Brevet FR3073175A1 — publié le 20190510

L'invention concerne un procédé de pilotage d'un système de conditionnement thermique d'un flux d'air à destination d'un habitacle de véhicule automobile. Il est connu de commander le système de conditionnement thermique selon un mode de déshumidification dans lequel le flux d'air à destination de l'habitacle est déshumidifié par un évaporateur du système. Ce mode intervient généralement pour des températures d'air extérieur entre 5°C et 20°C. L'occurrence de ces températures étant élevée, le mode de déshumidification est souvent utilisé afin désembuer le pare-brise et les vitres du 1 o véhicule automobile, notamment quand l'air extérieur présente un taux élevé d'humidité. De façon connue, au contact des ailettes de l'évaporateur, l'air se refroidit jusqu'à atteindre le point de rosée. L'eau contenue dans l'air se condense. On obtient alors un air froid et sec. 15 Pour réchauffer l'air avant qu'il pénètre dans l'habitacle du véhicule, on fait passer l'air dans un autre second échangeur pour le réchauffer. Dans le cas d'une pompe à chaleur indirecte, il s'agit alors d'un radiateur. L'air passe ensuite éventuellement par une résistance électrique afin de compléter le chauffage de l'air. 20 Selon les procédés de pilotage de l'état de l'art, soit le système permet de souffler aux bonnes températures à la sortie de l'évaporateur et de la résistance, ce qui signifie que la température à la sortie du radiateur de sortie est forcément inférieure à la température de consigne et que la résistance électrique est suffisamment puissante pour compléter le chauffage. 25 Dans ce cas, on utilise le mode de déshumidification. Néanmoins, selon les conditions, le mode de déshumidification peut s'avérer défaillant. C'est le cas quand la température à la sortie du radiateur de sortie est plus grande que la température de consigne. 2 C'est aussi le cas quand la température d'air à la sortie du radiateur de sortie est inférieure à la température de consigne et que la puissance de la résistance électrique n'est pas suffisante pour arriver à la température de consigne à la sortie de la résistance électrique. 5 Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de pilotage permettant de recourir plus fréquemment au mode de déshumidification. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de pilotage d'un système de conditionnement thermique d'un flux d'air à destination d'un habitacle de véhicule automobile, ledit système comprenant au moins un compresseur, un évaporateur, un 1 o dispositif de chauffage, le système étant configuré pour fonctionner selon un mode dit de déshumidification dans lequel le flux est déshumidifié par l'évaporateur, ou selon un mode de chauffage dans lequel ledit flux d'air est chauffé via le dispositif de chauffage, le procédé de pilotage comprenant une étape de comparaison entre une température de consigne et une température de l'air en mode déshumidification en 15 sortie du dispositif de chauffage, dite température de travail, la température de travail étant soit une température réelle de l'air mesurée et/ou calculée, soit une température extrémale d'air que le système est capable de générer, et, si la température de travail est différente de la température de consigne, alors, une étape dans laquelle le système passe du mode de déshumidification au mode de 20 chauffage, une étape de changement de vitesse du compresseur, et, lorsque la température de travail reprend une valeur égale à la température de consigne, alors le système repasse en mode de déshumidification. Ainsi, le procédé selon la présente invention permet, lorsque le mode de 25 déshumidification est défaillant, permet de commander alternativement le système grâce à l'inertie du fluide caloporteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsque la température de travail est inférieure à la température de consigne, alors l'étape de changement de vitesse du compresseur comprend une étape d'augmentation de la vitesse du compresseur. 30 Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsque la température de travail est supérieure à la température de consigne, alors l'étape de changement de vitesse du compresseur comprend une étape de réduction de la vitesse du compresseur. 3 Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de chauffage comprend une résistance électrique et un échangeur de chaleur. 5 Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend - une étape d'estimation d'une puissance électrique pouvant être fournie par la résistance électrique afin de chauffer le flux d'air à une température souhaitée, et une étape d'adaptation de la vitesse du compresseur en fonction de la puissance électrique de sorte à régler la température d'air en sortie de l'échangeur de chaleur soit égale à la io température souhaitée. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape d'estimation est réalisée conformément à l'équation suivante : Pmax Thx = Tc où Pmax est la puissance fournie par la résistance électrique (17), Cpair est la 15 capacité thermique massique de l'air, Q est le débit massique, et Thx est la température de l'air en sortie de l'échangeur de chaleur (15). Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend une étape préalable de préchauffage d'un fluide caloporteur circulant dans un échangeur de 20 chaleur du dispositif de chauffage si la température maximale de l'air atteinte en mode déshumidification est inférieure à la température de consigne. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend une étape de désactivation de l'évaporateur en mode chauffage. 25 L'invention a également pour objet un programme d'ordinateur comprenant une suite d'instructions mettant en oeuvre les étapes du procédé de pilotage tel que précédemment décrit lorsqu'elles sont exécutées par un processeur. QCPair' L'invention a également pour objet un support de stockage non transitoire lisible 30 par ordinateur comprenant un programme d'ordinateur tel que décrit précédemment. 4 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un système de conditionnement thermique d'un flux d'air 5 d'un véhicule automobile pour la mise en oeuvre d'un procédé de pilotage selon la présente invention ; - la figure 2 illustre le système de la figure 1 dans un mode de chauffage ; - la figure 3 illustre le système de la figure 1 dans un mode de déshumidification ; - les figures 4 et 5 illustrent respectivement des résultats expérimentaux d'une évolution au cours du temps d'une température d'air en sortie d'un évaporateur et d'une température d'air en sortie d'un radiateur de sortie du système de la figure 1 mettant en oeuvre le procédé selon la présente invention ; - la figure 6 illustre une alternance au cours du temps entre le mode déshumidification et le mode de chauffage selon la deuxième régulation commandée par le procédé selon la présente invention dans les conditions expérimentales des figures 4 et 5 ; - la figure 7 illustre l'évolution au cours du temps d'une température d'air en sortie du système dans les conditions expérimentales des figures 4 et 5; - la figure 8 illustre une alternance au cours du temps entre le mode déshumidification et le premier mode de chauffage commandée par le procédé selon la présente invention dans d'autres conditions expérimentales ; et - la figure 9 illustre l'évolution au cours du temps d'une température d'air en sortie du système dans les conditions expérimentales de la figure 8. Système de conditionnement Les figures 1 à 3 illustrent un système de conditionnement thermique d'un flux d'air à destination d'un habitacle de véhicule automobile. 5 Le système est référencé 1 sur les figures. Le système 1 comprend un circuit de fluide réfrigérant 3, autrement appelé boucle de climatisation 3. Le système 1 comprend également un circuit de fluide caloporteur 5, tel qu'un 5 mélange d'eau et de glycol. Les composants, décrits ci-après, des circuits 3 et 5, sont raccordés les uns aux autres par des conduites dans lesquelles circule respectivement le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur. Sur les figures 1 à 3, la boucle de climatisation est représentée en pointillés, et le io circuit du fluide caloporteur 5 est représenté en traits pleins. Des flèches représentent le sens de circulation des fluides. Comme visible sur les figures 1 à 3, la boucle de climatisation 3 comprend un compresseur 7. La boucle de climatisation 3 comprend également un premier échangeur de 15 chaleur 6 du système 1, pour un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d'air extérieur. L'échangeur de chaleur 6 est un évaporateur, appelé par la suite évaporateur externe. La boucle de climatisation 3 comprend aussi un deuxième évaporateur 8 agencé 20 de manière à conditionner le flux d'air à destination d'un habitacle du véhicule automobile, appelé par la suite évaporateur interne 8. La boucle de climatisation 3 comprend un échangeur de sous-refroidissement 9, appelé dans la suite de la demande sous-refroidisseur 9, configuré pour sous-refroidir le fluide réfrigérant en phase liquide. 25 La boucle de climatisation comprend une branche 10 de contournement du sous-refroidisseur 9. La boucle de climatisation 3 comprend également un condenseur 11. 