Brevet FR2813046A1 — publié le 20020222

Installation de climatisation pour un véhicule automobile L'invention concerne une installation de climatisation d'un véhicule automobile, avec un circuit susceptible d'être commuté de refroidissement en chauffage, circuit dans lequel est prévu un échangeur de chaleur susceptible d'être traversé par un écoulement d'air à climatiser, pour le fonctionnement en refroidissement étant prévu un échangeur de chaleur de refroidissement, agissant en évaporateur, et pour le fonctionnement en chauffage un échangeur de chaleur additionnel, pouvant être alimenté par un fluide frigorigène. L'installation concerne également un procédé de fonctionnement de l'installation de climatisation. Par le DE 198 55 309, on connaît un dispositif de chauffage additionnel, pour lequel une installation de climatisation n'est pas utilisée pour le refroidissement seulement, mais également pour le chauffage, par le fait que, par exemple, lorsqu'on est en fonctionnement de chauffage, on fait passer le fluide frigorigène du circuit de climatisation dans un tronçon ramifié en contournant le condenseur. L'évaporateur dans ce fonctionnement de chauffage sert alors en échangeur de chaleur fournissant de la chaleur, qui transfère la chaleur générée dans le compresseur à l'air à chauffer. En fonctionnement de refroidissement normal l'évaporateur sert à refroidir l'air, sachant qu'en règle générale on descend au-dessous de la température de point de rosée, de sorte que l'humidité présente dans l'air à climatiser se condense sur l'évaporateur. Lors de la commutation au fonctionnement au chauffage, cette eau de condensation s'évapore et peut arriver dans l'habitacle, faisant qu'il peut y avoir en particulier de l'embuage des vitres, ce que l'on appelle le flash fogging". Pour éviter cet embuage des vitres, il est prévu, selon le DE 198 55 309, de prévoir des surfaces d'échange de chaleur qui soient différentes pour le refroidissement et le chauffage. Ces surfaces d'échangeur de chaleur différentes peuvent être associées à des échangeurs de chaleur différents, de sorte que l'on peut prévoir, pour le fonctionnement en refroidissement, un évaporateur et, pour le fonctionnement en chauffage additionnel, un échangeur de chaleur supplémentaire. Une telle installation de climatisation, pour laquelle est prévu un échangeur de chaleur supplémentaire monté dans le circuit de fluide frigorigène, qui sert à chauffer l'air, est également connue par le DE 39 07 201. Ces installations de climatisation connues présentent l'inconvénient que, outre l'évaporateur inchangé qui provoque à lui seul le refroidissement de l'air, il faut prévoir un échangeur de chaleur supplémentaire qui demande de l'espace de construction supplémentaire à l'intérieur de l'installation de climatisation. Du fait que les volumes de construction dont on dispose dans les véhicules d'aujourd'hui sont de plus en plus petits, un tel échangeur de chaleur supplémentaire jusqu'ici n'a pas été utilisé. Les situations de roulage, dans lesquelles l'échangeur de chaleur de chauffage supplémentaire était nécessaire, se rencontrent rarement par rapport à la globalité du temps de fonctionnement du véhicule automobile précisément, principalement uniquement lors du démarrage à froid en saison froide, de sorte que le gain en confort et en sécurité supplémentaire, venant de l'utilisation de l'échangeur de chaleur supplémentaire, ne peut être compensé par les inconvénients en termes de volume de construction et de plus hauts coûts. En partant de l'état de la technique, le but de l'invention est de fournir une installation de climatisation améliorée à l'aide de laquelle on puisse éviter les inconvénients cités et à l'aide de laquelle on puisse mieux utiliser l'échangeur de chaleur supplémentaire. Ce problème est résolu, du point de vue du dispositif, par une installation de climatisation caractérisée par le fait que, lorsqu'on est en