Brevet FR2709448A1 — publié le 19950310

DESCRIPTION L'invention consiste en un dispositif pour réaliser le chauffage de l'habitacle, et éventuellement du compartiment contenant les batteries de stockage d'énergie électrique, de véhicules en particulier de véhicules à propulsion électrique.5 La puissance nécessaire pDur assurer le chauffage de l'habitacle d'un véhicule est important. Pour un véhicule à propulsion thermique, les pertes du moteur sont suffisantes pour assurer cette fonction. Pour un véhicule a propulsion électrique, n'utilisant queJ O l'énergie stockée dans les batteries êlectriques, une ponction de cette énergie pour assurer le chauffage limite les possibilités d'utilisation du véhicule. Il est donc nécessaire d'utiliser un dispositif permettant d'êconomiser cette ponction d'energie.q\Le dispositif utilise la puissance calorique fournie Dar les pertes de rendement du (ou des) moteurs (1). Le renouvellement d'air etanz nécessaire pour assurer un chauffage confortable, la récupération d'énerg-ie sur l'air extrait devient une nécesst surtout dans le cas d'un véhicule0à propulsion électrique. La récupération d'énergie est réalisée soit par un échangeur thermique Fig.1 soit par une pompe à chaleur. Fic.2 Le dispositif est constitué soit d'un échangeur thermique soit d'une pompe à chaleur raccordé(e) à une (des) gaine(s), ài 1l'intérieur de laquelle (desquelles) est captée l'énergie engendrée par les pertes de rendement du (des) moteur(s), par un réseau de gaines, equipées de volets d'air motorisés et d'un ou de plusieurs ventilateurs, une régulation pilotant le réglage et le fonctionnement de ces différents organes.L'êchangeur0 thermiaue Fig.1 est constitué par deux circuits (2) et (3).L'air neuf est introduit dans l'échangeur (2) par la gaine ($), aspire F=r le ventilateur (!7) i te..diai d - a gaine (9). ventuellement, un volet d'air motorisé est installé dans la gat)ns 8).O ?l 2709448 Le v-,enti ateur (7) pu lse 'ir dans la gaine pl ?ar l'intermediair de la gaine (10). La chaleur Droduite Dar les Der-es du (ou des) moteur(s) ()1> est récu ere par la gaine (11) dans iaauelle i1 (ils) est installé ou é-ventuellement dans laauele est ilstaI__ un échangeur thermique recevant Dar l'intermdiair d'un fluide caloporteur 1!nergie pDrovenant des Dertes de rendement du moteur. L'air ainsi chauff est ensuite introduit Dar la gaine (12) dans !'habitacle (6) d'o i sort par la gaine (13) il est ensuite -10 Dulsé par la gaine (14) a our etre recycl- par la gaine (9) et dans le compartiment (7) des batteries électricues Dour tre, pa- la gaine (15), introduit dans le circuit (3) de l'-chang--r thermiaue Duis rejt vers 'e-Atrieur Dar la gaine L'échangeur thermique r--cupre par son circuit (3) la chaleur Scontenue dans l-air extrait et réchauf= laira neuf introduit dans le circuit (2) par la gaine (8). L'air neuf est ainsi,:ch,=-- p_ =e ttGr.T pG -onr d 'nergie avan t re de nouveau réchauffe dans la gaine (11) Dar les pertes du moteur (1). Eventuellemenn,un.e _-a ltance % ectrique d Dpoint ez st Z0 installêe de pré érence,ans!a aine ( 12) L ' hiver le renouvellement d'a ir dans l'habitacl est ori Dar la di nc des dé bits ntr introduit dans le svsteme par la gaine (8) et l'ir rait par la gaine (16). Pour réguler!a valeur du renouvellement d'air ainsi aue.es débit d'air introduit dans ' 'habitacle, il est preférable d'intaller un venti!ateur (7) à débit variable et un volet motorise à ouverture croDortionnelle- installé soit dans la gaine (14) soit (32) dans la gaine (15) soit un volet dans chacune de ces gaines. Dans le cas ou le cnauffage du local bate-i n'es oDas ré-alisé le réseau de gaanes n'est pas modifié, la gain= (15) =tant directement raccord3e a ia gaine (13). La figure 2 rers-_nte le d isositi f cui' d'une pcome à chaleur.L '-vaDorateur est -ere-sente par sa b attri e.) et son ventUiateur (17). 3sLe condenseur, battere et vent-iateur, sont representés reDcre (5).if est Dr--r-ble tue e - condenseur soi c Jui de son proDre ven t _ateur. 