Brevet FR2731952A1 — publié le 19960927

L Circuit de fluide de climatisation cour véhicule permettant un chauffage à puissance réglable L'invention concerne un procédé pour modifier la température d'un flux d'air à envoyer dans l'habitacle d'un véhicule, par échange de chaleur avec un évaporateur dans lequel circule un fluide qui passe également dans un compresseur et dans un détendeur, ce procédé comportant un mode de refroidissement du flux d'air dans lequel on fait circuler ledit fluide successivement dans l'évaporateur, dans le compresseur, dans un condenseur o il cède de la chaleur à un autre milieu et dans un détendeur. Un tel procédé est utilisé de façon classique pour la climatisation de l'habitacle du véhicule, notamment d'un véhicule à moteur thermique ou électrique. Lorsqu'il s'agit de réchauffer l'air à envoyer dans l'habitacle, on utilise habituellement la chaleur produite par le moteur, par exemple en faisant passer le flux d'air en contact avec un radiateur de chauffage traversé par un fluide de refroidissement du moteur. Lorsque le moteur est froid, on ne peut en tirer de la chaleur pour le chauffage de l'habitacle, ce qui retarde le moment o celui-ci se trouve à la température souhaitée et nuit donc au confort des occupants. Dans certains cas le liquide de refroidissement n'atteint jamais pendant le trajet une température suffisamment élevée pour assurer le confort thermique dans l'habitacle. Pour accélérer la mise en température de l'habitacle, on peut avoir recours à des dispositifs supplémentaires comportant notamment des brûleurs ou des radiateurs électriques, qui impliquent des investissements importants. Le but de l'invention est de permettre un chauffage rapide de l'habitacle lorsque le moteur est froid, ou de compléter la quantité de chaleur insuffisante qu'il fournit, sans avoir recours à des moyens spécifiques coûteux et en ajustant la puissance calorifique aux besoins. L'invention vise notamment un procédé du genre défini en introduction, et prévoit qu'il comporte un mode de réchauf- fage du flux d'air dans lequel on envoie le fluide sortant du compresseur à l'évaporateur, sans passer par un condenseur, et qu'on extrait ou ajoute du fluide de ou dans l'évaporateur de manière à régler la masse de fluide traversant l'évapora- teur dans le mode de réchauffage, et par conséquent la puissance calorifique produite. Le mode de réchauffage, utilisable pour le chauffage de l'habitacle notamment lorsque le moteur est froid, fait ainsi appel à l'installation de climatisation existante, avec des modifications mineures. Cependant, la puissance calorifique engendrée dans le mode de réchauffage est déterminée par le débit massique produit par le compresseur, lui-même fonction de sa vitesse d'entraî- nement et par suite du régime du moteur. Cette puissance peut être supérieure ou inférieure à celle nécessaire pour le chauffage de l'habitacle. L'invention permet d'utiliser la réserve de fluide à l'état liquide contenue dans le conden- seur pour augmenter la quantité de fluide en circulation dans le mode de réchauffage de manière à augmenter le débit massique et la puissance calorifique pour une vitesse donnée du compresseur, et/ou de retourner un excédent de fluide dans le condenseur pour diminuer ce débit et cette puissance. En particulier, en cas de démarrage à basse température, la densité initiale du fluide du circuit de climatisation, et par conséquent le débit massique produit par le compresseur, sont insuffisants pour assurer un chauffage satisfaisant. Cet inconvénient est réduit grâce à l'aspiration de fluide supplémentaire à partir du condenseur. D'autres caractéristiques, complémentaires ou alternatives, de l'invention sont énoncées ci-après: - On relie momentanément le compresseur et le condenseur de façon à extraire du fluide de celui-ci ou à y en introduire. - Le fluide traverse des détendeurs différents dans les deux modes. L'évaporateur joue le rôle d'évaporateur dans le mode de refroidissement et joue seulement le rôle d'échangeur de chaleur dans le mode de réchauffage. - Le véhicule possède un moteur d'entraînement dont le fonctionnement dégage de la chaleur et on utilise le mode de réchauffage pour le chauffage de l'habitacle dans les périodes o la chaleur fournie par le moteur est insuffisante à cet effet. L'invention a également pour objet un dispositif de climati- sation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un circuit de fluide comportant une boucle de refroidissement composée d'une première branche contenant un évaporateur suivi d'un compresseur et d'une seconde branche contenant un