Brevet FR2876323A1 — publié le 20060414

Dispositif et procédé de régulation de la température de l'habitacle d'un véhicule automobile La présente invention est relative à un dispositif et à un procédé pour la régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule automobile. On connaît de dispositifs de ce type qui comprennent une boucle frigorifique dans laquelle circule un fluide frigorigène, une boucle secondaire dans laquelle circule un fluide caloporteur, un échangeur de chaleur traversé par le fluide frigorigène et par le fluide caloporteur, et des moyens d'échange thermique traversés par le fluide caloporteur et par un flux d'air destiné à réchauffer ou refroidir l'habitacle du véhicule. Par exemple, dans ce type de dispositif, la boucle frigorigène peut être une boucle réversible. Le sens de circulation du fluide frigorigène dans la boucle permet ainsi d'obtenir soit un réchauffage soit un refroidissement du fluide, la boucle fonctionnant alors soit comme un système frigorifique générant des frigories, soit comme une pompe à chaleur. Le fluide caloporteur, qui peut être, par exemple, de l'eau glycolée peut transférer des calories ou des frigories dans l'habitacle du véhicule par l'intermédiaire du flux d'air traversant les moyens d'échange thermique. On pourra à cet égard se référer à la demande de brevet français 2 780 490 ou à la demande de brevet européen 0 582 479 qui décrivent un système de réglage de la température dans l'habitacle d'un véhicule comprenant une boucle secondaire équipée de moyens d'échange thermique pourvus d'un ventilateur. On connaît également par les demandes de brevet français 2 808 740, 2 808 741 et 2 808 742 un dispositif de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule automobile comportant un échangeur pour la production de froid et un échangeur pour la production de chaleur, tous deux disposés dans l'habitacle du véhicule et, l'ensemble des autres éléments du système étant monté dans le compartiment moteur. Ces dispositifs présentent l'inconvénient d'être encombrants. La demande de brevet français 2 808 068 décrit un dispositif de chauffage et de climatisation de l'habitacle d'un véhicule qui comprend un échangeur unique placé dans l'habitacle et pouvant alternativement assurer la climatisation ou le chauffage. Un tel dispositif, s'il présente l'avantage d'une plus grande compacité, ne permet pas d'éviter le phénomène de formation instantanée de buée qui se produit lorsqu'un même échangeur, sur une courte période de temps, est utilisé successivement pour produire du froid puis pour produire du chaud. Dans ce cas en effet, l'échangeur ayant tout d'abord fonctionné en mode climatisation est chargé en humidité. Lorsque le fluide caloporteur chaud circule dans ce même échangeur, l'humidité se vaporise, provoquant l'apparition instantanée de buée dans l'habitacle. Par ailleurs, dans la plupart des dispositifs de régulation thermique connus pour habitacle de véhicule automobile, même lorsque la compacité est améliorée, les boucles de climatisation, qui sont le siège de fuites, conservent une longueur relativement importante, ce qui engendre une fuite de fluide frigorigène vers l'extérieur non-négligeable. Au vu de ce qui précède, la présente invention a pour objet de limiter les fuites de fluide frigorigène vers l'extérieur en limitant la longueur de la boucle de climatisation et de limiter la surconsommation du véhicule, tout en permettant un meilleur confort dans l'ensemble de l'habitacle. L'invention a donc pour objet un dispositif de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule automobile comprenant une boucle frigorifique dans laquelle circule un fluide frigorigène, une boucle secondaire dans laquelle circule un fluide caloporteur, un échangeur de chaleur traversé par le fluide frigorigène et par le fluide caloporteur, et des moyens d'échange thermique traversés par le fluide caloporteur et par un flux d'air destiné à réchauffer et refroidir l'habitacle du véhicule. Le fluide caloporteur dans la boucle secondaire circule selon deux sens opposés en mode de chauffage de l'habitacle, d'une part, et en mode de refroidissement de l'habitacle, d'autre part. En outre, les moyens d'échange thermique comportent au moins un ensemble de deux demiéchangeurs de chaleur adaptés pour être sélectivement traversés par le fluide caloporteur, les demi-échangeurs étant montés en parallèle et étant équipés chacun d'un clapet, lesdits clapets étant montés en antiparallèle de manière à alimenter l'un ou l'autre demi-échangeur en mode de chauffage et en mode de refroidissement de l'habitacle. Il devient dès lors possible de limiter de manière considérable la longueur des boucles, et en particulier de la boucle secondaire. Dans un mode de réalisation, les clapets sont intégrés aux échangeurs Selon une autre caractéristique de l'invention, la boucle secondaire constitue une boucle de dérivation d'un circuit de régulation thermique du moteur d'entraînement du véhicule et communique avec ce dernier par l'intermédiaire d'une vanne adaptée