Brevet FR2905633A1 — publié le 20080314

Boucle de climatisation d'un véhicule automobile dont le fluide réfrigérant est à base de 1,1,1,2-tetrafluoropropène et de trifluoroiodométhane. Domaine technique de l'invention. La présente invention est du domaine des installations de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, d'un véhicule notamment. Elle a pour objet une boucle de climatisation associée à une telle installation spécifiquement agencé pour permettre l'exploitation d'un fluide réfrigérant particulier. 10 Etat de la technique. Une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation équipant un véhicule est notamment destinée à refroidir un flux d'air circulant à l'intérieur de 15 l'installation, pour améliorer le confort thermique de l'habitacle du véhicule. Une telle installation coopère avec une boucle de climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant. Cette boucle de climatisation comprend notamment un évaporateur pour l'échange thermique entre l'air à refroidir et le fluide réfrigérant et des moyens de traitement de la circulation du fluide à l'intérieur du 20 boucle de climatisation, intégrant des moyens de traitement de l'état du fluide au regard de son exploitation par l'évaporateur. De tels moyens de traitement de la circulation du fluide mettent en oeuvre par exemple une pluralité d'appareils tels qu'un compresseur, un condenseur et un organe de détente. 25 II est communément utilisé dans le domaine un fluide réfrigérant à base de dioxyde de carbone ou d'hydrofluorocarbone, tel que celui connu sous la dénomination R134a. D'une manière générale, le fluide réfrigérant en phase gazeuse en provenance de l'évaporateur est comprimé par le compresseur, puis circule vers le condenseur où il se transforme au moins partiellement en phase 30 liquide. Le fluide réfrigérant subit ensuite une détente en vue de son refroidissement en amont de l'évaporateur par l'organe de détente, circule à 2905633 2 l'intérieur de l'évaporateur en phase gazeuse, puis est évacué vers le compresseur. Les performances énergétiques de la boucle de climatisation, et plus précisément 5 les performances de l'évaporateur pour le refroidissement du flux d'air, sont dépendantes de la surchauffe du fluide réfrigérant en sortie de l'évaporateur, c'est-à-dire de l'écart de température entre la température saturante du fluide réfrigérant au sein de l'évaporateur et de la température réelle du fluide réfrigérant à la sortie de l'évaporateur. Pour optimiser les performances de l'évaporateur et de la boucle, autrement appelé circuit de refroidissement, il est recherché une surchauffe la plus importante possible. Cependant, une surchauffe en sortie d'évaporateur induit en conséquence une hétérogénéité de la température du flux d'air en aval de l'évaporateur prise en différents points de ce dernier. En effet, la température du flux d'air qui traverse la partie de l'évaporateur non soumis à la surchauffe est plus faible que la température du flux d'air traversant une seconde partie de l'évaporateur soumis à la surchauffe. Toutefois au regard du confort thermique apporté dans l'habitacle par le flux d'air refroidi, il est préférable d'éviter une telle hétérogénéité de température du flux d'air. Un compromis couramment admis dans le domaine entre une surchauffe souhaitée la plus importante possible et une homogénéité de la température du flux d'air en aval de l'évaporateur réside dans une boucle de climatisation présentant une surchauffe maximum de 10 C qui induit des écarts acceptables de température du flux d'air en aval de l'évaporateur de 7 C. Il a par ailleurs été suggéré par le document US2005/0233934 (SINGH et al) qu'un fluide réfrigérant à base d'un mélange comprenant du 1,1,1,2-tetrafluoropropène ( HFO-1234yf ) et du trifluoroiodométhane ( CF3I ) pouvait être utilisé dans une boucle de climatisation associée à une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation. Ce mélange présente l'avantage d'être utilisable avec des pressions raisonnables tout en ayant un impact sur l'environnement extrêmement beaucoup plus faible que les composés utilisés aujourd'hui, par exemple le R134a. Cependant, les contraintes et solutions 2905633 3 habituelles dans le domaine de telles installations organisées pour améliorer le confort thermique d'un habitacle de véhicule sont inappropriées pour l'exploitation d'un tel fluide réfrigérant. 