fonctionnement en refroidissement, l'échangeur de chaleur supplémentaire peut également fonctionner en échangeur de chaleur additionnel de refroidissement, agissant en évaporateur. Du point de vue du procédé, ce problème est résolu par le fait que, après avoir mis en fonctionnement l'échangeur de chaleur additionnel en tant qu'échangeur de chaleur additionnel de refroidissement, celui-ci est mis de nouveau en fonctionnement en échangeur de chaleur additionnel de chauffage, après écoulement d'un intervalle de temps minimal pouvant être prédétermine. Selon l'invention, l'échangeur de chaleur additionnel est exploité non seulement en fonctionnement en chauffage additionnel, en tant qu'échangeur de chaleur de chauffage, mais aussi en fonctionnement en refroidissement dans l'installation de climatisation, en échangeur de chaleur additionnel de refroidissement agissant en évaporateur. On peut de ce fait utiliser l'échangeur de chaleur additionnel d'une façon notablement polyvalente et on peut le prévoir en échangeur de chaleur de chauffage additionnel, non seulement dans la saison froide mais également, par exemple, en été en roulage normal, en tant qu'échangeur de chaleur de refroidissement additionnel agissant comme évaporateur. L'évaporateur déjà existant de l'installation de climatisation peut alors être de petite puissance et, ainsi, plus petit, de sorte que la perte de volume, imputable à l'installation de chaleur additionnel, peut être partiellement compensée grâce au gain de volume de l'évaporateur qui, à présent, est plus petit. Les surfaces d'échangeur de chaleur disponibles pour refroidir l'air sont alors réparties en un premier évaporateur, qui fonctionne exclusivement en refroidissement, et un deuxième évaporateur, qui travaille en refroidissement uniquement en pleine charge en tant qu'échangeur de chaleur additionnel de de refroidissement, fonctionnant en évaporateur et, ainsi, est intégré dans le circuit du fluide frigorigène, de sorte qu'on peut également l'utiliser comme échangeur de chaleur chauffant. La puissance du premier évaporateur et, ainsi, la taille de cet évaporateur devront alors être telles qu'elles soient suffisantes pour le fonctionnement en charge partielle pour des températures extérieures comprises entre environ 25 et 30 C, ce qui correspond aux températures rencontrées le plus fréquemment pendant le fonctionnement du véhicule automobile. Il est ainsi assuré que, dans le cas des conditions climatiques typiques de l'apparition du,,flash fogging", l'échangeur de chaleur additionnel ne soit plus utilisé pour le refroidissement. De telles conditions climatiques typiques, lors desquelles le,,flash fogging"' peut se produire, se rencontrent par exemple si, le jour, les températures sont d'environ 20 C avec des températures matinales par exemple de - 5 C. Dans le cas de ces conditions climatiques typiques, l'installation de climatisation travaille cependant le plus souvent uniquement en charge partielle, de sorte que l'échangeur de chaleur additionnel n'est pas utilisé pour le refroidissement et, ainsi, ne manifeste pas de condensation d'eau, qui risquerait d'être transportée dans l'habitacle du véhicule lors qu'on l'on fonctionne en échangeur de chaleur additionnel de chauffage. En été, en particulier les jours chauds, l'échangeur de chaleur additionnel peut être utilisé comme évaporateur, agissant également pour le refroidissement, de sorte que, précisément dans ce type de fonctionnement, de l'eau de condensation peut se séparer sur l'échangeur de chaleur additionnel, cependant sans que, dans cette période, se manifeste le,,flash fogging", du fait que, premièrement, les températures extérieures sont si élevées qu'après l'arrêt du véhicule l'eau de condensation sèche rapidement et que, deuxièmement, un chauffage additionnel n'est pas nécessaire le plus souvent dans de telles conditions climatiques. En plus cependant, dans un procédé avantageux de fonctionnement