Brevet FR2753412A1 — publié le 19980320

Dispositif de chauffage pour véhicule utilisant un évapora- teur comme source de chaleur L'invention concerne un dispositif de climatisation 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 envoyer le fluide sortant de la première branche soit dans la seconde branche, soit dans la troisième branche, 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 dispositif est connu par FR-A-2 717 126. La puissance calorifique engendrée dans la boucle 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 dispositif du genre défini en introduction, et prévoit qu'il comporte en outre des moyens pour faire varier la quantité de fluide circulant dans la boucle de chauffage en fonction des besoins, ces derniers moyens comprenant des moyens de limitation pour interrompre ou restreindre momentanément la circulation du fluide dans la troisième branche et permettre ainsi au compresseur d'aspirer du fluide de la seconde branche, et des moyens de décharge pour mettre momentanément la seconde branche en relation avec la sortie du compresseur. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen- taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Les moyens de commutation comprennent une première vanne placée dans la seconde branche en amont du condenseur et une seconde vanne placée dans la troisième branche, associées à une unité de commande. - Les moyens de commutation comprennent une vanne à trois voies définissant un premier trajet de fluide de l'extrémité aval de la première branche à l'extrémité amont de la seconde branche et un second trajet de fluide de l'extrémité aval de la première branche à l'extrémité amont de la troisième branche, associée à une unité de commande. - Les moyens de commutation comprennent des moyens de mesure de la pression du fluide à la sortie du compresseur, reliés à l'unité de commande. - Les moyens de limitation comprennent un régulateur de pression différentielle interposé dans la troisième branche, constituant un second détendeur et autorisant le passage du fluide seulement lorsque la différence de pression entre son entrée et sa sortie excède un seuil déterminé. - Les moyens de limitation comprennent ladite seconde vanne, commandée en fermeture par l'unité de commande en réponse à une pression basse détectée par les moyens de mesure. 3 2753412 - La troisième branche présente un étranglement en aval de la seconde vanne, constituant un second détendeur. - Les moyens de décharge comprennent une conduite de dériva- tion contournant les moyens de commutation, sur laquelle est interposée une soupape de surpression, permettant de renvoyer le fluide sortant du compresseur à la seconde branche. - La conduite de dérivation est branchée en parallèle sur la première vanne. - La conduite de dérivation est branchée entre la sortie de la seconde vanne et la sortie de la première vanne. - La conduite de dérivation est branchée entre l'une des voies de la vanne à trois voies reliées aux première et troisième branches et celle reliée à la seconde branche. - Les moyens de décharge commandent l'ouverture momentanée de la première vanne, par l'unité de commande, en fonction de la pression du fluide détectée par les moyens de mesure, permettant de renvoyer le fluide sortant du compresseur à la seconde branche. - Les moyens de décharge comparent la pression du fluide détectée par les moyens de mesure à un seuil de pression maximale et commandent l'ouverture momentanée de la première vanne dès que la pression détectée dépasse le seuil de pression maximale. - Les moyens de décharge comparent la pression du fluide détectée par les moyens de mesure à une pression de consigne calculée par l'unité de commande en fonction des besoins de chauffage, et commandent l'ouverture momentanée de la première vanne dès que la pression détectée dépasse la pression de consigne. - Le premier détendeur est un détendeur thermostatique disposé dans la seconde branche en aval du condenseur. 4 2753412 - Le premier détendeur est un orifice calibré disposé dans la seconde branche en aval du condenseur et un accumulateur de fluide est disposé dans la première branche entre l'évapora- teur et le compresseur. - Un clapet anti-retour est disposé dans la seconde branche en aval du condenseur, en amont ou en aval du premier détendeur. 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 réfrigérant de quatre dispositifs selon l'invention, pour la climatisation et le chauffage d'appoint 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. Un capteur de pression 9 détecte la pression du fluide à la sortie 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 thermostatique 10. Dans le circuit de la figure 1, une électrovanne à deux voies 12 est placée dans la branche 2, entre le point B et le condenseur 6. Une vanne semblable 13 est placée dans la 2753412 branche 3, suivie par un régulateur de pression différentiel- le 14 qui sert également de détendeur. Les vannes 12 et 13 sont commandées par un module de commande 15, qui reçoit le signal du capteur de pression 9. Une conduite de dérivation 11, contenant une soupape de surpression 16, relie le point de jonction B à un point C situé sur la branche 2 entre la vanne 12 et le condenseur 6, de sorte que la soupape 16 est en parallèle avec la vanne 12. Pour le fonctionnement du dispositif en mode de refroidisse- ment, le module 15 ouvre la vanne 12 et ferme la vanne 13. Le fluide réfrigérant circule dans la boucle de refroidissement classique formée par les branches 1 et 2. Plus précisément, le fluide refoulé par le compresseur 4 passe par le point B, la vanne 