pour faire communiquer la boucle secondaire avec le circuit de régulation thermique du moteur du véhicule en mode de chauffage de l'habitacle en court-circuitant l'échangeur de chaleur et pour l'isoler dudit circuit de régulation en la faisant communiquer avec l'échangeur de chaleur en mode de refroidissement de l'habitacle. En outre, le dispositif est pourvu d'une pompe pour faire circuler le fluide caloporteur dans la boucle secondaire en mode de refroidissement de l'habitacle. Cette pompe peut être montée en aval ou en amont de l'échangeur, en considérant le sens de circulation du fluide en mode de refroidissement de l'habitacle. Toutefois, lorsque l'on dispose la pompe en amont de l'échangeur, le dispositif devient plus performant car l'eau refroidie ne reçoit pas les calories dues au frottement dans la pompe. On peut prévoir un ensemble de deux demi-échangeurs intégré à la planche de bord du véhicule. Le dispositif selon l'invention est particulièrement adaptée pour permettre de loger entièrement la boucle frigorifique dans le compartiment moteur du véhicule. Avantageusement, la boucle frigorigène est une boucle réversible. L'invention a également pour objet un procédé de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule automobile utilisant une boucle frigorifique dans laquelle circule un fluide frigorigène, une boucle secondaire dans laquelle circule un fluide caloporteur, un échangeur de chaleur traversé par le fluide frigorigène et par le fluide caloporteur, et des moyens d'échange thermique traversés par le fluide caloporteur et par un flux d'air destiné à réchauffer et refroidir l'habitacle du véhicule, caractérisé en ce que l'on fait circuler le fluide caloporteur dans la boucle secondaire selon deux sens opposés en mode de chauffage de l'habitacle, d'une part, et en mode de refroidissement de l'habitacle, d'autre part, et en ce que les moyens d'échange thermique comportant au moins un ensemble de deux demi-échangeurs de chaleur adaptés pour être sélectivement traversés par le fluide caloporteur, montés en parallèle et équipés respectivement équipés de deux clapets montés en anti-parallèle, on alimente l'un ou l'autre demi-échangeur en mode de chauffage et en mode de refroidissement de l'habitacle. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma synoptique illustrant l'architecture générale d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2 illustre le fonctionnement du dispositif de la figure 1 en mode de refroidissement de l'habitacle; la figure 3 illustre une variante de réalisation du dispositif selon l'invention; et - la figure 4 illustre une variante de réalisation du dispositif selon l'invention Sur les figures 1 et 2 se trouvent représentés schématiquement les principaux éléments constitutifs d'un mode de réalisation d'un dispositif de régulation thermique selon l'invention. Sur ces figures, le compartiment moteur du véhicule automobile est désigné par la lettre M tandis que l'habitacle est désigné par la lettre H. La ligne en tirets longs représente la frontière entre le compartiment moteur et l'habitacle du véhicule. Comme on le voit sur les figures, le dispositif selon l'invention comporte, dans le compartiment moteur M, une boucle frigorifique 1 dans laquelle circule un fluide frigorigène dont la circulation est symbolisée par une ligne en pointillés. La boucle frigorifique 1 comprend un échangeur de chaleur 2 constitué par un condenseur, un élément de détente 3, un deuxième échangeur de chaleur 4 constitué par un évaporateur, un compresseur 5 et un accumulateur 6. Un ventilateur ou pulseur P est capable d'amener un flux d'air sur le condenseur 2. Le dispositif est également pourvu d'une boucle secondaire 7 dans laquelle circule un fluide caloporteur et qui est couplée au circuit de refroidissement 8 du groupe motopropulseur 9 du véhicule automobile. Ce circuit de refroidissement est pourvu d'une pompe 10 de circulation qui provoque la circulation du fluide caloporteur à travers le groupe motopropulseur puis à travers un radiateur 11 en passant par un thermostat 12. Comme on le voit sur les figures, la boucle secondaire 7 constitue une dérivation du circuit 8 de refroidissement du groupe motopropulseur auquel elle est raccordée par l'intermédiaire d'une vanne trois-voies 13. Cette vanne 13 est en outre adaptée pour permettre la communication de la boucle secondaire 7 avec l'évaporateur 4 en passant par une pompe 14. La boucle secondaire 7 est équipée de moyens d'échange thermique constitués de plusieurs boîtiers 15 disposés dans l'habitacle. Sur cette figure, seul un seul boîtier 15 a été représenté. Bien entendu, l'habitacle peut être pourvu de plusieurs boîtiers identiques, disposés en parallèle et assurant chacun la régulation thermique d'une zone Z de l'habitacle. Chaque boîtier 15 comprend deux échangeurs de chaleur 15a15b raccordés en parallèle et qui communiquent avec le reste de la boucle secondaire 7 par l'intermédiaire de deux conduites 16 et 17. L'un des échangeurs, à savoir l'échangeur désigné par la référence 