Brevet FR2853859A1 — publié le 20041022

I L'invention concerne un système réfrigérant à compression d'un système à air conditionné de véhicule automobile, dans lequel, par l'intermédiaire de conduits d'agent réfrigérant, une circulation continue d'un agent réfrigérant au C02 part d'un compresseur, passe par un refroidisseur de gaz, un détendeur et un évaporateur 5 avant de revenir audit compresseur. Un tel système réfrigérant à compression est connu grâce à DE 199 25 744 AI. Des systèmes à air conditionné de véhicule automobile utilisant du dioxyde de carbone comme agent réfrigérant sont de plus en plus considérés comme une alternative plus respectueuse de l'environnement que les systèmes à air conditionné I O classiques utilisant un agent réfrigérant à base d'hydrocarbures fluorés. Le dioxyde de carbone est en outre bon marché, partout disponible, non toxique et présente l'avantage supplémentaire de ne pas être inflammable. Il satisfait donc aussi aux exigences de sécurité élevées auxquelles est soumis le domaine des véhicules automobiles. En raison des pressions élevées, allant jusqu'à 140 bars, existant dans i 5 le circuit de refroidissement du dioxyde de carbone, il n'est cependant pas possible de procéder à un simple échange d'agent réfrigérant en conservant les systèmes existants. Au contraire, la conception de tels systèmes doit être en grande partie revue. Quant aux systèmes à air conditionné au dioxyde de carbone, il a déjà été 20 proposé de les utiliser également pour le chauffage. Pour ce faire, il est prévu un deuxième circuit d'agent réfrigérant présentant un échangeur thermique pour le mode "chauffage". La commutation entre les deux circuits d'agent réfrigérant s'effectue au moyen d'une soupape de commutation appropriée. En mode "chauffage", le système fonctionne en mode dit à "gaz chaud" (processus en triangle). Des premiers essais 25 ont montré que, dans le cas des systèmes à air conditionné de ce type destinés aux voitures particulières, le processus à gaz chaud présente une dynamique élevée, c'est-à-dire que des variations de pression élevées apparaissent dans les conduits d'agent réfrigérant. Aussi le processus à gaz chaud n'est-il pas réglable de manière stable dans ces systèmes à air conditionné de voiture particulière. Le problème qui est à la base de l'invention est donc de perfectionner le système réfrigérant à compression de telle sorte que le processus à gaz chaud soit réglable de manière stable en mode "chauffage". Le problème est résolu grâce à un réfrigérant à compression d'un système à air conditionné de véhicule automobile dans lequel, par l'intermédiaire de conduits 35 d'agent réfrigérant, une circulation continue d'un agent réfrigérant au C02 part d'un compresseur, passe par un refroidisseur de gaz, un détendeur et un évaporateur avant de revenir audit compresseur, une soupape de commutation étant installée entre le compresseur et le refroidisseur de gaz, laquelle permet de commuter avec ledit compresseur dans un deuxième circuit d'agent réfrigérant destiné à un mode "chauffage" un élément d'étranglement et un échangeur thermique de chauffage, et le volume d'agent réfrigérant présent entre le compresseur et l'élément d'étranglement étant d'au moins 50 cm3. Le système réfrigérant à compression selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques avantageuses suivantes: le volume d'agent réfrigérant présent entre le compresseur et l'élément d'étranglement est d'au moins 100 cm3, de préférence compris entre 100 cm3 et 10 200 cm3; - il existe entre le compresseur et l'élément d'étrangement un réservoir d'agent réfrigérant, réalisé notamment sous forme de conduit de branchement d'agent réfrigérant; - le conduit d'agent réfrigérant compris entre le compresseur et la soupape de 1 5 commutation et/ou entre la soupape de commutation et l'élément d'étranglement présente une section supérieure à celle des conduits d'agent réfrigérant compris entre les autres composants; - le conduit d'agent réfrigérant