Brevet FR2744071A1 — publié le 19970801

Dispositif de chauffage pour véhicule utilisant le circuit de fluide réfrigérant 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 où 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 cnaleur 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 où 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. FR-A-2717126 prévoit au contraire de compléter le procédé par 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. 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'entraînement et par suite du régime du moteur. Cette puissance peut être supérieure ou inférieure à celle nécessaire pour le chauffage de l'habitacle. 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. Le but de l'invention est d'adapter en tout circonstance la puissance calorifique produite par l'évaporateur aux besoins de chauffage du véhicule. L'invention vise notamment un procédé du genre défini en introduction, et prévoit que, dans le mode de réchauffage, on commande la pression du fluide à l'entrée de l'évaporateur pour régler la puissance calorifique produite et, lorsque la masse de fluide en circulation dans l'évaporateur est insuffisante pour obtenir la pression voulue, on transfère du fluide du condenseur dans l'évaporateur. L'invention permet d'une part de régler, en plus et en moins, la puissance calorifique grâce à la pression du fluide, d'autre part d'utiliser a resserve de fluide à Liétat liquide contenue dans le condenseur 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. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Le fluide est détendu par un détendeur dans le mode de refroidissement et par un régulateur de pression commandé, réalisant la commande de la pression du fluide à l'entrée de l'évaporateur, dans le mode de réchauffage. - 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 où la chaleur fournie par le moteur est insuffisante à cet effet. L'invention a également pour objet un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un circuit de fluide comportant une première branche contenant un évaporateur suivi d'un compresseur, une seconde branche contenant un condenseur et une troisième branche ne contenant pas de condenseur, les seconde et troisième branches étant mutuellement en parallèle de façon à former avec la première branche respectivement une boucle de refroidissement, contenant également un détendeur interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et 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 réchauffage, le dispositif comprenant également des moyens pour envoyer dans l'habitacle de l'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur, caractérisé en ce que la boucle de réchauffage contient an iégùlateui de pression commandé permettant de fixer à une valeur choisie la pression du fluide envoyé dans l'évaporateur, et que des moyens de transfert de fluide sont prévus pour transférer dans la boucle de réchauffage, lorsque celle-ci est établie par les moyens de commutation, une partie du fluide contenu dans la seconde branche. Le dispositif selon l'invention peut comporter au moins certaines des particularités suivantes - Le détendeur et le régulateur de pression sont placés respectivement dans la seconde branche et dans la troisième branche. - Les moyens de transfert de fluide comprennent une quatrième branche reliant la seconde branche à un point de raccordement situé sur la première branche entre la sortie de l'évapora- teur et l'entrée du compresseur, et propre à permettre la circulation du fluide exclusivement de la seconde branche vers ledit point de raccordement, et une vanne d'arrêt interposée dans la première branche, entre l'évaporateur et le point de raccordement, et commandée de façon à interrompre la circulation du fluide exclusivement lorsque la boucle de réchauffage est établie par les moyens de commutation, et pour une période limitée. - Les moyens de commutation comprennent une vanne à quatre voies reliée aux extrémités aval des première et quatrième branches et aux extrémités amont des seconde et troisième branches, propre à prendre une première position dans laquelle elle met en relation les première et seconde branches pour établir la boucle de refroidissement et une seconde position dans laquelle elle met en relation d'une part les première et troisième branches pour établir la boucle de chauffage, d'autre part les seconde et quatrième branches pour activer les moyens de transfert lorsque la vanne d'arrêt est fermée. - La vanne à quatre voies, dans sa première position, met également en relation les troisième et quatrième branches, et des moyens de circulation unidirectionnelle sont prévus pour interdire l'écoulement du fluide dans la troisième branche en direction de la vanne à quatre voies. - Des moyens de circulation unidirectionnelle sont prévu pour permettre l'écoulement du fluide dans la seconde branche, en aval du condenseur, seulement en direction de l'évaporateur et seulement pour une pression différentielle donnée. 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 et 2 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, respectivement dans les deux modes du procédé selon l'invention. 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. Le circuit illustré comprend 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 à régulation de pression différentielle intégrée et un détendeur 10. Un accumulateur de fluide 11 et une vanne d'arrêt 12 sont interposés dans cet ordre, sur la branche 1, entre l'évaporateur 5 et le compresseur 4. On trouve dans la branche 3, du point B vers le point A, un réservoir de fluide 13, un clapet anti-retour 14 et un régulateur ae pression 15 associé àsne unité de commande 16. Une quatrième branche 17 du circuit relie le point B et un point C de la branche 1 compris entre la vanne 12 et le compresseur 4, et contient un clapet anti-retour 18 autorisant la circulation du fluide seulement du point B vers le point C. Une électrovanne à quatre voies 19 est placée au point de jonction B de façon que ses quatre voies 19-1, 19-2, 19-3 et 19-4 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-àdire à l'entrée du condenseur 6, et aux extrémités amont des troisième et quatrième branches. L'électrovanne 19 est commandée de facon à prendre deux positions correspondant respectivement aux deux figures. Dans celle de la figure 1, la vanne met en communication d'une part ses voies numérotées 1 et 2, d'autre part ses voies numérotées 3 et 4. Le fluide circule alors dans une boucle fermée formée par les branches 1 et 2, les clapets antiretour 14 et 18 interdisant toute circulation dans les deux autres branches. 