15a, constitue un échangeur froid, l'autre échangeur constituant un échangeur chaud, et sont destinés à assurer respectivement le refroidissement et le réchauffage de l'habitacle. Un ventilateur 18 est utilisé pour provoquer une circulation d'air à travers les échangeurs 15a et 15b sous le contrôle d'un volet V de mixage d'air capable soit de diriger le flux d'air engendré par le ventilateur 18 vers les échangeurs, soit de les court-circuiter et en dirigeant le flux d'air à travers un passage 19, des positions intermédiaires étant également prévues. On peut donc, dans chaque boîtier, régler le débit d'air traversant les échangeur en contrôlant le fonctionnement du ventilateur, mais également la température en en réglant le débit d'eau imposé par la pompe 14 de la boucle secondaire et en réglant la position du volet V qui laisse plus ou moins passer l'air à travers les échangeurs. Le sens de circulation du fluide caloporteur dans la boucle secondaire 7 est réversible en fonction du mode de fonctionnement du dispositif, c'està-dire soit en mode de réchauffage de l'habitacle (figure 1), soit en mode de refroidissement (figure 2). Des clapets CL1 et CL2 sont prévus pour court-circuiter l'un ou l'autre des échangeurs 15a et 15b en fonction du mode de fonctionnement du dispositif. La vanne trois-voies 13 est en effet adaptée pour mettre en communication la boucle secondaire 7 avec le circuit 8 de régulation thermique du moteur du véhicule, en isolant de l'évaporateur 4 et pour mettre en communication cette boucle secondaire 7 avec l'évaporateur 4 en l'isolant du circuit 8 de régulation thermique du moteur, respectivement en mode de réchauffage de l'habitacle et en mode de refroidissement de l'habitacle. Les clapets CL1 et CL2 sont positionnés de manière à bloquer l'arrivée de fluide caloporteur à l'entrée de l'un ou l'autre des échangeurs 15a et 15b, de sorte que l'un des échangeurs, à savoir l'échangeur 15a, ne reçoive que des frigories en provenance de l'évaporateur 4 et que l'échangeur chaud 15b ne reçoive que des calories en provenance du moteur thermique. On évite de cette façon que des calories vaporisent des condensats retenus dans un échangeur préalablement refroidi. A titre d'exemple, on pourra piloter le dispositif selon deux modes de fonctionnement différents, illustrés aux figures 1 et 2, sur lesquelles les flèches représentent le sens de circulation du fluide caloporteur ou frigorigène manière. Situation 1: environnement froid: La vanne 3 voies 13 se situe dans la positon représentée sur la figure 1 de manière à mettre directement en communication la boucle secondaire 7 avec le circuit 8 de régulation thermique du moteur. Dans ce cas, l'eau chaude en provenance du groupe motopropulseur 9 alimente cette boucle 7. Le clapet CL1 est fermé et le fluide caloporteur circule à travers l'échangeur chaud 15b. Le clapet CL2 est ouvert. La pompe 14 est arrêtée. Situation 2: environnement chaud: la vanne 3 voies 13 est positionnée dans la position visible sur la figure 2 dans laquelle la boucle secondaire 7 est isolée du circuit 8 de régulation thermique du moteur et circule à travers l'évaporateur 4. La pompe 14 est activée. Le liquide caloporteur circule en sens inverse. Le clapet CL2 est fermé sous l'effet de la pression régnant dans la boucle 7 de sorte que le liquide caloporteur circule à travers l'échangeur froid 15a. Le clapet CL1 est ouvert. On comprendra que l'invention, selon laquelle le fluide caloporteur circule toujours dans un seul échangeur de chaleur tandis que l'autre est isolé du reste du circuit par le clapet auquel il est associé, et qui utilise une boucle secondaire qui constitue une dérivation du circuit de régulation thermique du moteur permet d'éviter tout phénomène d'apparition instantanée de buée dans l'habitacle dans la mesure où, en mode de réchauffage, le fluide caloporteur chaud n'est pas en contact avec un échangeur de chaleur préalablement refroidi. Elle permet en outre de limiter les fuites de fluide dans la mesure où l'installation présente une compacité accrue. On notera cependant que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit. En effet, dans le mode de réalisation décrit en référence aux figures 1 et 2, le dispositif de régulation thermique est pourvu de moyens d'échange thermique agencés sous la forme de boîtiers disposés dans l'habitacle. Comme on le voit sur la figure 3, il est également possible de disposer un boîtier 20 de manière intégrée à la planche de bord du véhicule. Ce mode de réalisation permet d'améliorer la performance du dispositif dans un environnement chaud, en particulier pour la mise en action et permet d'assurer en outre une fonction de désembuage. Ce mode de réalisation permet en outre d'équilibrer la température de l'habitacle en complément avec les calories ou les frigories dégagées par les boîtiers 19 de zones Z1 et Z2. On notera que la boucle frigorifique peut également être réversible, de sorte que l'invention est également adaptée à un mode de mise en oeuvre selon lequel elle fonctionne soit en tant que système