de l'installation de climatisation selon l'invention, il peut être prévu qu'après avoir mis en fonctionnement l'échangeur de chaleur additionnel en tant qu'échangeur de chaleur additionnel de refroidissement, celui-ci soit ensuite exploité de nouveau en tant qu'échangeur de chaleur de chauffage additionnel, après écoulement d'un intervalle de temps minimal susceptible d'être prédétermine. L'évaporateur et l'échangeur de chaleur additionnel peuvent avantageusement être reliés ensemble pour former un ensemble échangeur de chaleur, faisant qu'on économise du volume supplémentaire. Il n'y aura pas manifestation de contraintes thermiques dans l'échangeur de chaleur, parce que, lorsque l'évaporateur est en fonctionnement, l'échangeur de chaleur additionnel ne se trouve pas en fonctionnement de chauffage et que, lorsqu'on a le fonctionnement de l'échangeur de chaleur additionnel en tant qu'échangeur de chaleur de chauffage additionnel, l'évaporateur sera mis hors service. Par le DE 198 55 308 et le D 39 07 201, il est connu que l'évaporateur et l'échangeur de chaleur additionnel soient disposés dans des voies d'écoulement d'air parallèles, de sorte que l'air soit, soit refroidi par l'évaporateur soit chauffé par l'échangeur de chaleur additionnel. Cet agencement prend cependant énormément de place de sorte que, avantageusement, dans l'installation de climatisation selon l'invention, l'échangeur de chaleur de refroidissement et l'échangeur de chaleur additionnel sont branchés en circuit l'un derrière l'autre. Ceci est pertinent parce que l'air passé par l'évaporateur et l'échangeur de chaleur additionnel est soit refroidi, soit chauffé, mais pas refroidi et réchauffé. Grâce à un branchement l'un derrière l'autre en série, côté air, de l'évaporateur et de l'échangeur de chaleur additionnel, la perte de pression ou de charge survenant par la traversée de l'échangeur de chaleur par un écoulement d'air sera à peine, ou uniquement faiblement, augmentée du fait que l'évaporateur, tel que décrit ci-dessus, peut être plus petit, du fait que l'évaporateur ne doit apporter qu'une partie de la puissance de refroidissement maximale. L'invention va être explicitée ci-après en détail à l'aide d'exemple de moyens de réalisation, en se référant au dessin. Dans le dessin: les figures 1 à 4 sont des illustrations schématiques de l'installation de climatisation équipée d'un circuit de froid, dans différents états de fonctionnement; la figure 5 est un schéma à blocs du fonctionnement de l'installation de climatisation selon l'invention. Une installation de climatisation 10 selon l'invention présente un carter de guidage d'air 12 et un circuit de fluide frigorigène 14. Dans le carter de guidage d'air 12 est montée une soufflante 16, à l'aide de laquelle de l'air peut être aspiré par des ouvertures de recirculation d'air et/ou d'air neuf, non représentées, et être véhiculé à travers le carter de guidage d'air 12, vers un habitacle d'un véhicule automobile. L'air traverse alors d'abord un évaporateur 18, dans lequel l'air peut être refroidi, ainsi qu'un échangeur de chaleur additionnel 20, dans lequel l'air est, au choix, refroidi ou chauffé, comme on va le décrire ci-après plus en détail. Par suite, l'air est chauffé par un corps chauffant 22 qui peut être traverse, de manière connue, par un écoulement de fluide de refroidissement de moteur. L'air pourrait également être passé, en utilisant des volets d'air non représenté, par une dérivation 24, sur un corps chauffant 22 et être amené, par l'intermédiaire d'ouvertures de sortie d'air non représentées en détail, à l'habitacle, en se trouvant à la température souhaitée. L'invention concerne en particulier l'échangeur de chaleur additionnel 20 et son branchement dans le circuit de fluide frigorigène 14, de sorte que l'échangeur de chaleur additionnel peut fonctionner dans différents types de fonctionnement. Ceci doit, en outre, être décrit à l'aide des