Brevet FR2904791A1 — publié le 20080215

Procédé de réfrigération d'un habitacle de véhicule automobile, ensemble de réfrigération et véhicule automobile associés. La présente invention concerne un procédé de réfrigération d'un habitacle de véhicule automobile, du type comprenant les étapes suivantes : - compression d'un fluide réfrigérant dans un compresseur ; - refroidissement du fluide réfrigérant provenant du compresseur dans un refroidisseur muni d'un ventilateur ; - détente du fluide réfrigérant issu du refroidisseur dans le détendeur ; - évaporation du fluide réfrigérant dans un évaporateur placé en rela- tion d'échange thermique avec l'habitacle du véhicule automobile. On connaît de EP-A-O 991 536 un procédé du type précité, mis en oeuvre dans un circuit de climatisation comprenant successivement un compresseur, un refroidisseur, un détendeur et un évaporateur placé en relation d'échange thermique avec l'habitacle du véhicule. En été, dans un mode classique de fonctionnement pour le refroidissement de l'habitacle, le fluide réfrigérant présent dans le circuit est comprimé dans le compresseur, puis refroidi dans le refroidisseur avant d'être dé-tendu et évaporé successivement dans le détendeur et dans l'évaporateur. La détente et l'évaporation du fluide réfrigérant génèrent des frigories né- cessaires au refroidissement de l'habitacle. Dans un mode particulier de fonctionnement, lorsque l'habitacle doit être réchauffé en hiver, le fluide réfrigérant issu du compresseur est envoyé vers un échangeur thermique placé en relation d'échange thermique avec le fluide caloporteur destiné au refroidissement du moteur, puis est envoyé di- rectement au détendeur sans passer par le refroidisseur. Ce mode de fonctionnement permet de préchauffer le fluide caloporteur lorsque le moteur est froid, et de fournir des calories à l'habitacle du véhicule avant que le moteur n'atteigne sa température de fonctionnement. Un tel procédé ne donne pas entière satisfaction en ce qui concerne 30 son fonctionnement pour générer des frigories en vue de la réfrigération de l'habitacle. 2904791 2 En effet, le procédé de réfrigération n'est pas entièrement optimisé sur le plan énergétique et les consommations du compresseur, et du groupe motoventilateur associé au refroidisseur pourraient être optimisées. Un but de l'invention est donc d'obtenir un procédé de réfrigération 5 d'un habitacle de véhicule automobile qui présente un rendement amélioré. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé en ce que le procédé comprend, entre l'étape de compression et l'étape de détente, une étape de prérefroidissement du fluide réfrigérant dans un échangeur thermique de prérefroidissement, dans laquelle le fluide 10 réfrigérant issu du compresseur est refroidi par échange thermique avec un fluide caloporteur destiné à refroidir le moteur du véhicule, circulant dans l'échangeur thermique de prérefroidissement. Le procédé selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes combinai- 15 sons techniquement possibles : -la totalité du fluide réfrigérant issu du compresseur passe en permanence dans l'échangeur thermique de prérefroidissement lorsque le compresseur est en fonctionnement ; - le fluide caloporteur passant dans l'échangeur de prérefroidissement 20 circule sur une branche de refroidissement du moteur alimentée en permanence lorsque le moteur est activé ; et - le fluide caloporteur passant dans l'échangeur de prérefroidissement circule sur une branche du circuit de refroidissement moteur alimentée par intermittence lorsque le moteur est activé. 