Brevet FR2690111A1 — publié le 19931022

Procédé et dispositif de climatisation d'un véhicule électrique L'invention concerne la climatisation des véhicules, notamment des véhicules électriques. Un procédé connu pour régler la température dans l'habitacle d'un véhicule utilise un appareil de climatisation dans lequel un fluide réfrigérant circule de façon univoque entre un évaporateur o il reçoit de la chaleur d'un flux d'air et un condenseur o il cède de la chaleur à un flux d'air Dans ce procédé connu, lorsqu'on souhaite refroidir un flux d'air avant de l'envoyer dans l'habitacle, on le met en contact avec l'évaporateur. En revanche, lorsqu'on souhaite réchauffer un flux d'air avant de l'envoyer dans l'habitacle, on utilise habituellement 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. Le 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. L'invention vise donc un procédé du genre défini en introduc- tion, dans lequel, lorsqu'on souhaite réchauffer un flux d'air avant de l'envoyer dans l'habitacle, on le met en contact avec le condenseur. Plus particulièrement, dans le procédé selon l'invention, on met en communication une entrée d'air vers l'habitacle, soit avec une première branche d'un circuit d'air dans laquelle est placé l'évaporateur, soit avec une seconde branche dudit circuit d'air dans laquelle est placé le condenseur, en fonction d'une consigne. L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, dans lequel le circuit d'air comprend deux entrées d'air extérieur associées aux première et seconde branches, une conduite d'évacuation vers l'extérieur et des moyens pour mettre en communication deux à deux, de façon alternée en fonction de ladite consigne, les première et seconde branches avec l'entrée vers l'habitacle et avec la conduite d'évacuation. Des caractéristiques optionnelles avantageuses du dispositif selon l'invention sont énoncées ci-après Des composants à refroidir du véhicule sont disposés dans une branche amont du circuit d'air interposée entre la première branche et l'entrée d'air extérieur correspondante. Une source de chauffage d'appoint munie de moyens de commande est disposée dans la branche amont. Les composants à refroidir comprennent une batterie d'alimen- tation pour un moteur électrique d'entraînement du véhicule et/ou un compresseur appartenant à l'appareil de climatisation. La branche amont est subdivisée en deux branches en parallèle dont l'une contient la batterie et dont l'autre contient le compresseur et/ou la source d'appoint. Il comprend des moyens pour mettre en communication l'extré- mité aval de la branche amont sélectivement avec la première branche ou avec la conduite d'évacuation, et/ou des moyens pour fermer l'entrée de la branche amont, une première conduite de recyclage permettant d'amener de l'air de l'habitacle dans la première branche lorsque celle- ci ne reçoit pas d'air de la branche amont. Il comprend des moyens pour fermer l'entrée d'air extérieur de la seconde branche, et une seconde conduite de recyclage permettant d'amener de l'air de l'habitacle dans la seconde branche lorsque cette entrée est fermée. Il comprend un second évaporateur placé dans la seconde branche et monté en parallèle, sur le circuit du fluide réfrigérant, avec le premier évaporateur placé dans la première branche. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: les figures 1 à 5 sont des schémas d'un dispositif selon l'invention montrant la configuration du circuit d'air dans différentes conditions de fonctionnement; et la figure 6 est un schéma analogue à la figure 2, relatif à une variante du dispositif. Les schémas des figures 1 à 5 montrent un circuit de fluide réfrigérant 10 en boucle fermée sur lequel sont disposés, dans cet ordre, un compresseur 11, un condenseur 12 associé à un groupe moto-ventilateur 13, un détendeur 14 et un évaporateur 15 associé à un groupe moto- ventilateur 16 Le détendeur 14, l'évaporateur 15 et le groupe moto- ventilateur 16 sont placés dans une première branche 17 du circuit d'air et le condensateur 12 et son groupe moto-ventilateur 13 dans une seconde branche 18 du circuit d'air Les extrémités amont des branches 17 et 18 peuvent être fermées de façon commandée par des obturateurs respectifs 3 et 5 représentés dans le schéma sous forme de jeux de lamelles pivotantes, et les extrémités aval de ces deux branches débouchent dans un noeud de raccordement 19, d'o partent une conduite 20 d'évacuation d'air vers l'extérieur du véhicule et une conduite 21 d'entrée d'air dans l'habitacle. Dans le noeud 19 est disposé un volet de commutation 4 qui peut se déplacer entre une première position, illustrée aux