Brevet FR3033290A1 — publié le 20160909

Circuit de climatisation de véhicule automobile La présente invention concerne le domaine des circuits de climatisation et plus particulièrement des circuits de climatisation de véhicule automobile. Dans un circuit classique de climatisation, comportant un compresseur principal, un premier échangeur de chaleur tel qu'un condenseur ou un refroidisseur de gaz et deuxième échangeur de chaleur tel qu'un évaporateur, lors de la détente du fluide réfrigérant, par exemple par un détendeur, une certaine quantité d'énergie est perdue. Il est ainsi connu de remplacer le détendeur par une turbine reliée à un compresseur additionnel connecté en série avec le compresseur principal. Cela permet de récupérer de l'énergie cinétique au niveau de la turbine et de l'utiliser pour comprimer le fluide réfrigérant au niveau du compresseur additionnel. On entend par connecté en série, à l'instar d'un branchement en série dans le domaine des branchements électriques, que la sortie de fluide réfrigérant du compresseur principal est connectée à l'entrée de fluide réfrigérant du compresseur additionnel lorsque celui-ci est placé en aval dudit compresseur principal ou que l'entrée de fluide réfrigérant du compresseur principal est connectée à la sortie de fluide réfrigérant du compresseur additionnel lorsque celui-ci est placé en amont dudit compresseur principal. Cependant, pour ce genre d'architecture de circuit de climatisation comportant une turbine, l'ajout d'un échangeur de chaleur interne diminue le coefficient de performance du circuit de climatisation. Néanmoins, dans des conditions particulières extrêmes, notamment au ralenti à forte charge (par exemple à une température de l'ordre de 55 °C au niveau du condenseur avec une vitesse d'air le traversant de 1,5 m/s), le circuit de climatisation n'est pas capable d'atteindre une performance suffisante pour refroidir l'air au niveau de l'évaporateur sans la présence d'un échangeur de chaleur interne Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer une architecture de circuit de climatisation améliorée. La présente invention concerne donc un circuit de climatisation dans lequel circule un fluide réfrigérant et comportant : 3033290 2 - un compresseur principal, - un premier échangeur de chaleur disposé en aval du compresseur principal, - un deuxième échangeur de chaleur disposé en amont du compresseur principal, - un échangeur de chaleur interne apte à permettre un échange de chaleur entre 5 le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur et le fluide réfrigérant en sortie du deuxième échangeur de chaleur, ledit circuit de climatisation comprenant une branche de contournement de l'échangeur de chaleur interne. La branche de contournement permet aussi de rediriger le fluide réfrigérant afin qu'il 10 passe au sein de l'échangeur de chaleur interne ou alors qu'il contourne ce dernier et ainsi empêcher qu'il y ait échange de chaleur entre le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur et le fluide réfrigérant en sortie du deuxième échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur interne sera alors fonctionnel uniquement lorsque son action sera efficace, c'est-à-dire dans des conditions extrêmes, notamment au ralenti à forte charge (par 15 exemple à une température de l'ordre de 55 °C au niveau du premier échangeur de chaleur à une vitesse d'air le traversant de 1,5 m/s) où il permettra au système d'augmenter la puissance froide fournie au niveau du deuxième échangeur de chaleur. Selon un aspect de l'invention, le circuit de climatisation comporte une turbine de 20 détente disposée en amont du deuxième échangeur de chaleur, Selon un autre aspect de l'invention, la branche de contournement de l'échangeur de chaleur interne est réalisée entre un premier point de raccordement placé en amont dudit échangeur de chaleur interne et un second point de raccordement placé en aval dudit 25 échangeur de chaleur interne. Selon un autre aspect de l'invention, la branche de contournement de l'échangeur de chaleur interne est disposée sur le côté haute pression dudit circuit de climatisation. 30 Selon un autre aspect de l'invention, la branche de contournement de l'échangeur de chaleur interne est disposée sur le côté basse pression dudit circuit de climatisation. 3033290 3 Par côté haute pression, on entend qu'il s'agit de la portion du circuit de climatisation située entre le compresseur principal et la turbine de détente où le fluide réfrigérant est à une pression haute. 