12 et le point C pour attein- dre le condenseur 6 o il se condense en cédant de la chaleur à l'air ambiant, puis traverse la bouteille 7 et le clapet anti-retour 8 et subit une détente dans le détendeur thermos- tatique 10. Le fluide s'évapore dans l'évaporateur 5 en refroidissant de l'air destiné à être envoyé dans l'habitacle du véhicule. Le fluide gazeux sortant de l'évaporateur 5 est de nouveau aspiré par le compresseur. Dans le mode de réchauffage, les vannes 12 et 13 sont respectivement fermées et ouvertes. Le fluide circule dans la boucle de réchauffage formée par les branches 1 et 2. En sortant du compresseur 4, il passe par le point B et la vanne 13, subit une détente dans le régulateur de pression diffé- rentielle 14 et atteint, en restant à l'état gazeux, l'évapo- rateur 5 o il cède de la chaleur à de l'air destiné à être envoyé dans l'habitacle. Le fluide revient ensuite au compresseur. Lorsque la pression du fluide dans la boucle de réchauffage est anormalement basse, en raison d'une masse insuffisante de fluide dans cette boucle ou d'une basse température, le régulateur de pression différentielle 14 est fermé. Le compresseur aspire alors, à travers l'évaporateur 5, du 6 2753412 fluide de la branche 2 et notamment de la bouteille 7. La quantité de fluide dans la boucle de réchauffage augmente donc et par conséquent la pression à la sortie du compres- seur. Lorsque celle-ci atteint la valeur d'ouverture du régulateur 14, la circulation du fluide s'établit dans la boucle de réchauffage. Le fluide à l'état liquide qui peut se trouver en amont de l'évaporateur dans la branche 1 s'évapo- re. La pression en aval du clapet anti-retour 8 dans la branche 2 s'élève au-dessus de la pression en amont de celui- ci, de sorte que le transfert de fluide à partir de la bouteille est interrompu. Si au contraire la pression du fluide dans la boucle de réchauffage excède un seuil prédéterminé, la soupape de surpression 16 s'ouvre et une partie du fluide est transférée de la boucle de réchauffage vers le condenseur 6. Ceci peut se produire après une phase de pompage de fluide dans la boucle de réchauffage, ou en cas d'élévation de pression due à un régime élevé du moteur du véhicule. Dans ce mode de réalisation, le capteur de pression 9 n'intervient normalement pas dans la commande de la circula- tion du fluide dans les différentes branches, et sert seulement à surveiller la pression à la sortie du compres- seur. Le circuit de la figure 2 diffère de celui de la figure 1 en ce que les deux vannes à deux voies 12 et 13 sont remplacées par une vanne à trois voies 17 placée au point B et dont les trois voies communiquent respectivement avec les branches 1, 2 et 3, l'entrée de la conduite de dérivation 11 se faisant en un point D situé en aval du compresseur sur la branche 1. La vanne 17 est commandée par le module 15 de façon à relier l'extrémité aval de la branche 1, soit à l'extrémité amont de la branche 2, soit à celle de la branche 3. La circulation du fluide s'effectue dans les mêmes conditions que dans le circuit de la figure 1. 7 2753412 En variante, l'entrée de la conduite de dérivation peut être reliée à la branche 3, en amont du régulateur 14. Le circuit de la figure 3 diffère de celui de la figure 1 uniquement en ce que l'entrée de la conduite de dérivation 11 se fait en un point E placé sur la branche 3 entre la vanne 13 et le régulateur de pression différentielle 14. La soupape de surpression 16 est alors soumise à la pression à l'entrée du régulateur 14, laquelle est sensiblement identique, lorsque le fluide circule dans la boucle de réchauffage, à la pression à la sortie du compresseur 4. Il est également possible, selon l'invention, de remplacer le régulateur de pression différentielle 14 par un simple étranglement dans la branche 3. Dans ce cas, pour permettre l'augmentation de la masse de fluide réfrigérant dans la boucle de réchauffage, le module de commande 15 commande la fermeture de la vanne 13, en fonction de la pression détectée par le capteur 9. Les vannes 12 et 13 sont alors momentané- ment fermées toutes les deux. De même, il est possible de supprimer la conduite de dériva- tion 11 et la soupape de surpression 16 et d'assurer le renvoi de fluide excédentaire de la boucle de réchauffage vers le condenseur par une ouverture momentanée de la vanne 12, toujours commandée par le module 15 en fonction de la pression détectée par le capteur 9. Ce renvoi de fluide excédentaire, qui permet de réduire la pression du fluide à la sortie du compresseur, est donc fondé sur une détection de la pression du fluide par les moyens de mesure, c'est-à-dire le capteur 9. Dans une première version, les moyens de décharge comparent cette pression du fluide détectée à un seuil de pression maximale et commandent l'ouverture momentanée de la première vanne dès que cette pression détectée dépasse ce seuil de pression maximale. 8 2753412 Ceci permet alors de supprimer la conduite de dérivation 11 et la soupape de surpression 16 comme indiqué. Dans une autre version, la pression de fluide détectée est comparée à une pression de consigne, qui est elle-même calculée par le module de commande 15 en fonction des besoins de chauffage. L'ouverture momentanée de la vanne 12 est alors commandée lorsque la pression de fluide détectée dépasse la pression de consigne. Il est à noter que cette deuxième version est valable dans toutes les variantes de l'invention. La puissance du disposi- tif de chauffage additionnel dépend en effet de la pression du fluide à la sortie du compresseur et de la vitesse du compresseur, qui est elle-même liée au régime moteur. La figure 4 illustre une autre variante du circuit de la figure 1, dans laquelle le détendeur thermostatique 10 est remplacé par un orifice calibré 18, tandis qu'un accumulateur de fluide réfrigérant 19 est placé dans la branche 1 entre l'évaporateur 5 et l'entrée du compresseur 4. Dans une autre variante non représentée, l'ordre de succes- sion du clapet anti-retour 8 et du détendeur 10 est inversé par rapport à celui apparaissant sur les figures 1 à 3. 