Brevet FR3078024A1 — publié le 20190823

Dispositif de climatisation pour véhicule automobile et véhicule automobile comportant un tel dispositif L'invention se rapporte au domaine de la climatisation des véhicules 5 automobiles, et plus particulièrement des véhicules automobiles comportant un moteur thermique susceptible de rester éteint durant des périodes importantes, comme par exemple les véhicules à propulsion hybride thermique/électrique. La climatisation est un élément de confort de plus en plus souvent installé dans les véhicules automobiles. De manière connue, un dispositif de 10 climatisation pour véhicule automobile comporte quatre éléments principaux : un compresseur, un condenseur, un détendeur, et un évaporateur. Ces quatre éléments sont disposés au sein d'un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène (ou fluide réfrigérant). Le rôle du compresseur est d'assurer la circulation du fluide frigorigène dans le circuit en aspirant ce fluide à l'état 15 gazeux, et de comprimer ce fluide et de l'envoyer vers le condenseur sous forme de gaz à haute pression et haute température. Le condenseur est un échangeur thermique dans lequel le fluide caloporteur passe de l'état gazeux à l'état liquide, étape durant laquelle le fluide cède une partie de son énergie thermique, avant de passer dans le détendeur. Le rôle du détendeur est de faire chuter la pression, 20 et donc la température du fluide caloporteur. Enfin, le rôle de l'évaporateur est de faire passer le fluide caloporteur de l'état liquide à l'état gazeux. Durant ce changement de phase, le fluide caloporteur absorbe la chaleur de l'air qui traverse l'évaporateur. L'air ainsi refroidi est envoyé vers l'habitacle au moyen d'un système de ventilation. En sortie d'évaporateur, le fluide caloporteur à l'état 25 gazeux est aspiré par le compresseur et entame ainsi un nouveau cycle. Sur les véhicules équipés d'un moteur thermique, le compresseur est entrainé par le moteur du véhicule, par l'intermédiaire d'une courroie (on utilise alors généralement la dénomination de « compresseur mécanique »). Toutefois, les véhicules comportant une propulsion hybride mettant en oeuvre un 30 moteur thermique et un moteur électrique sont susceptibles d'être propulsés durant des périodes relativement longues sans que le moteur thermique ne soit sollicité. Il est dans ce cas nécessaire de prévoir un compresseur qui puisse être entrainé même lorsque le moteur thermique ne fonctionne pas. Il est connu d'utiliser à cet effet un compresseur électrique, c'est-à-dire un compresseur 35 alimenté par énergie électrique. Toutefois, un tel compresseur présente 2 l'inconvénient d'être relativement coûteux et de consommer une énergie électrique importante. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'état de la technique, et plus particulièrement ceux ci-dessus exposés, en proposant un dispositif de climatisation pour véhicule automobile comportant au moins un moteur thermique, ce dispositif étant apte à continuer à fournir de l'air froid lorsque le moteur thermique n'est plus en fonctionnement, et ce sur des durées relativement importantes. À cet effet, l'invention concerne un dispositif de climatisation pour 10 véhicule automobile, le dispositif comportant : - un premier circuit, assurant la production de froid, dans lequel circule un fluide frigorigène, le premier circuit comportant un évaporateur ; - un deuxième circuit, assurant la distribution de froid, dans lequel 15 circule un fluide caloporteur composé majoritairement ou exclusivement d'eau, le deuxième circuit comportant un dispositif de stockage de froid ; le dispositif de climatisation étant configuré pour assurer dans l'évaporateur un échange thermique entre le fluide frigorigène du premier circuit et le fluide 20 caloporteur du deuxième circuit de manière à refroidir ce dernier. Ainsi, en combinant un circuit de production de froid et un circuit de distribution de froid mettant en oeuvre un dispositif de stockage de froid, l'invention permet de fournir de l'air froid dans l'habitable du véhicule, même lorsque le moteur thermique du véhicule ne fonctionne pas. En effet, une partie 25 des frigories produites par le circuit de production de froid lors du fonctionnement du moteur thermique peut être stockée dans le dispositif de stockage de froid, pour être ensuite utilisée par le circuit de distribution de froid lorsque le moteur thermique n'est plus en fonctionnement. Avantageusement, en prévoyant un dispositif de stockage de froid utilisant la chaleur latente d'un matériau à 30 changement de phase, une quantité importante de froid peut être stockée dans un volume relativement réduit. En outre, comme le fluide caloporteur circulant dans le circuit de distribution du froid est à base d'eau, typiquement de l'eau glycolée, les contraintes pesant sur les éléments du circuit (tels que la pompe, les échangeurs, etc.) sont moins lourdes que dans le cas d'un fluide réfrigérant 35 classique, ces éléments étant par conséquent moins coûteux. Par ailleurs, le dispositif de climatisation conforme à l'invention peut être avantageusement 3 configuré pour refroidir d'autres éléments que l'air de l'habitacle, comme par exemple l'ensemble de batteries alimentant le moteur électrique d'un véhicule hybride. Dans une réalisation, le dispositif de stockage de froid est un 5 dispositif mettant en oeuvre un matériau à changement de phase. Dans une réalisation, la température de fusion du matériau à changement de phase du dispositif de stockage de froid est comprise entre 0°C et 8°C. Dans une réalisation, le matériau à changement de phase du 10 dispositif de stockage de froid comporte de l'eau ou de la paraffine. Dans une réalisation, le fluide caloporteur du deuxième circuit est de l'eau glycolée. Dans une réalisation, le premier circuit comporte, en plus de l'évaporateur, un compresseur mécanique, un condenseur et un détendeur. 