Brevet FR2808739A1 — publié le 20011116

La présente invention concerne un dispositif de régulation thermique à pompe à chaleur, pour véhicule automobile. On connaît déjà dans l'état de la technique, notamment d'après FR-2 697 210, un dispositif de régulation thermique pour véhicule automobile, du type comprenant - une pompe à chaleur comportant un circuit de fluide frigorigène à compression prélevant des calories d'une source froide pour les transférer au moins partiellement vers une source chaude, et - un échangeur thermique fluide caloporteur/air, dit échangeur extérieur, agencé dans un compartiment moteur du véhicule, le fluide caloporteur étant choisi parmi le fluide frigorigène et un fluide caloporteur en échange thermique avec le fluide frigorigène de la source froide. Le circuit à compression comprend habituellement un évaporateur, en échange thermique avec la source froide, et un condenseur, en échange thermique avec la source chaude, ces éléments étant raccordés entre eux par un compresseur et un détendeur. Le fluide frigorigène se vaporise dans l'évaporateur en enlevant de la chaleur à la source froide. Le compresseur aspire le fluide frigorigène vaporisé et le refoule dans le condenseur refroidi (par échange thermique avec la source chaude) dans lequel il se condense. Le détendeur laisse passer le fluide frigorigène liquide vers l'évaporateur en abaissant sa pression. Une pompe à chaleur peut être utilisée soit pour chauffer un espace ou un organe soit pour refroidir cet espace ou cet organe. Dans FR-2 697 210, d'une part, la source froide comporte un premier échangeur thermique fluide frigorigène/liquide caloporteur couplant thermiquement le circuit de fluide frigorigène, formant un circuit principal, à un premier circuit secondaire de liquide caloporteur et, d'autre part, la source chaude comporte un second échangeur thermique fluide frigorigène/liquide caloporteur couplant thermiquement le circuit principal de fluide frigorigène à un second circuit secondaire de liquide caloporteur. Les circuits secondaires peuvent être raccordés sélectivement, par l'intermédiaire de vannes appropriées, à un échangeur thermique extérieur, placé de préférence en face avant dans le compartiment moteur du véhicule, et à un échangeur thermique intérieur, placé de préférence dans l'habitacle du véhicule. En agissant sur les vannes, on peut utiliser la pompe à chaleur soit pour réfrigérer l'habitacle d'un véhicule (dans ce premier cas, la source chaude est l'échangeur thermique extérieur et la source froide est l'échangeur thermique intérieur), soit pour réchauffer l'habitacle (dans ce second cas, la source chaude est l'échangeur thermique intérieur et la source froide est l'échangeur thermique extérieur). On notera dans ce dernier cas que les performances de la pompe à chaleur sont limitées par la température de l'air extérieur. En effet, en saison froide, la température de l'air limite le rendement de la pompe à chaleur, lorsque celle-ci est utilisée à des fins de chauffage de l'habitacle. Par ailleurs, le givrage de la source froide en saison froide peut nuire aux performances de fonctionnement de la pompe à chaleur. L'invention a pour but d'optimiser les performances d'un dispositif de régulation thermique à pompe à chaleur notamment lorsqu'il est utilisé pour réchauffer l'habitacle d'un véhicule automobile. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de régulation thermique pour véhicule automobile, du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de formation d'un flux d'air traversant l'échangeur extérieur, dit flux d'air sortant, dirigé de l'intérieur du compartiment moteur vers l'extérieur du véhicule. Suivant des caractéristiques de différents modes de réalisation de ce dispositif - les moyens de formation du flux d'air comprennent un ventilateur ; - le ventilateur est susceptible de tourner dans un premier sens, pour former un flux d'air dirigé de l'extérieur du véhicule vers l'intérieur du compartiment moteur, dit flux d'air rentrant, et dans un second sens opposé au premier, pour former le flux d'air sortant ; - le flux d'air rentrant est destiné à traverser un échangeur thermique liquide caloporteur/air, raccordé à un circuit de refroidissement du moteur, lorsque cet échangeur thermique liquide caloporteur/air est activé ; - le ventilateur est intercalé longitudinalement entre l'échangeur extérieur et un passage d'air frontal obturable faisant communiquer le compartiment moteur et l'extérieur du véhicule ; - le ventilateur est intercalé longitudinalement entre le moteur et l'échangeur extérieur ; - le dispositif comprend des moyens de renvoi du flux d'air sortant en aval de l'échangeur extérieur, destinés à diriger ce flux d'air sortant vers une sortie d'air soumise à une pression dynamique d'air plus faible que celle à laquelle est soumis le passage frontal ; - les moyens de renvoi du flux d'air sortant comprennent des moyens d'obturation