Brevet FR2905310A1 — publié le 20080307

SYSTEME DE CLIMATISATION POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un système de climatisation pour véhicule, notamment un véhicule automobile hybride, présentant des conditions de vie où le moteur thermique est arrêté en phase de roulage. De manière générale, un système de climatisation destiné à refroidir l'habitacle d'un véhicule automobile, comprend un système échangeur comportant un évaporateur, un compresseur, un condenseur, un détendeur et un fluide susceptible de changer d'états : liquide / gaz, comme illustré sur le schéma de la figure 1. Le compresseur : Directement entraîné par le moteur du véhicule à l'aide d'une courroie et d'une poulie, celui-ci comprime du fluide frigorigène, le refoulant sous haute pression et à haute température vers le condenseur. Le condenseur : Grâce à une ventilation forcée, cet échangeur thermique provoque la condensation du gaz qui arrive à l'état gazeux en haute pression et haute température. Il le liquéfie grâce à l'abaissement de température de l'air qui le traverse. L'évaporateur : C'est le dernier composant de l'installation de climatisation. C'est un échangeur thermique, comme le condenseur qui prélève des calories à l'air qui sera soufflé dans la cabine (il refroidit l'air et l'assèche). L'humidité prélevée dans l'air ruisselle sur les ailettes de l'évaporateur et est progressivement évacuée sous le véhicule. Le détendeur : Le détendeur est un composant qui permet de réguler le débit d'entrée du gaz dans la boucle via une modification de section de passage dépendant de la température et de la pression au niveau de l'évaporateur. Ainsi, l'air chaud venant de l'extérieur se refroidit en traversant l'évaporateur tout en s'asséchant également car l'humidité présente dans l'air extérieur se colle sur la surface froide de l'évaporateur. Lorsque le moteur thermique est arrêté, le système de climatisation traditionnel n'est plus opérationnel. C'est notamment le cas pour des véhicules automobiles hybrides, qui sont conçus pour fonctionner en alternance sur moteur thermique et moteur électrique. Dans le cas d'un fonctionnement dit Full hybride , le moteur électrique peut se substituer au 2905310 2 moteur thermique pour la traction du véhicule et ce pendant des intervalles de temps relativement longs. Le problème de climatisation non alimentée par les moyens présents et actifs, couplés au moteur thermique sont encore plus aigus que ceux qui peuvent être rencontrés dans des applications de moteur 5 hybride de type STT dans lesquelles le moteur thermique n'est arrêté que pendant de courts instants. Pour pallier le problème de refroidissement hors fonctionnement du moteur thermique, il a été proposé d'utiliser l'aérotherme, comme substitut au circuit de refroidissement, en faisant passer l'air en sortie de l'évaporateur 10 dans l'aérotherme, lorsque le moteur thermique est coupé. L'aérotherme est un échangeur thermique dont la fonction est de réchauffer l'air pulsé dans l'habitacle. Ce réchauffement est obtenu par un échange calorifique entre le liquide de la boucle chaude issue du circuit de refroidissement du moteur thermique et l'air pulsé dans l'habitacle. Au- 15 dessus d'une certaine température extérieure, l'aérotherme n'est plus supposé apporter de calories à l'habitacle. La figure 2 illustre cette configuration : D'une part, le circuit hydraulique de refroidissement du moteur thermique comprend de manière classique un radiateur 1, associé au moteur 20 thermique 2 couplé à un circuit hydraulique de refroidissement comportant une première partie 21 comportant une pompe à eau 22, un boîtier d'eau 23 et un thermostat 24 permettant de contrôler et de commander la circulation du liquide de refroidissement en sortie du moteur. Le circuit hydraulique comprend également une seconde partie 31 comportant une pompe 25 électrique 32 pour alimenter un aérotherme 3. D'autre part, le groupe de climatisation 4 comportant notamment un évaporateur 41 envoie de l'air refroidi dans l'aérotherme qui le réchauffe. Typiquement de l'air à 5 C en sortie d'évaporateur peut ressortir de l'aérotherme à une température de 7 C et ainsi procurer de l'air frais dans 30 l'habitacle par des moyens classiques de distribution des moyens de l'air traité comprenant des conduites des volets de répartition et des buses d'aération. L'aérotherme stocke alors du froid lorsque le moteur tourne. Moteur arrêté, l'air se réchauffe et s'évapore au niveau de l'évaporateur, 35 mais sera condensé et refroidi au niveau de l'aérotherme. 