Brevet FR3055251A1 — publié le 20180302

Système thermique, notamment un système de climatisation de véhicule automobile L'invention se rapporte à un système thermique de véhicule automobile, notamment un système de climatisation de véhicule automobile. Actuellement, les appareils de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour habitacle de véhicule automobile comprennent de manière générale une boucle thermodynamique fermée comprenant au moins, selon le sens de circulation d'un fluide réfrigérant, un évaporateur sur l'air, un compresseur, un condenseur et une vanne ou dispositif de détente. Dans cette configuration, l'air est refroidi par passage sur l'évaporateur avant d'être expulsé vers l'habitacle par des canalisations. Or, à l'arrêt du véhicule, ces appareils sont peu performants, voire ne fonctionnent pas du tout. De plus, dans les véhicules récents qui sont équipés d'un système de gestion du moteur appelé « Stop and Go » (« arrêt et redémarrage »), c'est-à-dire arrêt du moteur à combustion interne lorsque le véhicule est au point mort, par exemple à un feu ou à un stop, puis redémarrage de celui-ci lorsque l'avance du véhicule est de nouveau souhaitée, grâce à un alternodémarreur, le moteur ne peut plus entraîner le compresseur lorsque le moteur est arrêté. La climatisation est donc fréquemment interrompue, ce qui nuit au confort général des passagers. D'une manière générale, il existe un besoin pour pouvoir gérer la climatisation en minimisant la consommation de carburant du véhicule. Il est connu de la demande brevet US20100018231 un stockage de frigories dans un évaporateur du système de climatisation. 3055251 2 D'autres documents JP2000313226, US7228705, US20030159455 et W02014012873 décrivent des stockages de frigories. L'invention a ainsi pour objet un système thermique de véhicule automobile, notamment un système de climatisation de véhicule 5 automobile, ce système comportant : - un circuit thermique principal comportant un compresseur agencé pour comprimer un réfrigérant circulant dans ce circuit et un évaporateur agencé pour refroidir un flux d'air qui circule au contact de l'évaporateur, ce refroidissement 10 étant obtenu par échange thermique entre le flux d'air à refroidir et du réfrigérant circulant dans cet évaporateur, - un dispositif thermique secondaire comprenant une unité de stockage de frigories et une pompe, ce dispositif secondaire étant agencé de manière : 15 o à être isolé thermiquement du circuit thermique principal lorsque le compresseur est en marche et l'évaporateur refroidit le flux d'air, o à être relié, de préférence en série, à l'évaporateur du circuit thermique principal lorsque le compresseur du 20 circuit thermique principal est à l'arrêt ou fonctionne à faible régime de sorte que du réfrigérant provenant de l'unité de stockage de frigories soit envoyé, à l'aide de la pompe, à travers l'évaporateur du circuit thermique principal. 25 Grâce à l'invention, le fait d'isoler le dispositif thermique secondaire du circuit thermique principal pendant le fonctionnement normal du circuit thermique principal, ce fonctionnement normal n'est pas affecté par un passage non souhaité de réfrigérant à travers l'unité de stockage de frigories, ce qui aurait eu pour conséquence de réduire les performances 3055251 3 de la climatisation. Cela permet également de ne pas dégrader les performances de l'unité de stockage. Le fait que l'unité de stockage de frigories soit en série avec l'évaporateur permet de profiter pleinement du débit de réfrigérant pendant 5 une phase de stockage de frigories dans cette unité. Selon un aspect de l'invention, la pompe est agencée de manière à être contournée lorsque l'unité de stockage de frigories reçoit des frigories du réfrigérant qui le traverse. La pompe est alors à l'arrêt. Selon un aspect de l'invention, le dispositif thermique secondaire 10 comporte au moins une première vanne de dérivation agencée pour sélectivement empêcher la circulation de réfrigérant vers l'unité de stockage de frigories pour l'isoler thermiquement du circuit thermique principal. Selon un aspect de l'invention, le dispositif thermique secondaire est 15 agencé de sorte que le sens de circulation du réfrigérant dans l'unité de stockage