figures 1 et 5, o les branches 17 et 18 sont en communication respecti- vement avec les conduites 21 et 20 et une seconde position, illustrée aux figures 2 à 4, o les branches 17 et 18 sont en communication avec les conduites 20 et 21 respectivement. Deux branches en parallèle 22 et 23 du circuit d'air sont disposées en amont de l'obturateur 3 de façon à communiquer avec la branche 17 lorsque celui-ci est ouvert La branche 22 contient une batterie 24 pour l'alimentation du moteur électri- que d'entraînement du véhicule, et la branche 23 contient le compresseur 11 et une résistance chauffante 25 pouvant être alimentée par la batterie 24 à travers un interrupteur 26 Un obturateur 1 peut être commandé de façon à fermer l'entrée commune des branches 22 et 23, reliée à l'atmosphère extérieure, et un obturateur 2 commande une ouverture 27 faisant communiquer l'extrémité aval commune aux branches 22 et 23 avec la conduite d'évacuation 20 Deux conduites de recyclage 28 et 29 permettent d'amener de l'air de l'habitacle du véhicule aux branches 17 et 18 respectivement, en amont des composants 12 à 16 du cir- cuit 10. La figure 1 représente la configuration du circuit d'air pour l'utilisation du dispositif en été Le circuit de fluide réfrigérant est utilisé de façon classique pour produire du froid au niveau de l'évaporateur 15 L'obturateur 3 est au moins en grande partie fermé, et le groupe moto-ventilateur 16 aspire de l'air recyclé par la conduite 28 Cet air est refroidi par contact avec l'évaporateur 15 et renvoyé dans l'habitacle par la conduite 21 Le condenseur 12 est refroidi par de l'air extérieur parcourant la branche 18, l'obturateur 5 étant ouvert. L'air ainsi réchauffé est évacué vers l'extérieur par la conduite 20, ainsi que l'air provenant de l'extérieur et circulant dans les branches 22 et 23 pour refroidir le compres- seur 11 et la batterie 24, les obturateurs 1 et 2 étant ouverts. Bien entendu, l'interrupteur 24 est ouvert et la résistance 25 est hors service Une ouverture partielle éventuelle de l'obturateur 3 permet de régler la température dans l'habitacle en y admettant, par l'intermédiaire de la branche 17, une petite fraction de l'air réchauffé dans les branches 22 et 23. La figure 2 représente la configuration du circuit pour une utilisation en hiver, lorsque la température extérieure est modérée, comprise entre une limite inférieure d'environ 5 à 7 VC et une limite supérieure d'environ 150 C Le circuit de fluide réfrigérant 10 fonctionne pour produire de la chaleur au niveau du condenseur 12 L'habitacle reçoit par la conduite 21 exclusivement de l'air réchauffé par ce condenseur, introduit dans la branche 18 à travers l'obturateur 5 ouvert Les obturateurs 1 et 3 étant également ouverts et l'obturateur 2 fermé, de l'air extérieur est admis dans les branches 22 et 23 pour refroidir le compresseur 11 et la batterie 24, puis passe sur l'évaporateur 15 auquel il cède de la chaleur, avant d'être évacué vers l'extérieur à travers le noeud 19 et la conduite 20. Ici encore, l'interrupteur 26 est ouvert. La figure 3 correspond à une utilisation par grand froid, la température extérieure étant au-dessous de la limite inférieure précitée Les positions des obturateurs sont les mêmes qu'à la figure 2 Seul diffère le fait que l'interrupteur 26 est fermé. La résistance 25 dégage donc de la chaleur L'air sortant des branches 22 et 23 et entrant dans la branche 17 est plus chaud, ce qui élève la température de l'évaporateur 15 et par consé- quent celle du condenseur 12, qui à son tour chauffe davantage l'air parcourant la branche 18 et pénétrant dans l'habitacle par la conduite 21. La figure 4 illustre le fonctionnement du dispositif en hiver avec de l'air recyclé Cette figure diffère des figures 2 et 3 en ce que l'obturateur 5 est fermé, de telle sorte que l'air réchauffé par le condenseur 12 dans la branche 18 provient de l'habitacle par la conduite 29 En fonction de la température extérieure, l'interrupteur 26 peut être ouvert, comme à la figure 2, ou fermé, comme à la figure 3. La figure 5 illustre l'utilisation du dispositif en hiver, au démarrage du circuit de fluide réfrigérant, lorsque celui-ci n'est pas encore en mesure de produire la chaleur nécessaire au chauffage de l'habitacle Les obturateurs 1 et 5 sont fermés de façon que seul de l'air recyclé soit admis dans les branches 17 et 18 par les conduites de recyclage 28 et 29 L'obturateur 2 est également fermé, l'obturateur 3 est ouvert de façon à faire communiquer la branche 17 avec les branches 22 et 23, et le volet 4 est disposé de façon à faire communiquer les branches 17 et 18 respectivement avec les conduites 21 et 20 