Brevet FR2804068A1 — publié le 20010727

La présente invention se rapporte à un dispositif de chauffage et de climatisation d'un habitacle de véhicule automobile, et à un véhicule automobile équipé d'un tel dispositif. On connaît de la technique antérieure un dispositif de chauffage et de climatisation d'un habitacle de véhicule automobile, comprenant a) un circuit de chauffage renfermant un fluide caloporteur circulant entre une source de chaleur et un premier échangeur thermique placé dans ledit habitacle, et b) un circuit de climatisation renfermant un fluide frigorigène circulant entre l'extérieur et un deuxième échangeur thermique. Dans ce dispositif de la technique antérieure, typiquement, le premier échangeur thermique est un aérotherme et le deuxième échangeur thermique est un évaporateur placé dans l'habitacle du véhicule automobile. Du fait qu'il comporte deux échangeurs thermiques destinés à être placés dans l'habitacle du véhicule, un tel dispositif est à la fois coûteux et encombrant. En outre, dans un tel dispositif, il est fréquent que le bruit de détente du fluide frigorigène se propage à travers l'évaporateur, ce qui est désagréable pour les passagers. La présente invention a pour but de fournir un dispositif de chauffage et de climatisation qui ne présente pas ces inconvénients. On atteint ce but de l'invention avec un dispositif de chauffage et de climatisation d'un habitacle de véhicule automobile, comprenant a) un circuit de chauffage renfermant un fluide caloporteur circulant entre une source de chaleur et un premier échangeur thermique placé dans ledit habitacle, et b) un circuit de climatisation renfermant un fluide frigorigène circulant entre l'extérieur et un deuxième échangeur thermique, remarquable en ce que ledit deuxième échangeur thermique est placé à l'extérieur dudit habitacle et en ce qu'il est agencé de manière à pouvoir transférer de la chaleur dudit fluide caloporteur audit fluide frigorigène. Grâce à ces caractéristiques, on peut n'utiliser qu'un seul échangeur thermique pour chauffer ou climatiser l'habitacle du véhicule automobile, les échanges thermiques entre le fluide frigorigène et cet habitacle s'effectuant par l'intermédiaire du fluide caloporteur et de cet échangeur thermique. I1 n'est donc plus nécessaire d'avoir à la fois un aérotherme et un évaporateur dans l'habitacle, ce qui permet de réduire les coûts et l'encombrement, ainsi que de supprimer le bruit de détente du fluide frigorigène à l'intérieur de cet habitacle. Suivant d'autres caractéristiques du dispositif de chauffage et de climatisation selon l'invention: - ce dispositif comprend des moyens pour empêcher ledit fluide caloporteur de circuler entre ladite source de chaleur et ledit premier échangeur thermique et pour mettre ce dernier en communication de fluide avec ledit deuxième échangeur thermique, et des moyens pour faire circuler ledit fluide caloporteur entre lesdits premier et deuxième échangeurs thermiques, - lesdits moyens d'empêchement et de mise en communication de fluide comprennent d'une part des première et deuxième vannes à trois voies et deux positions placées respectivement en amont et en aval dudit premier échangeur thermique et d'autre part une branche de dérivation comprenant ledit deuxième échangeur thermique et reliant entre elles lesdites première et deuxième vannes à trois voies et deux positions, - ladite source de chaleur est un moteur thermique. La présente invention se rapporte également à un véhicule automobile, remarquable en ce qu'il est équipé d'un dispositif conforme à ce qui précède. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dont l'unique figure représente schématiquement le dispositif selon l'invention. On se reporte à présent à cette figure, sur laquelle on voit que le dispositif selon l'invention équipant un véhicule automobile V comprend tout d'abord un circuit de chauffage 1 comprenant des conduites 2 renfermant un fluide caloporteur tel qu'un mélange d'eau et de glycol, et un circuit de refroidissement 3 comprenant des conduites 4 renfermant ce même fluide. Grâce à une première pompe 5, ce fluide est susceptible de circuler dans le circuit de chauffage 1 entre d'une part une source de chaleur 6 située dans le compartiment moteur 7 du véhicule V et d'autre part un premier échangeur thermique 9 tel qu'un aérotherme situé dans