compris entre la soupape de commutation et l'élément d'étranglement est plus long que le conduit d'agent réfrigérant compris entre 20 la soupape de commutation et le refroidisseur de gaz. Le système réfrigérant à compression présente de manière habituelle un premier circuit d'agent réfrigérant permettant une circulation continue d'un agent réfrigérant au C02 qui part d'un compresseur, passe par un refroidisseur de gaz, un détendeur et un évaporateur avant de revenir audit compresseur. Dans un deuxième 25 circuit d'agent réfrigérant destiné au mode "chauffage", la circulation de l'agent réfrigérant au C02 s'effectue à partir du compresseur en passant par un élément d'étranglement et un échangeur thermique de chauffage. La commutation entre le premier et le deuxième circuit d'agent réfrigérant est effectuée à l'aide d'une soupape de commutation située entre le compresseur et le refroidisseur de gaz. En raison de 30 l'espace limité réservé à un système à air conditionné d'un véhicule automobile, celuici doit être de construction très compacte. Les conduits d'agent réfrigérant sont donc très courts et présentent un faible volume. On s'est à présent rendu compte que les difficultés de réglage, en mode "chauffage", du processus à gaz chaud étaient dues au faible volume d'agent réfrigérant présent en amont de l'élément d'étranglement. 35 L'invention propose donc d'augmenter le volume d'agent réfrigérant entre le compresseur et l'élément d'étranglement à au moins 50 cm3, de préférence au moins 100 cm3. Ce volume d'agent réfrigérant présent en amont de l'élément d'étranglement permet de générer une réserve de pression suffisante afin de pouvoir empêcher en grande partie l'apparition de variations de pression. Il est ainsi possible désormais de régler le processus à gaz chaud de manière stable. Une augmentation du volume d'agent réfrigérant en amont de l'élément d'étranglement à plus de 200 cm3 n'apporte 5 généralement plus aucun avantage supplémentaire. Le volume optimal doit cependant être déterminé au cas par cas. Il existe différentes manières d'augmenter le volume d'agent réfrigérant présent en amont de l'élément d'étranglement. D'une part, il est possible de disposer un réservoir d'agent réfrigérant, notamment sous forme de conduit de branchement, 10 entre le compresseur et l'élément d'étranglement. D'autre part, il est également possible d'obtenir le volume d'agent réfrigérant nécessaire en augmentant la section des conduits d'agent réfrigérant utilisés. Ainsi le conduit d'agent réfrigérant peut présenter, entre le compresseur et la soupape de commutation et/ou entre la soupape de commutation et l'élément d'étranglement, une section supérieure à celle des 15 conduits d'agent réfrigérant situés entre les autres composants. Une autre possibilité d'obtenir le volume nécessaire consiste à adapter la longueur du conduit d'agent réfrigérant sans en modifier la section. Ainsi, le conduit d'agent réfrigérant situé entre la soupape de commutation et l'élément d'étranglement peut notamment être réalisé de manière à être plus long que le conduit d'agent réfrigérant situé entre la soupape 20 de commutation et le refroidisseur de gaz. L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation et de l'unique figure. La figure 1 montre à cet effet un système réfrigérant à compression comprenant deux circuits d'agent réfrigérant. Le système réfrigérant à compression représenté dans la figure 1 présente un compresseur 1. Le compresseur 1 peut être actionné aussi bien par un moteur électrique que par le moteur du véhicule automobile. L'agent réfrigérant utilisé est le dioxyde de carbone. Le système réfrigérant présente en outre un refroidisseur de gaz 2, un échangeur thermique (échangeur thermique interne) 3 qui, lui, n'est pas 30 indispensable au fonctionnement de base du système réfrigérant, un détendeur 4 et un évaporateur 5. Le compresseur 1, le refroidisseur de gaz 2, le détendeur 4 et l'évaporateur 5 sont reliés, conformément à la manière