25 L'invention a en outre pour objet un ensemble de réfrigération d'un habitacle de véhicule automobile, du type comprenant : - un compresseur de fluide réfrigérant ; - un refroidisseur de fluide réfrigérant raccordé au compresseur ; - un détendeur de fluide réfrigérant, raccordé au refroidisseur ; - un évaporateur de fluide réfrigérant raccordé au détendeur et placé en relation d'échange thermique avec l'habitacle du véhicule automobile ; caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur thermique de prére-froidissement du fluide réfrigérant, placé entre le compresseur et le déten- 2904791 3 deur et placé en relation d'échange thermique avec un fluide caloporteur destiné à refroidir le moteur du véhicule automobile, l'échangeur thermique de prérefroidissement étant monté en série avec le compresseur, le refroidisseur et le détendeur de sorte que la totalité du fluide réfrigérant issu du 5 compresseur circule en permanence dans l'échangeur de prérefroidissement lorsque le compresseur est en fonctionnement. L'ensemble selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes combinai-sons techniquement possibles : 10 l'échangeur thermique de prérefroidissement est placé entre le compresseur et le refroidisseur ; - il comprend une branche d'un circuit de refroidissement du moteur propre à être alimentée en permanence lorsque le moteur est activé, l'échangeur thermique de prérefroidissement étant placé en relation 15 d'échange thermique avec la branche alimentée en permanence ; et - il comprend une branche du circuit de refroidissement moteur propre à être alimentée par intermittence lorsque le moteur est activé, l'échangeur thermique de prérefroidissement étant placé en relation d'échange thermique avec la branche alimentée par intermittence. 20 L'invention a également pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de réfrigération tel que défini ci-dessus. 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 des- 25 sins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique d'un premier ensemble de réfrigération d'un habitacle de véhicule automobile selon l'invention ; -la Figure 2 est une vue analogue à la Figure 1 d'un deuxième en-semble de réfrigération d'un habitacle de véhicule automobile selon 30 l'invention ; et - la Figure 3 est une vue analogue à la Figure 1 d'un troisième en-semble de réfrigération d'un habitacle de véhicule automobile selon l'invention. 2904791 4 Dans tout ce qui suit, les termes amont et aval s'entendent par rapport au sens de circulation normal d'un fluide dans une installation. Le véhicule automobile 10 représenté schématiquement et partielle-ment sur la Figure 1 comprend, de manière classique, un moteur thermique 5 12, un habitacle 13, et un premier ensemble de réfrigération selon l'invention comportant un circuit fermé 14 de refroidissement du moteur thermique 12, et un circuit fermé 18 de réfrigération de l'habitacle. De manière classique, le circuit 14 de refroidissement du moteur 12 contient un fluide caloporteur constitué par exemple par de l'eau glycolée. II 10 comprend une pompe 20 de mise en circulation du fluide caloporteur, un réseau 22 de circulation dans le moteur 12, et une boîte 24 de sortie d'eau. Le réseau 22 de circulation de fluide caloporteur dans le moteur dé-bouche en amont dans la pompe 20, et en aval, dans la boîte de sortie d'eau 24. 15 Le circuit 14 comprend en outre une branche 26 de circulation du fluide caloporteur dans un aérotherme 28, une branche 30 de circulation du fluide réfrigérant dans un radiateur 32, et une branche 34 de circulation du fluide réfrigérant dans un échangeur 36 de refroidissement de l'huile moteur . 20 L'aérotherme 28 est placé en relation d'échange thermique directe ou par l'intermédiaire d'un ventilateur avec l'habitacle 13 du véhicule automobile. II est raccordé en amont à la boîte de sortie d'eau 24, et il est raccordé en aval à la pompe 20 par une conduite 38 de sortie d'aérotherme. Le radiateur 32 est par exemple placé sur la face avant (non repré- 25 sentée) du véhicule automobile 10. II est muni d'un ventilateur 40 de balayage du radiateur. Le radiateur 32 est raccordé en amont à la pompe 20, et en aval, à la boîte de sortie d'eau 24. La branche 26 de circulation dans l'aérotherme 28 et la branche 30 de circulation dans le radiateur 32 sont montées en parallèle entre la pompe 30 20 et la boîte de sortie d'eau 24. Un répartiteur 42 est placé dans la boîte de sortie d'eau 24 pour ré-partir le débit de fluide caloporteur entre la branche 26 et la branche 30. 