3- 2709448 L'air exutrieur, in-oduit p- L- gaLine (18) dans aane (-1 9). ou il est chauffé par les pertes ae rendement du moteur (1), est pulsé par le ventilateur (17) d 'abord dans '--vanorateur () puis à l'extérieur oar a gaine (23). Ce discositif permet d'aDorter une auantité de chaleur pour retarder le givrage lorsque la temoérature ext-rieure est tres basse et cour augmenter la basse pression du fluide caloporteur et ainsi par les moyens de la pompe à chaleur transferer cette chaleur au condenseur en augmentant la haute pression (c'est le fonctionnement bien connu d'une comDe à chaleur). Ce transflert d'ênergie permet également d'lêver la temnerature de 1 'ir mcar le condenseur et ainsi duti!ise r une energie:nutiii]sée lorsque 'air- rechauiff par les pertes du moteur est a trop basse temeerature. 7 C'est ainsi qu'au démarrag moteur froid,!'6n egi est ecu?- _rable dés le début de moentee en temprature du moteur. Pendant cette courte ériode une resistance ectrique place à!'entree d air de i é,vaporateur rit e e givrage des ailettes de l'évapor- ateur. De meme une résistance électriaue insta!!é lovçentueiement aà la sortie d'air du condenseur ou dans la gaine (25) ou dans l'habitacle (5), ccmrn.Dense la faiblesse de l'nergie recupérable pendant le démarrage à froidou;endant le :onctionnement car trod casse temcerature extérieure. Le réseau de gaines de chauffage de l'habitacle (6) et ?_êventuel!ement du comDartiment (7) de stockage des batteries élctricues est rerêsent-é par l'arr.v d'air neuf dans le condenseur (5) par la gaine (24). L'air réchauffé est ensuite envoyé par le ventilateur du condenseur dans l'habitacle (6) par la gainG 925) puis dans le comDartiment batterie (7) par a30 gaine (26) puis (28). L'air qui a traversé e compcartiment batterie-s est mélange a l air introduit dans l'pvacorae' par la gaine (29) raccordée à la gaine (20). L'air qui a -traversé _'habitacie (6) est conduit par la gaine = _. {,Ose dans-= gie5( 9) apassael-ment dans la in 28) pour ere coulsn dans la gaine-!29) acres cassa- éventuel dans ' l3cal (7) corzenant les batteries, et partiellement dans la gaine (27) pour être mélangé à l'air neuf et puisé avec celui-ci dans le condenseur (5) pour être recyclé. Les réglages de la température et du débit d'air dans l'habitacle, du débit d'air recyclé sont réalisés de préférence par l'utilisation de moteurs du compresseur et des ventilateurs à vitesses variables et de volets d'air motorisés avec réglage proportionnel. Une régulation, commandée par le réglage de la température de10 l'habitacle, du débit de ventilation de l'habitacle et de son renouvellement d'air et par les valeurs d'une sonde de température installée au contact des ailettes de l'évaporateur, commande le fonctionnement des volets et des vitesses des moteurs pour maintenir un meilleur C O P de la pompe et selon un15-programme donnant la priorité à l'économie d'énergie consommée et éviter le givrage de l'évaporateur par la mise en service des résistances antigivres installées à l'entrée de l'évaporateur et des résistances principales d'appoint installées en aval du condenseur.oL'etée -refroidissement du moteur (1) et la ventilation de l'habitacle (6) et éventuellement du compartiment des batteries (7) sont assurés. Dans le cas d'utilisation d'un échangeur thermique Fig. 1, le volet d'air installé dans la gaine (8) et le volet d'air (21) installé dans la gaine (12) sont fermés et25 les deux volets d'air installés dans la gaine (35) et (36) sont ouverts.Le volet d'air (21) est installé entre les jonctions des gaines (35) et (36) avec la gaine (12). Dans le cas d'utilisation d'une pompe à chaleur Fig.2, ces fonctions sont assurées par le fonctionnement du ventilateur30 (17) associé à la fermeture du volet d'air (33) installé dans la gaine (27) et à l'ouverture du volet d'air (30) installé dans la gaine (25) et du volet d'aire (31) installé à l'entrée ou - la sortie du ventilateur (17) et eventuellement par le fonc-ionnement du ventilateur du condenseur.35 L'utilisation d'une pompe à chaleur permet d'obtenir une meilleure possibilité