Brevet FR3086212A1 — publié le 20200327

La présente invention concerne un système de gestion de confort de passager dans un habitacle de véhicule automobile. On connaît par la demande de brevet FR3058783 un circuit de climatisation indirect pour véhicule automobile comportant: une première boucle de fluide réfrigérant dans laquelle circule un fluide réfrigérant, ladite première boucle de fluide réfrigérant comportant: un compresseur, un premier dispositif de détente, un premier échangeur de chaleur, un deuxième dispositif de détente, un deuxième échangeur de chaleur, une première branche de contournement, une deuxième boucle de fluide caloporteur dans laquelle circule un fluide caloporteur, un échangeur de chaleur bifluide, et un premier échangeur de chaleur interne, la première boucle de fluide réfrigérant comporte également: un deuxième échangeur de chaleur interne, un troisième dispositif de détente dispose en aval du deuxième échangeur de chaleur interne, et une deuxième branche de contournement. D'autres documents décrivent des boucles de climatisation, notamment les documents W018124789, W017212158 et US2017259643. L'invention vise à améliorer les systèmes connus. L'invention a ainsi pour objet un système de gestion de confort de passager dans un habitacle de véhicule automobile, ce système comportant : un ou plusieurs actionneurs thermiques agencés pour agir sur le confort thermique d'un passager dans l'habitacle et/ou pour apporter des calories et/ou des frigories à un accessoire de confort dans l'habitacle, cet accessoire pouvant être un compartiment réfrigéré pour aliments, 2 une boucle thermique secondaire agencée pour transporter des calories et/ou des frigories vers ce ou ces actionneurs, cette boucle thermique secondaire étant agencée pour transporter un fluide caloporteur agencé pour échanger des calories et/ou des frigories avec un ensemble principal de climatisation du véhicule. Cet ensemble de climatisation est encore appelé ensemble d'air conditionné du véhicule automobile ou HVAC principal. Selon l'un des aspects de l'invention, plusieurs actionneurs thermiques sont prévus et ces actionneurs thermiques ont disposés en série sur la boucle secondaire. Selon l'un des aspects de l'invention, le système comporte un ou plusieurs échangeurs délocalisés, ces actionneurs étant agencés pour permettre des échanges sur l'air de l'habitacle, ces actionneurs étant notamment un micro-HVAC, un siège ventilé et refroidi, un module de jet d'air, ou ce ou ces actionneurs étant des surfaces de contact, tels qu'un compartiment pour un verre de boisson ou un volant agencé pour être refroidi. L'invention permet de réduire des pertes énergétiques notamment aérauliques, électriques, mécaniques et thermiques, par exemple par réchauffement de l'air froid dans les conduits par exemple. Selon l'un des aspects de l'invention, le système est agencé, par le ou les actionneurs thermiques, pour refroidir et/ou chauffer des parties du corps, refroidissement ou chauffage qui se font localement en fonction des besoins de chaque passager et permettant un confort plus rapide et plus énergétiquement efficace au moyen par exemple d'un modèle de confort physiologique. 3 Selon l'un des aspects de l'invention, la boucle secondaire et l'ensemble de climatisation principal, qui est une boucle avec circulation de fluide, sont disposés en cascade au sens thermique. Selon l'un des aspects de l'invention, plusieurs actionneurs thermiques sont prévus et ces actionneurs thermiques ont disposés en parallèle sur la boucle secondaire. Selon l'un des aspects de l'invention, la température du fluide caloporteur circulant dans la boucle secondaire est comprise entre 3°C et 15°C, pour un fonctionnement nominal de la boucle secondaire. Selon l'un des aspects de l'invention, le fluide caloporteur dans la boucle secondaire est une eau glycolée. Selon l'un des aspects de l'invention, le débit global de la boucle secondaire avec de l'eau glycolée est de 500 à 2000 litres/heure. Selon l'un des aspects de l'invention, le système principale comporte échangeur de chaleur, notamment un refroidisseur, encore appelé chiller en anglais, cet échangeur de chaleur étant agencé pour le refroidissement de la boucle secondaire. Le refroidisseur ou chiller est un dispositif qui est apte à éliminer la chaleur d'un liquide via un cycle de réfrigération à la vapeur ou autre, par exemple à l'absorption. Selon l'un des aspects de l'invention, cet échangeur de chaleur est installé en série ou en parallèle sur l'évaporateur. Dans le cas parallèle, l'ensemble principal de climatisation comporte un organe de détente ou détendeur. Selon l'un des aspects de l'invention, le système comporte un ou plusieurs refroidisseurs complémentaires sur la boucle secondaire qui sont en contact thermique avec de l'air ambiant ou une autre source froide en circulation forcée ou naturelle. 