Brevet FR2766762A1 — publié le 19990205

Procédé et disDositif pour réguler la puissance thermique d'une boucle de chauffage additionnel sour un habitacle de véhicule L'invention concerne un procédé pour réguler la puissance thermique d'une boucle de chauffage additionnel utilisant un compresseur pour faire circuler un fluide qui peut se présenter à l'état liquide et à l'état gazeux, dans une installation de chauffage et/ou climatisation d'un habitacle de véhicule. Un tel chauffage additionnel est mis en route lorsque l'installation de chauffage proprement dite ne permet pas de fournir la puissance thermique nécessaire au chauffage de l'habitacle en fonction des consignes données par le ou les passagers du véhicule. Ceci est le cas notamment dans un circuit tel que ceux décrits dans FR-A-2 717 126 et dans FR-A-2 731 952, comprenant une première branche contenant un évaporateur suivi dudit 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 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 de climatisation comprenant en outre des moyens pour envoyer dans l'habitacle de l'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur. Lorsque le fluide circule dans la boucle de réchauffage, l'évaporateur est utilisé comme échangeur de chaleur pour le chauffage de l'habitacle. Cette boucle de réchauffage constitue alors une boucle de chauffage additionnel. Le but de l'invention est de réguler la puissance thermique de la boucle de chauffage additionnel en fonction des besoins. L'invention part de la découverte que la puissance thermique de la boucle de chauffage additionnel peut être régulée en agissant sur le compresseur qui fait circuler le fluide dans la boucle de chauffage additionnel. Dans le procédé selon l'invention, on règle la pression du fluide au refoulement du compresseur. Ainsi, cette régulation peut être effectuée de manière particulièrement simple. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - On augmente, respectivement diminue, la pression du fluide au refoulement du compresseur pour augmenter, respectivement diminuer, la puissance thermique de la boucle de chauffage additionnel. - On règle la pression du fluide au refoulement du compresseur en réglant la cylindrée et/ou la vitesse du compresseur. - Dans un procédé où l'installation comprend en outre une boucle de chauffage principal, ce procédé comprend les opérations suivantes a) déterminer une valeur de puissance thermique nécessaire au chauffage de l'habitacle, b) déterminer une valeur de capacité de chauffage de la boucle de chauffage principal, c) commander la boucle de chauffage additionnel si la valeur de capacité de chauffage de la boucle de chauffage principal est inférieure à la valeur de puissance thermique nécessaire au chauffage de l'habitacle, et d) ajuster la valeur de pression du fluide au refoulement du compresseur en fonction de la valeur de la différence entre la puissance thermique et la capacité de chauffage. - On détermine la valeur de puissance thermique à partir d'une valeur de température extérieure à l'habitacle et d'une valeur de température de consigne. - On détermine la valeur de capacité de chauffage à partir d'une valeur de température liée à la boucle de chauffage principal. - Le fluide est un fluide réfrigérant circulant dans un circuit d'un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, ce circuit comprenant une première branche contenant un évaporateur suivi dudit 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 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, et, pour réguler la puissance thermique de la boucle de réchauffage (chauffage additionnel), on règle la pression du fluide réfrigérant au refoulement du compresseur. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, lequel comprend des moyens de réglage pour régler la pression du fluide au refoulement du compresseur. Avantageusement, ces moyens de réglage agissent sur la cylindrée et/ou la vitesse du compresseur. Dans le cas où le dispositif est appliqué à une installation de chauffage et/ou climatisation comprenant en outre une boucle de chauffage principal, ce dispositif comprend - des premiers moyens de calcul propres à fournir une valeur de puissance thermique nécessaire au chauffage de l'habita- cle, - des seconds moyens de calcul propres à fournir une valeur de capacité de chauffage de la boucle de chauffage principal, - des moyens de comparaison propres à comparer la valeur de capacité de chauffage et la valeur de puissance thermique et à commander la boucle de chauffage additionnel si la valeur de capacité de chauffage est inférieure à la valeur de puissance thermique. Les premiers moyens de calculs sont avantageusement reliés à un capteur de température propre à délivrer une valeur de température extérieure à l'habitacle et à un tableau de commande propre à délivrer une valeur de température de consigne. Les seconds moyens de calcul sont avantageusement reliés à un capteur de température propre à délivrer une valeur de température liée à la boucle de chauffage principal. 