2905310 3 Dans ce contexte, la présente invention propose de combiner l'utilisation du circuit hydraulique alimentant l'aérotherme à l'utilisation d'un réservoir hydraulique. De cette manière, le circuit hydraulique constitue une source de froid lorsque le moteur thermique est arrêté et le réservoir 5 constitue une source supplémentaire de froid pour assurer un refroidissement suffisant en période d'arrêt prolongé du moteur thermique. La combinaison de ces sources de froid est particulièrement adaptée à des applications pour lesquelles le moteur peut être arrêté pendant de longues durées. Une telle configuration est également intéressante pour stoker des 10 calories pour continuer à réchauffer l'habitacle du véhicule en hiver, lorsque le moteur thermique est arrêté. Plus précisément, l'invention a pour objet un système de climatisation, pour véhicule automobile équipé d'un moteur thermique, d'un moteur électrique, par exemple de type alternato-démarreur, et d'un circuit 15 hydraulique, ledit système comportant un évaporateur, un aérotherme, des moyens pour alimenter en air l'aérotherme en sortie de l'évaporateur, caractérisé en ce que : le système comporte des moyens pour dissocier la partie du circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique de la 20 partie du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme et en ce que: - la partie du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprend un réservoir hydraulique Selon une variante de l'invention, le réservoir hydraulique contient 25 de l'eau glycolée. Selon une variante de l'invention, la partie du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprend un circuit parallèle dans lequel est incorporé le réservoir hydraulique. Selon une variante de l'invention, les moyens pour dissocier la 30 partie du circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique de la partie du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprennent deux conduits hydrauliques montés en parallèle. Selon une variante de l'invention, les moyens pour dissocier la partie du circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique et la partie du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprennent une vanne 2905310 4 à trois voies, permettant d'alimenter la partie du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme en circuit fermé. Selon une variante de l'invention, les moyens pour dissocier la partie circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique et la partie du 5 circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprennent au moins un clapet anti-retour. Selon une variante de l'invention, la partie du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprend une pompe électrique. Selon une variante de l'invention le système de climatisation 10 comprend des moyens de dérivations. Selon une variante de l'invention, le système de climatisation comprend des moyens de pilotage des circuits hydrauliques, de la pompe électrique et des moyens pour faire varier le débit d'air d'alimentation de l'aérotherme. 15 Selon une variante de l'invetion le système de climatisation est caractérisé en ce que la gestion de la vanne trois voies, de la pompe et du groupe de climatisation s'effectue selon les conditions ambiantes, les demandes client, voire les conditions de roulage du véhicule. 20 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : la figure 1, déjà décrite, illustre un dispositif de climatisation 25 selon l'art connu ; - la figure 2, déjà décrite, illustre un système de climatisation selon l'art connu ; - les figures 3a et 3b schématisent le fonctionnement d'un système de climatisation utilisant l'aérotherme pour refroidir l'habitacle 30 lorsque, respectivement lorsque le moteur thermique fonctionne et lorsqu'il est à l'arrêt ; - les figures 4a et 4b illustrent une première variante du système de l'invention de manière structurelle et en mode de fonctionnement estival ; - la figure 5 illustre une seconde variante du système de 35 l'invention ; 2905310 5 - la figure 6 illustre une variante de l'invention dans le cadre d'une application non équipée d'un bypass moteur. 