4 Ces refroidisseurs sont si on le souhaite installés en série sur l'ensemble secondaire de climatisation. Une vanne et une canalisation peut potentiellement court-circuités ce ou ces refroidisseurs si la température extérieur est plus grande que le fluide à refroidir. Selon l'un des aspects de l'invention, le système comporte un ou plusieurs modules thermoélectriques (TEC) qui sont installés de préférence entre la boucle thermique secondaire et des organes ou des fluides à refroidir. Le module thermoélectrique (TEC) peut être aussi installé sur le chiller, voire l'évaporateur. Selon l'un des aspects de l'invention, ce ou ces modules thermoélectriques (TEC), qui sont des actionneurs thermiques au sens de l'invention, sont activés pendant une période de convergence au confort alors que l'ensemble de climatisation principal n'a pas encore atteint ces conditions de fonctionnement énergétiquement optimal, notamment la compensation de l'inertie thermique du véhicule. Selon l'un des aspects de l'invention, la régulation des températures d'évaporation de l'ensemble de climatisation principal, ou boucle principal, et de la puissance des modules thermoélectriques TEC ainsi que des débits des fluides caloporteurs, notamment de l'air et/ou d'eau glycolée, sont régulés afin d'obtenir des conditions de confort local optimal conduisant à un confort individuel des passagers tout en réduisant la consommation énergétique du système et le niveau acoustique. Dans ce cas, la température d'évaporation de l'ensemble de climatisation principal peut être augmentée de quelques degrés par exemple pour passer de 0° à 8°C par rapport à un fonctionnement classique sans boucle secondaire. Selon l'un des aspects de l'invention, le fonctionnement de composants auxiliaires, tels qu'un composant frigorifique ou un composant de stockage de pharmacie, est assuré au moyen d'un réglage de température spécifique de chacune des fonctions grâce à leurs modules thermoélectriques (TEC) spécifiques. Selon l'un des aspects de l'invention, la régulation du système utilise un modèle physiologique construit à partir de caméras infrarouges, de données sur les passagers et de signes vitaux de passager, qui permet un contrôle de chaque partie du corps au moyen de ses sources froides localisées qui complètent les sources chaudes déjà installées, telles que des panneaux radiants par exemple. Ces sources sont des actionneurs thermiques au sens de l'invention. Selon l'un des aspects de l'invention, le système est agencé pour générer un ou plusieurs stimuli multi-sensoriels agencés pour augmenter la perception de chaleur ou de fraîcheur par exemple au moyen de parfum mentholé ou de lumière bleu ou verte. Selon l'un des aspects de l'invention, le système comporte un ou plusieurs échangeurs délocalisés, ces actionneurs étant agencés pour permettre des échanges sur l'air de l'habitacle, ces actionneurs étant notamment un micro-HVAC, un siège ventilé et refroidi, un module de jet d'air, ou ce ou ces actionneurs étant des surfaces de contact, tels qu'un compartiment pour un verre de boisson, une boite de frigo, une pharmacie refroidie ou un volant agencé pour être refroidi. De préférence, les actionneurs thermiques ne sont pas dans l'appareil de climatisation principal mais sont sur la boucle secondaire. L'invention a encore pour objet un procédé de gestion de confort de passager dans un habitacle de véhicule automobile, le procédé comportant les étapes suivantes : fournir un ou plusieurs actionneurs thermiques agencés pour agir sur le confort thermique d'un passager dans l'habitacle et/ou pour apporter des calories et/ou des frigories à 6 un accessoire de confort dans l'habitacle, cet accessoire pouvant être un compartiment réfrigéré pour aliments, fournir une boucle thermique secondaire agencée pour transporter des calories et/ou des frigories vers ce ou ces actionneurs, actionner cette boucle thermique secondaire pour transporter un fluide caloporteur agencé pour échanger des calories et/ou des frigories avec un ensemble principal de climatisation du véhicule. L'invention permet de porter le passager dans des conditions de confort optimales rapidement en agissant localement sur la zone entourant le passager au moyen des actionneurs thermiques, qui sont soit du type thermodynamique ou thermoélectrique et de stimuli multi sensoriel. L'invention permet notamment de : - obtenir un confort individualisé et adapté à la physiologie du passager, - réduire le temps de convergence au confort, - réduire le niveau acoustique occasionné par le système de climatisation, - améliorer l'efficacité du système de climatisation à confort identique, - éviter les pertes thermiques dues au transfert de l'air dans les canalisations ou lié à la taille de la cabine, - améliorer la modularité permettant une meilleure standardisation pour une même plateforme. 