l'habitacle 11 de ce véhicule. Grâce à cette même première pompe 5, ce fluide est également susceptible de circuler dans le circuit de refroidissement 3 entre d'une part la source de chaleur 6 et d'autre part un radiateur 12 débouchant sur l'extérieur 14. La source de chaleur 6 est de préférence formée par le moteur du véhicule V lorsque ce moteur est du type à combustion interne. Des moyens classiques de thermostat 15 permettent de régler les débits respectifs de fluide caloporteur circulant dans les circuits de chauffage 1 de refroidissement 3. Le dispositif selon l'invention comprend également un circuit de climatisation 16 comprenant des conduites 17 renfermant un fluide frigorigène tel que le fréon circulant entre l'extérieur 14 et un deuxième échangeur thermique 18 situé dans le compartiment moteur 7. Comme cela est connu en soi, ce circuit de climatisation comprend notamment un compresseur 19 et des moyens de détente 20 situés dans le compartiment moteur 7, et un condenseur 21 débouchant sur l'extérieur 14. De manière caractéristique, le dispositif selon l'invention comprend également une branche de dérivation D du circuit de chauffage 1, comprenant des conduites 22 reliées en amont et en aval du premier échangeur thermique 9 respectivement par des première 23 et deuxième 25 vannes à trois voies et deux positions, et le deuxième échangeur thermique 18 est disposé de manière à permettre un transfert de chaleur du fluide caloporteur circulant, le cas échéant, dans la branche de dérivation D, au fluide frigorigène circulant dans le circuit de climatisation 16. Un deuxième pompe 27 est interposée entre le deuxième échangeur thermique 18 et la première vanne 23. En variante, cette pompe pourrait être disposée entre la première vanne 23 et le premier échangeur thermique 9, entre ce dernier et la deuxième vanne 25, ou encore entre cette dernière et le deuxième échangeur thermique 18. Le mode de fonctionnement et les avantages du dispositif selon l'invention résultent directement de la description qui précède. Lorsqu'on souhaite chauffer l'habitacle 11 du véhicule automobile V, on positionne les première 23 et deuxième 25 vannes de manière à isoler la branche de dérivation D du circuit de chauffage 1, et on fait circuler le fluide caloporteur entre la source de chaleur 6 et le premier échangeur thermique 9 grâce à la première pompe 5. Ce faisant, le fluide caloporteur permet de transférer une partie de la chaleur dégagée par la source 6 au premier échangeur thermique 9, et ainsi de chauffer l'habitacle 11. Pendant cette opération de chauffage de l'habitacle 11, le thermostat 15 règle les débits respectifs de fluide caloporteur circulant dans les circuits de chauffage 1 et de refroidissement 3. Lorsqu'on souhaite climatiser l'habitacle 11, on positionne les première 23 et deuxième 25 vannes de manière à mettre le deuxième échangeur thermique 18 en communication de fluide avec le premier échangeur thermique 9 et à empêcher le fluide caloporteur de circuler entre la source de chaleur 6 et ce premier échangeur thermique. On fait alors fonctionner la deuxième pompe 5, le compresseur 19 et les moyens de détente 20. Ce faisant, le deuxième échangeur 18 permet de transférer de la chaleur du fluide caloporteur au fluide frigorigène, c'est-à-dire de refroidir le fluide caloporteur, et donc de climatiser l'habitacle 11 via le premier échangeur thermique 9. Pendant cette opération de climatisation de l'habitacle 11, les fractions de liquide caloporteur situées respectivement dans les circuits de chauffage 1 et de refroidissement 3 circulent chacune en circuit fermé indépendamment l'une de l'autre. Lorsqu'on ne souhaite ni réchauffer ni climatiser l'habitacle, on ne fait fonctionner ni la deuxième pompe 27, ni le compresseur 17, ni les moyens de détente 20, et le thermostat 15 bascule l'intégralité du débit de fluide caloporteur dans le circuit de refroidissement 3. Comme on peut le comprendre à présent, le dispositif selon l'invention permet de n'utiliser qu'un seul échangeur thermique 9 pour chauffer ou climatiser l'habitacle 11, les échanges thermiques entre le fluide frigorigène et cet habitacle 11 s'effectuant par l'intermédiaire du fluide caloporteur et de cet échangeur thermique 9. De cette manière, on peut déporter l'intégralité du circuit de climatisation 16 à l'extérieur de l'habitacle 11. On