2904791 5 L'échangeur 36 de refroidissement de l'huile moteur est placé en relation d'échange thermique avec l'huile circulant dans le moteur. II est relié, en amont et en aval, au réseau 22. Dès que le moteur 12 est en fonctionnement, les branches 26, 30 et 5 34 sont alimentées en permanence par du fluide caloporteur pompé par la pompe 20. Le circuit 18 de réfrigération de l'habitacle 13 comprend, montés successivement en série, un compresseur 44, un échangeur 46 de prérefroidissement, un refroidisseur 48, et un refroidisseur interne 50. II comprend en 10 outre un détendeur 52, et un évaporateur 54 placé en relation d'échange thermique avec l'habitacle 13. Le circuit de réfrigération 18 contient un fluide réfrigérant constitué par exemple par un gaz de type dioxyde de carbone. L'échangeur de prérefroidissement 46 est raccordé en amont au 15 compresseur 44, et en aval, au refroidisseur 48, par des conduites sans dérivation. Ainsi, la totalité du fluide réfrigérant issu du compresseur 44 passe en permanence dans l'échangeur de prérefroidissement 46 avant d'entrer dans le refroidisseur 48 lorsque le compresseur 44 est activé. L'échangeur 46 de prérefroidissement est également monté sur la 20 conduite 38 de sortie d'aérotherme, entre l'aérotherme 28 et la pompe 20. Ainsi, le fluide réfrigérant circulant dans le circuit 18 de réfrigération de l'habitacle entre le compresseur 44 et le refroidisseur 48 est placé en relation d'échange thermique dans l'échangeur 46 avec le fluide caloporteur destiné au refroidissement du moteur 12 circulant dans la branche 26 entre 25 la boîte de sortie d'eau 24 et la pompe 20. Dans l'échangeur 46, le fluide caloporteur et le fluide réfrigérant ne sont pas mélangés. Le refroidisseur 48 est placé sur la face avant (non représentée) du véhicule automobile. Il est muni d'un ventilateur de refroidissement 56. L'échangeur interne 50 est monté en série sur la conduite reliant le 30 refroidisseur 48 au détendeur 52 et sur la conduite reliant l'évaporateur 54 au compresseur 44. II place ainsi le fluide réfrigérant issu du refroidisseur 48 en relation d'échange thermique avec le fluide réfrigérant sortant de l'évaporateur 54. 2904791 6 Un premier procédé de réfrigération de l'habitacle 13 du véhicule automobile selon l'invention va maintenant être décrit. Initialement, lorsque le moteur 12 du véhicule 10 est démarré, la température du fluide caloporteur est sensiblement égale à la température am- 5 biante. Une fois le moteur thermique allumé, la pompe 20 est activée. Le fluide caloporteur circule alors dans le réseau 22 pour refroidir le moteur 12. II circule aussi en permanence dans la branche 34 de circulation dans l'échangeur 36 de refroidissement de l'huile moteur. De même, le fluide caloporteur issu de la boîte à eau 24 est réparti 10 par le répartiteur 42 entre la branche 26 de circulation dans l'aérotherme 28 et la branche 30 de circulation dans le radiateur 32. Ces branches 26, 30 sont alimentées en permanence par du fluide caloporteur en circulation dès que le moteur 12 est en fonctionnement. Lorsqu'un utilisateur du véhicule automobile 10 met en fonctionne- 15 ment le circuit 18 de réfrigération de l'habitacle, le compresseur 44 est activé pour faire circuler le fluide réfrigérant dans le circuit de réfrigération 18. La pression du fluide réfrigérant en sortie du compresseur 44 avant son entrée dans l'échangeur de prérefroidissement 46 est par exemple de 130 bars absolus, et sa température est de 180 C. 20 Dans l'échangeur 46, le fluide de refroidissement à haute température est placé en relation d'échange thermique avec le fluide caloporteur à température ambiante destiné au refroidissement du moteur 12. Le moteur thermique 12 n'étant pas encore chaud, le fluide réfrigérant est refroidi dans l'échangeur 46, avant d'être introduit dans le refroidisseur 48. 