Brevet FR2782676A1 — publié le 20000303

L'invention concerne une installation de chauffage et de climatisation d'un véhicule automobile, avec un échangeur de chaleur de chauffage pouvant être alimenté par le fluide de refroidissement du moteur et avec un compresseur disposé dans le circuit de fluide réfrigérant de l'installation de climatisation pour la compression d'un fluide réfrigérant gazeux. Des moteurs modernes à combustion interne de véhicules automobiles, conçus pour optimiser l'utilisation de l'énergie, produisent par moments moins de chaleur perdue que celle qui est nécessaire pour assurer le confort, en particulier pour le chauffage de l'espace intérieur. Dans des véhicules de ce type, il est connu de recourir à des chauffages complémentaires, qui couvrent le déficit de chaleur. En guise de chauffages complémentaires, on connaît surtout des chauffages fonctionnant à partir du carburant ou des chauffages électriques. Par ailleurs, il est connu d'utiliser pour le chauffage des installations de climatisation existantes, le fluide réfrigérant chaud comprimé par le compresseur étant dérivé du circuit de fluide réfrigérant par une conduite de bipasse et conduit à travers un échangeur de chaleur. Cet échangeur de chaleur est disposé, tout comme l'échangeur de chaleur de chauffage parcouru par le fluide de refroidissement, dans le courant de l'air à expulser et chauffe celui-ci en cas de besoin. L'inconvénient du système connu est en premier lieu le coût du montage et les dépenses, qui découlent de l'intégration de deux échangeurs de chaleur disposés l'un après l'autre. Ainsi, ces derniers échangeurs de chaleur nécessitent un grand espace de montage et offrent alors une haute résistance à l'air qui les traverse. La résistance accrue conduit à une augmentation de la puissance nécessaire au ventilateur produisant le courant d'air. L'objet de l'invention est dès lors de concevoir l'installation de chauffage et de climatisation d'un véhicule automobile de façon à fournir un chauffage complémentaire pour un faible espace de montage, avec lequel le courant d'air conduit dans l'espace intérieur du véhicule puisse être chauffé de manière effective. Cet objectif est atteint par une installation de chauffage et de climatisation avec un échangeur de chaleur de chauffage pouvant être alimenté par le fluide de refroidissement du moteur et avec un compresseur disposé dans le circuit de fluide réfrigérant de l'installation de climatisation pour la compression d'un fluide réfrigérant gazeux, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur de chauffage (3) est, de plus, alimenté avec du fluide réfrigérant chauffé, via une conduite de bipasse (14) dérivée du circuit de fluide réfrigérant sur le côté de refoulement du compresseur (8); la conduite de bipasse (14) débouchant à nouveau, après la traversée de l'échangeur de chaleur de chauffage (3), dans le circuit de fluide réfrigérant du côté de l'aspiration du compresseur (8) Du fait que l'échangeur de chaleur de chauffage peut être alimenté non seulement par le fluide de refroidissement du moteur à combustion interne mais en plus par le fluide réfrigérant chaud, via une conduite de bipasse dérivée du circuit du fluide réfrigérant du côté de refoulement du compresseur, le chauffage du courant d'air peut être réalisé dans un seul échangeur de chaleur. Cet échangeur de chaleur peut être parcouru par du fluide réfrigérant chaud, pendant la phase de démarrage du moteur, aussi longtemps que l'eau de refroidissement est froide, et passer ensuite au fonctionnement normal avec le fluide de refroidissement. La commande du courant de fluide de refroidissement, respectivement de fluide réfrigérant, est effectuée en l'occurrence par des vannes réglables dans les conduites. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, l'échangeur de chaleur de chauffage présente, outre la conduite parcourue par le fluide de refroidissement, une conduite séparée pour le fluide réfrigérant chaud. Dans cette forme, les conduites peuvent être adaptées aux besoins particuliers du fluide de refroidissement liquide et du fluide réfrigérant gazeux et la température d'échange de l'échangeur de chaleur de chauffage peut être réglée par les flux réglables séparément dans le circuit de fluide de refroidissement et dans le circuit de fluide réfrigérant. Selon la température du fluide de refroidissement, respectivement du fluide réfrigérant, les courants peuvent être conduits simultanément ou avec un décalage de temps dans l'échangeur de chaleur de chauffage. Un avantage de l'installation de chauffage et de climatisation conforme à l'invention est que la quantité de chaleur disponible dans le véhicule automobile peut être réglée de façon optimale pour le chauffage de l'air. En même temps, le système conforme à l'invention peut être conçu de façon simple, de manière à minimiser le bruit. Au total, en raison de la réduction des composants nécessaires, le système se caractérise par une fiabilité élevée et par de faibles coûts de fonctionnement. Avec une bonne adaptation de la géométrie de l'échangeur de chaleur de chauffage, il est possible d'obtenir une faible résistance à l'air avec un transfert de chaleur efficace, de sorte que la consommation d'énergie nécessaire pour la production du courant d'air peut être maintenue à un niveau bas. Un avantage est aussi que le système conforme à l'invention peut être utilisé pour tous les types d'installations de climatisation, par exemple pour des installations commandées du côté de l'eau ou du côté de l'air, et pour tous les types de fluides réfrigérants. Par exemple, le système peut sans problème être prévu dans des installations de climatisation, qui utilisent du CO2 au lieu des fluides réfrigérants conventionnels. Avantageusement, le fluide réfrigérant est dérivé du circuit de fluide réfrigérant et fourni à la conduite de bipasse via une vanne à trois voies pilotable. Il est