représentée, par des conduits d'agent réfrigérant 6, de sorte à obtenir une circulation continue de l'agent réfrigérant au C02 qui part du compresseur 1, passe par le refroidisseur de gaz 2, le détendeur 4 35 et l'évaporateur 5 avant de revenir audit compresseur 1. Le système réfrigérant selon la figure 1 présente en outre un accumulateur 11 dans le circuit d'agent réfrigérant. Dans le compresseur 1, l'agent réfrigérant est comprimé, puis amené au refroidisseur de gaz 2. Dans le refroidisseur de gaz 2, de la chaleur est transmise à un fluide extérieur. Dans le détendeur 4 s'opère une détente de l'agent réfrigérant et ainsi une diminution de la pression. L'agent réfrigérant existe alors sous forme de 5 vapeur humide. La partie comprise entre le compresseur 1 et le détendeur 4 en passant par le refroidisseur de gaz 2 forme le côté haute pression du système réfrigérant. L'agent réfrigérant détendu par le détendeur 4, pénètre dans l'évaporateur 5 o il absorbe de la chaleur provenant d'un fluide extérieur, ce fluide étant en l'occurrence de l'air qui doit être amené dans l'habitacle du véhicule automobile. 10 L'agent réfrigérant gazeux est finalement aspiré par le compresseur 1 et l'ensemble du processus reprend depuis le début. La partie comprise entre le détendeur 4 et l'entrée du compresseur 1 en passant par l'évaporateur 5 forme le côté basse pression du système réfrigérant. Celle-ci constitue en même temps la partie comprenant un niveau de température faible par rapport au niveau de température du 15 coté haute pression. Grâce l'échangeur thermique supplémentaire 3 qui permet un échange thermique entre le côté haute pression et le conduit d'aspiration menant au compresseur 1, il est possible d'améliorer la puissance réfrigérante de l'ensemble du système. Le système réfrigérant à compression présente, pour le mode "chauffage", un 20 deuxième circuit d'agent réfrigérant. Celui-ci part du compresseur 1, passe par un détendeur appelé ici élément d'étranglement 7 et un échangeur thermique de chauffage 8 avant de revenir audit compresseur 1. La commutation entre le premier et le deuxième circuit d'agent réfrigérant est effectuée au moyen d'une soupape de commutation 9 installée entre le compresseur 1 et le refroidisseur de gaz 2 ou 25 l'élément d'étranglement 7. Le réglage électrique d'un tel système réfrigérant est effectué, de manière connue en soi, au moyen d'un régulateur non représenté. En raison de la construction compacte d'un système réfrigérant à compression destiné à une voiture particulière, les conduits d'agent réfrigérant 6 sont très courts. 30 Un mode "chauffage" stable passant par le deuxième circuit d'agent réfrigérant ne peut être obtenu avec des conduits d'agent réfrigérant aussi courts. L'invention prévoit donc une augmentation du volume d'agent réfrigérant entre le compresseur 1 et l'élément d'étranglement 7. Pour ce faire, il existe plusieurs possibilités indiquées à la figure 1. D'une part, il est possible de prévoir un réservoir d'agent réfrigérant, en 35 particulier sous la forme d'un conduit de branchement d'agent réfrigérant, entre le compresseur 1 et l'élément d'étranglement 7. Dans la figure 1 sont représentés, à cet effet, un réservoir d'agent réfrigérant 10a situé entre le compresseur 1 et la soupape de commutation 9 et un réservoir d'agent réfrigérant 1Ob situé entre la soupape de commutation 9 et l'élément d'étranglement 7. Il va de soi qu'un seul réservoir d'agent réfrigérant 10 suffit dans la mesure o celui-ci permet d'obtenir le volume minimum nécessaire d'agent réfrigérant. De manière alternative ou en complément au réservoir 5 d'agent réfrigérant 10, il est possible d'augmenter le volume d'agent réfrigérant en augmentant la section du conduit d'agent réfrigérant 6a situé entre le compresseur 1 et la soupape de commutation 9 et/ou celle du conduit d'agent réfrigérant 6b situé entre la soupape de commutation 9 et l'élément d'étranglement 7. Ceci est indiqué de manière schématique dans la figure 1. En règle