Brevet FR2712849A1 — publié le 19950602

Dispositif et procédé de climatisation de l'habitacle d'un véhicule électrique L'invention concerne la climatisation de l'habitacle des véhicules automobiles, notamment des véhicules électriques. Les installations classiques de climatisation de l'habitacle des véhicules automobiles consomment une puissance électrique appréciable. Leur utilisation dans les véhicules électriques conduirait à une réduction de l'autonomie de ceux-ci, laquelle constitue déjà l'une des principales limitations de ce type de véhicule. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de climatisation ne consommant pratiquement pas d'énergie fournie par une source électrique embarquée. Ceci est rendu possible par les systèmes de stockage d'énergie faisant appel à des réactions chimiques ou à des phénomènes d'adsorption ou d'absorption, tels que ceux décrits dans EP-A-O 307 297 et EP-A-O 382 586 par exemple. L'invention vise en particulier un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, notamment d'un véhicule électrique, comprenant un premier réacteur contenant un premier réactif solide propre à se combiner avec un fluide réactif par une réaction exothermique réversible, une source de fluide réactif propre à produire ledit fluide réactif par un phénomène endothermique réversible, des moyens pour transférer le fluide réactif de ladite source audit premier réacteur et inversement, et un circuit d'air comprenant une première branche en liaison thermique avec le premier réacteur, une seconde branche en liaison thermique avec la source de fluide réactif, une troisième branche et une quatrième branche, des moyens de circulation propres à faire circuler des courants d'air dans les première et seconde branches et des moyens de commutation propres à mettre en communication une première extrémité de chacune des première et seconde branches au choix avec des premières extrémités de la troisième branche et/ou de la quatrième branche, les secondes extrémités des première, seconde et troisième branches pouvant être mises en communication avec l'extérieur de l'habitacle et la seconde extrémité de la quatrième branche étant en communication avec l'intérieur de l'habitacle. D'autres caractéristiques, complémentaires ou alternatives, de l'invention sont énoncées ci-après - La source de fluide réactif est un évaporateur. - La source de fluide réactif est un second réacteur dans lequel se produit une réaction endothermique réversible donnant naissance audit fluide réactif et à un second réactif solide. - Les moyens de circulation sont propres à inverser le sens du courant d'air dans l'une au moins des première et seconde branches. - Les moyens de commutation comprennent des volets pivotants disposés dans une chambre de raccordement dans laquelle lesdites branches débouchent par leurs premières extrémités. - L'une au moins des première et seconde branches est en liaison thermique avec le premier réacteur ou avec la source de fluide réactif par l'intermédiaire d'un circuit de fluide caloporteur. L'invention a également pour objet un procédé de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, notamment d'un véhicule électrique, utilisant le dispositif défini cidessus, comprenant en alternance a. un mode de production d'énergie dans lequel le fluide réactif circule de la source de gaz réactif au réacteur, de l'air circule dans la première branche en direction de sa première extrémité, et a.1) l'air sortant de la première branche est envoyé principalement dans la troisième branche et de l'air circule dans la seconde branche en direction de sa première extrémité et est envoyé principalement dans la quatrième branche, ou a.2) l'air sortant de la première branche est envoyé principalement dans la quatrième branche et de l'air circule dans la seconde branche en direction de sa seconde extrémité et provient de la première branche, et si nécessaire de la troisième branche; et b. un mode de régénération dans lequel le fluide réactif circule du réacteur à la source de gaz réactif, aucun air ne circule dans la première branche, et b.1) de l'air circule dans la seconde branche en direction de sa seconde extrémité et provient principalement de la quatrième branche, ou b.2) de l'air circule dans la seconde branche en direction de sa première extrémité et est envoyé principalement dans la quatrième branche. Le procédé selon l'invention peut comporter en outre tout ou partie des caractéristiques suivantes - Le mode de production d'énergie et le mode de régénération sont mis en oeuvre respectivement pendant la marche et à l'arrêt du véhicule. - Les modes a.1) et b.1) sont mis en oeuvre en été et les modes a.2) et b.2) en hiver. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels les figures 1 à 4 sont des schémas montrant un dispositif selon l'invention dans quatre configurations correspondant à des modes de fonctionnement différents. Le dispositif illustré, destiné à la climatisation d'un véhicule électrique, utilise un système de stockage d'énergie comprenant un réacteur 1 et un évaporateur-condenseur 2 reliés entre eux par une conduite 3 sur laquelle est interposée une vanne commandée 4. Lorsque la vanne 4 est ouverte, le système peut fonctionner selon une phase de production ou de libération d'énergie, et selon une phase de régénération ou d'emmagasinage d'énergie. Dans la phase de production, un fluide réactif se vaporise dans l'évaporateur 2 en consommant de la chaleur. Le froid ainsi produit peut être évacué par un fluide caloporteur circulant à travers l'évaporateur dans une conduite 6. Le fluide vaporisé est transféré par la conduite 3 dans le réacteur 1 où il se combine, par une réaction chimique (ou une absorption) ou par un phénomène physico-chimique tel qu'une adsorption, avec un réactif solide présent dans le réacteur. La chaleur dégagée par cette réaction exothermique peut être évacuée par un fluide caloporteur circulant à travers le réacteur dans une conduite 5. Dans la phase de régénération, de la chaleur est fournie au réacteur 1 par une source de chaleur non représentée. Le fluide réactif se dissocie du réactif solide et est renvoyé vers l'évaporateur 2, qui joue alors le rôle de condenseur et dégage de la chaleur qui peut être évacuée par le fluide caloporteur circulant dans la conduite 6. Comme connu en soi, l'élément 2 servant tantôt d'évaporateur, tantôt de condenseur, peut être remplacé par un évaporateur et un condenseur séparés formant avec le réacteur 1 un circuit triangulaire dans lequel la conduite reliant le réacteur et l'évaporateur est fermée lors de la régénération. De façon également connue en soi, l'évaporateur-condenseur 2 peut être remplacé par un second réacteur contenant un réactif solide analogue à celui du réacteur 1 et pouvant se combiner avec le gaz réactif par une réaction exothermique réversible, la pression d'équilibre de la réaction étant plus élevée pour le second réacteur que pour le réacteur 1, pour une température donnée. Les conduites 5 et 6, munies de pompes de circulation 23 et 24, constituent des boucles fermées indépendantes traversant des échangeurs de chaleur respectifs 7 et 8 placés dans deux branches 9 et 10 d'un circuit d'air 11. Deux ventilateurs 12 et 13 sont propres à faire circuler de l'air dans les deux branches 9 et 10 respectivement, lesquelles s'étendent à l'opposé l'une de l'autre à partir d'une chambre de raccordement 14 dans laquelle sont disposés deux volets pivotants 15 et 16. Le circuit 11 comprend en outre deux autres branches 17 et 18 qui s'étendent également à l'opposé l'une de l'autre à partir de la chambre de raccordement 14, le circuit 11 ayant ainsi une forme générale en croix ou en étoile à quatre branches. Les extrémités 19, 20 et 21 des branches 9, 10 et 17 opposées à la chambre de raccordement 14 débouchent à l'extérieur de l'habitacle du véhicule. Quant à la branche 18, elle se termine, à l'opposé de la chambre de raccordement 14, par plusieurs tubulures 22 permettant, de façon connue, d'amener de l'air traité en différents endroits de l'habitacle. L'ensemble du dispositif est piloté par des moyens électroniques de commande 25. La figure 1 est relative à l'utilisation du dispositif pour le chauffage de l'habitacle en hiver. Le système de stockage d'énergie 1-4 fonctionne dans la phase de production. Les volets 15 et 16 sont orientés de façon à diviser la chambre de raccordement 14 en deux volumes, l'un communiquant avec toute la section de la branche 17 et avec la majeure partie