alors avantageux de prévoir, après la dérivation, une soupape de détente de gaz dans la conduite de bipasse, afin d'éviter une surchauffe du compresseur. Par le réglage de la soupape de détente réglable ou ajustable avantageusement en continu, on peut régler la température du fluide réfrigérant gazeux dans la conduite de bipasse. Si en plus le flux dans le circuit de fluide de refroidissement est réglable par une vanne de fluide de refroidissement, la température dans l'échangeur de chaleur de chauffage peut être réglée de manière optimale tout en utilisant efficacement la quantité de chaleur présente. Un exemple de réalisation de l'installation de chauffage et de climatisation conforme à l'invention est représenté dans le dessin et est décrit plus en détail ci-dessous. La figure montre un système thermodynamique de chauffage complémentaire, qui présente une installation de climatisation 1 et une installation de chauffage 2. Les deux systèmes sont couplés par un échangeur de chaleur 3 commun, qui est un échangeur de chaleur à chambre double dans cet exemple de réalisation. L'installation de chauffage 2 est alimentée par l'eau de refroidissement du moteur à combustion interne non représenté, via la conduite de fluide de refroidissement 4, le flux du fluide de refroidissement étant réglable par une vanne de fluide de refroidissement 5, qui peut au besoin être fermée. L'échangeur de chaleur à chambre double 3 présente d'une part un réservoir de fluide de refroidissement 6 et d'autre part un réservoir 7 pour le fluide réfrigérant gazeux, avec des tubes d'échangeur de chaleur respectivement associés aux deux réservoirs non représentés. L'eau de refroidissement à haute température, fournie via la conduite de fluide de refroidissement 4, parcourt le côté du fluide de refroidissement de l'échangeur de chaleur, avant d'être, refroidie,puis renvoyée au moteur. L'installation de climatisation 2 présente tous les composants d'une installation de climatisation connue et sert en cas de besoin au refroidissement de l'espace intérieur du véhicule. Dans son circuit, la pièce maîtresse est le compresseur 8, qui fournit le fluide réfrigérant comprimé via une conduite sous pression 9 à un condenseur 10. Après le condenseur est disposée une unité réservoir/sécheur 11, dans laquelle le fluide réfrigérant est préparé pour la détente dans une soupape de détente réglable 12 qui suit. Le fluide réfrigérant est finalement envoyé à l'évaporateur 13, qui opère le refroidissement du courant d'air. Conformément à l'invention, après le compresseur et du côté de refoulement de celui-ci, une conduite de bipasse 14, qui peut être alimentée avec le fluide réfrigérant chauffé par le compresseur 8, est dérivée de la conduite sous pression 9. Pour la dérivation, il est prévu une vanne à trois voies 15, qui est montée dans la conduite sous pression 9. La vanne à trois voies 15 peut être commutée au moyen d'un dispositif de commande. Découplé par la vanne à trois voies 15, le fluide réfrigérant chaud est envoyé, via la conduite de bipasse 14, à une soupape de détente de gaz 16 réglable de façon progressive, par laquelle la température du fluide réfrigérant peut être ajustée avant l'entrée dans l'échangeur de chaleur de chauffage 3. Le fluide réfrigérant, refroidi selon les besoins parvient par la conduite de bipasse 14, du côté du fluide réfrigérant de l'échangeur de chaleur à chambre double 3, dans le réservoir 7 pour le fluide réfrigérant gazeux. Après la traversée de l'échangeur de chaleur de chauffage 3, la conduite de bipasse 14 débouche sur le côté de l'aspiration du compresseur 8 dans le circuit de fluide réfrigérant. Pour éviter un écoulement du fluide réfrigérant dans l'évaporateur 13, un clapet anti- retour 17 est monté dans le circuit de fluide réfrigérant, qui fait barrage en direction de l'évaporateur 13. 7 _ Revendications 1. Installation de chauffage et de climatisation d'un véhicule automobile avec un échangeur de chaleur de chauffage pouvant être alimenté par le fluide de refroidissement du moteur et avec un compresseur disposé dans le circuit de fluide réfrigérant de l'installation de climatisation pour la compression d'un fluide réfrigérant gazeux, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur de chauffage (3) est, de plus, alimenté avec du fluide réfrigérant chauffé, via une conduite de bipasse (14) dérivée du circuit de fluide réfrigérant sur le côté de refoulement du compresseur (8); la conduite de bipasse (14) débouchant à nouveau, après la traversée de l'échangeur de chaleur de chauffage (3), dans le circuit de fluide réfrigérant du côté de l'aspiration du compresseur (8). 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur de chauffage (3) présente, outre la zone d'échange (6) parcourue par le fluide de refroidissement, une zone d'échange séparée (7) pour le fluide réfrigérant chauffé. 3. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la conduite de bipasse (14) est dérivée du circuit de fluide réfrigérant par une vanne à trois voies (15) pilotable. 4. Installation suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'une soupape de détente de gaz (16) est disposée dans la conduite de bipasse (14). 5. Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la soupape de détente de gaz (16) est réglable ou ajustable. 6. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le flux dans le circuit de fluide de refroidissement est réglable au moyen d'une vanne de fluide de refroidissement (5). 7. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la température d'échange de l'échangeur de chaleur de chauffage (3) est réglable par le flux dans le circuit de fluide de refroidissement et le flux dans le circuit de fluide réfrigérant. 8. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un clapet anti-retour (17) est disposé dans le circuit de fluide réfrigérant, entre l'embouchure de la conduite de bipasse (14) et l'évaporateur (13).