de frigories soit inversé respectivement : - lorsque cette unité de stockage de frigories reçoit des frigories du réfrigérant qui la traverse et - lorsque cette unité de stockage de frigories restitue des 20 frigories au réfrigérant qui la traverse. Selon un aspect de l'invention, la première vanne de dérivation est une vanne 3 voies disposée à une jonction entre le dispositif thermique secondaire et le circuit thermique principal. Cette vanne 3 voies peut être 25 remplacée par deux vannes 2 voies, si on le souhaite. Selon un aspect de l'invention, le dispositif thermique secondaire comporte une deuxième vanne de dérivation, notamment une vanne deux voies, agencée pour être traversée sélectivement par du réfrigérant qui circule de l'évaporateur du circuit thermique principal vers l'unité de 3055251 4 stockage de frigories pour permettre de transférer des frigories du réfrigérant vers l'unité de stockage de frigories. Selon un aspect de l'invention, le dispositif thermique secondaire comporte une branche secondaire sur laquelle est disposée cette deuxième 5 vanne de dérivation, cette branche faisant jonction fluidique avec une branche primaire sur laquelle sont disposées l'unité de stockage de frigories et la pompe. Selon un aspect de l'invention, cette jonction entre la branche primaire et la branche secondaire est disposée entre l'unité de stockage de 10 frigories et la pompe. Selon un aspect de l'invention, le dispositif thermique secondaire comporte une vanne anti-retour disposée sur la branche primaire en aval de la pompe. Ce clapet ou vanne anti-retour peut être intégré dans la pompe. 15 Selon un aspect de l'invention, le dispositif thermique secondaire est agencé de sorte que : - En mode de fonctionnement du circuit thermique principal sans utilisation du dispositif thermique secondaire, l'unité de stockage de frigories est contournée et la pompe est à l'arrêt. 20 - En mode de fonctionnement du circuit thermique principal avec recharge en frigories de l'unité de stockage de frigories du dispositif thermique secondaire, l'unité de stockage de frigories est parcouru par du réfrigérant et la pompe est à l'arrêt, l'unité de stockage et l'évaporateur étant de préférence en série, 25 - En mode de fonctionnement du dispositif thermique secondaire pour restituer des frigories à l'évaporateur du circuit thermique principal, dont le compresseur est à l'arrêt ou fonctionne à faible régime, l'unité de stockage de frigories est parcouru par du réfrigérant et la pompe est en marche, 3055251 5 - En mode dit « cold boost », à savoir en mode de fonctionnement du dispositif thermique secondaire pour restituer des frigories à l'évaporateur du circuit thermique principal, dont le compresseur fonctionne à faible ou forte 5 charge, l'unité de stockage de frigories est parcouru par du réfrigérant et la pompe est en marche. Selon un aspect de l'invention, le dispositif thermique secondaire est agencé de sorte que le sens de circulation du réfrigérant dans l'unité de 10 stockage de frigories soit le même respectivement : - lorsque cette unité de stockage de frigories reçoit des frigories du réfrigérant qui la traverse et - lorsque cette unité de stockage de frigories restitue des frigories au réfrigérant qui la traverse. 15 Selon un aspect de l'invention, deux vannes de dérivation sont prévues. Selon un aspect de l'invention, l'une des vannes de dérivation est disposée à l'entrée de l'unité de stockage de frigories, sur une branche 20 primaire. Selon un aspect de l'invention, l'autre des vannes de dérivation est disposée entre l'évaporateur et la pompe, sur une branche secondaire. Selon un aspect de l'invention, une vanne anti-retour est disposée à la sortie de l'unité de stockage de frigories. 