5 Le problème technique à la base de l'invention peut donc se résumer comme suit : adapter les composants d'une boucle de climatisation utilisant un fluide réfrigérant à base d'un mélange comprenant du 1,1,1,2-tetrafluoropropène ( HFO-1234yf ) et du trifluoroiodométhane ( CF3I ). 10 Objet de l'invention. Le but de la présente invention est de proposer une boucle de climatisation d'un véhicule organisé pour permettre l'utilisation d'un fluide réfrigérant à base d'un mélange comprenant du 1,1,1,2-tetrafluoropropène ( HFO-1234yf ) et du 15 trifluoroiodométhane ( CF3I ). Il est plus particulièrement visé par la présente invention de proposer une telle boucle de climatisation dans laquelle l'exploitation d'un tel fluide réfrigérant est optimisée, avec une exploitation privilégiée d'appareils d'une boucle de climatisation présentant, d'une part des caractéristiques communément utilisées dans le domaine des circuits de 20 refroidissement d'installation de climatisation automobile et d'autre part des caractéristiques optimisées pour l'exploitation de ce fluide réfrigérant. La présente invention est principalement reconnaissable en ce qu'elle consiste en une boucle de climatisation d'un véhicule dont le fluide réfrigérant est à base d'un 25 mélange comprenant du 1,1,1,2-tetrafluoropropène ( HFO-1234yf ) et du trifluoroiodométhane ( CF3I ). L'un quelconque au moins des appareils qui compose cette boucle de climatisation est un appareil provoquant une surchauffe d'un évaporateur que comprend ladite boucle, jusqu'à une température de 25 C, pour un écart de température entre différentes zones de cet évaporateur compris 30 entre 0 C et 8 C. On comprend donc que pour une surchauffe de 25 C, la différence de température de l'air en sortie d'évaporateur est au maximum de 8 C, cette dernière température étant acceptable pour la mise au point aérothermique 2905633 4 de l'installation de ventilation, en particulier en ce qui concerne l'écart entre la température du flux d'air envoyé coté conducteur par rapport à la température du flux d'air envoyé coté passager. 5 Un premier choix des concepteurs a consisté à exploiter le fluide réfrigérant à base d'un mélange comprenant du 1,1,1,2-tetrafluoropropène ( HFO-1234yf ) et du trifluoroiodométhane ( CF3I ), et à provoquer une surchauffe de l'évaporateur accrue par rapport aux surchauffes habituellement pratiquées dans le domaine de la climatisation automobile. Pour ne pas induire une hétérogénéité de la 10 température du flux d'air traversant l'évaporateur, celle-ci est maintenue à une variation de température acceptable, notamment comprise entre 0 C et 8 C. Cette surchauffe plus élevée que dans les dispositifs de l'art antérieur offre l'avantage de diminuer le débit de fluide réfrigérant dans le circuit tout en maintenant un coefficient de performance élevé. Cette diminution du débit permet de réduire les 15 efforts sur le compresseur de sorte à augmenter sa durée de vie et à diminuer les émissions de polluants consécutifs à la mise en fonctionnement de l'installation de climatisation. La combinaison entre l'exploitation du fluide réfrigérant choisi et les conditions de 20 surchauffe de l'évaporateur offre des performances de refroidissement satisfaisantes de l'évaporateur pour un rendement toléré de la boucle de climatisation, non seulement dans des conditions. d'utilisation selon lesquelles la demande en refroidissement de l'air est faible, mais aussi pour une demande de refroidissement de l'air particulièrement élevée avec un temps de réponse très 25 court. Le coefficient de performance de la boucle de climatisation, défini comme étant le rapport entre la puissance frigorifique de la boucle de climatisation et la puissance requise par le compresseur, quel que soit son type, est satisfaisant quelle que soit la température de refroidissement de l'air requise, y compris dans le cas où cette température requise est considérablement basse avec un temps 30 de réponse obtenu très court grâce à la surchauffe réalisée de l'évaporateur. 