Brevet FR2917672A3 — publié le 20081226

FR 2917672 A3 20081226 FR 0755923 A 20070621 -1- INSTALLATION DE CLIMATISATION ET DE CHAUFFAGE POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention se rapporte à une installation de climatisation et de chauffage de l'habitacle d'un véhicule pour traiter l'air de l'habitacle. Le document US6923012 décrit un tel véhicule avec un système d'air conditionné dont un mode de fonctionnement est appelé gaz chaud . Dans l'habitacle, le système comporte un bloc avant et un bloc arrière pour le traitement thermique de l'air. Le système comporte deux échangeurs constituant des aérothermes de chauffage de l'habitacle et, dans une boucle frigorifique, deux échangeurs dans l'habitacle. Chaque bloc comporte deux échangeurs, à savoir un échangeur faisant partie de la boucle frigorifique et un aérotherme relié au circuit de refroidissement du moteur thermique du véhicule. La boucle frigorifique comporte une branche de contournement du condenseur, ce dernier étant situé dans le compartiment moteur. L'échangeur de la boucle frigorifique qui est dans le bloc avant est prévu pour être froid en mode climatisation de la boucle quand du fluide frigorigène circule dans le condenseur et ne circule pas dans la branche de contournement. L'échangeur de la boucle frigorifique qui est dans le bloc avant est prévu pour être chaud en mode chauffage de la boucle quand du fluide frigorigène ne circule pas dans le condenseur et circule dans la branche de contournement, ce qui permet en mode chauffage de chauffer l'avant de l'habitacle. Le système proposé dans ce document est assez complexe, au détriment de son coût. De plus il est difficile avec un tel système de gérer les problèmes de buée causés lorsqu'il y a de l'accumulation d'humidité sur l'échangeur qui peut être soit froid, soit chaud. L'invention vise à améliorer une installation de climatisation et de chauffage de l'habitacle d'un véhicule. L'invention a pour objet une installation de climatisation et de chauffage de l'habitacle d'un véhicule comportant un premier échangeur et un deuxième échangeur liés respectivement à un deuxième organe de détente et à un premier organe de détente, situés dans une boucle de fluide frigorigène qui comporte au moins un troisième échangeur constituant un condenseur, un compresseur, et un dispositif permettant -2- l'utilisation de cette boucle frigorigène en mode chauffage, caractérisé en ce que le deuxième échangeur est dans un bloc avant de l'installation et le premier échangeur est un échangeur additionnel de chauffage et de refroidissement de l'habitacle, en ce que en mode climatisation de la boucle, le dispositif autorise la circulation du fluide frigorigène dans les premier et deuxième échangeurs fonctionnant en évaporateur pour refroidir l'habitacle, et en ce que en mode chauffage de la boucle, le dispositif interdit la circulation du fluide frigorigène dans le deuxième échangeur et autorise la circulation du fluide frigorigène dans le premier échangeur. Avantageusement, l'échangeur additionnel permet le chauffage ou le refroidissement sans risque de buée en passant du mode climatisation au mode chauffage. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention qui peuvent être prises séparément ou en combinaison : - un aérotherme est situé dans le bloc avant ; - le dispositif permettant l'utilisation de la boucle frigorigène en mode chauffage comporte une branche de contournement du condenseur et une vanne de changement de mode qui en mode chauffage autorise le passage du fluide frigorigène du compresseur vers le premier échangeur via la boucle de contournement et interdit le passage du fluide frigorigène dans le condenseur ; - en mode climatisation de la boucle, la vanne de changement de mode interdit le passage du fluide frigorigène dans la branche de contournement ; - la vanne de changement de mode est une vanne trois voies reliée au compresseur, au condenseur et à une canalisation de la branche de contournement ; - la boucle de fluide frigorigène comporte une vanne d'arrêt en aval du condenseur et en amont du premier échangeur pour qu'en mode climatisation, la circulation du fluide dans le premier échangeur soit conditionné à l'état ouvert ou fermé de cette vanne d'arrêt ; - le premier échangeur est dans un bloc additionnel arrière de chauffage et de refroidissement comportant ce premier -3- échangeur comme unique échangeur de chauffage et de refroidissement ; - l'aérotherme et le deuxième échangeur sont dans un bloc avant de l'installation pour le chauffage et le refroidissement de l'habitacle du véhicule ; - le bloc additionnel arrière est relié à une ou plusieurs sorties d'aération situées à l'arrière ; - le bloc additionnel arrière est relié d'une part à des sorties d'aération pour le chauffage et d'autre part à des sorties d'aération pour le refroidissement et comporte un moyen permettant de partager le débit pour ces sorties. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante du mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en liaison avec les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un véhicule selon l'invention équipé d'une installation selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma de l'installation de climatisation et de chauffage de l'habitacle de véhicule selon l'invention dans lequel la boucle frigorifique fonctionne en mode chauffage ; - la figure 3 est un schéma de l'installation de climatisation et de chauffage de l'habitacle de véhicule selon l'invention dans lequel la boucle frigorifique fonctionne en mode climatisation d'un bloc avant et d'un bloc l'arrière de l'habitacle. Dans la description qui va suivre, la direction désignée L est la direction longitudinale correspondant à l'axe d'avancement d'un véhicule, la direction désignée T est transversale, la direction désignée V est verticale. L'axe L est orienté de l'avant vers l'arrière du véhicule, l'axe T de la gauche vers la droite et l'axe V du bas vers le haut. Traditionnellement, un véhicule automobile 1 est équipé d'une installation de climatisation et de chauffage 10 pour réchauffer et/ou refroidir l'air pulsé dans l'habitacle 11. Une telle installtion comporte des éléments d'entrée d'air extérieur ou d'air recyclé, l'air étant envoyé dans l'habitacle 11 par l'intermédiaire d'un groupe moto ventilateur. L'installation comporte un aérotherme 12 utilisant le liquide de refroidissement du moteur 14 du véhicule pour chauffer l'habitacle et aussi une boucle dans laquelle circule un fluide frigorigène, pour refroidir -4- l'air dans un mode d'utilisation normal de la boucle, c'est-à-dire en mode climatisation. La boucle de fluide frigorigène comporte, à l'extérieur de l'habitacle, dans le compartiment moteur, un compresseur 21 et un condenseur 20 constituant un échangeur et à l'intérieur de l'habitacle 11 au moins un échangeur relié à un détendeur prévu pour être froid en mode climatisation de la boucle. Selon l'invention, l'installation comporte un premier 22 et un deuxième 24 échangeur, chacun associés à des détendeurs 23A et 23B, disposés dans la boucle frigorifique située dans l'habitacle. Ces deux échangeurs 22, 24 sont adaptés à être froids en mode climatisation de la boucle. Selon le mode de réalisation de l'invention représenté, l'installation comporte d'une part un bloc avant 30 logeant l'aérotherme 12 et le deuxième échangeur 24 qui est un évaporateur de la boucle frigorifique, et d'autre part d'un bloc additionnel arrière 32 logeant le premier échangeur 22. Dans le bloc avant 30, des moyens de mixage non représentés permettent de mélanger l'air traversant l'évaporateur 24 et l'aérotherme 12 afin d'en ajuster la température. Dans le bloc avant 30, des moyens de répartition non représentés permettent de distribuer le débit d'air mixé vers diverses sorties d'air dans l'habitacle 11. Les sorties d'air sont par exemple dans la planche de bord : une frise de dégivrage du pare brise, des ouies de dégivrage des vitres latérales avant, des ouies d'aération centrales et latérales, des bouches inférieures appelées sorties pied. A la figure 1, l'air délivré dans l'habitacle 11 par les sorties d'air est représenté par des flèches notées A. Dans le présent mode de réalisation de l'invention, le bloc additionnel arrière 32 comporte un groupe moto ventilateur pour débiter de l'air vers des ouies d'aération par exemple situées au niveau du pied milieu, l'air sortant de ces ouies étant perceptible tant par des occupants des sièges avant que par des occupants des sièges arrière du véhicule. Par exemple, le bloc additionnel arrière 32 est relié d'une part à des sorties d'aération pour le chauffage et d'autre part à des sorties -5- d'aération pour le refroidissement et comporte un moyen permettant de partager le débit pour ses sorties Dans la description qui va suivre, l'amont est relié à la sortie haute pression du compresseur 21 tandis que l'aval est relié à l'entrée basse pression du compresseur 21. Dans la boucle frigorifique, le compresseur 21 comporte une sortie haute pression raccordée à une canalisation 40. La canalisation 40 est reliée au condenseur 20 par l'intermédiaire d'une vanne trois voies 42, le condenseur étant en aval de la vanne. La vanne trois voies 42 est reliée d'une part à une canalisation 44 raccordée à l'entrée du condenseur 20 qui est monté dans le compartiment moteur et d'autre part à une canalisation 45 de contournement dudit condenseur 20. A la sortie du condenseur 20 est raccordée une canalisation 46 se dédoublant en