du passage d'air frontal ; - la sortie d'air est ménagée dans une paroi formant un fond du compartiment moteur ; - l'échangeur extérieur est un échangeur de la source froide fluide frigorigène/air ; - la source froide comprend un échangeur fluide frigorigène/liquide caloporteur couplant thermiquement le circuit de fluide frigorigène avec un circuit de liquide caloporteur raccordé à l'échangeur extérieur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un ensemble à pompe à chaleur pour un dispositif de régulation thermique selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessus schématique d'une partie avant de véhicule automobile munie d'un dispositif de régulation thermique selon un premier mode de réalisation l'invention ; - les figures 3 et 4 sont des vues similaires à la figure 2 de dispositifs de régulation thermique selon des deuxième et troisième modes de réalisation de l'invention respectivement ; - la figure 4 est une vue de côté schématique du dispositif régulation thermique selon le troisième mode de réalisation de l'invention. On a représenté sur la figure 1, un ensemble à pompe à chaleur, désigné par la référence 10, pour un dispositif de régulation thermique selon l'invention représenté selon plusieurs mode de réalisation de l'invention sur les figures 2 à 5. Dans ce qui suit, deux organes sont dits couplés thermiquement entre eux lorsqu'ils échangent de la chaleur entre eux au moyen d'un échangeur thermique approprié. L'ensemble 10 comprend une pompe à chaleur 12 comportant un circuit principal 14 de fluide frigorigène, de type à compression, prélevant des calories d'une source froide 16 pour les transférer au moins partiellement vers une source chaude 18. Dans l'exemple décrit, les sources froide 16 et chaude 18 sont raccordées entre elles par un compresseur 20 (électrique et/ou mécanique) et une vanne de détente 22. Le fluide frigorigène se vaporise en enlevant de la chaleur à la source froide 16. Le compresseur 20 aspire le fluide vaporisé et le refoule vers la source chaude où il se condense en refroidissant. La vanne de détente 22 laisse passer le fluide frigorigène liquide vers la source froide 16 en abaissant sa pression. Le sens de circulation du fluide frigorigène dans le circuit 14 est indiqué par des flèches sur la figure 1. La source froide 16 comporte un échangeur thermique 24 fluide frigorigène/liquide caloporteur, dit échangeur de source froide, couplant thermiquement le circuit principal 14 de fluide frigorigène à un circuit secondaire 26 de liquide caloporteur. Ce dernier comporte une pompe 28 de mise en circulation du liquide caloporteur, raccordée à l'entrée de l'échangeur de source froide 24. Le sens de circulation du liquide caloporteur dans le secondaire 26 est indiqué par une flèche sur la figure 1. Le fluide frigorigène circulant dans le circuit principal 14 est d'un type classique. Ce fluide frigorigène est choisi par exemple parmi un dérivé chloré et fluoré du méthane ou de l'éthane (Fréon), un hydrocarbure, l'ammoniac ou le dioxyde de carbone. Le liquide caloporteur circulant dans circuit secondaire 26 est de préférence un mélange d'eau et d'antigel (glycol). Dans l'exemple illustré, le circuit secondaire 26 est destiné à être raccordé, dans au moins certaines configurations d'utilisation, à un échangeur thermique dit extérieur 30, comme cela est représenté sur la figure 1. L'échangeur extérieur 30 est un échangeur liquide caloporteur/air. Le cas échéant, la source chaude 18 peut comporter un échangeur thermique fluide frigorigène/liquide caloporteur (non représenté) couplant thermiquement le circuit principal 14 de fluide frigorigène à un circuit secondaire de liquide caloporteur (non représenté). La pompe à chaleur 12 est destinée à être utilisée, selon le mode de fonctionnement sélectionné, soit pour réfrigérer l'habitacle du véhicule, soit pour chauffer cet habitacle. Lorsque la pompe à chaleur est utilisée pour chauffer l'habitacle, la source chaude 18 apporte des calories à l'habitacle. Sur la figure 2, on a représenté une partie avant de véhicule automobile munie d'un dispositif de régulation thermique selon un premier mode de réalisation l'invention, désigné par la référence générale 32. La partie avant du véhicule délimite un compartiment 34 pour un moteur thermique 36 du véhicule. L'échangeur extérieur 30 est placé dans le compartiment moteur 36 du véhicule. On a également représenté sur la figure 1 un échangeur thermique 38 liquide caloporteur/air, de type classique, appelé par la suite échangeur de refroidissement, raccordé à un circuit 39 de refroidissement du moteur 36. Les échangeurs extérieur 30 et de refroidissement 38 sont agencés par exemple l'un derrière l'autre en considérant la direction longitudinale du véhicule. Un ventilateur 40, entraîné à l'aide de moyens motorisés classiques, est intercalé longitudinalement entre l'échangeur extérieur 30 et un passage d'air frontal 42 obturable