6 Le condenseur 11 est un échangeur thermique bi-fluide agencé conjointement sur la boucle de climatisation 3 et le circuit de fluide caloporteur 5. La boucle de climatisation 3 comprend un organe de détente 12 associé à l'évaporateur externe 6 et un organe de détente 13 associé à l'évaporateur interne 8. 5 Comme visible sur la figure 1, le circuit de fluide caloporteur 5 comprend un radiateur 14, tel qu'un radiateur de refroidissement basse température. Le circuit de fluide caloporteur 5 comprend également un troisième échangeur thermique 15 agencé de manière à conditionner le flux d'air à destination de l'habitacle, appelé par la suite radiateur de sortie 15. 1 o Comme visible sur les figures 1 à 3, le circuit 5 comprend aussi une pompe 16 de mise en mouvement du fluide caloporteur. Le système de conditionnement 1 comprend un échangeur thermique additionnel 17 de type résistance électrique, par exemple à coefficient de température positif (CTP), agencé pour réchauffer le flux d'air à destination de l'habitacle, en 15 complément du radiateur de sortie 15. Le radiateur 15 et la résistance 17 font partie d'un dispositif de chauffage. Le système de conditionnement 1 comprend également des vannes de commande 18, 19, respectivement à deux et trois voies et des points de raccordements 20 entre différentes branches des circuits 3 et 5 respectivement. 20 Comme il ressort des figures 1 à 3, quand le système 1 équipe le véhicule automobile, l'évaporateur externe 6, le radiateur 14 et le sous-refroidisseur 9 sont avantageusement disposés en face avant A du véhicule automobile. La résistance électrique 17, le radiateur de sortie 15 et l'évaporateur interne 8 sont quant à eux disposés avantageusement dans un boitier dédié B monté à l'intérieur du 25 véhicule automobile. L'évaporateur interne 8 est disposé en amont du radiateur de sortie 15 relativement au sens de circulation de l'air à destination de l'habitacle. 7 Mode de chauffage Selon le mode de chauffage, illustré sur la figure 2, le compresseur 7 comprime le fluide réfrigérant qui est ensuite condensé dans le condenseur 11. La condensation du fluide réfrigérant permet de chauffer le fluide caloporteur dans 5 le radiateur de sortie 15. Dans la boucle de climatisation 3, le fluide réfrigérant circule dans l'organe de détente externe 12 puis l'évaporateur externe 6 avant de rejoindre le compresseur 7. Dans le circuit caloporteur 5, le fluide caloporteur circule depuis le condenseur 11 dans le radiateur de sortie 15 avant de rejoindre à nouveau le condenseur 11 via la 1 o pompe 16. La résistance électrique 17 complète éventuellement le chauffage par le radiateur de sortie 15. Mode de déshumidification En mode de déshumidification, illustré sur la figure 3, le compresseur 7 comprime 15 le fluide réfrigérant qui est ensuite condensé dans le condenseur 11. La condensation du fluide réfrigérant permet de chauffer le fluide caloporteur qui, dans le radiateur de sortie 15, chauffe l'air déshumidifié par l'évaporateur interne 11 et à destination de l'habitacle. Dans la boucle de climatisation 3, le fluide réfrigérant est ensuite distribué entre le 20 sous-refroidisseur 9 et la branche de contournement 10. Après sous-refroidissement, le fluide réfrigérant est détendu dans l'organe de détente 13 puis évaporé dans l'évaporateur interne 8 avant de circuler à nouveau dans le compresseur 7. Après circulation dans la branche de contournement 10, le fluide réfrigérant circule 25 dans l'organe de détente externe 12 puis l'évaporateur externe 6 avant de rejoindre le compresseur 7. Dans le circuit caloporteur 5, le fluide caloporteur circule depuis le condenseur 11 dans le radiateur de sortie 15 avant de rejoindre à nouveau le condenseur 11 via la 8 pompe 16. Comme déjà indiqué, le chauffage de l'air séché dans l'évaporateur interne 8 se fait via le radiateur de sortie 15. La résistance électrique 17 complète éventuellement le chauffage par le radiateur 5 de sortie 15. Procédé de pilotage L'invention a pour objet un procédé de pilotage du système de conditionnement 1. Comme il ressort déjà de la description, le système 1 est configuré pour fonctionner selon le mode de déshumidification dans lequel le flux d'air est io déshumidifié par l'évaporateur 8, ou selon le mode de chauffage dans lequel le flux d'air est chauffé via le dispositif de chauffage 15, 17. Le procédé de pilotage comprend une étape de comparaison entre une température de consigne Tc et une température de l'air en mode déshumidification en sortie du dispositif de chauffage, dite température de travail. 