25 Selon un aspect de l'invention, l'unité de stockage de frigories est agencée pour être à une pression inférieure à celle de l'évaporateur. Selon un aspect de l'invention, la deuxième vanne de dérivation disposée entre l'évaporateur et l'unité de stockage de frigories est agencée 3055251 6 pour générer deux niveaux de pression respectivement pour l'évaporateur et l'unité de stockage. Selon un aspect de l'invention, cette deuxième vanne de dérivation peut être une vanne de section de passage variable, une vanne de section 5 de passage unique. Cette vanne peut être une vanne on/off qui précède un orifice calibré. Pour maintenir le confort des passagers inchangé, la pression doit rester stable au niveau de l'évaporateur. Alors selon les conditions et pour pouvoir maximiser le stockage sans altérer le confort des passagers, il est possible d'avoir à changer la 10 section de passage de la vanne alors sa perte de charge. De cette façon les pressions et les températures seront contrôlées. Selon un aspect de l'invention, un dispositif d'expansion, soit thermostatique soit électrique, est disposé en amont de l'évaporateur pour générer une dépression du réfrigérant avant que celui-ci ne traverse 15 l'évaporateur. Selon un aspect de l'invention, l'ouverture de ce dispositif d'expansion est contrôlée par une surchauffe à l'entrée d'un échangeur thermique interne ou à l'entrée du compresseur ou à la sortie de l'évaporateur. 20 Selon un aspect de l'invention, l'unité de stockage de frigories est agencée de sorte que la chute de pression du réfrigérant qui le traverse est inférieure à 1 bar. Selon un aspect de l'invention, l'unité de stockage de frigories est agencée à l'intérieur d'un HVAC ou à l'extérieur d'un HVAC. 25 Selon un aspect de l'invention, le système comporte une voie d'air disposée parallèle à l'évaporateur, voie à travers laquelle peut circuler de l'air contournant l'évaporateur, et cet air pouvant, en sortie de cette voie, se mélanger à l'air issu de l'évaporateur. La section de passage de cette voie 3055251 7 est notamment contrôlée par un volet. Ce volet est notamment en parallèle à l'évaporateur. Ainsi la position de la vanne en aval de l'évaporateur peut aider à ajuster la température de l'air à la sortie de l'évaporateur en mélangeant 5 l'air froid issu de l'évaporateur et l'air plus chaud issu de la voie d'air précitée. Ceci est avantageux lors de la phase de stockage de frigories. La vanne peut être par exemple une vanne de fermeture simple avec un diamètre fixe. La vanne 2 voies est par exemple agencée pour générer une chute de pression fixe de manière à protéger l'évaporateur de la formation 10 de glace. La vanne protège l'évaporateur du givrage, et le volet assure la régulation de la température d'air en sortie de l'évaporateur. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemples non limitatifs en référence au 15 dessin annexé dans lequel : - la figure 1 illustre, schématiquement et partiellement, un premier mode de réalisation du système selon l'invention, - les figures 2 à 4 illustrent le système de la figure 1 lors de différents modes de fonctionnement, 20 - la figure 5 illustre, schématiquement et partiellement, un deuxième mode de réalisation du système selon l'invention, - la figure 6 illustre, schématiquement et partiellement, un troisième mode de réalisation du système selon l'invention, - la figure 7 illustre un fonctionnement du système de la figure 25 6. La figure 1 représente un système de climatisation 1 qui comprend, selon le sens de circulation en circuit fermé d'un fluide réfrigérant tel que du R134A : un compresseur 2, un condenseur 3, une bouteille de stockage 4, 30 un échangeur thermique interne 5, un dispositif d'expansion ou de détente 305 5 2 5 1 8 6 et un évaporateur sur l'air 10. Ces composants forment un circuit thermique principal 20. L'évaporateur 10 est placé dans une conduite de circulation d'air aboutissant vers différentes zones de l'habitacle à refroidir ou à réchauffer 5 telles qu'une zone pour le désembuage du pare-brise, une zone d'aération et une zone de pieds. Le compresseur 2 est agencé pour comprimer le réfrigérant circulant dans ce circuit 20 et l'évaporateur 10 est agencé pour refroidir un flux d'air qui circule au contact de l'évaporateur, ce refroidissement étant obtenu par 10 échange thermique entre le flux d'air à refroidir et du réfrigérant circulant dans cet évaporateur. Le système 1 comporte en outre un dispositif thermique secondaire 21 comprenant une unité de stockage de frigories22 et une pompe 23, ce dispositif secondaire étant agencé de manière : 15 o à être isolé thermiquement du circuit thermique principal 20 lorsque le compresseur 2 est en marche et l'évaporateur 10 refroidit le flux d'air, o à être relié en série à l'évaporateur 10 du circuit thermique principal 20 lorsque le compresseur 2 du 20 circuit thermique principal est à l'arrêt (mode restitution) de sorte que du réfrigérant provenant de l'unité de stockage de frigories 22 soit envoyé, à l'aide de la pompe 23, à travers l'évaporateur 10 du circuit thermique principal 20 ou bien (mode stockage) que du 25 réfrigérant provenant de l'évaporateur soit envoyé vers l'unité de stockage de frigories 22, o à être en parallèle au compresseur en mode « cold boost ». 