25 Dans le refroidisseur 48, le fluide réfrigérant comprimé est encore re- froidi jusqu'à une température sensiblement égale à 50 C. Puis, le fluide réfrigérant issu du refroidisseur 48 est introduit dans l'échangeur interne 50 où il se refroidit encore jusqu'à une température sensiblement égale à 35 C. 30 Le fluide réfrigérant issu de l'échangeur interne 50 est alors détendu dans le détendeur 52 jusqu'à une pression sensiblement égale à 35 bars. Lors de cette détente, la température du fluide réfrigérant diminue jusqu'à 0 C environ. Le fluide réfrigérant se condense partiellement. 2904791 7 Puis, le fluide réfrigérant détendu refroidi est partiellement évaporé dans l'évaporateur 54, ce qui engendre des frigories pour le refroidissement de l'habitacle 13. Le fluide réfrigérant réchauffé issu de l'évaporateur 54 est alors intro- 5 duit dans l'échangeur interne 50 pour refroidir le fluide réfrigérant issu de l'évaporateur 48. II se réchauffe ainsi jusqu'à une température sensiblement égale à 40 C avant d'être introduit à nouveau dans le compresseur 44. Le fluide réfrigérant issu du compresseur 44 étant prérefroidi en totalité dans l'échangeur de prérefroidissement 46, la vitesse du ventilateur 56 du 10 refroidisseur 48 peut être diminuée fortement, notamment lorsque le véhicule présente une vitesse nulle et que le moteur 12 est toujours activé. Ainsi, la consommation engendrée par le ventilateur 56 est diminuée, ce qui contribue à augmenter le rendement du circuit de climatisation 18. La consommation du compresseur 44 peut être réduite de manière 15 significative, puisque la pression en sortie de ce compresseur peut être diminuée tout en produisant toujours le même nombre de frigories. En outre, lorsque le besoin en refroidissement de l'habitacle 13 est très élevé, il est possible de faire fonctionner ponctuellement le ventilateur 56 et le compresseur 44 à plein régime en accroissant la performance 20 maximale du circuit de réfrigération 18 pour la production de frigories dans l'évaporateur 54. Le deuxième ensemble de réfrigération représenté sur la Figure 2 diffère du premier ensemble de réfrigération en ce que l'échangeur de prérefroidissement 46 est monté en série sur la branche 34 de circulation de 25 fluide caloporteur dans l'échangeur 36 de refroidissement de l'huile moteur, et non sur la branche 26 de circulation dans l'aérotherme 28. Le procédé de réfrigération mis en oeuvre dans cet ensemble est par ailleurs analogue à celui mis en oeuvre dans le premier ensemble. Le troisième ensemble de réfrigération selon l'invention, représenté 30 sur la Figure 3, diffère du premier ensemble en ce qu'il comprend un circuit 70 de refroidissement des gaz d'échappement comprenant une pompe additionnelle 72 et un échangeur thermique 74 montés en série. 2904791 8 Un tel circuit est par exemple décrit dans la demande de brevet en France n 0550416 de la Demanderesse. La pompe 72 est raccordée en amont à un piquage 76 prévu sur la branche 30 de circulation dans le radiateur 32, placé à une sortie du radia- 5 teur 32. L'échangeur 74 est raccordé en aval à un piquage 78 sur la branche 30 de circulation, situé à une entrée du radiateur 32. Dans cet ensemble, l'échangeur de prérefroidissement 46 est formé par l'échangeur thermique 74 lequel est raccordé en amont au compresseur 10 44 et en aval au refroidisseur 48. Dans l'échangeur 74, le fluide réfrigérant circulant dans le circuit de réfrigération 18 est placé en relation d'échange thermique avec le fluide caloporteur circulant dans le circuit 70 de refroidissement des gaz d'échappement Le procédé de réfrigération mis en oeuvre dans ce troisième ensem- 15 ble est analogue à celui mis en oeuvre dans le premier ensemble. Toutefois, la pompe 72 est activée de manière intermittente lorsque le moteur 12 est en marche. Lorsque la pompe 72 est activée, l'échangeur de prérefroidissement 76 permet le prérefroidissement du fluide réfrigérant présent dans le circuit de réfrigération 18 et circulant entre le compresseur 46 et le refroidis- 20 seur 48. En variante, le circuit de réfrigération 18 est dépourvu d'échangeur in-terne 50. REVENDICATIONS 1.