5 Selon un autre aspect de l'invention, le circuit de climatisation comporte un moyen de redirection du fluide réfrigérant vers l'échangeur de chaleur interne ou vers la branche de contournement. Selon un autre aspect de l'invention, le moyen de redirection du fluide réfrigérant est 10 une vanne trois-voies disposée en amont de l'échangeur de chaleur interne au niveau du premier point de raccordement. Selon un autre aspect de l'invention, le moyen de redirection du fluide réfrigérant comporte une première vanne d'arrêt disposée entre le premier point de raccordement et 15 l'échangeur de chaleur interne et une seconde vanne d'arrêt disposée sur la banche de contournement. Selon un autre aspect de l'invention, le moyen de redirection comporte des matériaux à mémoire de forme ou des bulbes de mesure de la température du fluide réfrigérant en sortie 20 du premier échangeur de chaleur. Selon un autre aspect de l'invention, l'échangeur de chaleur interne a une performance de transfert de chaleur comprise entre 20 et 40 %. 25 Selon un autre aspect de l'invention, la turbine de détente est couplée à un compresseur additionnel disposé en amont du premier échangeur Le couplage entre la turbine de détente et le compresseur additionnel peut être de nature mécanique, par exemple au moyen d'un arbre de transmission ou encore il peut être d'une autre nature par exemple hydraulique ou magnétique. 30 Selon un autre aspect de l'invention, le circuit de climatisation comporte en outre un accumulateur déshumidifiant placé en amont du compresseur principal et en aval du deuxième échangeur de chaleur. 3033290 4 Selon un autre aspect de l'invention, l'accumulateur déshumidifiant est intégré à l'échangeur de chaleur interne. 5 Selon un autre aspect de l'invention, lorsque l'accumulateur déshumidifiant est intégré à l'échangeur de chaleur interne, la branche de contournement est disposée sur le côté haute pression dudit circuit de climatisation. Selon un autre aspect de l'invention, le fluide réfrigérant est du dioxyde de carbone. 10 La présente invention concerne également un véhicule automobile comportant un circuit de climatisation tel que décrit précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la 15 lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 montre une représentation schématique d'un circuit de climatisation selon un premier mode de réalisation, la figure 2 montre une représentation schématique d'un circuit de climatisation 20 selon un second mode de réalisation, la figure 3 montre une représentation schématique d'un circuit de climatisation selon un troisième mode de réalisation, Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. 25 Dans la présente description, on entend par « placé en amont » qu'un élément est placé avant un autre par rapport au sens de circulation du fluide réfrigérant. A contrario, on entend par « placé en aval » qu'un élément est placé après un autre par rapport au sens de circulation du fluide réfrigérant. 30 Comme cela est illustré aux figures 1 à 3, le circuit de climatisation 1, au sein duquel circule un fluide réfrigérant, comporte notamment : 3033290 5 un compresseur principal 3, un premier échangeur de chaleur 5 disposé en aval du compresseur principal 3, un deuxième échangeur de chaleur 9 disposé en amont du compresseur principal 3, 5 un échangeur de chaleur interne 13 apte à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur 5 et le fluide réfrigérant en sortie du deuxième échangeur de chaleur 9. et une turbine de détente 7 disposée en amont du deuxième échangeur de chaleur 9. 10 Le premier échangeur de chaleur 5, par exemple un condenseur ou un refroidisseur de gaz, est destiné à refroidir le fluide réfrigérant après son passage dans le compresseur principal 3 notamment en dissipant l'énergie calorifique du fluide réfrigérant dans l'air extérieur. Le deuxième échangeur de chaleur 9, par exemple un évaporateur, est destiné à 15 chauffer le fluide réfrigérant notamment en prenant de l'énergie calorifique à un flux d'air. Ce flux d'air peut par exemple être un flux d'air destiné à venir au sein d'un habitacle d'un véhicule automobile. La turbine de détente 7 permet de récupérer de l'énergie mécanique lors de la détente du fluide réfrigérant et de la retransmettre à un autre organe, par exemple un alternateur pour 20 produire de l'électricité. Comme illustré sur la figure 3, la turbine de détente 7 peut être couplée à un compresseur additionnel 73 disposé en amont du premier échangeur de chaleur 5. Ce couplage peut notamment être mécanique et réalisé par un arbre de transmission 75 reliant la turbine de détente 7 et le compresseur additionnel 73. Il est toutefois