peut de la sorte réduire les coûts et l'encombrement dans l'habitacle 11 liés à l'utilisation antérieure d'un aérotherme et d'un évaporateur, et supprimer le bruit de détente du fluide frigorigène dans cet habitacle. En outre, on peut de la sorte éviter les risques de projection de fluide frigorigène sous pression sur les passagers en cas de percement des conduites 17 du circuit de climatisation 16 (cet avantage est d'autant plus intéressant si l'on utilise un fluide frigorigène sous très haute pression, tel que le gaz carbonique sous environ 200 bars). On peut également raccourcir la longueur du circuit de climatisation 16, ce qui permet de réduire les pertes de charge ainsi que la quantité de fluide frigorigène, et donc le coût. En outre, on peut obtenir un débit d'air plus important dans le premier échangeur thermique 9 et utiliser des moyens de ventilation moins puissants que dans la technique antérieure. On notera encore qu'un échangeur thermique eau + glycol / fréon est beaucoup plus efficace qu'un échangeur air / fréon, ce qui permet, à dimensions égales, d'obtenir un meilleur refroidissement et, à refroidissement égal, d'obtenir un appareil beaucoup moins encombrant. On peut envisager de concevoir un appareil intégré comprenant le deuxième échangeur thermique 18, la deuxième pompe 27 et les première 23 et deuxième 25 vannes à trois voies et deux positions. On notera encore que le dispositif selon l'invention permet de réduire les différences de conception entre les systèmes de conditionnement d'air comprenant simplement un chauffage et ceux comprenant à la fois un chauffage et une climatisation. On peut de la sorte réduire significativement les coûts de développement et de fabrication de tels systèmes. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, fourni à titre d'exemple illustratif et non limitatif. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage et de climatisation d'un habitacle (11) de véhicule automobile (V), comprenant a) un circuit de chauffage (1) renfermant un fluide caloporteur circulant entre une source de chaleur (6) et un premier échangeur thermique (9) placé dans ledit habitacle (11), et b) un circuit de climatisation (16) renfermant un fluide frigorigène circulant entre l'extérieur (14) et un deuxième échangeur thermique (18), caractérisé en ce que ledit deuxième échangeur thermique (18) est placé à l'extérieur dudit habitacle (11) et en ce qu'il est agencé de manière à pouvoir transférer de la chaleur dudit fluide caloporteur audit fluide frigorigène. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (D, 23, 25) pour empêcher ledit fluide caloporteur de circuler entre ladite source de chaleur (6) et ledit premier échangeur thermique (9) et pour mettre ce dernier en communication de fluide avec ledit deuxième échangeur thermique (18), et des moyens (27) pour faire circuler ledit fluide caloporteur entre lesdits premier (9) et deuxième (18) échangeurs thermiques. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'empêchement et de mise en communication de fluide comprennent d'une part des première (23) et deuxième (25) vannes à trois voies et deux positions placées respectivement en amont et en aval dudit premier échangeur thermique (9) et d'autre part une branche de dérivation (D) comprenant ledit deuxième échangeur thermique (18) et reliant entre elles lesdites première (23) et deuxième (25) vannes à trois voies et deux positions. 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de circulation comprennent une pompe (27) placée dans ladite branche de dérivation (D). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce ladite pompe (27) est interposée entre ledit deuxième échangeur thermique (18) et ladite première vanne à trois voies et deux positions (23). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit de climatisation (16) comprend un compresseur (19), un condenseur (21) et des moyens de détente (20) reliés audit deuxième échangeur thermique (18). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite source de chaleur (6) est un moteur thermique. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit fluide caloporteur est un mélange d'eau et de glycol. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit fluide frigorigène est du fréon. 10. Véhicule automobile (V), caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.