deux canalisations parallèles au niveau d'un noeud de jonction 47 : - une canalisation 46A munie d'un premier détendeur 23A et raccordée à l'entrée du deuxième échangeur 24 du bloc avant 30 ; - une canalisation 46B munie d'un deuxième détendeur 23B et reliée à l'entrée du premier échangeur 22 du bloc arrière 32. Les premiers 23A et deuxième 23B détendeurs peuvent être choisis parmi des organes de détente accessibles à l'homme du métier, et avantageusement choisis parmi des détendeurs thermostatiques, pressostatiques, électroniques, et capillaires. La canalisation 46B est reliée à l'entrée du premier échangeur 22 du bloc additionnel arrière par l'intermédiaire d'une canalisation 48. La canalisation 45 de contournement du condenseur 20 est raccordée à la canalisation 46B au niveau d'un noeud 50 de jonction avec la canalisation 48. La canalisation 48 est donc située entre le noeud 50 et l'entrée du premier échangeur 22 situé à l'arrière. Sur la canalisation 46B, le deuxième détendeur 23B est placé entre le condenseur 20 et le noeud 50. Un clapet anti-retour 52 est placé entre le noeud 50 et le deuxième détendeur 23B. Une canalisation 56 relie la sortie du deuxième échangeur 22 à un réservoir ou accumulateur 58. -6- Une canalisation 46C raccorde la sortie du deuxième échangeur 24 à la canalisation 56, un noeud 60 étant à l'intersection des canalisations 56 et 46C. Un clapet anti-retour 46D est sur la canalisation 46C. La vanne 42, la canalisation 45 et le noeud 50 forment une branche de contournement du condenseur 20, dans un dispositif permettant l'utilisation de la boucle frigorifique en mode chauffage. Dans la boucle, ce dispositif comporte aussi le clapet 52, l'échangeur additionnel 22, le réservoir 58, le clapet 46D et les canalisations associées 48, 56. Sur les figures, les flèches à trait double correspondent à des tronçons de la boucle dans lesquels le fluide frigorigène est à haute pression et chaud. Les flèches à trait simple correspondent à des tronçons de la boucle dans lesquels le fluide frigorigène est à basse pression et froid. Comme représenté à la figure 2, dans un premier mode de fonctionnement de la boucle frigorigène, qui est un mode chauffage de la boucle appelé aussi gaz chaud, la vanne trois voies 42 interdit la circulation du fluide frigorigène dans la canalisation 44, dans le condenseur 20 et dans le deuxième échangeur 24 du bloc avant 30. La vanne trois voies 42 autorise la circulation du fluide frigorigène dans la canalisation 45 de contournement et le premier échangeur 22, le fluide revenant au compresseur 20 par l'intermédiaire du réservoir 58, via la canalisation 56. Dans ce mode de fonctionnement, le premier échangeur 22 est chaud car il reçoit directement du compresseur 20 le fluide comprimé. Comme représenté à la figure 3, dans un deuxième mode de fonctionnement de la boucle frigorigène, qui est un mode climatisation de la boucle, la vanne trois voies 42 autorise la circulation du fluide frigorigène dans la canalisation 44, dans le condenseur 20, dans le deuxième échangeur 24 et dans le premier échangeur 22 qui sont des évaporateurs refroidissant l'habitacle 11. La vanne trois voies 42 interdit le passage du fluide frigorigène dans la canalisation de contournement 45. La vanne 54 autorise le passage du fluide dans les canalisations 46B et 48. -7- La vanne 42 est une vanne de changement de mode car elle permet en autorisant l'utilisation de la canalisation de contournement ou en autorisant l'utilisation du condenseur, de disposer du circuit respectivement en mode chauffage ou refroidissement. Le débit de fluide frigorigène peut être adapté dans chacune des canalisations 46A et 46B par les premiers 23A et deuxièmes 23B organes de détente. Plus particulièrement, on peut réduire ou annuler le débit circulant dans la canalisation 46B vers le premier échangeur 22. En variante, pour s'assurer que l'on peut effectivement annuler totalement le débit dans cette canalisation 46B transportant le fluide vers le premier échangeur 22, une vanne d'arrêt peut être disposée entre le noeud 47 et l'entrée du premier détenteur 22 et de préférence entre le noeud 47 et le noeud 50. Avantageusement, en mode chauffage ou mode dit gaz chaud , l'habitacle est réchauffé en complément du chauffage que peut apporter le liquide de refroidissement moteur circulant dans l'aérotherme 12. Ce mode de fonctionnement de la boucle frigorigène est avantageux par exemple au démarrage du véhicule en hiver, quand le moteur est froid. Le fait que ce soit le premier échangeur 22 situé à l'arrière qui soit chaud en mode chauffage de l'habitacle 11 permet d'éviter, de façon simple, que de l'humidité présente sur cet échangeur 22 du bloc arrière 32 ne crée de la buée sur les vitres avant, en particulier