faisant communiquer le compartiment moteur et l'extérieur du véhicule. Le ventilateur 40 est piloté à l'aide de moyens classiques permettant de le faire tourner, d'une part, dans un premier sens, pour former un flux d'air dirigé de l'extérieur du véhicule vers l'intérieur du compartiment moteur 34 (dans le sens opposé à celui des flèches épaisses représentées sur la figure 2), dit flux d'air rentrant et, d'autre part, dans un second sens opposé au premier, pour former un flux d'air dirigé de l'intérieur du compartiment moteur 34 vers l'extérieur du véhicule (dans le sens des flèches épaisses représentées sur la figure 2), dit flux d'air sortant. Le ventilateur 40 fonctionne donc sélectivement en mode soufflant (rotation dans le premier sens) ou aspirant (rotation dans le second sens). Tant que la température du moteur est inférieure à un certain seuil (par exemple pendant une période plus ou moins longue qui suit le démarrage du moteur), le circuit de refroidissement 39 et, plus particulièrement, l'échangeur de refroidissement 38 sont désactivés (l'activation des moyens de refroidissement du moteur est généralement commandée par un thermostat). Le ventilateur 40 est commandé de façon à tourner dans le second sens de formation du flux d'air sortant. L'habitacle du véhicule peut donc dans ce cas être chauffé à l'aide de la pompe à chaleur 12 fonctionnant en mode chauffage selon lequel la source chaude 18 apporte des calories à l'habitacle. Lorsque l'échangeur de refroidissement 38 est activé, le ventilateur 40 est commandé de préférence de façon à tourner dans le premier sens de formation du flux d'air rentrant. Ce flux d'air rentrant traverse l'échangeur de refroidissement 38 en favorisant les échanges thermiques entre le flux d'air relativement froid provenant de l'extérieur du véhicule et le liquide caloporteur circulant dans le circuit de refroidissement 39. Dans ce mode de fonctionnement du ventilateur 40, le passage d'air frontal 42 est au moins partiellement ouvert. Par contre, lorsque l'échangeur extérieur 30 est activé et l'échangeur thermique 38 est désactivé, le ventilateur 40 est commandé de préférence de façon à tourner dans le second sens de formation du flux d'air sortant. Ce flux d'air sortant traverse l'échangeur extérieur 30 en favorisant les échanges thermiques entre le flux d'air provenant de l'intérieur du compartiment moteur 34 et le liquide caloporteur circulant dans le circuit secondaire 26. Divers organes exothermiques sont disposés habituellement dans le compartiment 34, en particulier le moteur thermique. De ce fait, le flux d'air sortant, provenant de l'intérieur du compartiment moteur 34, est généralement plus chaud que le flux d'air rentrant. Ainsi, la source froide 16, couplée thermiquement avec l'échangeur extérieur 30, est plus chaude lorsque cet échangeur extérieur 30 est en contact avec le flux d'air sortant (relativement chaud) que lorsqu'il est en contact avec de l'air provenant de l'extérieur du véhicule. L'activation du ventilateur 40 de façon à générer le flux d'air sortant permet, lorsque la pompe à chaleur 12 est utilisée en mode de chauffage de l'habitacle, d'optimiser le fonctionnement de cette pompe à chaleur 12 et de réduire le risque de givrage de l'échangeur extérieur 30, notamment en saison froide. On notera que, dans le premier mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 2, le flux d'air sortant est évacué du compartiment moteur 34 par le passage d'air frontal 42 qui est au moins partiellement ouvert. Sur les figures 3 à 5, on a représenté des dispositifs de régulation thermique selon des deuxième et troisième modes de réalisation de l'invention. Sur ces figures, les éléments analogues à ceux des figures précédentes sont désignés par des références identiques. Dans le deuxième mode de réalisation de l'invention, illustré sur la figure 3, un ventilateur supplémentaire 44 est intercalé longitudinalement entre le moteur 36 et l'échangeur extérieur 30. Dans ce cas, le ventilateur 40 est destiné à former le flux d'air rentrant et le ventilateur supplémentaire 44 est destiné à former le flux d'air sortant. Ceci permet d'optimiser les fonctionnements des ventilateurs 40 et 44, notamment en ce qui concerne leurs caractéristiques de débit et d'acoustique, en tenant compte de leurs destinations respectives à former, le premier (ventilateur 40) le flux d'air rentrant, et le second (ventilateur supplémentaire 44) le flux d'air sortant. Lorsque le ventilateur supplémentaire 44 est activé pour générer le flux d'air sortant (pompe à chaleur 12 fonctionnant en mode chauffage), le ventilateur 40 est généralement désactivé (moteur froid). Lorsque le ventilateur 40 est activé pour générer le flux d'air rentrant (échangeur de refroidissement 38 activé), le ventilateur supplémentaire 44 est généralement désactivé (pompe à chaleur 12 désactivée). Dans le troisième mode de réalisation de l'invention, illustré sur les figures 4 et 5, le flux d'air sortant est renvoyé, en aval de l'échangeur extérieur 30, vers une sortie d'air 46 soumise à une pression dynamique d'air plus faible que celle à laquelle est soumis le passage frontal 42. De préférence, la sortie d'air 46 est ménagée dans une paroi sensiblement horizontale 48 formant un fond du compartiment moteur 34. Des moyens 50 d'obturation du passage frontal 42, tels que des volets pilotés classiques, permettent, en obturant au moins partiellement le passage 42, de renvoyer le flux d'air sortant en aval de l'échangeur extérieur dans une direction sensiblement verticale favorisant l'évacuation de l'air par la sortie 46. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus. En particulier, le ventilateur 40 des premier et troisième modes de réalisation n'est pas nécessairement commun à l'échangeur extérieur 30 et à l'échangeur de refroidissement 38. Un ventilateur spécifique à l'échangeur extérieur 30 peut être prévu. De plus, dans le cas du deuxième mode de réalisation de l'invention, chacun des ventilateurs 40, 44 pourrait être réversible (susceptible de fonctionner en mode soufflant et en mode aspirant). En particulier, le ventilateur intercalé longitudinalement entre le moteur 36 et l'échangeur extérieur 30 pourrait être réversible. Par ailleurs, dans le cas d'une pompe à chaleur classique à cycle réversible (sens de circulation du fluide frigorigène réversible), l'échangeur liquide caloporteur/air 30 et le circuit secondaire 26 peuvent être supprimés. On utilisera alors comme échangeur de source froide 24 un échangeur fluide frigorigène/air agencé en lieu et place de l'échangeur 30 liquide caloporteur/air et exerçant une fonction analogue à celle de cet échangeur 30. Enfin, le moteur 36 destiné à mouvoir le véhicule n'est pas nécessairement de type thermique mais peut être éventuellement d'un autre type, notamment électrique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation thermique pour véhicule automobile, du type comprenant - une pompe à chaleur (12) comportant un circuit (14) de fluide frigorigène à compression prélevant des calories d'une source froide (16) pour les transférer au moins partiellement vers une source chaude (18), et - un échangeur thermique fluide caloporteur/air, dit échangeur extérieur (30), agencé dans un compartiment moteur (34) du véhicule, le fluide caloporteur étant choisi parmi le fluide frigorigène et un fluide caloporteur en échange thermique avec le fluide frigorigène de la source froide (16), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de formation d'un flux d'air traversant l'échangeur extérieur (30), dit flux d'air sortant, dirigé de l'intérieur du compartiment moteur (34) vers l'extérieur du véhicule. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de formation du flux d'air comprennent un ventilateur (40; 44). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ventilateur (40) est susceptible de tourner dans un premier sens, pour former un flux d'air dirigé de l'extérieur du véhicule vers l'intérieur du compartiment moteur (34), dit flux d'air rentrant, et dans un second sens opposé au premier, pour former le flux d'air sortant. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le flux d'air rentrant est destiné à traverser un échangeur thermique (38) liquide caloporteur/air, raccordé à un circuit (39) de refroidissement du moteur, lorsque cet échangeur thermique (38) liquide caloporteur/air est activé. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ventilateur (40) est intercalé longitudinalement entre l'échangeur extérieur (30) et un passage d'air frontal (42) obturable faisant communiquer le compartiment moteur (34) et l'extérieur du véhicule. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ventilateur (44) est intercalé longitudinalement entre le moteur (36) et l'échangeur extérieur (30). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (50) de renvoi du flux d'air sortant en aval de l'échangeur extérieur (30), destinés à diriger ce flux d'air sortant vers une sortie d'air (46) soumise à une pression dynamique d'air plus faible que celle à laquelle est soumis le passage frontal (42). 8. Dispositif selon les revendications 5 et 7 prises ensemble, caractérisé en ce que les moyens de renvoi du flux d'air sortant comprennent des moyens (50) d'obturation du passage d'air frontal (42). 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la sortie d'air (46) est ménagée dans une paroi (48) formant un fond du compartiment moteur (34). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'échangeur extérieur (30) est un échangeur de la source froide (16) fluide frigorigène/air. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la source froide (16) comprend un échangeur (24) fluide frigorigène/liquide caloporteur couplant thermiquement le circuit de fluide frigorigène avec un circuit (26) de liquide caloporteur raccordé à l'échangeur extérieur (30).