dispositif de traitement d'air, en particulier de conditionnement d'air, pour l'habitacle d'un véhicule automobile L'invention concerne un dispositif pour envoyer de l'air traité, en particulier de l'air conditionné ou climatisé, dans l'habitacle d'un véhicule automobile. Un véhicule automobile est équipé habituellement d'un dispositif de chauffage d'air qui comprend un échangeur de chaleur, appelé "radiateur de chauffage", traversé par un fluide chaud et par de l'air qui est envoyé dans l'habitacle, sous l'action d'un pulseur. L'air se trouve ainsi réchauffé par échange thermique avec le fluide chaud qui est généralement constitué par un liquide servant au refroidissement du moteur du véhicule. Un tel véhicule peut être équipé aussi d'un dispositif de conditionnement d'air pour envoyer de l'air climatisé dans l'habitacle. Un dispositif de ce type comprend un circuit de circulation propre à être parcouru par un fluide frigorigène et comprenant essentiellement un évaporateur, un compresseur, un condenseur et un détendeur. Le fluide frigorigène à l'étant liquide est envoyé dans l'évaporateur où il se vaporise en absorbant de la chaleur, ce qui permet de refroidir un flux d'air traversant l'évaporateur et de produire ainsi de l'air climatisé. Après vaporisation, le fluide frigorigène est envoyer, par le compresseur, vers le condenseur où il se condense en restituant à l'extérieur la chaleur qu'il avait absorbée. Le fluide frigorigène est ensuite envoyé vers l'évaporateur au travers d'un détendeur. Dans le cas où le véhicule est équipé d'un dispositif de climatisation, l'évaporateur est généralement placé en amont du radiateur de chauffage par rapport à la direction de circulation du flux d'air afin que ce dernier puisse traverser successivement l'évaporateur et le radiateur de chauffa- ge. Les dispositifs de traitement d'air du type mentionné précédemment présentent différentes inconvénients. Tout d'abord, ils occupent beaucoup de place dans le compartiment moteur et/ou dans l'habitacle. Ensuite, il est difficile d'installer un dispositif de climatisation sur un véhicule qui n'en était pas pourvu initialement. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients ci-dessus. Elle propose en conséquence un dispositif pour envoyer de l'air traité, en particulier de l'air conditionné ou climati sé, dans l'habitacle d'un véhicule automobile, ce dispositif comprenant essentiellement - un premier circuit de circulation propre à être parcouru par un fluide frigorigène; - un second circuit de circulation propre à être parcouru par un liquide caloporteur; - un évaporateur inclus dans le premier circuit et dans le second circuit, et dans lequel le fluide frigorigène est propre à s'évaporer et à refroidir le liquide caloporteur; et - un échangeur de chaleur du type liquide/air inclus dans le second circuit et propre à être traversé par un flux d'air, et dans lequel le liquide caloporteur provenant de l'évaporateur est propre à refroidir le flux d'air pour envoyer de l'air climatisé dans l'habitacle. On réalise ainsi un dispositif qui peut être installé facilement sur un véhicule automobile qui, au départ, n'était pas pourvu d'une option climatisation ou conditionnement d'air. Un tel dispositif permet aussi un gain de place dans la mesure où l'évaporateur n'est pas situe dans son emplacement habituel, c'est-à-dire à proximité du radiateur de chauffage. Le dispositif de l'invention peut être réalisé sous la forme d'un module comprenant les composants du premier circuit, y compris l'évaporateur, et des conduites faisant partie du second circuit et propres à être reliées à l'échangeur de chaleur. Les composants du premier circuit comprennent, outre l'évaporateur, un condenseur, un compresseur et un détendeur, lesquels sont avantageusement montés sur un support commun. Selon une autre caractéristique de l'invention, le second circuit comprend aussi une pompe pour la circulation du fluide caloporteur. Dans une première forme de réalisation de l'invention, le dispositif comprend en outre un radiateur de chauffage propre à être traverse, d'une part par le flux d'air provenant de l'échangeur de chaleur, et d'autre part par un liquide chaud, ce qui permet d'envoyer à volonté de l'air chaud ou de l'air climatisé dans l'habitacle. Dans ce cas, l'échangeur de chaleur du dispositif de l'invention sert uniquement à envoyer de l'air climatisé, tandis que le radiateur de chauffage sert uniquement à envoyer de l'air chaud. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le dispositif comprend des moyens de commande pour relier sélectivement l'échangeur de chaleur, soit à l'évaporateur pour établir le second circuit et envoyer de l'air climatisé dans l'habitacle, soit à une source de liquide chaud pour établir un troisième circuit dans lequel l'échangeur de chaleur est parcouru par le liquide chaud pour envoyer alors de l'air chaud dans l'habitacle. Ainsi, le même échangeur de chaleur peut servir, soit à envoyer de l'air climatisé, soit à envoyer de l'air chaud, selon qu'il est traversé respectivement par un liquide froid ou un liquide chaud. Dans cette forme de réalisation de l'invention, les moyens de commande comprennent de préférence une vanne à au moins deux positions, interposée entre des moyens d'entrée reliés, d'une part à l'évaporateur, et d'autre part à la source de liquide chaud, et des moyens de sortie reliés à l'échangeur de chaleur. Cette vanne peut être constituée par une vanne à tiroirs à trois positions : une position dans laquelle ltéchangeur de chaleur est relié à l'évaporateur en formant le second circuit, une position dans laquelle l'échangeur de chaleur est relié à la source de liquide chaud en formant le troisième circuit, et une position neutre dans laquelle l'échangeur de chaleur est isolé à la fois de l'évaporateur et de la source de liquide chaud. Dans une autre forme de réalisation, le dispositif comprend en série l'évaporateur et l'échangeur de chaleur et une vanne à au moins deux positions, telle une vanne quatre voies, de préférence progressive, cette vanne mettant en communication le second circuit avec le troisième circuit. Dans les formes de réalisation précitées, le liquide chaud est avantageusement constitué par un liquide, tel que de l'eau additionnée d'un antigel, servant au refroidissement du moteur. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif de traitement d'air selon l'invention; - la figure 2 est une représentation d'un dispositif modulaire conforme à celui de la figure 1; - la figure 3 est un schéma représentant en partie le dispositif de la figure 1 associé à un radiateur de chauffage faisant partie d'un circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile; - la figure 4 est un schéma analogue à celui de la figure 3, mais dans une autre forme de réalisation; - la figure 5 représente schématiquement une partie du dispositif de la figure 4 et plus particulièrement une vanne de commande; - la figure 6 est un schéma d'une autre forme de réalisation; et - la figure 7 est une représentation schématique d'une partie de la figure 6 et plus particulièrement d'une vanne. Le dispositif représenté schématiquement à la figure 1 comprend un premier circuit de circulation 10 en boucle fermée, propre à être parcouru par un fluide frigorigène et un second circuit de circulation 12 en boucle fermée, propre à être parcouru par un liquide caloporteur. Le premier circuit 10 comprend un évaporateur 14, qui fait également partie du second circuit 12, ainsi qu'un condenseur 16. L'évaporateur 14 et le condenseur 16 sont reliés par une conduite 18 sur laquelle est monté un compresseur 20 et par une conduite 22 sur laquelle sont montés un détendeur 24 et une bouteille déshydratante 26. Le second circuit 12 comprend en outre un échangeur de chaleur 28, du type liquide/air, qui est relié à l'évaporateur 14 par une conduite 30 sur laquelle est montée une pompe 32 actionnée par un moteur électrique 34, et par une canalisation 36. L'échangeur de chaleur 28 est propre à être traversé par le liquide caloporteur circulant dans le circuit 12 et par de l'air envoyé dans l'habitacle 38 d'un véhicule automobile au moyen d'un pulseur d'air 40, comme indiqué par les flèches F. Le premier circuit 10 est parcouru par un fluide frigorigène. Le fluide frigorigène à l'état liquide est envoyé, au travers de la conduite 22, dans l'évaporateur 14 où il se vaporise en absorbant de la chaleur et en produisant du froid. Le fluide ainsi vaporisé sous forme gazeuse est comprimé par le compresseur 20 et envoyé dans le condenseur 16 où il se condense en restituant de la chaleur au milieu extérieur. Le fluide ainsi condensé retourne, à l'état liquide, vers l'évaporateur 14 au travers de la bouteille déshydratante 26 et du détendeur 24, et ainsi de suite. Le liquide caloporteur circulant dans le second circuit 12 est avantageusement constitué par de l'eau additionnée d'un antigel. Le liquide caloporteur est envoyé, par la conduite 36, dans l'évaporateur 14 où il est refroidi par échange thermique avec le fluide frigorigène. Le liquide caloporteur ainsi refroidi est envoyé, au travers de la conduite 30 et de la pompe 32, vers l'échangeur de chaleur 28, ce qui permet de refroidir le flux d'air envoyé dans