5 Dans le cadre de la gestion de froid à apporter à l'habitacle, notamment en période estivale, le système de l'invention utilise le dispositif de gestion du froid présent dans un véhicule automobile et plus précisément l'évaporateur pour générer de l'air refroidi en direction de l'aérotherme. En effet, comme illustré en figure 3a, sous l'action du moteur thermique, 10 l'évaporateur peut typiquement refroidir un air chaud à environ 30 C prélevé depuis l'extérieur à une température d'environ 5 C. Cet air refroidi est alors envoyé dans l'aérotherme qui par échange thermique avec une circulation d'eau provenant du circuit hydraulique indépendant du circuit de refroidissement du moteur thermique génère un refroidissement de l'eau (l'air 15 est alors un peu plus chaude en sortie de l'aérotherme comparé à son entrée (7 C en comparaison à 5 C). Lorsque le moteur est arrêté, comme illustré en figure 3b, l'évaporateur n'est plus opérationnel, l'air rentrant à 30 C, ressort à 30 C, pour rentrer dans l'aérotherme et bénéficier de l'inertie de ce dernier pour 20 être un peu refroidi, passant dans l'exemple illustré à une température de 12 C. Selon le dispositif de l'invention, l'air froid en sortie de l'évaporateur en hiver, transite par l'aérotherme alimenté en eau chaude issue du circuit de refroidissement du moteur thermique. Les échanges de chaleur qui ont lieu sur le flux d'air injecté dans l'aérotherme permettent d'élever la température 25 dudit flux d'air comme illustré en figure 3a. Pour amplifier le stockage de froid au-delà de la capacité de l'aérotherme et assurer un refroidissement de l'habitacle lorsque le moteur thermique est coupé, la présente invention propose d'ajouter un réservoir hydraulique sur la partie de circuit hydraulique qui alimente l'aérotherme. 30 Le système de climatisation de l'invention est illustré schématiquement en figure 4a selon une première variante de l'invention : Le circuit hydraulique comporte des moyens tels qu'un second tuyau de circulation d'eau 34 et des moyens de réglage de débit d'eau 60 dans le circuit hydraulique de l'aérotherme, permettant de recycler l'eau à 35 une température variable dans ledit circuit hydraulique de l'aérotherme. 2905310 6 Le système comporte en outre un réservoir 5 placé sur la partie de circuit hydraulique 34. Cette réserve supplémentaire en eau de refroidissement est mise à profit lorsque le moteur thermique est arrêté. En mode estival, comme illustré en figure 4b, les circuits 5 hydrauliques sont dissociés. Les parties d'alimentation de l'aérotherme et du moteur sont dissociées grâce à la vanne trois voies 60. Lorsque l'aérotherme est alimenté en circuit fermé, l'énergie stockable dans le circuit hydraulique associé est augmentée grâce à la présence du réservoir hydraulique 5. La puissance échangée entre cette partie du circuit hydraulique et l'aérotherme, 10 permet de refroidir un flux d'air à température ambiante traversant l'aérotherme de manière plus performante qu'en absence de volume de stockage. La figure 5 illustre une seconde variante de l'invention, dans 15 laquelle le réservoir de stockage hydraulique 5 est intégré dans un circuit monté en parallèle de la partie du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme. Ce circuit parallèle est connecté et commandé via une seconde vanne trois voies 61. La vanne trois voies peut être avantageusement remplacée par un thermostat. 20 Le système de climatisation selon l'invention est aussi bien adapté à une configuration dans laquelle le moteur thermique est équipé d'un bypass moteur , pour lequel un thermostat en position fermée (c'est-à-dire lorsqu'il n'y a pas de débit dans le radiateur en face avant du véhicule) 25 permet d'assurer un gros débit d'eau dans le moteur du fait du passage d'eau à la fois sur la branche aérotherme, mais également par un tube à faible perte de charge, que pour des configurations dans lesquelles le circuit hydraulique comprend par exemple un circuit d'eau supplémentaire pour pallier au bypass moteur . 30 Ainsi, la figure 6 illustre une variante de l'invention dans le cadre d'un moteur non équipé d'un bypass moteur. Des moyens tels qu'un second tuyau de circulation d'eau 34 en parallèle d'un tuyau 35 et des moyens de réglage de débit d'eau 62 dans le circuit hydraulique de l'aérotherme, permettent de recycler l'eau dans le 2905310 7 circuit hydraulique de l'aérotherme à une température différente de celle circulant dans le moteur. Les variantes ci-dessus ont été décrites dans le cadre d'un besoin 5 de refroidissement de l'habitacle. Ainsi, si le réservoir de stockage contient de l'eau refroidie avant l'arrêt du véhicule, ses frigories seront stockées via ce réservoir à l'arrêt du véhicule. Cette eau refroidie pourra resservir lors du démarrage suivant. 