Brevet FR2742701A1 — publié le 19970627

A Dispositif de chauffage d'appoint pour véhicule utilisant le circuit de climatisation L'invention concerne un procédé pour régler 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 réfrigérant qui passe également dans un compresseur et dans un détendeur, ce procédé comportant un mode de refroi- dissement du flux d'air dans lequel on fait circuler ledit fluide successivement dans l'évaporateur, dans le compres- seur, dans un condenseur o il cède de la chaleur à un autre milieu et dans un détendeur, et un mode de réchauffage du flux d'air dans lequel on renvoie le fluide sortant du compresseur à l'évaporateur, sans passer par un condenseur. L'invention a également pour objet un dispositif de climati- sation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un circuit de fluide réfrigérant 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 placées mutuellement en parallèle de façon à former avec la première branche respectivement une boucle de refroidissement, contenant également un premier détendeur interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et une boucle de réchauffage, des moyens de commutation étant prévus pour commander la circulation du fluide soit dans la boucle de refroidissement, soit dans la boucle de réchauffage, et le dispositif comprenant en outre des moyens pour envoyer dans l'habitacle de l'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur. Un tel procédé et un tel dispositif sont connus par FR-A-2 717 126. La puissance calorifique engendrée dans le mode de réchauf- fage 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 inférieure à celle nécessaire pour le chauffage de l'habita- cle. 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 de remédier à ces inconvénients, et de permettre une adaptation de la puissance calorifique produite aux besoins de chauffage, notamment à basse tempéra- ture. L'invention vise notamment un procédé du genre défini en introduction, et prévoit que, lorsque le débit du courant de fluide circulant dans l'évaporateur dans le mode de réchauf- fage n'est pas suffisant pour produire la puissance calorifi- que souhaitée, on augmente la masse de fluide en circulation en joignant à ce courant, grâce à un effet d'aspiration produit par celui-ci, un courant incident provenant du condenseur. Dans le dispositif selon l'invention, la boucle de réchauf- fage contient un éjecteur muni d'une entrée latérale qui peut être reliée à la seconde branche, par l'intermédiaire d'une quatrième branche, de façon à aspirer du fluide à partir du condenseur, sous l'effet du courant de fluide traversant l'éjecteur, pour augmenter la masse de fluide circulant dans la boucle de réchauffage. On entend par "éjecteur" tout composant d'un circuit de fluide comportant un passage de section réduite provoquant la formation d'un jet de fluide, accompagné d'une dépression permettant l'aspiration d'un courant de fluide incident. Des caractéristiques optionnelles du dispositif selon l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Il comprend une vanne interposée dans la quatrième branche et commandée de façon à permettre ou non la circulation du fluide dans celle-ci. - Lesdits moyens de commutation sont propres à mettre en communication soit l'extrémité aval de la première branche avec l'extrémité amont de la seconde branche, soit simultané- ment l'extrémité aval de la première branche avec l'extrémité amont de la troisième branche et les extrémités amont des seconde et quatrième branches entre elles. - Les moyens de commutation mettent en communication mutuelle les extrémités amont des troisième et quatrième branches, en même temps que l'extrémité aval de la première branche et l'extrémité amont de la seconde branche. - L'éjecteur est disposé dans la troisième branche. - L'éjecteur constitue également le détendeur de la boucle de chauffage. - Un détendeur pour la boucle de chauffage est monté en série avec l'éjecteur dans la troisième branche. - L'éjecteur est disposé dans la première branche. - L'éjecteur est interposé entre l'évaporateur et le compres- seur. - Une conduite de dérivation munie d'une vanne commandée est placée en parallèle avec l'éjecteur. - Un élément empêchant une circulation inverse du fluide est disposé 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, o des éléments identiques ou analogues sont désignés dans toutes les figures par les mêmes numéros de référence. Sur ces dessins, les figures 1 à 4 sont des schémas de circuits de fluide de quatre dispositifs selon l'invention, pour