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 19 fait communiquer d'une part ses voies 1 et 3, d'autre part ses voies 2 et 4. Le fluide circule donc, quand la vanne 12 est ouverte, dans une boucle fermée constituée par les branches 1 et 3. Le fluide traverse alors le compresseur 4, le régulateur de pression 15 qui assure la détente, et l'évaporateur 5. Le clapet anti-retour 8 l'empêche de parvenir au condenseur à partir du point A. Ne traversant plus de condenseur, le fluide reste en permanence à l'état gazeux. L'évaporateur 5 ne joue donc plus le rôle d'évaporateur, mais continue ae 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 etant 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. L'unité 16 commande le régulateur de pression 15 de façon à obtenir à la sortir de celui-ci, et par conséquent à l'entrée de l'évaporateur 5, une pression de fluide souhaitée. C'est en effet la pression du fluide pénétrant dans l'évaporateur qui détermine la puissance calorifique produite par celui-ci. La pression de consigne est par exemple calculée à partir de la température de l'atmosphère extérieure et de la température à l'intérieur de l'habitacle. Si la pression à la sortie du régulateur 15 reste inférieure à la valeur de consigne, l'unité 16 commande momentanément la fermeture de la vanne 12. Le fluide aspiré par le compresseur 4 provient alors nécessairement du condenseur 6 à travers la branche 17, et vient augmenter la masse de fluide contenue dans la boucle 1, 3. La vanne 12 est de nouveau ouverte par exemple à l'issue d'une durée de fermeture fixe, ou après que le compresseur a effectué un nombre fixe de tours depuis sa fermeture. La pression de fluide à la sortie de la vanne 12 est alors de nouveau plus élevée que dans la branche 17, et l'écoulement dans celle-ci est de nouveau interrompu. La circulation dans la boucle fermée 1, 3 reprend avec une masse de fluide accrue, permettant une pression à la sortie du régulateur 15, et un débit calorifique de l'évaporateur 5, également accrus. 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 détendeur (10), ce procédé comportant un mode de refroidissement du flux d'air dans lequel on fait circuler ledit fluide successivement dans l'évaporateur (5), dans le compresseur (4), dans un condenseur (6) où il cède de la chaleur à un autre milieu et dans un détendeur (10), et 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, caractérisé en ce que, dans le mode de réchauffage ge, on commande la pression du fluide à l'entrée de l'évapo- rateur pour régler la puissance calorifique produite et, lorsque la masse de fluide en circulation dans l'évaporateur est insuffisante pour obtenir la pression voulue, on transfère du fluide du condenseur dans l'évaporateur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide est détendu par un détendeur (10) dans le mode de refroidissement et par un régulateur de pression commandé (15), réalisant la commande de la pression du fluide à l'entrée de l'évaporateur, dans le mode de réchauffage. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'évaporateur (5) joue le rôle d'évaporateur dans le mode de refroidissement et joue seulement le rôle d'échangeur de chaleur dans le mode de réchauffage. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le véhicule possède un moteur d'entraî- nement dont le fonctionnement dégage de la chaleur et qu'on utilise le mode de réchauffage pour le chauffage de l'habitacle dans les périodes où la chaleur fournie par le moteur est insuffisante à cet effet. 5. Dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un circuit de fluide comportant une première branche (1) contenant un évaporateur (5) suivi d'un compresseur (4), une seconde branche (2) contenant un condenseur (6) et une troisième branche (3) ne contenant pas de condenseur, les seconde et troisième branches étant mutuellement en parallèle de façon à former avec la première branche respectivement une boucle de refroidissement (1, 2), contenant également un détendeur (10) interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et une boucle de réchauffage (1, 3), et des moyens de commutation (19) pour commander la circulation du fluide soit dans la boucle de refroidissement, soit dans la boucle de réchauffage, le dispositif comprenant également des moyens pour envoyer dans l'habitacle de l'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur, caractérisé en ce que la boucle de réchauffage contient un régulateur de pression commandé permettant de fixer à une valeur choisie la pression du fluide envoyé dans l'évaporateur, et que des moyens de transfert de fluide (12, 17) sont prévus pour transférer dans la boucle de réchauffage, lorsque celleci est établie par les moyens de commutation, une partie du fluide contenu dans la seconde branche. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le détendeur (10) et le régulateur de pression (15) sont placés respectivement dans la seconde branche (2) et dans la troisième branche (3). 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les moyens de transfert de fluide comprennent une quatrième branche (17) reliant la seconde branche à un point de raccordement (C) situé sur la première branche entre la sortie de l'évaporateur et l'entrée du compresseur, et propre à permettre la circulation du fluide exclusivement de la seconde branche vers ledit point de raccordement, et une vanne d'arrêt (12) interposée dans la première branche, entre l'évaporateur et le point de raccordement, et commandée de façon à interrompre la circulation du fluide exclusivement lorsque la boucle de réchauffage est établie par les moyens de commutation, et pour une période limitée. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent une vanne à quatre voies (19) reliée aux extrémités aval (19-1, 19-4) des - première et quatrième branches (1, 17) et aux extrémités amont (19-2, 19-3) des seconde et troisième branches (2, 3), propre à prendre une première position dans laquelle elle met en relation les première et seconde branches pour établir la boucle de refroidissement et une seconde position dans laquelle elle met en relation d'une part les première et troisième branches pour établir la boucle de chauffage, d'autre part les seconde et quatrième branches pour activer les moyens de transfert lorsque la vanne d'arrêt est fermée. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la vanne à quatre voies, dans sa première position, met également en relation les troisième et quatrième branches, et que des moyens de circulation unidirectionnelle (14) sont prévus pour interdire l'écoulement du fluide dans la troisième branche en direction de la vanne à quatre voies. 10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que des moyens de circulation unidirectionnelle (8) sont prévu pour permettre l'écoulement du fluide dans la seconde branche, en aval du condenseur, seulement en direction de l'évaporateur et seulement pour une pression différentielle donnée.