7 Le procédé selon l'invention peut notamment présenter l'une des caractéristiques suivantes : l'action locale et ciblée des actionneurs thermiques permet de ne pas refroidir toute la cabine, ce qui permet un gain de temps de convergence et de consommation énergétique, la réduction du débit d'air passant par l'ensemble de climatisation principal et l'augmentation de la température d'évaporation permet une amélioration du rendement, - la réduction de ce débit d'air permet aussi une réduction du bruit généré par le système de climatisation, la réduction de la puissance froide produite par la boucle de climatisation permet elle aussi une réduction de la consommation de la boucle. Cette puissance froide est la somme de la capacité de refroidissement sur l'air de l'HAVC et celle transmise à transmise à la boucle secondaire. - l'effet de jet permet d'augmenter l'impression de refroidissement par exemple 2.2 m/s équivalent à au moins 5K. - une approche multi-sensoriel permet d'améliorer la température perçue de 1K à 2K par exemple. le refroidissement local de l'air permet de réduire le poids et l'encombrement des conduites et d'éviter un réchauffement de l'air. - le système peut être modulaire. 8 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 dessin annexé dans lequel : - les figures 1 à 3 illustrent, schématiquement et partiellement, un système selon l'invention, selon différentes variantes, - la figure 4 illustre, schématiquement et partiellement, les actionneurs thermiques dans l'habitacle. On a représenté sur la figure 1 un système de gestion thermique 1 selon un exemple de réalisation de l'invention, lequel système 1 comporte un ensemble de climatisation principal 10. Cet ensemble 10 comporte un évaporateur 11, un condenseur 12, un compresseur 13, des détendeurs 14 et 15 chacun en amont de l'évaporateur 11 et d'un échangeur thermique 16 respectivement. L'évaporateur 11 et l'échangeur thermique 16, qui est ici un chiller, sont disposés en parallèle. Le fluide caloporteur utilisé dans l'ensemble de climatisation 10 peut être choisi parmi les fluides d'appellation 134a, 1234yf, ou CO2, de préférence R1234YF. Le système 1 comporte en outre une boucle thermique secondaire 20 agencée pour transporter des calories et/ou des frigories vers des actionneurs thermiques 30 agencés pour agir sur le confort thermique d'un passager dans l'habitacle et/ou pour apporter des calories et/ou des frigories à un accessoire de confort dans l'habitacle, cet accessoire pouvant être un compartiment réfrigéré pour aliments, cette boucle thermique secondaire 20 étant agencée pour transporter un fluide caloporteur agencé échanger des calories et/ou des frigories avec l'ensemble principal de climatisation 10 du véhicule. Les actionneurs 30 sont installés en série ou en parallèle sur cette boucle thermique secondaire 20 d'eau glycolée sous refroidi. 9 Cette boucle 20 d'eau glycolée utilise l'échangeur 16, ou chiller, qui est, dans l'exemple décrit en figure 1, commun à un dispositif de refroidissement de batterie 31. En variante, comme illustré sur la figure 2, cette boucle 20 utilise l'échangeur 18, ou chiller, spécifique. Un autre chiller 16 est prévu pour le refroidissement de batterie. Les chillers ou échangeurs 16 et 18 sont disposés en parallèle. Le ou les chiller 16 et 18 permettent d'évacuer la chaleur transférée à l'eau glycolée lors du refroidissement de l'air ou de la surface de contact, cette chaleur passe alors de la boucle froide de l'ensemble de climatisation 10 utilisant le réfrigérant. Comme dit plus haut, l'échangeur 16 ou 18 est disposé en parallèle à l'évaporateur 11, et peut être commune avec le refroidissement de batterie ou d'une électronique de puissance. Si on le souhaite, un échangeur sur l'air peut permettre d'évacuer l'énergie sur l'air ambiant avant de passer dans le chiller 16 ou 18 pour une phase de sous-refroidissement, comme illustré sur la figure 1. Un compresseur 22 dédié est prévu sur la boucle secondaire 20. La température optimale de l'eau glycolée est comprise entre 15°C et 3°C et son débit global est de 500 à 2000 1/h. Le débit global peut être réparti dans des actionneurs thermiques mis en parallèle ou en série. Comme illustré sur la figure 4, les actionneurs 30 de refroidissement sont disposés dans l'habitacle au plus proche du ou des passagers. Ces actionneurs 30 peuvent être choisis parmi les éléments suivants : - un micro-HVAC 32 pour permettre des échanges thermiques par air pulsé ou convectif, - une buse active 33 pour produire un jet d'air local, un dispositif d'humidification 34 de l'air de l'habitacle 50, une ou plusieurs surfaces 35 à refroidir telle que surfaces de contact comme un siège, un volant, un tableau de bord, ou un panneau radiant, une ventilation de chaud ou de froid doux 36. Dans l'exemple de la figure 3, une cellule thermoélectrique 38 est installée entre la boucle 2 et l'échange 