10 Le système de l'invention peut également présenter de l'intérêt hors période estivale : En effet, il est possible de stocker des calories lors de la fin de l'utilisation du véhicule afin de pouvoir les ré-injecter lors du démarrage suivant. La procédure est la suivante lorsque la fin de l'utilisation est 15 détectée (dans le cas de la variante présentée en figure 4) : - Temps 1 : eau chaude acheminée dans la branche aérotherme (mais pas dans le composant 34) o pompe à eau électrique alimentée o vanne trois voies positionnée de manière à ce que l'eau 20 présente dans le moteur 2 arrive dans la branche aérotherme 31 -Temps 2 : eau chaude transférée de la branche aérotherme 31 vers le réservoir de stockage 5 o pompe à eau électrique alimentée 25 o vanne trois voies positionnée de manière à ce que l'eau présente dans la branche aérotherme 31 arrive dans la branche 34 présentant le réservoir hydraulique 5. Le volume d'eau dans la branche aérotherme pouvant être inférieur au volume d'eau dans le réservoir hydraulique, la procédure 30 (tempsl + temps 2) doit être réalisée plusieurs fois dans le cas de la variante présentée en figure 4. Le stockage dans la bouteille hydraulique est beaucoup plus simple dans le cas de la variante présentée en figure 5. Pour la restitution de l'énergie la procédure inverse doit être suivie. 35 2905310 8 Pour une demande en chauffage de l'habitacle : Si une demande de démarrage du véhicule sans moteur thermique (demande du conducteur ou de la programmation du véhicule) est 5 couplée à une demande de chauffage, il est possible de l'assurer si le stockage thermique est suffisamment chargé. Dans ce cas, le mode de fonctionnement du circuit d'eau moteur utilisé est le circuit dissocié , c'est-à-dire que les parties 21 et 31 du circuit hydraulique sont dissociées. Dans les autres conditions de vie, le chauffage de l'habitacle est 10 réalisé selon le fonctionnement classique que le moteur thermique soit en marche ou arrêté (moteur apportant des calories à l'aérotherme) Pour une demande de mode désembuaqe : 15 Dans cette condition de vie, et notamment en hiver lorsque le moteur est arrêté, pour assurer une fonction de désembuage, on maintient l'eau en circulation dans l'aérotherme via la pompe à eau électrique 32, ce qui permet de maintenir un apport d'air chaud via l'aérotherme. 20 Avantageusement avec le réservoir hydraulique, on peut amplifier ce phénomène sans ajout d'actionneur supplémentaire. REVENDICATIONS 1. Système de climatisation pour véhicule, notamment un véhicule automobile hybride, équipé d'un moteur thermique (2) et d'un circuit hydraulique, ledit système comportant un évaporateur (41), un aérotherme (3), des moyens pour alimenter en air l'aérotherme en sortie de l'évaporateur, caractérisé en ce que : - le système comporte des moyens (33, 34,35) pour dissocier la partie du circuit hydraulique (21) d'alimentation du moteur thermique de la partie du circuit hydraulique (31) d'alimentation de l'aérotherme en ce que: - la partie du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprend un réservoir hydraulique (5). 2. Système de climatisation selon la revendication 1, caractérisé 15 en ce que le réservoir hydraulique contient de l'eau glycolée. 3. Système de climatisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprend un circuit parallèle dans lequel est incorporé le réservoir 20 hydraulique. 4. Système de climatisation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour dissocier le circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique, du circuit hydraulique d'alimentation de 25 l'aérotherme, comprennent deux conduits hydrauliques montés en parallèle (33, 34,35). 5. Système de climatisation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens pour dissocier le circuit hydraulique 30 d'alimentation du moteur thermique et le circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprennent une vanne à trois voies (60, 61), permettant d'alimenter le circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme en circuit fermé. 2905310 10 6. Système de climatisation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens pour dissocier le circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique et le circuit hydraulique d'alimentation de 5 l'aérotherme comprennent au moins un clapet anti-retour. 7. Système de climatisation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprend une pompe électrique. 8. Système de climatisation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de faire varier le débit d'air d'alimentation de l'aérotherme. 9. Système de climatisation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique comprend des moyens de dérivation. 10. Système de climatisation selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de pilotage des circuits hydrauliques (21, 31), de la pompe électrique (32) et des moyens pour faire varier le débit d'air d'alimentation de l'aérotherme (3). 11. Système de climatisation selon la revendication 10, caractérisé en ce que la gestion de la vanne trois voies, de la pompe et du groupe de climatisation s'effectue selon les conditions ambiantes, les demandes client, voire les conditions de roulage du véhicule. 10