condenseur, la boucle de refroidissement contenant également un premier détendeur interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et des moyens pour envoyer dans l'habitacle de l'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur. Le dispositif selon l'invention comprend en outre une troisième branche ne contenant pas de condenseur, placée en parallèle avec la seconde branche de façon à former avec la première branche une boucle de réchauffage, et des moyens de commutation pour commander la circulation du fluide soit dans la boucle de refroidissement, soit dans la boucle de réchauf- fage, soit dans un trajet de chargement de fluide dans lequel le condenseur est relié directement à l'entrée du compres- seur, soit en variante dans une boucle de déchargement de fluide dans laquelle le condenseur est relié directement à la sortie du compresseur. Le dispositif selon l'invention peut comporter au moins certaines des particularités suivantes: - Dans le trajet de chargement de fluide et le cas échéant dans la boucle de déchargement de fluide, le condenseur est relié au compresseur par son entrée de fluide dans la boucle de refroidissement. - La boucle de déchargement de fluide est confondue avec la boucle de refroidissement. - Les moyens de commutation comprennent une première vanne à trois voies interposée dans la première branche et raccordée par des première et seconde voies à la sortie de l'évapora- teur et à l'entrée du compresseur respectivement, une seconde vanne à trois voies raccordée par ses première, seconde et troisième voies aux extrémités aval, amont et amont des première, seconde et troisième branches respectivement, une quatrième branche de circuit reliant la troisième voie de la première vanne à l'extrémité amont de la seconde branche, et des moyens de commande coordonnée des deux vannes propres à faire communiquer soit les première et seconde voies de la première vanne et les première et seconde voies de la seconde vanne pour établir la boucle de refroidissement et de déchargement de fluide, soit les première et seconde voies de la première vanne et les première et troisième voies de la seconde vanne pour établir la boucle de réchauffage, soit les seconde et troisième voies de la première vanne et les première et troisième voies de la seconde vanne pour établir le trajet de chargement de fluide. - Le premier détendeur est dans la seconde branche et un second détendeur est prévu dans la boucle secondaire. - Le second détendeur est placé dans la troisième branche. 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 3 sont des schémas du circuit de fluide d'un dispositif selon l'invention pour la climatisation et le chauffage de l'habi- tacle d'un véhicule, dans ses différents modes de fonctionne- ment. Dans ce circuit circule un fluide propre à passer de l'état liquide à l'état gazeux en absorbant de la chaleur, et de l'état gazeux à l'état liquide en cédant de la chaleur, comme c'est le cas de façon habituelle dans les installations de climatisation de véhicules. Les composants du circuit sont également rencontrés de façon habituelle dans ces mêmes installations de climatisation. Les composants du circuit illustré sont répartis dans trois branches 1, 2 et 3 se raccordant entre elles en deux points de jonction A et B. La branche 1 contient un compresseur 4 qui y fait circuler le fluide du point A vers le point B, et un évaporateur 5 placé en amont du compresseur. La branche 2 contient, du point B vers le point A, un condenseur 6, une bouteille 7, un clapet anti-retour 8 et un détendeur 10. Un second détendeur 14 est placé dans la branche 3. Une première vanne à trois voies 11 est interposée dans la branche 1 de façon que deux de ses voies 11-1 et 11-2 communiquent respectivement avec la sortie de l'évaporateur 5 et avec l'entrée du compresseur 4. Une seconde vanne à trois voies 12 est placée au point de jonction B de façon que ses trois voies 12-1, 12-2 et 12-3 se raccordent respectivement à l'extrémité aval de la première branche, c'est-à-dire à la sortie du compresseur 4, à l'extrémité amont de la seconde branche, c'est-à-dire à l'entrée du condenseur 6, et à l'extrémité amont de la troisième branche, c'est-à-dire à l'entrée du détendeur 14. Enfin, une quatrième branche 13, ne contenant aucun composant, relie la troisième voie 11-3 de l'électrovanne 11 à un point intermédiaire C de la branche 2, comprise entre la voie 12-2 et le condenseur 6. Les électrovannes 11 et 12 sont commandées en coordination de façon à réaliser les trois configurations illustrées. Dans celle de la figure 1, chacune des deux vannes met en