15 Dans une réalisation, l'évaporateur comporte un échangeur thermique de type échangeur à plaques. Dans une réalisation, le deuxième circuit comporte une pompe électrique et un aérotherme froid. Dans une réalisation, le deuxième circuit comporte une branche 20 secondaire permettant le refroidissement d'éléments tels qu'une batterie et/ou un ou plusieurs dispositif (s) d'électronique de puissance tel(s) qu'un onduleur, un convertisseur, une machine électrique, un réducteur, un chargeur, etc. L'invention concerne également un véhicule automobile comportant un dispositif de climatisation tel que défini ci-dessus. 25 Dans une réalisation, le véhicule est de type hybride thermique/électrique et comporte donc au moins un moteur thermique et au moins un moteur électrique. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit, faite en référence à la figure 1 annexée, qui décrit 30 un exemple de réalisation d'un dispositif de climatisation conforme à l'invention. La figure 1 représente schématiquement un véhicule 1 automobile, dans lequel est installé un dispositif de climatisation 2 conforme à l'invention. Le véhicule 1 automobile est propulsé au moins en partie par un moteur thermique. Dans l'exemple, le véhicule 1 est de type hybride thermique/électrique et 35 comporte donc un moteur thermique et un moteur électrique (non représentés). 4 Le dispositif de climatisation 2 comporte un premier circuit 20, ou circuit de production de froid, et un deuxième circuit 30, ou circuit de distribution de froid. Dans le premier circuit 20 circule un fluide frigorigène, ou fluide 5 réfrigérant. Le fluide réfrigérant du premier circuit 20 sera choisi de préférence dans le groupe des fluides hydrocarbures halogénés, et plus particulièrement dans le groupe des hydrofluorocarbures (HFC). Il peut s'agir par exemple du fluide connu sous l'appellation Ri 34a ou celui connu sous l'appellation 1234yf. Le premier circuit 20 comporte un compresseur mécanique 22, un condenseur 24, un détendeur 26 et un évaporateur 28. Le compresseur mécanique 22 est entrainé par le moteur thermique du véhicule 1 lorsque ce moteur est en fonctionnement et que le dispositif de climatisation est sollicité. Le fluide réfrigérant est envoyé vers le condenseur 24, dans lequel il passe de l'état gazeux à l'état liquide. Le fluide réfrigérant passe ensuite dans le détendeur 26, dans lequel la pression du fluide est fortement diminuée, ainsi que sa température. Le fluide réfrigérant passe ensuite dans l'évaporateur 28, dans lequel il va passer de l'était liquide à l'état gazeux, en absorbant la chaleur d'un fluide caloporteur circulant dans le deuxième circuit 30. En sortie de l'évaporateur 28, le fluide réfrigérant à l'état gazeux est aspiré par le compresseur mécanique 22 et entame ainsi un nouveau cycle. Avantageusement, le détendeur 26 et l'évaporateur 28 sont intégrés dans un ensemble unique. Dans le deuxième circuit 30 circule un fluide caloporteur composé majoritairement ou exclusivement d'eau, et de préférence d'eau glycolée. Le deuxième circuit 30 comporte l'évaporateur 28, un dispositif de stockage de froid 32, une pompe 34 électrique et un échangeur thermique, dans l'exemple un aérotherme froid 36. Le fluide caloporteur est refroidi lors de son passage dans l'évaporateur 28, par échange thermique avec le fluide frigorigène du premier circuit 20, puis circule dans le dispositif de stockage de froid 32. Le dispositif de stockage de froid 32 est dans l'exemple un dispositif de stockage de froid par chaleur latente, mettant en oeuvre un matériau à changement de phase. Ainsi, le dispositif de stockage de froid 32 assure un échange thermique entre le fluide caloporteur du deuxième circuit 30 et le matériau à changement de phase, qui va jouer le rôle d'un accumulateur de frigories par utilisation de chaleur latente. En effet, lorsque le fluide caloporteur du deuxième circuit 30 est plus froid que le 5 matériau à changement de phase, l'échange thermique qui a lieu dans le dispositif de stockage de froid 32 aboutit à la solidification du matériau à changement de phase. Au cours du changement de phase liquide-solide, le froid est stocké par chaleur latente. Cette quantité de froid ainsi stockée peut être 5 récupérée lors du changement inverse de phase solide-liquide. Le matériau à changement de phase peut comporter par exemple de la paraffine ou de l'eau, ou être constitué majoritairement ou