frigorifique, soit en tant que pompe à chaleur. Dans ce cas, on prévoira d'installer une vanne à quatre voies pour le raccordement de la boucle secondaire et permettre un changement de sens de circulation du fluide frigorigène. On notera enfin que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus. En effet, comme représenté à la figure 4 sur laquelle des éléments identiques aux figures 1 à 3 sont représentés par des mêmes références numériques, il est possible de doter le dispositif de régulation selon l'invention d'une boucle frigorifique 1 réversible. Dans cet exemple de réalisation, la boucle secondaire ne communique plus qu'avec la boucle frigorifique 1 par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 4. Elle est pourvue de deux dérivations 20A et 20B équipées chacune d'une pompe 21A et 21B agencées en antiparallèle de sorte que le fluide circule dans deux sens opposés dans les dérivations 20A et 20B. Ainsi, lorsque la boucle réversible 1 constitue une boucle froide, la pompe désignée par la référence 21A est actionnée et l'autre pompe 21 B est arrêtée. Le fluide dans la boucle secondaire circule alors dans l'échangeur 15a. On contraire, lorsque la boucle réversible 1 constitue une boucle chaude, la pompe désignée par la référence 21B est actionnée et l'autre pompe 21A est arrêtée. Le fluide dans la boucle secondaire circule alors dans l'échangeur 15b. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant une boucle frigorifique (1) dans laquelle circule un fluide frigorigène, une boucle secondaire (7) dans laquelle circule un fluide caloporteur, un échangeur de chaleur (4) traversé par le fluide frigorigène et par le fluide caloporteur, et des moyens d'échange thermique (15; 19, 20) traversés par le fluide caloporteur et par un flux d'air destiné à réchauffer ou refroidir l'habitacle du véhicule, caractérisé en ce que le fluide caloporteur dans la boucle secondaire circule selon deux sens opposés en mode de chauffage de l'habitacle, d'une part, et en mode de refroidissement de l'habitacle, d'autre part, et en ce que les moyens d'échange thermique comportent au moins un ensemble de deux demi-échangeurs de chaleur (15a, 15b) adaptés pour être sélectivement traversés par le fluide caloporteur, les demi-échangeurs étant montés en parallèle et étant équipés chacun d'un clapet (CL1, CL2), lesdits clapets étant montés en anti-parallèle de manière à alimenter l'un ou l'autre demi-échangeur en mode de chauffage et en mode de refroidissement de l'habitacle. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle secondaire (7) constitue une boucle de dérivation d'un circuit (8) de régulation thermique du moteur d'entraînement du véhicule et communique avec ce dernier par l'intermédiaire d'une vanne (13) adaptée pour faire communiquer la boucle secondaire avec le circuit de régulation thermique du moteur du véhicule en mode de chauffage de l'habitacle en courtcircuitant l'échangeur de chaleur et pour l'isoler dudit circuit de régulation en la faisant communiquer avec l'échangeur de chaleur en mode de refroidissement de l'habitacle. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les clapets sont intégrés aux échangeurs. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe (14) prévue pour faire circuler le fluide caloporteur dans la boucle secondaire en mode de refroidissement de l'habitacle. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pompe (14) est disposée en amont de l'échangeur de chaleur, en considérant le sens de circulation du fluide en mode de refroidissement de l'habitacle. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble (20) de deux demi- échangeurs intégré à la planche de bord du véhicule. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la boucle frigorifique est entièrement logée dans le compartiment moteur (M) du véhicule. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la boucle frigorigène (1) est une boucle réversible. 9. Procédé de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule automobile utilisant une boucle frigorifique (1) dans laquelle circule un fluide frigorigène, une boucle secondaire (7) dans laquelle circule un fluide caloporteur, un échangeur de chaleur (4) traversé par le fluide frigorigène et par le fluide caloporteur, et des moyens d'échange thermique (15; 16, 20) traversés par le fluide caloporteur et par un flux d'air destiné à réchauffer ou refroidir l'habitacle du véhicule, caractérisé en ce que l'on fait circuler le fluide caloporteur dans la boucle secondaire selon deux sens opposés en mode de chauffage de l'habitacle, d'une part, et en mode de refroidissement de l'habitacle, d'autre part, et en ce que les moyens d'échange thermique comportant au moins un ensemble de deux demi-échangeurs de chaleur (15a, 15b) adaptés pour être sélectivement traversés par le fluide caloporteur, montés en parallèle et équipés respectivement équipés de deux clapets (CL1, CL2) montés en anti-parallèle, on alimente l'un ou l'autre demi-échangeur en mode de chauffage et en mode de refroidissement de l'habitacle.