- Procédé de réfrigération d'un habitacle (13) de véhicule automobile (10), du type comprenant les étapes suivantes : - compression d'un fluide réfrigérant dans un compresseur (44) ; 5 - refroidissement du fluide réfrigérant provenant du compresseur (44) dans un refroidisseur (48) muni d'un ventilateur (56) ; - détente du fluide réfrigérant issu du refroidisseur (48) dans le détendeur (52) ; - évaporation du fluide réfrigérant dans un évaporateur (54) placé en 10 relation d'échange thermique avec l'habitacle (13) du véhicule automobile (10), caractérisé en ce que le procédé comprend, entre l'étape de compression et l'étape de détente, une étape de prérefroidissement du fluide réfrigérant dans un échangeur thermique (46) de prérefroidissement, dans 15 laquelle le fluide réfrigérant issu du compresseur (44) est refroidi par échange thermique avec un fluide caloporteur destiné à refroidir le moteur (12) du véhicule (10), circulant dans l'échangeur thermique de prérefroidissement (46). 2.- Procédé selon l'une des revendications 1, caractérisé en ce que la 20 totalité du fluide réfrigérant issu du compresseur (44) passe en permanence dans l'échangeur thermique de prérefroidissement (46) lorsque le compresseur (44) est en fonctionnement. 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide caloporteur passant dans l'échangeur de pré- 25 refroidissement (46) circule sur une branche de refroidissement du moteur (12) alimentée en permanence lorsque le moteur (12) est activé. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le fluide caloporteur passant dans l'échangeur de prérefroidissement (13) circule sur une branche du circuit de refroidissement moteur 30 (12) alimentée par intermittence lorsque le moteur (12) est activé. 5.- Ensemble de réfrigération d'un habitacle (13) de véhicule automobile (10), du type comprenant : - un compresseur (44) de fluide réfrigérant ; 2904791 10 - un refroidisseur (48) de fluide réfrigérant raccordé au compresseur (44) ; - un détendeur (52) de fluide réfrigérant, raccordé au refroidisseur (48) ; - un évaporateur (54) de fluide réfrigérant raccordé au détendeur (52) et placé en relation d'échange thermique avec l'habitacle (13) du véhicule automobile (10) ; caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur thermique (46) de prérefroidissement du fluide réfrigérant, placé entre le compresseur (44) et le détendeur (52) et placé en relation d'échange thermique avec un fluide caloporteur destiné à refroidir le moteur (12) du véhicule automobile (10), l'échangeur thermique de prérefroidissement (46) étant monté en série avec le compresseur (44), le refroidisseur (48) et le détendeur (52) de sorte que la totalité du fluide réfrigérant issu du compresseur (44) circule en permanence dans l'échangeur de prérefroidissement (46) lorsque le compresseur (44) est en fonctionnement. 6.- Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'échangeur thermique de prérefroidissement (46) est placé entre le compresseur (44) et le refroidisseur (48). 7.- Ensemble selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend une branche (26 ; 30 ; 34) d'un circuit de refroidissement du moteur (12) propre à être alimentée en permanence lors-que le moteur (12) est activé, l'échangeur thermique de prérefroidissement (46) étant placé en relation d'échange thermique avec la branche (26 ; 30 ; 34) alimentée en permanence. 8.- Ensemble selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une branche (70) du circuit de refroidissement moteur propre à être alimentée par intermittence lorsque le moteur (12) est activé, l'échangeur thermique de prérefroidissement (46) étant placé en rela- tion d'échange thermique avec la branche (70) alimentée par intermittence. 9.- Véhicule automobile (10) caractérisé en ce qu'il comprend un en-semble de réfrigération selon l'une quelconque des revendications 5 à 8.