explications faites au sujet des différents états de fonctionnement de l'installation de climatisation 10. Les états de fonctionnement décrits ci-après sont les suivants: - refroidissement en charge partielle (figure 1), - refroidissement en pleine charge (figure 2), - chauffage d'appoint en fonctionnement en pompe à chaleur (figure 3), - chauffage d'appoint utilisant la chaleur dissipée par le compresseur (figure 4). Refroidissement en charge partielle: Dans ce type de fonctionnement, de manière connue, le circuit de fluide frigorigène est configuré de manière à relier ensemble un compresseur 26, un condenseur 28, une soupape d'expansion ou détente 30, et l'évaporateur 18, par l'intermédiaire de conduites de fluide frigorigène 1.1 à 1.9, ce pourquoi des soupapes 32, 34, 36, 38 sont branchées de manière correspondante. Sur la figure 1, ce branchement est représenté par le fait que les conduites correspondantes, branchées par les soupapes, sont illustrées en traits gras. L'échangeur de chaleur additionnel 20 est hors de service lorsqu'on se trouve dans ce type de fonctionnement en charge partielle. Refroidissement en pleine charge: Dans ce type de fonctionnement, la soupape à trois voies 36 est branchée de manière que le fluide frigorigène, après être sorti de l'évaporateur 18, soit passé par la conduite 1.5 dans la conduite 1.10 et soit guidé, par la conduite 1.11, dans l'échangeur de chaleur additionnel 20, et, de là, soit guidé par la conduite 1.12 une soupape à trois voies 40 et la conduite 1.13 dans la conduite 1.7 et, ainsi, par des conduites 1.8 et 1.9, de nouveau dans le compresseur 26, comme ceci est représenté dans la figure 2 par les lignes en traits gras. Dans ce type de fonctionnement, tant l'évaporateur 18, qu'également l'échangeur de chaleur additionnel 20 travaillent en évaporateur et refroidissent l'air. Chauffage d'appoint avec pompe à chaleur: Dans ce type de fonctionnement, le condenseur 28 et l'évaporateur 18 sont contournés et l'échangeur de chaleur additionnel 20 travaille en condenseur et un évaporateur supplémentaire 42 est intégré dans le circuit d'agent de fluide frigorigène. Le fluide frigorigène s'écoule, en partant du compresseur 26, par les conduites 1.1, 1.14, 1.5, 1.11, pénètre dans l'échangeur de chaleur additionnel , dans lequel le fluide frigorigène est condensé, et délivre alors de la chaleur à l'air dont l'écoulement traverse l'échangeur de chaleur additionnel 20. Le fluide frigorigène est guidé, par les conduites 1.12, 1.16, dans une soupape de détente 44 supplémentaire et une conduite 1.17, pour pénétrer dans l'évaporateur supplémentaire 42, dans lequel le fluide frigorigène était guidé en s'évaporant et, de là, est passé par une conduite 1.18, la soupape à trois voies 38 et la conduite 1.9, pour retourner au compresseur 26. Dans ce type de fonctionnement, on prélève à l'environnement, par l'évaporateur 32, de la chaleur qui est fournie, à un niveau de température supérieur, au moyen du condenseur, à l'air entrant dans l'habitacle. Chauffage d'appoint avec la chaleur dissipée par le compresseur: Dans ce type de fonctionnement, l'installation de climatisation selon l'invention travaille de façon analogue au fonctionnement en pompe à chaleur, sachant qu'à présent en tous cas, l'évaporateur additionnel 42 est contourné. Le contournement de l'évaporateur 42 peut s'effectuer soit par les conduites 1.6, 1.7 et 1.8, soit par une conduite de dérivation 1.19 séparée, représentée en pointillés uniquement sur la figure 4. Le fluide frigorigène est alors guidé du compresseur 26 à l'échangeur de chaleur additionnel 20 et, de là, retourné directement au compresseur 26, de sort que la chaleur générée dans le compresseur 26 puisse être directement fournie à l'échangeur de chaleur additionnel 20. Dans ce type de fonctionnement, l'évaporateur additionnel 42 et la soupape de détente additionnelle 44 ne sont pas nécessaires. On va expliciter, à l'aide du schéma