également envisageable 25 d'avoir un couplage de nature différente entre la turbine de détente 7 et le compresseur additionnel 73, par exemple un couplage hydraulique ou magnétique. Le compresseur additionnel 73 est connecté en parallèle du compresseur principal 3 au sein dudit circuit de climatisation 1. Ledit compresseur additionnel 73 comprime alors le fluide réfrigérant en coopération 30 avec le compresseur principal 3. Du fait de la récupération de cette énergie au niveau de la turbine de détente 7, l'enthalpie du fluide réfrigérant à l'entrée du deuxième échangeur de 3033290 6 chaleur 9 est plus basse que dans une utilisation d'un détendeur classique et donc cela augmente l'efficacité de l'évaporateur à dimension équivalente. Le compresseur principal 3, le premier échangeur de chaleur 5, la turbine de détente 7, 5 ainsi que le deuxième échangeur de chaleur 9 sont connectés en série au sein du circuit de climatisation 1. Par « connecté en série », à l'instar de la terminologie dans le domaine électrique, on entend que ces éléments sont placés à la suite les uns des autres dans le circuit de climatisation 1. Le compresseur additionnel 73 est quant à lui connecté en parallèle du compresseur principal 3. Par « connecté en parallèle », à l'instar de la terminologie dans le 10 domaine électrique, on entend que les entrées de fluide réfrigérant du compresseur principal 3 et du compresseur additionnel 73 sont toutes deux connectées à la même arrivée de fluide réfrigérant, c'est-à-dire en provenance deuxième échangeur de chaleur 9. Les sorties de fluide réfrigérant du compresseur principal 3 et du compresseur additionnel 73 sont quant à elles toutes deux connectées à l'entrée de fluide réfrigérant du premier échangeur de chaleur 5. 15 Comme le montre la figure 3, les sorties de fluides réfrigérants du compresseur principal 3 et du compresseur additionnel 73 peuvent être toutes deux connectées à un premier noeud de raccordement 101 situé en amont du premier échangeur de chaleur 5. Les entrées de fluides réfrigérants du compresseur principal 3 et du compresseur additionnel 73 quant à elles peuvent être toutes deux connectées à un deuxième noeud de raccordement 102 situé en aval 20 du deuxième échangeur de chaleur 9. Cette connexion du compresseur additionnel 73 en parallèle du compresseur principal 3 permet de limiter la cylindrée et la puissance d'un des compresseurs en comparaison à une connexion en série des deux compresseurs. En effet, pour une connexion en série des deux compresseurs, le compresseur en aval, généralement le compresseur 25 additionnel 73, se doit d'être de capacité suffisante pour amener le fluide réfrigérant jusqu'au débit nécessaire au bon fonctionnement du système formé par lesdits compresseurs 3 et 73, et la détente doit être ajustée par un contrôle de la vitesse ou par une détente complémentaire. La connexion en parallèle du compresseur additionnel 73 avec le compresseur principal 3 permet d'avoir des compresseurs de plus faible cylindrée pour atteindre le débit désiré, les débits en 30 sortie des deux compresseurs s'additionnant. Le circuit de climatisation 1 est particulièrement adapté au refroidissement d'air dans le domaine automobile au sein d'un véhicule automobile, mais il est toutefois possible 3033290 7 d'utiliser un circuit de climatisation 1 dans d'autres domaines que le domaine automobile, par exemple dans le domaine de la gestion thermique et du refroidissement de bâtiments, de chambres froides ou autre. 5 Le circuit de climatisation 1 comprend en outre une branche de contournement A de l'échangeur de chaleur interne 13 entre un premier point de raccordement 103, placé en amont dudit échangeur de chaleur interne 13 et un second point de raccordement 104, placé en aval dudit échangeur de chaleur interne 13. La branche de contournement A permet ainsi de rediriger le fluide réfrigérant afin qu'il passe au sein de l'échangeur de chaleur interne 13 ou 10 alors qu'il contourne ce dernier et ainsi empêcher qu'un échange de chaleur se produise entre le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur 5 et le fluide réfrigérant en sortie du deuxième échangeur de chaleur 9. L'échangeur de chaleur interne 13 sera alors fonctionnel uniquement lorsque son action sera efficace, c'est à dire dans des conditions extrêmes, notamment au ralenti à forte charge (par exemple à une température de l'ordre de 15 55 °C au niveau du premier échangeur de chaleur 5 à une vitesse d'air le traversant de 1,5 m/s), où son action permettra au système d'augmenter la puissance froide fournie au niveau du deuxième