2905633 5 Un deuxième choix des concepteurs de la boucle de climatisation de la présente invention réside dans une exploitation d'un compresseur, d'un condenseur et d'un évaporateur que comporte habituellement une telle boucle de climatisation qui présentent des caractéristiques de volume et/ou de dimensions couramment 5 utilisées dans le domaine de la climatisation automobile et dans l'aménagement d'un organe de détente que comprend la boucle de climatisation pour provoquer la surchauffe recherchée. Plus particulièrement, ledit appareil provoquant la surchauffe est un organe de 10 détente du fluide réfrigérant en amont de l'évaporateur dans le sens de circulation du fluide réfrigérant à l'intérieur de la boucle de climatisation. Selon une première approche d'aménagement de cet organe de détente, celui-ci comprend des moyens de variation d'une section de passage du fluide réfrigérant 15 à son travers vers l'évaporateur pour provoquer ladite surchauffe. Selon l'invention, une telle variation de section de passage s'étend jusqu'à 7,5 mm2, et plus particulièrement entre 0,05 mm2 et 7,5 mm2. Idéalement cette section de passage varie entre 0,1 mm2 et 4,5 mm2. 20 L'invention vise donc une organe de détente particulièrement adapté au fluide réfrigérant à base d'un mélange comprenant du 1,1,1,2-tetrafluoropropène ( HFO-1234yf ) et du trifluoroiodométhane ( CF3I ). Cette adaptation consiste en un réglage agissant sur la section de passage défini pour obtenir d'une part une pression relative de fluide réfrigérant en sortie d'évaporateur comprise entre 25 0,1 bar et 1,1 bar quand le fluide dans le bulbe de l'organe de détente est à une température de 0 C, et d'autre part une pression relative de fluide réfrigérant en sortie d'évaporateur comprise entre 0,8 bar et 2,3 bar quand le fluide dans le bulbe de l'organe de détente est à une température de 10 C, ces deux réglages étant effectués quand l'organe de détente est soumis en entrée à une pression 30 relative de 10,3 bar. 2905633 6 Selon une deuxième approche d'aménagement de l'organe de détente, prise seule ou en combinaison avec la première approche susvisée, celui-ci comprend des moyens de commande de son fonctionnement organisés pour l'obtention de d'une surchauffe de consigne, cette dernière étant la surchauffe à atteindre par 5 l'organe de détente en fonction des paramètres de l'installation. Selon une forme de réalisation de ces moyens de commande, l'organe de détente comprend des moyens de commande de cette surchauffe de consigne en fonction de la pression du fluide réfrigérant en entrée de l'évaporateur et de la pression du 10 fluide réfrigérant en sortie de l'évaporateur. Par exemple, les moyens de commande sont des moyens de commande du type électronique associés à des moyens de mesure des dites pressions. 15 Par exemple encore, les moyens de commande sont des moyens de commande du type thermostatique comprenant un bulbe à capacité variable provoquant ladite variation de section. Plus particulièrement, la variation de capacité du bulbe est dépendante d'une pression de consigne d'un fluide de réglage qu'il contient. Selon une première variante de réalisation, le bulbe à capacité variable est rempli 20 par un fluide à base d'un mélange comprenant du 1,1,1,2-tetrafluoropropène ( HFO-1234yf ) et du trifluoroiodométhane ( CF3I ). Dans ce cas, le bulbe est communément appelé bulbe à charge parallèle. Selon une deuxième variante de réalisation, le bulbe à capacité variable est par exemple rempli par un fluide à base d'hydrofluorocarbone, R134a notamment. Le charge est alors dite 25 croisée . Selon une autre forme de réalisation de ces moyens de commande, ceux-ci sont des moyens mécaniques, tels qu'un organe élastique ou analogue. L'organe de détente est par exemple une valve à orifice variable placée sur une conduite 30 d'admission du fluide réfrigérant vers l'évaporateur. Un tel organe de détente est associé à un accumulateur à la manière habituelle dans le domaine, placé par exemple entre l'évaporateur et le compresseur. La variation de section de 2905633 7 passage du fluide réfrigérant est fonction de la différence de pression entre la pression du fluide