30 sur l'air de type convectif et de surface 30 de type conductif. Ces cellules de puissance thermoélectrique 38 sont agencées pour booster de refroidissement et permettent de descendre la température d'air ou de la surface de contact pendant une période du transitoire avec température plus basse que celle d'eau glycolée, de quelques degrés jusqu'à 8°C. Cette diminution de la température d'échange permet d'atteindre le confort plus rapidement que la climatisation classique ou qu'une boucle glycolée de basse température. Dans le cas convectif, à savoir un échange sur l'air, par exemple d'un micro-HVAC 32 ou d'un jet d'air contrôlé 33, l'effet est combiné à un effet de jet local qui permet d'augmenter la sensation de froid pour un effet complémentaire. L'analyse de l'énergie consommée, pour atteindre et maintenir le confort, montre que l'utilisation d'une boucle froide secondaire et d'un module thermoélectrique (TEC) est moins importante malgré un rendement plus faible des systèmes thermoélectrique par rapport aux systèmes thermodynamique. Ce sont les effets de refroidissement local et de jet qui permettent de compenser certains inconvénients de la boucle secondaire 20 qui opère à une température plus haute (3°C par exemple) que la boucle primaire 10 et du rendement plus faible des cellules thermoélectriques 38. 11 On améliore ainsi le rendement du système en augmentant de quelques degrés la température d'évaporation de la boucle de climatisation principale 10 pour améliorer son rendement. La température de l'eau glycolée est de 5°C à 15°C au niveau de l'entrée d'eau de la cellule de puissance TEC 38 pour un débit de 100 à 1000 1/11. Un optimum de performance est obtenu pour une température de l'eau glycolée comprise entre 7°C et 10°C. Il est alors possible de réduire le débit principal des appareils de climatisation principal et secondaire de 10% à 50% ce qui entraîne une amélioration du niveau acoustique du véhicule jusqu'à 20 dB par exemple. La puissance des modules TEC est maximale au début de la mise en confort puis diminue progressivement lorsque la température de la cabine diminue ou/et lors que le confort du passager est atteint. Si on le souhaite, il est possible d'ajouter un module TEC sur l'évaporateur REVENDICATIONS1. Système (1) de gestion de confort de passager dans un habitacle de véhicule automobile, ce système comportant un ou plusieurs actionneurs thermiques (30) agencés pour agir sur le confort thermique d'un passager dans l'habitacle et/ou pour apporter des calories et/ou des frigories à un accessoire de confort dans l'habitacle, cet accessoire pouvant être un compartiment réfrigéré pour aliments, une boucle thermique secondaire (20) agencée pour transporter des calories et/ou des frigories vers ce ou ces actionneurs, cette boucle thermique secondaire étant agencée pour transporter un fluide caloporteur agencé pour échanger des calories et/ou des frigories avec un ensemble principal de climatisation du véhicule. 2. Système selon la revendication précédente, dans lequel plusieurs actionneurs thermiques (30) sont prévus et ces actionneurs thermiques sont disposés, notamment en série, sur la boucle secondaire (20). 3. Système selon la revendication précédente, dans lequel le système comporte un ou plusieurs échangeurs délocalisés, ces actionneurs étant agencés pour permettre des échanges sur l'air de l'habitacle, ces actionneurs étant notamment un micro-HVAC, un siège ventilé et refroidi, un module de jet d'air, ou ce ou ces actionneurs étant des surfaces de contact, tels qu'un compartiment pour un verre de boisson, une boite de frigo, une pharmacie refroidie ou un volant agencé pour être refroidi. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la température du fluide caloporteur, notamment de l'eau glycolée, 13 circulant dans la boucle secondaire est comprise entre 3 et 15°C, pour un fonctionnement nominal de la boucle secondaire. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système comporte un ou plusieurs modules thermoélectriques (38) qui sont installés de préférence entre la boucle thermique secondaire et des organes ou des fluides à refroidir. 6. Procédé de gestion de confort de passager dans un habitacle de véhicule automobile, le procédé comportant les étapes suivantes : fournir un ou plusieurs actionneurs thermiques agencés pour agir sur le confort thermique d'un passager dans l'habitacle et/ou pour apporter des calories et/ou des trigones à un accessoire de confort dans l'habitacle, cet accessoire pouvant être un compartiment réfrigéré pour aliments, fournir une boucle thermique secondaire agencée pour transporter des calories et/ou des frigories vers ce ou ces actionneurs, actionner cette boucle thermique secondaire pour transporter un fluide caloporteur agencé pour échanger des calories et/ou des frigories avec un ensemble principal de climatisation du véhicule.