de la section de la branche 10, l'autre communiquant avec toute la section des branches 9 et 18 et avec le reste de la section de la branche 10. Le ventilateur 12 est entraîné de façon à produire un courant d'air dans la branche 9 de l'extrémité 19 vers la chambre de raccordement 14, et le ventilateur 13 de façon à faire circuler un courant d'air dans la branche 10 de la chambre de raccordement 14 vers l'extrémité 20. Le courant d'air circulant dans la branche 9 est réchauffé au contact de l'échangeur de chaleur 7 par la chaleur dégagée dans le réacteur 1. La majeure partie de ce courant d'air est envoyée dans la branche 18 et parvient dans l'habitacle à travers les tubulures 22. Le reste de ce courant d'air passe dans la branche 10 et peut être mélangé si cela est nécessaire avec un autre courant d'air extérieur provenant de la branche 17. Si un courant d'air extérieur provenant de la branche 17 n'est pas nécessaire, un volet non représenté sur la figure 1 obturera l'extrémité 21 de la branche 17. Ce courant d'air sert de source de chaleur pour l'évaporateur 2, par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 8 et de la boucle de fluide caloporteur 6. L'introduction dans la branche 10 d'un peu de l'air réchauffé dans la branche 9 permet d'éviter tout risque de givrage au niveau de l'échangeur de chaleur 8, par temps froid. Lorsqu'un tel givrage n'est pas à craindre, les volets 15 et 16 peuvent être disposés de façon à séparer entièrement les branches 9 et 18 d'une part, les branches 10 et 17 d'autre part. La figure 2 illustre l'utilisation du dispositif pour assurer le refroidissement de l'habitacle en été, le système de stockage fonctionnant toujours selon la phase de production. Les volets 15 et 16 sont disposés de façon à faire communiquer entièrement et exclusivement la branche 9 avec la branche 17 et la branche 10 avec la chambre 18, et les ventilateurs 12 et 13 sont entraînés de façon à produire des courants d'air dans les branches 9 et 10 en direction de la chambre de raccordement 14. Le courant d'air circulant dans la branche 9 et réchauffé par contact avec l'échangeur de chaleur 7 est envoyé à l'atmosphère à travers la branche 17, et le courant d'air circulant dans la branche 10 est refroidi par contact avec l'échangeur de chaleur 8 et est envoyé dans l'habitacle par l'intermédiaire de la branche 18 et des tubulures 22. Les modes de production de froid et de chaleur utilisant les configurations des figures 1 et 2 épuisent l'énergie stockée dans le système 1-4, nécessitant une régénération. Cette régénération s'effectue par apport de chaleur au réacteur 1, par exemple grâce à des résistances électriques non représen tées prévues dans celui-ci et qui sont alimentées en courant pendant la recharge des batteries de traction du véhicule. La configuration illustrée à la figure 3 peut être utilisée pour la régénération en hiver. Les volets 15 et 16 sont disposés et le ventilateur 13 entraîné de la même façon qu'à la figure 2. Le courant d'air circulant dans la branche 10 est réchauffé par contact avec l'échangeur de chaleur 8 qui dissipe la chaleur de condensation et est envoyé dans l'habitacle pour préchauffer celui-ci. Le ventilateur 12 n'est pas entraîné, et aucun courant d'air ne circule dans les branches 9 et 17. Le fonctionnement selon la figure 4, correspondant à la régénération en été, diffère de celui selon la figure 3 par l'inversion du sens de marche du ventilateur 13. Celui-ci aspire de l'air dans l'habitacle et y assure donc un renouvellement de l'air, évitant un échauffement excessif au soleil par exemple. Cet air, circulant dans la branche 10, se charge au contact de l'échangeur de chaleur 8 de la chaleur dissipée par le condenseur 2, et est ensuite évacué à l'extérieur par l'extrémité 20 de la branche 10. L'extrémité 19 de la branche 9 et/ou l'extrémité 20 de la branche 10 peuvent être munies de moyens de recyclage permettant d'y introduire, en totalité ou en partie, de l'air provenant de l'habitacle au lieu d'air extérieur. Les circuits de fluide caloporteur 5 et 6 permettent de disposer le réacteur 1 et l'évaporateur 2 en dehors du circuit d'air 11 et de résoudre plus facilement les problèmes d'encombrement qui se posent dans l'aménagement des véhicules