d'utilisation du dispositif. La chaleur totale, sensible et latente, est rêcuperée meme à basse emperature. Lie rendem en- d une DomDe a chaleur est bien SUD'r iur !'uzilisation d'un échangeur et!e chauffage est possible beaucouD plus rapidement lors des démarrages moteur froid.La montre en puissance disponible est beaucoup plus rapide. Le disposiif utilisant l'chnangeur thermique double f'ux permet néanmoins de récupérer l.ergJ sur l'air extrai- et presente un intert certain en raison de son coû, du poids, de 'encombrement et la variation. de vitesse du ventilateur oermet, avec une puissance rêduite, d'utiliser ce dispositif Deu de temps aprés le démarrage. La Dossibilité d'utiliser la Dompe à chaleur en production de froid Dar inversion de cycles présente un in-r-a+ _rmnoeant dans 1e cas de climatisation du vé-:.icule. Les figures 4 et 5 reorésentent un disposii d'installation 4gdans un récipient (37) de!'changeur thermiaue ou de la pompe à chaleur insi cue des oleus d'i- motorisés, du ou des ventilateurs ainsi eue des domarts de gaines. P 1 ntîrieur d' un réc'opent sont installés soi les oDrinci-aux constituants au disposi' ut!lisant un -changeur _hnermicuezoFig.3 soit!es principaux constituants du dispositif utijisan: une Domoe à chaleur Fig. 4. Le r-cipient (37) Fig. 3 contient l'échangeur thermique (2) (3) et le départ des gaines (8) (14) (15) et (16) ainsi que le venti'ateur (17) et le départ de la gaine (10). Un volet d'air motorisé est installé dans chacun des départs de gaine (1- (8) et (15). Le récipient (38) Fig.4 contient la pompe à chaleur ainsi aue les départs des gaines (25) (27) équipées chacun d'un volet d'air motorisé, les départs des gaines (23) et (24) ainsi zue e ventilateur (17) équipé en amont du volet d'air (31) et des départ-s de gaine (20) et (2). Une réalisation simDolifie ét conomique consiste à utiliser cerzains ou tous les moteurs des ventilateurs et =ventuellement 1 moteur du compresser par des moteurs à une ou plusieurs 3 vitesses fixes au lieu des mo--eurs a v:iesses variables et / ou de remDac=,- 1s vo!e.s d'air artiel!ement ou en totalie Dar des gaines dont 'es formes et l'es dimensions ren- des per-es de charge de valeurs prdétterminéees. Chaque installation serait ainsi réalisé avec un seul ou seulement auelaues points de fonctionnement déterminés, chacun correspondant à un rendement optimum pour une température extérieure et un taux de renouvellement d'air choisis. PE v; NDICA l 'instal'lation éauice d'un échangeur the rmiaue est consti tu- Fig. 1 par le circuit (2) de i'échangeur dans lequel l'air ext-rieur est conduit Dar ia gaine (8) aspir- Dar!e ventilateur (17) rar l'intermèdiaire de ia gaine (9). Le v ent ilateur (17 -5 pulse l'air dans la gane- (11) par l'iner mêdiair_ d.a g aine (i0). La chaleur due aux per-es du/des moteur(s) (1) es_ recuc4D2ere Dar la gaine (1l dans lacue-lle '-/s est insall='-. L 'air ainsi chauffé est n-roduit Dar la gaine (2) dans l'habitacle (6) d'o il sort Dar- la gaine (13) d'ou il est O partiellement réparti par la gaine (14) pour être recyclé par la gaine (9)ou par la gaine (15), introduit dans le cicu- (3) de l'échangeur thermiqaue, puis rejeté vers l'extérieur par la gaine (16).Pventuellement les gaine-s (1-3) et (_5) sont raccordées au compartiment contenant les batteries électricus. Eventuellemen ZSune résistance mc+ u d'apDoint est installée en amont ou à !'intérieur de l'habitacle (6) ou de preference dans ia gaine (12). 0') Disositif selon la revendication 1 caract-risé en ce zue !'insta!i!tion èquipe cd'une snompe de chaleur, e-n-ueleme _ 3oéuip-e d'un discosid'-_n-,ersion de cycle, est constituee Fig. 2 par ia ba.