l'habitacle 38. A la sortie de l'échangeur, le liquide caloporteur retourne vers l'évaporateur 14 au travers de la conduite 36. Le second circuit 12 forme ainsi une "boucle froide" dans laquelle l'évaporateur 14 joue le rôle d'échangeur primaire et l'échangeur de chaleur 28 joue le rôle d'échangeur secondaire. Le dispositif de la figure 1 peut être réalisé sous la forme d'un ensemble modulaire tel que représenté à la figure 2. Cet ensemble comprend un support commun 42 sur lequel sont montés les composants du premier circuit 10, c'est-à-dire l'évapora teur 14, le condenseur 16 auquel est associé un ventilateur de refroidissement 44 entraîné par un moteur électrique 46, le compresseur 20 entraîné par un moteur électrique 48, le détendeur 24 et la bouteille déshydratante 26, ainsi que les conduites 18 et 22. Le module comprend en outre les deux conduites 30 et 36 du second circuit 12, lesquelles sont propres à être raccordées à l'échangeur de chaleur 28, qui ne fait pas partie du module. Dans la forme de réalisation de la figure 3, à laquelle on se réfère maintenant, l'échangeur de chaleur 28 du dispositif de l'invention sert uniquement à produire de l'air conditionné ou climatisé. Pour assurer le chauffage de l'air à envoyer dans l'habitacle, le dispositif comprend en outre un radiateur de chauffage 50 faisant partie d'un circuit de chauffage classique. Le radiateur de chauffage 50 est propre à être traverse, d'une part par le flux d'air provenant de l'échangeur de chaleur 28 (flèche F), et d'autre part par un liquide chaud qui, dans l'exemple, sert au refroidissement d'un moteur à combustion interne 52 faisant partie du véhicule automobile. Ce liquide de refroidissement, avantageusement de l'eau additionnée d'un antigel, est refroidi dans un radiateur de refroidissement 54 relié au moteur 52 par deux conduites 56 et 58 sur lesquelles sont montées deux conduites de dérivation 60 et 62 aboutissant au radiateur de chauffage 50. Dans cette forme de réalisation, l'échangeur de chaleur 28 sert uniquement à produire de l'air climatisé ou conditionné et le radiateur de chauffage 50 uniquement de l'air chaud. Ainsi, l'ensemble constitué par les circuits 10 et 12 peut être implanté dans le véhicule automobile, sans modification du dispositif de chauffage proprement dit. Dans la forme de réalisation de la figure 4, à laquelle on se réfère maintenant, l'échangeur de chaleur 28 peut servir aussi bien pour produire de l'air climatisé ou conditionné que pour produire de l'air chaud. Pour cela, le dispositif comprend des moyens de commande 64 interposés dans les conduites 30 et 36 du second circuit et reliés en outre aux conduites 60 et 62 parcourues par le liquide de refroidissement du moteur. Les moyens de commande 64 permettent de relier l'échangeur de chaleur 28 à l'évaporateur 14 pour établir le second circuit et envoyer ainsi de l'air conditionné ou climatisé dans l'habitacle. Les moyens de commande 64 permettent aussi de relier l'échan- geur de chaleur 28 à une source de liquide chaud, c'est-àdire aux conduites 60 et 62 parcourues par le liquide de refroidissement du moteur, pour établir un troisième circuit dans lequel l'échangeur de chaleur est alors parcouru par le liquide chaud. Dans ce cas, l'échangeur de chaleur 28 permet d'envoyer de l'air chaud dans l'habitacle. Les moyens de commande 64 peuvent être constitués par une vanne à au moins deux positions interposée entre des moyens d'entrée reliés, d'une part à l'évaporateur 14 au travers des conduites 30 et 36, et d'autre part à la source de liquide chaud au travers des conduites 60 et 62 et des moyens de sortie reliés à l'échangeur de chaleur 28 au travers des conduites 30 et 36. Avantageusement, on utilise une vanne à tiroir à trois positions telle que représentée à la figure 5. Les moyens de commande 64 sont constitués ici par une vanne possédant un tiroir 66 qui, en entrée, communique avec l'évaporateur 14 au travers d'une partie des conduites 30 et 36, et est reliée au moteur au travers des conduites 60 et 62. En sortie, la vanne est reliée à l'échangeur de chaleur 28 par les parties restantes des conduites 30 et 36. Le tiroir 66 peut prendre trois positions différentes une position extrême A dans laquelle l'échangeur de chaleur 28 est relié à l'évaporateur 14 en formant le second circuit, une autre position extrême C dans laquelle l'échangeur de chaleur 28 est relié à la source de liquide chaud en formant le troisième circuit, et une position intermédiaire ou position neutre B dans laquelle l'échangeur de chaleur 28 est isolé à la fois de l'évaporateur et de la source de liquide chaud. La seconde