L'interrupteur 26 est fermé, et l'air envoyé dans l'habitacle est chauffé par le compresseur 11, la batterie 24 et la résistance 25 Dès que le circuit de fluide réfrigérant 10 est opérationnel, le dispositif passe dans l'une des configurations des figures 2 à 4. La figure 6 illustre une variante du dispositif des figures 1 à , dans une configuration correspondant à celle de la figure 2. Cette variante se caractérise par la présence d'un second évaporateur 30, monté dans le circuit de fluide réfrigérant 10 en parallèle avec l'évaporateur 15, et disposé dans la branche 18 du circuit d'air, dans l'exemple représenté en amont du condenseur 12, de façon à être également balayé par le courant d'air produit par le groupe moto-ventilateur 13 L'évaporateur 30 est interposé entre le groupe moto-ventilateur 13 et le condenseur 12 Ce second évaporateur provoque une condensation de l'humidité présente dans le courant d'air parcourant la branche 18, et favorise donc le désembuage du pare-brise du véhicule. Dans le dispositif des figures 1 à 5 comme dans celui de la figure 6, chacun des obturateurs 1, 3 et 5 peut être placé dans diverses positions intermédiaires pour régler la fraction d'air recyclé parcourant les branches 17 et 18 du circuit d'air. Revendications 1 Procédé pour régler la température dans l'habitacle d'un véhicule en utilisant un appareil de climatisation ( 10) dans lequel un fluide réfrigérant circule de façon univoque entre un évaporateur ( 15) o il reçoit de la chaleur d'un flux d'air et un condenseur ( 12) o il cède de la chaleur à un flux d'air, procédé dans lequel, lorsqu'on souhaite refroidir un flux d'air avant de l'envoyer dans l'habitacle, on le met en contact avec l'évaporateur, caractérisé en ce que, lorsqu'on souhaite réchauffer un flux d'air avant de l'envoyer dans l'habitacle, on le met en contact avec le condenseur. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on met en communication une entrée ( 21) d'air vers l'habitacle, soit avec une première branche ( 17) d'un circuit d'air dans laquelle est placé l'évaporateur ( 15), soit avec une seconde branche ( 18) dudit circuit d'air dans laquelle est placé le condenseur ( 12), en fonction d'une consigne. 3 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'air comprend deux entrées d'air extérieur associées aux première et seconde branches, une conduite ( 20) d'évacuation vers l'extérieur et des moyens ( 4) pour mettre en communication deux à deux, de façon alternée en fonction de ladite consigne, les première et seconde branches ( 17,18) avec l'entrée ( 21) vers l'habitacle et avec la conduite d'évacuation ( 20). 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que des composants à refroidir ( 11,24) du véhicule sont disposés dans une branche amont ( 22,23) du circuit d'air interposée entre la première branche et l'entrée d'air extérieur correspondante. 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une source de chauffage d'appoint ( 25) munie de moyens de commande ( 26) est disposée dans la branche amont. 6 Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caracté- risé en ce que les composants à refroidir comprennent une batterie d'alimentation ( 24) pour un moteur électrique d'entraî- nement du véhicule et/ou un compresseur ( 11) appartenant à l'appareil de climatisation ( 10). 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la branche amont est subdivisée en deux branches en parallèle dont l'une ( 22) contient la batterie et dont l'autre ( 23) contient le compresseur et/ou la source d'appoint. 8 Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caracté- risé en ce qu'il comprend des moyens ( 27,2) pour mettre en communication l'extrémité aval de la branche amont ( 22,23) sélectivement avec la première branche ( 17) ou avec la conduite d'évacuation ( 20), et/ou des moyens ( 1) pour fermer l'entrée de la branche amont, une première conduite de recyclage ( 28) permettant d'amener de l'air de l'habitacle dans la première branche lorsque celle- ci ne reçoit pas d'air de la branche amont. 9 Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caracté- risé en ce qu'il comprend des moyens ( 5) pour fermer l'entrée d'air extérieur de la seconde branche ( 18), et une seconde conduite de recyclage ( 29) permettant d'amener de l'air de l'habitacle dans la seconde branche lorsque cette entrée est fermée. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 9, caracté- risé en ce qu'il comprend un second évaporateur ( 30) placé dans la seconde branche ( 18) et monté en parallèle, sur le circuit ( 10) du fluide réfrigérant, avec le premier évaporateur ( 15) placé dans la première branche ( 17).