sur le pare brise, à la mise en route du mode chauffage. En effet, l'échangeur 22 unique du bloc arrière 32 peut être soit froid en mode climatisation, soit chaud en mode chauffage. De l'humidité qui se condense sur un échangeur en mode climatisation peut donc s'évaporer dans l'habitacle 11 à la mise en route du mode chauffage, au risque de se condenser à nouveau sur les vitres. Un tel cas de figure peut arriver quand il s'écoule peu de temps entre le fonctionnement en mode climatisation et le mode chauffage, ou à tout le moins pas suffisamment de temps pour que l'humidité condensée sur l'échangeur ne soit éliminée par écoulement et ou évaporation avant la mise en route du mode chauffage. Comme le premier échangeur 22 chaud ou froid est à situé à l'arrière, le risque de buée sur le pare brise est minimisé. En variante non représentée, la sortie d'air arrière est sur un habillage de plancher de l'habitacle, entre les sièges avant et vers -8- l'arrière de ces derniers, par exemple si l'habitacle n'est pas muni d'une console dans cette zone. La sortie d'air comporte un aérateur muni de moyen d'orientation d'air vers le haut, vers l'avant et vers l'arrière, tels que des ailettes d'une grille résistant à une charge posée sur le plancher.5 REVENDICATIONS 1) Installation de climatisation et de chauffage (10) de l'habitacle (11) d'un véhicule comportant un premier échangeur (22) et un deuxième échangeur (24) liés respectivement à un deuxième organe de détente (23B) et à un premier organe de détente (23A), situés dans une boucle de fluide frigorigène qui comporte au moins un troisième échangeur (20) constituant un condenseur, un compresseur (21), et un dispositif permettant l'utilisation de cette boucle frigorigène en mode chauffage, caractérisé en ce que le deuxième échangeur (24) est dans un bloc avant (30) de l'installation (10) et le premier échangeur (22) est un échangeur additionnel de chauffage et de refroidissement de l'habitacle, en ce que en mode climatisation de la boucle, le dispositif autorise la circulation du fluide frigorigène dans les premier (22) et deuxième (24) échangeurs fonctionnant en évaporateur pour refroidir l'habitacle (11), et en ce que en mode chauffage de la boucle, le dispositif interdit la circulation du fluide frigorigène dans le deuxième échangeur (24) et autorise la circulation du fluide frigorigène dans le premier échangeur (22) 2) Installation de climatisation et de chauffage (10) selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un aérotherme (12) est situé dans le bloc avant (30). 3) Installation de climatisation et de chauffage (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif permettant l'utilisation de la boucle frigorigène en mode chauffage comporte une branche de contournement du condenseur (20) et une vanne (42) de changement de mode qui en mode chauffage autorise le passage du fluide frigorigène du compresseur (21) vers le premier échangeur (22) via la boucle de contournement et interdit le passage du fluide frigorigène dans le condenseur (20). 4) Installation de climatisation et de chauffage (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que, en mode climatisation de la boucle, la vanne (42) de changement de mode interdit le passage du fluide frigorigène dans la branche de contournement. 5) Installation de climatisation et de chauffage (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la vanne (42) de changement de- mode est une vanne trois voies reliée au compresseur (21), au condenseur (20) et à une canalisation (45) de la branche de contournement. 6) Installation de climatisation et de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la boucle de fluide frigorigène comporte une vanne d'arrêt en aval du condenseur (20) et en amont du premier échangeur (22) pour qu'en mode climatisation, la ciirculation du fluide dans le premier échangeur (22) soit conditionné à l'état ouvert ou fermé de cette vanne d'arrêt. 7) Installation de climatisation et de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le premier échangeur (22) est dans un bloc additionnel arrière (32) de chauffage et de refroidissement comportant ce premier échangeur (22) comme unique échangeur de chauffage et de refroidissement. 8) Installation de climatisation et de chauffage (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bloc additionnel arrière (32) est relié à une ou plusieurs sorties d'aération situées à l'arrière. 9) Installation de climatisation et de chauffage (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bloc additionnel arrière (32) est relié d'une part à des sorties d'aération pour le chauffage et d'autre part à des sorties d'aération pour le refroidissement et comporte un moyen permettant de partager le débit pour ces sorties.