15 De préférence, la température de travail est soit une température réelle de l'air mesurée et/ou calculée, soit une température extrémale que le système 1 est capable de générer. Si la température de travail est différente de la température de consigne, alors le procédé comprend une étape dans laquelle le système 1 passe du mode de 20 déshumidification au mode de chauffage et une étape de changement de vitesse du compresseur, comme il va être détaillé. Lorsque la température de travail reprend une valeur égale à la température de consigne, alors le système repasse en mode de déshumidification. Plus précisément, lorsque la température de travail est inférieure à la température 25 de consigne, alors l'étape de changement de vitesse du compresseur 7 comprend une étape d'augmentation de la vitesse du compresseur 7, tandis que, lorsque la température de travail est supérieure à la température de consigne, alors l'étape de changement de vitesse du compresseur 7 comprend une étape de réduction de la vitesse du compresseur 7. 9 Le procédé comprend également une étape d'estimation d'une puissance électrique pouvant être fournie par la résistance électrique 17 afin de chauffer le flux d'air à une température Thx souhaitée, et une étape d'adaptation de la vitesse du compresseur 7 en fonction de la puissance électrique de sorte à régler la 5 température d'air en sortie de l'échangeur de chaleur 15 soit égale à la température Thx souhaitée. On note que l'étape d'estimation est réalisée conformément à l'équation suivante : Pmax Thx = Tc (2, Pair où Pmax est la puissance fournie par la résistance électrique 17, Cpair est la capacité thermique massique de l'air, Q est le débit massique, et Thx est la o température de l'air en sortie de l'échangeur de chaleur 15. Avantageusement, le procédé comprend une étape préalable de préchauffage du fluide caloporteur circulant dans le radiateur 15 si la température maximale de l'air atteinte en mode déshumidification est inférieure à la température de consigne Tc. En mode chauffage, le procédé comprend une étape de désactivation de 15 l'évaporateur 8 en mode chauffage. Résultats expérimentaux Sur les figures 4 et 5 respectivement, une courbe 40 illustre l'évolution au cours du temps de la température de l'air en sortie de l'évaporateur interne 8, T, et une courbe 50 illustre l'évolution au cours du temps de la température de l'air en sortie du 20 radiateur de sortie, T', quand le procédé de pilotage est mis en oeuvre par le système de climatisation 1 dans un cas où le chauffage par le mode de déshumidification est trop important. Comme visible sur les figures 4 et 5, les courbes 40 et 50 sont périodiques. Le procédé de pilotage commande le système 1 selon le mode de 25 déshumidification entre un temps tO et un temps t1, supérieur à tO, la température Tdmax étant supérieure à la température de consigne Tc : la régulation du compresseur se faisant sur la température T, la température T décroit jusqu'à atteindre une température minimale de l'ordre de 3°C par exemple. 10 Entre tO et t1, la température T'augmente progressivement (elle met un certain temps à monter car il faut chauffer le fluide caloporteur en passant par le radiateur de sortie 15) jusqu'à ce que la température de sortie T' atteigne la température de consigne Tc, au temps t1. 5 Au temps t1, le procédé déclenche alors le chauffage entre le temps t1 et le temps t2, supérieur à t1. Le compresseur régule alors sur la température T'. La température T augmente progressivement (puisque le circuit ne passe plus par l'évaporateur) et la température T' décroit progressivement (à l'artefact près) du fait 10 du changement de régulation opéré dans le compresseur 7, la température de consigne en sortie du radiateur de sortie étant la température minimale T'min, comme déjà décrit. La température T augmente jusqu'à atteindre la température extérieure. Au temps t2, la température T' atteint la valeur T'min. 15 La résistance électrique assure le chauffage de l'air à la température de consigne. Le procédé déclenche alors à nouveau le mode de déshumidification. Le fluide circule de nouveau par l'évaporateur et le compresseur est de nouveau régulé sur la température T. La température T diminue jusqu'à redescendre à sa valeur minimale tandis que la température T' remonte jusqu'à atteindre la 20 température de consigne. Ainsi, le procédé permet de faire alterner le mode de déshumidification et le mode de chauffage, comme illustré sur la figure 6 où D désigne le mode déshumidification et C2 désigne le chauffage selon le deuxième mode de régulation. Pendant la mise en oeuvre du procédé, la température en sortie du système 1, 25 notée Ts, reste pratiquement égale à la température de consigne, comme il ressort clairement de la figure 7, la résistance électrique complétant éventuellement le chauffage. En ce qui concerne les valeurs numériques, la température T est comprise entre 11 3°C et 15°C, et la température T' est au maximum de 50°C. Pour les durée, on peut prendre t2=5min et tl = 2min43s. Les figures 8 et 9 sont analogues respectivement aux figures 6 et 7, dans le cas où le chauffage par le mode de déshumidification est insuffisant. 