générale, la section du conduit 10 d'agent réfrigérant 6a sera, pour ce faire, constante sur l'ensemble de la longueur comprise entre le compresseur 1 et la soupape de commutation 9, de même que sur la section de l'ensemble du conduit d'agent réfrigérant 6b comprise entre la soupape de commutation 9 et l'élément d'étranglement 7. Une augmentation du volume d'agent réfrigérant en amont de l'élément d'étranglement 7 peut également être 15 obtenue par une disposition appropriée de l'élément d'étrangement 7 et du refroidisseur de gaz 2. Pour ce faire, il est par exemple possible de disposer l'élément d'étranglement 7 de manière à ce que l'élément d'étranglement 7 soit plus éloigné de la soupape de commutation 9 que du refroidisseur de gaz 2. Ceci entraîne, de par le simple allongement du conduit d'agent réfrigérant 6b compris entre la soupape de 20 commutation 9 et l'élément d'étranglement 7 par rapport au conduit d'agent réfrigérant 6c compris entre la soupape de commutation 9 et le refroidisseur de gaz 2, une augmentation correspondante du volume d'agent réfrigérant présent en amont de l'élément d'étranglement 7. De même, en combinant habilement les possibilités de construction précédemment citées pour augmenter le volume d'agent réfrigérant entre 25 le compresseur 1 et l'élément d'étranglement 7, il est possible, en dépit des dimensions compactes d'un système à air conditionné de voiture particulière d'obtenir le volume d'agent réfrigérant minimum nécessaire à un processus à gaz chaud stable en mode "chauffage". Dans le véhicule automobile, de l'air est transporté de manière connue par 30 l'échangeur thermique 5 ou par l'échangeur thermique de chauffage 8 et amené, une fois refroidi ou réchauffé, dans l'habitacle du véhicule automobile. REVENDICATIONS 1. Système réfrigérant à compression d'un système à air conditionné de véhicule automobile dans lequel, par l'intermédiaire de conduits d'agent réfrigérant, 5 une circulation continue d'un agent réfrigérant au C02 part d'un compresseur (1), passe par un refroidisseur de gaz (2), un détendeur (4) et un évaporateur (5) avant de revenir audit compresseur (1) , une soupape de commutation (9) étant installée entre le compresseur (1) et le refroidisseur de gaz (2), laquelle permet de commuter avec ledit compresseur (1) dans un deuxième circuit d'agent réfrigérant destiné à un mode 1i0 "chauffage" un élément d'étranglement (7) et un échangeur thermique de chauffage (8), et le volume d'agent réfrigérant présent entre le compresseur (1) et l'élément d'étranglement (7) étant d'au moins 50 cm3. 2. Système réfrigérant à compression selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume d'agent réfrigérant présent entre le compresseur (1) 15 et l'élément d'étranglement (7) est d'au moins 100 cm3. 3. Système réfrigérant à compression selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le volume d'agent réfrigérant présent entre le compresseur (1) et l'élément d'étranglement (7) est compris entre 100 cm3 et 200 cm3. 4. Système réfrigérant à compression selon l'une des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce qu'il existe entre le compresseur (1) et l'élément d'étrangement (7) un réservoir d'agent réfrigérant (10), réalisé notamment sous forme de conduit de branchement d'agent réfrigérant. 5. Système réfrigérant à compression selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit d'agent réfrigérant (6a, 6b) compris 25 entre le compresseur (1) et la soupape de commutation (9) et/ou entre la soupape de commutation (9) et l'élément d'étranglement (7) présente une section supérieure à celle des conduits d'agent réfrigérant compris entre les autres composants. 6. Système réfrigérant à compression selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit d'agent réfrigérant (6b) compris entre la 30 soupape de commutation (9) et l'élément d'étranglement (7) est plus long que le conduit d'agent réfrigérant (6c) compris entre la soupape de commutation (9) et le refroidisseur de gaz (2) .