communi- cation ses voies numérotées 1 et 2, comme indiqué par les deux triangles noirs. Le fluide circule alors dans une boucle fermée formée par les branches 1 et 2, la branche 3 et la branche 13 étant isolées par les vannes 12 et 11 respective- ment. Cette boucle fonctionne comme un circuit classique de climatisation, le fluide passant de l'état liquide à l'état gazeux dans l'évaporateur 5 en absorbant de la chaleur et de l'état gazeux à l'état liquide dans le condenseur 6 en cédant de la chaleur. La chaleur absorbée dans l'évaporateur 5 peut être prélevée, directement ou indirectement, dans un flux d'air à envoyer dans l'habitacle du véhicule. Dans la configuration de la figure 2, la vanne 11 fait encore communiquer ses voies 1 et 2, mais la vanne 12 fait communi- quer cette fois ses voies 1 et 3. Le fluide circule donc dans une boucle fermée constituée par les branches 1 et 3, la branche 2 et la branche 13 étant isolées par les vannes 12 et 11 respectivement. Le fluide traverse donc le compresseur 4, l'évaporateur 5 et le détendeur 14. Ne traversant plus de condenseur, il reste en permanence à l'état gazeux. L'évapo- rateur 5 ne joue donc plus le rôle d'évaporateur, mais continue de jouer le rôle d'échangeur de chaleur, permettant de dissiper une grande partie de la chaleur produite par la compression du fluide dans le compresseur 4, cette chaleur pouvant être utilisée pour le chauffage de l'habitacle lorsque le moteur thermique du véhicule est froid. En particulier, le fluide en circulation étant à une température supérieure à la température ambiante, un flux d'air à envoyer dans l'habitacle peut être chauffé directement au contact de l'évaporateur. Dans la configuration illustrée à la figure 3, les vannes assurent la communication d'une part entre les voies 11-3 et 11-2, d'autre part entre les voies 12-1 et 12-3. L'entrée du compresseur est donc reliée, par l'intermédiaire de la branche 13, à l'entrée normale 6- 1 du condenseur 6, d'o il peut extraire du fluide à l'état gazeux. Ce fluide circule ensuite dans la branche 3, mais ne peut revenir au condenseur à partir du point A, notamment en raison de la présence du clapet anti-retour 8. Le fluide parvient donc dans l'évapora- teur 5, o il s'accumule, la vanne 11 n'assurant pas la communication entre la sortie de celui-ci et l'entrée du compresseur. La masse de fluide qui circulera dans les branches 1 et 3 après rétablissement de la configuration selon la figure 2 est ainsi augmentée. Inversement, la configuration selon la figure 1 peut être établie momentanément pour permettre au compresseur de refouler du fluide dans le condenseur, réduisant ainsi la masse de fluide en circulation après le retour à la configu- ration selon la figure 2. Les vannes à trois voies peuvent être commandées par tout dispositif de commande connu pour maintenir constante ou faire varier la masse de fluide circulant dans l'évaporateur dans le mode de réchauffage. Par ailleurs, le choix des moments auxquels la commutation est réalisée ne fait pas partie de l'invention. A titre d'exemple, lors du démarrage de l'installation, la configura- tion de la figure 3 peut être établie si la température extérieure est au-dessous d'un seuil, lequel peut dépendre du besoin de chauffage exprimé par les occupants, pour compen- ser, par un apport de fluide, la pression insuffisante de celui-ci résultant de la température basse. La configuration selon la figure 2 est établie au bout d'un temps déterminé, ou immédiatement si la température extérieure est supérieure au seuil mentionné ci-dessus. On peut alors surveiller par exemple la température de l'air chauffé par l'évaporateur 5 et le cas échéant par un radiateur de chauffage placé en aval de celui-ci dans le trajet de l'air, et utiliser la commande des vannes 11 et 12 pour assurer une régulation de cette température. Dans une variante du procédé selon l'invention, pour diminuer la puissance calorifique produite par le dispositif, au lieu de renvoyer du fluide dans le condenseur, on désaccouple au moins partiellement le compresseur du moteur du véhicule afin de réduire ou d'annuler momentanément sa vitesse de rotation. Les vannes à trois voies peuvent être des électrovannes ou des vannes à commande manuelle, hydraulique, pneumatique ou autre. Revendications 1. Procédé pour modifier la température d'un flux d'air à envoyer dans l'habitacle d'un véhicule, par échange de chaleur avec un évaporateur (5) dans lequel circule un fluide qui passe également dans un compresseur (4) et dans un déten- deur (10, 14), ce procédé comportant un mode de refroi- dissement du flux d'air dans lequel on fait circuler ledit fluide successivement dans l'évaporateur (5), dans le compresseur (4), dans un condenseur (6) o il cède de la chaleur à un autre milieu et dans un détendeur (10), caracté- risé en ce qu'il comporte un mode de réchauffage du flux d'air dans lequel on envoie le fluide sortant du compresseur à l'évaporateur, sans passer par un condenseur, et en ce qu'on extrait ou ajoute du fluide de ou dans l'évaporateur de manière à régler la masse de fluide traversant l'évaporateur dans le mode de réchauffage, et par conséquent la puissance calorifique produite. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on relie momentanément le compresseur et le condenseur de façon à extraire du fluide de celui-ci ou à y en introduire. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caracté- risé en ce que le fluide traverse des détendeurs différents (10, 14) dans les deux modes. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'évaporateur (5) joue le rôle d'évapo- rateur dans le mode de refroidissement et joue seulement le rôle d'échangeur de chaleur dans le mode de réchauffage. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le véhicule possède un moteur d'entrai- nement dont le fonctionnement dégage de la chaleur et qu'on utilise le mode de réchauffage pour le chauffage de l'habi- tacle dans les périodes o la chaleur fournie par le moteur est insuffisante à cet effet. 6. Dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un circuit de fluide comportant une boucle de refroidissement (1, 2) composée d'une première branche (1) contenant un évaporateur (5) suivi d'un compres- seur (4) et d'une seconde branche (2) contenant un condenseur (6), la boucle de refroidissement contenant également un premier détendeur (10) interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et des moyens pour envoyer dans l'habitacle de l'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une troisième branche (3) ne contenant pas de condenseur, placée en parallèle avec la seconde branche de façon à former avec la première branche une boucle de réchauffage (1, 3), et des moyens de commutation (11, 12, 13) pour commander la circula- tion du fluide soit dans la boucle de refroidissement, soit dans la boucle de réchauffage, soit dans un trajet de chargement de fluide dans laquelle le condenseur est relié directement à l'entrée du compresseur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de commutation sont propres à commander également la circulation du fluide dans une boucle de déchargement de fluide dans laquelle le condenseur est relié directement à la sortie du compresseur. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que, dans le trajet de chargement de fluide et le cas échéant dans la boucle de déchargement de fluide, le condenseur est relié au compresseur par son entrée (6-1) de fluide dans la boucle de refroidissement. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la boucle de déchargement de fluide est confondue avec la boucle de refroidissement (1, 2). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent une première vanne à trois voies (11) interposée dans la première branche et raccordée par des première et seconde voies (11-1, 11-2) à la il sortie de l'évaporateur et à l'entrée du compresseur respec- tivement, une seconde vanne à trois voies (12) raccordée par ses première, seconde et troisième voies (12-1, 12-2, 12-3) aux extrémités aval, amont et amont des première, seconde et troisième branches respectivement, une quatrième branche de circuit (13) reliant la troisième voie de la première vanne à l'extrémité amont de la seconde branche, et des moyens de commande coordonnée des deux vannes propres à faire communi- quer soit les première et seconde voies (11-1, 11-2) de la première vanne et les première et seconde voies (12-1, 12-2) de la seconde vanne pour établir la boucle de refroidissement et de déchargement de fluide (1, 2), soit les première et seconde voies (11-1, 11-2) de la première vanne et les première et troisième voies (12-1, 12-3) de la seconde vanne pour établir la boucle de réchauffage (1, 3), soit les seconde et troisième voies (11-2, 11-3) de la première vanne et les première et troisième voies (12-1, 12-3) de la seconde vanne pour établir le trajet de chargement de fluide (6, C, 13, 11, B, A, 5). 11. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le premier détendeur (10) est dans la seconde branche et qu'un second détendeur (14) est prévu dans la boucle secondaire. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le second détendeur (14) est placé dans la troisième branche (3).