305 5 2 5 1 9 Le dispositif thermique secondaire 21 comporte une première vanne de dérivation 25 agencée pour sélectivement empêcher la circulation de réfrigérant vers l'unité de stockage de frigories 22 pour l'isoler thermiquement du circuit thermique principal 20. 5 Le dispositif thermique secondaire 21 est agencé de sorte que : - En mode de fonctionnement du circuit thermique principal 20 sans utilisation du dispositif thermique secondaire 21 (voir figure 2), l'unité de stockage de frigories 22 est contournée et la pompe 23 est à l'arrêt, 10 - En mode de fonctionnement du circuit thermique principal 20 avec recharge en frigories de l'unité de stockage de frigories 22 du dispositif thermique secondaire2l (voir figure 3), l'unité de stockage de frigories 22 est parcouru par du réfrigérant et la pompe 23 est à l'arrêt, 15 - En mode de fonctionnement du dispositif thermique secondaire 21 pour restituer des frigories à l'évaporateur du circuit thermique principal 20 (voir figure 4), dont le compresseur 2 est à l'arrêt, l'unité de stockage de frigories 22 est parcouru par du réfrigérant et la pompe 23 est en marche, 20 - En mode dit « cold boost », à savoir en mode de fonctionnement du dispositif thermique secondaire pour restituer des frigories à l'évaporateur du circuit thermique principal, dont le compresseur fonctionne à faible ou forte charge, l'unité de stockage de frigories est parcouru par du 25 réfrigérant et la pompe est en marche. Dans la phase de stockage de frigories dans l'unité de stockage de frigories 22 (figure 3), la pompe 23 est agencée de manière à être contournée et est alors à l'arrêt. 305 5 2 5 1 10 Le dispositif thermique secondaire 21 est agencé de sorte que le sens de circulation du réfrigérant dans l'unité de stockage de frigories 22 soit inversé respectivement : - lorsque cette unité de stockage de frigories 22 reçoit des 5 frigories du réfrigérant qui la traverse (phase de stockage de frigories illustrée sur la figure 3) et - lorsque cette unité de stockage de frigories 22 restitue des frigories au réfrigérant qui la traverse (phase de restitution de frigories illustrée sur la figure 4). 10 La première vanne de dérivation 25 est une vanne 3 voies disposée à une jonction entre le dispositif thermique secondaire 21 et le circuit thermique principal 20. Dans la phase de la figure 2, la vanne 25 empêche la circulation vers 15 le dispositif thermique secondaire 21 qui n'est pas utilisé. Dans la phase de la figure 3, la vanne 25 permet une circulation de l'unité de stockage de frigories 22 vers le compresseur 2. Dans la phase de la figure 3, la vanne 25 permet une circulation de l'évaporateur 10 vers l'unité de stockage de frigories 22. 20 Le dispositif thermique secondaire 21 comporte une deuxième vanne de dérivation 27, qui est une vanne deux voies, agencée pour être traversée sélectivement par du réfrigérant qui circule de l'évaporateur 10 du circuit thermique principal vers l'unité de stockage de frigories 22 pour permettre de transférer des frigories du réfrigérant vers l'unité de stockage 25 de frigories. La vanne 27 est bloquante dans les phases de fonctionnement des figures 2 et 4, et passante dans la phase de fonctionnement de la figure 3. 305 5 2 5 1 11 La deuxième vanne de dérivation 27 est agencée pour générer deux niveaux de pression respectivement pour l'évaporateur 10 et l'unité de stockage 22. Cette deuxième vanne de dérivation peut être une vanne de section 5 de passage variable, une vanne de section de passage unique. Le dispositif thermique secondaire 21 comporte une branche secondaire 28 sur laquelle est disposée cette deuxième vanne de dérivation 27, cette branche 28 faisant jonction fluidique 30 avec une branche primaire 29 sur laquelle sont disposées l'unité de stockage de 10 frigories 22 et la pompe 23. Cette jonction 30 entre la branche primaire 28 et la branche secondaire 29 est disposée entre l'unité de stockage de frigories 22 et la pompe 23. Le dispositif thermique secondaire 21 comporte une vanne anti- 15 retour 31 disposée sur la branche primaire 29 en aval de la pompe 23. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. Par exemple, comme illustré sur la figure 5, le dispositif thermique 20 secondaire 21 est agencé de sorte que le sens de circulation du réfrigérant dans l'unité de stockage de frigories 22 soit le même respectivement : - lorsque cette unité de stockage 22 de frigories reçoit des frigories du réfrigérant qui la traverse et - lorsque cette unité de stockage de frigories 22 restitue des 25 frigories au réfrigérant qui la traverse. Deux vannes de dérivation 35 et 36 sont prévues comme expliqué ci-dessous. 3055251 12 L'une des vannes de dérivation 35 est disposée à l'entrée de l'unité de stockage de frigories 22, sur une branche primaire 29. L'autre des vannes de dérivation 36 est disposée entre l'évaporateur 10 et la pompe 23, sur une branche secondaire 28. 5 Une vanne anti-retour 37 est disposée à la sortie de l'unité de stockage de frigories 22. Dans les exemples ci-dessus, l'unité de stockage de frigories 22 est agencée pour être à une pression inférieure à celle de l'évaporateur. Un dispositif d'expansion 39, soit thermostatique soit électrique, est 10 disposé en amont de l'évaporateur 10 pour générer une dépression du réfrigérant avant que celui-ci ne traverse l'évaporateur 10. Selon un aspect de l'invention, l'ouverture de ce dispositif d'expansion est contrôlée par une surchauffe à l'entrée d'un échangeur thermique interne ou à l'entrée du compresseur. 15 Selon un aspect de l'invention, l'unité de stockage de frigories 22 est agencée de sorte que la chute de pression du réfrigérant qui le traverse est inférieure à 1 bar. L'unité de stockage de frigories 22 est agencée à l'intérieur d'un HVAC ou à l'extérieur d'un HVAC. 20 Selon une variante illustrée aux figures 6 et 7, le système comporte une voie d'air 40 disposée parallèle à l'évaporateur 10, voie à travers laquelle peut circuler de l'air contournant l'évaporateur 10, et cet air pouvant, en sortie de cette voie, se mélanger à l'air issu de l'évaporateur. Ainsi la position de la vanne 27 en aval de l'évaporateur peut aider à 25 ajuster la température de l'air à la sortie de l'évaporateur en mélangeant l'air froid issu de l'évaporateur et l'air plus chaud issu de la voir d'air précitée. Ceci est avantageux lors de la phase de stockage de frigories. La vanne peut être par exemple une vanne de fermeture simple avec un diamètre fixe. La vanne 2 voies référencée 27 est par exemple agencée 3055251 13 pour générer une chute de pression fixe de manière à protéger l'évaporateur de la formation de glace. Le réfrigérant peut être un matériau à changement de phase pour travailler en chaleur latente afin de diminuer la masse nécessaire et limiter 5 les variations de température du stockage. Par exemple, le réfrigérant est un fluide diphasique type R134a ou 1234yf. Le stockeur peut contenir un matériau à changement de phase pour limiter les variations de température. 10 Dans les exemples ci-dessus, les vannes 27 ou 35 assurent une détente intermédiaire de façon à ce que la pression du compresseur et celle de l'unité de stockage soient différentes. La pression et la température du réfrigérant étant liées, alors pour continuer à souffler de l'air à la bonne température pour les passagers, il ne 15 faut pas varier la pression. Or pour stocker, il faut baisser la température alors la pression. Une détente intermédiaire par les vannes citées ci-avant permet d'avoir deux niveaux de pression alors deux niveaux de température. 