des flux représentés sur la figure 5, un procédé de fonctionnement de l'installation de climatisation selon l'invention. Dans une première étape, le besoin de climatisation est fixé, donc pour savoir si l'air doit être chauffé ou refroidi. Cette étape peut être effectuée automatiquement ou en effectuant une entrée sur un élément de maneuvre, manuellement. Si l'air doit être refroidi, on constate, dans une deuxième étape, si il y a un besoin de refroidissement grand ou faible. En cas de faible besoin de refroidissement, l'installation de climatisation va procéder à un refroidissement en charge partielle. Si le besoin de refroidissement est grand, l'installation de climatisation va travailler en pleine charge (figure 2), l'échangeur de chaleur additionnel agissant en évaporateur et l'air déjà refroidi dans l'évaporateur 18 étant soumis à un refroidissement supplémentaire. Si l'installation de climatisation doit chauffer l'air, on fixe également le besoin de chauffage en une deuxième étape. Si le besoin de chauffage est faible, l'échangeur de chaleur additionnel 20 ne va pas fonctionner en chauffage additionnel, mais l'air va être chauffé exclusivement par utilisation du corps chauffant 22 connu. Si le besoin de chauffage est grand, l'échangeur de chaleur additionnel 20 doit être utilisé en chauffage additionnel. Il faudrait alors demander, lors d'une autre étape de procédé, si l'échangeur de chaleur additionnel, préalablement, a travaillé en fonctionnement en refroidissement. Dans l'affirmative, il faut demander si un intervalle de temps minimal tmin prédéterminé s'est écoulé, afin que l'eau de condensation, éventuellement déposée sur l'échangeur de chaleur additionnel, puisse s'évacuer ou s'évaporer. Une fois cette durée écoulée, l'échangeur de chaleur additionnel est utilisé en chauffage d'appoint, dans l'un des types de fonctionnement décrits ci-dessus. Si l'échangeur de chaleur additionnel était préalablement déjà en fonctionnement en chauffage, cet intervalle de temps tmin n'a pas à être attendu et l'échangeur de chaleur additionnel 20 peut être utilisé directement en chauffage d'appoint. REVENDICATIONS 1. Installation de climatisation pour un véhicule automobile, avec un circuit (14) susceptible d'être commuté de refroidissement en chauffage, circuit dans lequel est prévu un échangeur de chaleur (20) susceptible d'être traversé par un écoulement d'air à climatiser, pour le fonctionnement en refroidissement étant prévu un échangeur de chaleur de refroidissement (18), agissant en évaporateur, et pour le fonctionnement en chauffage un échangeur de chaleur additionnel (20), pouvant être alimenté par un fluide frigorigène, caractérisé en ce que, lorsqu'on est en fonctionnement en refroidissement, l'échangeur de chaleur supplémentaire (20) peut également fonctionner en échangeur de chaleur additionnel de refroidissement, agissant en évaporateur. 2. Installation de climatisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'échangeur de refroidissement (18) et l'échangeur de chaleur additionnel (20) sont reliés ensemble pour former un bloc d'échange de chaleur. 3. Installation de climatisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, lorsque la puissance de refroidissement est faible, l'échangeur de chaleur additionnel (20) est hors de fonctionnement. 4. Installation de climatisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur de refroidissement (18) et l'échangeur de chaleur additionnel (20) sont branchés en série l'un derrière l'autre, côté air. 5. Procédé de fonctionnement d'une installation de climatisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, après avoir mis en fonctionnement l'échangeur de chaleur additionnel en tant qu'échangeur de chaleur additionnel de refroidissement, celui-ci est mis de nouveau en fonctionnement en échangeur de chaleur additionnel de chauffage, après écoulement d'un intervalle de temps minimal pouvant être prédéterminé.