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: - la figure 1 est un schéma d'un circuit de fluide réfrigérant faisant partie d'une installation pour la climatisation et le chauffage de l'habitacle d'un véhicule, équipé d'un dispositif selon l'invention, cette installation comprenant en outre une boucle de chauffage principal - la figure 2 est un diagramme représentant les variations de la capacité de chauffage du véhicule sans chauffage addition nel et les variations de la consigne de puissance de chauffage additionnel, ces variations étant exprimées sous la forme d'une puissance thermique en fonction de la température ; et - la figure 3 est un diagramme représentant les caractéristiques de la pression de régulation au refoulement du compresseur, exprimée en pourcentage de la pression maximale, en fonction de la puissance thermique de la boucle de chauffage additionnel, exprimée en pourcentage. Dans le circuit de la figure 1 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 autre détendeur 14 est placé dans la branche 3. Un capteur de pression 9 détecte la pression du fluide à la sortie du compresseur. Les trois voies d'une vanne à trois voies 17 placée au point B communiquent respectivement avec les branches 1, 2 et 3. Une conduite de dérivation 11, contenant une vanne de décharge 16, relie un point D situé en aval du compresseur sur la branche 1 à un point C situé sur la branche 2 entre la vanne 17 et le condenseur 6, de sorte que la vanne 16 relie ces deux branches en parallèle avec la vanne 17. La vanne 17 est commandée par un module de commande 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. Lors du fonctionnement du dispositif en mode de refroidissement, le fluide refoulé par le compresseur 4 passe par le point B, la vanne 17 et le point C pour atteindre le condenseur 6 où il se condense en cédant de la chaleur à l'air ambiant, puis traverse la bouteille 7 et le clapet antiretour 8 et subit une détente dans le détendeur thermostatique 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, c'est-à-dire en mode de chauffage additionnel, le fluide circule dans la boucle de réchauffage formée par les branches 1 et 3. En sortant du compresseur 4, il passe par le point D et la vanne 17, puis dans le détendeur 14 et atteint, en restant à l'état gazeux, l'évaporateur 5 où il cède de la chaleur à de l'air destiné à être envoyé dans l'habitacle. Le fluide revient ensuite au compresseur. Le circuit de la figure 1 comprend en outre une boucle de chauffage principal 18 faisant partie d'un circuit classique parcouru par le liquide de refroidissement sortant du moteur M du véhicule. Ce liquide de refroidissement, qui est échauffé par le moteur, circule dans le circuit sous l'action d'une pompe 19, encore appelée pompe à eau, et traverse un échangeur de chaleur 20, ou aérotherme, servant au chauffage de l'habitacle. La boucle 18 fait partie d'une circuit classique comprenant une autre boucle (non représentée) incluant un radiateur servant au refroidissement du moteur. L'échangeur de chaleur 20 procure une capacité de chauffage CC, exprimée en termes d'une puissance, qui est une fonction linéaire de la température du liquide de refroidissement traversant l'échangeur de chaleur 20, comme le montre la figure 2. L'utilisateur du véhicule définit une température de consigne TC, c'est-à-dire la valeur de la température souhaitée dans l'habitacle, d'où il résulte une puissance thermique PT nécessaire au chauffage de l'habitacle, comme montré à la figure 2. On comprendra que la capacité de chauffage CC du véhicule (sans chauffage additionnel) peut être soit inférieure, soit supérieure, à la puissance thermique PT nécessaire au chauffage de l'habitacle. Dans le premier cas, il est nécessaire de mettre en fonctionnement la boucle de chauffage additionnel pour procurer un complément de puissance thermique, alors que dans le second cas, la boucle de chauffage principal est suffisante pour procurer la puissance thermique souhaitée. Le circuit de la figure 1 comprend en outre un pulseur 21 destiné à envoyer dans l'habitacle un flux d'air ayant traversé successivement l'évaporateur 5 et l'échangeur de chaleur 20. Le circuit de la figure 1 est équipé d'une unité de traitement 22 comprenant un premier calculateur 23 relié à un capteur de température 24 propre à délivrer une valeur de température extérieure à l'habitacle TE et à un tableau de commande 25 propre à délivrer une valeur de température de consigne TC fixée par le ou les occupants du véhicule. Le calculateur 23 déduit une valeur de puissance thermique PT nécessaire au chauffage de l'habitacle. Cette valeur est en effet fonction essentiellement de la température extérieure et de la température de consigne, c'est-à-dire la température souhaitée à l'intérieur de l'habitacle. L'unité de traitement 22 comprend en outre un second calculateur 26 relié à un capteur de température 27 propre à délivrer une valeur de température TP liée à la boucle de chauffage principal 18. Dans l'exemple, le capteur 27 capte la température du liquide de refroidissement dans l'échangeur de chaleur 20. Le calculateur 26 en déduit une valeur de capacité de chauffage CC. Les calculateurs 23 et 26 sont reliés à un comparateur 28 qui compare les valeurs de la capacité de chauffage CC et de la puissance thermique TP. Ce comparateur 28 est propre à envoyer un signal S pour mettre en route la boucle de réchauffage (chauffage additionnel) du circuit si la valeur CC est inférieure à la valeur PT. Pour cela, on utilise un compresseur 4 qui peut être soit à cylindrée variable, soit à vitesse variable. Le signal S agit non seulement sur la mise en fonctionnement de la boucle de chauffage additionnel, en agissant sur le module de commande 15, mais aussi sur la régulation de la puissance thermique de cette dernière. En effet, plus la différence PT - CC est importante, plus la puissance thermique délivrée par la boucle de chauffage additionnelle doit être importante. Le diagramme de la figure 2 montre également les variations de la valeur de la consigne de puissance CP de la boucle de chauffage additionnel. Cette variation est linéaire. Lorsque la température