9 2753412 Revendications 1. 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 (1, 2), contenant également un premier déten- deur (10) interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et une boucle de réchauffage (1, 3), des moyens de commutation (12, 13) étant prévus pour envoyer le fluide sortant de la première branche soit dans la seconde branche, soit dans la troisième branche, 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 qu'il comporte en outre des moyens pour faire varier la quantité de fluide circulant dans la boucle de chauffage en fonction des besoins, ces derniers moyens comprenant des moyens de limitation (14) pour interrompre ou restreindre momentanément la circulation du fluide dans la troisième branche et permettre ainsi au compresseur d'aspirer du fluide de la seconde branche, et des moyens de décharge (11, 16) pour mettre momentanément la seconde branche en relation avec la sortie du compresseur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent une première vanne (12) placée dans la seconde branche en amont du condenseur et une seconde vanne (13) placée dans la troisième branche, associées à une unité de commande (15). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent une vanne à trois voies (17) définissant un premier trajet de fluide de l'extrémité aval de la première branche à l'extrémité amont de la seconde branche et un second trajet de fluide de 2753412 l'extrémité aval de la première branche à l'extrémité amont de la troisième branche, associée à une unité de commande (15). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent des moyens de mesure (9) de la pression du fluide à la sortie du compresseur, reliés à l'unité de commande (15). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de limitation comprennent un régulateur de pression différentielle (14) interposé dans la troisième branche, constituant un second détendeur et autorisant le passage du fluide seulement lorsque la diffé- rence de pression entre son entrée et sa sortie excède un seuil déterminé. 6. Dispositif selon la revendication 4, rattachée à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de limita- tion comprennent ladite seconde vanne (13), commandée en fermeture par l'unité de commande en réponse à une pression basse détectée par les moyens de mesure. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la troisième branche présente un étranglement en aval de la seconde vanne, constituant un second détendeur. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de décharge comprennent une conduite de dérivation (11) contournant les moyens de commutation, sur laquelle est interposée une soupape de surpression (16), permettant de renvoyer le fluide sortant du compresseur à la seconde branche. 9. Dispositif selon la revendication 8, rattachée à la revendication 2, caractérisé en ce que la conduite de dérivation (11) est branchée en parallèle sur la première vanne (12). 11 2753412 10. Dispositif selon la revendication 8, rattachée à la revendication 2, caractérisé en ce que la conduite de dérivation (11) est branchée entre la sortie de la seconde vanne (13) et la sortie de la première vanne (12). 11. Dispositif selon la revendication 8, rattachée à la revendication 3, caractérisé en ce que la conduite de dérivation (11) est branchée entre l'une des voies de la vanne à trois voies (17) reliées aux première et troisième branches (1, 3) et celle reliée à la seconde branche (2). 12. Dispositif selon la revendication 4, rattachée à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de décharge commandent l'ouverture momentanée de la première vanne (12), par l'unité de commande (15), en fonction de la pression du fluide détectée par les moyens de mesure (9), permettant de renvoyer le fluide sortant du compresseur à la seconde branche. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de décharge comparent la pression du fluide détectée par les moyens de mesure (9) à un seuil de pression maximale, et commandent l'ouverture momentanée de la première vanne (12) dès que la pression détectée dépasse le seuil de pression maximale. 14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de décharge comparent la pression de fluide détectée par les moyens de mesure (9) à une pression de consigne calculée par l'unité de commande (15) en fonction des besoins de chauffage, et commandent l'ouverture momenta- née de la première vanne (12) dès que la pression détectée dépasse cette pression de consigne. 15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier détendeur est un détendeur thermostatique (10) disposé dans la seconde branche en aval du condenseur. 12 2753412 16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le premier détendeur est un orifice calibré (18) disposé dans la seconde branche en aval du condenseur et qu'un accumulateur de fluide (19) est disposé dans la première branche entre l'évaporateur et le compres- seur. 17. Dispositif selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce qu'un clapet anti-retour (8) est disposé dans la seconde branche en aval du condenseur, en amont ou en aval du premier détendeur.