la climatisation et le chauffage de l'habitacle d'un véhicule. Dans ces circuits 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. La plupart des composants de ces circuits sont également rencontrés de façon habituelle dans ces mêmes installations de climatisation. Les composants de chaque circuit 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. Dans le circuit de la figure 1, un second détendeur 14 est placé dans la branche 3, suivi par un éjecteur 16 présentant une entrée latérale 16-3 reliée par une conduite 17 à un point C de la branche 2 situé en amont du condenseur 6. La conduite d'arrêt 17 contient une vanne d'arrêt commandée 19. Une électrovanne 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 raccor- dent respectivement à l'extrémité aval de la première branche, c'est-àdire 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. La vanne 12 peut être commandée de façon à mettre en communi- cation ses voies numérotées 1 et 2. Le fluide circule alors dans une boucle fermée formée par les branches 1 et 2, la branche 3 étant isolée. 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'habita- cle du véhicule. Lorsque la vanne 12 est commandée de façon à faire communi- quer ses voies 1 et 3, le fluide circule dans une boucle fermée constituée par les branches 1 et 3, la branche 2 étant isolée. Le fluide traverse donc le compresseur 4, le déten- deur 14, l'éjecteur 16 et l'évaporateur 5. Ne traversant plus de condenseur, il reste en permanence à l'état gazeux. L'évaporateur 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. Tant que la vanne 19 est fermée, la masse de fluide circulant dans la boucle de chauffage 1, 3 est constante. L'ouverture de cette vanne peut être commandée en réponse à la détection d'un paramètre traduisant une insuffisance du débit calorifi- que produit par l'évaporateur 5, ou en réponse à une tempéra- ture de l'habitacle inférieure à un seuil. Le phénomène d'aspiration engendré par le jet de fluide dans l'éjecteur 10 extrait alors du fluide du condenseur 6, à travers l'entrée 6-1 de celui-ci, le point C, la conduite 17 et l'entrée 16-3 de l'éjecteur, le courant incident ainsi engendré se joignant dans l'éjecteur au flux circulant dans la boucle de chauffa- ge. Pendant cette phase d'introduction de fluide dans la boucle de chauffage, le fluide continue de circuler dans l'évaporateur et d'y produire de la chaleur. Le circuit de la figure 2 diffère de celui de la figure 1 en ce que l'éjecteur 16 est placé dans la branche 1, entre l'évaporateur 5 et le compresseur 4, en parallèle avec une conduite de dérivation 11 munie d'une vanne d'arrêt 13. Les vannes 12 et 19 sont commandées de la même façon que dans le circuit de la figure 1. En outre, dans le mode de refroidis- sement, la vanne 13 est ouverte de sorte que le fluide passe dans la conduite 11 et dans l'éjecteur 16. Dans le mode de réchauffage, la vanne 12 est fermée et le fluide passe dans l'éjecteur 16, qui joue alors le même rôle que dans le circuit précédemment décrit. Dans le circuit de la figure 3, la vanne à trois voies 12 est remplacée par une vanne à quatre voies 20 dont trois voies 20-1, 20-2 et 20-3 sont reliées de la même façon que les voies 12-1 à 12-3 de la vanne 12 de la figure 1. La quatrième voie 20-4 est reliée par une conduite 21 à l'entrée latérale 16-3 de l'éjecteur 16, monté de la même façon qu'à la figure 1. La conduite 21 et l'électrovanne 20 remplacent donc la conduite 17 et l'électrovanne 19, le circuit étant au demeurant semblable à celui de la figure 1. Il est prévu en outre une électrovanne 22 disposée entre l'éjecteur 16 et la vanne à quatre voies 20 de manière à obtenir pour un mode de fonctionnement à masse de fluide constante une isolation de l'entrée 6.1 du condenseur 6 et de l'entrée 16.3 de l'éjecteur lorsque la vanne 16 est fermée. Dans le mode de refroidissement, les voies 20-1 et 20-2 communiquent entre elles, et les voies 20-3 et 20-4 communi- quent aussi entre elles. Le circuit fonctionne alors comme celui de la figure 1. Dans le mode de réchauffage, les voies -1 et 20-3 communiquent entre elles, établissant la boucle fermée 1, 3. De plus, les voies 20-2 et 20-4 peuvent être soit isolées, pour un fonctionnement à masse de fluide constante, soit être reliées mutuellement pour permettre l'extraction de fluide du condenseur comme décrit plus haut. Le circuit de la figure 4 présente par rapport à celui de la figure 3 les mêmes modifications que le circuit de la figure 2 par rapport à celui de la figure 1. En d'autres termes, l'éjecteur 16 est placé dans la