--i (4) de 'aorateur de son ven-i -=, (17), par le condenseur (5) de la pomme _ chaleur comprenant sa bat-erie e son ven- ia teur, par 'a gaine) amenant 'i neuf dans a gaine (!a) ' cuelle- S int s-aie le /les moteur(s) (1) de propulsion par l ventilateur (17) installê dans la gaine (20) raccordée à la gaine (29) et à la gaine (22). La aaine (22) est raccordée à à 'entrée d'air de l'- vaDorateur (4), la gaine (23), ouverte à une extrémité, est raccordée à la sortie de l'évaporateur (4). La gaine (24), ouverte à une extrémité est raccordée à l'entrée d'air du condenseur (5), la gaine (25) est raccordée à la sortie d'air de condenseur (5) et à l'entrée d'air dans l'habitacle (6). La gaine (26) est raccordée à la sortie d'air de l'habitacie et aux 4o gaines (28) et (27). La gaine (27) est raccordée à la gaine (24). Le compartiment de stockage des batteries est raccordé à la gaine (28) et aà la gaine (29), cet ernre é. tant raccordée à la gaine (20). lventuellement le comoartiment (7! n'est pas r-accordé aux aines (28) et (29), dans ce cas 1a gaine 4(28) est -raccordée directemen_ la gaine (29). Eventuellement une rsistance él-ciricue est ins-=alle dans le n -r d'air e- e l 'évaporateur et une autre résistance d'appoint est eventuellement installée dans ' a sortie d'a:r du condenseur ou dans la gaine (25) ou dans l'habitacle (6). o) Dis=ositif selon la revendication 1 et la revendication 2 ou 3 caractérisS en ce que des volets motorisés à réglage de préférence proportionnel sonz installés dans les caînes (12! (35) (36) (14) (15) et eventuellement (8) Fig. 1 ou Fig 2 dans les gaines (25) (27) et (22). LC5 ) Dispositif selon la -=vndction 1 et les revendications 2 ou 3 carac-Srise en ce cue les moteurs des ventilaneurs, du comoresseur sont de àrerence a vitesses variables. ) Disposiif selon 'une cuelconcue des revendications 'récden+s crac-ris- __n ce au 'une rculation comm-nd-e mar,e rê-clace de 'a emDprauct du d-bi: d'air dans l'habitacle, du débi: d'a'-a- r-enouv! e Da _ l valeus d'une sonde d em - =:ce.... c instal!e au contact dss et--e-s de l'évaporateur, agit sur les commandes de vitesse des monteurs des ventilateurs et du compresseur ainsi que sur le réglage du positionnement des volets d'air selon un programme donnant priorité à l'économie S d'énergie consommée en évitant le givrage de l'évaporateur. 7 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'é -té refroidissement du moteur, dans le cas d'utilisation de la pompe à chaleur Fig. 2, est assuré par la fermeture des volets d'air (33) et l'ouverture des volets d'air (30) et (31). La ventilation de l'habitacle est alors assurée par le fonctionnement du ventilateur (17) et éventuellement du ventilateur du condensateur (5). Dans le cas d'utilisation de l'échangeur thermique Fig. 1 ces fonctions sont assurées par le fonctionnement du ventilateur (17) et 4Seventuellement du ventilateur condenseur (15) et par la fermeture du volet d'air (21) installé dans la gaine (12) et du volet d'air installê dans la gaine (8) et par l'ouverture des volets d'air installés dans les gaines (35) et (36). Le volet (21) est install ent 'e raccordements des gaines (35) et 0(36) avec a gaine (i2n. 8 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est constitué par un récipient (37) ou (38) à 'int-rieur duquel sont installés soit les principaux constituants du dispositif uti lisant un échangeur thermique Fig. L53 soit les principaux constituants du dispositif utilisant une pompe a chaleur Fia. 4. L riciDienr (37) Fig.3 contient l'échangeur thermique (2) (3) et le départ des gaines (8) (14) (15) et (16) ainsi que le ventilateur (17) et le départ de la gaine (10). Les volets d'air motorisés sont installés dans le 3o départ des gaines (14> (8> et (15>. Le rècipient (38) Fig. 5 conienn la pompe a chaler = n que les départs de gaine (23) (25) (27) et (24) ainsi que s ventilateur (17), et _les départs de gaine S so-tie du ventiatsur (17). 9 ) Dispositif selon l'une quelconaue des revendications precdentes l0 caracterise en ce aue éventuellement les moteurs des ventilateurs et éventuellement le moteur du compresseur sont partiellement ou en totalt remDlacés par des moteurs a une ou plusieurs vitesses fixes au lieu de vitesses variables et / ou en ce que l-es volets d'air sont partiellement ou en totalité remplacés par l'utilisation de gaines dont les formes et les dimensions créent des pertes de charge de valeurs prdéterminees.