de l'eau dans l'aérotherme est égale à la température extérieure TE, la capacité de chauffage de la boucle de chauffage principal est nulle. La boucle de chauffage additionnel doit alors fournir une consigne de puissance CP qui correspond à la puissance thermique PT nécessaire au chauffage de l'habitacle. Cette consigne de puissance CP devient nulle lorsque la capacité de chauffage CC atteint la valeur PT (intersection I des droites représentatives des valeurs CC et PT). Cette consigne de puissance CP devient nulle à une température TA qui correspond à l'arrêt de la boucle de chauffage additionnel. Le comparateur 28 délivre un signal S proportionnel à la différence PT - CC, ce qui permet d'augmenter la cylindrée du compresseur et/ou sa vitesse en fonction de la grandeur de cette différence. Ainsi, la puissance thermique fournie par la boucle de chauffage additionnel évolue en fonction de la différence entre les valeurs PT et CC. Lorsque la valeur CC atteint la valeur PT, l'unité de commande 15 arrête le fonctionnement de la boucle de chauffage additionnel. Le diagramme de la figure 3 illustre les variations de la pression PR au refoulement du compresseur en fonction de la puissance thermique PT de la boucle de réchauffage. On constate qu'il s'agit d'une courbe croissante. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment et s'étend à d'autres variantes. Revendications 1. Procédé pour réguler la puissance thermique d'un boucle de chauffage additionnel (1, 3) utilisant un compresseur (4) pour faire circuler un fluide qui peut se présenter à l'état liquide et à l'état gazeux, dans une installation de chauffage et/ou climatisation d'un habitacle de véhicule, caractérisé en ce que l'on règle la pression du fluide au refoulement du compresseur (4). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on augmente, respectivement diminue, la pression du fluide au refoulement du compresseur (4) pour augmenter, respectivement diminuer, la puissance thermique (PT) de la boucle de chauffage additionnel (1, 3). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on règle la pression du fluide au refoulement du compresseur (4) en réglant la cylindrée et/ou la vitesse du compresseur. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'installation comprend en outre une boucle de chauffage principal (18), caractérisé par les opérations suivantes a) déterminer une valeur de puissance thermique (PT) nécessaire au chauffage de l'habitacle, b) déterminer une valeur de capacité de chauffage (CC) de la boucle de chauffage principal (18), c) commander la boucle de chauffage additionnel (1, 3) si la valeur de capacité de chauffage (CC) de la boucle de chauffage principal (18) est inférieure à la valeur de puissance thermique (PT) nécessaire au chauffage de l'habitacle, et d) ajuster la valeur de pression du fluide (PR) au refoulement du compresseur (4) en fonction de la valeur de la différence (PT - CC) de la puissance thermique et de la capacité de chauffage. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on détermine la valeur de la puissance thermique (PT) à partir d'une valeur de température extérieure à l'habitacle (TE) et d'une valeur de température de consigne (TC). 6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'on détermine la valeur de capacité de chauffage (CC) à partir d'une valeur de température (TP) liée à la boucle de chauffage principal (18). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide est un fluide réfrigérant circulant dans un circuit d'un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, ce circuit comprenant une première branche (1) contenant un évaporateur (5) suivi dudit 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) et une boucle de réchauffage (1, 3), des moyens de commutation (17) 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, et en ce que, pour réguler la puissance thermique (PT) de la boucle de réchauffage (1, 3) (chauffage additionnel), on règle la pression du fluide réfrigérant au refoulement du compresseur (4). 8 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage pour régler la pression du fluide au refoulement du compresseur (4). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de réglage agissent sur la cylindrée et/ou la vitesse du compresseur (4). 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, appliqué à une installation de chauffage et/ou climatisation comprenant en outre une boucle de chauffage principal (18), caractérisé en ce qu'il comprend - des premiers moyens de calcul (23) propres à fournir une valeur de puissance thermique (PT) nécessaire au chauffage de l'habitacle, - des seconds moyens de calcul (26) propres à fournir une valeur de capacité de chauffage (CC) de la boucle de chauffage principal (18), et - des moyens de comparaison (28) propres à comparer la valeur de capacité de chauffage (CC) et la valeur de la puissance thermique (PT) et à commander la boucle de chauffage additionnel (1, 3) si la valeur de capacité de chauffage (CC) est inférieure à la valeur de puissance thermique (PT). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les premier moyens de calcul (23) sont reliés à un capteur de température (24) propre à délivrer une valeur de température extérieure à l'habitacle (TE) et à un tableau de commande (25) propre à délivrer une valeur de température de consigne (TC). 12. Dispositif selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que les seconds moyens de calcul (26) sont reliés à un capteur de température (27) propre à délivrer une valeur de température (TP) liée à la boucle de chauffage principal (18).