échangeur de chaleur. Le fluide réfrigérant est de préférence du dioxyde de carbone (CO2 ou encore R744), 20 en effet le contrôle de la pression en sortie de la turbine de détente 7 est limité et l'utilisation du R744 en tant que fluide réfrigérant permet de remédier à cet inconvénient. Comme illustré à la figure 1, la branche de contournement A de l'échangeur de chaleur interne est disposée sur le côté basse pression dudit circuit de climatisation 1. Par côté basse 25 pression, on entend qu'il s'agit de la portion du circuit de climatisation 1 située entre la turbine de détente 7 et le compresseur principal 3 où le fluide réfrigérant est à une pression basse. Plus particulièrement, la branche de contournement A permet de contourner l'échangeur de chaleur interne 13 entre un premier point de raccordement 103, placé entre le deuxième échangeur de chaleur 9 et ledit échangeur de chaleur interne 13, et un deuxième 30 point de raccordement 104, placé entre ledit échangeur de chaleur interne 13 et le compresseur principal 3. 3033290 8 Comme illustré à la figure 2, la branche de contournement A de l'échangeur de chaleur interne est disposée sur le côté haute pression dudit circuit de climatisation 1. Par côté haute pression, on entend qu'il s'agit de la portion du circuit de climatisation 1 située entre le compresseur principal 3 et la turbine de détente 7 où le fluide réfrigérant est à une pression 5 haute (par exemple entre 120 et 130 bars pour du R744). Plus particulièrement, la branche de contournement A permet de contourner l'échangeur de chaleur interne 13 entre un premier point de raccordement 103, placé entre le premier échangeur de chaleur 5 et ledit échangeur de chaleur interne 13, et un deuxième point de raccordement 104, placé entre ledit échangeur de chaleur interne 13 et la turbine de détente 7. 10 Afin de contrôler le parcourt du fluide réfrigérant, le circuit de climatisation 1 peut comporter un moyen de redirection 15 du fluide réfrigérant vers l'échangeur de chaleur interne 13 ou vers la branche de contournement A. Le moyen de redirection 15 du fluide réfrigérant peut être une vanne trois-voies 15 disposée en amont de l'échangeur de chaleur interne 13 au niveau du premier point de raccordement 103 comme cela est illustré par les figures 1 et 2. Comme le montre la figure 3, le moyen de redirection 15 du fluide réfrigérant comporte une première vanne d'arrêt disposée entre le premier point de raccordement 103 et l'échangeur de chaleur interne 13 et une seconde vanne d'arrêt disposée sur la banche de 20 contournement A. Le moyen de redirection 15 peut être commandé par exemple par une unité de contrôle (non représentée) qui détermine, en fonction de la mesure de différents paramètres comme les pressions du fluide réfrigérant, la température dudit fluide en sortie des différents échangeurs de chaleur, notamment en sortie du premier échangeur de chaleur 5, si l'utilisation de 25 l'échangeur de chaleur interne 13 est requise pour atteindre les consignes de l'utilisateur. Par exemple, dans les conditions extrêmes où une température du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur 5 est mesurée à une valeur comprise entre 55 et 65 °C, l'utilisation de l'échangeur de chaleur interne 13, pour permettre un refroidissement d'air suffisant au niveau du deuxième échangeur de chaleur 9, sera requise. Le moyen de 30 redirection 15 redirigera le fluide réfrigérant dans l'échangeur de chaleur interne 13. Pour des températures, en sortie du premier échangeur de chaleur, inférieures, l'utilisation de l'échangeur de chaleur interne 13 a un impact négatif sur le coefficient de performance du 3033290 9 circuit de climatisation 1 et donc le moyen de redirection 15 redirigera le fluide réfrigérant vers la branche de contournement. Dans de telles conditions, l'échangeur de chaleur interne peut avoir une performance de transfert de chaleur comprise entre 20 et 40 % afin qu'il soit efficace, ce qui permet de 5 réduire sa taille et ainsi de limiter son encombrement. Le moyen de redirection 15 peut également être « passif », c'est-à-dire qu'il mesure de lui même la température en sortie du premier échangeur de chaleur 5, par exemple au moyen de matériaux à mémoire de forme ou de bulbes qui, à des températures de fluide réfrigérant 10 comprises entre 55 et 65 °C, font que le moyen de redirection 15 redirige le fluide réfrigérant dans l'échangeur de chaleur interne 13. Le circuit de climatisation 1 peut également comporter un accumulateur déshumidifiant 11 placé en amont de l'échangeur de chaleur interne 13 et en aval du 15 deuxième échangeur