forme de réalisation de l'invention, telle que représentée aux figures 3, 4 et 5, constitue une disposition où le même échangeur de chaleur peut servir à la fois à la production d'air climatisé et à la production d'air chaud. Dans le cas de la figure 6, le circuit 12 comprend en série l'échangeur de chaleur 28, l'évaporateur 14 et la pompe 32. Le circuit 12 est relié aux conduites 60 et 62 par l'intermédiaire d'une vanne quatre voies 68, de préférence progressive. Dans cette forme de réalisation, la circulation dans l'échangeur 28 et dans l'évaporateur 14 n'est jamais interrompue, ce qui est un avantage pour la progressivité et la rapidité de réponse. La vanne 68 (figure 7) est constituée par un tiroir à déplacement linéaire ou rotatif établissant par des restrictions variables 69, 70, 71, 72, couplées deux à deux, la communication entre les conduites 60, 62 et les conduites 30, 36, et cela d'une manière connue en soi. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation précédemment décrites et représentées. Revendications 1.- Dispositif pour envoyer de l'air traité, en particulier de l'air climatisé, dans l'habitacle d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend - un premier circuit de circulation (10) propre à être parcouru par un fluide frigorigène, - un second circuit de circulation (12) propre à être parcouru par un liquide caloporteur, - un évaporateur (14) inclus dans le premier circuit et dans le second circuit, et dans lequel le fluide frigorigène est propre à s'évaporer et à refroidir le liquide caloporteur, et - un échangeur de chaleur (28) du type liquide/air, inclus dans le second circuit (12) et propre à être traversé par un flux d'air, et dans lequel le liquide caloporteur provenant de l'évaporateur (14) est propre à refroidir le flux d'air pour envoyer de l'air climatisé dans l'habitacle (38). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un module comprenant les composants du premier circuit, y compris l'évaporateur (14). 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des conduites (30,36) faisant partie du second circuit (12) et propres à être reliées à l'échangeur de chaleur (28). 4.- Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les composants du premier circuit (10) comprennent, outre l'évaporateur (14), un condenseur (16), un compresseur (20) et un détendeur (24), tous montés sur un support commun (42). 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le second circuit (12) comprend aussi une pompe (32) pour la circulation du fluide caloporteur. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un radiateur de chauffage (50) propre à être traversé, d'une part par le flux d'air provenant de l'échangeur de chaleur (28), et d'autre part par un liquide chaud, ce qui permet d'envoyer à volonté de l'air chaud ou de l'air climatisé dans l'habitacle du véhicule. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (28) et l'évaporateur (14) sont montés en série. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (64) pour relier sélectivement l'échangeur de chaleur (28), soit à l'évaporateur (14) pour établir le second circuit (12) et envoyer de l'air climatisé dans l'habitacle, soit à une source de liquide chaud (52) pour établir un troisième circuit, dans lequel l'échangeur de chaleur (28) est parcouru par le liquide chaud pour envoyer de l'air chaud dans l'habitacle. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de commande (64) comprennent une vanne à au moins deux positions, interposée entre des moyens d'entrée reliés, d'une part à l'évaporateur (14) et à la source de liquide chaud (52), et des moyens de sortie reliés à l'échangeur de chaleur (28). 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la vanne est une vanne à tiroir (66) à trois positions une position (A) dans laquelle l'échangeur de chaleur (28) est relié à l'évaporateur (14) en formant le second circuit (12), une position (C) dans laquelle l'échangeur de chaleur (28) est relié à la source de liquide chaud (52) en formant le troisième circuit, et une position neutre (B) dans laquelle l'échangeur de chaleur (28) est isolé à la fois de l'évaporateur (14) et de la source de liquide chaud (52). 11.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (68) pour relier l'échangeur de chaleur (28) et l'évaporateur (14) à une source de liquide chaud. 12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent une vanne (68) à au moins deux positions, du type progressive. 13.- Dispositif selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que le liquide chaud est un liquide servant au refroidissement du moteur du véhicule.