20 REVENDICATIONS1. Système (1) thermique de véhicule automobile, notamment un système de climatisation, ce système comportant : - un circuit thermique principal (20) comportant un compresseur agencé pour comprimer un réfrigérant circulant dans ce circuit et un évaporateur agencé pour refroidir un flux d'air qui circule au contact de l'évaporateur (10), ce refroidissement étant obtenu par échange thermique entre le flux d'air à refroidir et du réfrigérant circulant dans cet évaporateur, - un dispositif thermique secondaire (21) comprenant une unité de stockage de frigories (22) et une pompe, ce dispositif secondaire étant agencé de manière : o à être isolé thermiquement du circuit thermique principal lorsque le compresseur est en marche et l'évaporateur refroidit le flux d'air, o à être relié, de préférence en série, à l'évaporateur du circuit thermique principal lorsque le compresseur du circuit thermique principal est à l'arrêt ou fonctionne à faible régime de sorte que du réfrigérant provenant de l'unité de stockage de frigories soit envoyé, à l'aide de la pompe (23), à travers l'évaporateur du circuit thermique principal. 2. Système selon la revendication précédente, la pompe (23) est agencée de manière à être contournée lorsque l'unité de stockage de frigories reçoit des frigories du réfrigérant qui le traverse. 3055251 15 3. Système selon l'une des revendications précédentes, le dispositif thermique secondaire comporte au moins une première vanne de dérivation (25) agencée pour sélectivement empêcher la circulation de réfrigérant vers l'unité de stockage de frigories pour l'isoler thermiquement 5 du circuit thermique principal. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, le dispositif thermique secondaire (21) est agencé de sorte que le sens de circulation du réfrigérant dans l'unité de stockage de frigories soit inversé 10 respectivement : - lorsque cette unité de stockage de frigories reçoit des frigories du réfrigérant qui la traverse et - lorsque cette unité de stockage de frigories restitue des frigories au réfrigérant qui la traverse. 15 5. Système selon la revendication précédente, la première vanne de dérivation est une vanne 3 voies disposée à une jonction entre le dispositif thermique secondaire et le circuit thermique principal. 20 6. Système selon l'une des revendications 4 et 5, le dispositif thermique secondaire est agencé de sorte que : - En mode de fonctionnement du circuit thermique principal sans utilisation du dispositif thermique secondaire, l'unité de stockage de frigories (22) est contournée et la pompe est à 25 l'arrêt. - En mode de fonctionnement du circuit thermique principal avec recharge en frigories de l'unité de stockage de frigories du dispositif thermique secondaire, l'unité de stockage de frigories est parcouru par du réfrigérant et la pompe est à l'arrêt, 30 - En mode de fonctionnement du dispositif thermique secondaire pour restituer des frigories à l'évaporateur du circuit thermique 3055251 16 principal, dont le compresseur est à l'arrêt ou fonctionne à faible régime, l'unité de stockage de frigories est parcouru par du réfrigérant et la pompe est en marche, - En mode dit « cold boost », à savoir en mode de 5 fonctionnement du dispositif thermique secondaire pour restituer des frigories à l'évaporateur du circuit thermique principal, dont le compresseur fonctionne à faible ou forte charge, l'unité de stockage de frigories est parcouru par du réfrigérant et la pompe est en marche. 10 7. Système selon l'une des revendications 1 à 3, le dispositif thermique secondaire est agencé de sorte que le sens de circulation du réfrigérant dans l'unité de stockage de frigories (22) soit le même respectivement : 15 - lorsque cette unité de stockage de frigories reçoit des frigories du réfrigérant qui la traverse et - lorsque cette unité de stockage de frigories restitue des frigories au réfrigérant qui la traverse. 20 8. Système selon l'une des revendications précédentes, l'unité de stockage de frigories est agencée pour être à une pression inférieure à celle de l'évaporateur. 9. Système selon l'une des revendications précédentes, l'unité 25 de stockage de frigories est agencée à l'intérieur d'un HVAC ou à l'extérieur d'un HVAC. 10. Système selon l'une des revendications précédentes, le système comporte une voie d'air (40) disposée parallèle à l'évaporateur, 30 voie à travers laquelle peut circuler de l'air contournant l'évaporateur, et cet air pouvant, en sortie de cette voie, se mélanger à l'air issu de l'évaporateur. 3055251 17 11. Système selon la revendication précédente, la section de passage de cette voie étant contrôlée par un volet. 5