exclusivement de l'une de ces substances. La température de fusion du matériau à changement de phase sera de préférence inférieure ou égale à 8°C, et de préférence supérieure ou égale à 10 0°C. Le volume total de matériau à changement de pl-ase sera par exemple compris entre 0,5 et 2 litres, et par exemple égal à environ 1 litre. Le fluide caloporteur est ensuite aspiré par la pompe 34 et refoulé par celle-ci vers l'aérotherme froid 36 qui va permettre un échange thermique entre le fluide caloporteur du deuxième circuit 30 et l'air destiné à être soufflé 15 dans l'habitacle du véhicule (matérialisé sur la figure 1 par les flèches F), refroidissant ainsi ce dernier. Dans l'exemple, l'aérotherme froid 36 comporte un échangeur à ailettes. Grâce au dispositif de stockage de froid 32, le dispositif de climatisation 2 permet de produire et de stocker du froid lorsque le moteur 20 thermique du véhicule est en marche et entraine le compresseur mécanique 22. Lors de cette phase de fonctionnement, des frigories sont stockées par le dispositif de stockage de froid 32. Lorsque le moteur thermique n'est plus en marche, les frigories stockées par le dispositif de stockage de froid peuvent être récupérées pour refroidir le fluide caloporteur du deuxième circuit 30, ce qui 25 permet de continuer à assurer le refroidissement de l'air de l'habitacle, par échange thermique dans l'aérotherme froid 36. Ainsi, dans le cas d'un véhicule hybride comportant un moteur thermique et un moteur électrique, il est possible de continuer à refroidir l'habitacle durant les phases relativement longues durant lesquelles le moteur thermique n'est pas sollicité. En outre, en mettant en oeuvre 30 dans le deuxième circuit 30 un fluide caloporteur composé majoritairement ou exclusivement d'eau, le deuxième circuit peut être réalisé à moindre coût puisque les contraintes s'exerçant sur les éléments du circuit (pompes, échangeurs, etc.) sont moins importantes que pour un fluide frigorigène de la famille des fluides hydrocarbures halogénés, tel que celui utilisé dans le premier 35 circuit 20. 6 Avantageusement, le fluide caloporteur du deuxième circuit 30 peut être utilisé pour le refroidissement d'éléments autres que l'habitacle du véhicule. Ainsi, dans l'exemple de la figure 1, le deuxième circuit 30 comporte une branche secondaire 38 (la branche principale étant celle qui comporte la pompe 34 et 5 l'aérotherme 36). La branche secondaire 38 permet par exemple d'assurer le refroidissement d'un ensemble de batteries 42 et/ou d'un dispositif d'électronique de puissance tel qu'un onduleur 44. La branche secondaire 38 comporte à cet effet une deuxième pompe 40 électrique, permettant d'envoyer REVENDICATIONS1. Dispositif de climatisation (2) pour véhicule automobile, le dispositif comportant : - un premier circuit (20), assurant la production de froid, dans lequel circule un fluide frigorigène, le premier circuit (20) comportant un évaporateur (28) ; - un deuxième circuit (30), assurant la distribution de froid, dans lequel circule un fluide caloporteur composé majoritairement ou exclusivement d'eau, le deuxième circuit (30) comportant un dispositif de stockage de froid (32) ; le dispositif de climatisation (32) étant configuré pour assurer dans l'évaporateur (28) un échange thermique entre le fluide frigorigène du premier circuit (20) et le fluide caloporteur du deuxième circuit (30) de manière à refroidir ce dernier. 2. Dispositif de climatisation (2) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de stockage de froid (32) est un dispositif mettant en oeuvre un matériau à changement de phase. 3. Dispositif de climatisation (2) selon la revendication précédente, dans lequel la température de fusion du matériau à changement de phase du 20 dispositif de stockage de froid (32) est comprise entre 0°C et 8°C. 4. Dispositif de climatisation (2) selon la revendication précédente, dans lequel le matériau à changement de phase du dispositif de stockage de froid (32) comporte de l'eau ou de la paraffine. 5. Dispositif de climatisation (2) selon l'une des revendications 25 précédentes, dans lequel le fluide caloporteur du deuxième circuit (30) est de l'eau glycolée. 6. Dispositif de climatisation (2) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier circuit (20) comporte, en plus de l'évaporateur (28), un compresseur mécanique (22), un condenseur (24) et un 30 détendeur (26). 7. Dispositif de climatisation (2) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'évaporateur (28) comporte un échangeur thermique de type échangeur à plaques. 8. Dispositif de climatisation (2) selon l'une des revendications 35 précédentes, dans lequel le deuxième circuit (30) comporte une pompe (34) électrique et un aérotherme froid (36). 8 9. Dispositif de climatisation (2) selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième circuit (30) comporte une branche secondaire (38) permettant le refroidissement d'éléments tels qu'une batterie (42) et/ou un ou plusieurs dispositif (s) d'électronique de puissance (44). 5 1 O. Véhicule automobile (1) comportant un dispositif de climatisation (2) conforme à l'une des revendications précédentes.