réfrigérant qui la traverse et une pression de consigne. Cette pression de consigne est par exemple déterminée à partir de l'organe élastique exerçant une poussée sur un doigt antagoniste à la poussée exercée sur ce doigt 5 par le fluide réfrigérant. Selon une autre forme d'organisation de l'organe de détente, celui-ci est un orifice tube placé sur une conduite d'admission du fluide réfrigérant vers l'évaporateur. La section de passage du fluide réfrigérant à travers l'orifice tube s'étend de 10 manière inhabituelle dans le domaine de la climatisation automobile jusqu'à 7,5 mm2. Plus particulièrement la section de passage du fluide réfrigérant à travers l'orifice tube est comprise entre 0,2 mm2 et 7 mm2. Description des figures. 15 La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant apparaîtront, à la lecture de la description qui va être faite d'exemples de réalisation en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles : La fig.1 est un schéma illustrant dans sa généralité une boucle de climatisation de 20 la présente invention. La fig.2 est un schéma d'une vanne à commande électronique constituant un premier exemple de réalisation d'un organe de détente d'une boucle de climatisation représenté sur la fig.1. La fig.3 est un schéma d'une vanne à commande thermostatique constituant un 25 deuxième exemple de réalisation d'un organe de détente d'une boucle de climatisation représenté sur la fig.1. La fig.4 est un schéma d'une boucle de climatisation analogue à celui représenté sur la fig.1, dans lequel l'organe de détente est une vanne à orifice variable. La fig.5 est un schéma d'une boucle de climatisation analogue à celui représenté 30 sur les fig.1 et fig.4, dans lequel l'organe de détente est un orifice tube. 2905633 8 Sur la fig.1, une boucle de climatisation d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation véhicule un fluide réfrigérant pour induire un échange thermique entre un évaporateur 1 constitutif d'une boucle de climatisation et un flux d'air à refroidir. Cette boucle de climatisation comprend 5 successivement dans le sens de circulation du fluide réfrigérant une pluralité d'appareils ou composants, notamment au moins l'évaporateur 1, un compresseur 2, un condenseur 3 et un organe de détente 4 du fluide réfrigérant en entrée de l'évaporateur 1. Une telle boucle de climatisation , habituelle dans le domaine, est aménagée pour permettre l'utilisation d'un fluide réfrigérant à base d'un mélange 10 comprenant du 1,1,1,2-tetrafluoropropène ( HFO-1234yf ) et du trifluoroiodométhane ( CF3I ). Pour éviter une transformation importante de cette boucle de climatisation par rapport aux circuits de refroidissement habituels, et notamment pour utiliser au mieux les appareils existants, il est proposé d'aménager l'organe de détente 4 pour provoquer une surchauffe SH de 15 l'évaporateur 1 possible jusqu'à 25 C, avec un écart de température de l'air AT entre différentes zones de cet évaporateur 1 limité à 8 C. Préférentiellement, on cherchera à limiter l'écart de température d'air AT en sortie d'évaporateur à 5 C, ce qui se traduira par une surchauffe SH qui sera comprise entre 5 C et 16 C. On notera que ces couples de valeur de température ne sont pas habituelles dans le 20 domaine automobile. L'organe de détente est adapté au fluide réfrigérant à base d'un mélange comprenant du 1,1,1,2-tetrafluoropropène ( HFO-1234yf ) et du trifluoroiodométhane ( CF3I ) en ce qu'il présente : 25 une section de passage qui s'étend jusqu'à un maximum de 7,5mm2, un bulbe rempli du même mélange ou d'un fluide à base d' hydrofluorocarbone, un réglage agissant sur la section de passage définit par obtenir d'une part une pression relative de fluide réfrigérant en sortie d'évaporateur comprise 30 entre 0,1 bar et 1,1 bar quand le fluide dans le bulbe est à une température de 0 C, et d'autre part une pression relative de fluide réfrigérant en sortie d'évaporateur comprise entre 0,8 bar et 2,3 bar quand le fluide dans le 2905633 9 bulbe est à une température de 10 C, ces deux réglages ou mesures de pression étant effectués quand l'organe de détente est soumis en entrée à une pression relative de 10,3 bar. 5 La fonction objet de