branche 1, entre l'évaporateur et le compresseur, en parallèle avec la conduite de dérivation 11. Chacune des vannes 13 et 20 est commandée de la manière décrite à propos des figures 2 et 3 de façon à réaliser les mêmes fonctions que pour les autres circuits. De plus, un clapet anti-retour est placé dans la branche 3 de façon à éviter que du fluide circule dans celle- ci du point 1 au point B, puis dans la conduite 21, dans le mode de refroidissement, évitant ainsi l'évaporateur. Des simplifications peuvent être apportées aux exemples de dispositifs décrits. Ainsi, dans les circuits des figures 1 et 3, on peut faire jouer à l'éjecteur 16 également le rôle de détendeur, le détendeur 14 étant supprimé. Dans les circuits des figures 2 et 4, la conduite 11 et sa vanne 13 peuvent être supprimées. Le fluide traverse alors l'éjecteur également dans le mode de refroidissement, entraînant une perte de charge en contrepartie de cette simplification. Revendications 1. Procédé pour régler 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 réfrigérant qui passe également dans un compresseur (4) et dans un détendeur (10, 14), 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) o 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 renvoie le fluide sortant du compresseur à l'évaporateur, sans passer par un condenseur, caractérisé en ce que, lorsque le débit du courant de fluide circulant dans l'évaporateur dans le mode de réchauffage n'est pas suffisant pour produire la puissance calorifique souhaitée, on augmente la masse de fluide en circulation en joignant à ce courant, grâce à un effet d'aspiration produit par celui-ci, un courant incident provenant du condenseur. 2. Dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un circuit de fluide réfrigérant 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 placées mutuellement en parallèle de façon à former avec la première branche respectivement une boucle de refroidissement, contenant également un premier détendeur (10) interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et une boucle de réchauffage (1, 3), des moyens de commutation (12, 13) étant prévus pour commander la circulation du fluide soit dans la boucle de refroidissement, soit dans la boucle de réchauffage, et le dispositif comprenant en outre 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 éjecteur (16) muni d'une entrée latérale (16-3) qui peut être reliée à la seconde branche, par l'intermédiaire d'une quatrième branche (17), de façon à aspirer du fluide à partir du condenseur, sous l'effet du courant de fluide traversant l'éjecteur, pour augmenter la masse de fluide circulant dans la boucle de réchauffage. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne (19, 22) interposée dans la qua- trième branche (17, 21) et commandée de façon à permettre ou non la circulation du fluide dans celle-ci. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de commutation (20) sont propres à mettre en communication soit l'extrémité aval (20- 1) de la première branche (1) avec l'extrémité amont (20-2) de la seconde branche (2), soit simultanément l'extrémité aval (20-1) de la première branche (1) avec l'extrémité amont (20-3) de la troisième branche (3) et les extrémités amont (20-2, 20-4) des seconde et quatrième branches (2, 21) entre elles. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de commutation mettent en communication mutuelle les extrémités amont (20-3, 20-4) des troisième et quatrième branches (3, 21), en même temps que l'extrémité aval (20-1) de la première branche (1) et l'extrémité amont (20-2) de la seconde branche (2). 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'éjecteur (16) est disposé dans la troisième branche (3). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'éjecteur constitue également le détendeur de la boucle de chauffage. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un détendeur (14) pour la boucle de chauffage est monté en série avec l'éjecteur (16) dans la troisième branche. 9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'éjecteur (16) est disposé dans la première branche (1). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'éjecteur (16) est interposé entre l'évaporateur (5) et le compresseur (4). 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce qu'une conduite de dérivation (11) munie d'une vanne commandée (13) est placée en parallèle avec l'éjecteur (16). 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'un élément empêchant une circulation inverse du fluide est disposé dans la troisième branche.