de chaleur 9. Comme illustré par la figure 3, l'accumulateur déshumidifiant 11 peut être intégré à l'échangeur de chaleur interne 13 ce qui permet de limiter l'encombrement de ces deux composants. Lorsque l'accumulateur déshumidifiant 11 est intégré à l'échangeur de chaleur 20 interne 13, la branche de contournement A est de préférence disposée sur le coté haute pression dudit circuit de climatisation 1. Ainsi, on voit bien que du fait de la présence de la branche de contournement A, il est dorénavant possible d'utiliser un échangeur de chaleur interne 13 dans certaines conditions, 25 notamment extrêmes, afin d'atteindre les consignes utilisateur et de contourner ledit échangeur de chaleur interne 13 en conditions dites normales pour éviter que ce dernier ne nuise au coefficient de performance du circuit de climatisation. REVENDICATIONS1. Circuit de climatisation (1) dans lequel circule un fluide réfrigérant et comportant : un compresseur principal (3), un premier échangeur de chaleur disposé en aval du compresseur principal (3), un deuxième échangeur de chaleur (9) disposé en amont du compresseur principal (3), un échangeur de chaleur interne (13) apte à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur (5) et le fluide réfrigérant en sortie du deuxième échangeur de chaleur (9), et caractérisé en ce que ledit circuit de climatisation (1) comprend une branche de contournement (A) de l'échangeur de chaleur interne (13). 2. Circuit de climatisation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une turbine de détente (7) disposée en amont du deuxième échangeur de chaleur (9). 3. Circuit de climatisation (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la branche de contournement (A) de l'échangeur de chaleur interne (13) est réalisée entre un premier point de raccordement (103) placé en amont dudit échangeur de chaleur interne (13) et un second point de raccordement (104) placé en aval dudit échangeur de chaleur interne (13). 4. Circuit de climatisation (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la branche de contournement (A) de l'échangeur de chaleur interne (13) est disposée sur le côté haute pression dudit circuit de climatisation (1). 5. Circuit de climatisation (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la branche de contournement (A) de l'échangeur de chaleur interne est disposée sur le coté basse pression dudit circuit de climatisation (1). 3033290 11 6. Circuit de climatisation (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de redirection (15) du fluide réfrigérant vers l'échangeur de chaleur interne (13) ou vers la branche de contournement (A). 5 7. Circuit de climatisation (1) selon la revendication 6 en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de redirection (15) du fluide réfrigérant est une vanne trois-voies disposée en amont de l'échangeur de chaleur interne (13) au niveau du premier point de raccordement (103). 10 8. Circuit de climatisation (1) selon la revendication 6 en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de redirection (15) du fluide réfrigérant comporte une première vanne d'arrêt disposée entre le premier point de raccordement (103) et l'échangeur de chaleur interne (13) et une seconde vanne d'arrêt disposée sur la banche de contournement (A). 15 9. Circuit de climatisation (1) selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le moyen de redirection (15) comporte des matériaux à mémoire de forme ou des bulbes de mesure de la température du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur (5). 20 10. Circuit de climatisation (1) selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que la turbine de détente (7) est couplé à un compresseur additionnel (73) disposé en amont du premier échangeur de chaleur (5), ledit compresseur additionnel (73) étant connecté en parallèle du compresseur principal (3) au sein dudit circuit de 25 climatisation (1). 11 Circuit de climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un accumulateur déshumidifiant (11) placé en amont de l'échangeur de chaleur interne (13) et en aval du deuxième échangeur de 30 chaleur (9). 12. Circuit de climatisation (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'accumulateur déshumidifiant (11) est intégré à l'échangeur de chaleur interne (13). 3033290 12 13. Circuit de climatisation (1) selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que lorsque l'accumulateur déshumidifiant (11) est intégré à l'échangeur de chaleur interne (13), la branche de contournement (A) est 5 disposée sur le coté haute pression dudit circuit de climatisation (1).