automobiles. Cependant, l'invention pourrait le cas échéant être mise en oeuvre en plaçant directement le réacteur et l'évaporateur dans les branches 9 et 10, ou en contact direct avec celles-ci. Revendications 1. Dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, notamment d'un véhicule électrique, comprenant un premier réacteur (1) contenant un premier réactif solide propre à se combiner avec un fluide réactif par une réaction exothermique réversible, une source (2) de fluide réactif propre à produire ledit fluide réactif par un phénomène endothermique réversible, des moyens (3,4) pour transférer le fluide réactif de ladite source audit premier réacteur et inversement, et un circuit d'air comprenant une première branche (9) en liaison thermique avec le premier réacteur, une seconde branche (10) en liaison thermique avec la source de fluide réactif, une troisième branche (17) et une quatrième branche (18), des moyens de circulation (12,13) propres à faire circuler des courants d'air dans les première et seconde branches et des moyens de commutation (15,16) propres à mettre en communication une première extrémité de chacune des première et seconde branches au choix avec des premières extrémités de la troisième branche et/ou de la quatrième branche, les secondes extrémités (19,20,21) des première, seconde et troisième branches pouvant être mises en communication avec l'extérieur de l'habitacle et la seconde extrémité (22) de la quatrième branche étant en communication avec l'intérieur de l'habitacle. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de fluide réactif est un évaporateur (2). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de fluide réactif est un second réacteur dans lequel se produit une réaction endothermique réversible donnant naissance audit fluide réactif et à un second réactif solide. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de circulation (12,13) sont propres à inverser le sens du courant d'air dans l'une au moins des première et seconde branches (9,10). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent des volets pivotants (15,16) disposés dans une chambre de raccordement (14) dans laquelle lesdites branches (9,10,17, 18) débouchent par leurs premières extrémités. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une au moins des première et seconde branches (9,10) est en liaison thermique avec le premier réacteur (1) ou avec la source de fluide réactif (2) par l'intermédiaire d'un circuit de fluide caloporteur (5,6), muni de pompes de circulation (23, 24). 7. Procédé de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, notamment d'un véhicule électrique, utilisant le dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant en alternance a. un mode de production d'énergie dans lequel le fluide réactif circule de la source de gaz réactif (2) au réacteur (1), de l'air circule dans la première branche (9) en direction de sa première extrémité, et a.1) l'air sortant de la première branche est envoyé principalement dans la troisième branche (17) et de l'air circule dans la seconde branche (10) en direction de sa première extrémité et est envoyé principalement dans la quatrième branche (18), ou a.2) l'air sortant de la première branche est envoyé principalement dans la quatrième branche et de l'air circule dans la seconde branche en direction de sa seconde extrémité (20) et provient de la première branche et éventuellement de la troisième branche; et b. un mode de régénération dans lequel le fluide réactif circule du réacteur (1) à la source de gaz réactif (2), aucun air ne circule dans la première branche (9), et b.1) de l'air circule dans la seconde branche (10) en direction de sa seconde extrémité (20) et provient principalement de la quatrième branche (18), ou b.2) de l'air circule dans la seconde branche (10) en direction de sa première extrémité et est envoyé principalement dans la quatrième branche (18). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le mode de production d'énergie et le mode de régénération sont mis en oeuvre respectivement pendant la marche et à l'arrêt du véhicule. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les modes a.1) et b.1) sont mis en oeuvre en été et les modes a.2) et b.2) en hiver.