l'invention qui lie la surchauffe SH de l'évaporateur à la différence de températures d'air AT traversant l'évaporateur prises entre différentes zones de ce dernier est la suivant : {SH525 C ; LT Revendications 1 Boucle de climatisation d'un véhicule dont le fluide réfrigérant est à base d'un mélange comprenant du 1,1,1,2-tetrafluoropropène ( HFO-1234yf ) et du trifluoroiodométhane ( CF3I ), et dont l'un quelconque au moins des appareils qui la compose est uri appareil autorisant une surchauffe SH d'un évaporateur (1) jusqu'à une température de 25 C tant que l'écart de température de l'air AT entre différentes zones de cet évaporateur (1) est compris entre 0 C et 8 C. 2.- Boucle de climatisation selon la revendication 1, dans laquelle ledit appareil autorisant la surchauffe est un organe de détente (4) du fluide réfrigérant. 3.- Boucle de climatisation selon la revendication 2, dans laquelle l'organe de détente (4) comprend des moyens (6) de variation d'une section de passage (Si) du fluide réfrigérant à son travers vers l'évaporateur (1) pour provoquer ladite surchauffe. 4.- Boucle de climatisation selon la revendication 3, dans laquelle la section de passage (Si) s'étend entre 0,05 mm2 et 7,5 mm2. 5.- Boucle de climatisation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans laquelle l'organe de détente (4) comprend des moyens de commande (5) de ladite surchauffe en fonction de la pression du fluide réfrigérant en entrée de l'évaporateur (1) et de la pression du fluide réfrigérant en sortie de l'évaporateur (1). 6.- Boucle de climatisation selon la revendication 5, dans laquelle les moyens de commande (5) sont des moyens de commande du type électronique associés à des moyens de mesure (9) des dites pressions. 7.- Boucle de climatisation selon la revendication 5, dans laquelle les moyens de commande (5) sont des moyens de commande du type thermostatique 11 2905633 1Z comprenant un bulbe à capacité variable (10) provoquant ladite variation de section. 8.- Boucle de climatisation selon la revendication 7, dans laquelle la variation de 5 capacité du bulbe (10) est dépendante d'une pression de consigne d'un fluide de réglage qu'il contient. 9.- Boucle de climatisation selon la revendication 8, dans laquelle le bulbe à capacité variable (10) comprend un fluide de réglage à base d'un mélange 10 comprenant du 1,1,1,2-tetrafluoropropène ( HFO-1234yf ) et du trifluoroiodométhane ( CF3I ). 10.- Boucle de climatisation selon la revendication 8, dans laquelle le bulbe à capacité variable (10) comprend un fluide de réglage à base 15 d'hydrofluorocarbone. 11.- Boucle de climatisation selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, dans laquelle l'organe de détente est adapté au fluide réfrigérant à base d'un mélange comprenant du 1,1,1,2-tetrafluoropropène ( HFO-1234yf ) et du 20 trifluoroiodométhane ( CF3I ) en ce qu'il présente un réglage agissant sur la section de passage défini pour obtenir d'une part une pression relative de fluide réfrigérant en sortie d'évaporateur comprise entre 0,1 bar et 1,1 bar quand le fluide dans le bulbe est à une température de 0 C, et d'autre part une pression relative de fluide réfrigérant en sortie d'évaporateur comprise 25 entre 0,8 bar et 2,3 bar quand le fluide dans le bulbe est à une température de 10 C, ces deux réglages étant effectués quand l'organe de détente est soumis en entrée à une pression relative de 10,3 bar. 12.- Boucle de climatisation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, 30 dans laquelle l'organe de détente (4) est une valve à orifice variable placée sur une conduite d'admission du fluide réfrigérant vers l'évaporateur (1), la 2905633 13 variation de section étant fonction de la différence de pression entre la pression du fluide réfrigérant qui la traverse et une pression de consigne. 13.- Boucle de climatisation selon la revendication 2, dans laquelle l'organe de 5 détente (4) est un orifice tube placée sur une conduite d'admission du fluide réfrigérant vers l'évaporateur (1). 14.- Boucle de climatisation selon la revendication 13, dans laquelle la section de passage (S2) du fluide réfrigérant à travers l'orifice tube est comprise entre 10 0,2 mm2 et 7 mm2.