5 Comme illustré sur la figure 8, le procédé permet de faire alterner le mode de déshumidification et le mode de chauffage, la lettre D désignant le mode déshumidification et Cl le chauffage selon la première régulation. Pendant la mise en oeuvre du procédé, la température en sortie du système 1, Ts, reste pratiquement égale à la température de consigne, comme il ressort clairement 1 o de la figure 9. Pour les figures 8 et 9, on peut prendre comme valeur temporelle : D1=1min 35s, Cl =55s et Ts=50°C. Avantages 15 Le procédé selon la présente invention présente l'avantage de permettre d'avoir dans tous les cas un mode déshumidification fonctionnel ou partiellement fonctionnel quelles que soient les conditions d'utilisation du véhicule automobile, REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'un système de conditionnement thermique d'un flux d'air à destination d'un habitacle de véhicule automobile, ledit système comprenant au moins un compresseur (7), un évaporateur (8), un dispositif de chauffage (15, 17), le système (1) étant configuré pour fonctionner selon un mode dit de déshumidification dans lequel le flux est déshumidifié par l'évaporateur (8), ou selon un mode de chauffage dans lequel ledit flux d'air est chauffé via le dispositif de chauffage (15, 17), le procédé de pilotage comprenant : - une étape de comparaison entre une température de consigne (Tc) et une 1 o température de l'air en mode déshumidification en sortie du dispositif de chauffage, dite température de travail, la température de travail étant soit une température réelle de l'air mesurée et/ou calculée, soit une température extrémale d'air que le système (1) est capable de générer, et 15 si la température de travail est différente de la température de consigne, alors - une étape dans laquelle le système (1) passe du mode de déshumidification au mode de chauffage, - une étape de changement de vitesse du compresseur (7), et lorsque la température de travail reprend une valeur égale à la température de 20 consigne, alors le système repasse en mode de déshumidification. 2. Procédé de pilotage selon la revendication 1, lorsque la température de travail est inférieure à la température de consigne, alors l'étape de changement de vitesse du compresseur (7) comprend une étape d'augmentation de la vitesse du compresseur (7). 25 3. Procédé de pilotage selon l'une des revendications 1 ou 2, lorsque la température de travail est supérieure à la température de consigne, alors l'étape de changement de vitesse du compresseur (7) comprend une étape de réduction de la vitesse du compresseur (7). 13 4. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de chauffage comprend une résistance électrique (17) et un échangeur de chaleur (15). 5. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, comprenant : 5 - une étape d'estimation d'une puissance électrique pouvant être fournie par la résistance électrique (17) afin de chauffer le flux d'air à une température (Thx ) souhaitée, et - une étape d'adaptation de la vitesse du compresseur (7) en fonction de la puissance électrique de sorte à régler la température d'air en sortie de l'échangeur o de chaleur (15) soit égale à la température (Thx ) souhaitée. 6. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel l'étape d'estimation est réalisée conformément à l'équation suivante : Pmax Thx = Tc ri r(--, Pair' où Pmax est la puissance fournie par la résistance électrique (17), Cpair est la capacité thermique massique de l'air, Q est le débit massique, et Thx est la 15 température de l'air en sortie de l'échangeur de chaleur (15). 7. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, comprenant une étape préalable de préchauffage d'un fluide caloporteur circulant dans un échangeur de chaleur (15) du dispositif de chauffage (15, 17) si la température maximale de l'air atteinte en mode déshumidification (Tdmax) est inférieure à la 20 température de consigne (Tc). 8. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, comprenant une étape de désactivation de l'évaporateur (8) en mode chauffage. 9. Programme d'ordinateur comprenant une suite d'instructions mettant en oeuvre les étapes du procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes 25 lorsqu'elles sont exécutées par un processeur. 10. Support de stockage non transitoire lisible par ordinateur comprenant un programme d'ordinateur selon la revendication précédente.